JP2010080717A - プラズマ処理装置用の載置台 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上の半導体デバイスにおける絶縁膜の劣化を防止することができる載置台を提供する。
【解決手段】載置台１２は、イオン引き込み用高周波電源２９に接続される内側導電体部材２５と、プラズマ生成用高周波電源２８に接続される外側導電体部材２６と、内側導電体部材２５及び外側導電体部材２６を仕切り、且つ石英からなる仕切部材２７と、ウエハＷを静電吸着する静電チャック２２と、該静電チャック２２及び内側導電体部材２５の間に介在する誘電体層２１とを備え、該静電チャック２２は以下の条件を満たす電極膜３７を内部に有する。
δ／ｚ≧８５（但し、δ＝（ρ_ｖ／（μπｆ））^１／２）
但し、ｚ：電極膜３７の厚さ（ｍ）、δ：電極膜３７のスキンデプス、ｆ：プラズマ生成用高周波電力の周波数（Ｈｚ）、μ：電極膜３７の透磁率（Ｈ／ｍ）、ρ_ｖ：電極膜３７の比抵抗（Ω・ｍ）
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ処理が施される基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台に関し、特に、誘電体層が埋設された載置台に関する。

半導体デバイスの製造工程では、処理ガスから生じたプラズマを用いて半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマ処理、例えば、ドライエッチングやアッシングが施される。このようなプラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、例えば、平行平板状の一対の電極が上下に対向されて配置され、該対向する電極の間に高周波電力が印加されて処理ガスからプラズマが生じる。プラズマ処理が施される際、ウエハは載置台としての下側の電極上に載置される。

近年、プラズマ処理ではイオンのエネルギーが低く且つ電子密度の高いプラズマを用いることが多く、これに対応して、電極の間に印加される高周波電力の周波数が従来（例えば、１０数ＭＨｚ程度）と比べて、例えば１００ＭＨｚと非常に高い。ところが、印加する高周波電力の周波数を上昇させると、電極表面の中央部分、すなわち、ウエハの中央部分に対向する空間で電界の強度が強くなる一方で、電極表面の周縁部分に対向する空間では電界の強度が弱くなることが確認されている。このように電界の強度分布が不均一になると、発生するプラズマの電子密度も不均一となるため、例えば、イオンを用いるドライエッチングではウエハの位置によってエッチング速度が異なり、その結果、ドライエッチングの面内均一性を確保するのが困難であるという問題があった。

このような問題に対し、例えば、下側の電極（載置台）の対向表面の中央部分にセラミックス等の誘電体層を埋設することによって電界の強度分布を均一にし、プラズマ処理の面内均一性を向上させることが可能なプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１０（Ａ）に示すように、プラズマ処理装置８０では下部電極８１へ高周波電源８２から高周波電力を供給すると、表皮効果によって下部電極８１の表面を伝播して上部に達した高周波電流は、ウエハＷに沿って中央部分に向かいつつ、一部がウエハＷの中央部分から下部電極８１側に漏れて、その後下部電極８１内を外側へ向かって流れる。ここで、誘電体層８３が埋設されている部位では、高周波電流が他の部位よりも深く潜ることができ、これにより、下部電極８１の中央部分においてＴＭモードの空洞円筒共振が発生する。その結果、ウエハＷの中央部分に対向する空間における電界の強度を下げることができ、ウエハＷに対向する空間における電界の強度分布を均一にすることができる。

プラズマ処理は減圧雰囲気で行われる場合が多いため、図１０（Ｂ）に示すように、プラズマ処理装置８０ではウエハＷの固定に静電チャック８４が用いられる。静電チャック８４では、誘電体、例えば、アルミナからなる下側部材及び上側部材の間に導電性の電極膜８５が挟まれる。プラズマ処理では、該電極膜８５へ高圧直流電源８６から高圧直流電力を供給して静電チャック８４の上側部材表面に生じるクーロン力によってウエハＷを静電吸着する。
特開２００４−３６３５５２号公報（第１５頁第８４〜８５段落）

ところで、プラズマ処理装置８０の各構成部品は高周波電流に関する電気回路を構成すると考えられる一方、ウエハＷはシリコン等の半導体からなるため、該ウエハＷも電気回路の構成要素と考えられる。ここで、ウエハＷが静電チャック８４に静電吸着される際、該ウエハＷと電極膜８５とは互いに平行となるため、該ウエハＷと電極膜８５とは上記電気回路において並列に配置された抵抗に該当すると考えられる。

したがって、ウエハＷを流れる高周波電流の値は、該ウエハＷの抵抗値と電極膜８５の抵抗値とのバランスによって左右される。例えば、電極膜８５の抵抗値がウエハＷの抵抗値よりも大きい場合、高周波電流は主としてウエハＷの周縁部分からウエハＷの中央部分へと流れる（図１１（Ａ））。このとき、図１１（Ｂ）に示すように、ウエハＷの周縁部分からウエハＷの中央部分へ向けて大きな電位差が生じ、該電位差に起因してゲート酸化膜８７がチャージアップして劣化するという問題があった。

また、電極膜８５の抵抗値が極端に小さい場合、ウエハＷの中央部分から下部電極８１側に漏れる高周波電流がそのまま誘電体層８３へ向けて潜ることなく電極膜８５を流れ易くなるため、該中央部分において高周波電流が深く潜ることができない。その結果、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させることができず、電界の強度分布が不均一になり、ウエハＷの中央部分に対向する空間においてプラズマの電子密度が高くなるため、ウエハＷにおいて中央部分から周縁部分に向けて直流的な電流が流れる。このときも、ウエハＷ上の半導体デバイスにおいてゲート酸化膜８７がチャージアップして劣化するという問題があった。

本発明の目的は、基板上の半導体デバイスにおける絶縁膜の劣化を防止することができる載置台を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置用の載置台は、基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、イオン引き込み用高周波電源に接続される内側導電体部材と、該内側導電体部材を囲み、且つプラズマ生成用高周波電源に接続される外側導電体部材と、前記内側導電体部材及び前記外側導電体部材を仕切り、且つ誘電体からなる仕切部材と、前記基板及び前記内側導電体部材の間、並びに前記基板及び前記外側導電体部材の間に介在し、且つ誘電体からなる静電チャックと、前記内側導電体部材を前記静電チャックから隠すように前記静電チャック及び前記内側導電体部材の間に介在する誘電体層とを備え、該静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ条件「δ／ｚ≧８５（但し、δ＝（ρ_ｖ／（μπｆ））^１／２）」を満たす電極膜を内部に有することを特徴とする。但し、ｚ：前記電極膜の厚さ、δ：前記プラズマ生成用高周波電源から供給される高周波電力に対する前記電極膜のスキンデプス、ｆ：前記プラズマ生成用高周波電源から供給される高周波電力の周波数、π：円周率、μ：前記電極膜の透磁率、ρ_ｖ：前記電極膜の比抵抗。

