JP2009231687A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容量結合型のプラズマ処理装置においてプラズマ密度分布の容易かつ自在な制御を可能とし、プラズマプロセスの均一性や歩留まりを向上させること。
【解決手段】このプラズマエッチング装置は、第１高周波電源３４からの第１高周波（たとえば６０ＭＨｚ）をサセプタ中心電極１２Ａおよびサセプタ周辺電極１２Ｂに所望の比率で分配供給し、第２高周波電源３６からの第２高周波（たとえば２ＭＨｚ）を主としてサセプタ中心電極１２Ａのみに供給するための下部２周波給電機構７を備えている。この下部２周波給電機構７０は、中心給電棒３２と、下部周辺給電導体７２と、可動給電導体７４と、この可動給電導体７４を昇降移動させるアクチエータ７６とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特に容量結合型のプラズマ処理装置に関する。

半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマがよく利用されている。従来より、枚葉式のプラズマ処理装置では、大口径プラズマを容易に実現できる容量結合型のプラズマ処理装置が主流となっている。

一般に、容量結合型のプラズマ処理装置は、真空チャンバとして構成される処理容器内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置し、両電極間に高周波を印加する。そうすると、両電極の間で高周波電界によって加速された電子、電極から放出された二次電子、あるいは加熱された電子が処理ガスの分子と電離衝突を起こして、処理ガスのプラズマが発生し、プラズマ中のラジカルやイオンによって基板表面に所望の微細加工たとえばエッチング加工が施される。

プラズマエッチング装置においては、プラズマ生成（放電）に好適な比較的高い周波数（通常４０ＭＨｚ以上）を有する第１高周波と基板へのイオンの引き込み（バイアス）に好適な比較的低い周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以下）を有する第２高周波とを高周波電極に同時に印加する２周波印加方式が多用されてきている。

ところで、半導体プロセス技術におけるデバイスの微細化・高集積化に伴い、容量結合型のプラズマ処理装置においては、より高効率・高密度・低バイアスのプラズマプロセスが求められており、そのためにはプラズマ生成に用いる高周波の周波数をなるべく高くするというのが今日のトレンドである。一方で、チップサイズの大面積化、基板の大口径化に伴い、より大きな口径のプラズマが求められており、チャンバ（処理容器）が益々大型化しつつある。

ここで問題となるのは、チャンバの処理空間内（特に半径方向）でプラズマ密度を均一にするのが難しくなることである。すなわち、放電用のＲＦ周波数が高くなると、チャンバ内に定在波が形成される波長効果や電極表面で高周波が中心部に集中する表皮効果等によって、概して基板上で中心部が極大になってエッジ部が最も低くなるようなプロファイルでプラズマの密度が不均一になる。基板上でプラズマ密度が不均一であれば、プラズマプロセスも不均一になり、デバイスの製造歩留まりは下がる。

かかる問題に対しては、これまでも電極構造に様々な工夫が試みられている。たとえば、特許文献１に開示されるプラズマ処理装置は、処理空間と向き合う電極の主面に誘電体を埋め込んで、電極主面より処理空間に放射される高周波に対するインピーダンスを相対的に電極中心部で大きく電極エッジ部で小さくなるようにして、プラズマ密度分布の均一性を向上させるようにしている。
特開２００４−３６３５５２

上記のように電極の主面に誘電体を埋め込む手法は、電極主面上のインピーダンス分布特性が誘電体の材質および形状プロファイルによって固定されており、プラズマ密度分布の均一性制御を保証できるプロセス領域が狭く、多種多様なプロセスあるいはプロセス条件の変更に対してフレキシブルに対応することはできない。

