JP2006270017A

JP2006270017A - プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法、ならびにコンピュータ読み取り可能な記憶媒体

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Publication number: JP2006270017A
Application number: JP2005181131A
Authority: JP
Inventors: Akira Koshiishi; 公輿石; Masaru Sugimoto; 勝杉本; Kunihiko Hiuga; 邦彦日向; Noriyuki Kobayashi; 典之小林; Chishio Koshimizu; 地塩輿水; Ryuji Otani; 竜二大谷; Kazuo Kibi; 和雄吉備; Masashi Saito; 昌司斉藤; Naoki Matsumoto; 直樹松本; Manabu Iwata; 学岩田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-06-21
Also published as: JP4672455B2

Abstract

【課題】レジスト層等の有機マスク層の耐プラズマ性を高く維持して高選択比でエッチングすることができ、また、電極への堆積物の付着を有効に解消することができ、さらにプラズマ密度のコントロールが可能なプラズマエッチング装置を提供すること。
【解決手段】チャンバ10に互いに対向して配置される上部電極34およびウエハ支持用の下部電極16を有し、上部電極34に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電源48を接続し、下部電極16に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電源90を接続し、上部電極34に可変直流電源50を接続し、チャンバ10内に処理ガスを供給してプラズマ化し、プラズマエッチングを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板等の被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法、ならびにコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。

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形成された所定の層に所定のパターンを形成するために、レジストをマスクとしてプラズマによりエッチングするプラズマエッチング処理が多用されている。

このようなプラズマエッチングを行うためのプラズマエッチング装置としては、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。

容量結合型平行平板プラズマエッチング装置は、チャンバ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内に導入するとともに、電極の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の所定の層に対してプラズマエッチングを施す。

具体的には、上部電極にプラズマ形成用の高周波を印加してプラズマを形成し、下部電極にイオン引き込み用の高周波を印加することにより、適切なプラズマ状態を形成するプラズマエッチング装置が知られており、これにより、高選択比で再現性の高いエッチング処理が可能である（例えば特許文献１）。

ところで、近年の微細加工の要求に対応して、マスクとして用いられるフォトレジストの膜厚が薄くなり、使用されるフォトレジストもＫｒＦフォトレジスト（すなわち、ＫｒＦガスを発光源としたレーザー光で露光するフォトレジスト）から、約０．１３μｍ以下のパターン開口を形成することができるＡｒＦフォトレジスト（すなわち、ＡｒＦガスを発光源とした、より短波長のレーザー光で露光するフォトレジスト）に移行されつつある。

しかしながら、ＡｒＦフォトレジストは耐プラズマ性が低いため、ＫｒＦレジストではほとんど発生しなかったエッチング途中での表面の荒れが生じてしまうという問題がある。このため、開口部の内壁面に縦筋（ストライエーション）が入ったり、開口部が広がる（ＣＤの広がり）等の問題が生じ、フォトレジストの膜厚が薄いことと相俟って、良好なエッチング選択比でエッチングホールを形成することができないという不都合が生じている。

一方、この種のエッチング装置では、上部電極に供給したプラズマ生成用の高周波電力のパワーが小さい場合には、エッチング終了後に上部電極に堆積物（デポ）が付着し、プロセス特性の変化やパーティクルの懸念がある。また、パワーが大きい場合には、電極の削れが生じ、パワーが小さい場合とはプロセス特性が変化する。高周波電源からのパワーはプロセスによって適正な範囲が決まるため、どのようなパワーでもプロセスが変動しないことが望まれる。さらに、エッチングの際にはチャンバ壁にデポが生じ、連続エッチングプロセスの場合等に、前の処理の影響が残存して次の処理に悪影響を与えるメモリー効果が生じるため、チャンバ壁への堆積物の付着の解消も求められる。

さらに、このような平行平板型容量結合型のエッチング装置では、チャンバ内
の圧力が高くかつ使用するエッチングガスが負性ガス（例えば、Ｃ_ｘＦ_ｙ、Ｏ_２など）の場合に、チャンバ中心部のプラズマ密度が低くなるが、このような場合にプラズマ密度をコントロールすることは困難である。

一方、半導体デバイスにおいて、配線の微細化や高速化の要請が高まるに伴い、配線寄生容量の低減を図る目的で低誘電率の層間絶縁膜の利用が進められている。このような低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）の中でも、特にＳｉＯＣ系膜が注目を集めている。

ＳｉＯＣ系膜などの有機系のＬｏｗ−ｋ膜にプラズマエッチングを行なう場合、重要となるのが窒化珪素などの下地膜やマスク層との選択比を十分に確保することである。通常は、下地膜との選択性が比較的高い処理ガスとしてフルオロカーボンガス系の混合ガスが用いられるが、それだけで十分な選択比を得ることは難しい。そこで、ＳｉＯＣ系膜のエッチングにおいて、Ｃｕ配線のバリア層である窒化珪素膜を下地エッチストップ層としてＳｉＯＣ系層間絶縁膜をプラズマエッチングする際に、下地膜との選択比を向上させるため、処理ガスとしてＣ_４Ｆ_８／Ａｒ／Ｎ_２をＡｒの流量比が８０％以上となるように用い、窒化珪素膜との選択比を向上させるエッチング方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

また、上記特許文献２と同様に、窒化珪素膜を下地エッチストップ層としてＳｉＯＣ系層間絶縁膜をプラズマエッチングする際に、処理ガスとしてＣＨＦ_３／Ａｒ／Ｎ_２を用いる第１ステップのエッチングと、処理ガスとしてＣ_４Ｆ_８／Ａｒ／Ｎ_２を用いる第２ステップのエッチングとを行ない、マスクと窒化珪素膜との双方に対する選択比を向上させるエッチング方法も提案されている（例えば、特許文献３）。

しかしながら、上述したようにＣｕ配線のバリア層として用いられている窒化珪素はバリア性は良いものの比誘電率が７．０と高いため、ＳｉＯＣ系膜などのＬｏｗ−ｋ膜の低誘電率特性を十分に活用するためには、さらに比誘電率が低いバリア層が求められており、その一つとして比誘電率が３．５の炭化珪素（ＳｉＣ）がある。

このような低誘電率バリア層であるであるＳｉＣを下地エッチストップ層として使用して上層の被エッチング層であるＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする際においても、十分なエッチング選択比を確保することが必要である。しかし、前記特許文献２および特許文献３に記載されたフルオロカーボン系の処理ガスを用いるプラズマエッチングでは、Ｌｏｗ−ｋ膜とＳｉＣ層とのエッチング選択比を十分に確保することができない。
特開２０００−１７３９９３号公報特開２００２−２７０５８６号公報特開２００４−８７８７５号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、レジスト層等の有機マスク層の耐プラズマ性を高く維持して高選択比でエッチングすることができ、または電極への堆積物の付着を有効に解消することができ、または高速なエッチングができ、または被処理基板に対して均一なエッチングを行うことができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
また、エッチストップ層としての下地ＳｉＣ層に対して高いエッチング選択比でＬｏｗ−ｋ膜のエッチングを行なうことができるプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記直流電源から前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを制御する制御装置とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

この場合に、前記直流電源は、印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが可変であるように構成することができる。また、前記制御装置は、前記直流電源から前記第１電極への直流電圧の印加可否を制御するように構成することができる。また、生成されたプラズマの状態を検出する検出器をさらに具備し、この検出器の情報に基づいて前記制御装置が前記直流電源から前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを制御するように構成することができる。

上記第１の観点に係るプラズマ処理装置においては、典型的には前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極である。この場合に、前記第１電極に印加される第１の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ以上であることが好ましく、４０ＭＨｚ以上が一層好ましい。また、前記第２の電極に印加される第２の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ以下であることが好ましい。

また、上記第１の観点に係るプラズマ処理装置において、前記直流電源は、−２０００〜＋１０００Ｖの範囲の電圧を印加するものであることが好ましい。また、前記直流電源から印加される直流電圧の絶対値が１００Ｖ以上好ましくは５００V 以上であることが好ましい。また、前記直流電圧は、前記第１電極に印加される第１の高周波電力によって該第１電極の表面に発生する自己バイアス電圧より絶対値が大きい負の電圧であることが好ましい。また、前記第１電極の前記第２電極との対向面は、シリコン含有物質で形成することができる。

上記第１の観点に係るプラズマ処理装置においては、前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、常時接地されている導電性部材を前記処理容器内に設けることができる。この場合に、前記第１電極が上部電極であり、前記第２電極が下部電極であり、前記導電性部材は、前記第２電極の周囲に設置されるようにすることができる。また、前記第１電極の近傍に配置されるようにすることもできる。また、前記導電性部材は、前記第１電極の外側にリング状に配置することができる。また、前記接地された導電性部材は、プラズマ処理の際の飛翔物の付着を防止するための凹所を有している構成とすることができる。

このような構成において、前記導電性部材の一部を覆う保護板を有し、前記保護板を前記導電性部材に対して相対移動させる駆動機構により、前記導電性部材のプラズマに露出される部分が変化するようにしてもよい。また、前記導電性部材はその一部がプラズマに露出される円柱形状であり、前記導電性部材を円柱の軸を中心に回転させる駆動機構により、前記導電性部材のプラズマに露出される部分が変化するようにしてもよい。また、前記導電性部材の一部を覆いかつプラズマによりエッチングされ得る材質を有する段差形状の保護膜を有し、前記保護膜がエッチングされることにより、前記導電性部材のプラズマに露出される部分が変化するようにしてもよい。

上記第１の観点に係るプラズマ処理装置において、前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、全体制御装置からの指令に基づいて接地される導電性部材を前記処理容器内に設けることができる。この場合に、前記第１電極が上部電極であり、前記第２電極が下部電極であり、前記導電性部材は、前記第２電極の周囲に設置されるようにすることができる。また、前記第１電極の近傍に配置されるようにすることもできる。また、前記導電性部材は、前記第１電極の外側にリング状に配置することができる。また、前記接地された導電性部材は、プラズマ処理の際の飛翔物の付着を防止するための凹所を有している構成とすることができる。また、前記導電性部材は、プラズマエッチング時に接地されるようにすることができる。

前記導電性部材には、直流電圧または交流電圧が印加可能となっており、全体制御装置からの指令に基づいて直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされるものとすることができる。この場合に、前記導電性部材は、クリーニング時に直流電圧または交流電圧が印加されることが好ましい。また、前記導電性部材の接続を、前記直流電源側と接地ラインとで切り替える切替機構をさらに具備し、前記切替機構により前記導電性部材を前記直流電源側に接続した際に、前記直流電源から前記導電性部材へ直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされるようにすることができる。このような構成において、前記導電性部材には負の直流電圧が印加可能となっていることが好ましい。そして、このように負の直流電圧が印加可能な構成において、前記処理容器内に、前記導電性部材に負の直流電圧が印加された際に流入した直流電子電流を排出するために、接地された導電性補助部材を設けることが好ましい。この場合において、前記第１電極が上部電極であり、前記第２電極が下部電極であって、前記導電性部材は、前記第１の電極の近傍に配置され、前記導電性補助部材は、前記第２電極の周囲に設置される構成とすることができる。

上記第１の観点に係るプラズマ処理装置において、全体制御装置からの指令に基づいて、前記第１電極に供給された前記直流電源からの直流電流をプラズマを介して逃がすために接地される第１の状態、および前記直流電源から直流電圧が印加されてその表面がスパッタまたはエッチングされる第２の状態のいずれかをとる導電性部材を前記処理容器内に設け、前記直流電源の負極が前記印加電極に接続され、かつ前記導電性部材が接地ラインに接続される第１の接続と、前記直流電源の正極が前記第１電極に接続され、前記直流電源の負極が前記導電性部材に接続される第２の接続との間で切り替え可能であり、その切り替えにより、それぞれ前記第１の状態および前記第２の状態を形成可能な接続切替機構をさらに具備する構成とすることができる。この場合に、前記第１の状態はプラズマエッチング時に形成され、前記第２の状態は前記導電性部材のクリーニング時に形成されることが好ましい。

本発明の第２の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、前記第１電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記直流電源から前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを制御する制御装置とを具備し、前記第１電極は、内側電極と外側電極とに分割されており、前記第１の高周波電力は、前記内側電極と前記外側電極に分配されて印加され、前記直流電源はこれらのうち少なくとも一方に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

上記第２の観点に係るプラズマ処理装置において、前記直流電源は、前記内側電極と前記外側電極に印加する直流電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能であるように構成することができる。この場合において、前記内側電極と前記外側電極には、それぞれ異なる直流電源から直流電圧が印加されるように構成することができる。また、前記電源の一方の極を前記内側電極に接続し、他方の極を前記外側電極に接続するように構成することができる。

上記第２の観点に係るプラズマ処理装置においては、典型的には前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極である。この場合に、前記第１電極に印加される第１の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ以上であることが好ましく、４０ＭＨｚ以上が一層好ましい。また、前記第２の電極に印加される第２の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ以下であることが好ましい。

また、上記第２の観点に係るプラズマ処理装置において、前記直流電源は、−２０００〜＋１０００Ｖの範囲の電圧を印加するものを適用することができ、また、前記直流電源から印加される直流電圧の絶対値が１００Ｖ以上好ましくは５００Ｖ以上であることが好ましい。また。前記直流電圧は、前記第１電極に印加される第１の高周波電力によって該第１電極の表面に発生する自己バイアス電圧より絶対値が大きい負の電圧であることが好ましい。また、前記第１電極の前記第２電極との対向面は、シリコン含有物質で形成することができる。

上記第２の観点に係るプラズマ処理装置において、前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、常時接地されている導電性部材を前記処理容器内に設けることができる。この場合に、前記第１電極が上部電極であり、前記第２電極が下部電極であり、前記導電性部材は、前記第２電極の周囲に設置されるようにすることができる。また、前記第１電極の近傍に配置されるようにすることもできる。また、前記導電性部材は、前記第１電極の外側にリング状に配置することができる。また、前記接地された導電性部材は、プラズマ処理の際の飛翔物の付着を防止するための凹所を有している構成とすることができる。

上記第２の観点に係るプラズマ処理装置において、前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、全体制御装置からの指令に基づいて接地される導電性部材を前記処理容器内に設けることができる。この場合に、前記第１電極が上部電極であり、前記第２電極が下部電極であり、前記導電性部材は、前記第２電極の周囲に設置されるようにすることができる。また、前記第１電極の近傍に配置されるようにすることもできる。また、前記導電性部材は、前記第１電極の外側にリング状に配置することができる。また、前記接地された導電性部材は、プラズマ処理の際の飛翔物の付着を防止するための凹所を有している構成とすることができる。また、前記導電性部材は、プラズマエッチング時に接地されるようにすることができる。