上記目的を達成するために、請求項２記載のプラズマ処理装置用の載置台は、基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、イオン引き込み用高周波電源に接続される内側導電体部材と、該内側導電体部材を囲み、且つプラズマ生成用高周波電源に接続される外側導電体部材と、前記内側導電体部材及び前記外側導電体部材を仕切り、且つ誘電体からなる仕切部材と、前記基板及び前記内側導電体部材の間、並びに前記基板及び前記外側導電体部材の間に介在し、且つ誘電体からなる静電チャックと、前記内側導電体部材を前記静電チャックから隠すように前記静電チャック及び前記内側導電体部材の間に介在する誘電体層とを備え、該静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ条件「１１５Ω／□≦ρ_ｓ」を満たす電極膜を内部に有することを特徴とする。但し、ρ_ｓ：前記電極膜の表面抵抗率。

上記目的を達成するために、請求項３記載のプラズマ処理装置用の載置台は、基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、イオン引き込み用高周波電源及びプラズマ生成用高周波電源に接続される内側導電体部材と、該内側導電体部材を囲む外側導電体部材と、前記内側導電体部材及び前記外側導電体部材を仕切り、且つ誘電体からなる仕切部材と、前記基板及び前記内側導電体部材の間、並びに前記基板及び前記外側導電体部材の間に介在し、且つ誘電体からなる静電チャックと、前記内側導電体部材を前記静電チャックから隠すように前記静電チャック及び前記内側導電体部材の間に介在する誘電体層とを備え、該静電チャックは高圧直流電源に接続される電極膜を内部に有し、前記仕切部材の誘電体の比誘電率は１０乃至１３０であり、前記電極膜は条件「δ／ｚ≧８５（但し、δ＝（ρ_ｖ／（μπｆ））^１／２）」を満たすことを特徴とする。但し、ｚ：前記電極膜の厚さ、δ：前記プラズマ生成用高周波電源から供給される高周波電力に対する前記電極膜のスキンデプス、ｆ：前記プラズマ生成用高周波電源から供給される高周波電力の周波数、π：円周率、μ：前記電極膜の透磁率、ρ_ｖ：前記電極膜の比抵抗。

上記目的を達成するために、請求項４記載のプラズマ処理装置用の載置台は、基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、イオン引き込み用高周波電源及びプラズマ生成用高周波電源に接続される内側導電体部材と、該内側導電体部材を囲む外側導電体部材と、前記内側導電体部材及び前記外側導電体部材を仕切り、且つ誘電体からなる仕切部材と、前記基板及び前記内側導電体部材の間、並びに前記基板及び前記外側導電体部材の間に介在し、且つ誘電体からなる静電チャックと、前記内側導電体部材を前記静電チャックから隠すように前記静電チャック及び前記内側導電体部材の間に介在する誘電体層とを備え、該静電チャックは高圧直流電源に接続される電極膜を内部に有し、前記仕切部材の誘電体の比誘電率は１０乃至１３０であり、前記電極膜は条件「１１５Ω／□≦ρ_ｓ」を満たすことを特徴とする。但し、ρ_ｓ：前記電極膜の表面抵抗率。

請求項５記載のプラズマ処理装置用の載置台は、請求項３又は４記載の載置台において、前記仕切部材は前記載置される基板に向かう方向に関する長さが少なくとも１０ｍｍ以上である延伸部分を有することを特徴とする。

請求項６記載のプラズマ処理装置用の載置台は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の載置台において、前記プラズマ生成用高周波電源は４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給することを特徴とする。

請求項７記載のプラズマ処理装置用の載置台は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の載置台において、前記イオン引き込み用高周波電源は１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することを特徴とする。

請求項１記載のプラズマ処理装置用の載置台によれば、条件「δ／ｚ≧８５」を満たす電極膜を有する静電チャックを備える。δ（スキンデプス）は電極膜において電界の強度が１／ｅだけ減少する厚みであり、δが大きいほど電界が電極膜を透過し易くなるため、高周波電流が該電極膜を厚さ方向に透過して深く潜り易い。したがって、δ／ｚ≧８５であれば、基板から潜り込むプラズマ生成用高周波電源からの高周波電流の大部分は電極膜を流れることなく該電極膜を厚さ方向に透過して誘電体層へ向けて深く潜ることができる。その結果、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させて基板に対向する空間における電界の強度分布を均一にすることができ、基板において直流的な電流の発生を防止することができる。また、内側導電体部材は、誘電体からなる仕切部材によって外側導電体部材から仕切られ、且つ誘電体層及び/又は誘電体からなる静電チャックによって基板から仕切られるので、内側導電体部材を流れるイオン引き込み用高周波電源からの高周波電流が直接又は外側導電体部材を介して基板へ向けて流れることがない。これにより、イオン引き込み用高周波電源からの高周波電流に起因して基板において大きな電位差が生じるのを防止することができる。その結果、基板上の半導体デバイスにおける絶縁膜の劣化を防止することができる。

請求項２記載のプラズマ処理装置用の載置台によれば、条件「１１５Ω／□ ≦ρ_ｓ」を満たす電極膜を有する静電チャックを備える。電極膜の表面抵抗率が大きいほど高周波電流が電極膜を流れ難くなるため高周波電流が該電極膜を厚さ方向に透過して深く潜り易い。したがって、１１５Ω／□ ≦ρ_ｓであれば、基板から潜り込むプラズマ生成用高周波電源からの高周波電流の大部分は電極膜を流れることなく該電極膜を厚さ方向に透過して誘電体層へ向けて深く潜ることができ、その結果、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させて基板に対向する空間における電界の強度分布を均一にすることができ、基板において直流的な電流の発生を防止することができる。また、内側導電体部材は、誘電体からなる仕切部材によって外側導電体部材から仕切られ、且つ誘電体層及び/又は誘電体からなる静電チャックによって基板から仕切られるので、イオン引き込み用高周波電源からの高周波電流に起因して基板において大きな電位差が生じるのを防止することができる。その結果、基板上の半導体デバイスにおける絶縁膜の劣化を防止することができる。

請求項３記載のプラズマ処理装置用の載置台によれば、仕切部材の誘電体の比誘電率は１０乃至１３０であるので、プラズマ生成用高周波電源からの高周波電流は、仕切部材を積極的に透過して内側導電体部材から外側導電体部材へと流れて静電チャックや基板へ到達することができる。また、静電チャックの電極膜は条件「δ／ｚ≧８５」を満たすので、基板において直流的な電流の発生を防止することができる。さらに、内側導電体部材は、誘電体からなる仕切部材によって外側導電体部材から仕切られ、且つ誘電体層及び/又は誘電体からなる静電チャックによって基板から仕切られるので、イオン引き込み用高周波電源からの高周波電流に起因して基板において大きな電位差が生じるのを防止することができる。その結果、基板上の半導体デバイスにおける絶縁膜の劣化を防止することができる。