また、プラズマ生成（放電）用の第１高周波とイオン引き込み用の第２高周波とを同時または重畳的に下部電極に印加する下部２周波印加方式のプラズマエッチング装置において、上記のように誘電体を埋め込んで電極中心部のインピーダンスを電極エッジ部のインピーダンスよりも相対的に高くする構造の下部電極を採用した場合は、下部電極の主面（上面）における電界強度分布が周波数の高い第１高周波については均一性が向上する反面、周波数の低い第２高周波については電極中心部側が電極エッジ部側よりも低くなり、却って均一性が低下する。このため、プラズマ密度の均一性を改善できてもそれと引き換えに異方性エッチング精度の均一性が低下するというトレードオフの問題もある。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、プラズマ密度分布の容易かつ自在な制御を可能とし、プラズマプロセスの均一性や歩留まりを向上させる容量結合型のプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板の全部または周辺部以外の部分を載置する下部中心電極と、前記下部中心電極から電気的に絶縁して前記下部中心電極の外周を環状に囲む下部周辺電極と、前記下部中心電極および前記下部周辺電極と対向してその上方に配置される上部電極と、前記下部中心電極および前記下部周辺電極と前記上部電極との間の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、主として前記処理ガスのプラズマを生成するための第１高周波を出力する第１高周波電源と、主として前記プラズマ中のイオンを前記被処理体に引き込むための第２高周波を出力する第２高周波電源と、前記第１高周波電源からの前記第１高周波および前記第２高周波電源からの前記第２高周波を前記下部中心電極に供給するために前記下部中心電極の背面に接続される中心給電導体と、主として前記第１高周波電源からの前記第１高周波の一部をバイパスして前記下部周辺電極に供給するために前記下部周辺電極の背面に接続される周辺給電導体と、一定範囲内で移動可能であり、前記第１高周波電源からの前記第１高周波に対して、前記中心給電導体と前記周辺給電導体とを容量結合で電気的に接続可能とする可動給電導体とを有する。

上記の装置構成においては、第１高周波電源から中心給電導体を伝って伝送される第１高周波の一部を可動給電導体を介して下部周辺電極に供給し、残りを中心給電導体を介して下部中心電極に供給することができる。たとえば、可動給電導体の位置を可変または調整することにより、可動給電導体と中心給電導体および／または周辺給電導体との間の容量結合のキャパシタンスまたはインピーダンスを調整し、下部中心電極および下部周辺電極に対する第１高周波供給パワーの割合または比率を制御することが可能であり、これによって下部電極上のプラズマ密度分布特性を半径方向で容易かつ自在に制御することができる。

一方、第２高周波電源からの第２高周波は、第１高周波よりも周波数が低いため、可動給電導体回りの結合容量が第１高周波に対するのと違わなくても、大きな容量インピーダンスを与えられる。該結合容量のインピーダンスを適宜選ぶことで、第２高周波を下部周辺電極に殆ど供給しないようにすることも可能であり、あるいは一部分配して供給することも可能である。

また、本発明においては、可動給電導体を移動させて、中心給電導体と周辺給電導体とを電気的に分離することも容易に行える。この場合は、第１および第２高周波電源からの第１および第２高周波を全て下部中心電極のみに供給することが可能であり、単体形の下部電極を備える従来一般の標準型装置とのハードウェア上の互換性をとることができる。

本発明の好適な一態様として、中心給電導体は円筒または円柱の形体を有してよい。また、可動給電導体は、中心給電導体の外周を環状に囲む中心円筒部と、この中心円筒部から周辺給電導体と容量結合で電気的に接続可能な位置まで半径方向外側に延びる中心ラジアル部とを有してよい。この場合、可動給電導体を中心給電導体に沿って軸方向に移動可能とすることも、中心給電導体を回転中心軸としてその回りに回転可能とすることも可能である。中心給電導体の外周面と可動給電導体の中心円筒部の内周面との間で一定の間隔を空けるのが好ましく、更に好ましくは絶縁体で（たとえば中心給電導体の外周面に絶縁膜を形成して）その隙間を塞ぐのが好ましい。

また、好適な一態様によれば、周辺給電導体が、下部周辺電極から下方に延びる周辺円筒部と、この周辺円筒部から可動給電導体と容量結合で電気的に接続可能な位置まで半径方向内側に延びる周辺ラジアル部とを有する。かかる構成によって、周辺給電導体の周辺ラジアル部と可動給電導体（特に中心ラジアル部）との間に大きな結合容量を得ることができる。

また、好適な一態様によれば、下部周辺電極の上にフォーカスリングが設けられる。別の好適な一態様として、下部中心電極の周辺部が基板の外に大きくはみ出るように下部周辺電極の口径を大きくし、下部中心電極および下部周辺電極の上にフォーカスリングを載せる構成とすることもできる。

