JP2011155235A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用の電極 - Google Patents

Abstract

【課題】平行平板型の電極間においてプラズマの生成に消費される高周波による電界強度分布を制御するためのプラズマ処理装置用の電極の構造を提供する。
【解決手段】プラズマエッチング装置は、内部にてウエハＷをプラズマ処理する処理容器１００と、処理容器１００の内部にて互いに対向し、その間に処理空間を形成する上部電極１０５及び下部電極１１０と、上部電極１０５及び下部電極１１０の少なくともいずれかに接続され、処理容器１００の内部に高周波電力を出力する高周波電源１５０と、を有する。上部電極１０５及び下部電極１１０の少なくともいずれかは、板状の誘電体からなる基材１０５ａと、開口部を有し、基材１０５ａを覆う導電性カバー１０５ｂと、基材１０５ａとプラズマとの間に設けられた金属の第１の抵抗体１０５ｄと、を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、プラズマ処理装置に用いられる電極の構造及びその電極を用いたプラズマ処理装置に関する。より詳しくは、平行平板型の電極間においてプラズマの生成に消費される高周波による電界強度分布を制御するためのプラズマ処理装置用の電極の構造に関する。

プラズマの作用により被処理体上にエッチングや成膜等の微細加工を施す装置としては、容量結合型（平行平板型）プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理装置等が実用化されている。このうち、平行平板型プラズマ処理装置では、対向して設けられた上部電極及び下部電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加し、その電界エネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成し、生成された放電プラズマによって被処理体を微細加工する。

近年の微細化の要請に伴い、たとえば１００ＭＨｚの比較的高い周波数を持つ電力を供給し、高密度プラズマを生成することが不可欠になってきている。供給される電力の周波数が高くなると、高周波の電流が、表皮効果により電極のプラズマ側の表面を端部側から中心側に向かって流れる。これによれば、電極の中心側の電界強度が電極の端部側の電界強度より高くなる。このため、電極の中心側にてプラズマの生成に消費される電界エネルギーは、電極の端部側にてプラズマの生成に消費される電界エネルギーよりも大きくなり、電極の端部側よりも電極の中心側にてガスの電離や解離が促進される。この結果、中心側のプラズマの電子密度Ｎ_ｅは、端部側のプラズマの電子密度Ｎ_ｅより高くなる。プラズマの電子密度Ｎ_ｅが高い電極の中心側ではプラズマの抵抗率が低くなるため、対向電極においても電極の中心側に高周波（電磁波）による電流が集中して、さらにプラズマ密度の不均一が高まる。

これに対して、プラズマ密度の均一性を高めるために、電極のプラズマ面の中心部分にセラミックス等の誘電体を埋設することが提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

プラズマの均一性をより高めるために、誘電体をテーパ状に形成し、誘電体の厚みを中心から周辺に向かって薄くする方法も提案されている。図１６には、平行平板型プラズマ処理装置の上部電極の構成Ａ〜Ｄに対する電界強度の分布をシミュレーションした結果が示されている。上部電極９００の構成としては、（Ａ）アルミニウム（Ａｌ）等の金属により形成された基材９０５のプラズマ側の表面にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の絶縁層９１０を溶射した場合、（Ｂ）基材９０５及び絶縁層９１０に加え、基材９１０の中心に比誘電率ε＝１０で直径２４０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円柱状の誘電体９１５を埋め込んだ場合、（Ｃ）誘電体９１５をテーパ状（中心の厚み１０ｍｍ、端部の厚み３ｍｍ）に形成した場合、（Ｄ）誘電体９１５を段差状（一段目の直径８０ｍｍ、二段目の直径１６０ｍｍ、三段目の直径２４０ｍｍ）に形成した場合についてシミュレーションした。この結果、（Ａ）の誘電体がない場合、誘電体の中心部の電界強度は電極端部の電界強度より高くなった。これを、図１７Ａを参照しながら説明する。各条件での電界強度の最大値をＥｍａｘとしたときの電界強度分布をＥ／Ｅｍａｘとすると、電極９００の端部側から中心側に流れる高周波の電流に対して、電極９００のプラズマ側の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘは、中心部で強くなっていることが分かる。

一方、図１６の（Ｂ）に示した円柱状の誘電体９１５の場合、誘電体の下方の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが低くなった。これを、図１７Ｂを参照しながら説明すると、誘電体９１５のキャパシタンス成分Ｃと図示しないシースのキャパシタンス成分により分圧が生じ、電極９００の中心部の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが低下していることが分かる。ただし、誘電体９１５の端部にて電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘに不均一が生じている。

図１６の（Ｃ）のテーパ状の誘電体９１５を設けた場合、電極の端部から中央に向けて電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘの均一性が高められた。これを、図１７Ｃを参照しながら説明すると、誘電体９１５の端部では中心部よりキャパシタンス成分が大きくなるため、フラットな誘電体９１５を設けた場合より誘電体９１５の端部にて電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが低下しすぎず、均一な電界強度分布が得られたと考えられる。

図１６の（Ｄ）の段差状の誘電体９１５を設けた場合、図１６の（Ｃ）のテーパ状の誘電体９１５の場合に比べて電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘに段差が生じるが、図１６の（Ｂ）の円形状の誘電体９１５の場合に比べて均一な電界強度分布に制御できた。シミュレーションの結果、テーパ状の誘電体を設けた場合の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが最も均等であるため、プラズマが最も均一に生成される。

特開２００４−３６３５５２号公報

しかしながら、基材９０５にテーパ状の誘電体９１５を埋め込む場合、次のような課題が生じる。誘電体９１５と基材９０５との接合には、接着剤やネジが用いられる。このとき、基材９０５はアルミニウム等の金属から形成され、誘電体９１５はセラミックス等から形成されるため、線熱膨張差が生じる。これを考慮して部材間に適当な隙間を設ける必要がある。

ここで、誘電体９１５がテーパ状であると、機械加工上の精度によりテーパ部分での寸法精度が悪くなる。この結果、熱膨張差による応力集中が生じる。接合界面の寸法公差のバラツキや誘電体の厚みの違いにより熱伝導差が生じることによっても応力集中が生じる。この応力集中により接合界面の接着剤が剥離する。前記物質の熱膨張係数の違いによれば、熱膨張差による隙間管理が困難であるため、剥離した接着剤が隙間から出てくることによりチャンバ内の汚染の原因となる。また、セラミックス等の誘電体９１５の表面へ溶射された絶縁層９１０とアルミニウム等の基材９０５の表面へ溶射された絶縁層９１０とでは、アドヒジョン差によりセラミックス表面に溶射された物質の方が剥がれやすい。この結果、誘電体９１５に溶射された物質が剥離することによってもチャンバ内の汚染が発生する。

上記問題に鑑み、本発明は、プラズマ生成に消費される高周波の電界強度分布を制御することが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用の電極を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内部にて被処理体をプラズマ処理する処理容器と、前記処理容器の内部にて互いに対向し、その間に処理空間を形成する第１及び第２の電極と、前記第１及び第２の電極の少なくともいずれかに接続され、前記処理容器内に高周波電力を出力する高周波電源と、を備えるプラズマ処理装置であって、前記第１及び第２の電極の少なくともいずれかは、板状の誘電体からなる基材と、前記基材とプラズマとの間に設けられた金属の第１の抵抗体と、を含むプラズマ処理装置が提供される。

これによれば、高周波の電流が導電性カバーの金属表面を流れる際、導電性カバーの開口部にある誘電体の基材に応じたキャパシタンスにより高周波のエネルギーに分散が生じる。よって、誘電体にて基材を形成した場合、金属にて基材を形成した場合に比べて導電性カバーの開口部にて高周波の電界強度分布を低下させることができる。これに加えて、本発明に係る電極によれば、前記基材とプラズマとの間に金属の第１の抵抗体が設けられる。これにより、第１の抵抗体が設けられた位置及び形状により高周波の電界強度分布の変化の程度を制御することができる。この結果、高周波の電流は、導電性カバーの金属表面を流れるとともに第１の抵抗体の表皮にも流れる。高周波のエネルギーの一部は、電流が第１の抵抗体を流れる間に第１の抵抗体の抵抗値に応じたジュール熱に変換され、消費され、電流と抵抗に応じた電位分布が発生する。これにより、第１の抵抗体が配置された位置では、高周波の電界強度分布を徐々に下げることができる。

