JP2017228395A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】矩形の被処理基板の外周側の領域に対して、周方向に向けてより均一なプラズマ処理を行う技術を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１は矩形の被処理基板Ｇに対し、カソード電極１３と矩形のアノード電極部３との間に形成される処理ガスの容量結合プラズマＰによるプラズマ処理を実行する。このとき、アノード電極部３は、径方向に向けて複数の径方向分割電極３４、３３、３２に分割され、外周側の径方向分割電極３２は、角部側の角部分割電極３２ｂと、辺部側の辺部分割電極３２ａとにさらに分割されている。これら角部分割電極３２ｂと辺部分割電極３２ａとの少なくとも一方の接地端１０４側には、インピーダンス調整部５２、５１が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ化された処理ガスにより被処理基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造工程においては、矩形の被処理基板であるガラス基板にプラズマ化された処理ガスを供給し、エッチング処理や成膜処理などのプラズマ処理を行う工程が存在する。これらのプラズマ処理には、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置などの種々のプラズマ処理装置が用いられる。
また矩形の被処理基板のプラズマ処理にあたっては、被処理基板の頂点周辺の角（かど）部とこれらの角部の間の辺部とを含む外周側の領域へ向けて、プラズマ化された処理ガスを均一に供給することが求められている。

ここで特許文献１には、上部電極と下部電極とを対向させると共に、下部電極に被処理基板を載置し、これら上部、下部電極の一方側に高周波電力を印加して形成される容量結合により処理ガスをプラズマ化させる平行平板型のプラズマ処理装置が記載されている。
特許文献１に記載のプラズマ処理装置は、アノード電極として構成された上部電極の上面側の横方向に互いに離れた部位に、複数のインピーダンス調整部を設けてインピーダンス調整を行うことにより、アノード電極と処理容器の壁部との間の容量結合に伴う不要なプラズマの発生を抑えることができる。

また特許文献２には、プラズマ処理を行う平行平板型のプラズマ処理装置において、ＲＦ電源に接続され、被処理体である半導体ウエハが載置される載置電極（カソード電極に相当する）と対向して対向電極（アノード電極に相当する）を配置すると共に、中心からの距離が異なるゾーン毎に当該対向電極を分割し、これらのゾーン間でインピーダンスを異ならせるため、各々のゾーンにインピーダンス可変部を設けた技術が記載されている。
しかしながら、これらの特許文献１、２のいずれにも、矩形の被処理基板のプラズマ処理を行うにあたって、前記角部や辺部に対して、均一にプラズマ化された処理ガスを供給する技術は開示されていない。

特許第４５５３２４７号公報：請求項１、２、段落００３４、００４１、図８ 特開平６−６１１８５号公報：請求項１、２、段落００３０〜００３１、図１、２

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、矩形の被処理基板の外周側の領域に対して、周方向に向けてより均一なプラズマ処理を行う技術を提供することにある。

本発明のプラズマ処理装置は、真空排気された処理容器内の矩形の被処理基板に対し、プラズマ化された処理ガスによるプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に当該処理容器とは絶縁された状態で配置され、整合回路を介して高周波電源に接続されると共に、矩形の被処理基板が載置されるカソード電極と、
前記カソード電極と対向するように前記処理容器とは絶縁された状態で配置され、前記被処理基板に対応した矩形の平面形状を有するアノード電極部と、を備え、
前記アノード電極部は、
当該アノード電極部の中央側から外周側へ向かう方向を径方向としたとき、前記径方向に向けて複数の径方向分割電極に分割され、これら径方向分割電極は、各々、互いに絶縁された状態で接地端に接続されていることと、
前記複数の径方向分割電極のうち、外周側に位置する径方向分割電極は、周方向に向けて、前記アノード電極部の角部側に位置する複数の角部分割電極と、辺部側に位置する複数の辺部分割電極とに分割され、これら角部分割電極及び辺部分割電極は、各々、互いに絶縁された状態で接地端に接続されていることと、
前記角部分割電極と辺部分割電極との少なくとも一方の接地端側には、前記カソード電極から、プラズマを介して各角部分割電極または辺部分割電極の接地端に至る回路のインピーダンスを調整するためのインピーダンス調整部が設けられていることと、を特徴とする。

本発明は、矩形の被処理基板のプラズマ処理を行う平行平板型のプラズマ処理装置にて、被処理基板と対向するように配置された平面形状が矩形のアノード電極部の外周側に位置する径方向分割電極について、角部側に位置する複数の角部分割電極と、辺部側に位置する複数の辺部分割電極とに分割し、カソード電極から、プラズマを介して接地端に至る回路のインピーダンスを調整するためのインピーダンス調整部を設けている。この結果、前記角部と辺部とに対応する位置の被処理基板に対して均一なプラズマ処理を行うことができる。

実施の形態に係るプラズマ処理装置の縦断側面図である。 前記プラズマ処理装置に設けられているアノード電極部の平面図である。 従来のプラズマ処理装置の作用図である。 前記アノード電極部の第１の変形例を示す平面図である。 前記アノード電極部の第２の変形例を示す平面図である。 実験に用いたアノード電極部の平面図である。 内側分割電極側のインピーダンス調整結果を示す説明図である。 中間分割電極側のインピーダンス調整結果を示す説明図である。 分割電極を用いたエッチング処理の結果を示す説明図である。 内側分割電極を流れる電流と試験片の消耗量との関係を示す説明図である。 中間分割電極を流れる電流と試験片の消耗量との関係を示す説明図である。