本発明の別の観点によるプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器内で高周波放電により処理ガスのプラズマを生成し、前記処理容器内の所定位置に配置された被処理基板に前記プラズマの下で所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、高周波電源より放電用の高周波を印加される高周波電極を構成する半径方向で２分割された中心電極および周辺電極と、前記高周波電源からの前記高周波を所望の割合で前記中心電極および前記周辺電極に分配して供給するために前記中心電極および前記周辺電極の背面にそれぞれ接続される中心給電導体および周辺給電導体と、一定範囲内で移動可能であり、前記高周波電源からの前記高周波に対して、前記中心給電導体と前記周辺給電導体とを容量結合で電気的に接続可能とする可動給電導体とを有する。

この装置構成においても、高周波電源から中心給電導体を伝って伝送される高周波の一部を可動給電導体にバイパスさせて周辺電極に供給し、残りを中心給電導体を介して中心電極に供給することができる。可動給電導体の位置を可変または調整することにより、高周波バイパス路における結合容量のキャパシタンスまたはインピーダンスを可変または調整し、中心電極および周辺電極に対する高周波供給パワーの割合または比率を制御することが可能であり、これによって下部電極上のプラズマ密度分布特性を半径方向で容易かつ自在に制御することができる。また、可動給電導体の位置に応じて、中心給電導体と周辺給電導体とを電気的に分離することも容易であり、単体形の高周波電極を備える従来一般の標準型装置とのハードウェア上の互換性をとることも容易に行える。

本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、容量結合型においてプラズマ密度分布の容易かつ自在な制御を可能とし、プラズマプロセスの均一性や歩留まりを向上させることができる。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、下部２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０内には、被処理基板たとえば半導体ウエハＷを支持するサセプタまたは下部電極１２が高周波電極として水平に配置されている。このサセプタ１２は、円板形のサセプタ中心電極（下部中心電極）１２Ａと、このサセプタ中心電極１２Ａの外周を環状に取り囲むサセプタ周辺電極（下部周辺電極）１２Ｂとに半径方向で２分割されている。

サセプタ中心電極１２Ａは半導体ウエハＷの口径（直径）よりも大きな口径を有しており、サセプタ中心電極１２Ａの上に処理対象の半導体ウエハＷが載置される。一方、サセプタ周辺電極１２Ｂの上には半導体ウエハＷの口径よりも僅かに大きな内径を有するフォーカスリング１５が着脱可能に取り付けられる。両電極１２Ａ，１２Ｂは、たとえばアルミニウムからなり、環状の絶縁体１４を挟んで互いに一体結合されており、チャンバ１０の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部１６により非接地で支持されている。フォーカスリング１５は、半導体ウエハＷの被エッチング材に応じて、たとえばＳi，ＳiＣ，Ｃ，ＳiＯ2等の材質からなり、通常のリング形状を有するものでよい。

絶縁性筒状支持部１６の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１８とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路２０が形成され、底部に排気ポート２２が設けられている。排気ポート２２には排気管２４を介して排気装置２６が接続されている。排気装置２６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内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁の外には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。

サセプタ中心電極１２Ａの背面（下面）中心部には、下方に配置されるマッチングユニット３０の出力端子から鉛直上方にまっすぐ延びる円柱形または円筒形の中心給電棒３２の上端が接続されている。下部２周波印加方式で用いられる第１および第２高周波電源３４，３６は、マッチングユニット３０および中心給電棒３２を介してサセプタ中心電極１２Ａに電気的に接続されている。中心給電棒３２は、たとえば銅またはアルミニウム等の導体からなる。

第１高周波電源３４は、サセプタ中心電極１２Ａおよびサセプタ周辺電極１２Ｂの上方でプラズマの生成に主として寄与する比較的高い周波数たとえば６０ＭＨｚの第１高周波を出力する。一方、第２高周波電源３６は、サセプタ中心電極１２Ａ上の半導体ウエハＷへのイオンの引き込みに主として寄与する比較的低い周波数たとえば２ＭＨｚの第２高周波を出力する。マッチングユニット３０には、第１高周波電源３４側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための第１の整合器と、第２高周波電源３６側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための第２の整合器とが収容されている。

