JP2001298015A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より微細化に対応可能な高密度プラズマを用
いたプラズマ処理において、電極表面における電界分布
の不均一を小さくすることが可能なプラズマ処理装置お
よびそれに用いられる電極を提供すること。 【解決手段】 被処理基板Ｗに所定のプラズマ処理を施
すプラズマ処理装置において、上部電極２１は、下部電
５に対向するように設けられた電極板２３と、この電極
板２３の裏面側中央部に設けられた誘電体部材６１とを
有し、誘電体部材６１は、供給される高周波電力の周波
数において共振が生じ、かつその中に電極板に対して直
交する電界が生じるようにその寸法および誘電率が決定
される。
いたプラズマ処理において、電極表面における電界分布
の不均一を小さくすることが可能なプラズマ処理装置お
よびそれに用いられる電極を提供すること。 【解決手段】 被処理基板Ｗに所定のプラズマ処理を施
すプラズマ処理装置において、上部電極２１は、下部電
５に対向するように設けられた電極板２３と、この電極
板２３の裏面側中央部に設けられた誘電体部材６１とを
有し、誘電体部材６１は、供給される高周波電力の周波
数において共振が生じ、かつその中に電極板に対して直
交する電界が生じるようにその寸法および誘電率が決定
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板等の基
板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびそれに
用いられる電極に関する。
板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびそれに
用いられる電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば半導体デバイスの製造プロセスに
おいては、被処理基板である半導体ウエハに対して、エ
ッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等
のプラズマ処理が多用されている。
おいては、被処理基板である半導体ウエハに対して、エ
ッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等
のプラズマ処理が多用されている。
【０００３】このようなプラズマ処理を行うためのプラ
ズマ処理装置としては、種々のものが用いられている
が、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が
主流である。
ズマ処理装置としては、種々のものが用いられている
が、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が
主流である。
【０００４】容量結合型平行平板プラズマ処理装置は、
チャンバー内に一対の平行平板電極（上部および下部電
極）を配置し、処理ガスをチャンバー内に導入するとと
もに、電極の少なくとも一方に高周波を印加して電極間
に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガス
のプラズマを形成して半導体ウエハに対してプラズマ処
理を施す。
チャンバー内に一対の平行平板電極（上部および下部電
極）を配置し、処理ガスをチャンバー内に導入するとと
もに、電極の少なくとも一方に高周波を印加して電極間
に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガス
のプラズマを形成して半導体ウエハに対してプラズマ処
理を施す。
【０００５】このような容量結合型平行平板プラズマ処
理装置により半導体ウエハ上の膜、例えば酸化膜をエッ
チングする場合には、チャンバー内を中圧にして、中密
度プラズマを形成することにより、最適ラジカル制御が
可能であり、それによって適切なプラズマ状態を得るこ
とができ、高い選択比で、安定性および再現性の高いエ
ッチングを実現している。
理装置により半導体ウエハ上の膜、例えば酸化膜をエッ
チングする場合には、チャンバー内を中圧にして、中密
度プラズマを形成することにより、最適ラジカル制御が
可能であり、それによって適切なプラズマ状態を得るこ
とができ、高い選択比で、安定性および再現性の高いエ
ッチングを実現している。
【０００６】しかしながら、近年、ＵＬＳＩにおけるデ
ザインルールの微細化がますます進み、ホール形状のア
スペクト比もより高いものが要求されており、酸化膜の
エッチング等において従来の条件では必ずしも十分とは
いえなくなりつつある。
ザインルールの微細化がますます進み、ホール形状のア
スペクト比もより高いものが要求されており、酸化膜の
エッチング等において従来の条件では必ずしも十分とは
いえなくなりつつある。
【０００７】そこで、印加する高周波電力の周波数を上
昇させ、良好なプラズマの解離状態を維持しつつ、高密
度プラズマを形成することが試みられている。これによ
り、より低圧の条件下で適切なプラズマを形成すること
ができるので、さらなるデザインルールの微細化に適切
に対応することが可能となる。
昇させ、良好なプラズマの解離状態を維持しつつ、高密
度プラズマを形成することが試みられている。これによ
り、より低圧の条件下で適切なプラズマを形成すること
ができるので、さらなるデザインルールの微細化に適切
に対応することが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者の
検討結果によれば、このようなプラズマ処理装置におい
ては、上部電極が導電体または半導体であるため、以下
のような不都合が生じることが判明した。
検討結果によれば、このようなプラズマ処理装置におい
ては、上部電極が導電体または半導体であるため、以下
のような不都合が生じることが判明した。
【０００９】上述したように高密度プラズマを形成する
ために印加周波数を上昇させると、高周波が印加される
電極における表面のインダクタンスを無視することがで
きなくなり、電極中央での電界が強くなって径方向での
電界分布が不均一になる。
ために印加周波数を上昇させると、高周波が印加される
電極における表面のインダクタンスを無視することがで
きなくなり、電極中央での電界が強くなって径方向での
電界分布が不均一になる。
【００１０】このように電界分布が不均一になるとプラ
ズマ密度が不均一となってエッチングレート分布が不均
一となるため、上記いずれかの電界分布不均一の原因を
取り除いてエッチングレート分布を均一にすることが必
要となる。
ズマ密度が不均一となってエッチングレート分布が不均
一となるため、上記いずれかの電界分布不均一の原因を
取り除いてエッチングレート分布を均一にすることが必
要となる。
【００１１】しかしながら、従来、このような高密度プ
ラズマを用いた場合の問題点が必ずしも明確に認識され
ていたわけではなく、上記のような電界分布不均一を解
消しようとする試みは未だ十分になされていないのが現
状である。
ラズマを用いた場合の問題点が必ずしも明確に認識され
ていたわけではなく、上記のような電界分布不均一を解
消しようとする試みは未だ十分になされていないのが現
状である。
【００１２】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、より微細化に対応可能な高密度プラズマを用
いたプラズマ処理において、電極表面における電界分布
の不均一を小さくすることが可能であり、均一なプラズ
マを生成することができるプラズマ処理装置を提供する
ことを目的とする。
であって、より微細化に対応可能な高密度プラズマを用
いたプラズマ処理において、電極表面における電界分布
の不均一を小さくすることが可能であり、均一なプラズ
マを生成することができるプラズマ処理装置を提供する
ことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、チャンバー内に第１および第２の電極を
互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持
させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理
ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給
し、これら電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプ
ラズマを生成し、このプラズマにより被処理基板に所定
のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記
第１の電極は、第２の電極に対向するように設けられ
た、導電体または半導体で構成された電極板と、この電
極板の第２の電極側と反対側の面に設けられ電極板を支
持する導電性の支持体と、この支持体の中央部の凹部に
設けられた誘電体部材とを有し、前記誘電体部材は、供
給される高周波電力の周波数において共振が生じ、かつ
その中に電極板に対して直交する電界が生じるようにそ
の寸法および誘電率が決定されることを特徴とするプラ
ズマ処理装置を提供する。
に、本発明は、チャンバー内に第１および第２の電極を
互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持
させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理
ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給
し、これら電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプ
ラズマを生成し、このプラズマにより被処理基板に所定
のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記
第１の電極は、第２の電極に対向するように設けられ
た、導電体または半導体で構成された電極板と、この電
極板の第２の電極側と反対側の面に設けられ電極板を支
持する導電性の支持体と、この支持体の中央部の凹部に
設けられた誘電体部材とを有し、前記誘電体部材は、供
給される高周波電力の周波数において共振が生じ、かつ
その中に電極板に対して直交する電界が生じるようにそ
の寸法および誘電率が決定されることを特徴とするプラ
ズマ処理装置を提供する。
【００１４】本発明はまた、チャンバー内に第１および
第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処
理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャン
バー内に処理ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波
電力を供給し、これら電極間に高周波電界を形成して処
理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより被処理
基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であ
って、前記第１の電極は、第２の電極に対向するように
設けられた、導電体または半導体で構成された電極板
と、この電極板の第２の電極側と反対側の面に設けられ
電極板を支持する導電性の支持体と、支持体の中央部に
設けられた空洞部とを有し、前記空洞部は、供給される
高周波電力の周波数において共振が生じ、かつその中に
電極板に対して直交する電界が生じるようにその寸法が
決定されることを特徴とするプラズマ処理装置を提供す
る。
第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処
理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャン
バー内に処理ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波
電力を供給し、これら電極間に高周波電界を形成して処
理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより被処理
基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であ
って、前記第１の電極は、第２の電極に対向するように
設けられた、導電体または半導体で構成された電極板
と、この電極板の第２の電極側と反対側の面に設けられ
電極板を支持する導電性の支持体と、支持体の中央部に
設けられた空洞部とを有し、前記空洞部は、供給される
高周波電力の周波数において共振が生じ、かつその中に
電極板に対して直交する電界が生じるようにその寸法が
決定されることを特徴とするプラズマ処理装置を提供す
る。
【００１５】上記プラズマ装置において、電極板におけ
る以下の（１）式で表されるスキンデプスδが、電極板
の厚さよりも大きいことが好ましい。 δ＝（２ρ／ωμ）１／２ ……（１） ただし、ω：高周波電力の角周波数（＝２πｆ（ｆ：周
波数））、ρ：電極板の比抵抗、μ：電極板の透磁率
る以下の（１）式で表されるスキンデプスδが、電極板
の厚さよりも大きいことが好ましい。 δ＝（２ρ／ωμ）１／２ ……（１） ただし、ω：高周波電力の角周波数（＝２πｆ（ｆ：周
波数））、ρ：電極板の比抵抗、μ：電極板の透磁率
【００１６】この際に、電極板の比抵抗が０．１Ω・ｍ
以上、さらには０．３〜０．７５Ω・ｍであることが好
ましい。また、前記誘電体部材の比誘電率が１〜１０で
あることが好ましい。
以上、さらには０．３〜０．７５Ω・ｍであることが好
ましい。また、前記誘電体部材の比誘電率が１〜１０で
あることが好ましい。
【００１７】本発明においては、電極板の第２の電極側
と反対側の面に設けられた導電性の支持体の中央部の凹
部に誘電体部材を設け、供給される高周波電力の周波数
において共振が生じ、かつその中に電極板に対して直交
する電界が生じるように、誘電体部材の寸法もしくは誘
電率が決定されるか、または電極板の第２の電極側と反
対側の面に設けられた導電性の支持体の中央部に空洞部
を設け、供給される高周波電力の周波数において共振が
生じ、かつその中に電極板に対して直交する電界が生じ
るように、空洞部の寸法が決定されるが、このように誘
電体部材または空洞部において共振が生じて電極板に対
して直交する電界が発生する場合には、誘電体部材また
は空洞部の電界と電極の電界とが結合し、誘電体部材ま
たは空洞部の電界によって、電極板における誘電体部材
直下または空洞部直下の電界強度、すなわち電極中心部
の電界を制御することができる。したがって、電極表面
の電界分布を均一にすることができ、プラズマの均一性
を高めることができる。
と反対側の面に設けられた導電性の支持体の中央部の凹
部に誘電体部材を設け、供給される高周波電力の周波数
において共振が生じ、かつその中に電極板に対して直交
する電界が生じるように、誘電体部材の寸法もしくは誘
電率が決定されるか、または電極板の第２の電極側と反
対側の面に設けられた導電性の支持体の中央部に空洞部
を設け、供給される高周波電力の周波数において共振が
生じ、かつその中に電極板に対して直交する電界が生じ
るように、空洞部の寸法が決定されるが、このように誘
電体部材または空洞部において共振が生じて電極板に対
して直交する電界が発生する場合には、誘電体部材また
は空洞部の電界と電極の電界とが結合し、誘電体部材ま
たは空洞部の電界によって、電極板における誘電体部材
直下または空洞部直下の電界強度、すなわち電極中心部
の電界を制御することができる。したがって、電極表面
の電界分布を均一にすることができ、プラズマの均一性
を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施
形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す断面図であ
る。このプラズマ処理装置１は、電極板が上下平行に対
向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合
型平行平板エッチング装置として構成されている。
の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施
形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す断面図であ
る。このプラズマ処理装置１は、電極板が上下平行に対
向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合
型平行平板エッチング装置として構成されている。
【００１９】このプラズマ処理装置１は、例えば表面が
アルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムか
らなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有してお
り、このチャンバー２は保安接地されている。前記チャ
ンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介し
て、被処理体、例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」と
いう）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４
が設けられており、さらにこのサセプタ支持台４の上に
は、下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。
このサセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が
接続されている。
アルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムか
らなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有してお
り、このチャンバー２は保安接地されている。前記チャ
ンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介し
て、被処理体、例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」と
いう）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４
が設けられており、さらにこのサセプタ支持台４の上に
は、下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。
このサセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が
接続されている。