本例のプラズマ処理装置１は、矩形の被処理基板である、例えば、ＦＰＤ用の基板Ｇ上に薄膜トランジスタを形成する際のメタル膜、ＩＴＯ（Tin-doped Indium Oxide、）膜、酸化膜などを形成する成膜処理やこれらの膜をエッチングするエッチング処理、レジスト膜のアッシング処理などの各種プラズマ処理に用いることができる。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）などが例示される。また、プラズマ処理装置１は、ＦＰＤ用の基板Ｇに限らず、太陽電池パネル用の基板Ｇに対する上述の各種プラズマ処理にも用いることができる。

以下、図１、２を参照しながら、短辺の長さが７３０ｍｍ以上、長辺の長さが９２０ｍｍ以上の大型のガラス基板（以下単に基板と記す）Ｇ上に成膜された膜のエッチング処理を行うエッチング装置として構成されたプラズマ処理装置１について説明する。図１に示すように、プラズマ処理装置１は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の容器本体１０を備え、当該容器本体１０は電気的に接地されている。容器本体１０の上面（後述の枠体部１１）には開口が形成され、この開口はアノード電極部３によって気密に塞がれる。これら容器本体１０及びアノード電極部３によって囲まれた空間は基板Ｇの処理空間１００となり、アノード電極部３の上方側は、後述のインピーダンス調整部５１、５２などが配置される導電性材料製の上部カバー５０によって覆われている。また処理空間１００の側壁には、基板Ｇを搬入出するための搬入出口１０１、及び搬入出口１０１を開閉するゲートバルブ１０２が設けられている。

処理空間１００の下部側には、基板Ｇを載置するための載置台１３が、前記アノード電極部３と上下に対向するようにして設けられている。載置台１３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台１３に載置された基板Ｇは、不図示の静電チャックにより吸着保持される。載置台１３は絶縁体枠１４内に収納され、この絶縁体枠１４を介して容器本体１０の底面に設置されている。

載置台１３には、各々、整合器１５１、１６１を介して第１、第２の高周波電源１５２、１６２が接続されている。
第１の高周波電源１５２からは、例えば１０〜３０ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波電力が供給される。第１の高周波電源１５２から供給される電力は、載置台１３とアノード電極部３との間に高密度の容量結合プラズマＰを形成する役割を果たす。

一方、第２の高周波電源１６２からは、バイアス用の高周波電力、例えば２〜６ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波電力が印加される。このバイアス用の高周波電力により生成されたセルフバイアスによって、処理空間１００内に生成されたプラズマＰ中のイオンを基板Ｇに引き込むことができる。

アノード電極部３との間にプラズマＰを形成するため、第１、第２の高周波電源１５２、１６２から高周波電力が供給される載置台１３は、本実施の形態のカソード電極に相当する。なお、載置台１３に対して互いに周波数の異なる複数の高周波電源（第１の高周波電源１５２、第２の高周波電源１６２）を接続することは必須の要件ではない。例えば、載置台１３に対して第１の高周波電源１５２のみを接続してもよい。
さらに、載置台１３内には、基板Ｇの温度を制御するために、セラミックヒータなどの加熱手段と冷媒流路とからなる温度制御機構、温度センサー、基板Ｇの裏面に熱伝達用のＨｅガスを供給するためのガス流路が設けられている（いずれも図示せず）。

また例えば容器本体１０の底面には、排気口１０３が形成され、この排気口１０３の下流側には真空ポンプなどを含む真空排気部１２が接続されている。処理空間１００の内部は、この真空排気部１２によってエッチング処理時の圧力に真空排気される。

図１、２に示すように、容器本体１０の側壁の上面側には、アルミニウムなどの金属からなる矩形状の枠体である枠体部１１が設けられている。容器本体１０と枠体部１１との間には、処理空間１００を気密に保つためのシール部材１１０が設けられている。ここで容器本体１０及び枠体部１１は本実施の形態の処理容器を構成している。

アノード電極部３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムなどにより構成される。また、本例のアノード電極部３は複数の分割電極３２（３２ａ、３２ｂ）、３３、３４が組み合わされて配置されることにより、全体として矩形状のアノード電極部３を構成している。

図２を参照しながら本例のアノード電極部３の詳細な構成について説明すると、アノード電極部３は枠体部１１に形成された開口の内側に配置されている。アノード電極部３と枠体部１１との間には絶縁部材３１が設けられ、アノード電極部３は、枠体部１１や容器本体１０から絶縁された状態となっている。アノード電極部３は、載置台１３に載置される基板Ｇに対応した矩形の平面形状を有する。例えばアノード電極部３の短辺は基板Ｇの短辺よりも長く、またアノード電極部３の長辺は基板Ｇの長辺よりも長く形成されている。

さらにアノード電極部３は、載置台１３上の基板Ｇと短辺及び長辺の向きを揃え、且つ、載置台１３上の基板Ｇの中心（矩形の対向する頂点同士を結んだ２本の対角線が交差する位置）とアノード電極部３の中心とが揃うように配置されている。この結果、アノード電極部３の輪郭を載置台１３側へ向けて投影したとき、基板Ｇはアノード電極部３の輪郭の内側に配置された状態となる。

上述のアノード電極部３おいて、その中心（中央側）から輪郭側（外周側）へ向かう方向を径方向としたとき、アノード電極部３は径方向に向けて複数、例えば３つに分割されている。これら分割された電極（内側分割電極３４、中間分割電極３３、外周分割電極３２）は、本例の径方向分割電極に相当する。
３つに分割された径方向分割電極のうち、図２中、砂状のハッチングが付されている内側分割電極３４は、アノード電極部３の中央部側に配置されている。例えば内側分割電極３４は、長方形の平面形状を有する。

