JP2010135813A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用の電極板 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ密度の均一化を効率的に達成できるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】電極３８の主面に配設された誘電体９０は、処理容器内に配置される基板と同心状になるように前記電極３８の中心に形成され、前記基板の口径の１／１０以上の第１の直径および第１一定厚さを有する平坦な第１部分と、前記第１部分よりも外側に形成され且つ前記第１の直径よりも大きい第２の直径および前記第１一定厚さよりも小さい第２一定厚さを有する平坦な第２の部分とを含み、前記被処理基板に対する均一な処理を得るための理想的な膜厚プロファイルに擬した膜厚プロファイルを有する。
【選択図】図２３

Description

本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係わり、特に電極に高周波を印加してプラズマを生成する高周波放電方式のプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置用の電極板に関する。

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多く利用されている。一般に、プラズマ処理装置は、プラズマを生成する方式として、グロー放電または高周波放電を利用するものと、マイクロ波を利用するものとに大別される。

高周波放電方式のプラズマ処理装置は、処理容器または反応室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、上部電極もしくは下部電極に整合器を介してプラズマ生成用の高周波電圧を印加する。この高周波電圧によって生成された高周波電界により電子が加速され、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマが発生する。

最近では、製造プロセスにおけるデザインルールの微細化につれてプラズマ処理に低圧下での高密度プラズマが要求されており、上記のような高周波放電方式のプラズマ処理装置では従来（一般に２７ＭＨｚ以下）よりも格段に高い高周波数領域（５０ＭＨｚ以上）の周波数を用いるようになってきている。しかしながら、高周波放電の周波数が高くなると、高周波電源から給電棒を通って電極背面に印加される高周波電力が表皮効果により電極表面を伝わって電極主面（プラズマと対向する面）のエッジ部から中心部に向って流れる。一様な電極主面上でエッジ部から中心部に向って高周波電流が流れると、電極主面の中心部における電界強度がエッジ部における電界強度よりも高くなって、生成されるプラズマの密度も電極中心部側が電極エッジ部側より高くなる。プラズマ密度の高い電極中心部ではプラズマの抵抗率が低くなり、対向する電極においても電極中心部に電流が集中し、プラズマ密度の不均一性がさらに強まる。

この問題を解消するため、高周波電極の主面中心部を高抵抗部材で構成するものが知られている（たとえば特許文献１）。この技法は、高周波電源に接続される側の電極の主面（プラズマ接触面）の中央部を高抵抗部材で構成し、そこでより多くの高周波電力をジュール熱として消費させることで、電極の主面における電界強度を電極外周部よりも電極中心部で相対的に低下させ、上記のようなプラズマ密度の不均一性を補正するものである。

特開２０００−３２３４５６号公報

しかしながら、上記のような高周波放電方式のプラズマ処理装置において、高周波電極の主面中心部を高抵抗部材で構成するものは、ジュール熱による高周波電力の消費（エネルギー損失）が多くなってしまう可能性がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、被処理基板上のプラズマ密度の均一化を効率的に達成できる高周波放電方式のプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置用の電極板を提供する。

本発明のプラズマ処理装置は、所定の口径を有する被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記被処理基板を収納する減圧可能な処理容器と、前記処理容器内に配設される第１の電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理ガスのプラズマを生成するため、前記処理容器内に高周波電界を形成する高周波電界形成部と、前記第１の電極の主面に配設された誘電体とを具備し、前記誘電体は、前記処理容器内に配置される前記基板と同心状になるように前記誘電体の中心に形成され、前記基板の口径の１／１０以上の第１の直径および第１一定厚さを有する平坦な第１部分と、前記第１部分よりも外側に形成され且つ前記第１の直径よりも大きい第２の直径および前記第１一定厚さよりも小さい第２一定厚さを有する平坦な第２の部分とを含み、前記被処理基板上で均一なプラズマ処理を得るための理想的な膜厚プロファイルに擬した膜厚プロファイルを有する。この装置構成においては、プラズマ生成用の高周波を第１の電極に印加することも可能であれば、他の電極たとえば平行平板型において第１の電極と対向する第２の電極に高周波を印加することも可能である。第１の電極に高周波を印加する場合は、第１の電極の主面と反対側の裏面から高周波を供給してよい。

本発明のプラズマ処理装置においては、第１の電極の主面に配設される誘電体が、基板の口径の１／１０以上の第１の直径および第１一定厚さを有する平坦な第１部分と、この第１部分よりも外側に形成され且つ第１の直径よりも大きい第２の直径および第１一定厚さよりも小さい第２一定厚さを有する平坦な第２の部分とを含む構成によって、プラズマ空間側に対して相対的に電極中心部側のインピーダンスを高く電極エッジ部側のインピーダンスを低くして、電極エッジ部側における高周波電界を強める一方で電極中心部側の高周波電界を弱め、これにより基板上の電界強度ないしプラズマ密度の均一性を改善する。

被処理基板上で均一なプラズマ処理を得るための誘電体の理想的な膜厚プロファイルは、第１の電極の電極中心部側から電極エッジ部側に向って誘電体の厚さがアーチ型に減少するようなプロファイルであるが、第１の電極の主面を湾曲した凹面に形成する加工は難しい。本発明は、第１の電極の電極中心部側から電極エッジ部側に向って誘電体の厚さを上記第１の部分から上記第２の部分へとステップ的に減少させることによって、理想的な膜厚プロファイルに擬した膜厚プロファイルを実現している。

上記の構成においては、第２の直径の外側では電極エッジ部側に向ってテーパ状に減少するものであってよい。誘電体の面積サイズは被処理基板のサイズに応じて任意に設定されてよいが、典型的にはほぼ同サイズに設定されてよい。つまり、誘電体の厚さが最小になるエッジ部の位置は、被処理基板のエッジ部と対向する位置付近に設定されてよい。また、良好な面内均一性を与える誘電体の誘電率と電極中心部における誘電体の厚さとの間に一定の相関関係があることから、使用する誘電体の誘電率に対応させて電極中心部における誘電体の厚さを設定すればよい。

また、本発明の好ましい一態様として、第１の電極の主面上に誘電体の一部たとえばエッジ部付近を覆う導電性のシールド部材を設けてよい。かかる構成によれば、シールド部材で覆った領域において誘電体の電界強度低減効果を弱めることが可能であり、シールド部材の開口部の形状および／またはサイズを変えることで電界強度分布を調整することができる。このシールド部材は着脱可能つまり交換可能に取り付けられるのが好ましい。

また、好ましい一態様として、第１の電極の主面上で、誘電体の外周エッジよりも径方向外側に所望の距離だけ離れた位置から外側の電極部分を、プラズマ生成空間に向かって所望の突出量だけ張り出させる構成とすることもできる。かかる電極構造においては、誘電体の径方向外側に張出部を設けることにより、被処理基板のエッジ部付近の領域で電界強度を高める方向に電界強度分布特性を制御または調整することができる。この張出部による電界強度分布制御は、張出部の張出量や張出段部の位置によって加減または可変できる。

また、別の好ましい一態様として、第１の電極の主面上で、誘電体を、プラズマ生成空間に向かって所望の突出量だけ張り出させる構成も可能である。かかる電極構造においては、誘電体と対向するプラズマ生成空間の各位置で誘電体を張り出させた分だけ電界強度を高める方向に電界強度分布特性を制御または調整することができる。

更に別の好ましい一態様によれば、第１の電極の主面において誘電体の内部に空洞を設け、この空洞の中に流動性の誘電性物質（好ましくは有機溶剤）を入れる。この構成においては、空洞の中に入れる誘電性物質の量や占有スペース形状を適宜選定または設定することで、誘電体全体の誘電率やインピーダンスを任意に調整することが可能である。かかる空洞は、固体の誘電体の中に形成することも可能であり、第１の電極の主面の少なくともおもて面を固体の誘電体で構成し、内部の壁面または凹部を電極母材（導電体）で構成することもできる。