【００２０】前記サセプタ支持台４の内部には、冷媒室
７が設けられており、この冷媒室７には、冷媒が冷媒導
入管８を介して導入され冷媒排出管９から排出されて循
環し、その冷熱が前記サセプタ５を介して前記ウエハＷ
に対して伝熱され、これによりウエハＷの処理面が所望
の温度に制御される。
７が設けられており、この冷媒室７には、冷媒が冷媒導
入管８を介して導入され冷媒排出管９から排出されて循
環し、その冷熱が前記サセプタ５を介して前記ウエハＷ
に対して伝熱され、これによりウエハＷの処理面が所望
の温度に制御される。
【００２１】前記サセプタ５は円板状に成形され、その
上にウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられて
いる。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２が介
在されており、電極１２に接続された直流電源１３から
例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、
例えばクーロン力によってウエハＷを静電吸着する。
上にウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられて
いる。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２が介
在されており、電極１２に接続された直流電源１３から
例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、
例えばクーロン力によってウエハＷを静電吸着する。
【００２２】そして、前記絶縁板３、サセプタ支持台
４、サセプタ５、さらには前記静電チャック１１には、
被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨ
ｅガスなどを供給するためのガス通路１４が形成されて
おり、この伝熱媒体を介してサセプタ５の冷熱がウエハ
Ｗに伝達されウエハＷが所定の温度に維持されるように
なっている。
４、サセプタ５、さらには前記静電チャック１１には、
被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨ
ｅガスなどを供給するためのガス通路１４が形成されて
おり、この伝熱媒体を介してサセプタ５の冷熱がウエハ
Ｗに伝達されウエハＷが所定の温度に維持されるように
なっている。
【００２３】前記サセプタ５の上端周縁部には、静電チ
ャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状
のフォーカスリング１５が配置されている。このフォー
カスリング１５はシリコンなどの導電性材料からなって
おり、これによりエッチングの均一性が向上される。
ャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状
のフォーカスリング１５が配置されている。このフォー
カスリング１５はシリコンなどの導電性材料からなって
おり、これによりエッチングの均一性が向上される。
【００２４】前記サセプタ５の上方には、このサセプタ
５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。こ
の上部電極２１は、絶縁材２５を介して、チャンバー２
の上部に支持されており、下部電極としてのサセプタ５
との対向面を構成し、多数の吐出孔２４を有する電極板
２３と、この電極板２３のサセプタ５とは反対の面に設
けられ、電極板２３を支持し、導電性材料、例えば表面
がアルマイト処理されたアルミニウムからなる水冷構造
の電極支持体２２とによって構成されている。この電極
２１の詳細な構成については後述する。なお、サセプタ
５と上部電極２１とは、例えば１０〜６０ｍｍ程度離間
している。
５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。こ
の上部電極２１は、絶縁材２５を介して、チャンバー２
の上部に支持されており、下部電極としてのサセプタ５
との対向面を構成し、多数の吐出孔２４を有する電極板
２３と、この電極板２３のサセプタ５とは反対の面に設
けられ、電極板２３を支持し、導電性材料、例えば表面
がアルマイト処理されたアルミニウムからなる水冷構造
の電極支持体２２とによって構成されている。この電極
２１の詳細な構成については後述する。なお、サセプタ
５と上部電極２１とは、例えば１０〜６０ｍｍ程度離間
している。
【００２５】前記上部電極２１における電極支持体２２
にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入口
２６には、ガス供給管２７が接続されており、このガス
供給管２７には、バルブ２８、およびマスフローコント
ローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されて
いる。処理ガス供給源３０から、プラズマ処理、例えば
エッチングのための処理ガスが供給される。
にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入口
２６には、ガス供給管２７が接続されており、このガス
供給管２７には、バルブ２８、およびマスフローコント
ローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されて
いる。処理ガス供給源３０から、プラズマ処理、例えば
エッチングのための処理ガスが供給される。
【００２６】処理ガスとしては、従来用いられている種
々のものを採用することができ、例えばフロロカーボン
ガス（ＣｘＦｙ）やハイドロフロロカーボンガス（Ｃｐ
ＨｑＦｒ）のようなハロゲン元素を含有するガスを好適
に用いることができる。他にＡｒ、Ｈｅ等の希ガスやＮ
２を添加してもよい。
々のものを採用することができ、例えばフロロカーボン
ガス（ＣｘＦｙ）やハイドロフロロカーボンガス（Ｃｐ
ＨｑＦｒ）のようなハロゲン元素を含有するガスを好適
に用いることができる。他にＡｒ、Ｈｅ等の希ガスやＮ
２を添加してもよい。
【００２７】前記チャンバー２の底部には排気管３１が
接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接
続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの
真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を
所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで
真空引き可能なように構成されている。また、チャンバ
ー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、こ
のゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接す
るロードロック室（図示せず）との間で搬送されるよう
になっている。
接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接
続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの
真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を
所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで
真空引き可能なように構成されている。また、チャンバ
ー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、こ
のゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接す
るロードロック室（図示せず）との間で搬送されるよう
になっている。
【００２８】上部電極２１には、整合器４１を介して第
１の高周波電源４０が接続されており、その際の給電は
上部電極２１の上面中央部に接続された給電棒３３によ
り行われる。また、上部電極２１にはローパスフィルタ
ー（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波
電源４０は、２７〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有し
ており、このように高い周波数を印加することによりチ
ャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズ
マを形成することができ、低圧条件下のプラズマ処理が
可能となる。この例では、高周波電源４０として６０Ｍ
Ｈｚのものを用いている。
１の高周波電源４０が接続されており、その際の給電は
上部電極２１の上面中央部に接続された給電棒３３によ
り行われる。また、上部電極２１にはローパスフィルタ
ー（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波
電源４０は、２７〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有し
ており、このように高い周波数を印加することによりチ
ャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズ
マを形成することができ、低圧条件下のプラズマ処理が