電極側のインピーダンスが大きければ大きいほど、プラズマに消費可能な電界エネルギーは小さくなる。よって、本発明に係る電極によれば、電極の中心側のインピーダンスを電極の端部側のインピーダンスより徐々に大きくするように、導電性カバーの形状及び第１の抵抗体の位置や形状が定められる。たとえば、第１の抵抗体をパターン化することにより、電極下部の電界強度を制御することができ、プラズマ密度Ｎ_ｅが均一なプラズマを生成することができる。

これによれば、誘電体をテーパ状にする必要がないので、機械的加工の点でコストを低減することができる。また、従来、テーパ部分での寸法公差のバラツキや誘電体の厚みの違いにより、応力集中が生じて接着剤や溶射物質が剥離してチャンバ内の汚染の原因となっていた。しかしながら、かかる構成によれば、誘電体をテーパ状にする必要がないので、接着剤や溶射物質の剥離を低減しチャンバ内の汚染を抑制することができる。

また、電極のほぼ全体を同一物質（誘電体）にて構成することにより、均熱性を高め、応力集中を抑制することができる。また、基材に金属を溶射する場合、基材に誘電体を溶射する場合に比べて密着性を高めることができる。したがって、本発明に係る電極によれば、誘電体の基材に金属の導電性カバー及び第１の抵抗体を溶射等するため、導電性カバー及び第１の抵抗体と基材との密着性を高め、高周波電力の伝搬効率を高めることができる。

さらに、図３（ａ）に参考例を示したように、電極９０５の基材９０５ａをアルミニウム等の金属にて形成すると、ガス穴９２０の内部壁面にてアルミニウムの金属面がプラズマに露出し、この金属面に電界が集中してガス穴９２０の近傍にて異常放電が生じることがある。このため、基材９０５ａが金属の場合にはガス穴９２０にアルミナ等の誘電体で形成されたスリーブ９２５を装着する必要があり、部品点数が増えてコスト高となる。一方、図３（ｂ）に示したように、電極の基材を誘電体にて形成すると、ガス穴２１０の内部壁面に金属が露出しないため異常放電の問題が生じない。これにより、ガス穴へのスリーブの装着を不要とし、コストを軽減することができる。

開口部を有し、前記基材を覆う導電性カバーを更に備えていてもよい。

前記第１の抵抗体は、パターン化されていてもよい。

前記基材のプラズマ側の面にて前記基材を覆う誘電体カバーを備え、前記第１の抵抗体は、前記誘電体カバーに埋設されていてもよい。

前記誘電体カバーは、溶射、テープ又はシート状部材の貼り付け、イオンプレーティング、メッキのいずれかにより形成されていてもよい。

前記第１の抵抗体は、所定の間隔に離隔された複数のリング状の部材又は所定の間隔に離隔された複数の島状の部材を有していてもよい。

前記所定の間隔は、該間隔のインピーダンス１／Ｃωが前記第１の抵抗体の抵抗Ｒより大きくなるように設定されてもよい。

前記基材とプラズマとの間に金属の第２の抵抗体をさらに有していてもよい。

前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体とのシート抵抗値の総和は、２０Ω／□〜２０００Ω／□の範囲の値であってもよい。

前記離隔された第１の抵抗体の間には、前記第１の抵抗体の厚さより薄い第３の抵抗体が嵌入されていてもよい。

前記第１及び第２の電極のいずれかに１３ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内のプラズマ生成用の高周波電力を供給してもよい。

前記第１の抵抗体を有する電極は、上部電極であり、前記第１の抵抗体の離隔された部分にガス供給管を通してもよい。

前記第１の抵抗体は溶射により形成されていてもよい。

前記第２の抵抗体は溶射により形成されていてもよい。

前記第２の抵抗体の溶射は、酸化チタンを含有した複合抵抗体を用いて行われてもよい。

前記第１の抵抗体の溶射は、前記基材の少なくともプラズマ空間側の面に対向する面を一部残して行われてもよい。

前記基材は、前記基材の外周面側から前記基材を支持し、前記基材を前記処理容器に固定する導電体のクランプに電気的に接続されてもよい。

前記第２の抵抗体のシート抵抗値は、２０Ω／□〜２０００Ω／□の範囲の値であってもよい。

前記第１の抵抗体のシート抵抗値は、２×１０^−４Ω／□〜２０Ω／□の範囲の値であってもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、印加された高周波電力によりガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置用の電極であって、前記電極は、互いに対向し、その間にプラズマ処理空間を形成する第１及び第２の電極のうちの少なくともいずれかであり、板状の誘電体からなる基材と、開口部を有し、前記基材を覆う導電性カバーと、前記基材とプラズマとの間に設けられた金属の第１の抵抗体と、を含むプラズマ処理装置用の電極が提供される。

以上説明したように、本発明によれば、プラズマ生成に消費される高周波の電界強度分布を制御することができる。

本発明の一実施形態にかかるＲＩＥプラズマエッチング装置の縦断面図である。 上記装置にかかる高周波の電流を説明するための図である。 上記装置のガス穴近傍を示した図である。 抵抗体の抵抗値に応じた電界強度分布を示した図である。 低抵抗の抵抗体を設けた場合の電界強度分布を示した図である。 中抵抗の抵抗体を設けた場合の電界強度分布を示した図である。 高抵抗の抵抗体を設けた場合の電界強度分布を示した図である。 パターン化された抵抗体を設けた場合の電界強度分布を示した図である。 抵抗体のパターン化の一例を示した図である。 第１の抵抗体（パターン化された抵抗体）及び第２の抵抗体（一体型抵抗体）を設けた場合の電界強度分布を示した図である。 第１の抵抗体及びび第３の抵抗体（継ぎ目の抵抗体）を設けた場合の電界強度分布を示した図である。 第１の抵抗体（０．５Ω／□）、１００ＭＨｚに対して第３の抵抗体の厚みを変化させた場合の電界強度分布を示した図である。 第１の抵抗体（５Ω／□）、１００ＭＨｚに対して第３の抵抗体の厚みを変化させた場合の電界強度分布を示した図である。 第１の抵抗体（５０Ω／□）、１００ＭＨｚに対して第３の抵抗体の厚みを変化させた場合の電界強度分布を示した図である。 第１の抵抗体（５Ω／□）、１３ＭＨｚに対して第３の抵抗体の厚みを変化させた場合の電界強度分布を示した図である。 第１の抵抗体（５０Ω／□）、１３ＭＨｚに対して第３の抵抗体の厚みを変化させた場合の電界強度分布を示した図である。 第１の抵抗体の中央を開口させた場合の電界強度分布を示した図である。 誘電体の形状を変化させた場合の電界強度分布を示した従来例である。 誘電体及び抵抗体がない場合の電界強度分布を示した従来例である。 誘電体があって抵抗体がない場合の電界強度分布を示した従来例である。 テーパ状の誘電体があって抵抗体がない場合の電界強度分布を示した従来例である。 導電性カバーを有しない電極の変形例を示した図である。 本発明の変形例にかかるＲＩＥプラズマエッチング装置の縦断面図である。 溶射により形成された抵抗体を含む電極の断面図である。 基材の外周面側から基材を固定するクランプ周辺の断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。