本発明のプラズマ処理装置においては、被処理基板をクーロン力によって吸着保持するための静電チャックを、高周波電源側の第１の電極の主面の上に設けてもよく、あるいは対向電極つまり第２の電極の主面に設けてもよい。第１の電極の主面の上に静電チャックを設ける場合は、第２の電極を処理容器を介してグランド電位に接続し、プラズマ内の高周波電流を処理容器を通してグランドに流すようにしてよい。

本発明のプラズマ処理装置用の電極板は、所定の口径を有する被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の処理容器内に設けられる電極板であって、プラズマと対向する主面に誘電体を設け、前記誘電体が、前記処理容器内に配置される前記基板と同心状になるように前記誘電体の中心に形成され、前記基板の口径の１／１０以上の第１の直径および第１一定厚さを有する平坦な第１部分と、前記第１部分よりも外側に形成され且つ前記第１の直径よりも大きい第２の直径および前記第１一定厚さよりも小さい第２一定厚さを有する平坦な第２の部分とを含み、前記被処理基板に対する均一な処理を得るための理想的な膜厚プロファイルに擬した膜厚プロファイルを有する。かかる構成の電極板は、上記プラズマ処理装置における第１電極と同様の作用を奏することができる。

本発明のプラズマ処理装置またはプラズマ処理装置用の電極板によれば、上記のような構成および作用により、被処理基板上のプラズマ密度の均一化を効率的に達成することができる。

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。 一構成例によるサセプタ構造の要部を示す平面図である。 図１のサセプタ構造の要部を示す部分拡大縦断面図である。 図１のサセプタ構造における凸部個数密度分布特性の一例を示す図である。 プラズマエッチング装置における高周波放電の仕組みを模式的に示す図である。 高周波電極の主面を流れる高周波電流の方向性を示す平面図である。 上記構成例のサセプタ構造における高周波電流の流れと高周波電力（電界）の放射を示す略縦断面図である。 導体を流れる電磁波（高周波電流）の深さ方向における減衰特性を示す特性図である。 上記構成例において電極中心部とエッジ部の凸部個数密度の比率をパラメータとしたときの電極半径方向における電界強度分布特性を示す図である。 上記構成例によるサセプタに静電チャックを一体的に設ける構成を示す部分縦断面図である。 図１０の静電チャック付きサセプタ構造における凸部と底面部のインピーダンス比特性を示す図である。 図１０の静電チャック付きサセプタ構造の製造方法を工程順に示す図である。 上記構成例によるサセプタ構造の一変形例を示す図である。 上記構成例による電極凸部構造を上部電極に適用した構成例を示す縦断面図である。 第２の構成例による電極構造を示す平面図である。 図１５の電極構造の要部を示す部分拡大縦断面図である。 図１５の電極構造における凹部の個数分布特性の一例を示す図である。 上記第２の構成例による電極構造に静電チャックを一体的に設ける構造の製造方法を工程順に示す図である。 本発明の一実施形態における下部電極構造を示す平面図である。 上記実施形態による上部電極構造を示す平面図である。 上記実施形態における平行平板電極構造の一例を示す図である。 図２１の平行平板電極構造において上部電極中心部の膜厚をパラメータとする電極間の径方向の電界強度分布を示す図である。 上記実施形態における上部電極の誘電体膜に関する膜厚プロファイルのより具体的な実施例を示す図である。 図２３の実施例および理想プロファイルによってそれぞれ得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す図である。 上記実施形態における上部電極の誘電体膜に関する膜厚プロファイルのより具体的な別の実施例を示す図である。 図２５の実施例によって得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す図である。 上記実施形態における上部電極の誘電体膜に関する膜厚および膜質プロファイルのより具体的な別の実施例を示す図である。 図２７の実施例によって得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す図である。 図２８のデータポイントから作成された実用上十分な面内均一性を与える誘電体膜の誘電率と電極中心部の膜厚との相関関係を示す図である。 有機膜エッチングのエッチング速度分布特性について第３の実施例（上部電極）と比較例とを対比して示す図である。 上記実施形態による下部電極構造を比較例と対比して示す図である。 有機膜エッチングのエッチング速度分布特性について実施形態（下部電極）と比較例とを対比して示す図である。 一実施例における上部電極構造の要部を示す部分断面図である。 図３３の実施例によって得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す図である。 一実施例による上部電極構造の要部を比較例および参考例と対比して示す部分断面図である。 図３５の実施例、比較例および参考例によってそれぞれ得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す図である。 一実施例による上部電極構造の要部を比較例と対比して示す部分断面図である。 図３５の実施例および比較例によってそれぞれ得られる規格化されたエッチング速度の分布特性を示す図である。 一実施例による上部電極構造の要部を比較例および参考例と対比して示す部分断面図である。 図３９の実施例、比較例および参考例によってそれぞれ得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す図である。 一実施例による上部電極構造の要部を示す部分断面図である。 一実施例による上部電極構造の要部を示す部分断面図である。 図４２の実施例における具体例を示す部分断面図である。 図４３の実施例によって得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す図である。 図４２の実施例における変形例を示す部分断面図である。

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よ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、ＲＩＥ型の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、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状の下部電極またはサセプタ１２が設けられている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部１４を介してチャンバ１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１６に支持されている。筒状保持部１４の上面には、サセプタ１２の上面を環状に囲むたとえば石英からなるフォーカスリング１８が配置されている。

チャンバ１０の側壁と筒状支持部１６との間には排気路２０が形成され、この排気路２０の入口または途中に環状のバッフル板２２が取り付けられるとともに底部に排気口２４が設けられている。この排気口２４に排気管２６を介して排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。

サセプタ１２には、プラズマ生成用の高周波電源３２が整合器３４および給電棒３６を介して電気的に接続されている。この高周波電源３２は、所定の高周波数たとえば６０ＭＨｚの高周波電力を下部電極つまりサセプタ１２に印加する。なお、チャンバ１０の天井部には、後述するシャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。したがって、高周波電源３２からの高周波電圧はサセプタ１２とシャワーヘッド３８との間に容量的に印加される。

サセプタ１２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静電チャック４０が設けられている。この静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを一対の絶縁膜４０ｂ，４０ｃの間に挟み込んだものであり、電極４０ａには直流電源４２がスイッチ４３を介して電気的に接続されている。直流電源４２からの直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷをチャック上に吸着保持することができる。

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延在する冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット４６より配管４８，５０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静電チャック４０上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部５２からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給ライン５４を介して静電チャック４０の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。

天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する下面の電極板５６と、この電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。電極支持体５８の内部にバッファ室６０が設けられ、このバッファ室６０のガス導入口６０ａには処理ガス供給部６２からのガス供給配管６４が接続されている。

チャンバ１０の周囲には、環状または同心状に延在する磁石６６が配置されている。チャンバ１０内において、シャワーヘッド３８とサセプタ１２との間の空間には、高周波電源３２により鉛直方向のＲＦ電界が形成される。高周波の放電により、サセプタ１２の表面近傍に高密度のプラズマを生成することができる。

制御部６８は、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２８、高周波電源３２、静電チャック用のスイッチ４３、チラーユニット４６、伝熱ガス供給部５２および処理ガス供給部６２等の動作を制御するもので、ホストコンピュータ（図示せず）等とも接続されている。