前記導電性部材には、直流電圧または交流電圧が印加可能となっており、全体制御装置からの指令に基づいて直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされるものとすることができる。この場合に、前記導電性部材は、クリーニング時に直流電圧または交流電圧が印加されることが好ましい。また、前記導電性部材の接続を、前記直流電源側と接地ラインとで切り替える切替機構をさらに具備し、前記切替機構により前記導電性部材を前記直流電源側に接続した際に、前記直流電源から前記導電性部材へ直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされるようにすることができる。このような構成において、前記導電性部材には負の直流電圧が印加可能となっていることが好ましい。そして、このように負の直流電圧が印加可能な構成において、前記処理容器内に、前記導電性部材に負の直流電圧が印加された際に流入した直流電子電流を排出するために、接地された導電性補助部材を設けることが好ましい。この場合において、前記第１電極が上部電極であり、前記第２電極が下部電極であって、前記導電性部材は、前記第１の電極の近傍に配置され、前記導電性補助部材は、前記第２電極の周囲に設置される
構成とすることができる。

上記第２の観点に係るプラズマ処理装置において、全体制御装置からの指令に基づいて、前記第１電極に供給された前記直流電源からの直流電流をプラズマを介して逃がすために接地される第１の状態、および前記直流電源から直流電圧が印加されてその表面がスパッタまたはエッチングされる第２の状態のいずれかをとる導電性部材を前記処理容器内に設け、前記直流電源の負極が前記印加電極に接続され、かつ前記導電性部材が接地ラインに接続される第１の接続と、前記直流電源の正極が前記第１電極に接続され、前記直流電源の負極が前記導電性部材に接続される第２の接続との間で切り替え可能であり、その切り替えにより、それぞれ前記第１の状態および前記第２の状態を形成可能な接続切替機構をさらに具備する構成とすることができる。この場合に、前記第１の状態はプラズマエッチング時に形成され、前記第２の状態は前記導電性部材のクリーニング時に形成されることが好ましい。

本発明の第３の観点では、処理容器内に、第１電極および被処理基板を支持する第２電極を対向して配置し、前記第１電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加し、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内に処理ガスを供給し、該処理ガスのプラズマを生成させて、前記第２電極に支持された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記第１電極に直流電圧を印加する工程と、前記第１電極に直流電圧を印加しながら、前記被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。

上記第３の観点に係るプラズマ処理方法においては、典型的には前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極である。この場合に、前記直流電圧は、前記第１電極に印加される第１の高周波電力によって該第１電極の表面に発生する自己バイアス電圧より絶対値が大きい負の電圧であることが好ましい。また、前記上部電極に印加される第１の高周波電力の周波数が１３．５６〜６０ＭＨｚであり、前記下部電極に印加される第２の高周波電力の周波数が３００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ以下であることが好ましい。また、前記処理ガスが、フルオロカーボンを含むガスであることが好ましい。この場合、前記フルオロカーボンを含むガスが、少なくともＣ_４Ｆ_８を含むことがより好ましい。前記フルオロカーボンを含むガス中に、さらに不活性ガスを含むこともできる。

上記第３の観点に係るプラズマ処理方法において、前記直流電圧の絶対値は、１５００Ｖ以下であることが好ましい。また、処理圧力は、１．３〜２６．７Ｐａ（１０〜２００ｍＴｏｒｒ）であることが好ましい。さらに、前記上部電極に印加される第１の高周波電力が３０００Ｗ以下であることが好ましい。また、前記下部電極に印加される第２の高周波電力が１００〜５
０００Ｗであることが好ましい。

上記第３の観点に係るプラズマ処理方法において、前記第２電極に支持された被処理基板へのプラズマ処理は、典型的には、被処理基板に設けられた絶縁膜のエッチングであり、前記絶縁膜が有機系絶縁膜であってもよい。ここで、前記有機系絶縁膜が、ＳｉＯＣ系膜であってもよく、この場合、前記ＳｉＯＣ系膜の下地膜が、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されていることが好ましい。また、絶縁膜をエッチングする際、前記処理ガスが、Ｃ_４Ｆ_８とＮ_２とＡｒの混合ガスであり、その流量比が、Ｃ_４Ｆ_８／Ｎ_２／Ａｒ＝４〜２０／１００〜５００／５００〜１５００ｍＬ／ｍｉｎであることが好ましい。以上のプラズマ処理方法は、オーバーエッチングステップに適用されるものであってもよい。

また、絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜の下地膜との選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ_５Ｆ_８、Ａｒ、Ｎ_２の組み合わせを使用することができる。また、同様に絶縁膜の下地膜との選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、ＣＦ_４、またはＣ_４Ｆ_８、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｎ_２、Ｏ_２の組み合わせを使用することもできる。さらに、絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のエッチング速度を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｏ_２、およびＣ_４Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ａｒ、Ｏ_２、およびＣ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ａｒ、Ｏ_２のいずれかの組み合わせを使用することができる。

本発明の第４の観点では、処理容器内に、第１電極および被処理基板を支持する第２電極を対向して配置し、内側電極と外側電極とに分割された前記第１電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加し、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内に処理ガスを供給し、該処理ガスのプラズマを生成させて、前記第２電極に支持された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記内側電極と前記外側電極の少なくとも一方に直流電圧を印加する工程と、前記第１電極に直流電圧を印加しながら、前記被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。

上記第４の観点に係るプラズマ処理方法において、前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜の下地膜との選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ_５Ｆ_８、Ａｒ、Ｎ_２の組み合わせを使用することができる。また、前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のマスクとの選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、ＣＦ_４、またはＣ_４Ｆ_８、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｎ_２、Ｏ_２の組み合わせを使用することができる。また、前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のエッチング速度を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｏ_２、およびＣ_４Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ａｒ、Ｏ_２、およびＣ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ａｒ、Ｏ_２のいずれかの組み合わせを使用することができる。

また、本発明の第５の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第３の観点のプラズマ処理方法が行われるように、プラズマ処理装置を制御することを特徴とするコンピュータ記憶媒体が提供される。

また、本発明の第６の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第４の観点のプラズマ処理方法が行われるように、プラズマ処理装置を制御することを特徴とするコンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明の第１の観点によれば、第１電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットを接続し、被処理基板を支持する第２の電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットを接続するとともに、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源を接続するので、第１の高周波電力により処理ガスのプラズマを形成し、かつ第２の高周波電力により被処理基板にイオンを引き込みながらプラズマ処理する際に、第１電極に直流電圧を印加することにより、（１）第１電極の自己バイアス電圧の絶対値を大きくして第１電極表面へのスパッタ効果、（２）第１の電極におけるプラズマシースを拡大させ、形成されるプラズマが縮小化される効果、（３）第１電極近傍に生じた電子を被処理基板上に照射させる効果、（４）プラズマポテンシャルを制御する効果、（５）電子（プラズマ）密度を上昇させる効果、（６）中心部のプラズマ密度を上昇させる効果の少なくとも一つを奏することができる。

上記（１）の効果により、第１電極の表面にプロセスガスに起因するポリマーとフォトレジストからのポリマーが付着した場合でも、ポリマーをスパッタして電極表面を清浄化することができる。それとともに、基板上に最適なポリマーを供給してフォトレジスト膜の荒れを解消することができる。また、電極自体がスパッタされることにより電極材料を基板上に供給してフォトレジスト膜等の有機マスクを強化することができる。

また、上記（２）の効果により、被処理基板上の実効レジデンスタイムが減少し、かつプラズマが被処理基板上に集中して拡散が抑えられ排気空間が減少するので、フロロカーボン系の処理ガスの解離が抑えられ、フォトレジスト膜等の有機マスクがエッチングされ難くなる。

さらに、上記（３）の効果により、被処理基板上のマスク組成が改質され、フォトレジスト膜の荒れを解消することができる。また、高速の電子が被処理基板に照射されることから、シェーディング効果が抑制され、被処理基板の微細加工性が向上する。

さらにまた、上記（４）の効果により、プラズマポテンシャルを適切に制御して、電極や、チャンバ壁（デポシールド等）、処理容器内の絶縁材等の処理容器内部材へのエッチング副生物の付着を抑制することができる。

さらにまた、上記（５）の効果により、被処理基板に対するエッチングレート（エッチング速度）を上昇させることができる。

さらにまた、上記（６）の効果により、処理容器内の圧力が高くかつ使用するエッチングガスが負性ガスであっても、処理容器内の中心部のプラズマ密度が周辺に比べて低くなることを抑制でき（負イオンの生成を抑制でき）、プラズマ密度が均一化するようにプラズマ密度をコントロールすることができる。

これにより、レジスト層等の有機マスク層の耐プラズマ性を高く維持して高選択比でエッチングすることができる。または、電極への堆積物の付着を有効に解消することができる。または高速なエッチングができ、または被処理基板に対して均一なエッチングを行うことができる。

本発明の第２の観点によれば、第１電極が内側電極と外側電極とに分割されており、前記第１の高周波電力は、前記内側電極と前記外側電極に分配されて印加され、前記直流電源はこれらのうち少なくとも一方に接続されているので、上記効果に加え、前記内側電極と前記外側電極の電界強度を変化させることができ径方向のプラズマ密度の均一性をより高めることができる。

本発明の第３〜第６の観点によれば、第１の高周波電力が印加される第１電極に直流電圧を印加しながらエッチングを行なうことにより、被エッチング層である絶縁膜と下地膜との選択比を十分に得ることができる。例えば、絶縁膜が有機系絶縁膜のＳｉＯＣ系膜であり、その下地膜が炭化珪素により形成される場合や、絶縁膜が無機系絶縁膜のＳｉＯ２であり、その下地膜が、窒化珪素により形成される場合において、下地膜のエッチングを可能な限り抑制しながらエッチングを行なうことができる。

また、第１電極に直流電圧を印加しながら高周波電力、圧力、ガス種などのエッチング条件を制御することにより、上述のように高い選択比を維持しつつ、ＳｉＯＣ系膜などに対するエッチングレートを向上させることができるほか、対レジスト選択比、特にＡｒＦレジストに対するＳｉＯＣ系膜等のエッチング選択比を改善することも可能である。また、エッチングレートの向上とエッチングパターンのＣＤ（Critical Dimension）制御とを両立させることも可能になるので、高速で精度の高いエッチングが実現し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。さらに、エッチングによって半導体ウエハなどの被処理体表面にライン＆スペースのパターンを刻設する場合には、ラインエッチングラフネス（ＬＥＲ）を低減することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。

このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極を構成し、その上に被処理基板である半導体ウエハＷが載置される。

サセプタ１６の上面には、半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。

静電チャック１８（半導体ウエハＷ）の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。

サセプタ支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。

さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。

下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部および下部電極３４，１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。

この上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されており、サセプタ１６との対向面を構成しかつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化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３８とによって構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、また、後述するようにレジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板３６はシリコンやＳｉＣで構成されるのが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。

電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている（ＭＦＣの代わりにＦＣＮでもよい）。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのための処理ガスとして、例えばＣ_４Ｆ_８ガスのようなフロロカーボンガス（Ｃ_ｘＦ_ｙ）がガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。

上部電極３４には、整合器４６および給電棒４４を介して、第１の高周波電源４８が電気的に接続されている。第１の高周波電源４８は、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合器４６は、第１の高周波電源４８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。整合器４６の出力端子は給電棒４４の上端に接続されている。

一方、上記上部電極３４には、第１の高周波電源４８の他、可変直流電源５０が電気的に接続されている。可変直流電源５０はバイポーラ電源であってもよい。具体的には、この可変直流電源５０は、上記整合器４６および給電棒４４を介して上部電極３４に接続されており、オン・オフスイッチ５２により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５０の極性および電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５２のオン・オフはコントローラ５１により制御されるようになっている。

整合器４６は、図２に示すように、第１の高周波電源４８の給電ライン４９から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ５４と、給電ライン４９のその分岐点の下流側に設けられた第２の可変コンデンサ５６を有しており、これらにより上記機能を発揮する。また、整合器４６には、直流電圧電流（以下、単に直流電圧という）が上部電極３４に有効に供給可能なように、第１の高周波電源４８からの高周波（例えば６０ＭＨｚ）および後述する第２の高周波電源からの高周波（例えば２ＭＨｚ）をトラップするフィルタ５８が設けられている。すなわち、可変直流電源５０からの直流電流がフィルタ５８を介して給電ライン４９に接続される。このフィルタ５８はコイル５９とコンデンサ６０とで構成されており、これらにより第１の高周波電源４８からの高周波および後述する第２の高周波電源からの高周波がトラップされる。

チャンバ１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１０ａが設けられており、この円筒状接地導体１０ａの天壁部分は筒状の絶縁部材４４ａにより上部給電棒４４から電気的に絶縁されている。

下部電極であるサセプタ１６には、整合器８８を介して第２の高周波電源９０が電気的に接続されている。この第２の高周波電源９０から下部電極サセプタ１６に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハＷ側にイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、３００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合器８８は第２の高周波電源９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第２の高周波電源９０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。

上部電極３４には、第１の高周波電源４８からの高周波（６０ＭＨｚ）は通さずに第２の高周波電源９０からの高周波（２ＭＨｚ）をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されるが、１本の導線だけでも第１の高周波電源４８からの高周波（６０ＭＨｚ）に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、下部電極であるサセプタ１６には、第１の高周波電源４８からの高周波（６０ＭＨｚ）をグランドに通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９４が電気的に接続されている。

チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。また、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。

デポシールド１１のチャンバ内壁を構成する部分のウエハＷとほぼ同じ高さ部分には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）９１が設けられており、これにより後述するような異常放電防止効果を発揮する。

プラズマ処理装置の各構成部は、制御部（全体制御装置）９５に接続されて制御される構成となっている。また、制御部９５には、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９６が接続されている。

さらに、制御部９５には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部９５の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部９７が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部９７の所定位置にセットするようになっていてもよい。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９６からの指示等にて任意のレシピを記憶部９７から呼び出して制御部９５に実行させることで、制御部９５の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。なお、本発明の実施の形態で述べるプラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）は、この制御部９５を含むものとする。

このように構成されるプラズマ処理装置においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象である半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し、その中の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。ここで、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Ｃ_４Ｆ_８ガスのようなフロロカーボンガス（Ｃ_ｘＦ_ｙ）に代表される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。さらに、ＡｒガスやＯ_２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。

このようにチャンバ１０内にエッチングガスを導入した状態で、第１の高周波電源４８からプラズマ生成用の高周波電力を所定のパワーで上部電極３４に印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用の高周波を所定のパワーで下部電極であるサセプタ１６に印加する。そして、可変直流電源５０から所定の直流電圧を上部電極３４に印加する。さらに、静電チャック１８のための直流電源２２から直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。

上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面がエッチングされる。また、このように上部電極３４にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給し、下部電極であるサセプタ１６にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給するので、プラズマの制御マージンを広くすることができる。

本実施形態では、このようにしてプラズマが形成される際に、上部電極３４に高い周波数領域（例えば、１０ＭＨｚ以上）の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。