可能となる。この例では、高周波電源４０として６０Ｍ
Ｈｚのものを用いている。
【００２９】下部電極としてのサセプタ５には、第２の
高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合
器５１が介在されている。この第２の高周波電源５０は
１〜４ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、このような
範囲の周波数を印加することにより、被処理体であるウ
エハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン
作用を与えることができる。この例では、第２の高周波
電源５０として２ＭＨｚのものを用いている。
高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合
器５１が介在されている。この第２の高周波電源５０は
１〜４ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、このような
範囲の周波数を印加することにより、被処理体であるウ
エハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン
作用を与えることができる。この例では、第２の高周波
電源５０として２ＭＨｚのものを用いている。
【００３０】次に、上部電極２１の構成について詳細に
説明する。図２は上部電極２１の構造の第１の例を模式
的に示す断面図である。この例では、電極板２３の裏
面、すなわち下部電極としてのサセプタ５とは反対側の
面に設けられた電極支持体２２の中央部の凹部に電極板
２３と接するように誘電体部材６１が設けられている。
この誘電体部材６１は電極支持体そして、この誘電体部
材６１は、上部電極２１に供給される高周波電力の周波
数において共振が生じかつその中に電極板２３に対して
直交する電界が生じるようにその寸法および誘電率が決
定される。このように誘電体部材６１に共振が生じて電
極板２３に対して直交する電界が生じる場合には、誘電
体部材６１の電界と電極２３の電界とが結合し、誘電体
部材６１の電界によって、電極板２３における誘電体部
材６１直下、すなわち電極中心部の電界を制御すること
ができる。
説明する。図２は上部電極２１の構造の第１の例を模式
的に示す断面図である。この例では、電極板２３の裏
面、すなわち下部電極としてのサセプタ５とは反対側の
面に設けられた電極支持体２２の中央部の凹部に電極板
２３と接するように誘電体部材６１が設けられている。
この誘電体部材６１は電極支持体そして、この誘電体部
材６１は、上部電極２１に供給される高周波電力の周波
数において共振が生じかつその中に電極板２３に対して
直交する電界が生じるようにその寸法および誘電率が決
定される。このように誘電体部材６１に共振が生じて電
極板２３に対して直交する電界が生じる場合には、誘電
体部材６１の電界と電極２３の電界とが結合し、誘電体
部材６１の電界によって、電極板２３における誘電体部
材６１直下、すなわち電極中心部の電界を制御すること
ができる。
【００３１】誘電体部材６１としては、比誘電率が１〜
１０のものが好ましい。この範囲の比誘電率を示すもの
として、石英（比誘電率３〜１０）、アルミナや窒化ア
ルミニウム等のセラミックス（比誘電率５〜１０）、テ
フロン（登録商標）やポリイミド等の樹脂（比誘電率２
〜３）を挙げることができる。
１０のものが好ましい。この範囲の比誘電率を示すもの
として、石英（比誘電率３〜１０）、アルミナや窒化ア
ルミニウム等のセラミックス（比誘電率５〜１０）、テ
フロン（登録商標）やポリイミド等の樹脂（比誘電率２
〜３）を挙げることができる。
【００３２】図３は上部電極２１の第２の例を模式的に
示す断面図である。この例では、電極支持体２２の電極
板２３の裏面側の中央部に電極板２３に接するように空
洞部６２が設けられている。この空洞部６２は誘電体
（比誘電率＝１）として機能し、上部電極２１に供給さ
れる高周波電力の周波数において共振が生じかつその中
に電極板２３に対して直交する電界が生じるようにその
寸法が決定される。このように空洞部６２に共振が生じ
て電極板２３に対して直交する電界が生じる場合には、
空洞部６２の電界と電極２３の電界とが結合し、空洞部
６２の電界によって、電極板２３における空洞部６２直
下、すなわち電極中心部の電界を制御することができ
る。
示す断面図である。この例では、電極支持体２２の電極
板２３の裏面側の中央部に電極板２３に接するように空
洞部６２が設けられている。この空洞部６２は誘電体
（比誘電率＝１）として機能し、上部電極２１に供給さ
れる高周波電力の周波数において共振が生じかつその中
に電極板２３に対して直交する電界が生じるようにその
寸法が決定される。このように空洞部６２に共振が生じ
て電極板２３に対して直交する電界が生じる場合には、
空洞部６２の電界と電極２３の電界とが結合し、空洞部
６２の電界によって、電極板２３における空洞部６２直
下、すなわち電極中心部の電界を制御することができ
る。
【００３３】上述のように誘電体部材６１または空洞部
６２の電界と電極２３の電界とを結合させるためには、
電極板２３において高周波電力が供給される部分の電極
板表面（電極板の下面）からの厚さ、すなわち以下の
（１）式で表されるスキンデプスδが電極板２３の厚さ
よりも大きいことが好ましい。 δ＝（２ρ／ωμ）１／２ ……（１） ただし、ω：高周波電力の角周波数（＝２πｆ（ｆ：周
波数））、ρ：電極板の比抵抗、μ：電極板の透磁率
６２の電界と電極２３の電界とを結合させるためには、
電極板２３において高周波電力が供給される部分の電極
板表面（電極板の下面）からの厚さ、すなわち以下の
（１）式で表されるスキンデプスδが電極板２３の厚さ
よりも大きいことが好ましい。 δ＝（２ρ／ωμ）１／２ ……（１） ただし、ω：高周波電力の角周波数（＝２πｆ（ｆ：周
波数））、ρ：電極板の比抵抗、μ：電極板の透磁率
【００３４】電極板２３はＳｉやＳｉＣ等の導電体また
は半導体で構成されている。上記スキンデプスδは電極
板２３の抵抗が大きいほど大きくなるので、スキンデプ
スδを電極板２３の厚さよりも大きくする観点からは電
極板２３は０．１Ω・ｍ以上の比抵抗を有していること
が好ましい。より好ましくは０．３〜０．７５Ω・ｍで
ある。このように電極板２３を比較的高抵抗にするため
には、電極板２３がＳｉ製の場合には例えばＢのドーパ
ント量を調整し、ＳｉＣ製の場合には例えば焼結時の圧
力を調整する。
は半導体で構成されている。上記スキンデプスδは電極
板２３の抵抗が大きいほど大きくなるので、スキンデプ
スδを電極板２３の厚さよりも大きくする観点からは電
極板２３は０．１Ω・ｍ以上の比抵抗を有していること
が好ましい。より好ましくは０．３〜０．７５Ω・ｍで
ある。このように電極板２３を比較的高抵抗にするため
には、電極板２３がＳｉ製の場合には例えばＢのドーパ
ント量を調整し、ＳｉＣ製の場合には例えば焼結時の圧
力を調整する。
【００３５】次に、以上のような上部電極２１を備えた
プラズマ処理装置１における処理動作について、ウエハ
Ｗに形成された酸化膜をエッチングする場合を例にとっ
て説明する。
プラズマ処理装置１における処理動作について、ウエハ
Ｗに形成された酸化膜をエッチングする場合を例にとっ
て説明する。
【００３６】まず、被処理体であるウエハＷは、ゲート
バルブ３２が開放された後、図示しないロードロック室
からチャンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上
に載置される。そして、高圧直流電源１３から直流電圧
が印加されることによって、ウエハＷが静電チャック１
１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉
じられ、排気機構３５によって、チャンバー２内が所定
の真空度まで真空引きされる。
バルブ３２が開放された後、図示しないロードロック室
からチャンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上
に載置される。そして、高圧直流電源１３から直流電圧
が印加されることによって、ウエハＷが静電チャック１
１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉
じられ、排気機構３５によって、チャンバー２内が所定
の真空度まで真空引きされる。
【００３７】その後、バルブ２８が開放されて、処理ガ
ス供給源３０から処理ガスがマスフローコントローラ２
９によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管２
７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の内部へ導入
され、さらに電極板２３の吐出孔２４を通って、図１の
矢印に示すように、ウエハＷに対して均一に吐出され、
チャンバー２内の圧力が所定の値に維持される。
ス供給源３０から処理ガスがマスフローコントローラ２
９によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管２
７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の内部へ導入
され、さらに電極板２３の吐出孔２４を通って、図１の
矢印に示すように、ウエハＷに対して均一に吐出され、