図２中、グレーで塗りつぶされた中間分割電極３３は、内側分割電極３４の外周を囲む角環状の平面形状を備えている。さらに中間分割電極３３の外周を囲む角環状の領域には、外周分割電極３２が設けられている。
図２に示すように、内側分割電極３４と中間分割電極３３との間、中間分割電極３３と外周分割電極３２との間には絶縁部材３１が設けられ、これら内側分割電極３４、中間分割電極３３、外周分割電極３２は互いに絶縁されている。

上述の径方向分割電極（内側分割電極３４、中間分割電極３３、外周分割電極３２）のうち、最も外周側に位置する外周分割電極３２は、さらに周方向に向けて例えば８つに分割されている。即ち、外周分割電極３２はアノード電極部３の頂点を含む角部側の４つの角部分割電極３２ｂ（図２中、左下がりの斜線のハッチングを付してある）と、隣り合う頂点間を結ぶ辺部側に位置する４つの辺部分割電極３２ａ（図２中、右下がりの斜線のハッチングを付してある）とに分割されている。隣り合う角部分割電極３２ｂと辺部分割電極３２ａとの間には絶縁部材３１が設けられ、各角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａは互いに絶縁されている。

図２に示すように、内側分割電極３４、中間分割電極３３、角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａは、各々、接地端１０４に接続されている。例えば接地端１０４としては、接地された容器本体１０の上面に設けられ、当該容器本体１０と電気的に導通している上部カバー５０が用いられる。図１に示すように当該上部カバー５０の内壁面に対して、各分割電極３４、３３、３２ｂ、３２ａを接続する（図１には角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａを接続した例を示してある）ことにより、これらの分割電極３４、３３、３２ｂ、３２ａが接地される。

上述の構成により、プラズマ処理装置１には、第１、第２の高周波電源１５２、１６２に接続された載置台（カソード電極）１３から、容量結合プラズマＰを介して各分割電極３４、３３、３２ｂ、３２ａを通り接地端１０４に至る回路が形成される。

さらに、本例のアノード電極部３は処理ガス供給用のシャワーヘッドを兼ねている。図１に示すようにアノード電極部３を構成する各分割電極（内側分割電極３４、中間分割電極３３、角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａ）の内部には、処理ガスを拡散させる処理ガス拡散室３０１が形成されている。また、各分割電極３４、３３、３２ｂ、３２ａの下面には、処理ガス拡散室３０１から処理空間１００に対して処理ガスを供給するための複数の処理ガス吐出孔３０２が形成されている。そして各分割電極３４、３３、３２ｂ、３２ａの処理ガス拡散室３０１は、ガス供給管４１を介して処理ガス供給部４２に接続されている（図１）。処理ガス供給部４２からは、基板Ｇ上の膜のエッチング処理に必要な処理ガスであるエッチングガスが供給される。

なお図示の便宜上、図１には、一部の分割電極（角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａ）の処理ガス拡散室３０１や処理ガス吐出孔３０２のみを例示してある。また図１においては、１つの分割電極（角部分割電極３２ｂ）に処理ガス供給部４２を接続した状態を示してある。実際には、全ての分割電極（内側分割電極３４、中間分割電極３３、角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａ）に処理ガス拡散室３０１及び処理ガス吐出孔３０２が設けられ、各処理ガス拡散室３０１が処理ガス供給部４２に連通している。

さらに図１に示すように、このプラズマ処理装置１には制御部６が設けられている。制御部６は不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には基板Ｇが配置された処理空間１００内を真空排気し、載置台１３とアノード電極部３との間に供給されたエッチングガスをプラズマ化して基板Ｇをエッチング処理する動作を実行させる制御信号を出力するためのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、そこから記憶部にインストールされる。

ここで上述の構成を備える本例のプラズマ処理装置１に対し、既述のように複数の分割電極（内側分割電極３４、中間分割電極３３、角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａ）を組み合わせて構成されたアノード電極部３に替えて、当該アノード電極部３と同じ短辺及び長辺の長さを有する１枚の矩形電極により構成されたアノード電極部３ａを用いる従来のプラズマ処理装置について検討する。

例えば１枚の矩形電極からなるアノード電極部３ａを用い、当該アノード電極部３ａを接地端１０４に接続して、載置台１３とアノード電極部３ａとの間にプラズマＰ’を形成し、基板Ｇのエッチング処理を行う場合を考える。一般に、平行平板型のプラズマ処理装置１の処理空間１００内でプラズマを発生させると、プラズマ密度の高い領域は処理空間１００の中央部に集中しようとする傾向がある。

上述の特性を踏まえると、アノード電極部３ａの下方側（処理空間１００内）においては、アノード電極部３ａの頂点近傍の角部側にてプラズマＰ’の密度が低くなる傾向がみられることを発明者らは把握している。この結果、プラズマＰ’が形成される領域を上面側から見ると、図３にプラズマＰ’の密度が高い領域の輪郭を破線で模式的に示すように、アノード電極部３ａの短辺や長辺の近傍の辺部側にてプラズマＰ’の密度が相対的に高くなり、上述の角部側にてプラズマＰ’の密度が相対的に低くなる。

このようにアノード電極部３ａの外周側の領域を周方向に沿って見たとき、隣り合う領域（角部側と辺部側）で密度が相違するプラズマＰ’を用いて基板Ｇのエッチング処理を行うと、当該プラズマＰ’の密度分布に対応して、基板Ｇの面内でエッチング速度などが変化し、均一なエッチング処理の結果を得られない場合がある。この傾向は、既述のように短辺の長さが７３０ｍｍ以上にもなる大型の基板Ｇの処理を行う際に顕著になる。