また、このようにプラズマが形成される際に、上部電極３４に可変直流電源５０から所定の極性および大きさの直流電圧が印加される。このとき、印加電極である上部電極３４の表面つまり電極板３６の表面に対する所定の（適度な）スパッタ効果が得られる程度にその表面の自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃが深くなるように、つまり上部電極３４表面でのＶ_ｄｃの絶対値が大きくなるように、可変直流電源５０からの印加電圧をコントローラ５１により制御することが好ましい。第１の高周波電源４８から印加される高周波のパワーが低い場合に、上部電極３４にポリマーが付着するが、可変直流電源５０から適切な直流電圧を印加することにより、上部電極３４に付着したポリマーをスパッタして上部電極３４の表面を清浄化することができる。それとともに、半導体ウエハＷ上に最適な量のポリマーを供給してフォトレジスト膜の表面荒れを解消することができる。また、可変直流電源５０からの電圧を調整して上部電極３４自体をスパッタして電極材料自体を半導体ウエハＷ表面に供給するようにすることにより、フォトレジスト膜表面でカーバイドを形成してフォトレジスト膜が強化され、かつスパッタされた電極材料がフロロカーボン系の処理ガス中のＦと反応して排気されることによりプラズマ中のＦ比率が減少してフォトレジスト膜がエッチングされ難くなる。電極板３６がシリコンやＳｉＣ等のシリコン含有物質の場合には、電極板３６表面でスパッタされたシリコンがポリマーと反応してフォトレジスト膜表面にＳｉＣが形成され、フォトレジスト膜が極めて強固なものとなり、しかも、ＳｉはＦと反応しやすいため、上記効果が特に大きい。したがって、電極板３６の材料としてはシリコン含有物質が好ましい。なお、この場合に、可変直流電源５０からの印加電圧を制御する代わりに、印加電流または印加電力を制御するようにしてもよい。

このように上部電極３４に直流電圧を印加して自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃが深くなった場合には、図３に示すように、上部電極３４側に形成されるプラズマシースの厚さが大きくなる。そして、プラズマシースが厚くなると、その分だけプラズマが縮小化される。例えば、上部電極３４に直流電圧を印加しない場合には上部電極側のＶ_ｄｃが例えば−３００Ｖであり、図４の（ａ）に示すようにプラズマは薄いシース厚ｄ_０を有する状態である。しかし、上部電極３４に−９００Ｖの直流電圧を印加すると上部電極側のＶ_ｄｃが例えば−９００Ｖとなり、プラズマシースの厚さは、Ｖ_ｄｃの絶対値の３／４に比例するから、図４の（ｂ）に示すように、より厚いプラズマシースｄ_１が形成され、その分プラズマが縮小化する。このように厚いプラズマシースを形成して、プラズマを適切に縮小化することにより、半導体ウエハＷ上の実効レジデンスタイムが増加し、かつプラズマがウエハＷ上に集中して拡散が抑えられ解離空間が減少する。これらにより、フロロカーボン系の処理ガスの解離が抑えられ、フォトレジスト膜がエッチングされ難くなる。したがって、可変直流電源５０からの印加電圧は、上部電極３４におけるプラズマシースの厚さが所望の縮小化されたプラズマが形成される程度に厚くなるようにコントローラ５１により制御することが好ましい。この場合にも、可変直流電源５０からの印加電圧を制御する代わりに、印加電流または印加電力を制御するようにしてもよい。

また、プラズマが形成される際には、上部電極３４近傍に電子が生成される。上部電極３４に可変直流電源５０から直流電圧を印加すると、印加した直流電圧値とプラズマ電位との電位差により、電子は処理空間の鉛直方向へ加速される。可変直流電源５０の極性、電圧値、電流値を所望のものにすることにより、電子は半導体ウエハＷに照射される。照射された電子は、マスクとしてのフォトレジスト膜の組成を改質させ、フォトレジスト膜は強化される。したがって、可変直流電源５０の印加電圧値および印加電流値により上部電極３４近傍で生成する電子の量と、このような電子のウエハＷへの加速電圧を制御することで、フォトレジスト膜に対する所定の強化を図ることができる。

特に、半導体ウエハＷ上のフォトレジスト膜がＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）用のフォトレジスト膜（以下、ＡｒＦレジスト膜と記す）である場合、ＡｒＦレジスト膜のポリマー構造は、以下の化学式（１）、（２）に示すような反応を経て、電子が照射されて化学式（３）の右辺のような構造となる。すなわち、電子が照射されると化学式（３）のｄ部に示すように、ＡｒＦレジスト膜の組成の改質が起こる（レジストの架橋反応）。このｄ部は、エッチング耐性（プラズマ耐性）を非常に強くする働きを有するので、ＡｒＦレジスト膜のエッチング耐性は飛躍的に増大する。このため、ＡｒＦレジスト膜の表面荒れを抑制することができ、ＡｒＦレジスト膜に対するエッチング対象層のエッチング選択比を高めることができる。

したがって、可変直流電源５０からの印加電圧値・電流値は、電子の照射によってフォトレジスト膜（特にＡｒＦレジスト膜）のエッチング耐性が強くなるように、コントローラ５１により制御することが好ましい。

また、上述したように、上部電極３４に直流電圧を印加すると、プラズマが形成される際に上部電極３４近傍に生成された電子が処理空間の鉛直方向へ加速されるが、可変直流電源５０の極性、電圧値、電流値を所望のものにすることにより、電子を半導体ウエハＷのホール内に到達させることができ、シェーディング効果を抑制してボーイングのない良好な加工形状を得ることができ、加工形状の均一性を良好にすることができる。

加速電圧を制御された電子がウエハＷに入射する電子量として、直流電圧による電子電流量Ｉ_ＤＣを用いた場合に、プラズマからウエハに入射するイオン電流量Ｉ_ｉｏｎとすると、Ｉ_ＤＣ＞（１／２）Ｉ_ｉｏｎを満たすことが好ましい。Ｉ_ｉｏｎ＝Ｚρｖ_ｉｏｎｅ（ただし、Ｚ：荷数、ρ：流速密度、ｖ_ｉｏｎ：イオン速度、ｅ：電子の電荷量１．６×１０^−１９Ｃ）であり、ρは電子密度Ｎｅに比例するからＩ_ｉｏｎはＮｅに比例する。

このように、上部電極３４に印加する直流電圧を制御して、上記上部電極３４のスパッタ機能またはプラズマの縮小化機能、さらには上記上部電極３４で生成される多量の電子の半導体ウエハＷへの供給機能が発揮されることにより、フォトレジスト膜の強化や最適ポリマーの供給、処理ガスの解離抑制等が図られ、フォトレジストの表面荒れ等を抑制することができ、フォトレジスト膜に対するエッチング対象層のエッチング選択比を高めることができる。それとともに、フォトレジストの開口部におけるＣＤの広がりを抑制することができ、より高精度のパターン形成を実現することができる。特に、これらスパッタ機能およびプラズマの縮小化機能および電子の供給機能の３つが適切に発揮されるように直流電圧を制御することにより、このような効果をより高めることができる。

なお、上記各機能のうちいずれが優勢に生じるかは処理条件等により異なり、これら機能の一つ以上が発揮され、上記効果を有効に奏するように、可変直流電源５０から印加される電圧をコントローラ５１により制御することが好ましい。

このような機能を利用してフォトレジスト膜に対するエッチング対象膜であるＳｉＯ_２膜の選択比を改善した結果について説明する。ここでは、上部電極３４の電極板３６としてシリコンを用い、第１の高周波電源４８から上部電極３４へ周波数６０ＭＨｚで１００〜３０００Ｗの高周波電力を供給し、第２の高周波電源９０から下部電極であるサセプタ１６へ周波数２ＭＨｚで４５００Ｗの高周波電力を供給して、エッチングガスとしてＣ_４Ｆ_６／Ａｒ／Ｏ_２を用い、可変直流電源５０からの印加電圧を変化させた場合におけるフォトレジスト膜およびＳｉＯ_２膜のエッチングレートの変化およびフォトレジスト膜に対するＳｉＯ_２膜の選択比の変化を把握した。その結果を図５に示す。この図に示すように、上部電極３４に負の直流電圧を印加し、その絶対値が上昇するに従ってフォトレジスト膜に対するＳｉＯ_２膜の選択比が上昇し、−６００Ｖを超えてその絶対値が大きくなるとその選択比が著しく上昇することがわかる。すなわち、上部電極３４に−６００Ｖよりも絶対値の高い負の直流電圧を印加すれば、フォトレジスト膜に対するＳｉＯ_２膜の選択比が大幅に改善することが確認された。

また、上部電極３４に印加する直流電圧を調整することにより、プラズマポテンシャルを制御することができる。これにより、上部電極３４やチャンバ壁を構成するデポシールド１１、内壁部材２６、絶縁性遮蔽部材４２へのエッチング副生物の付着を抑制する機能を有する。

エッチング副生物が上部電極３４やチャンバ壁を構成するデポシールド１１等に付着すると、プロセス特性の変化やパーティクルの懸念がある。特に、多層膜を連続してエッチングする場合、例えば図６に示すようなＳｉ系有機膜（ＳｉＯＣ）１０１、ＳｉＮ膜１０２、ＳｉＯ_２膜１０３、フォトレジスト１０４を半導体ウエハＷ上に順次積層した多層膜を連続してエッチングする場合には、各膜によってエッチング条件が異なるため、前の処理の影響が残存して次の処理に悪影響を与えるメモリー効果が生じてしまう。

このようなエッチング副生物の付着はプラズマポテンシャルと上部電極３４やチャンバ壁等との間のポテンシャル差によって影響するため、プラズマポテンシャルを制御することができれば、このようなエッチング生成物の付着を抑制することができる。

図７は上部電極３４に直流電圧を印加した際のプラズマポテンシャル波形の変化を示す図であり、図８は上部電極に供給する直流電圧の値とプラズマポテンシャルの最大値との関係を示す図である。これらの図に示すように、上部電極３４に負の直流電圧を印加するとその絶対値が大きくなるほどプラズマポテンシャルの最大値が低くなる。すなわち、上部電極３４に印加する直流電圧によってプラズマポテンシャルを制御することができることがわかる。これは、上部電極３４に、上部電極３４に印加する高周波電力のセルフバイアス（Ｖ_ｄｃ）より絶対値の高い直流電圧を印加することにより、Ｖ_ｄｃの絶対値が大きくなり、プラズマポテンシャルが低下するからである。より詳細に説明すると、プラズマポテンシャルの値は、上部電極によるプラズマポテンシャルの押し上げによって決まっていた。しかし、絶対値の高い負の電圧を上部電極に印加すると、上部電極の電圧振幅が全て負の電位で行われるようになるので、プラズマポテンシャルは壁の電位で決まるようになる。このため、プラズマポテンシャルが低下するのである。

このように、可変直流電源５０から上部電極３４に印加する電圧を制御することにより、プラズマポテンシャルを低下させることができ、上部電極３４やチャンバ壁を構成するデポシールド１１、さらにはチャンバ１０内の絶縁材（部材２６，４２）へのエッチング副生物の付着を抑制することができる。プラズマポテンシャルＶｐとしては、８０Ｖ≦Ｖｐ≦２００Ｖの範囲が好ましい。

また、上部電極３４に印加する直流電圧を制御することにより、このようなプラズマポテンシャル制御機能と、上述の上部電極３４のスパッタ機能およびプラズマの扁平化機能および電子の供給機能を有効に発揮させることも可能である。

さらに、上部電極３４に直流電圧を印加することによる他の効果として、印加した直流電圧によってプラズマが形成されることにより、プラズマ密度を高めてエッチングレートを上昇させることが挙げられる。

これは、上部電極に負の直流電圧を印加すると、電子が上部電極に入り難くなり電子の消滅が抑制されることと、イオンが上部電極に加速されて入ると電子が電極から出ることができ、その電子がプラズマ電位と印加電圧値の差で高速に加速され中性ガスを電離（プラズマ化）することで、電子密度（プラズマ密度）が増加するからである。

さらにまた、プラズマが形成された場合に、上部電極３４に可変直流電源５０から直流電圧を印加すると、プラズマ拡散のために、比較的中心部のプラズマ密度を上昇させることができる。チャンバ１０内の圧力が高くかつ使用するエッチングガスが負性ガスの場合には、チャンバ１０内の中心部のプラズマ密度が低くなる傾向にあるが、このように上部電極３４に直流電圧を印加して中心部のプラズマ密度を上昇させるようにすることができ、均一なエッチングが行えるように、プラズマ密度をコントロールすることができる。ただし、エッチング特性はプラズマ密度のみで規定されないから、プラズマ密度が均一になるほどエッチングが均一になるとは限らない。

このことを実験によって説明する。
図１の装置において、半導体ウエハをチャンバ内に装入してサセプタ上に載置し、ＢＡＲＣ（有機反射防止膜）およびエッチング対象膜のエッチングを行った。ＢＡＲＣのエッチングの際には、第１の高周波電力を２５００Ｗ、第２の高周波電力を２０００Ｗとし、処理ガスとしてＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨＦ_３、Ａｒ、Ｏ_２を用いた。また、エッチング対象膜のエッチングの際には、第１の高周波電力を１５００Ｗ、第２の高周波電力を４５００Ｗとし、処理ガスとしてＣＨ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｏ_２を用い、ホールのエッチングを行った。その際に、上部電極に印加する直流電圧を−８００Ｖ、−１０００Ｖ、−１２００Ｖと変化させた。その際の電子密度（プラズマ密度）の径方向の分布を図９に示す。この図に示すように、−８００Ｖから−１２００Ｖへと直流電圧の絶対値が増加するほどセンターの電子密度が上昇し、プラズマ密度が均一になる傾向が見られる。この際の、センターとエッジにおけるエッチング形状を模式的に図１０に示す。この図から、直流電圧が−８００Ｖから−１０００Ｖとなることによりエッチングの均一性が増加することがわかる。一方、−１０００Ｖから−１２００Ｖになることにより、電子密度の均一性は増加するが、センターにおいてエッチング性が高くなりすぎ、かえってエッチング均一性は低下する。このことから−１０００Ｖがエッチングの均一性が最もよいことが確認された。いずれにしても、直流電圧を調整することにより、均一なエッチングを行うことができることがわかる。

以上のように、上部電極３４に印加する直流電圧を制御することにより、上述の上部電極３４のスパッタ機能、プラズマの縮小化機能、電子の供給機能、プラズマポテンシャル制御機能、電子密度（プラズマ密度）上昇機能、およびプラズマ密度コントロール機能のうち少なくとも一つを有効に発揮させることが可能である。

可変直流電源５０としては、−２０００〜＋１０００Ｖの範囲の電圧を印加可能なものを適用することができる。そして、以上のような諸機能を有効に発揮させるためには、可変直流電源５０からの直流電圧は、絶対値で５００Ｖ以上が好ましい。

また、印加する直流電圧は、上部電極３４に印加される第１の高周波電力によって上部電極の表面に発生する自己バイアス電圧より絶対値が大きい負の電圧であることが好ましい。

このことを確認した実験について説明する。
図１１は、第１の高周波電源４８からプラズマ生成用の高周波電力（６０ＭＨｚ）のパワーを変えて上部電極３４に印加した場合に、上部電極３４の表面に発生する自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃと、上部電極３４に印加する直流電圧との関係を示すグラフである。ここでは、チャンバ内圧力＝２．７Ｐａ、上部電極３４に６５０Ｗ、１１００Ｗまたは２２００Ｗの高周波電力、下部電極としてのサセプタ１６に２１００Ｗの高周波電力を印加し、処理ガス流量Ｃ_４Ｆ_６／Ａｒ／Ｏ_２＝２５／７００／２６ｍＬ／ｍｉｎ、上下部電極間距離＝２５ｍｍ、バックプレッシャー（センター部／エッジ部）＝１３３３／４６６６Ｐａ、上部電極３４の温度＝６０℃、チャンバ１０側壁の温度＝５０℃、サセプタ１６の温度＝０℃の条件でプラズマを生成させ、上部電極３４表面の自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃを測定した。