請求項４記載のプラズマ処理装置用の載置台によれば、仕切部材の誘電体の比誘電率は１０乃至１３０であるので、プラズマ生成用高周波電源からの高周波電流は、仕切部材を積極的に透過して内側導電体部材から外側導電体部材へと流れて静電チャックや基板へ到達することができる。また、静電チャックの電極膜は条件「１１５Ω／□ ≦ρ_ｓ」を満たすので、基板において直流的な電流の発生を防止することができる。さらに、内側導電体部材は、誘電体からなる仕切部材によって外側導電体部材から仕切られ、且つ誘電体層及び/又は誘電体からなる静電チャックによって基板から仕切られるので、イオン引き込み用高周波電源からの高周波電流に起因して基板において大きな電位差が生じるのを防止することができる。その結果、基板上の半導体デバイスにおける絶縁膜の劣化を防止することができる。

請求項５記載のプラズマ処理装置用の載置台によれば、仕切部材は載置される基板に向かう方向に関する長さが少なくとも１０ｍｍ以上である延伸部分を有するので、プラズマ生成用高周波電源からの高周波電流に関して波長の短縮効果が発生して仕切部材内で誘導共振が発生する。その結果、プラズマ生成用高周波電源からの高周波電流を、仕切部材の表面を伝播させることなく、仕切部材を積極的に透過させて外側導電体部材を介して基板へ向けて流すことができる。

請求項６記載のプラズマ処理装置用の載置台によれば、イオンのエネルギーが低く且つ電子密度の高いプラズマを発生させることができる。

請求項７記載のプラズマ処理装置用の載置台によれば、プラズマ中のイオンを載置台に載置された基板に向けて確実に引き込むことができる。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る載置台について説明する。

図１は、本実施の形態に係る載置台を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図であり、図２は、本実施の形態に係る載置台の近傍の構成を概略的に示す拡大断面図である。このプラズマ処理装置は直径が、例えば、３００ｍｍの半導体ウエハ（基板）にプラズマエッチング、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）やアッシングを施すように構成されている。

図１において、プラズマ処理装置１０は、例えば、真空チャンバからなる処理容器１１と、該処理容器１１内の底面中央部分に配設された載置台１２と、該載置台１２の上方に載置台１２と対向するように設けられた上部電極１３とを備える。

処理容器１１は小径の円筒状の上部室１１ａと、大径の円筒状の下部室１１ｂとを有する。上部室１１ａと下部室１１ｂとは互いに連通しており、処理容器１１全体は気密に構成される。上部室１１ａ内には載置台１２や上部電極１３が格納され、下部室１１ｂ内には載置台１２を支えると共に冷媒やバックサイドガス用の配管を収めた支持ケース１４が格納される。

下部室１１ｂの底面には排気口１５が設けられ、該排気口１５には排気管１６を介して排気装置１７が接続される。該排気装置１７はＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ、ＤＰ（Dry Pump）やＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）を有し（いずれも図示しない）、ＡＰＣバルブ等は制御部（図示しない）からの信号によって制御され、処理容器１１内全体を真空排気して所望の真空度に維持する。一方、上部室１１ａの側面にはウエハＷの搬出入口１８が設けられており、該搬出入口１８はゲートバルブ１９によって開閉可能である。また、上部室１１ａと下部室１１ｂとはアルミニウム等の導電性の部材から構成され、且つ接地される。

載置台１２は、台状を呈する下部電極２０と、後述の処理空間内において電界の強度を均一にするための、例えば、誘電体であるセラミックスからなる略円板状の誘電体層２１と、ウエハＷを載置面において静電吸着するための静電チャック２２とを有する。

静電チャック２２は誘電体からなり、導電性の電極膜３７を内包する。該電極膜３７は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）に炭化モリブデン（ＭｏＣ）を含有させた電極材料からなる。静電チャック２２はウエハＷを確実に静電吸着するために、該ウエハＷと同じように円板状を呈するので、該静電チャック２２に内包される電極膜３７も円板状を呈する。電極膜３７には高圧直流電源４２が接続され、電極膜３７に供給された高圧直流電力は静電チャック２２の載置面及びウエハＷの間にクーロン力を生じさせてウエハＷを静電吸着する。

図２に示すように、下部電極２０は、載置面に静電吸着されたウエハＷの中央部分に対向する、例えば、導電体であるアルミニウムからなる略円板状の内側導電体部材２５と、該内側導電体部材２５の側面及び下面を囲み、且つ載置面に静電吸着されたウエハＷの周縁部分に対向する、例えば、導電体であるアルミニウムからなる略環状の外側導電体部材２６と、内側導電体部材２５及び外側導電体部材２６を仕切る、例えば、誘電体である石英からなるカップ状の仕切部材２７とからなる。ここで、仕切部材２７は内側導電体部材２５の側面及び下面を囲うのみであり、上面を覆わない。

外側導電体部材２６には、周波数が、例えば、４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給するプラズマ生成用高周波電源２８が整合器３０を介して接続され、内側導電体部材２５には、プラズマ生成用高周波電源２８よりも周波数の低い、例えば、１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力を供給するイオン引き込み用高周波電源２９が整合器３１を介して接続される。プラズマ生成用高周波電源２８より供給される高周波電力は、後述する処理ガスからプラズマを生じさせ、イオン引き込み用高周波電源２９より供給される高周波電力は、ウエハＷにバイアス電力を供給してプラズマ中のイオンを載置面に静電吸着されたウエハＷに引き込む。

下部電極２０内には冷媒を通流させるための冷媒流路（図示しない）が形成され、冷媒が冷媒流路を流れることによって下部電極２０が冷却され、静電チャック２２上面の載置面に載置されたウエハＷが所望の温度に冷却される。また、静電チャック２２には載置面とウエハＷの裏面との間の熱伝達性を高めるためのバックサイドガスを放出する貫通孔（図示しない）が開口しており、該貫通孔を介してガス供給部（図示しない）から供給されたヘリウム（Ｈｅ）等のバックサイドガスが放出される。

載置台１２では、静電チャック２２が、内側導電体部材２５や外側導電体部材２６の上方において、ウエハＷ及び内側導電体部材２５、並びにウエハＷ及び外側導電体部材２６の間に介在する。また、誘電体層２１が、内側導電体部材２５上に載置されて該内側導電体部材２５を静電チャック２２から隠すように静電チャック２２及び内側導電体部材２５の間に介在する。これにより、内側導電体部材２５は誘電体層２１、静電チャック２２や仕切部材２７によって仕切られて外側導電体部材２６やウエハＷに直接接することがない。なお、図２においては、誘電体層２１の外径と内側導電体部材２５の外径とが同じであるが、例えば、誘電体層２１の外径を内側導電体部材２５の外径よりも大きくなるように設定し、誘電体層２１が外側導電体部材２６側へ張り出すように静電チャック２２及び内側導電体部材２５の間に介在させてもよい。