そこで図２に示すように、本例のプラズマ処理装置１は外周分割電極（外周側の径方向分割電極）３２を構成する角部分割電極３２ｂと接地端１０４との間、及び辺部分割電極３２ａと接地端１０４との間に、載置台１３から各角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａを通って接地端１０４に至る回路のインピーダンスを調整するためのインピーダンス調整部５２、５１を設けている。

図１に示すように、カソード電極である載置台１３に対しては、互いに周波数の異なる複数の高周波電源（第１の高周波電源１５２、第２の高周波電源１６２）が接続されている。そこで本例のプラズマ処理装置１においては、これら複数の周波数に対応した複数のインピーダンス調整部５２ａ、５２ｂ、５１ａ、５１ｂが、角部分割電極３２ｂと接地端１０４との間、及び辺部分割電極３２ａと接地端１０４との間に並列に設けられている。なお、図２においては、これら各周波数に対応したインピーダンス調整部５２ａ、５２ｂ、５１ａ、５１ｂをまとめて表示してある（インピーダンス調整部５２、５１）。

上述のインピーダンス調整部５２、５１の設置に加え、中間分割電極３３や内側分割電極３４の一部、または全部（角部分割電極３２ｂと辺部分割電極３２ａとに分割された外周分割電極３２以外の径方向分割電極である）にインピーダンス調整部５３を設けてもよい。このとき、載置台１３に接続された第１、第２の高周波電源１５２、１６２の各周波数に対応させて、中間分割電極３３や内側分割電極３４に対しても複数のインピーダンス調整部５３、５３を設けてもよいことは勿論である。なお図２には、内側分割電極３４と接地端１０４との間にインピーダンス調整部５３を設け、中間分割電極３３は直接、接地端１０４に接続した例を示してある。

図２に示すように、各インピーダンス調整部５１〜５３は、例えば可変容量コンデンサ５０２とインダクタ５０１とを含み、可変容量コンデンサ５０２の容量を変化させることによって、載置台１３から接地端１０４に至る回路のインピーダンスを個別に調整することができる。

ここで、インピーダンス調整部５１〜５３の具体的な構成は、可変容量コンデンサ５０２とインダクタ５０１との組み合わせに限定されるものではない。可変容量コンデンサ５０２を単独で設ける場合や、固定容量コンデンサと可変容量コンデンサ５０２とを組み合わせる場合、可変インダクタと固定容コンデンサとを組み合わせる場合を例示することができる。また、インピーダンス調整部５１〜５３が、インピーダンス値を変更可能であることも必須の要件ではない。例えば固定容量コンデンサにより、予め設定されたインピーダンス値を持つインピーダンス調整部５１〜５３を構成してもよい。

以下、上述の構成を備えた本実施の形態に係るプラズマ処理装置１の作用について説明する。
初めに、ゲートバルブ１０２を開き、搬送機構により、隣接する真空搬送室から搬入出口１０１を介して処理空間１００内に基板Ｇを搬入する（搬送機構及び真空搬送室は不図示）。次いで、載置台１３上に基板Ｇを載置して、不図示の静電チャックにより基板Ｇを固定する一方、処理空間１００から搬送機構を退避させてゲートバルブ１０２を閉じる。

しかる後、処理ガス供給部４２から、処理ガス拡散室３０１を介して処理空間１００内にエッチングガスを供給すると共に、真空排気部１２より処理空間１００内の真空排気を行って、処理空間１００内を例えば０．６６〜２６．６Ｐａ程度の圧力雰囲気に調節する。また不図示のガス流路から基板Ｇに、熱伝達用のＨｅガスを供給する。

次いで、第１の高周波電源１５２からアノード電極部３に高周波電力を印加すると、載置台１３とアノード電極部３との間の容量結合により、処理空間１００内でエッチングガスがプラズマ化し、高密度のプラズマＰが生成される。そして、第２の高周波電源１６２から載置台１３に印加されたバイアス用の高周波電力により、プラズマ中のイオンが基板Ｇに向けて引き込まれ、基板Ｇに対するエッチング処理が行われる。

このとき、図３を用いて説明したアノード電極部３ａを用いる従来例と比較して、本例のプラズマ処理装置１においては外周側に位置する外周分割電極３２が周方向に向けて角部分割電極３２ｂと辺部分割電極３２ａとに分割され、これらの分割電極３２ｂ、３２ａには個別にインピーダンス調整部５２、５１が設けられている。

そこで辺部分割電極３２ａの下方側の領域に対して、角部分割電極３２ｂの下方側の領域にてプラズマＰの密度が同程度になるようにインピーダンス調整部５２、５１のインピーダンス値を調整する。具体的には、プラズマＰの密度が高い領域をアノード電極部３の角部側まで広げる。この結果、図３を用いて説明した従来のアノード電極部３を用いて発生させたプラズマＰ’によるエッチング処理と比較して、アノード電極部３の角部側と辺部側とのプラズマＰの密度差を小さくして、より面内均一性の高いエッチング処理を行うことができる。

従来と比べて、アノード電極部３の角部側におけるプラズマＰ’の密度を高くする手法としては、後述の参考例に実験結果を示すように、角部分割電極３２ｂまたは辺部分割電極３２ａに接続されたインピーダンス調整部５２、５１を用い、載置台１３から角部分割電極３２ｂを通って接地端１０４に至る回路において、辺部分割電極３２ａ側の同回路と比較したとき、載置台１３側の高周波数電圧の直流成分が同程度、または大きくなるようにインピーダンス調整を行う手法を例示することができる。