図１１のグラフから、印加した直流電圧は、上部電極３４の自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃより大きな場合にその効果が現れるとともに、上部電極３４に供給する高周波電力が大きくなるほど、発生する負の自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃも大きくなることがわかる。したがって、直流電圧を印加する場合には、高周波電力による自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃよりも絶対値が大きい負の電圧を印加する必要がある。このことから、上部電極３４へ印加する直流電圧の絶対値は、上部電極に発生する自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃに比べ、少しでも大きく設定することが好ましいことが確認された。

また、図１２に示すように、例えばプラズマ検出窓１０ａからプラズマの状態を検出する検出器５５を設け、その検出信号に基づいてコントローラ５１が可変直流電源５０を制御するようにすることにより、上述した機能を有効に発揮するような直流電圧を自動的に上部電極３４に印加することが可能である。また、シース厚を検出する検出器あるいは電子密度を検出する検出器を設け、その検出信号に基づいてコントローラ５１が可変直流電源５０を制御するようにしてもよい。

ここで、本実施形態のプラズマエッチング装置において、ウエハＷ上に形成された絶縁膜（例えばＬｏｗ−ｋ膜）をエッチングする際に、処理ガスとして使用するのが特に好ましいガスの組み合わせを下記に例示する。

ビアエッチングの条件におけるオーバーエッチング時に、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、Ｃ_５Ｆ_８、Ａｒ、Ｎ_２が挙げられる。これにより、絶縁膜の下地膜（ＳｉＣ、ＳｉＮ等）に対する選択比を大きくとることができる。

また、トレンチエッチングの条件では、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、ＣＦ_４または（Ｃ_４Ｆ_８、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｎ_２、Ｏ_２）が挙げられる。これにより、絶縁膜のマスクに対する選択比を大きくとることができる。

また、ＨＡＲＣエッチングの条件では、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、（Ｃ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｏ_２）または（Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ａｒ、Ｏ_２）または（Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ａｒ、Ｏ_２）が挙げられる。これにより、絶縁膜のエッチング速度を大きくすることができる。

なお上記に限られず、（Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚのガス／Ｎ_２，Ｏ_２等の添加ガス／希釈ガスの組み合わせ）を使用することが可能である。

ところで、上部電極３４に直流電圧を印加すると、上部電極３４に電子がたまり、チャンバ１０の内壁との間等に異常放電が生じるおそれがある。このような異常放電を抑制するため、本実施形態ではＤＣ的に接地されたパーツであるＧＮＤブロック（導電性部材）９１をチャンバ壁側のデポシールド１１に設けている。このＧＮＤブロック９１はプラズマ面に露出しており、デポシールド１１の内部の導電部に電気的に接続されており、可変直流電源５０から上部電極３４に印加された直流電圧電流は、処理空間を経てＧＮＤブロック９１に到達し、デポシールド１１を介して接地される。ＧＮＤブロック９１は導電体であり、Ｓｉ，ＳｉＣ等のシリコン含有物質であることが望ましい。Ｃも好適に用いることができる。このＧＮＤブロック９１により、上記上部電極３４にたまる電子を逃がすことができ、異常放電を防止することができる。ＧＮＤブロック９１の突出長さは１０ｍｍ以上であることが好ましい。

また、異常放電を防止するために、上部電極３４に直流電圧を印加する場合に、適宜の手段により直流電圧に重畳して図１３に示すような極短い逆極性のパルスを周期的に与えて電子を中和する方法も有効である。

上記ＧＮＤブロック９１は、プラズマ形成領域に設けられていれば、その位置は図１の位置に限らず、例えば、図１４に示すように、サセプタ１６の周囲に設ける等、サセプタ１６側に設けてもよく、また図１５に示すように、上部電極３４の外側にリング状に設ける等、上部電極３４近傍に設けてもよい。ただし、プラズマを形成した際に、デポシールド１１等に被覆されているＹ_２Ｏ_３やポリマーが飛翔し、それがＧＮＤブロック９１に付着すると、ＤＣ的に接地されなくなって、異常放電防止効果を発揮し難くなるため、これらが付着し難いことが重要となる。そのためには、ＧＮＤブロック９１がＹ_２Ｏ_３等で被覆された部材から離れた位置であることが好ましく、隣接パーツとしてはＳｉや石英（ＳｉＯ_２）等のＳｉ含有物質であることが好ましい。例えば、図１６の（ａ）に示すように、ＧＮＤブロック９１の周囲にＳｉ含有部材９３を設けることが好ましい。この場合に、Ｓｉ含有部材９３のＧＮＤブロック９１の下の部分の長さＬはＧＮＤブロック９１の突出長さＭ以上であることが好ましい。また、Ｙ_２Ｏ_３やポリマーの付着による機能低下を抑制するために、図１６の（ｂ）に示すように、ＧＮＤブロック９１として飛翔物が付着し難い凹所９１ａを設けることが有効である。また、ＧＮＤブロック９１の表面積を大きくして、Ｙ_２Ｏ_３やポリマーに覆われ難くすることも有効である。さらに、付着物を抑制するためには温度が高いことが有効であるが、上部電極３４にはプラズマ形成用の高周波電力が供給され、その近傍の温度が上昇するため、温度を上昇させて付着物を付着させない観点から上記図１５のように上部電極３４の近傍に設けることも好ましい。この場合、特に、上記図１５のように、上部電極３４の外側にリング状に設けることがより好ましい。

デポシールド１１等に被覆されているＹ_２Ｏ_３やポリマーの飛翔にともなうＧＮＤブロック９１への付着物の影響をより効果的に排除するためには、図１７に示すように、ＧＮＤブロック９１に負の直流電圧を印加可能にするのが効果的である。すなわち、ＧＮＤブロック９１に負の直流電圧を印加することにより、そこに付着した付着物がスパッタまたはエッチングされ、ＧＮＤブロック９１の表面をクリーニングすることができる。図１７の構成においては、ＧＮＤブロック９１に可変直流電源５０から電圧印加が可能なように、ＧＮＤブロック９１の接続を、可変直流電源５０側と接地ラインとで切り替える切替機構５３が設けられ、さらにＧＮＤブロック９１に負の直流電圧が印加された際に発生する直流電子電流を流入させる、接地された導電性補助部材９１ｂが設けられている。切替機構５３は、可変直流電源５０の接続を整合器４６側とＧＮＤブロック９１側との間で切り替える第１スイッチ５３ａと、ＧＮＤブロック９１の接地ラインへの接続をオン・オフする第２スイッチ５３ｂとを有している。なお、図１７の例では、ＧＮＤブロック９１が上部電極３４の外側にリング状に設けられ、導電性補助部材９１ｂがサセプタ１６の外周に設けられており、この配置が好ましいが、必ずしもこのような配置でなくてもよい。

図１７の構成の装置において、プラズマ処理時には、通常、図１８の（ａ）に示すように、切替機構５３の第１スイッチ５３ａが上部電極３４側に接続され、可変直流電源５０が上部電極３４側に接続された状態となり、かつ第２スイッチ５３ｂがオンにされ、ＧＮＤブロック９１が接地ライン側に接続される。この状態においては、第１の高周波電源４８および可変直流電源５０から上部電極３４に給電されてプラズマが形成され、直流電子電流は、プラズマを介して上部電極３４から接地されているＧＮＤブロック９１および導電性補助部材９１ｂに流入する（正イオン電流の流れの向きは逆となる）。このとき、ＧＮＤブロック９１の表面は、上述したようなＹ_２Ｏ_３やポリマー等の付着物で被覆されることがある。

このため、このような付着物をクリーニングする。このようなクリーニング時には、図１８の（ｂ）に示すように、切替機構５３の第１スイッチ５３ａをＧＮＤブロック９１側に切り替え、第２スイッチ５３ｂをオフにする。この状態においては、第１の高周波電源４８から上部電極３４に給電されてクリーニングプラズマが形成され、可変直流電源５０から負の直流電圧がＧＮＤブロック９１に印加される。これにより、直流電子電流はＧＮＤブロック９１から導電性補助部材９１ｂに流入する。逆に正イオンはＧＮＤブロック９１に流入する。このため、直流電圧を調整してＧＮＤブロック９１への正イオンの入射エネルギーを制御することにより、ＧＮＤブロック９１表面をイオンスパッタすることができ、これによりＧＮＤブロック９１表面の付着物を除去することができる。

また、プラズマ処理時の一部の期間において、図２０に示すように、第２スイッチ５３ｂをオフにし、ＧＮＤブロック９１をフローティング状態としてもよい。このとき、直流電子電流は、プラズマを介して上部電極３４から導電性補助部材９１ａに流入する（正イオン電流の流れの向きは逆となる）。このときＧＮＤブロック９１にはセルフバイアス電圧がかかり、その分のエネルギーをもって正イオンが入射され、プラズマ処理時にＧＮＤブロック９１をクリーニングすることができる。

なお、上記クリーニング時においては、印加する直流電圧は小さくてよく、その際の直流電子電流は小さい。このため、図１７の構成において、リーク電流によりＧＮＤブロック９１に電荷がたまらないようにできる場合には、必ずしも導電性補助部材９１ｂは必要ない。

上記図１７の例では、クリーニング時に、可変直流電源５０の接続を上部電極３４側からＧＮＤ電極９１側に切り替え、直流電圧を印加した際の直流電子電流がＧＮＤブロック９１から導電性補助部材９１ｂへ流れるようにしたが、可変直流電源５０の正極を上部電極３４に接続し、負極をＧＮＤブロック９１に接続し、直流電圧を印加した際の直流電子電流がＧＮＤブロック９１から上部電極３４へ流れるようにしてもよい。この場合は、導電性補助部材は不要である。このような構成を図２０に示す。図２０の構成においては、プラズマ処理時には、可変直流電源５０の負極が上部電極３４に接続され、かつＧＮＤブロック９１が接地ラインに接続され、クリーニング時には、可変直流電源５０の正極が上部電極３４に接続され、負極がＧＮＤブロック９１に接続されるように、接続を切り替える接続切替機構５７が設けられている。この接続切替機構５７は、上部電極３４に対する可変直流電源５０の接続を正極と負極との間で切り替える第１スイッチ５７ａと、ＧＮＤブロック９１に対する可変直流電源５０の接続を正極と負極との間で切り替える第２スイッチ５７ｂと、可変直流電源５０の正極または負極を接地するための第３スイッチ５７ｃとを有している。第１スイッチ５７ａと第２スイッチ５７ｂとは、第１スイッチ５７ａが可変直流電源５０の正極に接続されている際には第２スイッチ５７ｂが直流電源の負極に接続され、第１スイッチ５７ａが可変直流電源５０の負極に接続されている際には第２スイッチ５７ｂがオフになるように連動する連動スイッチを構成している。

図２０の構成の装置において、プラズマエッチング時には、図２１の（ａ）に示すように、接続切替機構５７の第１スイッチ５７ａが可変直流電源５０の負極側に接続され、可変直流電源５０の負極が上部電極３４側に接続された状態となり、かつ第２スイッチ５７ｂが可変直流電源５０の正極側に接続され、第３スイッチ５７ｃが可変直流電源５０の正極側に接続され（可変直流電源５０の正極を接地）、ＧＮＤブロック９１が接地ライン側に接続される。この状態においては、第１の高周波電源４８および可変直流電源５０から上部電極３４に給電されてプラズマが形成され、直流電子電流は、プラズマを介して上部電極３４から接地されているＧＮＤブロック９１に流入する（正イオン電流の流れの向きは逆となる）。このとき、ＧＮＤブロック９１の表面は、上述したようなＹ_２Ｏ_３やポリマー等の付着物で被覆されることがある。

一方、クリーニング時には、図２１の（ｂ）に示すように、接続切替機構５７の第１スイッチ５７ａを可変直流電源５０の正極側に切り替え、第２スイッチ５７ｂを可変直流電源５０の負極側に切り替え、さらに第３スイッチ５７ｃを未接続状態とする。この状態においては、第１の高周波電源４８から上部電極３４に給電されてクリーニングプラズマが形成され、ＧＮＤブロック９１には可変直流電源５０の負極から、上部電極３４には可変直流電源５０の正極から、直流電圧が印加され、これらの間の電位差により直流電子電流はＧＮＤブロック９１から上部電極３４に流入し、逆に正イオンはＧＮＤブロック９１に流入する。このため、直流電圧を調整してＧＮＤブロック９１への正イオンの入射エネルギーを制御することにより、ＧＮＤブロック９１表面をイオンスパッタすることができ、これによりＧＮＤブロック９１表面の付着物を除去することができる。なお、この場合に可変直流電源５０は見かけ上フローティング状態であるが、一般的に電源にはフレーム接地ラインが設けられているので安全である。

また、上記例では第３スイッチ５７ｃを未接続状態としたが、可変直流電源５０の正極側に接続のまま（可変直流電源５０の正極を接地）としてもよい。この状態においては、第１の高周波電源４８から上部電極３４に給電されてクリーニングプラズマが形成され、ＧＮＤブロック９１には可変直流電源５０の負極から直流電圧が印加され、直流電子電流はプラズマを介してＧＮＤブロック９１から上部電極３４に流入し、逆に正イオンはＧＮＤブロック９１に流入する。この場合においても、直流電圧を調整してＧＮＤブロック９１への正イオンの入射エネルギーを制御することにより、ＧＮＤブロック９１表面をイオンスパッタすることができ、これによりＧＮＤブロック９１表面の付着物を除去することができる。

なお、図１７および図２０の例では、クリーニングの際にＧＮＤブロック９１に直流電圧を印加したが、交流電圧を印加してもよい。また、図１７の例において、上部電極に直流電圧を印加するための可変直流電源５０を用いてＧＮＤブロック９１に電圧を印加したが、別の電源から電圧を印加するようにしてもよい。また、図１７および図２０の例では、プラズマエッチング時にＧＮＤブロック９１を接地させ、クリーニング時にＧＮＤブロック９１に負の直流電圧を印加する形態を説明したが、これに限られない。例えば、プラズマエッチング時にＧＮＤブロック９１に負の直流電圧を印加してもよい。また、上記のクリーニング時をアッシング時に置き換えてもよい。さらに、可変直流電源５０としてバイポーラ電源を用いた場合には、上記接続切替機構５７のような複雑なスイッチング動作は不要である。