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３０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４０の上に載置する。そして、処理ガス供給部６２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チャンバ１０内に導入し、排気装置２８によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源３２より所定のパワーで高周波電力をサセプタ１２に供給する。また、直流電源４２より直流電圧を静電チャック４０の電極４０ａに印加して、半導体ウエハＷを静電チャック４０上に固定する。シャワーヘッド３８より吐出されたエッチングガスは両電極１２，３８間で高周波の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の主面がエッチングされる。

このプラズマエッチング装置では、サセプタ（下部電極）１２に対して従来（一般に２７ＭＨｚ以下）よりも格段に高い周波数領域（５０ＭＨｚ以上）の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。

次に、このプラズマエッチング装置における本発明の特徴を詳細に説明する。

図２および図３に、第１の構成例による電極構造の一例としてサセプタ１２の要部の構成を示す。図２は平面図、図３は部分拡大縦断面図である。図示のように、サセプタ１２の主面（この構成例ではサセプタ１２の上面、つまりプラズマ生成空間側の面）には、導電体または半導体からなる一定サイズの円柱形凸部７０が離散的に多数設けられている。これらの凸部７０は、各々がプラズマに高周波電力または高周波電界を与えるための小電極を構成するものであり、好ましくは図４に示すように電極中心部から電極エッジ部に向って次第に大きくなるような個数密度分布または面積密度分布でサセプタ１２の主面上に配置される。

図５〜図９につき、この実施例によるサセプタ１２の作用を説明する。図５に示すように、高周波電源３２からの高周波電力がサセプタ１２に供給されると、サセプタ（下部電極）１２と上部電極３８との間の高周波放電によってエッチングガスのプラズマＰＺが半導体ウエハＷ付近で生成し、生成したプラズマＰＺは四方に、特に上方および半径方向外側に拡散し、プラズマＰＺ中の電子電流ないしイオン電流は上部電極３８やチャンバ側壁等を通ってグランドへ流れる。ここで、サセプタ１２においては、高周波電源３２から給電棒３６を介してサセプタ裏面または背面に印加された高周波電力が表皮効果によって電極表面層を伝播し、図６に示すように、サセプタ１２の主面上ではエッジ部から中心部に向って逆放射状に高周波電流ｉが流れる。

図７に示すように、この実施例では、高周波電流ｉがサセプタ１２の主面上で凸部７０の表面層を流れる。凸部７０は、上部電極３８側つまりプラズマＰＺ側に向って突出しているので、主面の底面部１２ａよりも低いインピーダンスでプラズマＰＺと電気的に結合する。このため、サセプタ１２の主面の表面層を流れる高周波電流ｉによって運ばれる高周波電力は主として凸部７０の頂面からプラズマＰＺに向けて放出される。なお、サセプタ１２の主面上で凸部７０と底面部１２ａとのインピーダンス比Ｚ_12a／Ｚ₇₀を大きくするために、つまり凸部７０を通してプラズマＰＺに与える高周波波電力の比率または電力供給率を高めるために、図３に示すように、凸部７０の周り（底面部１２ａの上）に誘電体７２を設ける構成が好ましい。

このように、この構成例では、サセプタ１２の主面上で離散的に設けられた多数の凸部７０がそれぞれプラズマＰＺに高周波電力を供給するための小電極として機能する。かかる凸部７０の属性（形状、サイズ、間隔、密度等）を選択することで、小電極の集合体であるサセプタ１２の高周波電力供給特性を所望の特性に設定することができる。

たとえば、上記（図４）のように凸部７０の個数密度を電極中心部から電極エッジ部に向って次第に大きくなるような分布特性とすることで、図９に示すように、サセプタ１２よりプラズマＰＺに与えられる高周波電力または高周波電界の均一性（特に電極半径方向の均一性）を改善することができる。図９の例では、サセプタ１２の半径を１５０ｍｍとし、電極中心部における凸部７０の個数密度Ｎｃと電極エッジ部における凸部７０の個数密度Ｎｅとの比率Ｎｅ／Ｎｃを１（倍）、２（倍）、４（倍）、６（倍）、８（倍）に選んだときのサセプタ１２上の半径方向の電界強度分布を示している。比率Ｎｅ／Ｎｃを大きくするほど、電界強度の均一性が改善され、ひいてはプラズマ密度の均一性が改善されることがわかる。

凸部７０の他の属性の中で特に重要なのはサイズである。凸部７０の高さが小さすぎると、より正確にはスキンデップス(skin depth)δよりも小さいと、サセプタ１２の主面上で高周波電流ｉの一部または大部分が凸部７０の下を素通りすることになり、そのぶん凸部７０からプラズマＰＺへ供給される高周波電界が弱まる。ここで、スキンデップスδは、導体の表面層を流れる高周波電流の振幅が深さδで１／ｅに減衰するというファクタであり、下記の式（１）で与えられる。
δ＝（２／ωσμ）^1/2 ‥‥‥‥（１）
ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率

図８に示すように、表皮効果によって導体の表面層を流れる電磁波（高周波電流）の振幅は導体の深さ方向で減衰し、スキンデップスδの３倍の深さでは約５％までに減衰する。したがって、凸部７０の高さをスキンデップスδの３倍以上の高さに設定することで、高周波電流ｉの大部分（約９５％以上）を凸部７０に流し込んで、凸部７０からプラズマＰＺへ高周波電力を効率よく放出させることができる。たとえば、サセプタ１２および凸部７０の材質をアルミニウムとし、高周波電源３２の周波数を１００ＭＨｚとした場合、スキンデップスδは８μｍである。したがって、凸部７０の高さを２４μｍ以上に設定すればよい。

また、凸部７０の幅サイズ、特に電極半径方向の幅サイズも重要であり、凸部７０の頂面まで高周波電流ｉを十分に流し込むには電極半径方向の幅サイズが大きいほどよく、スキンデップスδの３倍以上、好ましくは周波数１００ＭＨｚで３０μｍ〜５００μｍの範囲内に設定されてよい。

また、凸部７０間の距離間隔も、凸部７０と底面部１２ａとのインピーダンス比Ｚ_12a／Ｚ₇₀を最適化するような値に選ばれてよく、たとえば１００ＭＨｚでは１００μｍ〜１ｍｍの範囲内に設定されるのが好ましい。

図１０に、このプラズマエッチング装置においてサセプタ１２の上に静電チャック４０を一体に設ける構成例を示す。図示のように、サセプタ１２の主面上に、より正確には凸部７０および誘電体７２の上に静電チャック４０の下部絶縁膜４０ｂが形成され、下部絶縁膜４０ｂの上に電極膜４０ａが形成され、電極膜４０ａの上に上部絶縁膜４０ｃが形成される。

この積層構造では、静電チャック４０の下部絶縁膜４０ｂの膜厚Ｄ1が重要であり、他の条件が許す限りでこの膜厚Ｄ1を相対的に小さくするのが好ましい。すなわち、凸部７０の頂面から電極膜４０ａまでの距離（Ｄ1）とサセプタ底面部１２ａから電極膜４０ａまでの距離（Ｄ2）との比率Ｄ2／Ｄ1（図１１の縦軸のパラメータ）を大きくするほど、図１１に示すように、サセプタ１２の主面上における凸部７０のインピーダンスＺ₇₀と底面部１２ａのインピーダンスＺ_12aとの比率Ｚ_12a／Ｚ₇₀（図１１の関数値）を大きくすることができる。図１１から、この比率Ｄ2／Ｄ1は２（倍）以上の値に選ばれるのが好ましい。