なお、以下に示す順序に従って本発明に係る第１実施形態及び変形例について説明する。
〔１〕プラズマ処理装置の全体構成
〔２〕抵抗体と電界強度分布との関係
〔２−１〕誘電体及び抵抗体がない場合
〔２−２〕抵抗体がない場合
〔２−３〕抵抗体が低抵抗の場合
〔２−４〕抵抗体が中抵抗の場合
〔２−５〕抵抗体が高抵抗の場合
〔３〕抵抗体の形状や組合せと電界強度分布との関係
〔３−１〕第１の抵抗体（パターン化された抵抗体）の場合
〔３−２〕第１の抵抗体と第２の抵抗体（一体型抵抗体）の場合
〔３−３〕第１の抵抗体と第３の抵抗体（継ぎ目抵抗体）の場合
〔３−３−１〕周波数を変化させた場合の電界強度分布
〔３−３−２〕厚み違い抵抗体（第１及び第３の抵抗体）の電界強度分布
〔３−４〕中央が開口された第１の抵抗体の場合
〔４〕変形例

〔１〕プラズマ処理装置の全体構成
まず、本発明の一実施形態に係る電極を有するプラズマ処理装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電極を上部電極に用いたＲＩＥプラズマエッチング装置（平行平板型プラズマ処理装置）を示す。ＲＩＥプラズマエッチング装置１０は、高周波のエネルギーによりプラズマを生成し、ウエハＷをプラズマ処理するプラズマ処理装置に相当する。

ＲＩＥプラズマエッチング装置１０は、ゲートバルブＶから搬入したウエハＷを内部にてプラズマ処理する処理容器１００を有する。処理容器１００は、小径の上部円筒状チャンバ１００ａと大径の下部円筒状チャンバ１００ｂとから形成されている。処理容器１００は、たとえばアルミニウム等の金属から形成され、接地されている。

処理容器の内部には、上部電極１０５及び下部電極１１０が対向して配設され、これにより、一対の平行平板電極を構成している。上部電極１０５は、基材１０５ａ、導電性カバー１０５ｂ、誘電体カバー１０５ｃ及び第１の抵抗体１０５ｄを有している。基材１０５ａは、たとえばアルミナや石英等の誘電体（セラミックス）から形成された板状部材である。導電性カバー１０５ｂは、開口部を有し、基材１０５ａを覆っている。導電性カバー１０５ｂは、たとえばアルミニウム、カーボン、チタン、タングステン等の金属から形成されている。導電性カバー１０５ｂは、溶射、テープ又はシート状部材の貼り付け、イオンプレーティング、メッキのいずれかにより、基材１０５ａに密着させて数十μｍの厚さに形成される。

第１の抵抗体１０５ｄは、基材１０５ａとプラズマとの間に設けられている。第１の抵抗体１０５ｄは、たとえばアルミニウム、カーボン、チタン、タングステン等であって後述する中抵抗の金属から形成されている。第１の抵抗体１０５ｄは、リング状に３分割されたシート状の抵抗体である。この形状は、第１の抵抗体１０５ｄのパターン化の一例である。第１の抵抗体１０５ｄは、基材１０５ａのプラズマ側の面に密着して誘電体カバー１０５ｃに埋設されている。なお、第１の抵抗体１０５ｄは、誘電体カバー１０５ｃから露出していてもよい。上部電極１０５の表面には、アルミナが溶射されている。

上部電極１０５には、複数のガス穴１０５ｅが貫通していてシャワープレートとしても機能するようになっている。つまり、ガス供給源１１５から供給されたガスは、処理容器内のガス拡散空間Ｓにて拡散された後、複数のガス穴１０５ｅから処理容器内に導入される。なお、図１では、上部電極１０５の端部側のみにガス穴１０５ｅを設けているが、当然に中心部側にもガス穴１０５ｅが設けられている。その際は、基材１０５ａ、第１の誘電体１０５ｂ、絶縁層１０５ｃ及び第１の抵抗体１０５ｄを貫通するようにガス穴１０５ｅが設けられる。

下部電極１１０は、基材１１０ａを有している。基材１１０ａは、アルミニウム等の金属から形成されていて、絶縁層１１０ｂを介して支持台１１０ｃにより支持されている。これにより、下部電極１１０は電気的に浮いた状態になっている。なお、支持台１１０ｃの下方部分は、カバー１１３にて覆われている。支持台１１０ｃの下部外周には、バッフル板１２０が設けられていて、ガスの流れを制御する。

基材１１０ａには、冷媒室１１０ａ１が設けられていて、冷媒導入管１１０ａ２のイン側から導入された冷媒が、冷媒室１１０ａ１を循環し、冷媒導入管１１０ａ２のアウト側から排出されることにより、基材１１０ａを所望の温度に制御するようになっている。

基材１１０ａの上面には、静電チャック機構１２５が設けられていて、その上にウエハＷを載置するようになっている。静電チャック機構１２５の外周には、たとえばシリコンにて形成されたフォーカスリング１３０が設けられていて、プラズマの均一性を維持する役割を果たしている。静電チャック機構１２５は、アルミナ等の絶縁部材１２５ａに金属シート部材の電極部１２５ｂを介在させた構成を有する。電極部１２５ｂには、直流電源１３５が接続されている。直流電源１３５から出力された直流電圧が電極部１２５ｂに印加されることにより、ウエハＷは下部電極１１０に静電吸着される。

基材１１０ａは、第１の給電線１４０を介して第１の整合器１４５及び第１の高周波電源１５０に接続されている。処理容器内のガスは、第１の高周波電源１５０から出力された高周波の電界エネルギーにより励起され、これにより生成された放電型のプラズマによってウエハＷにエッチング処理が施される。

図２に示したように、第１の高周波電源１５０から、たとえば１００ＭＨｚの高周波電力が下部電極１１０に印加されると、表皮効果により高周波の電流は、下部電極１１０の表面を伝搬して、下部電極１１０の上部表面を端部から中央部に向けて伝搬する。これによれば、下部電極１１０の中心側の電界強度が下部電極１１０の端部側の電界強度より高くなり、下部電極１１０の中心側では端部側よりガスの電離や解離が促進される。この結果、下部電極１１０の中心側のプラズマの電子密度Ｎ_ｅは、端部側のプラズマの電子密度Ｎ_ｅより高くなる。プラズマの電子密度Ｎ_ｅが高い下部電極１１０の中心側ではプラズマの抵抗率が低くなるため、対向する上部電極１０５においても上部電極１０５の中心側に高周波による電流が集中して、さらにプラズマ密度の不均一が高まる。しかしながら、本実施形態に係るプラズマエッチング装置１０では、上部電極１０５には、基材１０５ａ及び第１の抵抗体１０５ｄが設けられている。これにより、第１の抵抗体１０５ｄのパターンに応じて基材１０５ａのキャパシタンス成分とシースのキャパシタンス成分とに分圧が生じ、中心部のプラズマ密度が周辺部のプラズマ密度より高い上記現象を解消し、プラズマ密度の均一性を図ることができる。このメカニズムについては後述する。なお、上部電極１０５の金属面を伝搬した高周波の電流は、処理容器１００を通ってグラウンドに流れる。

再び図１に戻って、第１の給電線１４０から分岐した第２の給電線１５５には、第２の整合器１６０及び第２の高周波電源１６５が接続されている。第２の高周波電源１６５から出力された、たとえば３．２ＭＨｚの高周波はバイアス電圧として下部電極１１０へのイオンの引き込みに使われる。

処理容器１００の底面には排気口１７０が設けられ、排気口１７０に接続された排気装置１７５を駆動することにより、処理容器１００の内部を所望の真空状態に保つようになっている。上部チャンバ１００ａの周囲には、マルチポールリング磁石１８０ａ、１８０ｂが配置されている。マルチポールリング磁石１８０ａ、１８０ｂは、複数の異方性セグメント柱状磁石がリング状の磁性体のケーシングに取り付けられていて、隣接する複数の異方性セグメント柱状磁石同士の磁極の向きが互いに逆向きになるように配置されている。これにより、磁力線が隣接するセグメント磁石間に形成され、上部電極１０５と下部電極１１０との間の処理空間の周辺部のみに磁場が形成され、処理空間にプラズマを閉じこめるように作用する。