さらに例えばアノード電極部３の中央部側に集中しようとするプラズマＰの特性により、内側分割電極３４の下方側の領域にて、その外周側（中間分割電極３３や外周分割電極３２の下方側）の領域よりもプラズマ密度が高くなりエッチング速度が大きくなる傾向がみられる場合もある。

この場合には、内側分割電極３４の下方側の領域のプラズマＰの密度を下げて、外周側のプラズマＰの密度と揃えることにより、これらの領域間のプラズマＰの密度差を小さくして、より面内均一性の高いエッチング処理を行うことができる。内側分割電極３４の下方側の領域のプラズマＰの密度を下げる手法としては、後述の参考例に実験結果を示すように、内側分割電極３４に接続されたインピーダンス調整部５３を用い、載置台１３から内側分割電極３４を通って接地端１０４に至る回路において、載置台１３側の高周波数電圧の直流成分が小さくなるようにインピーダンス調整を行う手法を例示することができる。

さらにインピーダンス調整部５１〜５３を用いてインピーダンス調整を行うことに伴う効果を挙げる。後述の実験結果に示すように、発明者らは、アノード電極部３の各内側分割電極３４、中間分割電極３３、外周分割電極３２を流れる電流が大きくなると、プラズマＰによって各分割電極３４、３３、３２の表面が削られることによる肉厚減少（以下、「消耗」という）が大きくなる傾向があることを把握した。そこで、既述のようにアノード電極部３の面内でプラズマＰの密度が揃うように各インピーダンス調整部５１〜５３のインピーダンス値を調整した後、エッチング処理の面内均一性に影響のない範囲で、載置台１３から接地端１０４に至る各回路を流れる電流ができるだけ小さくなるようにさらにインピーダンス調整部５１〜５３のインピーダンス値の微調整を行うことにより、各分割電極３４、３３、３２の消耗を低減することもできる。

以上に説明したインピーダンス調整が行われたアノード電極部３を用いて処理空間１００にプラズマＰを発生させ、予め設定した時間だけエッチング処理を行ったら、各高周波電源１５２、１６２からの電力供給、処理ガス供給部４２からのエッチングガス供給、及び処理空間１００内の真空排気を停止し、搬入時とは反対の順序で基板Ｇを搬出する。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１によれば以下の効果がある。矩形の基板Ｇのエッチング処理を行う平行平板型のプラズマ処理装置１にて、基板Ｇと対向するように配置され、平面形状が矩形であるアノード電極部３の外周側に位置する外周分割電極３２について、角部側に位置する角部分割電極３２ｂと、辺部側に位置する辺部分割電極３２ａとに分割する。そして、載置台（カソード電極）１３から、プラズマＰを介して接地端１０４に至る回路のインピーダンスを調整するためのインピーダンス調整部５１〜５３を設けている。この結果、前記角部と辺部とに対応する位置の基板Ｇに対して均一なエッチング処理を行うことができる。

上述の効果が得られるのは、エッチング処理を行うエッチング装置としてプラズマ処理装置１が構成されている場合に限られない。プラズマ処理装置１が、基板Ｇに対して成膜処理を行う成膜装置や、レジスト膜のアッシング処理を行うアッシング装置として構成されている場合についても同様に、基板Ｇの面内で均一な処理を行うことができる。

ここでアノード電極部３は、径方向に向けて少なくとも２分割されていればよい。また、「外周側に位置する径方向分割電極」とは、径方向に分割された複数の径方向分割電極のうち、アノード電極部３の中心からアノード電極部３の外縁（既述の短辺や長辺）までの距離の１／２よりも外側の領域内に配置されたものであれば、角部分割電極３２ｂと辺部分割電極３２ａと分割してインピーダンス調整を行うことにより、既述の作用効果を発揮することができる。

ここで図２を用いて説明したように、本例のアノード電極部３は、最も外周側に位置する外周分割電極３２のうち、角部側に位置する４つの角部分割電極３２ｂが共通のインピーダンス調整部５２に接続され、辺部側に位置する４つの辺部分割電極３２ａが共通のインピーダンス調整部５１に接続されている。一方で、４つの角部分割電極３２ｂに対してインピーダンス調整部５２を共通化し、また４つの辺部分割電極３２ａに対してインピーダンス調整部５１を共通化することは必須の要件ではなく、角部分割電極３２ｂ、各辺部分割電極３２ａに対して個別にインピーダンス調整部５２、５１を設けてもよい。

また、角部分割電極３２ｂ及び辺部分割電極３２ａの双方をインピーダンス調整部５２、５１と接続することも必須の要件ではない。角部分割電極３２ｂまたは辺部分割電極３２ａの少なくとも一方をインピーダンス調整部５２、５１と接続してインピーダンス調整を行えば、アノード電極部３の角部側と辺部側とのプラズマＰの密度差を小さくして、プラズマ処理の面内均一性を向上させる作用効果を得ることができる。

また、周方向に分割する径方向分割電極は、最も外周側に配置された外周分割電極３２に限られない。３つに分割された径方向分割電極（内側分割電極３４、中間分割電極３３、外周分割電極３２）のうち、例えば中間分割電極３３を周方向に分割してもよい。図４に示すアノード電極部３ｂのように、中間分割電極３３を角部分割電極３３ｂ及び辺部分割電極３３ａに分割したとき、角部分割電極３３ｂがアノード電極部３の角部側のプラズマＰの密度に影響を及ぼすことが可能な領域に配置されている場合には、これら角部分割電極３３ｂ、辺部分割電極３３ａの少なくとも一方をインピーダンス調整部５２、５１に接続して既述のインピーダンス調整を行うことにより、プラズマ処理の面内均一性の向上に寄与することができる。