図１１において、横軸のパラメータＳ_12a／Ｓ₇₀はサセプタ１２の主面上における凸部７０（正確には凸部頂面）の総面積Ｓ₇₀と底面部１２ａの総面積Ｓ_12aとの比率である。この比率Ｓ_12a／Ｓ₇₀を小さくする手法によっても、つまり凸部７０の占有面積率を高めることによっても、インピーダンス比Ｚ_12a／Ｚ₇₀（図１１の関数値）を大きくすることができる。上記のように、インピーダンス比Ｚ_12a／Ｚ₇₀を大きくするほど、プラズマＰＺに対する凸部７０からの高周波電力供給率を高めることができる。図１１から、比率Ｓ_12a／Ｓ₇₀は４（倍）以下に選ばれるのが好ましい。

図１２に、この静電チャック付きサセプタ構造（図１０）の製造方法を工程順に示す。

先ず、図１２（ａ）に示すように、たとえばアルミニウムからなるサセプタ本体（電極基板）１２の主面上に、凸部７０に対応する開口部７４ａを有するたとえば樹脂製のマスク７４を被せる。このマスク７４において、開口部７４ａの平面形状および平面サイズは凸部７０の平面形状および平面サイズを規定し、開口部７４ａの深さは凸部７０の高さサイズ（Ｄ2−Ｄ1：たとえば１５０μｍ）を規定する。

次に、図１２（ｂ）に示すように、マスク７４の上からサセプタ本体１２の主面全体に凸部７０の材料たとえばアルミニウム（Ａｌ）を溶射し、マスク７４の開口部７４ａ内にアルミニウムをマスク上面の高さまで充填する。

次に、サセプタ本体１２の主面上からマスク７４をたとえば薬液で溶かして除去すると、図１２（ｃ）に示すようにサセプタ本体１２の主面上に所定サイズの多数の凸部７０が所定の分布パターンで離散的に残る。

次に、図１２（ｄ）に示すように、サセプタ本体１２の主面全体に誘電体材料たとえばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を溶射して、凸部７０の頂面よりも所定の高さ（Ｄ1：たとえば５０μｍ）に達する膜厚に誘電体膜（７２，４０ｂ）を形成する。

次いで、図１２（ｅ）に示すように、サセプタ本体１２の主面全体にわたって誘電体膜４０ｂの上に静電チャック４０の電極膜４０ａの材料たとえばタングステン（Ｗ）を溶射して、所定膜厚（Ｄ3：たとえば５０μｍ）の電極膜４０ａを形成する。

次いで、図１２（ｆ）に示すように、サセプタ本体１２の主面全体にわたって電極膜４０ａの上に誘電体材料たとえばアルミナを溶射して、静電チャック４０の上部絶縁膜４０ｃを所定の膜厚（Ｄ4：たとえば２００μｍ）に形成する。

この構成例では、サセプタ本体１２の主面上で凸部７０の周りを埋める（底面部１２ａを覆う）ための誘電体７２と静電チャック４０の一部を構成する下部絶縁膜４０ｂとを１回の溶射工程で同時に一体形成することができる。

上記構成例のサセプタ１２は主面上に円柱形の凸部７０を設けるものであったが、任意の形状を凸部７０に与えることが可能であり、たとえば図１３に示すように多数の環状凸部７０を同心円状に設ける構成も可能である。すなわち、図１３のサセプタ構造でも、高周波電流が電極エッジ部から中心部に向って流れる際に、底面部１２ａよりもインピーダンスの低い凸部７０から高周波電力が効率よくプラズマＰＺ側に放出される。したがって、凸部７０の面積密度が電極中心部から電極エッジ部に向って次第に大きくなるような分布特性とすることで、電極半径方向における電界強度の均一性を改善し、ひいてはプラズマ密度の均一化を達成することができる。

上記のように電極の主面に小電極として機能する多数の凸部７０を離散的に設ける構成は、図１４に示すように、対向電極つまり上部電極３８に適用することも可能である。図１４の構成例では、シャワーヘッド３８の電極板５６の主面（下面、つまりプラズマ生成空間側の面）に凸部７０を設け、凸部７０の周り（底面部５６ｂの上）に誘電体７２を設けている。ガス通気孔５６ａは、凸部７０を垂直方向に貫通して設けられてよい。かかる構成によれば、上部電極３８はプラズマＰＺからの高周波電流を主として凸部７０を通じて受け取る。したがって、上部電極３８においても凸部７０の属性を適宜選択することで、たとえば凸部７０の面積密度を電極中心部から電極エッジ部に向って次第に大きくなるような分布特性とすることで、プラズマ密度の均一性を一層向上させることができる。

図１５および図１６に、第２の構成例による電極構造の一例としてサセプタ１２の要部の構成を示す。図１５は平面図、図１６は部分拡大縦断面図である。図示のように、この構成例では、サセプタ１２の主面に一定サイズの円柱形凹部８０が離散的に多数設けられる。これらの凹部８０は、対向電極側つまりプラズマＰＺ側と向い合って凹んでいるので、主面の頂面部１２ａよりも高いインピーダンスでプラズマＰＺと電気的に結合する。このため、サセプタ１２の主面の表面層を流れる高周波電流ｉによって運ばれる高周波電力は主として頂面部１２ａからプラズマＰＺに向けて放出される。サセプタ１２の主面上で凹部８０と頂面部１２ａとのインピーダンス比Ｚ₈₀／Ｚ_12aを大きくするために、つまり頂面部１２ａよりプラズマＰＺに与える高周波波電力の比率を高めるために、図１６に示すように、好ましくは凹部８０の中に誘電体８２を設けてよい。

このように、この第２の構成例では、サセプタ１２の主面上で離散的に設けられた多数の凹部８０がそれぞれプラズマＰＺに対する高周波電力の供給を抑制する電極マスク部として機能する。かかる凹部８０の属性（形状、サイズ、間隔、密度等）を適宜選択することで、サセプタ１２における高周波電力供給特性を所望の特性に制御することができる。たとえば、図１７に示すように凹部８０の個数密度を電極中心部から電極エッジ部に向って次第に小さくなるような分布特性とすることで、サセプタ１２よりプラズマＰＺに与えられる高周波電力または高周波電界の均一性（特に半径方向の均一性）を改善し、ひいてはプラズマ密度の均一性を改善することができる。凹部８０の他の属性も基本的には上記実施例における凸部７０と同様に扱ってよく、たとえば凹部８０の深さサイズおよび幅サイズをスキンデップスδの３倍以上の値に設定してよい。

図１８に、この構成例のサセプタ１２に静電チャックを一体に設ける構造の製造方法を工程順に示す。

先ず、図１８（ａ）に示すように、たとえばアルミニウムからなるサセプタ本体（電極基板）１２の主面上に、凹部８０に対応する開口部８４ａを有するたとえば樹脂製のマスク８４を被せる。このマスク８４において、開口部８４ａの平面形状および平面サイズは凹部８０の平面形状および平面サイズを規定する。

次に、図１８（ｂ）に示すように、マスク８４の上からサセプタ本体１２の主面全体にブラスト法により固体粒子（たとえばドライアイスペレット）または流体（高圧ジェット水）を吹きつけて、マスク８４の開口部８４ａ内の部材（アルミニウム）を物理的に除去し、そこに所望の深さの凹部８０を形成する。

次に、サセプタ本体１２の主面上からマスク８４を除去すると、図１８（ｃ）に示すように、サセプタ本体１２の主面上に所定サイズの多数の凹部８０が所定の分布パターンで離散的に残る。

次に、図１８（ｄ）に示すように、サセプタ本体１２の主面全体に誘電体材料たとえばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を溶射して、サセプタ頂面部１２ａより所定の高さに達する膜厚に誘電体膜（８２，４０ｂ）を形成する。

次いで、図１８（ｅ）に示すように、サセプタ本体１２の主面全体にわたって誘電体膜４０ｂの上に静電チャック用の電極材料たとえばタングステン（Ｗ）を溶射して、所定膜厚の電極膜４０ａを形成する。