図３（ａ）に参考例を示したように、電極９０５の基材９０５ａをアルミニウム等の金属にて形成すると、ガス穴９２０の内部壁面にてアルミニウムの金属面がプラズマに露出する。このため、この金属面に電界が集中してガス穴９２０の近傍にて異常放電が生じることがある。これを防止するために、基材９０５ａが金属の場合にはガス穴９２０にアルミナ等の誘電体で形成されたスリーブ９２５を装着する必要があり、部品点数が増えてコスト高となる。一方、図３（ｂ）に示したように、本実施形態に係る上部電極１０５の構成では、ガス穴２１０の内部壁面には誘電体の基材１０５ａが露出し、金属面は露出しない。このため、異常放電の問題が生じない。これにより、従来のようにガス穴へのスリーブの装着を不要とし、コストを軽減することができる。

〔２〕抵抗体と電界強度分布との関係
次に、上部電極１０５に設けられた誘電体の基材１０５ａ及び第１の抵抗体１０５ｄの機能について説明する前に誘電体及び抵抗体を用いた電界強度の制御について、図４、図５Ａ，図５Ｂ及び図５Ｃを参照しながら説明する。図５Ａでは、誘電体３０５ｂが、金属の基材３０５ａに埋め込まれている。金属のシート状の抵抗体３０５ｄは、誘電体３０５ｂのプラズマ側の面の近傍にて誘電体カバー３０５ｃに埋設されている。このとき、抵抗体３０５ｄは、上部電極１０５の下部の電界強度分布に次のような影響を及ぼす。これを証明するために発明者が行ったシミュレーションの結果を図４に示す。なお、シミュレーション条件としては、全てのシミュレーションに対してプラズマの抵抗ρを１．５Ωｍに設定した。また、特に言及がない限り、供給される高周波電力の周波数を１００ＭＨｚに設定した。また、以下において抵抗体のシート抵抗は、シート状の抵抗体の単位面積当たりの抵抗値（Ω／□）にて表わされる。

発明者は、まず、誘電体３０５ｂ及び抵抗体３０５ｄを有しない場合（図１７Ａ）、抵抗体３０５ｄが低抵抗（０．００２Ω／□、２Ω／□）の場合、抵抗体３０５ｄが中抵抗（２００Ω／□）の場合、抵抗体３０５ｄが高抵抗（２０，０００Ω／□）の場合についてシミュレーションを実行した。

〔２−１〕誘電体及び抵抗体がない場合
誘電体３０５ｂ及び抵抗体３０５ｄが存在しない電極の場合（図１７Ａ）の電界強度分布について説明する。以下では、各条件での電界強度の最大値をＥｍａｘとしたときの電界強度分布をＥ／Ｅｍａｘで示す。図４のＡグループに属する誘電体なし／抵抗体なしの場合のシミュレーション結果からも明らかなように、上部電極９００の端部側から中心側に流れる高周波の電流に対して上部電極の下部の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘは、中心部で強くなる。

〔２−２〕抵抗体がない場合
誘電体９１５のみが設けられ、抵抗体が存在しない電極の場合（図１７Ｂ）、誘電体なし／抵抗体なしの場合に比べて上部電極９００の中央部の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが低くなった。これによれば、高周波の電流が上部電極９００の金属表面を流れる際、上部電極９００の中心部に設けられた誘電体９１５の容積に応じたキャパシタンス成分とシースのキャパシタンス成分とにより分圧が生じ、誘電体下部にて高周波の電界強度に分散が生じたためである。

電界強度分布を改善するために、図１６の（Ｃ）に示したように、誘電体９１５をテーパ状にすることは既に提案され、既知の技術となっている。この場合、図１７Ｃに示したように、上部電極９００の端部から中央に向けて電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘの均一性が高められた。これは、誘電体９１５の端部では中心部よりキャパシタンス成分Ｃが大きくなるため、フラットな誘電体９１５を設けた場合より誘電体９１５の端部にて電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが低下しすぎず、均一な電界強度分布が得られたと考えられる。

しかしながら、誘電体９１５をテーパ状に形成すると、アルミニウムの基材に対する誘電体の熱膨張差が大きく、接合面にて応力が集中し、また接合界面の寸法公差のバラツキによる熱伝導のバラツキが生じて接合面の隙間からゴミが生じる。また、誘電体面と金属面の違いにより溶射の付着性の差が生じて溶射物が剥がれる。これらはチャンバ内の汚染の原因となり、製品の歩留まりを低下させていた。そこで、発明者は、誘電体９１５をテーパ状に形成する替わりに、フラット形状の誘電体３０５ｂに加え、誘電体カバー３０５ｃに抵抗体３０５ｄを埋め込んだ。抵抗体３０５ｄの作用及び効果について以下に説明する。

〔２−３〕抵抗体が低抵抗の場合
抵抗体３０５ｄが低抵抗（０．００２Ω／□、２Ω／□）の場合、図４のシミュレーション結果では、誘電体及び抵抗体がない場合と同じＡグループの結果となった。この場合、図５Ａに示したように、高周波の電流Ｉは、上部電極１０５の基材３０５ａの金属表面を端部から中心部に向かって流れる。これと同時に、高周波の電流Ｉは、抵抗体３０５ｄの金属表面を端部から中心部に向かって流れる。

ここで、基材３０５ａの金属表面から抵抗体３０５ｄの端部までの間隔は、高周波電力のスキンデプスより小さい。スキンデプスとは、導電体の表面部分を実質的に高周波の電流が通過する表皮の厚さを示す。よって、本実施形態のように基材３０５ａから抵抗体３０５ｄまでのギャップがスキンデプスより小さければ、高周波の電流Ｉは、抵抗体３０５ｄの表面を流れることができる。一方、前記ギャップがスキンデプスを超えれば、高周波の電流Ｉは、抵抗体３０５ｄの表面を流れることができない。なお、スキンデプスは次の式から定義される。
δ＝（２／ωσμ）^１／２
ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率

抵抗体３０５ｄは低抵抗であるため、抵抗体３０５ｄの中心位置ＰＣと端部位置ＰＥとはほぼ等電位になり、抵抗体３０５ｄの金属表面を流れる電流量は、基材３０５ａの金属表面を流れる電流量とほぼ同等となると考えられる。この結果、プラズマ側から見ると、基材３０５ａと抵抗体３０５ｄとは一体として見え、誘電体３０５ｂは存在しないに等しくなる。つまり、誘電体３０５ｂは、抵抗体３０５ｄにより遮断されるため、誘電体３０５ｂのキャパシタンス成分Ｃによっては高周波の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘを低下させることができず、誘電体３０５ｂ及び抵抗体３０５ｄがない場合（図１７Ａ）と同様の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘとなる。

〔２−４〕抵抗体が中抵抗の場合
一方、抵抗体３０５ｄが中抵抗（２００Ω／□）の場合、図４のシミュレーション結果では、テーパ状の誘電体が存在する場合（図１７Ｃ）と同じＢグループの結果となった。この場合、図５Ｂに示したように、高周波の電流Ｉは、上部電極１０５の基材３０５ａの金属表面を端部から中心部に向かって流れる。これと同時に、高周波の電流Ｉは、抵抗体３０５ｄの金属表面を端部から中心部に向かって流れる。

このとき、抵抗体３０５ｄは中抵抗である。このため、抵抗体３０５ｄの中心位置ＰＣと端部位置ＰＥとには電位差が生じ、高周波のエネルギーの一部は、電流が抵抗体３０５ｄを流れる間に抵抗体３０５ｄの抵抗値Ｒに応じたジュール熱に変換され、消費され、電流と抵抗に応じた電位分布が発生する。このようにして、抵抗体３０５ｄが中抵抗である場合、高周波の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘを徐々に下げることができる。