図１７の例における切替機構５３、図２０の例における接続切替機構５７の切り替え動作は、制御部９５からの指令に基づいて行われる。

プラズマを形成した際において、Ｙ_２Ｏ_３やポリマーがＧＮＤブロック９１へ付着することによってＤＣ的に接地されなくなることを簡易に防止する観点からは、ＧＮＤブロック９１の一部を他の部材で覆い、これらに相対移動を生じさせることにより、ＧＮＤブロック９１の新たな面が露出するようにすることが有効である。具体的には、図２２に示すように、ＧＮＤブロック９１を比較的大面積として、ＧＮＤブロック９１のプラズマが当たる表面の一部を矢印方向に移動可能なマスク材２１１で覆い、この保護板２１１を移動することにより、ＧＮＤブロック９１表面のプラズマに曝される部分を変えることを可能とすることを挙げることができる。この場合に駆動機構をチャンバ１０内に設けるとパーティクル発生を引き起こす懸念があるが、百時間に一度程度と少ない頻度でよいので大きな問題は生じない。また、図２３に示すように、例えば円柱状のＧＮＤブロック９１′を回転可能に設け、ＧＮＤブロック９１′の外周面の一部のみが露出可能なようにマスク材２１２で覆うようにし、ＧＮＤブロック９１′を回転させることにより、プラズマに曝されている部分を変えるようにすることも有効である。この場合には、駆動機構はチャンバ１０外に設けることができる。マスク材２１１，２１２としては、耐プラズマ性の高いもの、例えばＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを溶射したアルミ板を用いることができる。

また、同様にＧＮＤブロック９１が付着物によってＤＣ的に接地されなくなることを簡易に防止するための他の手法としては、ＧＮＤブロック９１の一部を他の部材で覆い、この他の部材としてプラズマにより徐々にエッチングされるものを用いて、ＧＮＤブロック９１が常に導電性を失っていない面が露出するようにすることが有効である。例えば、図２４の（ａ）に示すように、段付きの保護膜２１３でＧＮＤブロック９１表面の一部を覆い、初期露出面９１ｃに接地機能を持たせる。この状態でプラズマ処理を例えば２００時間行うと、図２４の（ｂ）に示すように、ＧＮＤブロック９１の初期露出面９１ｃが導電性を失うが、その際に段付きの保護膜２１３の薄い部分がエッチングされてＧＮＤブロック９１の新露出面９１ｄが現れるようにする。これにより新露出面９１ｄが接地機能を発揮するようになる。このような保護膜２１３は、ＧＮＤブロック９１へ壁面材料が付着するのを防止する効果と、ＧＮＤブロック９１へのイオンの流入を減少させて汚染を防止する効果を有する。

実際の適用においては、図２５に示すように、薄い層２１４を多数積層して各層を少しずつずらした保護膜２１３ａを用いることが好ましい。この場合に、１つの層２１４がプラズマによるエッチングによって消失する時間をＴｅとし、ＧＮＤブロック９１の露出した表面が汚染されて導電性を消失するまでの時間をＴｐとすると、かならずＴｅ＜Ｔｐを満たすように層２１４の厚さを設定することにより、ＧＮＤブロック９１において常に導電性を保った表面を確保することができる。層２１４の数としては、メンテナンスの周期よりもＧＮＤブロック９１の寿命のほうが長くなるように選ぶことが好ましい。また、メンテナンス性の向上のために、図示するように他とは異なる色を付けた層２１４ａを１層設けておき、例えばこの層２１４ａが一定面積以上となった時点で交換するようして交換時期を把握することができる。

保護膜２１３、２１３ａとしては、プラズマにより適度にエッチングされるものが好ましく、例えば、フォトレジスト膜を好適に用いることができる。

ＧＮＤブロック９１が付着物によってＤＣ的に接地されなくなることを簡易に防止するためのさらに他の方法としては、ＧＮＤブロック９１を複数設け、その中で接地機能を奏するものを順次切り替えていくことを挙げることができる。例えば、図２６に示すように、３つのＧＮＤブロック９１を設け、これらの一つのみを接地させるように切り替えスイッチ２１５を設ける。また、共通の接地ライン２１６には、電流センサー２１７を設けておき、そこに流れる直流電流をモニターする。接地されているＧＮＤブロック９１の電流を電流センサー２１７でモニターし、その電流値が所定値より低くなった時点で、接地機能を奏しないとして別のＧＮＤブロック９１に切り替える。なお、ＧＮＤブロック９１の数は３〜１０個程度の範囲で適当な数を選択すればよい。

以上の例においては、接地されていないＧＮＤブロックは電気的にフローティング状態となっているが、使っていないＧＮＤブロックを保護する観点から、切り替えスイッチ２１５を設ける代わりに、保護するためのポテンシャルを印加できるようにしてもよい。その例を図２７に示す。図２７では各ＧＮＤブロック９１に個別に接続された接地ライン２１８にそれぞれ可変直流電源２１９を設ける。これにより、接地機能を発揮させるべきＧＮＤブロック９１の電圧が０Ｖになるようにそれに対応する可変直流電源２１９の電圧を制御し、他のＧＮＤブロック９１については、電流が流れない電圧、例えば１００Ｖになるように対応する可変直流電源２１９の電圧を制御する。そして、接地機能を発揮させるべきＧＮＤブロック９１に接続されている接地ライン２１８に設けられた電流センサー２１７の電流値が所定値より低くなった時点で、接地機能を奏しなくなったと判断して、別のＧＮＤブロック９１に対応する可変直流電源２１９の電圧値をそのＧＮＤブロックが接地機能を奏する値に制御する。

なお、このように直流電源２１９からの印加電圧を−１ｋＶ程度の負の値とすることにより、それに接続されたＧＮＤブロック９１をプラズマに直流電圧を与えるための電極として機能させることができる。ただし、この値があまり大きくてもプラズマへ悪影響を与えてしまう。また、ＧＮＤブロック９１に印加する電圧を制御することにより、ＧＮＤブロック９１に対するクリーニング効果を奏することができる。

次に、本実施形態のように、上部電極３４の高周波電力と直流電圧を重畳させた場合のプラズマについてより詳しく説明する。

図２８は、横軸に電子温度をとり、縦軸にその強度をとって、プラズマの電子温度分布を示す図である。高密度プラズマを得ようとする場合、上述のように１３．５６ＭＨｚ以上というイオンが追従しない比較的高い高周波電力を用いることが有効であるが、高周波電力を印加した場合のプラズマ（ＲＦプラズマ）の電子温度分布は、図２８の曲線Ａ（ｃａｓｅＡ）に示すように、電子温度が低い励起領域に強度のピークがあり、より高いプラズマ密度を得ようとしてパワーを上げると電子温度が中間レベルである解離領域の強度が高くなるため、エッチングのための処理ガスであるＣ_４Ｆ_８ガスのようなフロロカーボンガス（Ｃ_ｘＦ_ｙ）の解離が進んでしまい、エッチング特性が低下してしまう。

これに対して、図２８の曲線Ｂ（ｃａｓｅＢ）は、直流電圧を印加することにより生成されるプラズマ（ＤＣプラズマ）の場合であり、曲線Ａ（ｃａｓｅＡ）と同等のプラズマ密度であるが、この場合には、電子温度が高いイオン化領域に強度のピークが存在し、励起領域や解離領域はほとんど存在しない。このため、１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力に直流電圧を重畳させることにより、高周波電力のパワーを上げずに高プラズマ密度を得ることができ、しかもこのようにして形成されたプラズマは、電子温度が励起領域およびイオン化領域で強度ピークを持つ２極化したものとなり、同じプラズマ密度でも処理ガスの解離が少ない理想的なプラズマを形成することが可能となる。

このことを図２９を参照してさらに具体的に説明する。図２９は、プラズマの電子温度分布を高周波電力のみの場合と、直流電圧を重畳させた場合とで比較して示す図である。図２９の曲線Ｃは、上部電極３４に周波数６０ＭＨｚの高周波電力を供給し、下部電極であるサセプタ１６にイオン引き込み用の周波数２ＭＨｚの高周波電力を供給した場合であって、上部電極３４への高周波パワーを２４００Ｗ、下部電極であるサセプタ１６への高周波パワーを１０００Ｗにした場合であり、曲線Ｄは、同様に上部電極３４およびサセプタ１６にそれぞれ６０ＭＨｚおよび２ＭＨｚを印加するとともに、上部電極３４に直流電圧を印加した場合であって、曲線Ｃの場合とプラズマ密度が同じになるように、高周波パワーおよび直流電圧の値を設定したものであり、上部電極３４への高周波パワーを３００Ｗに低下させ、直流電圧を−９００Ｖにした場合である。図２９に示すように、直流電圧を重畳させることにより、同じプラズマ密度において、電子温度が解離領域のものがほとんど存在しない２極化した高密度プラズマを形成することができる。この場合、上部電極３４に供給される高周波電力の周波数およびパワー、ならびに直流電圧の値を変化させることにより、電子温度分布を制御することが可能であり、より適切なプラズマ状態を得ることが可能となる。

上述したように、上部電極３４に印加する高周波電力の周波数が小さいほど高エネルギープラズマとなり、Ｖ_ｄｃも高くなって、処理ガスの解離がより促進され、直流電圧を印加することによる制御マージンが狭いものとなるが、上部電極３４に印加する高周波電力の周波数が４０ＭＨｚ以上、例えば６０ＭＨｚの場合には、プラズマのエネルギーが低いため、直流電圧を印加することによる制御マージンが広いものとなる。したがって、上部電極３４に印加する高周波電力の周波数は４０ＭＨｚ以上が好ましい。

次に、下部電極であるサセプタ１６に供給されるイオン引き込み用のバイアス高周波電力について説明する。サセプタ１６に供給される第２の高周波電源９０からの高周波電力はイオン引き込みのためのバイアス高周波電力であるが、その周波数（ＲＦ印加周波数）がおよそ１０ＭＨｚ未満であるか１０ＭＨｚ以上であるかで、その作用が異なる。つまり、ＲＦ印加周波数の周波数が１０ＭＨｚ未満、例えば２ＭＨｚの場合には、一般的にイオンがそのＲＦ印加周波数に追従できるため、図３０の（ａ）に示すように、ウエハに入射するイオンエネルギーは、高周波電力電圧波形に応じて変化するウエハポテンシャルに対応するものとなる。一方、バイアス高周波の周波数が１０ＭＨｚ以上、例えば１３．５６ＭＨｚの場合には、一般的にイオンがそのＲＦ印加周波数に追従できないため、図３０の（ｂ）に示すように、ウエハに入射するイオンエネルギーはウエハポテンシャルによらずＶ_ｄｃに依存する。図３０（ａ）のイオンが追従する周波数（例えば２ＭＨｚ）の場合には、イオンの最大エネルギーはＶ_ｐｐに対応するものとなり、また、プラズマポテンシャルとウエハポテンシャルの差が小さい部分ではイオンエネルギーが小さくなるから、図３１のイオンエネルギー分布図の曲線Ｅに示すように、ウエハ上のイオンエネルギーが２極分化したブロードなものとなる。一方、図３０（ｂ）のイオンが追従しない周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の場合には、ウエハポテンシャルに関係なくイオンエネルギーはＶ_ｄｃに対応するものとなり、図３１に示すように、ウエハ上のイオンエネルギーはＶ_ｄｃに対応する部分付近で最大値を示し、Ｖ_ｄｃよりも高いエネルギーのイオンはほとんど存在しない。

このようなことから、１０ＭＨｚ未満のイオンが追従できる周波数は、大きなイオンエネルギーにより生産性を高めたい場合に適しており、１０ＭＨｚ以上のイオンが追従できない周波数は、マスクの表面あれがクリティカルな場合等、イオンエネルギーが低いことが要求される場合に適している。したがって、バイアス用の高周波電力の周波数は、用途に応じて適宜選択することが好ましい。

なお、以上は、上記上部電極３４のスパッタ機能、プラズマの縮小化機能、および電子の供給機能等を発揮させるために、直流電圧を印加した例を示したが、交流電圧であっても同様の効果を得ることができる。ただし、その周波数は、プラズマ生成のための高周波電力の周波数よりも小さいものとする。また、直流電圧および交流電圧いずれの場合でも、電圧をパルス状にしてもよいし、ＡＭ変調やＦＭ変調等の変調されたものであってもよい。

ところで、低誘電率バリア層であるであるＳｉＣを下地エッチストップ層として使用して上層の被エッチング層であるＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする場合があるが、従来は、その際において十分なエッチング選択比を確保することが困難であった。これに対して、本実施形態のプラズマ処理装置を用いて、上部電極３４に第１の高周波電力に直流電圧を重畳して印加しながらエッチングを行なって、上記機能を有効に発揮することにより、エッチングストップ層としての下地膜に対して高いエッチング選択比で絶縁膜としてのＳｉＯＣ膜などのＬｏｗ−ｋ膜をエッチングすることができる。

図３２は、このようなエッチングを行う際における典型的なエッチング対象としてのウエハＷの断面構造を示している。このウエハＷは、図３２（ａ）に示すように、下地膜としてのＳｉＣ層３０１、絶縁膜であるＳｉＯＣ系膜３０２、ＳｉＯ_２膜３０３、反射防止膜としてのＢＡＲＣ３０４が下からその順で積層され、さらにその上層に所定の形状にパターニングされたエッチングマスクとしてのＡｒＦレジスト３０５が形成されている。ＳｉＯＣ系膜３０２は、構成成分にＳｉ、Ｏ、ＣおよびＨを含むＬｏｗ−ｋ膜であり、例えばＳｉＬＫ（商品名；ダウ・ケミカル社製）、ＳＯＤ−ＳｉＯＣＨのＭＳＱ（メチルシルセスキシロキサン）、ＣＶＤ−ＳｉＯＣＨのＣＯＲＡＬ［商品名；ノーベラス・システムズ（ＮｏｖｅｌｌｕｓＳｙｓｔｅｍｓ）社製］やＢｌａｃｋＤｉａｍｏｎｄ［商品名；アプライド・マテリアルズ（ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ)社製］などが挙げられる。また、ＳｉＯＣ系膜３０２に変えて、他のＬｏｗ−ｋ膜、例えば、ＰＡＥ系膜、ＨＳＱ膜、ＰＣＢ系膜、ＣＦ系膜などの有機Ｌｏｗ−ｋ膜や、ＳｉＯＦ系膜などの無機Ｌｏｗ−ｋ膜を対象とすることができる。

また、下地膜としてのＳｉＣ層３０１としては、例えば、ＢＬＯｋ［商品名；アプライド・マテリアルズ社製］等を挙げることができる。

このウエハＷに対し、図３２（ｂ）に示すように、フルオロカーボン（ＣＦ系）ガスのプラズマによりエッチングを行なうことによって、ＡｒＦレジスト３０５のマスクパターンに対応した凹部（溝またはホール）３１１を形成する。このプラズマ処理において、上部電極３４に直流電圧を重畳することによって、下地であるＳｉＣ層３０１と被エッチング層であるＳｉＯＣ系膜３０２との選択比を十分に確保することができる。この場合、可変直流電源５０から上部電極３４に印加する直流電圧は、０〜−１５００Ｖとすることが好ましく、エッチング条件としては、例えばチャンバ内圧力＝１．３〜２６．７Ｐａ、高周波電力（上部電極／下部電極）＝０〜３０００Ｗ／１００〜５０００Ｗ、処理ガスとして、Ｃ_４Ｆ_８とＮ_２とＡｒの混合ガスを用い、その流量比をＣ_４Ｆ_８／Ｎ_２／Ａｒ＝４〜２０／１００〜５００／５００〜１５００ｍＬ／ｍｉｎとすることが好ましい。