チャンバー２内の圧力が所定の値に維持される。
【００３８】そして、その後、第１の高周波電源４０か
ら２７〜１５０ＭＨｚ、例えば６０ＭＨｚの高周波が上
部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と
下部電極としてのサセプタ５との間に高周波電界が生
じ、処理ガスが解離してプラズマ化する。
ら２７〜１５０ＭＨｚ、例えば６０ＭＨｚの高周波が上
部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と
下部電極としてのサセプタ５との間に高周波電界が生
じ、処理ガスが解離してプラズマ化する。
【００３９】他方、第２の高周波電源５０からは、１〜
４ＭＨｚ、例えば２ＭＨｚの高周波が下部電極であるサ
セプタ５に印加される。これにより、プラズマ中のイオ
ンがサセプタ５側へ引き込まれ、イオンアシストにより
エッチングの異方性が高められる。
４ＭＨｚ、例えば２ＭＨｚの高周波が下部電極であるサ
セプタ５に印加される。これにより、プラズマ中のイオ
ンがサセプタ５側へ引き込まれ、イオンアシストにより
エッチングの異方性が高められる。
【００４０】このように、上部電極２１に印加する高周
波の周波数を２７ＭＨｚよりも高くすることにより、プ
ラズマ密度を上げることができるが、従来の上部電極構
造では、印加周波数を上昇させた際の電極表面の径方向
のインダクタンスの影響を受けて電極板下面での電界の
不均一が生じる。
波の周波数を２７ＭＨｚよりも高くすることにより、プ
ラズマ密度を上げることができるが、従来の上部電極構
造では、印加周波数を上昇させた際の電極表面の径方向
のインダクタンスの影響を受けて電極板下面での電界の
不均一が生じる。
【００４１】このような電界の不均一が生じる原因につ
いて図４および図５を参照して説明する。従来の電極２
１′の電極板２３′は、比抵抗が０．０２Ω・ｍ程度で
あり、高周波電源から給電棒３３′を介して供給される
高周波電流が高周波数化すると、表皮効果により電極の
極表面にしか電力が供給されず、図４に示すように、高
周波電力は給電棒３３′の表面、電極支持体２２′の上
面、電極支持体２２′の側面、電極板２３′の側面を通
ってプラズマ接触面である電極板２３′の下面に達す
る。この場合に、給電棒３３′は上部電極２１′の中心
に存在しているため、電極板２３′下面のエッジ部では
どこも電力が同じ位相であり、図５に示すように、電極
板２３′のエッジ部から同位相で中心方向へ徐々に電力
が供給されるため、電極板２３′の中心とエッジ部とで
位相差ｄ／λ（λは電極表面波の波長、ｄは電極の半
径）が生じる。印加周波数が高くなると、電極板２３′
下面の径方向のインダクタンスを無視できなくなり、上
記位相差による干渉作用によって、電極板２３′下面の
中心部分の電界強度がエッジ部分の電界強度よりも高く
なる。また、中心位置はプラズマと接しているため、Ｒ
Ｆ等価回路的には開放端となっている。したがって、電
極板２３′下面において中心部の電界が強くなって電界
分布に定在波的な不均一が生じる。これによりプラズマ
へ供給される電界分布が不均一となり、不均一なプラズ
マが形成される。
いて図４および図５を参照して説明する。従来の電極２
１′の電極板２３′は、比抵抗が０．０２Ω・ｍ程度で
あり、高周波電源から給電棒３３′を介して供給される
高周波電流が高周波数化すると、表皮効果により電極の
極表面にしか電力が供給されず、図４に示すように、高
周波電力は給電棒３３′の表面、電極支持体２２′の上
面、電極支持体２２′の側面、電極板２３′の側面を通
ってプラズマ接触面である電極板２３′の下面に達す
る。この場合に、給電棒３３′は上部電極２１′の中心
に存在しているため、電極板２３′下面のエッジ部では
どこも電力が同じ位相であり、図５に示すように、電極
板２３′のエッジ部から同位相で中心方向へ徐々に電力
が供給されるため、電極板２３′の中心とエッジ部とで
位相差ｄ／λ（λは電極表面波の波長、ｄは電極の半
径）が生じる。印加周波数が高くなると、電極板２３′
下面の径方向のインダクタンスを無視できなくなり、上
記位相差による干渉作用によって、電極板２３′下面の
中心部分の電界強度がエッジ部分の電界強度よりも高く
なる。また、中心位置はプラズマと接しているため、Ｒ
Ｆ等価回路的には開放端となっている。したがって、電
極板２３′下面において中心部の電界が強くなって電界
分布に定在波的な不均一が生じる。これによりプラズマ
へ供給される電界分布が不均一となり、不均一なプラズ
マが形成される。
【００４２】これに対して、本実施形態においては、上
部電極２１の第１の例として、上述の図２に示すよう
に、電極板２３の裏面側の面の中央部に誘電体部材６１
を設け、上部電極２１に供給される高周波電力の周波数
において共振が生じかつその中に電極板２３に対して直
交する電界が生じるように誘電体部材６１の寸法および
誘電率が決定されるようにしており、上部電極２１の第
２の例として、上述の図３に示すように、電極支持体２
２の電極板２３の裏面側の中央部に空洞部６２を設け、
上部電極２１に供給される高周波電力の周波数において
共振が生じかつその中に電極板２３に対して直交する電
界が生じるように空洞部６２の寸法が決定されるように
している。このように誘電体部材６１または空洞６２に
共振が生じて電極板２３に対して直交する電界が生じる
場合には、誘電体部材６１または空洞部６２の電界と電
極２３の電界とが結合し、誘電体部材６１または空洞部
６２の電界によって、電極板２３における誘電体部材６
１直下、すなわち電極中心部の電界を制御することがで
き、電極板２３の下面における電界分布を均一にして、
もって均一なプラズマを形成することができる。
部電極２１の第１の例として、上述の図２に示すよう
に、電極板２３の裏面側の面の中央部に誘電体部材６１
を設け、上部電極２１に供給される高周波電力の周波数
において共振が生じかつその中に電極板２３に対して直
交する電界が生じるように誘電体部材６１の寸法および
誘電率が決定されるようにしており、上部電極２１の第
２の例として、上述の図３に示すように、電極支持体２
２の電極板２３の裏面側の中央部に空洞部６２を設け、
上部電極２１に供給される高周波電力の周波数において
共振が生じかつその中に電極板２３に対して直交する電
界が生じるように空洞部６２の寸法が決定されるように
している。このように誘電体部材６１または空洞６２に
共振が生じて電極板２３に対して直交する電界が生じる
場合には、誘電体部材６１または空洞部６２の電界と電
極２３の電界とが結合し、誘電体部材６１または空洞部
６２の電界によって、電極板２３における誘電体部材６
１直下、すなわち電極中心部の電界を制御することがで
き、電極板２３の下面における電界分布を均一にして、
もって均一なプラズマを形成することができる。
【００４３】この点についてさらに詳細に説明する。ス
キンデプスδが電極板２３の厚さよりも大きくなると、
電界が電極板２３を透過する。例えば、高周波電力の周
波数が６０ＭＨｚ、電極板２３の厚さが１０ｍｍの場
合、比抵抗が０．１Ω・ｍ以上となるとスキンデプスδ
が１０ｍｍ以上となる。このとき第１の例の誘電体部材
６１および第２の例の空洞部６２はいずれも導電体で囲
まれた状態となる。このように導電体で囲まれた誘電体
が存在するとその寸法および誘電率によって決められる
周波数で共振が生じる。また、空洞の場合にも比誘電率
１の誘電体として機能し、その寸法によって決められる
周波数で共振が生じる。
キンデプスδが電極板２３の厚さよりも大きくなると、
電界が電極板２３を透過する。例えば、高周波電力の周
波数が６０ＭＨｚ、電極板２３の厚さが１０ｍｍの場
合、比抵抗が０．１Ω・ｍ以上となるとスキンデプスδ
が１０ｍｍ以上となる。このとき第１の例の誘電体部材
６１および第２の例の空洞部６２はいずれも導電体で囲
まれた状態となる。このように導電体で囲まれた誘電体
が存在するとその寸法および誘電率によって決められる
周波数で共振が生じる。また、空洞の場合にも比誘電率
１の誘電体として機能し、その寸法によって決められる
周波数で共振が生じる。
【００４４】例えば誘電体部材６１または空洞部６２が
円盤状の場合、共振の周波数はその径と厚さによって決
定される。ここで、電極板２３の裏面に高さＬ、半径ａ
の円筒形の空洞部を形成する場合を考えると、共振にお
ける角周波数ω０は以下の（２）式によって求められ
る。 （ω０／ｃ）２＝ｋｌ ２＋ｎ２π２／Ｌ２ ……（２） ただし、ｃは媒質中の光速度、ｋｌはＴＥモード時のＪ
ｍ′（ｋｌａ）＝０、ＴＭモード時のＪｍ（ｋｌａ）＝
０ の根から求められる。ここで、Ｊｍはベッセル関数
であり、Ｊｍ′はベッセル関数の微分である。
円盤状の場合、共振の周波数はその径と厚さによって決
定される。ここで、電極板２３の裏面に高さＬ、半径ａ
の円筒形の空洞部を形成する場合を考えると、共振にお
ける角周波数ω０は以下の（２）式によって求められ
る。 （ω０／ｃ）２＝ｋｌ ２＋ｎ２π２／Ｌ２ ……（２） ただし、ｃは媒質中の光速度、ｋｌはＴＥモード時のＪ
ｍ′（ｋｌａ）＝０、ＴＭモード時のＪｍ（ｋｌａ）＝
０ の根から求められる。ここで、Ｊｍはベッセル関数
であり、Ｊｍ′はベッセル関数の微分である。
【００４５】今、空洞部６２の共振を、ＴＭモードのう
ち、薄い円盤状の空洞の上下面に電界が直交し、円盤の
中央で電界強度が最大となるＴＭ０１０モードで考える
と、ｎ＝０でありｋｌａ＝２．４であるから、以下の
（３）式が成り立つ。 ω０＝ｃｋｌ＝ｃ（２．４／ａ） ……（３）