つまり、インピーダンスを制御したい部分のみに金属の抵抗体のパターンを形成することにより、上部電極１０５の中心側のインピーダンスＺ（＝Ｃ＋Ｒ）を上部電極１０５の端部側のインピーダンスＺ（＝Ｃ）より徐々に大きくすることができる。電極側のインピーダンスが大きければ大きいほど、プラズマに消費可能な電界エネルギーは小さくなる。これにより、図５Ｂに示したように、上部電極１０５の中心側と端部との電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘを均一にすることができる。この結果、テーパ状の誘電体を使用しなくても、円柱状の誘電体３０５ｂ及び抵抗体３０５ｄを用いて、テーパ状の誘電体を用いた場合と同じように電子密度Ｎ_ｅが一様なプラズマを生成することができる。

〔２−５〕抵抗体が高抵抗の場合
抵抗体３０５ｄが高抵抗（２０，０００Ω／□）の場合、図４のシミュレーション結果では、誘電体あって抵抗体が存在しない場合（図１７Ｂ）と同じＣグループの結果となった。この場合、図５Ｃに示したように、高周波の電流Ｉは、上部電極１０５の基材３０５ａの金属表面を端部から中心部に向かって流れる。しかし、抵抗体３０５ｄが高抵抗であるため、抵抗体３０５ｄは絶縁物と同様に作用し、高周波の電流Ｉは、抵抗体３０５ｄの金属表面を流れない。この結果、プラズマ側からは、図１７Ｂの誘電体のみが存在する場合と同様に誘電体３０５ｂのキャパシタンス成分Ｃだけが見え、電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘは電極中央にて低くなり、誘電体端部にて不均一になる。

以上の結果から、抵抗体３０５ｄのシート抵抗値を、低抵抗（２Ω／□）より大きく、高抵抗（２００００Ω／□）より小さい値として、２０Ω／□〜２０００Ω／□の中抵抗値に設定すると好ましいことが分かる。この結果を利用して、本実施形態に係る上部電極１０５では、誘電体の基材１０５ａの下部に中抵抗の第１の抵抗体１０５ｄを設ける。また、第１の抵抗体１０５ｄには、インピーダンスを制御したい部分のみに金属のパターンが形成される。

〔３〕抵抗体の形状や組合せと電界強度分布との関係
次に、発明者は、抵抗体の形状や組合せの適正化を図るために、抵抗体の形状や組合せが電界強度分布にどのように影響を与えるかのシミュレーションを実行した。

〔３−１〕第１の抵抗体（パターン化された抵抗体）の場合
初めに、発明者は、第１の抵抗体１０５ｄを図６（ａ）及び図７（ａ）に示したようにパターン化した。図６（ａ）の１−１断面は、図７（ａ）の右半分を示す。第１の抵抗体１０５ｄは、リング状に３分割されている。外側のリング状部材１０５ｄ１の直径φは２４０ｍｍであり、中央のリング状部材１０５ｄ２の直径φは１６０ｍｍであり、内側の円形部材１０５ｄ３の直径φは８０ｍｍである。各部材は、所定の間隔だけ等間隔に離隔されている。所定の間隔は、該間隔のインピーダンス１／Ｃωが第１の抵抗体１０５ｄの抵抗Ｒより大きくなるように設定される。

図６（ｂ）のシミュレーション結果によれば、第１の抵抗体１０５ｄが低抵抗（０．００２Ω／□、２Ω／□）又は中抵抗（２００Ω／□）の場合、図１６の（Ｄ）に示した段付きの誘電体９１５を設けた場合に近い電界強度分布になった。プラズマ側からは、基材１０５ａの露出部分のキャパシタンス成分Ｃ、第１の抵抗体１０５ｄの抵抗成分Ｒ１及び第１の抵抗体１０５ｄの金属間に生じるリアクタンス成分Ｘ１が見え、これにより、上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘを低下させることによって分布全体を図６（ｂ）に示したように均一に分布させ、均一なプラズマを生成することができる。一方、第１の抵抗体１０５ｄが高抵抗（２０，０００Ω／□）の場合、低抵抗及び中抵抗の場合より第１の抵抗体１０５ｄの端部付近にて電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘの不均一が見られた。

なお、第１の抵抗体１０５ｄは、図７（ａ）に示したように、所定の間隔に離隔された複数のリング状部材として形成される替わりに、図７（ｂ）のように所定の間隔に離隔された略正方形の複数の島状部材であってもよく、図７（ｃ）のように所定の間隔に離隔された円形の複数の島状部材であってもよい。いずれの場合も、前述したとおり、所定の間隔は、該間隔のインピーダンス１／Ｃωが第１の抵抗体１０５ｄの抵抗Ｒより大きくなるように設定される。

〔３−２〕第１の抵抗体と第２の抵抗体（一体型抵抗体）の場合
次に、発明者は、図８（ａ）に示したように、リング状に三分割した第１の抵抗体１０５ｄに加え、基材１０５ａとプラズマの間に一体型（シート状）の第２の抵抗体１０５ｆを設けた。図８（ａ）では、第２の抵抗体１０５ｆは、第１の抵抗体１０５ｄの下方にて誘電体カバー１０５ｃに埋設されているが、第１の抵抗体１０５ｄの上方にて誘電体カバー１０５ｃに埋設されていてもよい。第２の抵抗体１０５ｆは、誘電体カバー１０５ｃから露出した状態で誘電体カバー１０５ｃのプラズマ側の面に密着して設けられていてもよい。

これによれば、第２の抵抗体１０５ｆが低抵抗（０．０１Ωｍ）の場合、図８（ａ）に示したように、プラズマ側からは、基材１０５ａの露出部分のキャパシタンス成分Ｃ、第１の抵抗体１０５ｄの抵抗成分Ｒ１、第１の抵抗体１０５ｄのギャップ部分のリアクタンス成分Ｘ１及び第２の抵抗体１０５ｆの抵抗成分Ｒ２が見える。これにより、図８（ｂ）の上のグラフに示したように、上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘをなだらかに低下させることができる。

また、第２の抵抗体１０５ｆが高抵抗（１Ωｍ）の場合にも、図８（ｂ）の下のグラフに示したように、上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘを低下させることによって、上部電極１０５の端部と中央部との電界強度分布を均一にすることができる。第２の抵抗体１０５ｆが高抵抗の場合、抵抗成分Ｒ２が大きいため、第２の抵抗体１０５ｆが低抵抗の場合に比べて、プラズマ側からは第２の抵抗体１０５ｆが絶縁物化して見えている。なお、第２の抵抗体１０５ｆを高抵抗なものと低抵抗なものとを複数組み合わせて用いてもよい。

このように、基材１０５ａとプラズマとの間に、第１の抵抗体１０５ｄとともに一体型の第２の抵抗体１０５ｆを設けた場合、第１の抵抗体１０５ｄと第２の抵抗体１０５ｆとのシート抵抗値の総和を低抵抗（２Ω／□）より大きく、高抵抗（２００００Ω／□）より小さい値として、２０Ω／□〜２０００Ω／□にすると好ましい。

〔３−３〕第１の抵抗体と第３の抵抗体（継ぎ目抵抗体）の場合
〔３−３−１〕周波数を変化させた場合の電界強度分布
つぎに、第１の抵抗体と第３の抵抗体（継ぎ目抵抗体）との組合せ電極において周波数を変化させた場合の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘの変化について説明する。発明者は、図９（ａ）に示したように、リング状に三分割した第１の抵抗体１０５ｄに加え、三分割された第１の抵抗体１０５ｄのギャップに第３の抵抗体１０５ｇを嵌入した。つまり、第３の抵抗体１０５ｇは、第１の抵抗体１０５ｄの継ぎ目に設けられ、隣接する第１の抵抗体１０５ｄ同士を連結する。

このときの条件としては、第１の抵抗体１０５ｄは、幅D１＝２００μｍ、直径φ＝１６０ｍｍ，２４０ｍｍ、８０ｍｍのリング状又は円形状部材であって、その抵抗値を２Ω／□に設定した。第３の抵抗体１０５ｇの抵抗値は、２００Ω／□、２０００Ω／□、２００００Ω／□を設定し、それぞれの場合についてシミュレーションを行った。その結果を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）には、プラズマ励起用の第１の高周波電源１５０から出力される高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、１３ＭＨｚ、２ＭＨｚに設定した場合が示されている。