この他、周方向に分割する径方向分割電極は１つに限定されない。図５に示すアノード電極部３ｃのように外周分割電極３２を周方向に向けて角部分割電極３２ｂと辺部分割電極３２ａとに分割することに加えて、中間分割電極３３を周方向に向けて角部分割電極３３ｂと辺部分割電極３３ａとに分割してもよい。この場合には、中間分割電極３３の角部分割電極３３ｂは、外周分割電極３２の角部分割電極３２ｂとは異なるインピーダンス調整部に接続することが好ましく、また中間分割電極３３の辺部分割電極３３ａは、外周分割電極３２の辺部分割電極３２ａとは異なるインピーダンス調整部に接続することが好ましい。

なお例えば図５に示すアノード電極部３ｃにおいて、（ｉ）中間分割電極３３の角部分割電極３３ｂ、辺部分割電極３３ａを共通のインピーダンス調整部に接続した場合、（ｉｉ）各角部分割電極３３ｂ、辺部分割電極３３ａを別々のインピーダンス調整部に接続し、載置台１３から、容量結合プラズマＰを介して各分割電極３３ｂ、３３ａを通り接地端１０４に至る回路において、例えばプラズマＰ側から見て、分割電極３３ｂ、３３ａの単位面積あたりのインピーダンスが揃うようにインピーダンス調整した場合、（ｉｉｉ）中間分割電極３３の角部分割電極３３ｂ、辺部分割電極３３ａにインピーダンス調整部を接続せずに、直接、接地端１０４に接続した場合を考える。これらの場合には、各分割電極３３ｂ、３３ａの下方側に形成されるプラズマＰの状態は、分割されていない中間分割電極３３の下方側に形成されるプラズマＰの状態と変わらない。

従って、（ｉ）〜（ｉｉｉ）の場合には、中間分割電極３３が構成上、複数の分割電極３３ｂ、３３ａに分割されていたとしても、容量結合プラズマＰを形成するうえでは、一体に構成された中間分割電極３３を用いている場合と相違ないといえる。例えば図２に示す中間分割電極３３、内側分割電極３４には、分割されたうえで（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれかの構成となっているものも含まれる。

さらには、アノード電極部３を径方向に向けて複数に分割して得られる径方向分割電極の形状は、図２に示した矩形状（内側分割電極３４）、角環状（中間分割電極３３、外周分割電極３２）の場合に限定されない。例えば、内側分割電極３４を楕円形状に構成し、中間分割電極３３は当該内側分割電極３４の外周を囲む楕円環状に構成してもよい。この場合には、外周分割電極３２は、矩形状のアノード電極部３から、楕円形上の内側分割電極３４及び中間分割電極３３を取り除いた残りの領域の形状となる。従って、外周分割電極３２などを周方向に向けて分割して得られる角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａの形状についても、図２の例に限定されず、外周分割電極３２の形状などに応じて適宜、決定されることは勿論である。

（実験１）
図６に示す３つの径方向分割電極（内側分割電極３４、中間分割電極３３、外周分割電極３２）を備えたアノード電極部３ｄに対し、インピーダンス調整部５３、５４を用いたインピーダンス調整を行いながら電流値の測定などを行った。なお、図６に示すアノード電極部３ｄにおいて、外周分割電極３２の接地端１０４への接続の記載は省略してある。
Ａ．実験条件
（参考例１−１） 図６に示すアノード電極部３ｄを備えるプラズマ処理装置１を用い、内側分割電極３４と接地端１０４との間、及び中間分割電極３３と接地端１０４との間にインピーダンス調整部５３、５４を設け、内側分割電極３４側のインピーダンス調整部５３に設けられている可変容量コンデンサ５０２のキャパシタンスを変化させ、各回路を流れる電流を電流計５０３、５０４により測定した。この操作期間中、中間分割電極３３側の可変容量コンデンサ５０２のキャパシタンスは固定した。また、第１の高周波電源１５２側の整合器１５１に設けられている不図示の電圧計により、載置台１３（カソード電極）側の電圧の変化を測定した。処理ガス供給部４２からはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスを１０００ｓｃｃｍ（標準状態：２５℃、１気圧基準）で供給し、処理空間１００の圧力は１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）に調整した。また、第１の高周波電源１５２、第２の高周波電源１６２からは、各々２２ｋＷの高周波電力を供給した。
（参考例１−２） 参考例１−１と同様の条件下で、中間分割電極３３側のインピーダンス調整部５４に設けられている可変容量コンデンサ５０２の容量を変化させ、各回路を流れる電流及び載置台１３側の電圧を測定した。この操作期間中、内側分割電極３４側の可変容量コンデンサ５０２のキャパシタンスは固定した。

Ｂ．実験結果
参考例１−１の結果を図７に示し、参考例１−２の結果を図８に示す。図７、図８の横軸は可変容量コンデンサ５０２のダイアル値を示す。当該ダイアル値の値が小さいほど、可変容量コンデンサ５０２のキャパシタンスが大きく、ダイアル値を大きくするに連れてキャパシタンスは小さくなる。図７、図８の左側の縦軸は各分割電極３４、３３の電流値を示し、右側の縦軸は載置台１３側の電圧値を示している。各図中、内側分割電極３４側の電流値の変化を一点鎖線で示し、中間分割電極３３側の電流値の変化を実線で示す。また、載置台１３側の電圧値の変化を破線で示してある。