次いで、図１８（ｆ）に示すように、サセプタ本体１２の主面全体にわたって電極膜４０ａの上に誘電体材料たとえばアルミナを溶射して、上部絶縁膜４０ｃを所定の膜厚に形成する。

この第２の構成例でも、サセプタ本体１２の主面上で凹部８０を埋めるための誘電体８２と静電チャック４０の一部を構成する下部絶縁膜４０ｂとを１回の溶射工程で同時に一体形成することができる。

また、この第２の構成例でも、電極の主面上で電極マスク部として機能する多数の凹部８０を離散的に設ける構成を、図示省略するが、対向電極つまり上部電極３８に適用することも可能である。したがって、サセプタ１２側に凸部７０を設け、上部電極３８側に凹部８０を設ける構成や、サセプタ１２側に凹部８０を設け、上部電極３８側に凸部７０を設ける構成等も可能である。

図１９および図２０に、本発明の一実施形態における電極の一構成例を示す。図１９はサセプタ１２に適用した構成例を示し、図２０は上部電極３８（正確には電極板５６）に適用した構成例を示す。この実施形態では、電極の主面つまりプラズマ生成空間側の面（上部電極３８の場合は下面、サセプタ１２の場合は上面）に誘電体膜または誘電体層９０を設け、電極中心部における誘電体膜９０の膜厚を電極エッジ部における誘電体膜９０の膜厚よりも大きくなるように構成する。誘電体膜９０のおもて面（プラズマ生成空間側の面）は略面一になっている。この誘電体膜または誘電体層９０は、たとえばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなるセラミックをたとえばアルミニウムからなる電極基板に溶射することによって形成されてよい。

かかる電極構造によれば、プラズマＰＺ側に対して相対的に電極中心部側のインピーダンスが大きく電極エッジ部側のインピーダンスが低いため、電極エッジ部側における高周波電界が強められる一方で電極中心部側の高周波電界が弱められ、電界強度ないしプラズマ密度の均一性が改善される。特に、図１９の構成例においては、電極１２の裏面側から表皮効果で主面側へ回った電流は誘電体膜９０に流れ込むと膜厚の小さい部分（誘電体層の薄い部分）からプラズマ側へ抜けやすいため、電極エッジ部側における高周波電力の放出とプラズマ密度を強めることができる。

誘電体膜９０の膜厚分布特性の中で重要なパラメータの１つは電極中心部の膜厚である。図２１に示すように上部電極３８に円盤状の誘電体膜９０を設ける平行平板電極構造において、上部電極中心部の膜厚Ｄ_cをパラメータにして電極間の径方向の電界強度分布をシミュレーションで求めたところ、図２２に示すような電界強度分布特性が得られた。このシミュレーションは、被処理基板として３００ｍｍ口径の半導体ウエハを想定しており、上部電極３８にはアルミニウム、誘電体膜９０にはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、下部電極１２にはアルミニウムをそれぞれ用いている。図２２から、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内では、電極中心部の膜厚が大きいほど電界強度の面内均一性が向上し、８ｍｍ〜１０ｍｍの膜厚が特に好ましいことがわかる。なお、図２２の横軸上で「０」の位置は電極中心点の位置を表す。

また、誘電体膜９０の膜厚が電極中心部から電極エッジ部にかけて減少変化するプロファイルも重要である。図２３および図２４に、上部電極３８の誘電体膜９０に関する膜厚プロファイルの実施例を示す。

図２３（Ａ）に示す実施例[1]は、誘電体膜９０の膜厚Ｄにつき、φ（直径）０〜３０ｍｍでＤ＝９ｍｍ（フラットつまり一定）、φ３０〜１６０ｍｍでＤ＝８ｍｍ（フラット）、φ１６０〜２５４ｍｍでＤ＝８〜３ｍｍ（テーパ）に設定する。

図２３（Ｂ）に示す実施例[2]は、φ０〜３０ｍｍでＤ＝９ｍｍ（フラット）、φ３０〜８０ｍｍでＤ＝８ｍｍ（フラット）、φ８０〜１６０ｍｍでＤ＝８〜３ｍｍ（テーパ）に設定する。

図２３（Ｃ）に示す実施例[3]は、φ０〜３０ｍｍでＤ＝９ｍｍ（フラット）、φ３０〜１６０ｍｍでＤ＝８ｍｍ（フラット）、φ１６０〜３３０ｍｍでＤ＝８〜３ｍｍ（テーパ）に設定する。

図２３（Ｄ）に、上記実施例[1]，[2]，[3]のプロファイルを曲線で簡明に示す。併せて、断面形状を図示省略するが、φ０〜１５０ｍｍでＤ＝０．５ｍｍ（フラット）に設定する実施例[4]のプロファイルも示し、さらには理想的なプロファイルも示す。ここで、理想的なプロファイルは、φ０〜３００ｍｍでＤ＝９〜０ｍｍ（アーチ型）に設定するものである。

図２４に、実施例[1]，[2]，[3]，[4]および理想プロファイルによってそれぞれ得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す。図２４から、理想プロファイルによる電界強度分布特性が面内均一性に最も優れており、実施例[1]，[2]，[3]，[4]の中では理想プロファイルに近い実施例[1]および[3]の面内均一性が優れていることがわかる。

なお、図２３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、上部電極３８（電極板５６）においては、拡散したプラズマＰＺからの高周波電流を受けるため、被処理基板の口径よりも直径を大きくしてエッジ部を半径方向外側に延長してよい。ここで、上部電極３８の主面において誘電体膜９０の周囲または径方向外側の部分にたとえば２０μｍの膜厚の溶射被膜９２を形成してもよい。図示省略するが、チャンバ１０の内壁面にも同様の溶射被膜９２を形成することができる。溶射被膜９２としては、たとえばＡｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃などを用いることができる。また、誘電体膜９０および溶射被膜９２のそれぞれのおもて面つまりプラズマに曝される面は略面一になっている。

図２５および図２６に、誘電体膜９０に関する膜厚プロファイルの別の実施例を示す。図２５（Ａ）に示す実施例[5]は、誘電体膜９０の膜厚Ｄにつき、φ０〜２５０ｍｍでＤ＝５ｍｍ（フラット）に設定する。図２５（Ｂ）の実施例[6]は、φ０〜３０ｍｍでＤ＝９ｍｍ（フラット）、φ３０〜２５０ｍｍでＤ＝８〜３ｍｍ（テーパ）に設定する。図２５（Ｃ）の実施例[7]は、φ０〜３０ｍｍでＤ＝９ｍｍ（フラット）、φ３０〜２５０ｍｍでＤ＝５〜３ｍｍ（テーパ）に設定する。図２３（Ｄ）に実施例[5]，[6]，[7]のプロファイルを曲線で簡明に示す。

図２６に、実施例[5]，[6]，[7]によってそれぞれ得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す。図２６から、これらの実施例[5]，[6]，[7]の中では理想プロファイルに最も近い実施例[6]が面内均一性において最も優れていることと、実施例[5]も十分実用性があることがわかる。つまり、実施例[6]のように電極中心部から電極エッジ部にかけて誘電体膜９０の膜厚Ｄがほぼ直線的またはテーパ状に減少するようなプロファイルでも、アーチ型の理想的プロファイルに近い面内均一性が得られる。また、実施例[5]のように電極中心部から電極エッジ部にかけて誘電体膜９０の膜厚Ｄがほぼ一定（フラット）なプロファイルでも、実用性のある面内均一性が得られる。