ち、薄い円盤状の空洞の上下面に電界が直交し、円盤の
中央で電界強度が最大となるＴＭ０１０モードで考える
と、ｎ＝０でありｋｌａ＝２．４であるから、以下の
（３）式が成り立つ。 ω０＝ｃｋｌ＝ｃ（２．４／ａ） ……（３）
【００４６】共振周波数をｆ０とすると、ω０＝２πｆ
０であるから、（３）式より以下の（４）式が成り立
つ。 ｆ０＝（ｃ／２π）・（２．４／ａ） ……（４） 空洞部の媒質を真空とすると半径ａが１００ｍｍ程度で
は共振周波数ｆ０はＧＨｚオーダーとなる。
０であるから、（３）式より以下の（４）式が成り立
つ。 ｆ０＝（ｃ／２π）・（２．４／ａ） ……（４） 空洞部の媒質を真空とすると半径ａが１００ｍｍ程度で
は共振周波数ｆ０はＧＨｚオーダーとなる。
【００４７】空洞部６２の代わりに誘電体部材６１を用
いる場合には、共振周波数ｆ０は、上記（４）式のｃの
代わりに、ｖ＝１／（εμ）１／２で表されるｖを用い
た以下の（５）式で表される。 ｆ０＝（１／（（εμ）１／２・２π））・（２．４／ａ） ……（５） ただし、εは誘電体部材６１の比誘電率、μは誘電体部
材６１の透磁率である。
いる場合には、共振周波数ｆ０は、上記（４）式のｃの
代わりに、ｖ＝１／（εμ）１／２で表されるｖを用い
た以下の（５）式で表される。 ｆ０＝（１／（（εμ）１／２・２π））・（２．４／ａ） ……（５） ただし、εは誘電体部材６１の比誘電率、μは誘電体部
材６１の透磁率である。
【００４８】しかし、誘電体部材６１および空洞部６２
は、抵抗体（高抵抗の電極）に囲まれているため、電磁
波の伝搬速度が遅くなり、共振周波数は低くなる。ま
た、ＴＭ０１０モードのＱ値は以下の（６）式で与えら
れ、本実施形態のようにスキンデプスδが大きい場合に
は、Ｑ値が小さくなる。 Ｑ＝１／δ｛（１／ａ）＋（１／Ｌ）｝ ……（６） 一方、誘電体部材６１または空洞部６２に形成される電
界強度は、共振周波数ｆ ０を中心として例えば図６のよ
うに分布するが、Ｑ値は、このグラフにおいて半値幅を
Δｆとすると、以下の（７）式で表される。 Ｑ＝ｆ０／２Δｆ ……（７） したがって、半値幅Δｆが大きいほどＱ値は小さくな
る。つまり、スキンデプスδが大きくＱ値が小さい場合
には、図６のグラフの半値幅Δｆが大きくなり、誘電体
部材６１または空洞部６２に形成される電界強度分布が
ブロードになる。したがって、共振周波数ｆ０よりも極
めて低い６０ＭＨｚ程度の周波数においてもＴＭ０１０
の共振モードの電磁界が励起されてくると考えられる。
は、抵抗体（高抵抗の電極）に囲まれているため、電磁
波の伝搬速度が遅くなり、共振周波数は低くなる。ま
た、ＴＭ０１０モードのＱ値は以下の（６）式で与えら
れ、本実施形態のようにスキンデプスδが大きい場合に
は、Ｑ値が小さくなる。 Ｑ＝１／δ｛（１／ａ）＋（１／Ｌ）｝ ……（６） 一方、誘電体部材６１または空洞部６２に形成される電
界強度は、共振周波数ｆ ０を中心として例えば図６のよ
うに分布するが、Ｑ値は、このグラフにおいて半値幅を
Δｆとすると、以下の（７）式で表される。 Ｑ＝ｆ０／２Δｆ ……（７） したがって、半値幅Δｆが大きいほどＱ値は小さくな
る。つまり、スキンデプスδが大きくＱ値が小さい場合
には、図６のグラフの半値幅Δｆが大きくなり、誘電体
部材６１または空洞部６２に形成される電界強度分布が
ブロードになる。したがって、共振周波数ｆ０よりも極
めて低い６０ＭＨｚ程度の周波数においてもＴＭ０１０
の共振モードの電磁界が励起されてくると考えられる。
【００４９】誘電体部材６１または空洞部６２内で共振
が生じ、電極板２３に対して直交する電界が発生する
と、誘電体部材６１または空洞部６２内部の電界と電極
板２３表裏の電界とが結合する。この場合に、図７に示
すように、誘電体部材６１または空洞部６２を設けない
場合の電極板２３表面の電界強度をＥ０とし、電極板２
３における誘電体部材６１または空洞部６２の存在する
部分直下における電極板２３表面の電界強度をＥ１と
し、誘電体部材６１または空洞部６２に発生する電界強
度をＥ２とすると、代数的にＥ１＝Ｅ０＋Ｅ２と表すこ
とができるから、電極板２３において、誘電体部材６１
または空洞部６２の存在する部分直下の電界強度を他の
部分よりも抑制することができる。この場合の電界強度
Ｅ２は、誘電体部材６１または空洞部６２の厚さＬ、径
ａ、電極板の比抵抗、誘電体部材の比誘電率等によって
調整することが可能である。
が生じ、電極板２３に対して直交する電界が発生する
と、誘電体部材６１または空洞部６２内部の電界と電極
板２３表裏の電界とが結合する。この場合に、図７に示
すように、誘電体部材６１または空洞部６２を設けない
場合の電極板２３表面の電界強度をＥ０とし、電極板２
３における誘電体部材６１または空洞部６２の存在する
部分直下における電極板２３表面の電界強度をＥ１と
し、誘電体部材６１または空洞部６２に発生する電界強
度をＥ２とすると、代数的にＥ１＝Ｅ０＋Ｅ２と表すこ
とができるから、電極板２３において、誘電体部材６１
または空洞部６２の存在する部分直下の電界強度を他の
部分よりも抑制することができる。この場合の電界強度
Ｅ２は、誘電体部材６１または空洞部６２の厚さＬ、径
ａ、電極板の比抵抗、誘電体部材の比誘電率等によって
調整することが可能である。
【００５０】このようにして誘電体部材６１または空洞
部６２の電界を調整すれば、電極板２３における誘電体
部材６１直下、すなわち電極中心部の電界を制御するこ
とができ、電極板２３の下面における電界分布を均一に
することができるのである。
部６２の電界を調整すれば、電極板２３における誘電体
部材６１直下、すなわち電極中心部の電界を制御するこ
とができ、電極板２３の下面における電界分布を均一に
することができるのである。
【００５１】このように、上記構造の上部電極２１を用
いて、印加する高周波の周波数が上昇し、プラズマ密度
が上昇した際に生じる電界分布の不均一の問題を解消す
ることができるので、高密度でありながら均一なプラズ
マを形成することができる。したがって、本実施形態の
ようなプラズマエッチング装置の場合には、エッチング
の均一性が向上し、一層のデザインルールの微細化に適
切に対応することが可能となる。特に、印加周波数が２
７ＭＨｚ以上で、プラズマ密度が１×１０１１個／ｃｍ
３以上の場合に上記問題が生じやすく、以上のような上
部電極構造はこのような場合に特に有効である。
いて、印加する高周波の周波数が上昇し、プラズマ密度
が上昇した際に生じる電界分布の不均一の問題を解消す
ることができるので、高密度でありながら均一なプラズ
マを形成することができる。したがって、本実施形態の
ようなプラズマエッチング装置の場合には、エッチング
の均一性が向上し、一層のデザインルールの微細化に適
切に対応することが可能となる。特に、印加周波数が２
７ＭＨｚ以上で、プラズマ密度が１×１０１１個／ｃｍ
３以上の場合に上記問題が生じやすく、以上のような上
部電極構造はこのような場合に特に有効である。
【００５２】次に、上部電極の電極板裏面に空洞部を形
成した場合のシミュレーション結果について説明する。
まず、φ１４０ｍｍで厚さ１ｍｍの空洞部（真空）を形
成した場合について、電極板の比抵抗をそれぞれ０．１
Ω・ｍおよび０．９Ω・ｍにした場合における周波数と
電界強度との関係についてシミュレーションした。その
結果を図８に示す。図８は、横軸に周波数をとり、縦軸
に空洞部形成部分における電界強度比Ｅ ２／Ｅ０（図７
参照）をとって、これらの関係を示すグラフである。こ
の図から、比抵抗値を高くすることで空洞に発生する電
界の割合が大きくなる周波数が低周波数側にシフトする
ことがわかる。
成した場合のシミュレーション結果について説明する。
まず、φ１４０ｍｍで厚さ１ｍｍの空洞部（真空）を形
成した場合について、電極板の比抵抗をそれぞれ０．１
Ω・ｍおよび０．９Ω・ｍにした場合における周波数と
電界強度との関係についてシミュレーションした。その
結果を図８に示す。図８は、横軸に周波数をとり、縦軸
に空洞部形成部分における電界強度比Ｅ ２／Ｅ０（図７
参照）をとって、これらの関係を示すグラフである。こ
の図から、比抵抗値を高くすることで空洞に発生する電
界の割合が大きくなる周波数が低周波数側にシフトする
ことがわかる。
【００５３】また、電極の比抵抗値および空洞部の径を
変化させた場合における空洞部径と電極中心位置での電
界の減衰との関係をシミュレーションした。この際に、
高周波電力の周波数を６０ＭＨｚ、比誘電率εを１、空
洞部の厚さを１ｍｍとした。その結果を図９に示す。図
９は、横軸に空洞部の直径をとり、縦軸に電極板中心位
置での電界減衰比Ｅ１／Ｅ０（図７参照）をとって、電
極の比抵抗値を０．３、０．５，０．７５Ω・ｍとした
場合におけるこれらの関係を示すグラフである。この図
から、電極の比抵抗が高いほど、電極板中心位置におけ
る電界減衰能が大きく、しかも電界減衰がより小さい空
洞部径から電界の減衰が生じていることが確認される。
変化させた場合における空洞部径と電極中心位置での電
界の減衰との関係をシミュレーションした。この際に、
高周波電力の周波数を６０ＭＨｚ、比誘電率εを１、空
洞部の厚さを１ｍｍとした。その結果を図９に示す。図
９は、横軸に空洞部の直径をとり、縦軸に電極板中心位
置での電界減衰比Ｅ１／Ｅ０（図７参照）をとって、電
極の比抵抗値を０．３、０．５，０．７５Ω・ｍとした
場合におけるこれらの関係を示すグラフである。この図
から、電極の比抵抗が高いほど、電極板中心位置におけ
る電界減衰能が大きく、しかも電界減衰がより小さい空
洞部径から電界の減衰が生じていることが確認される。