図１に戻り、下部電極２０の上面外縁部には、静電チャック２２を囲むようにフォーカスリング３２が配置される。フォーカスリング３２は後述する処理空間内においてプラズマをウエハＷが対向する空間よりも広げてウエハＷの面内におけるエッチング速度の均一性を向上させる。下部電極２０は支持ケース１４上に設置された支持台２３に絶縁部材２４を介して固定され、処理容器１１に対して電気的に十分浮いた状態になっている。

支持台２３の下部外側には該支持台２３を取り囲むようにバッフル板３３が設けられる。バッフル板３３は、上部室１１ａ内の処理ガスをバッフル板３３と上部室１１ａ壁部との間に形成された隙間を介して下部室１１ｂへ通流させることにより、処理ガスの流れを整える整流板としての役割を果たすとともに、後述する処理空間内のプラズマが下部室１１ｂへ漏洩するのを防止する。

また、上部電極１３は、上部室１１ａ内に面する導電材からなる天井電極板３４と、該天井電極板を釣支する電極板支持体３５と、該電極板支持体３５内に設けられたバッファ室３６とを有する。バッファ室３６にはガス導入管３８の一端が接続され、該ガス導入管３８の他端は処理ガス供給源３９に接続される。処理ガス供給源３９は、処理ガス供給量の制御機構（図示しない）を有し、処理ガスの供給量の制御を行う。また、天井電極板３４には、該天井電極板３４を貫通してバッファ室３６及び上部室１１ａ内を連通させる多数のガス供給孔４０が形成される。

上部電極１３では処理ガス供給源３９からバッファ室３６に供給された処理ガスがガス供給孔４０を介して上部室１１ａ内へ分散供給されるので、上部電極１３は処理ガスのシャワーヘッドとして機能する。また、上部電極１３が上部室１１ａの壁部に固定されることによって上部電極１３と処理容器１１との間には導電路が形成される。

プラズマ処理装置１０では、上部室１１ａの周囲においてゲートバルブ１９の上下に２つのマルチポールリング磁石４１ａ、４１ｂが配置される。マルチポールリング磁石４１ａ、４１ｂでは、複数の異方性セグメント柱状磁石（図示しない）がリング状の磁性体のケーシング（図示しない）に収容され、該ケーシング内において隣接する複数のセグメント柱状磁石の磁極の向きが互いに逆向きになるように配置される。これにより、磁力線が隣接するセグメント柱状磁石間に形成され、上部電極１３と下部電極２０との間に位置する処理空間の周辺に磁場が形成され、該磁場によって処理空間へプラズマを閉じこめる。なお、プラズマ処理装置１０の装置構成をマルチポールリング磁石４１ａ、４１ｂを備えない装置構成としてもよい。

プラズマ処理装置１０では、ウエハＷにＲＩＥやアッシングを施す際、処理容器１１内の圧力を所望の真空度に調整した後、処理ガスを上部室１１ａ内に導入してプラズマ生成用高周波電源２８からの高周波電力（以下、「プラズマ生成用高周波電力」という。）及びイオン引き込み用高周波電源２９からの高周波電力（以下、「イオン引きこみ用高周波電力」という。）を供給することにより、処理ガスからプラズマを生じさせると共に、該プラズマ中のイオンをウエハＷに引き込む。このとき、イオンのエネルギーが低く且つ電子密度の高いプラズマを発生させるためには、プラズマ生成用高周波電源２８が４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給するのがよく、さらに、プラズマ中のイオンをウエハＷに向けて確実に引き込むには、イオン引き込み用高周波電源２９が１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力を供給するのがよい。

プラズマ処理装置１０では、プラズマ生成用高周波電力の周波数が高い（４０ＭＨｚ以上）ので、処理空間においてウエハＷの中央部分に対向する部分の電界の強度が強くなる傾向がある。この傾向を解消して処理空間において電界の強度分布を均一にするために、プラズマ処理装置１０は、従来のプラズマ処理装置と同様に、下部電極２０に誘電体層２１を備える。該誘電体層２１の存在により、プラズマ生成用高周波電源２８からの高周波電流（以下、「プラズマ生成用高周波電流」という。）は、ウエハＷの中央部分から静電チャック２２を介して下部電極２０の誘電体層２１に向けて深く潜る。その結果、下部電極２０の中央部分においてＴＭモードの空洞円筒共振が発生し、処理空間における電界の強度分布を均一にする。

ところが、電極膜３７の抵抗が小さいと、ウエハＷの中央部分から静電チャック２２を厚さ方向へ透過するプラズマ生成用高周波電流は、さらに誘電体層２１に向けて潜る代わりに電極膜３７の中央部分から周縁部分へ流れ、誘電体層２１へ殆ど到達しない。その結果、誘電体層２１へ潜る高周波電流に起因し且つ電極膜３７を透過する電界を発生させることが困難となる。この現象を以下に説明する。

本実施の形態では、電極膜３７を透過する電界の減少の程度を示す指標として、電極膜３７のスキンデプスδを用いる。スキンデプスδとは電極膜３７を透過する電界が１／ｅだけ減少する厚みであり、スキンデプスδが大きいと電界が減少しにくく、電界が電極膜３７をよく透過し、スキンデプスδが小さいと電界が減少し易く、電界が電極膜３７を透過しにくい。スキンデプスδは下記式（１）で表される。
δ＝（２ρ_ｖ／（μω））^１／２＝（ρ_ｖ／（μπｆ））^１／２ … （１）
ここで、μは電極膜３７の透磁率（Ｈ／ｍ）であり、ωは２πｆ（π：円周率、ｆ：プラズマ生成用高周波電力の周波数（Ｈｚ））であり、ρ_ｖは電極膜３７を構成する電極材料の比抵抗（Ω・ｍ）である。

また、電極膜３７中に形成される電界Ｅはマクスウェルの方程式から下記式（２）で表される。
Ｅ＝Ｅ_０・ｅｘｐ（−ｉωｔ）・ｅｘｐ（ｉｚ／δ）・ｅｘｐ（−ｚ／δ） … （２）
ここで、ｚは電極膜３７の厚さ（ｍ）であり、Ｅ_０は電極膜３７に入射する電界の強度である。