図２７および図２８に、誘電体膜９０に関する膜厚および膜質プロファイルの別の実施例を示す。図２７（Ａ）に示す実施例[8]は、誘電体膜９０の膜厚Ｄにつき、φ０〜３０ｍｍでＤ＝９ｍｍ（フラット）、φ３０〜２５０ｍｍでＤ＝８〜３ｍｍ（テーパ）に設定する。図２７（Ｂ）の実施例[9]は、φ０〜３０ｍｍでＤ＝５ｍｍ（フラット）、φ３０〜２５０ｍｍでＤ＝５〜３ｍｍ（テーパ）に設定する。図２７（Ｃ）に実施例[8]，[9]のプロファイルを曲線で簡明に示す。

ここで、誘電率εをパラメータとして、実施例[8]は、誘電体膜９０の材質が誘電率ε＝８．５のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）である実施例[8]−Ａと、ε＝３．５の酸化シリコン（ＳiＯ₂）である実施例[8]−Ｂとに分けられる。また、実施例[9]も、ε＝８．５のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）である実施例[9]−Ａと、ε＝３．５の酸化シリコン（ＳiＯ₂）である実施例[9]−Ｂとに分けられる。

図２８に、実施例[8]−Ａ，[8]−Ｂ，[9]−Ａ，[9]−Ｂによってそれぞれ得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す。図２８から、ε＝８．５の実施例[8]−Ａ，[9]−Ａの間では電極中心部の膜厚Ｄ_cの大きい[8]−Ａの方が[9]−Ａよりも電界強度Ｅの面内均一性に優れており、ε＝３．５の実施例[8]−Ｂ，[9]−Ｂの間では電極中心部の膜厚Ｄ_cの小さい[9]−Ｂの方が[8]−Ｂよりも電界強度Ｅの面内均一性に優れていることがわかる。

図２９のグラフは、図２８のデータに基づいて、実用上十分な面内均一性を与える誘電体膜９０の誘電率εと中心部の膜厚Ｄ_cとの相関関係を示す。このグラフから、誘電体膜９０の誘電率εに対応させて中心部の膜厚Ｄ_cを設定すればよいことがわかる。

図３０に、実施形態のプラズマエッチング装置（図１）を用いる有機膜エッチングのエッチング速度分布特性（Ｘ方向，Ｙ方向）について、上部電極３８に本発明による誘電体膜９０を設ける実施例（Ａ）と、上部電極３８に本発明による誘電体膜９０を設けない比較例（Ｂ）とを対比して示す。なお、実施例（Ａ）は上記実施例[1]に相当するものである。主なエッチング条件は、下記のとおりである。
ウエハ口径：３００ｍｍ
エッチングガス：ＮＨ₃
ガス流量：２４５ｓｃｃｍ
ガス圧力：３０ｍTorr
ＲＦ電力：下部＝２．４ｋＷ
ウエハ裏面圧力（センター部／エッジ部）：２０／３０Torr（Ｈeガス）
温度（チャンバ側壁／上部電極／下部電極）＝６０／６０／２０゜Ｃ

図３０から明らかなように、電界強度分布特性と呼応するようにエッチング速度の面内均一性においても実施例（Ａ）の方が比較例（Ｂ）よりも格段に優れている。

図３１に、本発明による誘電体膜９０をサセプタ（下部電極）１２に設ける実施例（Ａ）を比較例（Ｂ）と対比して示す。たとえば口径３００ｍｍの半導体ウエハＷに対応させる場合、実施例（Ａ）ではサセプタ１２における誘電体膜９０の膜厚Ｄを電極中心部で４ｍｍ、電極エッジ部で２００μｍとしており、比較例（Ｂ）ではサセプタ１２の上面に一様な膜厚０．５ｍｍの誘電体膜９４を設けている。誘電体膜９０，９４の材質はいずれもアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）でよい。

図３２に、実施形態のプラズマエッチング装置（図１）を用いる有機膜エッチングのエッチング速度分布特性（Ｘ方向，Ｙ方向）について、図３１（Ａ）の実施例（Ａ）と図３１（Ｂ）の比較例（Ｂ）とを対比して示す。エッチング条件は図３０のものと同じである。サセプタ（下部電極）１２の場合も、実施例（Ａ）の方が比較例（Ｂ）よりも格段にエッチング速度の面内均一性が優れていることがわかる。また、エッチング速度自体においても、実施例（Ａ）の方が比較例（Ｂ）よりも約１０％大きいことがわかる。なお、実施例（Ａ）では電極中心部における誘電体膜９０の膜厚Ｄを４ｍｍに設定したが、９ｍｍ程度まで大きくしても同様の効果が得られる。

図３３および図３４につき、本発明の更なる実施例を説明する。この実施例は、特に誘電体膜９０を上部電極３８に設ける構成に適用して好適である。図３３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この実施例では、上部電極３８の主面上に誘電体膜９０の一部（通常はエッジ部周辺）を覆う導電性のシールド板１００を設ける。このシールド板１００は、たとえば表面をアルマイト処理（９２）されたアルミニウム板からなり、ネジ１０２で上部電極３８に着脱可能つまり交換可能に取り付けられるのが好ましい。シールド板１００の中心部には、誘電体膜９０と同軸で誘電体膜９０の少なくとも中心部を露出させる所望の口径θの開口部１００ａが形成されている。シールド板１００の板厚は、たとえば５ｍｍ程度に選定されてよい。

具体例として、図３３（Ａ）に示す実施例（Ａ）ではθ＝２００ｍｍ、図３３（Ｂ）に示す実施例（Ｂ）ではθ＝１５０ｍｍに設定する。両実施例（Ａ），（Ｂ）のいずれも、誘電体膜９０を直径２５０ｍｍの円盤型に形成し、その膜厚プロファイルを、φ０〜１６０ｍｍでＤ＝８ｍｍ（フラット）、φ１６０〜２５０ｍｍでＤ＝８〜３ｍｍ（テーパ）に設定している。

図３４に図３３の実施例（Ａ），（Ｂ）によってそれぞれ得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す。図３４から、誘電体膜９０の一部を導電性のシールド板１００で覆うことにより、その覆った領域における誘電体膜９０の作用つまり電界強度低減効果を著しく低減またはキャンセルできることがわかる。したがって、シールド板１００の開口部１００ａの口径θを変えることによって（シールド板１００の部品交換により）、両電極１２，３８間の電界強度分布特性を調整することができる。

図３５〜図３８に、本発明の更なる実施例を示す。この実施例も、特に誘電体膜９０を上部電極３８に設ける構成に適用して好適である。図３５（Ａ）に示すように、この実施例では、上部電極３８の主面上で、誘電体膜９０よりも大きな径方向位置（口径ωの位置）から外側の電極部分３８ｆを、誘電体膜９０における電極間ギャップＧ₀よりも電極部分３８ｆにおける電極間ギャップＧ_fが小さくなるように、サセプタ１２側あるいはプラズマ生成空間側に向かって所望の突出量（張出量）ｈだけ張り出させる。

具体例として、図３５（Ａ）に示す実施例（Ａ）では、誘電体膜９０の直径が８０ｍｍ、膜厚プロファイルがφ０〜６０ｍｍでＤ＝３ｍｍ（フラット）、φ６０〜８０ｍｍでＤ＝３〜１ｍｍ（テーパ）である構成において、ω＝２６０ｍｍに設定し、誘電体膜９０における電極間ギャップＧ_oがＧ_o＝４０ｍｍに対して、ｈ＝１０ｍｍに設定し、外側電極張出部３８ｆにおける電極間ギャップＧ_fをＧ_f＝３０ｍｍにしている。なお、外側電極張出部３８ｆの張出段部を約６０゜に傾斜させている。この傾斜角は任意の大きさに選べる。