これによれば、周波数が２ＭＨｚ→１３ＭＨｚ→１００ＭＨｚと高くなるにつれ、上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘは低下する傾向を示している。この傾向は、第３の抵抗体１０５ｇの抵抗値を２００Ω／□、２０００Ω／□、２００００Ω／□と変化させても変わらなかった。これについて考察すると、キャパシタンスＣは１／ｊωＣで示され、周波数ｆ（ω＝２πｆ）に依存するのに対して、レジスタンスＲは、周波数に依存しない。よって、誘電体３０５ｂのキャパシタンス成分ＣによるインピーダンスＺは、周波数が上がると減少する。一方、レジスタンスＲは、周波数に拘わらず一定である。よって、全体のインピーダンスＺの周波数特性は、周波数が上がると減少し、第１の抵抗体１０５ｄ及び第３の抵抗体１０５ｇに高周波の電流が流れやすくなる。図９（ｂ）の結果では、第３の抵抗体１０５ｇが高抵抗であるほど、キャパシタンスＣ及びレジスタンスＲによる電界強度の低下が発揮され、上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘは低下する。また、周波数が高いほど第１及び第３の抵抗体に高周波の電流が流れて、電界強度の低下が発揮され、第３の抵抗体１０５ｇの抵抗値が低くなっても上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘは低下し、電極下方での電界強度の均一性を図ることができる。

〔３−３−２〕厚み違い抵抗体（第１及び第３の抵抗体）の電界強度分布
次に、発明者は、図１０（ａ）に示したように、リング状に三分割した第１の抵抗体１０５ｄの幅Ｌ（ギャップ）を変化させるとともに、第３の抵抗体１０５ｇの厚さＤ２を変化させてシミュレーションを行った。このときの条件としては、第１の抵抗体１０５ｄは、幅D１＝２００μｍ、直径φ＝１６０，２４０ｍｍのリング状及び直径φ＝８０の円形状であって、その抵抗値を０．５Ω／□に設定した。高周波電力の周波数は、１００ＭＨｚである。第３の抵抗体１０５ｇの厚さは、０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０１ｍｍと可変に設定した。

その結果を図１０（ｂ）に示す。第１の抵抗体１０５ｄの幅Ｌについては、上のグラフから２ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍに設定された結果を示している。これを見るといずれの場合にも、上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘは低下せず、電極下方での電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘの均一性を図ることはできなかった。

そこで、発明者は、図１０（ａ）に示したシミュレーションと同じ構成であって、第１の抵抗体１０５ｄの抵抗値のみをより高抵抗の５Ω／□に設定した。高周波電力の周波数は１００ＭＨｚ、第３の抵抗体１０５ｇの厚さＤ２を０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０１ｍｍに設定した。

その結果を図１１に示す。これを見ると、幅Ｌが２ｍｍの場合、上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘは低下しなかった。一方、幅Ｌが１０ｍｍ及び２０ｍｍの場合、第３の抵抗体１０５ｇの厚みが薄いほど上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが低下する傾向が見られた。

さらに、発明者は、上記構成であって、第１の抵抗体１０５ｄの抵抗値のみをより高抵抗の５０Ω／□に設定した。高周波電力の周波数は１００ＭＨｚ、第３の抵抗体１０５ｇの厚さＤ２を０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０１ｍｍに設定した。

その結果を図１２に示す。これを見ると、幅Ｌが２ｍｍ、１０ｍｍ及び２０ｍｍのすべての場合において、上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが低下する傾向が見られ、第３の抵抗体１０５ｇの厚みが薄いほどこの傾向は顕著に見られた。

次に、発明者は、上記構成であって、第１の抵抗体１０５ｄの抵抗値を５Ω／□、高周波電力の周波数を１３ＭＨｚに変更し、第３の抵抗体１０５ｇの厚さＤ２を０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０１ｍｍに設定した。

その結果を図１３に示す。これを見ると、幅Ｌが２ｍｍ、１０ｍｍ及び２０ｍｍのすべての場合において、上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘは低下せず、電極下方での電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘの均一性を図ることはできなかった。

そこで、発明者は、上記構成であって、第１の抵抗体１０５ｄの抵抗値をより高い５０Ω／□に変更し、高周波電力の周波数を１３ＭＨｚ、第３の抵抗体１０５ｇの厚さＤ２を０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０１ｍｍに設定した。

その結果を図１４に示す。これによれば、幅Ｌが大きくなるにつれ、上部電極１０５の中央部分の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが低下し、電極下方での電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘの均一性を図ることができた。

以上の結果から、装置に１３ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の高周波電力を供給するとともに、第１の抵抗体１０５ｄのシート抵抗値を５Ω／□〜５０Ω／□の範囲に設定した場合、リング状の第１の抵抗体１０５ｄの所定の間隔を１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲に設計することが好ましいことがわかる。

〔３−４〕中央が開口された第１の抵抗体の場合
次に、発明者は、図１５（ａ）に示したように、第１の抵抗体１０５ｄを中央にて開口した１つのリング状部材とした場合についてシミュレーションを行った。このときの条件としては、最初に、第１の抵抗体１０５ｄの中央開口をφ＝１６０ｍｍに設定し、その抵抗値を０．００２Ω／□、２Ω／□、２００Ω／□、２０，０００Ω／□に設定した。また、高周波電力の周波数を１００ＭＨｚに設定した。その結果を、図１５（ｂ）に示す。これによれば、第１の抵抗体１０５ｄの開口径に応じて開口した部分近傍の上部電極の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが低下した。

そこで、発明者は、第１の抵抗体１０５ｄの中央開口をφ＝８０ｍｍに変更した場合についてシミュレーションを行った。その結果、やはり、第１の抵抗体１０５ｄの開口径に応じて開口した部分近傍の上部電極１０５の電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘが低下した。図１５（ｂ）の結果から、金属の抵抗体（第１の抵抗体１０５ｄ）の開口径は、誘電体３０５ｂに段差部を設けたり、テーパ状にすることと同様の効果を奏することがわかった。

以上に説明したように、上記実施形態にかかる電極によれば、基材１０５ａの第１の抵抗体１０５ｄから露出した部分に応じた容量と単数又は複数の抵抗体の抵抗値とにより、上部電極１０５のプラズマ面に形成されるシース電界に影響を及ぼし、これにより、プラズマを生成するための電界強度分布Ｅ／Ｅｍａｘを低下させることができる。

〔４〕変形例
本発明の変形例にかかるＲＩＥプラズマエッチング装置について簡単に説明する。図１９は、本発明の変形例にかかるＲＩＥプラズマエッチング装置１０を示した断面図である。上部電極１０５は、上部基材１０５ａ、及び上部基材１０５ａの直上にて上部基材１０５ａとともにシャワーヘッドを形成するガス拡散部（導電体のベースプレート）３００を有している。つまり、変形例にかかるＲＩＥプラズマエッチング装置１０では、上部電極１０５は、ガス拡散部３００を介して処理容器１００の天井面に固定されている。ガスは、ガス供給源１１５から供給され、ガス拡散部３００にて拡散された後、ガス拡散部３００に形成された複数のガス通路から上部基材１０５ａの複数のガス穴１０５ｅに通され、処理容器１００の内部に導入される。

（抵抗体の製造方法）
以下の説明では、図１９に示した変形例にかかるＲＩＥプラズマエッチング装置１０の構造を前提に、導電性カバー１０５ｂ、第１の抵抗体１０５ｄ及び第２の抵抗体１０５ｆの製造方法について説明した後、上部電極１０５の取り付け方法について説明する。

図２０（ａ）は、溶射により一体的に形成された導電性カバー１０５ｂ及び第１の抵抗体１０５ｄを含む上部電極１０５の断面図である。図２０（ｂ）は、溶射により形成された導電性カバー１０５ｂ、第１の抵抗体１０５ｄ及び第２の抵抗体１０５ｆを含む上部電極１０５の断面図である。