次に、図３２と同様の積層構造のサンプルを調製し、実際に図１の装置によりエッチングを行った。ビア（ホール）パターンが形成されたＡｒＦレジスト３０５をマスクとして、下地膜のＳｉＣ層３０１が露出するまでＳｉＯＣ系膜３０２に対するエッチングを実施しビアを形成した。エッチングは、以下に示すエッチング条件１、２で実施し、上部電極３４に−９００Ｖの直流電圧を印加した場合（実施例１、２）と、直流電圧を印加しない場合（比較例１、２）についてエッチング特性の比較を行なった。その結果を表１に示した。

＜エッチング条件１＞
チャンバ内圧力＝６．７Ｐａ；
高周波電力（上部電極／下部電極）＝４００Ｗ／１５００Ｗ；
処理ガス流量Ｃ_４Ｆ_８／Ａｒ／Ｎ_２＝６／１０００／１８０ｍＬ／ｍｉｎ；
上下部電極間距離＝３５ｍｍ；
処理時間＝２５〜３５秒
バックプレッシャー（ヘリウムガス：センター部／エッジ部）＝２０００／５３３２Ｐａ；
上部電極３４の温度＝６０℃；
チャンバ１０側壁の温度＝６０℃；
サセプタ１６の温度＝０℃

＜エッチング条件２＞
高周波電力（上部電極／下部電極）を８００Ｗ／２５００Ｗに変更した以外はエッチング条件１と同様とした。

表１より、エッチング条件１およびエッチング条件２のいずれにおいても、上部電極に−９００Ｖの直流電圧を印加した実施例１、２は、同条件で直流電圧を印加しない比較例１、２に比べて対ＳｉＣ選択比、対レジスト選択比ともに大幅に向上した。
また、ビア頂部のＣＤ（Critical Dimension）の拡大を抑制しながら、エッチングレートを大きく改善できることも確認された。エッチングレートの向上とＣＤの制御（ＣＤ拡大の抑制）とは、従来のエッチング技術では両立させることが困難であったが、直流電圧を印加することにより、両者を両立させ得ることが示された。

また、この表１における条件１と条件２との比較から、上部電極３４に直流電圧を重畳することによる対ＳｉＣ選択比の向上効果は、高周波電力（上部電極／下部電極）が小さい方がより顕著に得られることが判明した。

次に、上記エッチング条件１またはエッチング条件２を基準にして、その中のある条件を変化させた場合のエッチング特性を比較した。
表２は、エッチング条件１を基準に、上部電極３４への高周波電力を変化させた場合のエッチング特性である。この表２から、上部電極３４へ供給する高周波電力を大きくするとエッチングレートは向上するが、対ＳｉＣ選択比は小さくなる傾向が示された。一方、この条件では、上部電極３４へ供給する高周波電力の変化がＣＤに与える影響は少なく、また、対レジスト選択比は高周波パワー４００Ｗが突出して優れていた。以上の結果から、上部電極３４への高周波パワーとしては、概ね２００〜８００Ｗの範囲が好ましいことが示された。

表３は、エッチング条件２を基準に、下部電極としてのサセプタ１６への高周波電力を変化させた場合のエッチング特性である。この表３から、下部電極（サセプタ１６）へ供給する高周波電力を大きくすることによりエッチングレートは大幅に向上するが、対ＳｉＣ選択比の改善効果は少なくなる傾向が示された。一方、この条件では、下部電極へ供給する高周波電力の変化がＣＤに与える影響は少なく、また、対レジスト選択比は高周波パワーが大きくなるに従い向上することが示された。これらのことから、下部電極への高周波パワーとしては、概ね１５００〜３８００Ｗの範囲が好ましいことが示された。

表４は、エッチング条件２を基準にして、処理圧力を変化させた場合のエッチング特性である。この表４から、高周波電力（上部電極／下部電極）が８００／２５００Ｗと比較的大きなエッチング条件２では、処理圧力を必要以上に高めに設定するとエッチングレートが低下し、エッチストップが生じることが判明した。よって、処理圧力としては、４Ｐａ以上、２０Ｐａ未満が好ましいことが示された。

また、表４の結果と前記表２および表３の結果を考慮すると、直流電圧を重畳した場合のエッチングレートや対ＳｉＣ選択比の制御は、高周波電力を変化させて制御することが好ましいと考えられる。

表５は、エッチング条件２を基準にして、Ａｒ流量を変化させた場合のエッチング特性である。この表５から、高周波電力（上部電極／下部電極）が８００／２５００Ｗと比較的大きなエッチング条件２では、Ａｒ流量比の変化による影響は明確なものではないが、一定量のＡｒを添加した方が対ＳｉＣ選択比が向上することが示され、少なくとも１０００ｍＬ／ｍｉｎ以下のＡｒの添加が好ましいことが示された。

次に、図３２と同様の積層構造のサンプルを調製し、ライン＆スペースの溝パターンが形成されたＡｒＦレジスト３０５をマスクとして、下地ＳｉＣ層３０１が露出するまでＳｉＯＣ系膜３０２に対するエッチングを実施し、溝を形成した。エッチングは、メインエッチングとオーバーエッチングの２ステップエッチングとし、以下に示すエッチング条件で上部電極３４に−９００Ｖの直流電圧を印加した場合（実施例３）と、直流電圧を印加しない場合（比較例３）について実施し、エッチング特性を比較した。その結果を表６に示した。

＜メインエッチング条件＞
チャンバ内圧力＝２６．７Ｐａ；
高周波電力（上部電極／下部電極）＝３００Ｗ／１０００Ｗ；
処理ガス流量ＣＦ_４／Ｎ_２／Ａｒ／ＣＨＦ_３＝１８０／１００／１８０／５０ｍＬ／ｍｉｎ；
上下部電極間距離＝３５ｍｍ；
処理時間＝１０秒
バックプレッシャー（センター部／エッジ部）＝２０００／５３３２Ｐａ；
上部電極３４の温度＝６０℃；
チャンバ１０側壁の温度＝６０℃；
サセプタ１６の温度＝２０℃

＜オーバーエッチング条件＞
チャンバ内圧力＝４．０Ｐａ；
高周波電力（上部電極／下部電極）＝１０００Ｗ／１０００Ｗ；
処理ガス流量Ｃ_４Ｆ_８／Ｎ_２／Ａｒ＝６／２６０／１０００ｍＬ／ｍｉｎ；
オーバーエッチ量：３０％
上下部電極間距離＝３５ｍｍ
※他の条件は、上記メインエッチング条件と同様とした。

表６から、上部電極３４に−９００Ｖの直流電圧を印加した実施例３では、対ＳｉＣ選択比は１５であり、電圧を印加しない比較例３における対ＳｉＣ選択比１１．７に比べて大きく向上していることがわかる。
また、上記エッチング条件の下では、上部電極３４に−９００Ｖの直流電圧を印加することにより、対ＳｉＣ選択比だけでなく、表６に示すように、対レジスト選択比も改善された。さらに、溝の幅に相当するＣＤを大きくせずに制御しながら、ＳｉＯＣ系膜３０２のエッチングレートを大幅に向上させることが可能であった。そして、エッチング後の溝を構成するラインの粗さ（ラインエッチングラフネス；ＬＥＲ）についても、大幅に低減することができた。

なお、以上は下地をＳｉＣ層３０１として、その上のＳｉＯＣ系膜３０２に対してエッチングを行なう例を挙げて説明したが、これに限らず他のエッチング対象でも同様の効果を得ることができる。例えば、図３３（ａ）に示すように、シリコン基板３０６に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）３０７、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）を原料としてＣＶＤ法により成膜されたＳｉＯ_２膜３０８、反射防止膜（ＢＡＲＣ）３０９が形成され、パターニングされたＡｒＦ等のレジストマスク３１０を有する断面構造において、同図（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜３０７を下地としてＳｉＯ_２膜３０８をエッチングする場合にも、上述のように上部電極３４に直流電圧を印加することにより、同様な効果を得ることができる。

また、上記例では、ＳｉＯＣ系膜３０２のエッチング（メインエッチング、あるいはメインエッチングとオーバーエッチング）を対象としたが、ここでは、直流電圧の印加による下地との選択比向上効果を利用しているので、通常条件でのメインエッチングにより凹部が下地付近に到達した段階でオーバーエッチングを行なう２ステップ処理におけるオーバーエッチングにのみ直流電圧を印加するようにすることもできる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図３４は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。なお、図３４において、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、第１の実施形態における上部電極３４の代わりに、以下の構造を有する上部電極３４′が設けられている。上部電極３４′は、サセプタ１６と所定の間隔をおいて対向配置されているリング状またはドーナツ状の外側上部電極３４ａと、この外側上部電極３４ａの半径方向内側に絶縁された状態で配置されている円板状の内側上部電極３４ｂとで構成される。これらは、プラズマ生成に関して外側上部電極３４ａが主で、内側上部電極３４ｂが補助の関係を有している。

図３５に当該プラズマ処理装置の要部を拡大して示すように、外側上部電極３４ａと内側上部電極３４ｂとの間には、例えば０．２５〜２．０ｍｍの環状ギャップ（隙間）が形成され、このギャップに例えば石英からなる誘電体７２が設けられる。このギャップにはさらにセラミックス部材７３が設けられている。セラミックス部材７３は省略することもできる。この誘電体７２を挟んで両電極３４ａと３４ｂとの間にコンデンサが形成される。このコンデンサのキャパシタンスＣ_７２は、ギャップのサイズと誘電体７２の誘電率に応じて所望の値に選定または調整される。外側上部電極３４ａとチャンバ１０の側壁との間には、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなるリング形状の絶縁性遮蔽部材４２が気密に取り付けられている。

外側上部電極３４ａは、電極板３６ａと、この電極板３６ａを着脱可能に支持する導電材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる電極支持体３８ａとを有する。電極板３６ａは、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体、例えばシリコンやＳｉＣで構成されるのが好ましい。外側上部電極３４ａには、第１の実施形態と同様の整合器４６、上部給電棒７４、コネクタ９８および給電筒１００を介して、第１の実施形態と同様の第１の高周波電源４８が電気的に接続されている。整合器４６の出力端子は上部給電棒７４の上端に接続されている。

給電筒１００は、円筒状または円錐状あるいはそれらに近い形状の導電板たとえばアルミニウム板または銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極３４ａに接続され、上端がコネクタ９８によって上部給電棒７４の下端部に電気的に接続されている。給電筒１００の外側では、チャンバ１０の側壁が上部電極３４′の高さ位置よりも上方に延びて円筒状の接地導体１０ａを構成している。この円筒状接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材７４ａにより上部給電棒７４から電気的に絶縁されている。かかる構成においては、コネクタ９８からみた負荷回路において、給電筒１００および外側上部電極３４ａと円筒状接地導体１０ａとで、給電筒１００および外側上部電極３４ａを導波路とする同軸線路が形成される。

図３４に示すように、内側上部電極３４ｂは、多数のガスのガス吐出孔３７ｂを有する電極板３６ｂと、この電極板３６ｂを着脱可能に支持する導電材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる電極支持体３８ｂとを有する。電極支持体３８ｂの内部には、例えばＯリングからなる環状隔壁部材４３で分割された中心ガス拡散室４０ａと周辺ガス拡散室４０ｂとが設けられている。中心ガス拡散室４０ａと周辺ガス拡散室４０ｂからはガス吐出孔３７ｂに連通する多数のガス通流孔４１ｂが下方に延びている。そして、中心ガス拡散室４０ａとその下面に設けられている多数のガス通流孔４１ｂおよびそれらに連通する多数のガス吐出孔３７ｂとで中心シャワーヘッドが構成され、周辺ガス拡散室４０ｂとその下面に設けられている多数のガス通流孔４１ｂおよびそれらに連通する多数のガス吐出孔３７ｂとで周辺シャワーヘッドが構成されている。

２つのガス拡散室４０ａ，４０ｂには、共通の処理ガス供給源６６から処理ガスが所望の流量比で供給されるようになっている。すなわち、処理ガス供給源６６からのガス供給管６４が途中で２つの分岐管６４ａ，６４ｂに分岐し、電極支持体３８ｂに形成されたガス導入口６２ａ，６２ｂに接続され、ガス導入口６２ａ，６２ｂからの処理ガスがガス導入室４０ａ、４０ｂに至る。それぞれの分岐管６４ａ，６４ｂに流量制御弁７１ａ，７１ｂが設けられており、処理ガス供給源６６からガス拡散室４０ａ、４０ｂまでの流路のコンダクタンスは等しいので、流量制御弁７１ａ，７１ｂにより中心ガス導入室４０ａと周辺ガス導入室４０ｂとに供給する処理ガスの流量比を任意に調整することができる。ガス供給管６４には第１の実施形態と同様マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている。このように、中心ガス拡散室４０ａと周辺ガス拡散室４０ｂとに導入する処理ガスの流量比を調整することで、中心シャワーヘッドから吐出されるガスの流量Ｆ_Ｃと周辺シャワーヘッドから吐出されるガスの流量Ｆ_Ｅとの比率（Ｆ_Ｃ／Ｆ_Ｅ）を任意に調整することができるようになっている。なお、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ吐出させる処理ガスの単位面積当たりの流量を異ならせることも可能である。さらに中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ吐出させる処理ガスのガス種またはガス混合比を独立または別個に選定することも可能である。

内側上部電極３４ｂの電極支持体３８ｂには、整合器４６、上部給電棒７４、コネクタ９８および下部給電棒７６を介して第１の実施形態と同様の第１の高周波電源９０が電気的に接続されている。下部給電棒７６の途中には、キャパシタンスを可変調整することができる可変コンデンサ７８が設けられている。この可変コンデンサ７８は、後述するように、外側電界強度と内側電界強度とのバランスを調整する機能を有する。

一方、上記上部電極３４′には、第１の実施形態と同様、可変直流電源５０が接続されている。具体的には、可変直流電源５０がフィルタ５８を介して外側上部電極３４ａおよび内側上部電極３４ｂに接続されている。可変直流電源５０の極性、電圧、電流ならびにオン・オフスイッチ５２のオン・オフは第１の実施形態と同様、コントローラ５１により制御されるようになっている。なお、第１の実施形態ではフィルタ７８は整合器４６に内蔵されていたが本実施形態では整合器４６とは別個に設けられている。

このように構成されるプラズマエッチング装置においてエッチング処理を行う際には、第１の実施形態と同様に、まず、エッチング対象である半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。そして、エッチングのための処理ガスを処理ガス供給源６６から所定の流量および流量比で中心ガス拡散室４０ａおよび周辺ガス拡散室４０ｂに供給して、ガス吐出孔３７ｂを介してチャンバ１０内に吐出させるとともに、第１の実施形態と同様、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気して設定圧力に維持する。