図３５（Ｂ）には、比較例として、上部電極３８に張出部３８ｆを設けずに実施例（Ａ）と同じ径サイズおよび同じ膜厚プロファイルの誘電体膜９０を設ける構成を示す。また、図３５（Ｃ）には、参考例として、上部電極３８に張出部３８ｆおよび誘電体膜９０のいずれも設けない構成を示す。図３５（Ｂ），（Ｃ）のいずれも電極間ギャップは径方向で一定であり、Ｇ_o＝４０ｍｍである。

図３６に、図３５の実施例（Ａ）で得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を上記比較例（Ｂ）および参考例（Ｃ）と対比して示す。図３６から、実施例（Ａ）のように、誘電体膜９０の径方向外側に張出部３８ｆを設けることにより、半導体ウエハＷのエッジ部付近の領域（図示の例では、中心から半径約９０ｍｍ〜１５０ｍｍの領域）で電界強度Ｅを高める方向に電界強度分布特性を制御または調整することができる。この張出部３８ｆによる電界強度分布制御の加減量は、張出量ｈで調整可能であり、好ましくはｈ＝１０ｍｍ以上としてよい。

また、図３７に示すように、外側電極張出部３８ｆの張出段部の位置（口径ωの値）を任意に選定することができる。具体的には、図３７（Ａ）の実施例ではω＝３５０ｍｍに設定し、図３７（Ｂ）の実施例ではω＝４００ｍｍに設定している。また、両実施例（Ａ）、（Ｂ）のいずれも、誘電体膜９０の膜厚プロファイルがφ０〜８０ｍｍでＤ＝８ｍｍ（フラット）、φ８０〜１６０ｍｍでＤ＝８〜３ｍｍ（テーパ）であり、誘電体膜９０における電極間ギャップＧ_oがＧ_o＝３０ｍｍに対して張出量ｈ＝１０ｍｍに設定し、外側電極張出部３８ｆにおける電極間ギャップＧ_fをＧ_f＝２０ｍｍにしている。また、外側電極張出部３８ｆの張出段部を約６０゜に傾斜させている。

図３７（Ｃ）には、参考例として、上部電極３８に張出部３８ｆを設けずに実施例（Ａ），（Ｂ）と同じ径サイズおよび同じ膜厚プロファイルの誘電体膜９０を設ける構成を示す。電極間ギャップは径方向で一定であり、Ｇ_o＝３０ｍｍである。

図３８に、図３７の実施例（Ａ），（Ｂ）でそれぞれ得られる酸化膜エッチングのエッチング速度（規格化値）分布特性を上記参考例（Ｃ）と対比して示す。主なエッチング条件として、ウエハ口径は３００ｍｍで、圧力は１５ｍTorr、処理ガスにＣ₄Ｆ₆／Ａｒ／Ｏ₂／ＣＯを使用した。図３８から、上部電極３８の主面上で外側電極張出部３８ｆの張出段部を半導体ウエハＷのエッジよりも径方向外側に設ける構成では、張出段部位置をウエハエッジに近づけるほど（ωを小さくするほど）ウエハエッジ付近の領域（図示の例では中心から半径約７０ｍｍ〜１５０ｍｍの領域）でエッチング速度（つまり電界強度またはプラズマ電子密度）を増大させる効果が大になることがわかる。

図３５〜図３８の実施例では、上記のように、上部電極３８の主面上で誘電体膜９０より径方向外側の電極部分をプラズマ生成空間に向かって張り出させる構成とした。反対に、図３９（Ａ）に示すように、上部電極３８の主面上で誘電体膜９０をプラズマ生成空間に向かって所望の突出量（張出量）ｋだけ張り出させる構成も可能である。具体例として、図３９（Ａ）の実施例では、誘電体膜９０の直径が２５０ｍｍでその膜厚プロファイルがφ０〜１６０ｍｍでＤ＝８ｍｍ（フラット）、φ１６０〜２５０ｍｍでＤ＝８〜３ｍｍ（テーパ）である構成において、テーパ面９０ａをサセプタ１２側に向けてｋ＝５ｍｍに設定し、誘電体膜９０における電極間ギャップＧ_mをＧ_m＝３５ｍｍとしている。誘電体膜９０よりも径方向外側の電極部分はフラット面で、電極間ギャップＧ_oはＧ_o＝４０ｍｍである。

図３９（Ｂ）には、比較例として、上部電極３８に実施例（Ａ）と同じ膜厚プロファイルの誘電体膜９０を張り出させずに逆さの向きで（テーパ９０ａを裏側に向けて）設けた構成を示す。また、図３９（Ｃ）には、参考例として、上部電極３８に誘電体膜９０を設けない構成を示す。図３９（Ｂ），（Ｃ）のいずれも電極間ギャップは径方向で一定であり、Ｇ_o＝４０ｍｍである。

図４０に、図３９の実施例（Ａ）で得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を上記参考例（Ｂ）および比較例（Ｃ）と対比して示す。図４０から、実施例（Ａ）のように、誘電体膜９０を張り出させることにより、そうしない場合（Ｂ）に比べて径方向の各位置で電界強度Ｅを強める方向に電界強度分布特性を制御または調整することができる。この張出部３８による電界強度分布制御の加減量は、張出量ｋで調整可能であり、好ましくはｋ＝５ｍｍ以上としてよい。

図４１に、上部電極３８の主面上で誘電体膜９０の径方向外側に張出部３８ｆを設ける構成の一変形例を示す。図示のように、誘電体膜９０のエッジ部を外側電極張出部３８ｆに連続させたり、誘電体膜９０のエッジ部も外側電極張出部３８ｆと一緒に張り出させたりする構成も可能である。

図４２〜図４５に、本発明の更に別の実施例を示す。この実施例では、図４２に示すように、上部電極３８の主面に設ける誘電体膜９０を内部に空洞１０４を有する中空の誘電体たとえば中空セラミックスで構成する。この実施例でも、中空誘電体９０において径方向中心部側の厚さをエッジ部側の厚さよりも大きくするプロファイルが好ましい。

この中空誘電体９０の空洞１０４の中には、流動性の誘電性物質ＮＺが所望の量だけ入れられる。空洞１０４内の誘電性流動体ＮＺは、その占有体積に応じて誘電体９０の一部を形成する。このような誘電性流動体ＮＺとしては、紛体等も可能であるが、特に有機溶剤（たとえばガルデン）が好ましい。空洞１０４に誘電性流動体ＮＺを出し入れするためのポートとして、たとえば複数本のパイプ１０６，１０８を電極３８の裏面側から空洞１０４の異なる箇所（たとえば中心部とエッジ部）に接続してよい。中空誘電体９０の空洞１０４に誘電性流動体ＮＺを入れるときは、図４２（Ｂ）に示すように、一方のパイプ１０６から誘電性流動体ＮＺを導入しながら、他方のパイプ１０６から空洞１０４内のエアーを抜く。空洞１０４内の誘電性流動体ＮＺの量を減らすときは、図４２（Ｃ）に示すように、一方のパイプ１０６からエアーを送り込みながら、他方のパイプ１０６から空洞１０４内の誘電性流動体ＮＺを抜けばよい。

図４３に、この実施例における一具体例を示す。中空誘電体９０全体は直径２１０ｍｍの円盤に形成され、厚みはφ０〜６０ｍｍでＤ＝６ｍｍ（フラット）、φ６０〜２１０ｍｍでＤ＝６〜３ｍｍ（テーパ）である。中空誘電体９０の空洞１０４は、厚みαが２ｍｍで、直径βが１８０ｍｍである。