サセプタ中心電極１２Ａの上面には、半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための中心静電チャック３８が設けられている。この中心静電チャック３８は膜状または板状の誘電体の中にシート状またはメッシュ状の導電体を入れたもので、サセプタ中心電極１２Ａの上面に一体形成または一体固着されており、該導電体にはチャンバ１０の外に配置される直流電源４０がスイッチ４２および給電線（たとえば被覆線）４４を介して電気的に接続されている。直流電源４０より印加される直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷを中心静電チャック３８上に吸着保持することができる。

一方、サセプタ周辺電極１２Ｂの上面には、フォーカスリング１５を静電吸着力で保持するための周辺静電チャック４６が設けられている。この周辺静電チャック４６も、膜状または板状の誘電体の中にシート状またはメッシュ状の導電体が入っており、この導電体も直流電源４０に電気的に接続されている。直流電源４０より周辺静電チャック４６内の導電体に直流電圧を印加することによって、フォーカスリング１５をクーロン力でサセプタ周辺電極１２Ｂ上に吸着保持できるようになっている。なお、フォーカスリング１５の周りを環状に覆うように、たとえば石英からなる絶縁性のカバーリング４８が筒状支持体１６，１８の上面に被せられている。

サセプタ中心電極１２Ａの内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室５０が設けられている。この冷媒室５０には、チャンバ１０の外のチラーユニット（図示せず）より配管（図示せず）を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって中心静電チャック３８上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、チャンバ１０の外の伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管（図示せず）およびサセプタ中心電極１２Ａおよびサセプタ周辺電極１２Ｂ内に形成されているガス通路５２を介して中心静電チャック３８および周辺静電チャック４８の上面と半導体ウエハＷおよびフォーカスリング１５の裏面との間に供給される。

チャンバ１０の天井には、サセプタ中心電極１２Ａおよびサセプタ周辺電極１２Ｂと平行に向かい合ってシャワーヘッドを兼ねる接地電位の上部電極５４が設けられている。この上部電極５４は、サセプタ１２と向かい合う電極板５６と、この電極板５６をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体５８とを有し、電極支持体５８の内部にガス室６０を設け、このガス室６０からサセプタ１２側に貫ける多数のガス吐出孔６２を電極支持体５８および電極板５６に形成している。電極板５６とサセプタ中心電極１２Ａおよびサセプタ周辺電極１２Ｂとの間の空間がプラズマ生成空間ないし処理空間ＰＳとなる。ガス室６０の上部に設けられるガス導入口６０ａには、処理ガス供給部６４からのガス供給管６６が接続されている。なお、電極板５６はたとえばＳiやＳiＣからなり、電極支持体５８はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。

このプラズマエッチング処理装置における主たる特徴部分は、上記のようにサセプタ１２を半径方向でサセプタ中心電極１２Ａとサセプタ周辺電極１２Ｂとに２分割していることと、第１高周波電源３４からの第１高周波（６０ＭＨｚ）をサセプタ中心電極１２Ａおよびサセプタ周辺電極１２Ｂに所望の比率で分配供給すると同時に、第２高周波電源３６からの第２高周波（２ＭＨｚ）を主としてサセプタ中心電極１２Ａのみに供給するための下部２周波給電機構７０を備えている点にある。

この下部２周波給電機構７０は、図２および図４に拡大して示すように、サセプタ中心電極１２Ａの裏面に接続される上記中心給電棒３２と、サセプタ周辺電極１２Ｂの裏面に接続される下部周辺給電導体７２と、サセプタ中心電極１２Ａの下に設けられた空間内に入れ子で上下方向に移動可能であり、第１高周波電源３４からの第１高周波に対して下部周辺給電導体７２を中心給電棒３２に容量結合で電気的に接続可能とするための可動給電導体７４と、この可動給電導体７４を支持し、かつ昇降移動させるためのアクチエータ７６とを有している。

下部周辺給電導体７２は、たとえば銅またはアルミニウムからなり、サセプタ周辺電極１２Ｂから鉛直下方に延びる円筒部７２ａと、この円筒部７２ａの下端部から半径方向内側に水平に延びる周辺ラジアル部７２ｂとを有する。周辺ラジアル部７２ｂの上面には、一定の厚さｄを有する誘電体膜７８が貼り付けられている。