このようにチャンバ１０内にエッチングガスを導入した状態で、第１の高周波電源４８からプラズマ生成用の高周波電力（６０ＭＨｚ）を所定のパワーで上部電極３４に印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用の高周波（２ＭＨｚ）を所定のパワーで下部電極であるサセプタ１６に印加する。そして、可変直流電源５０から所定の電圧を外側上部電極３４ａおよび内側上部電極３４ｂに印加する。さらに、直流電源２２から直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。

内側上部電極３４ｂのガス吐出孔３７ｂから吐出されたエッチングガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面がエッチングされる。

このプラズマ処理装置では、上部電極３４′に高い周波数領域（イオンが動けない５〜１０ＭＨｚ以上）の高周波電力を供給しているので、第１の実施形態と同様、プラズマを好ましい解離状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。

また、上部電極３４′において、半導体ウエハＷと直に対向する内側上部電極３４ｂをシャワーヘッド兼用型とし、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドとでガス吐出流量の比率を任意に調整することができるので、ガス分子またはラジカルの密度の空間分布を径方向で制御し、ラジカルベースによるエッチング特性の空間的な分布特性を任意に制御することもできる。

一方、上部電極３４′においては、後述するように、プラズマ生成のための高周波電極として、外側上部電極３４ａを主、内側上部電極３４ｂを副とし、これら電極３４ａ，３４ｂよりこれらの直下の電子に与える電界強度の比率を調整可能にしているので、プラズマ密度の空間分布を径方向で制御することができ、反応性イオンエッチングの空間的な特性を任意かつ精細に制御することができる。

ここで、外側上部電極３４ａと内側上部電極３４ｂとの間で電界強度または投入電力の比率を可変にすることによって行われるプラズマ密度空間分布の制御は、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドとの間で処理ガスの流量やガス密度またはガス混合比の比率を可変することによって行われるラジカル密度空間分布の制御に実質的に影響を及ぼさない。つまり、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドから噴出される処理ガスの解離は内側上部電極３４ｂ直下のエリア内で行われるため、内側上部電極３４ｂと外側上部電極３４ａとの間で電界強度のバランスを変えても、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドとは内側上部電極３４ｂ内にあり同一エリア内であるから、これらの間のラジカル生成量ないし密度のバランスにはさほど影響しない。したがって、プラズマ密度の空間分布とラジカル密度の空間分布とを実質的に独立に制御することができる。

また、本実施形態のプラズマ処理装置は、外側上部電極３４ａが主であり、その直下でプラズマの大部分ないし過半を生成して内側上部電極３４ｂの直下に拡散させる。このため、シャワーヘッドを兼ねる内側上部電極３４ｂにおいては、プラズマのイオンから受けるアタックが少ないため、交換部品である電極板３６ｂのガス吐出口３７ｂのスパッタ進行を効果的に抑制し、電極板３６ｂの寿命を大幅に延ばすことができる。一方、プラズマの大部分ないし過半を生成する外側上部電極３４ａは、電界の集中するガス吐出口を有してはいないため、イオンのアタックは少なく、寿命が短くなるようなことはない。

次に、図３５および図３６を参照して、外側上部電極３４ａと内側上部電極３４ｂとの間電界強度または投入電力を可変とすることによって行われるプラズマ密度空間分布の制御についてさらに詳細に説明する。図３５は、上述したように、本実施形態のプラズマ処理装置の要部、特にプラズマ生成手段を構成する要部の構成を示しており、図３６はプラズマ生成手段の要部の等価回路を示す。なお、図３５ではシャワーヘッド部の構造を省略し、図３６では各部の抵抗を省略している。

上述したように、コネクタ９８からみた負荷回路において、外側上部電極３４ａおよび給電筒１００と円筒状接地導体１０ａとで、外側上部電極３４ａおよび給電筒１００を導波路Ｊｏとする同軸線路が形成される。ここで給電筒１００の半径（外径）をａｏ、円筒状接地導体１０ａの半径をｂとすると、この同軸線路の特性インピーダンスまたはインダクタンスＬｏは以下の（１）式で近似することができる。
Ｌｏ＝Ｋ・ｌｎ（ｂ／ａｏ） ‥‥‥（１）
ただし、Ｋは導波路の移動度および誘電率で決まる定数である。

一方、コネクタ９８からみた負荷回路において、下部給電棒７６と円筒状接地導体１０ａとの間でも下部給電棒７６を導波路Ｊｉとする同軸線路が形成される。内側上部電極３４ｂも下部給電棒７６の延長上にあるが、直径が極端に違うため、下部給電棒７６のインピーダンスが支配的になる。ここで、下部給電棒７６の半径（外径）をａｉとすると、この同軸線路の特性インピーダンスまたはインダクタンスＬｉは以下の（２）式で近似することができる。
Ｌｉ＝Ｋ・ｌｎ（ｂ／ａｉ） ‥‥‥（２）

上記（１）、（２）式から理解されるように、内側上部電極３４ｂに高周波を伝える内側導波路Ｊｉは従来の一般的な高周波システムと同様のインダクタンスＬｉを与えるのに対して、外側上部電極３４ａに高周波を伝える外側導波路Ｊｏは径が大きい分だけ著しく小さなインダクタンスＬｏを与えることができる。これにより、整合器４６からみてコネクタ９８より先の負荷回路では、低インピーダンスの外側導波路Ｊｏで高周波が伝播しやすく（電圧降下が小さく）、外側上部電極３４ａに相対的に大きい高周波電力Ｐｏを供給して、外側上部電極３６の下面（プラズマ接触面）で強い電界強度Ｅｏを得ることができる。一方、高インピーダンスの内側導波路Ｊｉでは高周波が伝播しにくく（電圧降下が大きく）、内側上部電極３４ｂに外側上部電極３４ａに供給される高周波電力Ｐｏよりも小さい高周波電力Ｐｉが供給され、内側上部電極３４ｂの下面（プラズマ接触面）で得られる電界強度Ｅｉを外側上部電極３４ａ側の電界強度Ｅｏよりも小さくすることができる。

このように、上部電極３４′では、外側上部電極３４ａの直下で相対的に強い電界Ｅｏで電子を加速させると同時に、内側上部電極３４ｂの直下では相対的に弱い電界Ｅｉで電子を加速させることとなり、これによって外側上部電極３４ａの直下でプラズマＰの大部分ないし過半が生成され、内側上部電極３４ｂの直下では補助的にプラズマＰの一部が生成される。そして、外側上部電極３４ａの直下で生成された高密度のプラズマが径方向の内側と外側に拡散することにより、上部電極３４′とサセプタ１６との間のプラズマ処理空間においてプラズマ密度が径方向で均される。

外側上部電極３４ａおよび給電筒１００と円筒状接地導体１０ａとで形成される同軸線路における最大伝送電力Ｐ_ｍａｘは、給電筒１００の半径ａｏと円筒状接地導体１０ａの半径ｂとに依存し、以下の（３）式で与えられる。
Ｐ_ｍａｘ／Ｅｏ_ｍａｘ ^２＝ａｏ^２［ｌｎ（ｂ／ａｏ）］^２／２Ｚｏ ‥‥（３）
ただし、Ｚｏは整合器４６側からみた当該同軸線路の入力インピーダンスであり、Ｅｏ_ｍａｘはＲＦ伝送系の最大電界強度である。

上記（３）式において、最大伝送電力Ｐ_ｍａｘはｂ／ａｏ≒１．６５で極大値となる。このことから、外側導波路Ｊｏの電力伝送効率を向上させるには、給電筒５０の径サイズに対する円筒状接地導体１０ａの径サイズの比（ｂ／ａｏ）が約１．６５となるように構成するのが最も好ましく、少なくとも１．２〜２．０の範囲内に入るように構成するのが好ましい。さらには１．５〜１．７の範囲である。

プラズマ密度の空間分布を任意かつ精細に制御するためには、外側上部電極３４ａ直下の外側電界強度Ｅｏ（または外側上部電極３４ａ側への投入電力Ｐｏ）と内側上部電極３４ｂ直下の内側電界強度Ｅｉ（または内側上部電極３４ｂ側への投入電力Ｐｉ）との比率つまりバランスを調整することが好ましく、その手段として下部給電棒７６の途中に可変コンデンサ７８が挿入されている。この可変コンデンサ７８のキャパシタンスＣ_７８と全体の投入電力に対する内側上部電極３４ｂへの投入電力Ｐｉの比率との関係は図３７に示すようになっている。この図から明らかなように、可変コンデンサ７８のキャパシタンスＣ_７８を変えることにより、内側導波路Ｊｉのインピーダンスまたはリアクタンスを増減させ、外側導波路Ｊｏの電圧降下と内側導波路Ｊｉの電圧降下との相対比率を変えることができ、ひいては外側電界強度Ｅｏ（外側投入電力Ｐｏ）と内側電界強度Ｅｉ（内側投入電力Ｐｉ）との比率を調整することができる。

なお、プラズマの電位降下を与えるイオンシースのインピーダンスは一般に容量性である。図３６の等価回路では、外側上部電極３４ａ直下におけるシースインピーダンスのキャパシタンスをＣ_Ｐｏ、内側上部電極３４ｂ直下におけるシースインピーダンスのキャパシタンスをＣ_Ｐｉと擬制している。また、外側上部電極３４ａと内側上部電極３４ｂとの間に形成されるコンデンサのキャパシタンスＣ_７２は、可変コンデンサ７８のキャパシタンスＣ_７８と組み合わさって上記のような外側電界強度Ｅｏ（外側投入電力Ｐｏ）と内側電界強度Ｅｉ（内側投入電力Ｐｉ）とのバランスを左右するものであり、可変コンデンサ７８による電界強度（投入電力）バランス調整機能を最適化することができるような値に選定または調整されることが好ましい。

一方、第１の実施形態と同様の可変直流電圧５０からの直流電圧は、フィルタ５８を経た後、外側上部電極３４ａおよび内側上部電極３４ｂにも印加される。これにより、以上のようなプラズマ密度空間分布制御が行われると同時に、第１の実施形態と同様の、Ｖ_ｄｃが深くなることによるスパッタ機能、プラズマシース厚が厚くなることによるプラズマ縮小化機能、ウエハＷへの電子の供給機能、プラズマポテンシャル調整機能、プラズマ密度上昇機能等が発揮され、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

そして、このように、外側上部電極３４ａと内側上部電極３４ｂとに分割した上部電極３４′を用いる効果と、上部電極３４′に所定の直流電圧を印加する効果とが合わさることにより、より好ましいプラズマ制御を実現することができる。

図３４の例では、直流電圧を外側上部電極３４ａおよび内側上部電極３４ｂの両方に印加するようになっているが、いずれか一方に印加するようにしてもよい。

また、図３４の例では、一つの可変直流電源５０から外側上部電極３４ａおよび内側上部電極３４ｂに直流電圧を印加したが、図３８に示すように、２つの可変直流電源５０ａ，５０ｂを設けて、これらからそれぞれスイッチ５２ａ，５２ｂおよびフィルタ５８ａ，５８ｂを介して外側上部電極３４ａおよび内側上部電極３４ｂに直流電圧を印加するようにしてもよい。この場合には、外側上部電極３４ａと内側上部電極３４ｂとで印加する直流電圧を個別的に制御することができるので、一層良好なプラズマ制御を行うことができる。

さらに、図３９に示すように、外側上部電極３４ａと内側上部電極３４ｂとの間に可変直流電源５０′を介在させ、その一方の極を外側上部電極３４ａに接続し、他方の極を内側上部電極３４ｂに接続することにより、上述のような効果の他、内側上部電極３４ｂと外側上部電極３４ａとで生成されるプラズマ密度比をさらに詳細に設定することができ、ウエハ面内のエッチング特性の制御を向上させることができるといった効果が付加される。なお、符号５２′はオン・オフスイッチであり、５８ａ′，５８ｂ′はフィルタである。

ここで、第２の実施形態のプラズマエッチング装置において、ウエハＷ上に形成された絶縁膜（例えばＬｏｗ−ｋ膜）をエッチングする際に、処理ガスとして使用するのが特に好ましいガスの組み合わせを下記に例示する。

また、上記第１の実施形態および第２の実施形態において、上記第１の高周波電力および第２の高周波電力の採り得る周波数を例示すると、第１の高周波電力としては、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１６０ＭＨｚを挙げることができ、第２の高周波電力としては、３８０ｋＨｚ、８００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、３．２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚを挙げることができ、プロセスに応じて適宜の組み合わせで用いることができる。

なお、以上では、プラズマエッチング装置を例に説明したが、他のプラズマを用いて半導体基板を処理する装置にも適用可能である。例えばプラズマ成膜装置が挙げられる。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図。図１のプラズマ処理装置において第１の高周波電源に接続された整合器の構造を示す図。図１のプラズマ処理装置において、上部電極に直流電圧を印加した際のＶ_ｄｃおよびプラズマシース厚の変化を示す図。図１のプラズマ処理装置において、上部電極に直流電圧を印加した場合と印加しない場合とのプラズマ状態を比較して示す図。図１のプラズマ処理装置において、プラズマを検出する検出器を設けた状態を示す断面図。図１のプラズマ処理装置により上部電極に印加する直流電圧を変化させてＳｉＯ_２膜をエッチングした際におけるフォトレジスト膜のエッチレート、ＳｉＯ_２膜のエッチレート、およびフォトレジスト膜に対するＳｉＯ_２膜の選択比を示すグラフ。連続エッチングプロセスが適用される多層膜の一例を示す図。図１のプラズマ処理装置において、上部電極に直流電圧を印加した際のプラズマポテンシャル波形の変化を示す図。図１のプラズマエッチング装置において、印加する直流電圧を変化させた場合の電子密度およびその分布の変化を示す図。図９のエッチングにおいて、各直流電圧におけるセンターとエッジのエッチング状態を模式的に示す図。上部電極表面における自己バイアス電圧と、印加する直流電圧との関係を示す図。図１のプラズマエッチング装置において、プラズマを検出する検出器を設けた状態を示す断面図。図１のプラズマエッチング装置において、上部電極へ直流電圧を印加する際に異常放電を抑制するための波形を示す図。ＧＮＤブロックの他の配置例を示す概略図。ＧＮＤブロックのさらに他の配置例を示す概略図。ＧＮＤブロックの付着物防止例を説明するための図。ＧＮＤブロックの付着物を除去可能な装置構成の一例を示す概略図。図１７の装置におけるプラズマエッチング時における状態とクリーニング時における状態を説明するための概略図。図１７の装置におけるプラズマエッチン時における他の状態を示す概略図。ＧＮＤブロックの付着物を除去可能な装置構成の他の例を示す概略図。図２０の装置におけるプラズマエッチング時における状態とクリーニング時における状態を説明するための概略図。ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックの一例を示す模式図。ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックの他の例を示す模式図。ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックのさらに他の例を示す模式図。ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックのさらに他の例を示す模式図。ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックのさらに他の例を示す模式図。ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックのさらに他の例を示す模式図。ＲＦプラズマおよびＤＣプラズマにおける電子温度分布を示す図。高周波電力のみでプラズマを形成した場合と直流電圧も印加した場合における電子温度分布を示す図。バイアス高周波電力の周波数が２ＭＨｚの場合と１３．５６ＭＨｚの場合におけるイオンの追従性を説明するための図。バイアス高周波電力の周波数が２ＭＨｚの場合と１３．５６ＭＨｚの場合におけるイオンエネルギー分布を示す図。図１のプラズマエッチング装置によりエッチングを行う際におけるエッチング対象となり得るウエハの断面構造の一例を示す模式図。図１のプラズマエッチング装置によりエッチングを行う際におけるエッチング対象となり得るウエハの断面構造の他の例を示す模式図。本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図。図３４のプラズマエッチング装置の要部の構成を示す概略断面図。図３４のプラズマエッチング装置におけるプラズマ生成手段の要部の等価回路を示す回路図。図３４のプラズマエッチング装置における可変コンデンサのキャパシタンスの値と、電界強度比率との関係を示す図。図３４のプラズマエッチング装置の上部電極への直流電圧印加の変形例を示す図。図３４のプラズマエッチング装置の上部電極への直流電圧印加の他の変形例を示す図。