すなわち、プラズマ生成用高周波電力の電界が電極膜３７を透過する透過率「Ｅ／Ｅ_０」は、下記式（３）に示すように、「ｅｘｐ（−ｚ／δ）」に比例する。
Ｅ／Ｅ_０∝ｅｘｐ（−ｚ／δ） … （３）
上記式（３）より「ｚ／δ」の値が「０」に近づくほど電界の透過率は１．０（１００％）に近づき、「δ」が小さいほど電界の透過率が低くなる。ここで、電極膜３７の抵抗が小さいことは電極膜３７の比抵抗ρ_ｖが小さいことに他ならないので、電極膜３７の抵抗が小さいと「（ρ_ｖ／（μπｆ））^１／２」で示されるスキンデプスδが小さくなり、電極膜３７を透過する電界を発生させることが困難となる。

電極膜３７を透過する電界が殆ど発生しないと、下部電極２０の中央部分においてＴＭモードの空洞円筒共振が発生せず、処理空間におけるウエハＷの中央部分に対向する部分（以下、「中央空間」という。）の電界の強度が、処理空間におけるウエハＷの周縁部分に対向する部分の電界の強度よりも大きくなり、中央空間においてプラズマＰＺの電子密度が高くなる。その結果、ウエハＷの面内におけるエッチング速度の分布が不均一になる。

また、このとき、処理空間におけるプラズマＰＺの電子密度分布の不均一に起因してウエハＷにおいて中央部分から周縁部分へ向けて流れる直流的な電流が発生する。直流的な電流がウエハＷを流れるとき、ウエハＷ上の半導体デバイス（以下、単に「デバイス」という。）においてゲート酸化膜（絶縁膜）４２がチャージアップしてダメージを受けて劣化する。

プラズマ生成用高周波電力が供給される場合において、ウエハＷの面内におけるエッチング速度の分布を均一にし、且つデバイスにおいてゲート酸化膜４２の劣化を防止するには、プラズマ生成用高周波電流が電極膜３７を流れるのを抑制し、該高周波電流を誘電体層２１に向けて深く潜らせて電極膜３７を透過する電界を発生させる必要があるが、このためには上記式（３）より、「δ／ｚ」を大きくすればよい。また、「δ／ｚ」を大きくするには、スキンデプスδを大きくすればよい。スキンデプスδは、上述したように「（ρ_ｖ／（μπｆ））^１／２」で表されるため、スキンデプスδを大きくするには、周波数が一定の場合、比抵抗ρ_ｖの大きな電極材料を使用して電極膜３７の抵抗を大きくすればよい。また、高周波電力の周波数が高いほどスキンデプスδは小さくなるので（δ∝（１／ω）＝（１／２πｆ））、高周波電力の周波数を高くした場合には、電極膜３７の構成材料として比抵抗ρ_ｖのより大きな電極材料を使用すればよい。

本発明者は、処理空間におけるプラズマＰＺの電子密度分布の不均一を防止して、ウエハＷの面内におけるエッチング速度の分布を均一にし、且つデバイスにおいてチャージアップダメージによるゲート酸化膜４２の劣化を防止するためのδ／ｚを見出すべく、δ／ｚの値が異なる複数の電極膜３７を準備した。そして、各電極膜３７を用いてプラズマ処理装置１０においてウエハＷのフォトレジストにアッシングを施し、各ウエハＷの面内におけるフォトレジストのエッチング速度の分布を観測し、その結果を図３のグラフに示した。以下、電極膜３７の抵抗から該電極膜３７の厚さの影響を取り除くべく、電極膜３７の抵抗値を表面抵抗率ρ_ｓで表した。表面抵抗率ρ_ｓは下記式（４）で表される単位面積あたりの抵抗値を示す値であり、電極膜３７を構成する電極材料の物性値（比抵抗ρ_ｖ）及び該電極膜３７の厚さで決まる。
ρ_ｓ＝ρ_ｖ／ｚ （Ω／□） … （４）
ここで用いた各電極膜３７のδ／ｚ（及びρ_ｓ）は、７５１８（及び８．９×１０^５Ω／□）、６７１１（及び２．６７×１０^５Ω／□）、２９７（及び１７４０Ω／□）、１９５（及び７５０Ω／□）、１２４（及び３０４Ω／□）、１０３（及び２０８Ω／□）、９２（及び１６６Ω／□）、８５（及び１１５Ω／□）、並びに４７（及び３５Ω／□）であった。

また、このときのアッシングでは、処理ガスとしてＯ_２単ガスを流量１００ｓｃｃｍで上部室１１ａ内に導入し、プラズマ生成用高周波電力の周波数を１００ＭＨｚに設定し、且つその値を２０００Ｗに設定したが、イオン引き込み用高周波電力を供給しなかった。

図３のグラフでは、横軸がウエハＷの中心からの距離であり、縦軸がエッチング速度（ｎｍ／分）である。また、破線がδ／ｚ（及び表面抵抗率）＝４７（３５Ω／□）の場合に該当し、他の実線がδ／ｚ（及び表面抵抗率）≧８５（及び１１５Ω／□）の場合に該当する。

図３のグラフより、δ／ｚを８５以上（ρ_ｓを１１５Ω／□以上）にすれば、ウエハＷの面内におけるエッチング速度の分布をほぼ均一にすることができるのが分かった。また、エッチング速度の分布をほぼ均一にできるのは、処理空間におけるプラズマＰＺの電子密度分布がほぼ均一であると考えられるため、δ／ｚを８５以上（ρ_ｓを１１５Ω／□以上）にすれば、デバイスにおいてチャージアップダメージによるゲート酸化膜４２の劣化をほぼ防止することができるのが分かった。本実施の形態では、上述したエッチング速度の分布の観測結果に基づいて、δ／ｚを８５以上（ρ_ｓを１１５Ω／□以上）に設定する。

また、プラズマ生成用高周波電力及びイオン引き込み用高周波電力が供給される場合において、プラズマ生成用高周波電流は外側導電体部材２６の表面を表皮効果によって伝播してウエハＷへ到達する（図２中破線矢印で示す。）。一方、イオン引き込み用高周波電源２９からの高周波電流（以下、「イオン引き込み用高周波電流」という。）は、内側導電体部材２５が誘電体層２１、静電チャック２２や仕切部材２７によって仕切られて外側導電体部材２６やウエハＷに直接接することがないため、表皮効果によって仕切部材２７の表面及び誘電体層２１の表面（又、場合によっては静電チャック２２の表面）を伝播するのみであり、直接又は外側導電体部材２６を介してウエハＷへ向けて流れることがない（図２中実線矢印で示す）。