【００５４】さらにまた、空洞部の厚さを変化させたと
きの電極表面の電界強度分布をシミュレーションした。
この際に、空洞部の直径を１４０ｍｍ、空洞部の比誘電
率εを１、電極板の比抵抗を０．７５Ω・ｍ、周波数を
６０ＭＨｚとした。その結果を図１０に示す。図１０
は、横軸に電極中心からの距離をとり、縦軸に電極板の
電界強度Ｅ１（図７参照）をとって、空洞部の厚さを変
化させた場合の電界強度分布を示すグラフである。この
図から、電界の抑制効果は電極中心から８０ｍｍまでの
間で得られ、空洞部の厚さによって電界強度を抑制する
効果が変化することがわかる。ここでは空洞部の厚さが
０．３〜０．５ｍｍで効果が大きいという結果が得られ
た。
きの電極表面の電界強度分布をシミュレーションした。
この際に、空洞部の直径を１４０ｍｍ、空洞部の比誘電
率εを１、電極板の比抵抗を０．７５Ω・ｍ、周波数を
６０ＭＨｚとした。その結果を図１０に示す。図１０
は、横軸に電極中心からの距離をとり、縦軸に電極板の
電界強度Ｅ１（図７参照）をとって、空洞部の厚さを変
化させた場合の電界強度分布を示すグラフである。この
図から、電界の抑制効果は電極中心から８０ｍｍまでの
間で得られ、空洞部の厚さによって電界強度を抑制する
効果が変化することがわかる。ここでは空洞部の厚さが
０．３〜０．５ｍｍで効果が大きいという結果が得られ
た。
【００５５】さらにまた、空洞部の代わりに誘電体部材
を用い、誘電体の厚さを変化させたときの電極表面の電
界強度分布をシミュレーションした。この際に、誘電体
部材の直径を１４０ｍｍ、誘電体部材の比誘電率εを１
０、電極板の比抵抗を０．７５Ω・ｍ、周波数を６０Ｍ
Ｈｚとした。その結果を図１１に示す。図１１は、横軸
に電極中心からの距離をとり、縦軸に電極板の電界強度
Ｅ１（図７参照）をとって、誘電体部材の厚さを変化さ
せた場合の電界強度分布を示すグラフである。この図か
ら、電界の抑制効果は電極中心から６０ｍｍまでの間で
得られ、空洞部の厚さによって電界強度を抑制する効果
が変化することがわかる。ここでは誘電体部材の厚さが
１〜３ｍｍと空洞部よりも厚い厚さ領域で効果が大きい
という結果が得られた。
を用い、誘電体の厚さを変化させたときの電極表面の電
界強度分布をシミュレーションした。この際に、誘電体
部材の直径を１４０ｍｍ、誘電体部材の比誘電率εを１
０、電極板の比抵抗を０．７５Ω・ｍ、周波数を６０Ｍ
Ｈｚとした。その結果を図１１に示す。図１１は、横軸
に電極中心からの距離をとり、縦軸に電極板の電界強度
Ｅ１（図７参照）をとって、誘電体部材の厚さを変化さ
せた場合の電界強度分布を示すグラフである。この図か
ら、電界の抑制効果は電極中心から６０ｍｍまでの間で
得られ、空洞部の厚さによって電界強度を抑制する効果
が変化することがわかる。ここでは誘電体部材の厚さが
１〜３ｍｍと空洞部よりも厚い厚さ領域で効果が大きい
という結果が得られた。
【００５６】次に、本発明に基づいて作成した上部電極
を用いて実験を行った結果について説明する。図１に示
した装置を用い、電極板の比抵抗値を０．５Ω・ｍ、
０．７５Ω・ｍとし、電極板裏面側の空洞部を形成しな
い電極、および空洞部の厚さを１ｍｍに固定してその径
を５０ｍｍ、１００ｍｍ、１４０ｍｍ、２４０ｍｍとし
た電極を用いて２００ｍｍウエハの酸化膜をＣ４Ｈ８ガ
スでエッチングした。高周波電力の周波数は６０ＭＨｚ
とした。
を用いて実験を行った結果について説明する。図１に示
した装置を用い、電極板の比抵抗値を０．５Ω・ｍ、
０．７５Ω・ｍとし、電極板裏面側の空洞部を形成しな
い電極、および空洞部の厚さを１ｍｍに固定してその径
を５０ｍｍ、１００ｍｍ、１４０ｍｍ、２４０ｍｍとし
た電極を用いて２００ｍｍウエハの酸化膜をＣ４Ｈ８ガ
スでエッチングした。高周波電力の周波数は６０ＭＨｚ
とした。
【００５７】その結果を図１２および図１３に示す。図
１２および図１３は、それぞれ電極板の比抵抗が０．５
Ω・ｍおよび０．７５Ω・ｍの場合におけるエッチング
レート分布を示すグラフである。これらの図に示すよう
に、電極板裏面に空洞部を形成しない場合には、ウエハ
の中央部でエッチングレートが高くなるが、電極板裏面
に空洞部を形成することによりウエハ中央部でのエッチ
ングレートが低下する傾向があることが確認された。そ
して、いずれの場合にも、空洞部の径が１４０ｍｍの場
合に、エッチングレートがほぼ均一で、かつエッチング
レートが高いことが確認された。
１２および図１３は、それぞれ電極板の比抵抗が０．５
Ω・ｍおよび０．７５Ω・ｍの場合におけるエッチング
レート分布を示すグラフである。これらの図に示すよう
に、電極板裏面に空洞部を形成しない場合には、ウエハ
の中央部でエッチングレートが高くなるが、電極板裏面
に空洞部を形成することによりウエハ中央部でのエッチ
ングレートが低下する傾向があることが確認された。そ
して、いずれの場合にも、空洞部の径が１４０ｍｍの場
合に、エッチングレートがほぼ均一で、かつエッチング
レートが高いことが確認された。
【００５８】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の
形態では、上下電極に高周波を印加したが、上部電極の
みに高周波を印加するタイプであってもよい。また、上
部電極に２７〜１５０ＭＨｚの高周波を印加した場合に
ついて示したが、この範囲に限るものではない。さら
に、被処理基板として半導体ウエハを用い、これにエッ
チングを施す場合について説明したが、これに限らず、
処理対象としては液晶表示装置（ＬＣＤ）基板等の他の
基板であってもよく、またプラズマ処理もエッチングに
限らず、スパッタリング、ＣＶＤ等の他の処理であって
もよい。
ることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の
形態では、上下電極に高周波を印加したが、上部電極の
みに高周波を印加するタイプであってもよい。また、上
部電極に２７〜１５０ＭＨｚの高周波を印加した場合に
ついて示したが、この範囲に限るものではない。さら
に、被処理基板として半導体ウエハを用い、これにエッ
チングを施す場合について説明したが、これに限らず、
処理対象としては液晶表示装置（ＬＣＤ）基板等の他の
基板であってもよく、またプラズマ処理もエッチングに
限らず、スパッタリング、ＣＶＤ等の他の処理であって
もよい。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極板の第２の電極側と反対側の面に設けられた導電性
の支持体の中央部の凹部に誘電体部材を設け、供給され
る高周波電力の周波数において共振が生じ、かつその中
に電極板に対して直交する電界が生じるように、誘電体
部材の寸法もしくは誘電率が決定されるか、または電極
板の第２の電極側と反対側の面に設けられた導電性の支
持体の中央部に空洞部を設け、供給される高周波電力の
周波数において共振が生じ、かつその中に電極板に対し
て直交する電界が生じるように、空洞部の寸法が決定さ
れるが、このように誘電体部材または空洞部において共
振が生じて電極板に対して直交する電界が発生する場合
には、誘電体部材または空洞部の電界と電極の電界とが
結合し、誘電体部材または空洞部の電界によって、電極
板における誘電体部材直下または空洞部直下の電界強
度、すなわち電極中心部の電界を制御することができ
る。したがって、電極表面の電界分布を均一にすること
ができ、プラズマの均一性を高めることができる。
電極板の第２の電極側と反対側の面に設けられた導電性
の支持体の中央部の凹部に誘電体部材を設け、供給され
る高周波電力の周波数において共振が生じ、かつその中
に電極板に対して直交する電界が生じるように、誘電体
部材の寸法もしくは誘電率が決定されるか、または電極
板の第２の電極側と反対側の面に設けられた導電性の支
持体の中央部に空洞部を設け、供給される高周波電力の
周波数において共振が生じ、かつその中に電極板に対し
て直交する電界が生じるように、空洞部の寸法が決定さ
れるが、このように誘電体部材または空洞部において共
振が生じて電極板に対して直交する電界が発生する場合
には、誘電体部材または空洞部の電界と電極の電界とが
結合し、誘電体部材または空洞部の電界によって、電極
板における誘電体部材直下または空洞部直下の電界強
度、すなわち電極中心部の電界を制御することができ
る。したがって、電極表面の電界分布を均一にすること
ができ、プラズマの均一性を高めることができる。
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を
示す断面図。
示す断面図。
【図２】上部電極の第１の例を模式的に示す断面図
【図３】上部電極の第２の例を模式的に示す断面図。
【図４】従来の上部電極における高周波電力の供給系路
を模式的に示す断面図。
を模式的に示す断面図。
【図５】従来の上部電極における高周波電力の供給系路
を模式的に示す底面図。
を模式的に示す底面図。
【図６】共振周波数とＱ値との関係を説明するためのグ
ラフ。
ラフ。
【図７】電極板および誘電体部材または空洞部の電界強
度を説明するための図。
度を説明するための図。
【図８】周波数と電界強度比Ｅ２／Ｅ０との関係のシミ
ュレーション結果を示すグラフ。
ュレーション結果を示すグラフ。
【図９】空洞部の直径と電極板中心位置での電界減衰比
Ｅ１／Ｅ０との関係のシミュレーション結果を、電極の
比抵抗値を０．３、０．５，０．７５Ω・ｍとした場合
について示すグラフ。
Ｅ１／Ｅ０との関係のシミュレーション結果を、電極の