可動給電導体７４は、たとえば銅またはアルミニウムからなり、中心給電棒３２の外周を環状に囲む中心円筒部７４ａと、この中心円筒部７４ａから半径方向外側に水平に延びる中心ラジアル部７４ｂとを有する。中心給電棒３２の外周には一定の厚さｅを有する誘電体膜８０が貼り付けられており、可動給電導体７４の中心円筒部７４ａが誘電体膜８０の表面（外周面）を擦りながら、つまり中心給電棒３２の外周面と一定の間隔ｅを保ちながら鉛直方向で移動可能となっている。なお、中心ラジアル部７４ｂの真上に位置するサセプタ中心電極１２Ａの下面にも、一定の厚さｆを有する誘電体膜８２が貼り付けられている。

アクチエータ７６は、たとえば、回転駆動力を発生する電気モータと、この電気モータの回転駆動力を鉛直方向の直進駆動力に変換する運動変換機構とを有しており、運動変換機構の直進移動部が棒状の支持部材８４を介して可動給電導体７４の中心円筒部７４ａに結合している。

可動給電導体７４は、サセプタ中心電極１２Ａと下部周辺給電導体７２の周辺ラジアル部７２ｂとの間の空間に入れ子構造で鉛直方向および回転（θ）方向に移動可能に収容され、アクチエータ７６による昇降駆動によって、図２に示すように中心ラジアル部７４ｂが下部周辺給電導体７２の周辺ラジアル部７２ｂの上に誘電体膜７８を介して重なる第１の位置と、図４に示すように中心ラジアル部７４ｂがサセプタ中心電極１２Ａの下面に誘電体８２を介して重なる第２の位置との間で、鉛直方向の位置を切り替えられるようになっている。

図３に、可動給電導体７４を第１の位置（図２）に切り替えたときの下部２周波給電機構７０の等価回路を模式的に示す。

この場合、中心給電棒３２と可動給電導体７４の中心円筒部７４ａとの間に誘電膜８０を挟むコンデンサＣ₈₀が形成される一方で、可動給電導体７４の中心ラジアル部７４ｂと下部周辺給電導体７２の周辺ラジアル部７２ｂとの間に誘電膜７８を挟むコンデンサＣ₇₈が形成される。これにより、第１高周波電源３４からの第１高周波（６０ＭＨｚ）に対して、中心給電棒３２と下部周辺給電導体７２とを両コンデンサＣ₈₀，Ｃ₇₈の容量結合で電気的に接続する高周波バイパス路８６が形成される。すなわち、第１高周波電源３４からの第１高周波が中心給電棒３２を介してサセプタ中心電極１２Ａに全部供給されるのではなく、その一部が中心給電棒３２から高周波バイパス路８６に分岐してサセプタ周辺電極１２Ｂに供給されるようなモード（第１モード）になる。

両コンデンサＣ₈₀，Ｃ₇₈のキャパシタンス、中心給電棒３２の上端部付近のインダクタンスＬ₃₂、下部周辺給電導体７２のインダクタンスＬ₇₂、可動給電導体７４のインダクタンス（図示せず）等を適宜選定または調整することで、サセプタ１２の両分割電極１２Ａ，１２Ｂ間の第１高周波供給パワーの比率を任意に制御することができる。通常は、中心サセプタ電極１２Ａへのパワー供給量がサセプタ周辺電極１２Ｂへのパワー供給量よりも大きく上回る。しかし、電極面積比に反比例して単位面積当たりのパワー供給効率はサセプタ周辺電極１２Ｂの方が高いので、両分割電極１２Ａ，１２Ｂより処理空間ＰＳに放射される単位面積当たりの第１高周波のパワーを所望の比率あるいは均等に制御することも可能である。

なお、上記高周波バイパス路８６は、第２高周波電源３６からの第２高周波（２ＭＨｚ）に対しては、両コンデンサＣ₈₀，Ｃ₇₈の容量（キャパシタンス）は第１高周波に対するのと違わなくても、周波数が桁違い（２ＭＨｚ／６０ＭＨｚ＝１／３０倍）に低く、それに反比例して容量インピーダンスが桁違い（３０倍）に高いため、サセプタ周辺電極１２Ｂに対して第２高周波を有意な比率で分配供給するほどの実質的なバイパス路にはならないようにすることができる。もっとも、第１高周波だけでなく第２高周波もサセプタ中心電極１４Ａとサセプタ周辺電極１２Ｂとに分配して供給するように、両コンデンサＣ₈₀，Ｃ₇₈の容量を設定することも可能である。