図２０（ａ）に示した上部電極１０５は、次の２工程により製造される。
（１） 厚さが１０ｍｍの石英（アルミナセラミックスでもよい）からなる基材１０５ａの下面中央以外の表面全体にアルミニウム（Ａｌ）を溶射する。溶射されたアルミニウム（Ａｌ）は導電性カバー１０５ｂ及び第１の抵抗体１０５ｄとして機能する。例えば、基材１０５ａの下面中央には、直径φが７５ｍｍの開口が設けられる。
（２） （１）の溶射後、基材１０５ａの表面を耐プラズマ性の高いイットリアにより溶射し、表面溶射層１０５ｈを形成する。表面溶射層１０５ｈの厚さは１００〜２００μｍ程度である。

図２０（ｂ）に示した上部電極１０５は、次の３工程により製造される。
（１） 厚さが１０ｍｍの石英（アルミナセラミックスでもよい）からなる基材１０５ａの下面中央及び上面（外周を除く）以外の表面全体に、導電性カバー１０５ｂ及び第１の抵抗体１０５ｄとしてのアルミニウム（Ａｌ）を溶射する。基材１０５ａの下面中央には、例えば直径φが７５ｍｍの開口が設けられる。基材１０５ａの上面の外周には、１０ｍｍの幅にてアルミニウム（Ａｌ）が溶射される。基材１０５ａの上面中央にはアルミニウム（Ａｌ）の溶射は存在しない。
（２） （１）の溶射後、基材１０５ａの下面全体にチッタニア・イットリア（ＴｉＯ_２・Ｙ_２Ｏ_３）を溶射する。溶射されたチッタニア・イットリア（ＴｉＯ_２・Ｙ_２Ｏ_３）は第２の抵抗体１０５ｆとして機能する。例えば、チッタニア・イットリア（ＴｉＯ_２・Ｙ_２Ｏ_３）の厚さは、１００μｍ程度である。
（３） （２）の溶射後、基材１０５ａの表面をイットリアにより溶射し、表面溶射層１０５ｈを形成する。表面溶射層１０５ｈの厚さは１００〜２００μｍ程度である。基材１０５ａの上面中央のアルミニウム（Ａｌ）の溶射が存在しない部分には、イットリアの溶射も存在しない。なお、図２０（ｂ）の上部電極２０５は、図２０（ａ）の上部電極２０５の変形例である。

このように、導電性カバー１０５ｂ及び第１の抵抗体１０５ｄを溶射により形成することができる。第２の抵抗体１０５ｆもまた、溶射により形成することができる。溶射により導電性カバー１０５ｂ、第１の抵抗体１０５ｄ及び第２の抵抗体１０５ｆを形成すれば、上記のように最小限の工程で簡単に所望の上部電極１０５を製造できる。また、図２０（ａ）の電極の場合、表面溶射層１０５ｈ、導電性カバー１０５ｂ及び第１の抵抗体１０５ｄ、の順に剥離し、新たに導電性カバー１０５ｂ及び第１の抵抗体１０５ｄ、表面溶射層１０５ｈの順に再溶射することにより、簡単に上部電極１０５を再生できる。図２０（ｂ）の電極の場合にも同様に、表面溶射層１０５ｈ、第２の抵抗体１０５ｆ、導電性カバー１０５ｂ及び第１の抵抗体１０５ｄを剥離後、それぞれを再溶射することにより、簡単に電極を再生できる。

第１の抵抗体１０５ｄのシート抵抗値は、２×１０^−４Ω／□〜２０Ω／□の範囲の値をとることができる。また、第２の抵抗体１０５ｆのシート抵抗値は、２０Ω／□〜２０００Ω／□の範囲の値をとることができる。第１の抵抗体１０５ｄと第２の抵抗体１０５ｆとのシート抵抗値の総和が、２０Ω／□〜２０００Ω／□の範囲の値であればより好ましい。

第２の抵抗体１０５ｆとなるチッタニア・イットリア（ＴｉＯ_２・Ｙ_２Ｏ_３）は、酸化チタンを含有した複合抵抗体の一例であり、酸化チタンを含有していれば他の素材であってもよい。

なお、図２０（ａ）の例では、上部基材１０５ａの下面に対して表面溶射層１０５ｈを均一に溶射しているので、第１の抵抗体１０５ｄが存在しない場所では、表面溶射層１０５ｈのプラズマ側の面が凹んだ形状となる。図２０（ｂ）でも同様に、基材１０５ａの下面に対して表面溶射層１０５ｈ及び第２の抵抗体１０５ｆを均一に溶射しているので、第１の抵抗体１０５ｄが存在しない場所では、表面溶射層１０５ｈのプラズマ側の面が凹んだ形状となる。

これに対して、図２０（ｃ）の例では、第１の抵抗体１０５ｄが存在しない箇所では表面溶射層１０５ｈを第１の抵抗体１０５ｄ分だけ厚く溶射する。これにより、表面溶射層１０５ｈのプラズマ側の面は、全面においてフラットになる。

基材１０５ａの上面はアルミニウム（Ａｌ）及びイットリアの表面溶射層１０５ｈが積層されて溶射されていてもよく、溶射アルミニウム（Ａｌ）のみが溶射されていてもよく、アルミニウム（Ａｌ）もイットリアの表面溶射層１０５ｈも溶射されておらず、基材１０５ａが剥き出しになっていてもよい。

なお、第２の抵抗体１０５ｆを抵抗率の高い層と抵抗率の低い層とを組み合わせた積層構造としてもよい。例えば、抵抗率の高い層として約１０^４Ω・ｃｍの抵抗率を有する炭化珪素（ＳｉＣ）、抵抗率の低い層として約１０^−４Ω・ｃｍの抵抗率を有するカーボン（Ｃ）を組み合わせた層を上述の実施形態で示した第２の抵抗体１０５ｆと置き換えてもよい。この場合、炭化珪素の層はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて形成し、カーボンの層はグラファイトシート、カプトンテープ等を用いて製作する。これによっても、上記実施形態と同様な効果を奏することができる。

また、図２０（ａ）〜図２０（ｃ）及び図２１は、前述したとおり図１９に示したガス拡散部３００に上部基材１０５ａの上面が密着した場合に適用されるが、図１のように上部基板１０５ａの直上にガス拡散部３００が介在せず、すぐにガス拡散空間Ｓがある場合には、図２０（ａ）のように上部基材１０５ａの上面全体にアルミニウム溶射（１０５ｂ）を施す必要がある。

なお、本発明の第１実施形態（図１〜図１８を参照）では、導電性カバー１０５ｂと第１の抵抗体１０５ｄとを別々の部材として説明した。これに対して、変形例（図１９〜図２１を参照）にて説明したように、アルミニウム溶射により導電性カバー１０５ｂと第１の抵抗体１０５ｄとを同一素材でかつ同時に製作するようにしてもよい。また、導電性カバー１０５ｂ及び第１の抵抗体１０５ｄをタングステン（Ｗ）で形成してもよい。このタングステンの場合にも溶射によって製作することができる。例えば基材１０５ａがアルミナセラミックの場合、タングステンはアルミニウムと比べて基材１０５ａとの熱膨張率の差が小さい。従って、導電性カバー１０５ｂ及び第１の抵抗体１０５ｄをタングステン（Ｗ）で形成することにより、導電性カバー１０５ｂ及び第１の抵抗体１０５ｄと基材１０５ａの熱膨張率の差による上部電極１０５の破損を、より確実に防ぐことができる。

（電極の取り付け方法）
上部電極１０５の取り付け方法について、図２１を参照しながら説明する。図２１は、上部電極１０５の外周面側から上部電極１０５を固定するクランプ６００と、その周辺を示した断面図である。

本実施形態では、上部基材１０５ａの外周面側に導電性のＬ字型クランプ６００を配置する。上部電極１０５は、ガス拡散部（導電体のベースプレート）３００とクランプ６００とを固定するネジ６０５及びスプリングリング６１０を用いてガス拡散部３００に密着固定される。これにより、上部電極１０５は、クランプ６００の爪部６００ａの上面、クランプ６００の側面、ガス拡散部３００の下面の一部にて第１の抵抗体１０５ｄ及び導電性カバー１０５ｂと近接する。