図７に示す参考例１−１の結果によると、インピーダンス調整部５３内に設けられている可変容量コンデンサ５０２のダイアル値を次第に大きくしていく（可変容量コンデンサ５０２のキャパシタンスを次第に小さくしていく）と、内側分割電極３４側の電流値は増大し、ダイアル値が３．５〜４．５の範囲にてピークを示した後、さらにダイアル値を大きくするに連れ、内側分割電極３４側の電流値は次第に減少した。
一方で上述のダイアル操作の期間中、中間分割電極３３側の電流値は低い状態のまま殆ど変化しなかった。

さらに上述のダイアル操作の期間中、内側分割電極３４側の電流値の増減に対応して、載置台１３側の電圧値が降下する現象が見られた。従って、内側分割電極３４を流れる電流値の変化は、載置台１３側から供給された高周波電力がプラズマＰを介して内側分割電極３４側に引き込まれることにより発生していると評価することができる。

他方、図８に示す参考例１−２の結果では、図７に示す参考例１−１の実験結果とは対照的な結果が得られた。
即ち、インピーダンス調整部５４内に設けられている可変容量コンデンサ５０２のダイアル値を次第に大きくしていくと、中間分割電極３３側の電流値が増大し、ダイアル値が２〜４程度の範囲にてピークを示した後、さらにダイアル値を大きくするに連れ、中間分割電極３３側の電流値は次第に減少した。
一方で上述のダイアル操作の期間中、内側分割電極３４側の電流値は低い状態のまま殆ど変化しなかった。

さらに上述のダイアル操作の期間中、中間分割電極３３を流れる電流値の増減に対応して、載置台１３側の電圧値が降下する現象が見られた。従って、中間分割電極３３側の電流値の変化は、載置台１３側から供給された高周波電力がプラズマＰを介して中間分割電極３３側に引き込まれることにより発生していると評価することができる。

以上の実験結果をまとめると、中間分割電極３３、内側分割電極３４に設けられたインピーダンス調整部５３、５４のインピーダンス値を調整することにより、中間分割電極３３と内側分割電極３４とにおいて、互いに独立して各分割電極３３、３４を含む回路（載置台１３から接地端１０４に至る回路）を流れる電流を増減させる調整が行えることを確認できた。
この結果は、図２に示す角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａの間でインピーダンス調整部５２、５１のインピーダンス値を調整した場合にも同様に成り立つといえる。

（実験２）図６に示すアノード電極部３ｄを備えたプラズマ処理装置１を用い、基板Ｇのエッチング処理を行った。
Ａ．実験条件
（参考例２−１） 載置台１３側にて測定した電圧値の直流成分（Ｖｄｃ）が最小となる位置に各インピーダンス調整部５３、５４内の可変容量コンデンサ５０２のダイアル値を設定し、参考例１−１と同様の条件にて基板Ｇのエッチング処理を行った。内側分割電極３４側のインピーダンス調整部５３における可変容量コンデンサ５０２のダイアル値は４．５であり、図７における内側分割電極３４側の電流値のピークに対応する位置である。また中間分割電極３３側の可変容量コンデンサ５０２のダイアル値は３．０であり、図８における中間分割電極３３側の電流値のピークに対応する位置である。
（参考例２−２） 載置台１３側にて測定した電圧値の直流成分（Ｖｄｃ）が最大となる位置に各インピーダンス調整部５３、５４内の可変容量コンデンサ５０２のダイアル値を設定し、参考例１−１と同様の条件にて基板Ｇのエッチング処理を行った。内側分割電極３４側のインピーダンス調整部５３における可変容量コンデンサ５０２のダイアル値は８．０であり、図７における内側分割電極３４側の電流値が最も小さくなる位置である。また中間分割電極３３側の可変容量コンデンサ５０２のダイアル値は８．０であり、図８における中間分割電極３３側の電流値が最も小さくなる位置である。
（比較例２） 内側分割電極３４と接地端１０４との間、中間分割電極３３と接地端１０４との間にインピーダンス調整部５３、５４を設けずに基板Ｇのエッチング処理を行った。

Ｂ．実験結果
参考例２−１、２−２、比較例２の結果を図９に示す。図９の横軸は、載置台１３側にて測定した電圧値の直流成分を示している。また、図９の左側の縦軸は単位時間あたりのエッチング速度を示し、右側の縦軸は基板Ｇの面内におけるエッチング速度のユニフォーミティ（｛（標準偏差σ）／（平均値Ave）｝×１００［％］）を示している。
図９中、白抜きの丸のプロットは内側分割電極３４の下方側の領域、黒塗りの丸のプロットは中間分割電極３３の下方側領域における基板Ｇのエッチング速度の平均値を示している。また白抜きの横棒のプロットは、外周分割電極３２の下方側領域におけるエッチング速度の最大値、黒塗りの横棒のプロットは、外周分割電極３２の下方側領域におけるエッチング速度の最小値を示している。さらに黒塗りのひし形のプロットは基板Ｇの面内におけるエッチング速度の平均値を示し、バツ印のプロットは、エッチング速度のユニフォーミティを示している。