本発明者は、仕切部材２７による内側導電体部材２５及び外側導電体部材２６の仕切りの効果を確認すべく、仕切部材２７によって内側導電体部材２５及び外側導電体部材２６が仕切られた下部電極２０のモデル（以下、「本発明に係る載置台のモデル」という。）と、仕切部材を有さず一体化された導電体からなる下部電極のモデル（以下、「従来技術に係る載置台のモデル」という。）を作成し、各モデルに関して複数のウエハＷの抵抗率について下部電極へプラズマ生成用高周波電力及びイオン引きこみ用高周波電力を供給したときのウエハＷにおける電位分布のシミュレーションを行った。本発明に係る載置台のモデルでは内側導電体部材２５へイオン引きこみ用高周波電力が供給され、外側導電体部材２６へプラズマ生成用高周波電力が供給された。

このとき、ウエハＷの抵抗率として０．００５Ωｍ、０．０２Ωｍ、０．０５Ωｍ、０．１Ωｍ、０．３Ωｍ及び０．５Ωｍについてシミュレーションを行った。各シミュレーションでは、電極膜３７の抵抗率が０．１Ωｍに設定され、イオン引きこみ用高周波電力の出力は５０００Ｗに設定された。

図４は、イオン引き込み用高周波電源２９から供給される高周波電力の周波数が２ＭＨｚであるときにウエハの抵抗率を変化させた場合のウエハにおける電位分布のシミュレーションの結果を示すグラフであり、図４（Ａ）は従来技術に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフであり、図４（Ｂ）は本発明に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフである。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）において、ウエハＷの抵抗率が０．００５Ωｍである場合の結果は「◇」で示され、ウエハＷの抵抗率が０．０２Ωｍである場合の結果は「□」で示され、ウエハＷの抵抗率が０．０５Ωｍである場合の結果は「△」で示され、ウエハＷの抵抗率が０．１Ωｍである場合の結果は「×」で示され、ウエハＷの抵抗率が０．３Ωｍである場合の結果は「■」で示され、ウエハＷの抵抗率が０．５Ωｍである場合の結果は「○」で示されている。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のグラフを比較すると、本発明に係る載置台のモデルにおける電位差は、従来技術に係る載置台のモデルにおける電位差の１／１０以下に抑えられることが分かった。

図５は、イオン引き込み用高周波電源２９から供給される高周波電力の周波数が１３ＭＨｚであるときにウエハの抵抗率を変化させた場合のウエハにおける電位分布のシミュレーションの結果を示すグラフであり、図５（Ａ）は従来技術に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフであり、図５（Ｂ）は本発明に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフである。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）においても、ウエハＷの抵抗率が０．００５Ωｍである場合の結果は「◇」で示され、ウエハＷの抵抗率が０．０２Ωｍである場合の結果は「□」で示され、ウエハＷの抵抗率が０．０５Ωｍである場合の結果は「△」で示され、ウエハＷの抵抗率が０．１Ωｍである場合の結果は「×」で示され、ウエハＷの抵抗率が０．３Ωｍである場合の結果は「■」で示され、ウエハＷの抵抗率が０．５Ωｍである場合の結果は「○」で示されている。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）のグラフを比較すると、本発明に係る載置台のモデルにおける電位差は、従来技術に係る載置台のモデルにおける電位差の１／５以下に抑えられることが分かった。

これにより、下部電極２０において内側導電体部材２５及び外側導電体部材２６を誘電体からなる仕切部材２７によって仕切り、内側導電体部材２５へイオン引きこみ用高周波電力を供給することによってウエハＷに向けてイオン引きこみ用高周波電流が流れるのを防止してウエハＷにおいて大きな電位差が生じるのを防止することができるのが分かった。

また、本発明者は、仕切部材２７による内側導電体部材２５及び外側導電体部材２６の仕切りによって処理空間におけるプラズマの電子密度分布が変化するか否かを確認すべく、本発明に係る載置台のモデル及び従来技術に係る載置台のモデルについて処理空間におけるシース電界強度分布のシミュレーションを行った。このときも、本発明に係る載置台のモデルでは内側導電体部材２５へイオン引きこみ用高周波電力が供給され、外側導電体部材２６へプラズマ生成用高周波電力が供給された。また、ウエハＷの抵抗率は０．０２Ωｍに設定され、電極膜３７の抵抗率が０．１Ωｍに設定された。

図６は、プラズマ生成用高周波電源２８から供給される高周波電力の周波数が１００ＭＨｚであるときの処理空間におけるシース電界強度分布のシミュレーションの結果を示すグラフであり、図６（Ａ）は従来技術に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフであり、図６（Ｂ）は本発明に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフである。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において、シース電界強度は、処理空間における最大のシース電界強度に対する比（シース電界強度比）で表されている。

図７は、プラズマ生成用高周波電源２８から供給される高周波電力の周波数が４０ＭＨｚであるときの処理空間におけるシース電界強度分布のシミュレーションの結果を示すグラフであり、図７（Ａ）は従来技術に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフであり、図７（Ｂ）は本発明に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフである。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）においても、シース電界強度はシース電界強度比で表されている。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）のグラフ、並びに図７（Ａ）及び図７（Ｂ）のグラフを比較すると、本発明に係る載置台のモデルにおけるシース電界強度分布は、従来技術に係る載置台のモデルにおけるシース電界強度分布と殆ど変わらないことが分かった。

これにより、下部電極２０において内側導電体部材２５及び外側導電体部材２６を誘電体からなる仕切部材２７によって仕切り、内側導電体部材２５へイオン引きこみ用高周波電力を供給するとともに、外側導電体部材２６へプラズマ生成用高周波電力を供給しても処理空間におけるプラズマの電子密度分布に影響がないことが分かった。

本実施の形態に係る載置台１２によれば、条件「δ／ｚ≧８５」を満たす電極膜３７を有する静電チャック２２を備える。スキンデプスδが大きいほど電界が電極膜３７を透過し易くなるため、プラズマ生成用高周波電流が電極膜３７を厚さ方向に透過して誘電体層２１に向けて深く潜り易い。したがって、δ／ｚ≧８５であれば、ウエハＷから潜り込むプラズマ生成用高周波電流の大部分は電極膜３７を流れることなく該電極膜３７を厚さ方向に透過して誘電体層２１へ向けて深く潜ることができる。その結果、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させて処理空間におけるプラズマの電子密度分布をほぼ均一にすることができ、ウエハＷにおいて直流的な電流の発生を防止することができる。また、内側導電体部材２５は、石英からなる仕切部材２７によって外側導電体部材２６から仕切られ、且つ誘電体層２１や誘電体からなる静電チャック２２によってウエハＷから仕切られるので、内側導電体部材２５を流れるイオン引きこみ用高周波電流が直接又は外側導電体部材２６を介してウエハＷへ向けて流れることがない。これにより、イオン引きこみ用高周波電流に起因してウエハＷにおいて大きな電位差が生じるのを防止することができる。その結果、デバイスにおいてチャージアップダメージによるゲート酸化膜４２の劣化を防止することができる。