図５に、可動給電導体７４を第２の位置（図４）に切り替えたときの下部２周波給電機構７０の等価回路を模式的に示す。

この場合、中心給電棒３２と可動給電導体７４の中心円筒部７４ａとの間に誘電膜８０を挟むコンデンサＣ₈₀が形成される一方で、可動給電導体７４の中心ラジアル部７４ｂとサセプタ中心電極１２Ａの下面との間に誘電膜８２を挟むコンデンサＣ₈₂が形成される。しかし、第１高周波電源３４から中心給電棒３２を伝って伝送されてきた第１高周波は、コンデンサＣ₈₀，Ｃ₈₂を通るか否かにかかわらず全部がサセプタ中心電極１２Ａに供給される。サセプタ周辺電極１２Ｂに第１高周波は分配供給されない。第２高周波電源３６からの第２高周波も全て中心給電棒３２を通ってサセプタ中心電極１２Ａに供給される。すなわち、サセプタ中心電極１２Ａのみが高周波電極として働き、サセプタ周辺電極１２Ｂは何も機能しないモード（第２モード）となる。

このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２６、高周波電源３４，３６，スイッチ４２、処理ガス供給部６４等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）は、たとえばマイクロコンピュータからなる制御部（図示せず）によって制御される。

このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３８の上に載置する。そして、処理ガス供給部６４よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比で密閉状態のチャンバ１０内に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、第１および第２高周波電源３４、３６をオンにして第１高周波（６０ＭＨｚ）および第２高周波（２ＭＨｚ）をそれぞれ所定のパワーで出力させ、これらの高周波をマッチングユニット３０および給電棒３２を介してサセプタ１２（１２Ａ，１２Ｂ）に印加する。また、スイッチ４２をオンにし、静電吸着力によって、静電チャック３８と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を閉じ込める。上部電極（シャワーヘッド）５４のガス吐出孔６２より吐出されたエッチングガスは両電極１２，５４間で高周波放電によってプラズマ化し、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の主面が所定のパターンでエッチングされる。

この容量結合型プラズマエッチング装置は、サセプタ１２に６０ＭＨｚというプラズマ生成に適した比較的高い周波数の第１高周波を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、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。特に、下部２周波給電機構７０を図２の第１モードに切り替えた場合は、第１高周波電源３４からの第１高周波がサセプタ中心電極１２Ａおよびサセプタ周辺電極１２Ｂの双方から処理空間ＰＳへ放射され、直上のエッチングガスをそれぞれプラズマ励起するので、両電極１２Ａ，１２Ｂ間の第１高周波パワー分配比率を制御することで、半導体ウエハＷ上のプラズマ密度の分布特性を半径方向で自在に制御することができる。また、半導体ウエハＷを載置するサセプタ中心電極１２Ａに２ＭＨｚというイオン引き込みに適した比較的低い周波数の第２高周波が印加されることにより、半導体ウエハＷに対して選択性の高い異方性のエッチングを施すことができる。このことにより、プラズマエッチング加工の精度ないし歩留まりを向上させることができる。

また、下部２周波給電機構７０を図４の第２モードに切り替えることで、サセプタ１２が実質的にサセプタ中心電極１２Ａのみの電極構造つまり単体型の電極構造となり、従来一般と同様（標準型）のサセプタにも復元できる。この第２モードの下で従来装置とハードウェア上の互換性がとれるので、エッチングプロセスのトレースをとることも可能となる。