比抵抗値を０．３、０．５，０．７５Ω・ｍとした場合
について示すグラフ。
【図１０】空洞部の厚さを変化させた場合の電界強度分
布を示すグラフ。
布を示すグラフ。
【図１１】誘電体部材の厚さを変化させた場合の電解強
度分布を示すグラフ。
度分布を示すグラフ。
【図１２】電極板の比抵抗を０．５Ω・ｍとし、電極板
裏面側の空洞部を形成しない電極、および空洞部の厚さ
を１ｍｍに固定してその径を５０ｍｍ、１００ｍｍ、１
４０ｍｍ、２４０ｍｍとした電極を用いて２００ｍｍウ
エハの酸化膜をエッチングした場合のエッチングレート
分布を示すグラフ。
裏面側の空洞部を形成しない電極、および空洞部の厚さ
を１ｍｍに固定してその径を５０ｍｍ、１００ｍｍ、１
４０ｍｍ、２４０ｍｍとした電極を用いて２００ｍｍウ
エハの酸化膜をエッチングした場合のエッチングレート
分布を示すグラフ。
【図１３】電極板の比抵抗を０．７５Ω・ｍとし、電極
板裏面側の空洞部を形成しない電極、および空洞部の厚
さを１ｍｍに固定してその径を５０ｍｍ、１００ｍｍ、
１４０ｍｍ、２４０ｍｍとした電極を用いて２００ｍｍ
ウエハの酸化膜をエッチングした場合のエッチングレー
ト分布を示すグラフ。
板裏面側の空洞部を形成しない電極、および空洞部の厚
さを１ｍｍに固定してその径を５０ｍｍ、１００ｍｍ、
１４０ｍｍ、２４０ｍｍとした電極を用いて２００ｍｍ
ウエハの酸化膜をエッチングした場合のエッチングレー
ト分布を示すグラフ。
１；プラズマ処理装置 ２；チャンバー ５；サセプタ（第２の電極） ６；ハイパスフィルター ２１；上部電極（第１の電極） ２３；電極板 ３０；処理ガス供給源 ３５；排気装置 ４０；第１の高周波電源 ４２；ローパスフィルター ４１，５１；整合器 ５０；第２の高周波電源 ６１；誘電体部材 ６２；空洞部 Ｗ；半導体ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ (72)発明者 小松 巧 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 Ｆターム(参考） 4G075 AA30 BC02 BC04 BC06 BD14 CA25 CA47 EB42 EC21 FC11 4K030 FA03 JA18 KA15 KA30 KA46 4K057 DA16 DB06 DD01 DM05 DM06 DM08 DM18 DM32 DM33 5F004 AA01 AA16 BA06 BB13 BB22 BB25 BC06 DA01 DA02 DA03 DA15 DA16 DB03 5F045 AA08 EB08 EH04 EH05 EH08 EH14 EH19 EJ02 EJ03 EJ09 EJ10 EM05
Claims (6)
- 【請求項１】 チャンバー内に第１および第２の電極を
互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持
させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理
ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給
し、これら電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプ
ラズマを生成し、このプラズマにより被処理基板に所定
のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、 前記第１の電極は、第２の電極に対向するように設けら
れた、導電体または半導体で構成された電極板と、この
電極板の第２の電極側と反対側の面に設けられ電極板を
支持する導電性の支持体と、この支持体の中央部の凹部
に設けられた誘電体部材とを有し、前記誘電体部材は、
供給される高周波電力の周波数において共振が生じ、か
つその中に電極板に対して直交する電界が生じるように
その寸法および誘電率が決定されることを特徴とするプ
ラズマ処理装置。 - 【請求項２】 チャンバー内に第１および第２の電極を
互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持
させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理
ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給
し、これら電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプ
ラズマを生成し、このプラズマにより被処理基板に所定
のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、 前記第１の電極は、第２の電極に対向するように設けら
れた、導電体または半導体で構成された電極板と、この
電極板の第２の電極側と反対側の面に設けられ電極板を
支持する導電性の支持体と、支持体の中央部に設けられ
た空洞部とを有し、前記空洞部は、供給される高周波電
力の周波数において共振が生じ、かつその中に電極板に
対して直交する電界が生じるようにその寸法が決定され
ることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項３】 前記電極板における以下の（１）式で表
されるスキンデプスδが、電極板の厚さよりも大きいこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズ
マ処理装置。 δ＝（２ρ／ωμ）１／２ ……（１） ただし、ω：高周波電力の角周波数（＝２πｆ（ｆ：周
波数））、ρ：電極板の比抵抗、μ：電極板の透磁率 - 【請求項４】 前記電極板の比抵抗が０．１Ω・ｍ以上
であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理
装置。 - 【請求項５】 前記電極板の比抵抗が、０．３〜０．７
５Ω・ｍであることを特徴とする請求項４に記載のプラ
ズマ処理装置。 - 【請求項６】 前記誘電体部材の比誘電率が１〜１０で
あることを特徴とする請求項１から請求項５に記載のプ
ラズマ処理装置。
Priority Applications (7)
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|---|---|---|---|
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| KR1020097001866A KR20090027255A (ko) | 2000-04-18 | 2001-04-16 | 플라즈마 처리 장치 |
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|---|---|---|---|
| JP2000116304A JP4454781B2 (ja) | 2000-04-18 | 2000-04-18 | プラズマ処理装置 |
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|---|---|
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| WO (1) | WO2001080297A1 (ja) |
Cited By (14)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2005045067A (ja) * | 2003-07-23 | 2005-02-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体デバイスの製造方法および半導体デバイスの製造装置 |
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| JP2007250838A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びそれに用いられる電極 |
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| JP2010212276A (ja) * | 2009-03-06 | 2010-09-24 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用の電極 |
| US8008596B2 (en) | 2006-03-16 | 2011-08-30 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing apparatus and electrode used therein |
| KR101109069B1 (ko) | 2009-06-23 | 2012-01-31 | 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 | 플라즈마처리장치 |
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| JP2013175430A (ja) * | 2012-01-27 | 2013-09-05 | Tokyo Electron Ltd | マイクロ波放射機構、マイクロ波プラズマ源および表面波プラズマ処理装置 |
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