また、本実施の形態に係る載置台１２によれば、電極膜３７は条件「１１５Ω／□ ≦ρ_ｓ」を満たす。電極膜３７の表面抵抗率が大きいほどプラズマ生成用高周波電流が電極膜３７を流れ難くなるため、該高周波電流が該電極膜３７を厚さ方向に透過して深く潜り易い。したがって、１１５Ω／□ ≦ρ_ｓであれば、ウエハＷから潜り込むプラズマ生成用高周波電流の大部分は電極膜３７を流れることなく該電極膜３７を厚さ方向に透過して誘電体層２１へ向けて深く潜ることができ、その結果、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させて処理空間におけるプラズマの電子密度分布をほぼ均一にすることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る載置台について説明する。

本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるため、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

図８は、本実施の形態に係る載置台の近傍の構成を概略的に示す拡大断面図である。

図８において、載置台４３は、整合器３０を介して外側導電体部材２６に接続されるプラズマ生成用高周波電源２８の代わりに整合器４４を介して内側導電体部材２５に接続されるプラズマ生成用高周波電源４５を備える。イオン引き込み用高周波電源２９からの配線とプラズマ生成用高周波電源４５からの配線とは１つの配線にまとめられて内側導電体部材２５に接続される。

また、仕切部材２７は、プラズマ生成用高周波電源４５等からの配線が内側導電体部材２５に接続される位置（図中「Ａ」で示す。）から静電チャック２２に静電吸着されたウエハＷに向かう方向に関する長さＬが１０ｍｍ以上である延伸部分２７ａを有する。

載置台４３では、イオン引き込み用高周波電流は、載置台１２と同様に、表皮効果によって仕切部材２７の表面及び誘電体層２１の表面（又、場合によっては静電チャック２２の表面）を伝播するのみであり、直接又は外側導電体部材２６を介してウエハＷへ向けて流れることがない（図８中実線矢印で示す）。一方、プラズマ生成用高周波電流も仕切部材２７の表面へ向かうが、仕切部材２７は延伸部分２７ａを有するため、該延伸部分２７ａの誘電率に起因して波長の短縮効果が発生して仕切部材２７（延伸部分２７ａを含む）内で誘導共振が発生する。これにより、プラズマ生成用高周波電流は仕切部材２７を積極的に透過して外側導電体部材２６へ流れ、さらに外側導電体部材２６の表面を表皮効果によって伝播してウエハＷへ到達する（図８中破線矢印で示す。）。

このとき、プラズマ生成用高周波電流の仕切部材２７の透過の程度は、仕切部材２７の誘電体の比誘電率によって決定される。本発明者は、プラズマ生成用高周波電流が効率よく仕切部材２７を透過するための比誘電率を見出すべく、複数の比誘電率（１、５、１０、５０、１００、１３０、１５０）について処理空間におけるシース電界強度分布のシミュレーションを行った。このときのウエハＷの抵抗率は０．１Ωｍに設定され、電極膜３７の抵抗率が０．０１Ωｍに設定され、プラズマ生成用高周波電力の出力は５０００Ｗに設定された。

図９は、仕切部材の比誘電率を変化させた場合の処理空間におけるシース電界強度分布のシミュレーションの結果を示すグラフである。

図９においても、シース電界強度はシース電界強度比で表され、仕切部材２７の比誘電率が１である場合の結果は「■」で示され、仕切部材２７の比誘電率が５である場合の結果は「▲」で示され、仕切部材２７の比誘電率が１０である場合の結果は「●」で示され、仕切部材２７の比誘電率が５０である場合の結果は「×」で示され、仕切部材２７の比誘電率が１００である場合の結果は「□」で示され、仕切部材２７の比誘電率が１３０である場合の結果は「△」で示され、仕切部材２７の比誘電率が１５０である場合の結果は「○」で示されている。

図９のグラフにおいて、比誘電率が１０又は１３０であれば、シース電界強度分布はほぼ均一となり、比誘電率が５０又は１００であれば、シース電界強度がウエハＷの中心部分において弱くなる一方、比誘電率が１、５又は１５０であれば、シース電界強度がウエハＷの中心部分において強くなることが分かった。すなわち、比誘電率が１０乃至１３０であれば、下部電極２０の中央部分においてＴＭモードの空洞円筒共振が発生し、処理空間における電界の強度分布が均一になるか、若しくはウエハＷの中央部分に対向する処理空間で電界の強度が弱くなる一方、比誘電率が１、５又は１５０であれば、下部電極２０の中央部分においてＴＭモードの空洞円筒共振が発生せず、ウエハＷの中央部分に対向する処理空間で電界の強度が強くなることが分かった。

これは、比誘電率が１０乃至１３０であれば、プラズマ生成用高周波電流の大部分は仕切部材２７を透過してウエハＷに到達し、該ウエハＷに沿って流れる一方、比誘電率が１、５又は１５０であれば、プラズマ生成用高周波電流は仕切部材２７を殆ど透過せず、プラズマ生成用高周波電流がウエハＷに沿って流れないためと推察された。本実施の形態では、上述した仕切部材２７の比誘電率を変化させた場合の処理空間におけるシース電界強度分布のシミュレーションの結果に基づいて仕切部材２７の誘電体の比誘電率を１０乃至１３０に設定する。

本実施の形態に係る載置台４３によれば、仕切部材２７の誘電体の比誘電率は１０乃至１３０であるので、プラズマ生成用高周波電流は、仕切部材２７を積極的に透過して内側導電体部材２５から外側導電体部材２６へと流れてウエハＷへ到達することができる。その後、プラズマ生成用高周波電流がウエハＷに沿って流れるため、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させて処理空間におけるプラズマＰＺの電子密度分布をほぼ均一にすることができ、ウエハＷにおいて直流的な電流の発生を防止することができる。その結果、デバイスにおいてチャージアップダメージによるゲート酸化膜４２の劣化を防止することができる。

また、上述した載置台４３では、イオン引き込み用高周波電源２９及びプラズマ生成用高周波電源４５が１つの配線で内側導電体部材２５に接続されるため、載置台４３の構成を簡素化することができる。

なお、上述した各実施の形態では、ＲＩＥやアッシングが施される基板が半導体ウエハＷであったが、ＲＩＥやアッシングが施される基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。