この実施形態の第２モードにおける装置構成を標準ハードウェアに限りなく近づけるためには、サセプタ中心電極１２Ａと半導体ウエハＷとのサイズ関係（口径比）を従来一般のサセプタ構造に合わせてよい。つまり、図６に示すように、サセプタ中心電極１２Ａの周辺部１２ＡＰが半導体ウエハＷの外に大きく（たとえば数ｃｍ）はみ出て、その上にもフォーカスリング１５が載るようなサセプタ構造にすればよい。また、フォーカスリング１５を周辺部１２ＡＰのみに載置する構造としてもよい。もっとも、標準型とは逆に、半導体ウエハＷのエッジ部がサセプタ中心電極１２Ａを越えてサセプタ周辺電極１２Ｂの上にも載るようなサセプタ構造も可能である。

なお、フォーカスリング１５をサセプタ周辺電極１２Ｂないしサセプタ中心電極１２Ａの上に固定するために、静電チャック４６以外の手段たとえば接着剤を用いることも可能である。

上記した実施形態の下部２周波給電機構７０においては、中心給電棒３２と下部周辺給電導体７２とを容量結合で電気的に接続するために、昇降駆動型のアクチエータ７６により可動給電導体７４を鉛直方向で下方に移動させて、可動給電導体７４の中心ラジアル部７４ｂが下部周辺給電導体７２の周辺ラジアル部７２ｂの上に誘電体膜７８を介して重なるようにしている（図２）。この場合の結合コンデンサＣ₇₈のキャパシタンスは、両ラジアル部７４ｂ，７２ｂの対向し合う極板面積と誘電体膜７８の膜厚および誘電率によって規定されるので、可動給電導体７４に対する位置決め精度の負担が軽減される。

もっとも、誘電体膜７８を省いて可動給電導体７４の中心ラジアル部７４ｂと下部周辺給電導体７２の周辺ラジアル部７２ｂとの間で空間ギャップの容量結合を得ることも可能であり、その場合はギャップサイズを可変することで容量結合のインピーダンスを可変制御することができる。

あるいは、可動給電導体７４を回転移動型とし、中心給電棒３２を回転中心としてその回転（θ）方向の位置を変えることで、中心給電棒３２と下部周辺給電導体７２とを電気的に接続する容量結合のインピーダンスを可変制御することも可能である。たとえば、可動給電導体７４の中心ラジアル部７４ｂおよび下部周辺給電導体７２の周辺ラジアル部７２ｂに円周方向に一定の間隔を置いて複数（同数）の切り欠き部をそれぞれ形成し、図７に示すように可動給電導体７４の各扇形中心ラジアル部７４ｂが下部周辺給電導体７２の各扇形切り欠き部に対向する（第２モード用の位置）と、図８に示すように可動給電導体７４の各扇形中心ラジアル部７４ｂが下部周辺給電導体７２の各扇形周辺ラジアル部７２ｂに対向する位置（第１モード用の位置）との間で、可動給電導体７４の位置を回転方向で切り替えることも可能である。もちろん、第１モードでは可動給電導体７４の位置を可変調整して結合容量のキャパシタンスまたはインピーダンスを可変調整することができる。なお、可動給電導体７４を回転移動型とする場合は、アクチエータ７６も回転駆動型に変形すればよい。

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは決してなく、種々の変形が可能である。特に、下部２周波給電機構７０の構成については装置内の他の機構と最適に組み合わさるように種々の選択・変形を行うことができる。

また、本発明は、上記実施形態のような下部２周波印加方式への適用に限定されるものではなく、たとえばサセプタ（下部電極）に主として高周波放電用の単一高周波を印加する下部１周波印加方式にも好適に適用可能であり、さらには上部電極を高周波電極とする場合の上部電極にも適用可能である。

本発明は、プラズマエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。

本発明の一実施形態におけるプラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。 実施形態のプラズマエッチング装置において可動給電導体を第１の位置に切り替えた場合の要部の構成を示す一部拡大断面図である。 可動給電導体を第１の位置（図２）に切り替えたときの下部２周波給電機構の等価回路を模式的に示す図である。 実施形態のプラズマエッチング装置において可動給電導体を第２の位置に切り替えた場合の要部の構成を示す一部拡大断面図である。 可動給電導体を第２の位置（図４）に切り替えたときの下部２周波給電機構の等価回路を模式的に示す図である。 実施形態におけるサセプタおよびフォーカスリングに係る構成の一変形例を示す一部拡大断面図である。 下部２周波給電機構の変形例において可動給電導体を第２のモード用の位置に切り替えたときの状態を示す平面図である。 下部２周波給電機構の変形例において可動給電導体を第１のモード用の位置に切り替えたときの状態を示す平面図である。