図９に示す参考例２−１、２−２の結果によると、載置台１３側の電圧値の直流成分が最小の場合に各領域及び基板Ｇ面内平均のエッチング速度は小さくなり（参考例２−１）、前記直流成分が最大の場合に各領域及び基板Ｇ面内平均のエッチング速度は大きくなった。従って、インピーダンス調整部５３、５４を用いたインピーダンス値の調整によって、基板Ｇのエッチング速度を変化させることが可能であることを確認できた。
この結果についても、図２に示す角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａの間でインピーダンス調整部５２、５１のインピーダンス値を調整した場合にも同様に成り立つといえる。

一方で、内側分割電極３４、中間分割電極３３の接地端１０４側にインピーダンス調整部５３、５４が設けられていない比較例２においては、内側分割電極３４や中間分割電極３３の下方側の領域でエッチング速度が大きくなり、外周分割電極３２の下方側の領域にてエッチング速度が小さくなる、上に凸のエッチング速度分布が形成された。この結果、エッチング速度のユニフォーミティの値は、参考例２−１、２−２と比べて悪化した。また、比較例２においては、載置台１３から接地点に至る回路のインピーダンス調整によってエッチング速度を変化させる手段がない。

（実験３）図６に示すアノード電極部３ｄを備えたプラズマ処理装置１を用い、アノード電極部３側の消耗量を測定した。
Ａ．実験条件
（参考例３−１） 内側分割電極３４の下面にアルミニウムチップからなる試験片を貼付し、参考例１−１と同様の操作を行い、内側分割電極３４側の回路を流れる電流値を変化させながら所定時間だけプラズマＰを発生させ、前記試験片の消耗量を測定した。
（参考例３−２） 中間分割電極３３の前記試験片を貼付し、参考例１−２と同様の操作を行い、参考例３−１と同様の実験を行った。

Ｂ．実験結果
参考例３−１、３−２の結果を各々図１０、図１１に示す。これらの図の横軸は、各分割電極３４、３３を流れる電流値を示し、縦軸は試験片のスパッタリング量を示している。各電流値におけるスパッタリング量を黒塗りのひし形のプロットで示してある。また各図には、インピーダンス調整部５３、５４を設けない場合における試験片のスパッタリング量を破線で示してある。

図１０、図１１に示す参考例３−１、３−２の結果によると、内側分割電極３４、中間分割電極３３のいずれにおいても、当該分割電極３４、３３を流れる電流が大きくなるに連れて、試験片のスパッタリング量が大きくなっている。従って、各分割電極３４、３３の下方側の領域に配置された基板Ｇにて、所望のエッチング速度が得られる範囲内において、これらの分割電極３４、３３を流れる電流が小さくなるようにインピーダンス調整部５３、５４のインピーダンス値を調整することにより、内側分割電極３４、中間分割電極３３の消耗量を低減することができる
この結果は、図２に示す角部分割電極３２ｂ、辺部分割電極３２ａにおいても同様に成り立つといえる。

Ｇ 基板
Ｐ、Ｐ’ プラズマ
１ プラズマ処理装置
１３ 載置台
１５１ 整合器
１５２ 第１の高周波電源
１６１ 整合器
１６２ 第２の高周波電源
３、３ａ〜３ｄ
アノード電極部
３２ 外周分割電極
３２ａ 辺部分割電極
３２ｂ 角部分割電極
３３ 中間分割電極
３４ 内側分割電極
５０３、５０４
電流計
５１〜５４ インピーダンス調整部
６ 制御部

Claims (6)

1. 真空排気された処理容器内の矩形の被処理基板に対し、プラズマ化された処理ガスによるプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置において、
   前記処理容器内に当該処理容器とは絶縁された状態で配置され、整合回路を介して高周波電源に接続されると共に、矩形の被処理基板が載置されるカソード電極と、
   前記カソード電極と対向するように前記処理容器とは絶縁された状態で配置され、前記被処理基板に対応した矩形の平面形状を有するアノード電極部と、を備え、
   前記アノード電極部は、
   当該アノード電極部の中央側から外周側へ向かう方向を径方向としたとき、前記径方向に向けて複数の径方向分割電極に分割され、これら径方向分割電極は、各々、互いに絶縁された状態で接地端に接続されていることと、
   前記複数の径方向分割電極のうち、外周側に位置する径方向分割電極は、周方向に向けて、前記アノード電極部の角部側に位置する複数の角部分割電極と、辺部側に位置する複数の辺部分割電極とに分割され、これら角部分割電極及び辺部分割電極は、各々、互いに絶縁された状態で接地端に接続されていることと、
   前記角部分割電極と辺部分割電極との少なくとも一方の接地端側には、前記カソード電極から、プラズマを介して各角部分割電極または辺部分割電極の接地端に至る回路のインピーダンスを調整するためのインピーダンス調整部が設けられていることと、を特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記角部分割電極と辺部分割電極とに分割された径方向分割電極は、前記複数の径方向分割電極のうち、最も外周側に位置するものであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記角部分割電極と辺部分割電極との少なくとも一方に設けられたインピーダンス調整部は、前記複数の角部分割電極に対して、または前記複数の辺部分割電極に対して共通化されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記角部分割電極と辺部分割電極とに分割された径方向分割電極以外の径方向分割電極の少なくとも１つには、前記カソード電極から、プラズマを介して各径方向分割電極の接地端に至る回路のインピーダンスを調整するためのインピーダンス調整部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記カソード電極には、互いに周波数の異なる複数の高周波電源が接続され、前記インピーダンス調整部が設けられた分割電極の接地端側には、前記複数の高周波電源の各周波数に対応した複数のインピーダンス調整部が並列に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
6. 前記インピーダンス調整部は、インピーダンス値を変更できるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。