本発明の実施の形態に係る載置台を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係る載置台の近傍の構成を概略的に示す拡大断面図である。 δ／ｚの値が異なる複数の電極膜を用いた場合の各ウエハの面内におけるフォトレジストのエッチング速度の分布を示すグラフである。 イオン引き込み用高周波電源から供給される高周波電力の周波数が２ＭＨｚであるときにウエハの抵抗率を変化させた場合のウエハにおける電位分布のシミュレーションの結果を示すグラフであり、図４（Ａ）は従来技術に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフであり、図４（Ｂ）は本発明に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフである。 イオン引き込み用高周波電源から供給される高周波電力の周波数が１３ＭＨｚであるときにウエハの抵抗率を変化させた場合のウエハにおける電位分布のシミュレーションの結果を示すグラフであり、図５（Ａ）は従来技術に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフであり、図５（Ｂ）は本発明に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフである。 プラズマ生成用高周波電源から供給される高周波電力の周波数が１００ＭＨｚであるときの処理空間におけるシース電界強度分布のシミュレーションの結果を示すグラフであり、図６（Ａ）は従来技術に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフであり、図６（Ｂ）は本発明に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフである。 プラズマ生成用高周波電源から供給される高周波電力の周波数が４０ＭＨｚであるときの処理空間におけるシース電界強度分布のシミュレーションの結果を示すグラフであり、図７（Ａ）は従来技術に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフであり、図７（Ｂ）は本発明に係る載置台のモデルにおける結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る載置台の近傍の構成を概略的に示す拡大断面図である。 仕切部材の比誘電率を変化させた場合の処理空間におけるシース電界強度分布のシミュレーションの結果を示すグラフである。 従来のプラズマ処理の面内均一性を向上させることが可能なプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図であり、図１０（Ａ）は静電チャックが配置されていない場合であり、図１０（Ｂ）は静電チャックが配置されている場合である。 従来のプラズマ処理装置の載置台の電極膜における高周波電流及びウエハにおける電位を説明するための図であり、図１１（Ａ）は高周波電流の流れを示す図であり、図１１（Ｂ）はウエハにおける電位分布を示す図である。

符号の説明

Ｗ ウエハ
１０ プラズマ処理装置
１１ チャンバ
１２，４３ 載置台
２０ 下部電極
２１ 誘電体層
２２ 静電チャック
２４ 絶縁部材
２５ 内側導電体部材
２６ 外側導電体部材
２７ 仕切部材
２７ａ 延伸部分
２８，４５ プラズマ生成用高周波電源
２９ イオン引き込み用高周波電源
３７ 電極膜

Claims (7)

1. 基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、
   イオン引き込み用高周波電源に接続される内側導電体部材と、
   該内側導電体部材を囲み、且つプラズマ生成用高周波電源に接続される外側導電体部材と、
   前記内側導電体部材及び前記外側導電体部材を仕切り、且つ誘電体からなる仕切部材と、
   前記基板及び前記内側導電体部材の間、並びに前記基板及び前記外側導電体部材の間に介在し、且つ誘電体からなる静電チャックと、
   前記内側導電体部材を前記静電チャックから隠すように前記静電チャック及び前記内側導電体部材の間に介在する誘電体層とを備え、
   該静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ以下の条件を満たす電極膜を内部に有することを特徴とするプラズマ処理装置用の載置台。
   δ／ｚ ≧ ８５ （但し、δ＝（ρ_ｖ／（μπｆ））^１／２）
   但し、ｚ：前記電極膜の厚さ、δ：前記プラズマ生成用高周波電源から供給される高周波電力に対する前記電極膜のスキンデプス、ｆ：前記プラズマ生成用高周波電源から供給される高周波電力の周波数、π：円周率、μ：前記電極膜の透磁率、ρ_ｖ：前記電極膜の比抵抗
2. 基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、
   イオン引き込み用高周波電源に接続される内側導電体部材と、
   該内側導電体部材を囲み、且つプラズマ生成用高周波電源に接続される外側導電体部材と、
   前記内側導電体部材及び前記外側導電体部材を仕切り、且つ誘電体からなる仕切部材と、
   前記基板及び前記内側導電体部材の間、並びに前記基板及び前記外側導電体部材の間に介在し、且つ誘電体からなる静電チャックと、
   前記内側導電体部材を前記静電チャックから隠すように前記静電チャック及び前記内側導電体部材の間に介在する誘電体層とを備え、
   該静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ以下の条件を満たす電極膜を内部に有することを特徴とするプラズマ処理装置用の載置台。
   １１５Ω／□ ≦ ρ_ｓ
   但し、ρ_ｓ：前記電極膜の表面抵抗率
3. 基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、
   イオン引き込み用高周波電源及びプラズマ生成用高周波電源に接続される内側導電体部材と、
   該内側導電体部材を囲む外側導電体部材と、
   前記内側導電体部材及び前記外側導電体部材を仕切り、且つ誘電体からなる仕切部材と、
   前記基板及び前記内側導電体部材の間、並びに前記基板及び前記外側導電体部材の間に介在し、且つ誘電体からなる静電チャックと、
   前記内側導電体部材を前記静電チャックから隠すように前記静電チャック及び前記内側導電体部材の間に介在する誘電体層とを備え、
   該静電チャックは高圧直流電源に接続される電極膜を内部に有し、
   前記仕切部材の誘電体の比誘電率は１０乃至１３０であり、
   前記電極膜は以下の条件を満たすことを特徴とするプラズマ処理装置用の載置台。
   δ／ｚ ≧ ８５ （但し、δ＝（ρ_ｖ／（μπｆ））^１／２）
   但し、ｚ：前記電極膜の厚さ、δ：前記プラズマ生成用高周波電源から供給される高周波電力に対する前記電極膜のスキンデプス、ｆ：前記プラズマ生成用高周波電源から供給される高周波電力の周波数、π：円周率、μ：前記電極膜の透磁率、ρ_ｖ：前記電極膜の比抵抗
4. 基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、
   イオン引き込み用高周波電源及びプラズマ生成用高周波電源に接続される内側導電体部材と、
   該内側導電体部材を囲む外側導電体部材と、
   前記内側導電体部材及び前記外側導電体部材を仕切り、且つ誘電体からなる仕切部材と、
   前記基板及び前記内側導電体部材の間、並びに前記基板及び前記外側導電体部材の間に介在し、且つ誘電体からなる静電チャックと、
   前記内側導電体部材を前記静電チャックから隠すように前記静電チャック及び前記内側導電体部材の間に介在する誘電体層とを備え、
   該静電チャックは高圧直流電源に接続される電極膜を内部に有し、
   前記仕切部材の誘電体の比誘電率は１０乃至１３０であり、
   前記電極膜は以下の条件を満たすことを特徴とするプラズマ処理装置用の載置台。
   １１５Ω／□ ≦ ρ_ｓ
   但し、ρ_ｓ：前記電極膜の表面抵抗率
5. 前記仕切部材は前記載置される基板に向かう方向に関する長さが少なくとも１０ｍｍ以上である延伸部分を有することを特徴とする請求項３又は４記載のプラズマ処理装置用の載置台。
6. 前記プラズマ生成用高周波電源は４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用の載置台。
7. 前記イオン引き込み用高周波電源は１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用の載置台。

Images