よって、ガス拡散部３００の下面においては、領域ａでのみ導電性カバー１０５ｂと金属のガス拡散部３００とがカップリングする（電気的に接続される）。しかしながら、上部基材１０５ａの側面において、クランプ６００の存在によって、領域ｂにて導電性カバー１０５ｂとガス拡散部３００とがカップリングし、上部基材１０５ａの下面において、領域ｃにて第１の抵抗体１０５ｄとガス拡散部３００とがカップリングする。これにより、上部基材１０５ａの上面とガス拡散部３００の下面との間で十分なグラウンドカップリング領域が確保できない場合であっても、クランプ６００とのカップリング領域ｂ及び領域ｃを利用して、全体として十分なグラウンドカップリング領域を得ることができる。

なお、クランプ６００にてグラウンドカップリング領域が確保される場合でも、図２０（ａ）のように上部基材１０５ａの上面全体を溶射し、上面全体をカップリング領域としてもよい。ただし、図２０（ｂ）のように基材１０５ａの上面を露出させると、表面溶射層１０５ｈとガス拡散部３００との接触面積が少なくなるため、表面溶射層１０５ｈとガス拡散部３００との接触によるダストの発生を抑制することができる。

クランプ６００の形状、クランプ６００及び基材１０５ａ間の隙間は、図２１に示した形状等に限られない。たとえば、Ｃ＝ε_ｒ・ε_０・Ｓ／ｄ（ε_ｒ：比誘電率、ε_０：真空の誘電率、Ｓ：クランプ及び電極間面積、ｄ：クランプ及び電極間距離）にて表される静電容量Ｃを大きくするように、クランプ６００の爪部６００ａを可能な限り伸ばすことや、クランプ６００と第１の抵抗体１０５ｄとの間の距離を極力小さくすることが好ましい。

図２１に示した第１抵抗体１０５ｄを有する上部電極１０５に替えて、図２０（ｂ）に示した第１の抵抗体１０５ｄ及び第２の抵抗体１０５ｆを有する上部電極１０５をクランプ６００により固定する場合にも、カップリング領域ａ〜ｃを利用することができる。

なお、スプリングリング６１０の反力により、クランプ６００の締め付けを直接ガス拡散部３００や天板にかけずに、上部電極１０５を天井面に固定することができる。また、クランプ６００の表面にもイットリア等を溶射することにより表面溶射層１０５ｈが形成されている。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、本発明に係る電極は、図１８（ａ）に示したように、基材１０５ａ、誘電体カバー１０５ｃ及びパターン化された第１の抵抗体１０５ｄから構成されていてもよい。また、本発明に係る電極は、図１８（ｂ）に示したように、基材１０５ａ、誘電体カバー１０５ｃ及び基材１０５ａのプラズマ面中央に開口を有する第１の抵抗体１０５ｄから構成されていてもよい。ただし、これらの場合、導電性カバー１０５ｂがないため、機械的強度を保つために基材１０５ａや誘電体カバー１０５ｃの厚みを適正化することが好ましい。

また、本発明に係る電極の第１の抵抗体は、基材とプラズマとの間に設けられ、金属により所定のパターンに形成されていればよく、たとえば、誘電体カバーに埋設しておらず、プラズマ側に露出していてもよい。

また、本発明に係る電極は、上部電極に限られず下部電極であってもよい。上部電極及び下部電極の両方に適用してもよい。このとき、上述した第２の抵抗体は、直流電圧が印加されることにより下部電極上に載置されたウエハＷを静電吸着する静電チャックの機能と兼用していてもよい。

第１の抵抗体がパターン化されている場合、ギャップ部分に上記電極を貫通する複数のガス穴を通してもよい。

被処理体は、２００ｍｍや３００ｍｍ以上のシリコンウエハであってもよく、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ以上の基板であってもよい。

１０ プラズマエッチング装置
１０５ 上部電極
１０５ａ，１１０ａ 基材
１０５ｂ 導電性カバー
１０５ｃ 誘電体カバー
１０５ｄ 第１の抵抗体
１０５ｆ 第２の抵抗体
１０５ｇ 第３の抵抗体
１１０ 下部電極
１５０ 第１の高周波電源
１６５ 第２の高周波電源
３００ ガス拡散部
Ｗ ウエハ

Claims (20)

1. 内部にて被処理体をプラズマ処理する処理容器と、前記処理容器の内部にて互いに対向し、その間に処理空間を形成する第１及び第２の電極と、前記第１及び第２の電極の少なくともいずれかに接続され、前記処理容器内に高周波電力を出力する高周波電源と、を備えるプラズマ処理装置であって、
   前記第１及び第２の電極の少なくともいずれかは、
   板状の誘電体からなる基材と、
   前記基材とプラズマとの間に設けられた金属の第１の抵抗体と、を含むプラズマ処理装置。
2. 開口部を有し、前記基材を覆う導電性カバーを更に備える請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第１の抵抗体は、パターン化されている請求項１又は２に記載されたプラズマ処理装置。
4. 前記基材のプラズマ側の面にて前記基材を覆う誘電体カバーをさらに備え、
   前記第１の抵抗体は、前記誘電体カバーに埋設されている請求項１〜３のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
5. 前記誘電体カバーは、溶射、テープ又はシート状部材の貼り付け、イオンプレーティング、メッキのいずれかにより形成される請求項４に記載されたプラズマ処理装置。
6. 前記第１の抵抗体は、所定の間隔に離隔された複数のリング状の部材又は所定の間隔に離隔された複数の島状の部材を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
7. 前記所定の間隔は、該間隔のインピーダンス１／Ｃωが前記第１の抵抗体の抵抗Ｒより大きくなるように設定される請求項６に記載されたプラズマ処理装置。
8. 前記基材とプラズマとの間に金属の第２の抵抗体をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
9. 前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体とのシート抵抗値の総和は、２０Ω／□〜２０００Ω／□の範囲の値である請求項８に記載されたプラズマ処理装置。
10. 前記離隔された第１の抵抗体の間には、前記第１の抵抗体の厚さより薄い第３の抵抗体が嵌入されている請求項６〜９のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
11. 前記第１及び第２の電極のいずれかに１３ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内のプラズマ生成用の高周波電力を供給する請求項１〜１０のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
12. 前記第１の抵抗体を有する電極は、上部電極であり、
    前記第１の抵抗体の離隔された部分にガス供給管を通す請求項６〜９のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
13. 前記第１の抵抗体は溶射により形成される請求項１〜１２のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
14. 前記第２の抵抗体は溶射により形成される請求項８〜１３のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
15. 前記第２の抵抗体の溶射は、酸化チタンを含有した複合抵抗体を用いて行われる請求項１４に記載されたプラズマ処理装置。
16. 前記第１の抵抗体の溶射は、前記基材の少なくともプラズマ空間側の面に対向する面を一部残して行われる請求項１３〜１５のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
17. 前記基材は、前記基材の外周面側から前記基材を支持し、前記基材を前記処理容器に固定する導電体のクランプに電気的に接続されている請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記第２の抵抗体のシート抵抗値は、２０Ω／□〜２０００Ω／□の範囲の値である請求項８、１０〜１７のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
19. 前記第１の抵抗体のシート抵抗値は、２×１０^−４Ω／□〜２０Ω／□の範囲の値である請求項１３〜１８のいずれか一項に記載されたプラズマ処理装置。
20. 印加された高周波電力によりガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置用の電極であって、
    前記電極は、互いに対向し、その間にプラズマ処理空間を形成する第１及び第２の電極のうちの少なくともいずれかであり、
    板状の誘電体からなる基材と、
    開口部を有し、前記基材を覆う導電性カバーと、
    前記基材とプラズマとの間に設けられた金属の第１の抵抗体と、を含むプラズマ処理装置用の電極。

Images