図４４に、図４３の具体例で得られる電極間の径方向の電界強度分布特性を示す。図中、ε＝１の分布特性Ａは、図４２（Ａ）の状態つまり中空誘電体９０の空洞１０４を完全に空にして空気で満たした状態で得られるものである。また、ε＝２．５の分布特性Ｂは、図４２（Ｃ）の状態つまり中空誘電体９０の空洞１０４にガルデンを満杯に充填した状態で得られるものである。空洞１０４に入れるガルデンの量を調整することで、両特性Ａ，Ｂ間の任意の特性が得られる。

このように、この実施例では、中空誘電体９０の空洞１０４に入れる流動性の誘電性物質ＮＺの種類および量を変えることで、誘電体９０全体の誘電率ないし誘電性インピーダンスを可変制御することができる。

図４５に、この実施例における種々の変形例を示す。図４５（Ａ）の変形例は、誘電体９０のおもて面をセラミックス板９１で形成し、内側の空洞１０４においてセラミックス板９１と対向する壁面を上部電極３８の母材（アルミニウム）で形成する。つまり、上部電極３８の主面に誘電体９０の形状に応じた凹部３８ｃを形成し、この凹部３８ｃをセラミックス板９１で蓋をする構成である。セラミックス板９１の外周を封止するために、たとえばＯリング等のシール部材１１０を設けるのが好ましい。この場合には、凹部３８ｃまたは空洞１０４の形状が重要であり、やはり中心部側の厚みをエッジ部側の厚みよりも大きくする形状が好ましい。

図４５（Ｂ），（Ｃ）の構成例は、中空誘電体９０内で誘電性流動体ＮＺに割り当てるスペースまたは空洞１０４を特定の領域に限定または局所化するものである。たとえば、図４５（Ｂ）に示すように誘電体９０の中心部領域に空洞１０４のスペースを局在化する構成や、図４５（Ｃ）に示すようにセラミックス板９１の厚みを径方向で変化させて（中心部からエッジ部に向かって次第に小さくして）空洞１０４のスペースを相対的に誘電体９０の周辺部領域に局在化する構成等が可能である。このように、中空誘電体９０において空洞１０４のスペースを所望の領域ないし形状に規定することで、誘電性流動体ＮＺによる誘電率調整機能に種々のバリエーションをもたせることができる。

図４５（Ｄ）の構成例は、中空誘電体９０内の空洞１０４を複数の室に分割して各室毎に誘電性流動体ＮＺの出し入れや充填量を独立に制御するようにしたものである。たとえば、図示のように、セラミックス板９１に一体に形成した環状の隔壁板９１ａによって空洞１０４を中心部側の室１０４Ａと周辺部側の室１０４Ｂとに２分割することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上記実施形態および上記構成例におけるそれぞれの電極構造を組み合わせることも可能である。たとえば、上記実施形態による誘電体９０を有する電極構造と上記第１の構成例による凸部７０を有する電極構造または第２の構成例による凹部８０を有する電極構造とを組み合わせることも可能である。つまり、上記実施形態による電極構造をたとえば図１９のようにサセプタ１２に適用して上部電極３８には上記第１の構成例による電極構造（図２、図３）または上記第２の構成例による電極構造（図１５、図１６）を適用するアプリケーションや、上記実施形態による電極構造を図２０のように上部電極３８に適用してサセプタ１２には上記第１の構成例による電極構造（図２，図３）または上記第２の構成例による電極構造（図１５、図１６）を適用するアプリケーション等も可能である。もちろん、上記実施形態または上記第１または第２の構成例による電極構造を上部電極および下部電極の双方に適用するアプリケーションや、上記実施形態または上記第１または第２の構成例による電極構造を上部電極もしくは下部電極だけに適用し、他方の電極に従来一般の電極を用いるアプリケーション等も可能である。

また、上記実施形態におけるプラズマエッチング装置（図１）は、プラズマ生成用の１つの高周波電力をサセプタ１２に印加する方式であった。しかし、図示省略するが、本発明は上部電極３８側にプラズマ生成用の高周波電力を印加する方式や、上部電極３８とサセプタ１２とに周波数の異なる第１および第２の高周波電力をそれぞれ印加する方式（上下高周波印加タイプ）や、サセプタ１２に周波数の異なる第１および第２の高周波電力を重畳して印加する方式（下部２周波重畳印加タイプ）などにも適用可能であり、広義には減圧可能な処理容器内に少なくとも１つの電極を有するプラズマ処理装置に適用可能である。さらに、本発明は、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。

Claims (17)

1. 所定の口径を有する被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   前記被処理基板を収納する減圧可能な処理容器と、
   前記処理容器内に配設される第１の電極と、
   前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
   前記処理ガスのプラズマを生成するため、前記処理容器内に高周波電界を形成する高周波電界形成部と、
   前記第１の電極の主面に配設された誘電体と
   を具備し、
   前記誘電体は、前記処理容器内に配置される前記基板と同心状になるように前記誘電体の中心に形成され、前記基板の口径の１／１０以上の第１の直径および第１一定厚さを有する平坦な第１部分と、前記第１部分よりも外側に形成され且つ前記第１の直径よりも大きい第２の直径および前記第１一定厚さよりも小さい第２一定厚さを有する平坦な第２の部分とを含み、前記被処理基板に対する均一な処理を得るための理想的な膜厚プロファイルに擬した膜厚プロファイルを有する、
   プラズマ処理装置。
2. 前記第１の電極の前記主面と反対側の裏面から前記プラズマを生成するための高周波電力を供給する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記処理容器内で前記第１の電極と平行に向かい合って配設される第２の電極を有し、前記第２の電極の前記主面と反対側の裏面から前記プラズマを生成するための高周波電力を供給する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１の電極における前記誘電体が、電極中心部から電極エッジ部に向って厚さが次第に小さくなる第３部分を有する、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. 前記誘電体の前記第３部分は、径方向において前記第２部分よりも外側に形成される、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記第１の電極における前記誘電体の厚さが、前記被処理基板のエッジ部と対向する位置付近で最小になる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第１の電極における前記誘電体の第１部分の厚さを前記誘電体の誘電率に応じた値に設定する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記第１の電極の主面上に前記誘電体の一部を覆う導電性のシールド部材を設ける、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記シールド部材が、前記誘電体の少なくとも中心部を露出させる所望の口径の開口部を有する、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記シールド部材が前記第１の電極に着脱可能に取り付けられる、請求項８または請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記第１の電極の主面上で、前記誘電体の外周エッジよりも径方向外側に所望の距離だけ離れた位置から外側の電極部分を、前記プラズマが生成される空間に向かって所望の突出量だけ張り出させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記第１の電極の主面上で、前記誘電体を、前記プラズマが生成される空間に向かって所望の突出量だけ張り出させる、請求項１〜７のいずれか一項記載のプラズマ処理装置。
13. 前記第１の電極の主面において前記誘電体の内部に空洞を設け、前記空洞の中に流動性の誘電性物質を入れる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記空洞の中に前記誘電性の物質を出し入れするためのポートを前記第１の電極に少なくとも２箇所設ける、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記誘電性物質が有機溶剤である、請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記第１の電極の主面において前記誘電体の少なくともおもて面は固体で構成される、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
17. 所定の口径を有する被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の処理容器内に設けられる電極板であって、
    プラズマと対向する主面に誘電体を設け、
    前記誘電体が、前記処理容器内に配置される前記基板と同心状になるように前記誘電体の中心に形成され、前記基板の口径の１／１０以上の第１の直径および第１一定厚さを有する平坦な第１部分と、前記第１部分よりも外側に形成され且つ前記第１の直径よりも大きい第２の直径および前記第１一定厚さよりも小さい第２一定厚さを有する平坦な第２の部分とを含み、前記被処理基板に対する均一な処理を得るための理想的な膜厚プロファイルに擬した膜厚プロファイルを有する、電極板。

Images