符号の説明

１０…チャンバ（処理容器）
１６…サセプタ（下部電極）
３４，３４′…上部電極
４４…給電棒
４６，８８…整合器
４８…第１の高周波電源
５０…可変直流電源
５１…コントローラ
５２…オン・オフスイッチ
６６…処理ガス供給源
８４…排気装置
９０…第２の高周波電源
９１…ＧＮＤブロック
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）

Claims

被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、
前記第１電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、
前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、
前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと
前記直流電源から前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを制御する制御装置と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記直流電源は、前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが可変であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記制御装置は、前記直流電源から前記第１電極への直流電圧の印加可否を制御することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
生成されたプラズマの状態を検出する検出器をさらに具備し、この検出器の情報に基づいて前記制御装置が前記直流電源から前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを制御することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極に印加される第１の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極に印加される第１の高周波電力の周波数は４０ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
前記第２電極に印加される第２の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
前記直流電源は、−２０００〜＋１０００Ｖの範囲の電圧を印加することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記直流電源から印加される直流電圧の絶対値が５００Ｖ以上であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記直流電圧は、前記第１電極に印加される第１の高周波電力によって該第１電極の表面に発生する自己バイアス電圧より絶対値が大きい負の電圧であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極の前記第２電極との対向面は、シリコン含有物質で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、常時接地されている導電性部材を前記処理容器内に設けることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第２電極の周囲に設置されることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第１電極の近傍に配置されることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、前記第１電極の外側にリング状に配置されることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、プラズマ処理の際の飛翔物の付着を防止するための凹所を有していることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材の一部を覆う保護板を有し、前記保護板を前記導電性部材に対して相対移動させる駆動機構により、前記導電性部材のプラズマに露出される部分が変化することを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材はその一部がプラズマに露出される円柱形状であり、前記導電性部材を円柱の軸を中心に回転させる駆動機構により、前記導電性部材のプラズマに露出される部分が変化することを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材の一部を覆いかつプラズマによりエッチングされ得る材質を有する段差形状の保護膜を有し、前記保護膜がエッチングされることにより、前記導電性部材のプラズマに露出される部分が変化することを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、全体制御装置からの指令に基づいて接地される導電性部材を前記処理容器内に設けることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第２電極の周囲に設置されることを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第１電極の近傍に配置されることを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、前記第１電極の外側にリング状に配置されることを特徴とする請求項２３に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、プラズマ処理の際の飛翔物の付着を防止するための凹所を有していることを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、プラズマエッチング時に接地されることを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材には、直流電圧または交流電圧が印加可能となっており、全体制御装置からの指令に基づいて直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされることを特徴とする請求項２１から請求項２６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、クリーニング時に直流電圧または交流電圧が印加されることを特徴とする請求項２７に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材の接続を、前記直流電源側と接地ラインとで切り替える切替機構をさらに具備し、前記切替機構により前記導電性部材を前記直流電源側に接続した際に、前記直流電源から前記導電性部材へ直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされることを特徴とする請求項２７に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材には負の直流電圧が印加可能となっていることを特徴とする請求項２７に記載のプラズマ処理装置。
前記処理容器内に、前記導電性部材に負の直流電圧が印加された際に前記処理容器内に流入した直流電子電流を排出するために、接地された導電性補助部材を設けることを特徴とする請求項３０に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第１電極の近傍に配置され、前記導電性補助部材は、前記第２電極の周囲に設置されることを特徴とする請求項３１に記載のプラズマ処理装置。
全体制御装置からの指令に基づいて、前記第１電極に供給された前記直流電源からの直流電流をプラズマを介して逃がすために接地される第１の状態、および前記直流電源から直流電圧が印加されてその表面がスパッタまたはエッチングされる第２の状態のいずれかをとる導電性部材を前記処理容器内に設け、前記直流電源の負極が前記第１電極に接続され、かつ前記導電性部材が接地ラインに接続される第１の接続と、前記直流電源の正極が前記第１電極に接続され、前記直流電源の負極が前記導電性部材に接続される第２の接続との間で切り替え可能であり、その切り替えにより、それぞれ前記第１の状態および前記第２の状態を形成可能な接続切替機構をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１の状態はプラズマエッチング時に形成され、前記第２の状態は前記導電性部材のクリーニング時に形成されることを特徴とする請求項３３に記載のプラズマ処理装置。
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、
前記第１電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、
前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、
前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと
前記直流電源から前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを制御する制御装置と
を具備し、
前記第１電極は、内側電極と外側電極とに分割されており、前記第１の高周波電力は、前記内側電極と前記外側電極に分配されて印加され、前記直流電源はこれらのうち少なくとも一方に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記直流電源は、前記内側電極と前記外側電極に印加する直流電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能であることを特徴とする請求項３５に記載のプラズマ処理装置。
前記内側電極と前記外側電極には、それぞれ異なる直流電源から直流電圧が印加されることを特徴とする請求項３６に記載のプラズマ処理装置。
前記電源の一方の極を前記内側電極に接続し、他方の極を前記外側電極に接続することを特徴とする請求項３５に記載のプラズマ処理装置。
前記直流電源は、前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが可変であることを特徴とする請求項３５に記載のプラズマ処理装置。
前記制御装置は、前記直流電源から前記第１電極への直流電圧の印加可否を制御することを特徴とする請求項３５に記載のプラズマ処理装置。
生成されたプラズマの状態を検出する検出器をさらに具備し、この検出器の情報に基づいて前記制御装置が前記直流電源から前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを制御することを特徴とする請求項３９に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であることを特徴とする請求項３５から請求項４１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極に印加される第１の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項４２に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極に印加される第１の高周波電力の周波数は４０ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項４３に記載のプラズマ処理装置。
前記第２電極に印加される第２の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項４２から請求項４４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記直流電源は、−２０００〜＋１０００Ｖの範囲の電圧を印加することを特徴とする請求項３５から請求項４５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記直流電源から印加される直流電圧の絶対値が５００Ｖ以上であることを特徴とする請求項３５から請求項４６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記直流電圧は、前記第１電極に印加される第１の高周波電力によって該第１電極の表面に発生する自己バイアス電圧より絶対値が大きい負の電圧であることを特徴とする請求項３５から請求項４７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極の前記第２電極との対向面は、シリコン含有物質で形成されていることを特徴とする請求項３５から請求項４８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、常時接地されている導電性部材を前記処理容器内に設けることを特徴とする請求項３５から請求項４９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第２電極の周囲に設置されることを特徴とする請求項５０に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第１電極の近傍に配置されることを特徴とする請求項５０に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、前記第１電極の外側にリング状に配置されることを特徴とする請求項５２に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、プラズマ処理の際の飛翔物の付着を防止するための凹所を有していることを特徴とする請求項５０に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材の一部を覆う保護板を有し、前記保護板を前記導電性部材に対して相対移動させる駆動機構により、前記導電性部材のプラズマに露出される部分が変化することを特徴とする請求項５０に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材はその一部がプラズマに露出される円柱形状であり、前記導電性部材を円柱の軸を中心に回転させる駆動機構により、前記導電性部材のプラズマに露出される部分が変化することを特徴とする請求項５０に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材の一部を覆いかつプラズマによりエッチングされ得る材質を有する段差形状の保護膜を有し、前記保護膜がエッチングされることにより、前記導電性部材のプラズマに露出される部分が変化することを特徴とする請求項５０に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、全体制御装置からの指令に基づいて接地される導電性部材を前記処理容器内に設けることを特徴とする請求項３５から請求項４９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第２電極の周囲に設置されることを特徴とする請求項５８に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第１電極の近傍に配置されることを特徴とする請求項５８に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、前記第１電極の外側にリング状に配置されることを特徴とする請求項６０に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、プラズマ処理の際の飛翔物の付着を防止するための凹所を有していることを特徴とする請求項５８に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、プラズマエッチング時に接地されることを特徴とする請求項５８から請求項６２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材には、直流電圧または交流電圧が印加可能となっており、全体制御装置からの指令に基づいて直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされることを特徴とする請求項５８から請求項６３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材は、クリーニング時に直流電圧または交流電圧が印加されることを特徴とする請求項６４に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材の接続を、前記直流電源側と接地ラインとで切り替える切替機構をさらに具備し、前記切替機構により前記導電性部材を前記直流電源側に接続した際に、前記直流電源から前記導電性部材へ直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされることを特徴とする請求項６４に記載のプラズマ処理装置。
前記導電性部材には負の直流電圧が印加可能となっていることを特徴とする請求項６４に記載のプラズマ処理装置。
前記処理容器内に、前記導電性部材に負の直流電圧が印加された際に前記処理容器内に流入した直流電子電流を排出するために、接地された導電性補助部材を設けることを特徴とする請求項６７に記載のプラズマ処理装置。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第１電極の近傍に配置され、前記導電性補助部材は、前記第２電極の周囲に設置されることを特徴とする請求項６８に記載のプラズマ処理装置。
全体制御装置からの指令に基づいて、前記第１電極に供給された前記直流電源からの直流電流をプラズマを介して逃がすために接地される第１の状態、および前記直流電源から直流電圧が印加されてその表面がスパッタまたはエッチングされる第２の状態のいずれかをとる導電性部材を前記処理容器内に設け、前記直流電源の負極が前記第１電極に接続され、かつ前記導電性部材が接地ラインに接続される第１の接続と、前記直流電源の正極が前記第１電極に接続され、前記直流電源の負極が前記導電性部材に接続される第２の接続との間で切り替え可能であり、その切り替えにより、それぞれ前記第１の状態および前記第２の状態を形成可能な接続切替機構をさらに具備することを特徴とする請求項３５から請求項４９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１の状態はプラズマエッチング時に形成され、前記第２の状態は前記導電性部材のクリーニング時に形成されることを特徴とする請求項７０に記載のプラズマ処理装置。
処理容器内に、第１電極および被処理基板を支持する第２電極を対向して配置し、前記第１電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加し、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内に処理ガスを供給し、該処理ガスのプラズマを生成させて、前記第２電極に支持された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記第１電極に直流電圧を印加する工程と、前記第１電極に直流電圧を印加しながら、前記被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であることを特徴とする請求項７２に記載のプラズマ処理方法。
前記直流電圧は、前記第１電極に印加される第１の高周波電力によって該第１電極の表面に発生する自己バイアス電圧より絶対値が大きい負の電圧であることを特徴とする請求項７２または請求項７３に記載のプラズマ処理方法。
前記第１電極に印加される第１の高周波電力の周波数が１３．５６〜６０ＭＨｚであり、前記下部電極に印加される第２の高周波電力の周波数が２００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項７２から請求項７４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記処理ガスが、フルオロカーボンを含むガスであることを特徴とする請求項７２から請求項７５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記フルオロカーボンを含むガスが、少なくともＣ_４Ｆ_８を含むことを特徴とする請求項７６に記載のプラズマ処理方法。
前記フルオロカーボンを含むガス中に、さらに不活性ガスを含むことを特徴とする請求項７７に記載のプラズマ処理方法。
前記直流電圧の絶対値が、１５００Ｖ以下であることを特徴とする請求項７２から請求項７８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
処理圧力が、１．３〜２６．７Ｐａであることを特徴とする請求項７２から請求項７９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記第１電極に印加される第１の高周波電力が３０００Ｗ以下であることを特徴とする請求項７２から請求項８０のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記第２電極に印加される第２の高周波電力が１００〜５０００Ｗであることを特徴とする請求項７２から請求項８１のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記第２電極に支持された被処理基板へのプラズマ処理が被処理基板に設けられた絶縁膜のエッチングであることを特徴とする請求項７２から請求項８２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記絶縁膜は有機系絶縁膜であることを特徴とする請求項８３に記載のプラズマ処理方法。
前記有機系絶縁膜が、ＳｉＯＣ系膜であることを特徴とする請求項８４に記載のプラズマ処理方法。
前記ＳｉＯＣ系膜の下地膜が、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されることを特徴とする請求項８５に記載のプラズマ処理方法。
前記絶縁膜をエッチングする際、前記処理ガスが、Ｃ_４Ｆ_８とＮ_２とＡｒの混合ガスであり、その流量比が、Ｃ_４Ｆ_８／Ｎ_２／Ａｒ＝４〜２０／１００〜５００／５００〜１５００ｍＬ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項８３から請求項８６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記絶縁膜をエッチングする際に、オーバーエッチングステップに適用されるものである請求項８３から請求項８７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜の下地膜との選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ_５Ｆ_８、Ａｒ、Ｎ_２の組み合わせを使用することを特徴とする請求項８３から請求項８６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のマスクとの選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、ＣＦ_４、またはＣ_４Ｆ_８、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｎ_２、Ｏ_２の組み合わせを使用することを特徴とする請求項８３から請求項８６のずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のエッチング速度を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｏ_２、およびＣ_４Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ａｒ、Ｏ_２、およびＣ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ａｒ、Ｏ_２のいずれかの組み合わせを使用することを特徴とする請求項８３から請求項８６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
処理容器内に、第１電極および被処理基板を支持する第２電極を対向して配置し、内側電極と外側電極とに分割された前記第１電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加し、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内に処理ガスを供給し、該処理ガスのプラズマを生成させて、前記第２電極に支持された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記内側電極と前記外側電極の少なくとも一方に直流電圧を印加する工程と、
前記第１電極に直流電圧を印加しながら、前記被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜の下地膜との選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ_５Ｆ_８、Ａｒ、Ｎ_２の組み合わせを使用することを特徴とする請求項９２に記載のプラズマ処理方法。
前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のマスクとの選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、ＣＦ_４、またはＣ_４Ｆ_８、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｎ_２、Ｏ_２の組み合わせを使用することを特徴とする請求項９２に記載のプラズマ処理方法。
前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のエッチング速度を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、Ａｒ、Ｏ_２、およびＣ_４Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ａｒ、Ｏ_２、およびＣ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、Ａｒ、Ｏ_２のいずれかの組み合わせを使用することを特徴とする請求項９２に記載のプラズマ処理方法。
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項７２から請求項９１のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法が行われるように、プラズマ処理装置を制御することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項９２から請求項９５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法が行われるように、プラズマ処理装置を制御することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。