符号の説明

１０ チャンバ（処理容器）
１２ サセプタ（下部電極）
１２Ａ サセプタ中心電極（下部中心電極）
１２Ｂ サセプタ周辺電極（下部周辺電極）
１５ フォーカスリング
２６ 排気装置
３２ 中心給電棒（中心給電導体）
３４ 第１高周波電源
３６ 第２高周波電源
５４ 上部電極
６４ 処理ガス供給部
７０ 下部２周波給電機構
７２ 下部周辺給電導体
７２ａ 周辺円筒部
７２ｂ 周辺ラジアル部
７４ 可動給電導体
７４ａ 中心円筒部
７４ｂ 中心ラジアル部
７８，８０，８２ 誘電膜
８６ 高周波バイパス路

Claims (12)

1. 真空排気可能な処理容器と、
   前記処理容器内で被処理基板を載置する下部中心電極と、
   前記下部中心電極から電気的に絶縁して前記下部中心電極の外周を環状に囲む下部周辺電極と、
   前記下部中心電極および前記下部周辺電極と対向してその上方に配置される上部電極と、
   前記下部中心電極および前記下部周辺電極と前記上部電極との間の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   主として前記処理ガスのプラズマを生成するための第１高周波を出力する第１高周波電源と、
   主として前記プラズマ中のイオンを前記被処理体に引き込むための第２高周波を出力する第２高周波電源と、
   前記第１高周波電源からの前記第１高周波および前記第２高周波電源からの前記第２高周波を前記下部中心電極に供給するために前記下部中心電極の背面に接続される中心給電導体と、
   前記第１高周波電源からの前記第１高周波の一部をバイパスして前記下部周辺電極に供給するために前記下部周辺電極の背面に接続される周辺給電導体と、
   一定範囲内で移動可能であり、前記第１高周波電源からの前記第１高周波に対して、前記中心給電導体と前記周辺給電導体とを容量結合で電気的に接続可能とする可動給電導体と
   を有するプラズマ処理装置。
2. 前記可動給電導体の位置に応じて、前記中心給電導体と前記周辺給電導体との間の容量結合のインピーダンスを可変制御できる請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記可動給電導体は、前記中心給電導体と前記周辺給電導体とを電気的に分離する位置まで移動可能である請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記中心給電導体は円筒または円柱の形体を有し、
   前記可動給電導体は、前記中心給電導体の外周を環状に囲む中心円筒部と、前記中心円筒部から前記周辺給電導体と容量結合で電気的に接続可能な位置まで半径方向外側に延びる中心ラジアル部とを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記周辺給電導体が、前記下部周辺電極から下方に延びる周辺円筒部と、前記周辺円筒部から前記可動給電導体と容量結合で電気的に接続可能な位置まで半径方向内側に延びる周辺ラジアル部とを有する請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記可動給電導体は、前記中心給電導体に沿って軸方向に移動可能である請求項４または請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記可動給電導体は、前記中心給電導体を回転中心軸としてその回りに回転可能である請求項４〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記中心給電導体の外周面と前記可動給電導体の中心円筒部の内周面との間に一定サイズの隙間を設ける請求項４〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記隙間を実質的に塞ぐ絶縁体を有する請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記下部周辺電極の上にフォーカスリングを設ける請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記下部中心電極および前記下部周辺電極の上にフォーカスリングが載る請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
12. 真空排気可能な処理容器内で高周波放電により処理ガスのプラズマを生成し、前記処理容器内の所定位置に配置された被処理基板に前記プラズマの下で所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
    高周波電源より放電用の高周波を印加される高周波電極を構成する半径方向で２分割された中心電極および周辺電極と、
    前記高周波電源からの前記高周波を所望の比率で前記中心電極および前記周辺電極に分配して供給するために前記中心電極および前記周辺電極の背面にそれぞれ接続される中心給電導体および周辺給電導体と、
    一定範囲内で移動可能であり、前記高周波電源からの前記高周波に対して、前記中心給電導体と前記周辺給電導体とを容量結合で電気的に接続可能とする可動給電導体と
    を有するプラズマ処理装置。

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