JP4559202B2 - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマエッチング装置に係り、より詳しくは平行平板型プラズマエッチング装置に関する。

近年、半導体デバイスの素子構造はその寸法の設計基準が益々微細化してきており、被エッチング材を高精度なパターン断面形状に加工することが特に強く求められるようになってきている。現在、半導体デバイスあるいはＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造において使用されるプラズマエッチング装置では、半導体デバイスの素子構造の微細化や、被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）に対するエッチング処理の高速化のために、高密度プラズマの生成が必須になってきている。平行平板型のプラズマエッチング装置では、高密度プラズマを生成するために、平行平板電極に印加するプラズマ励起用の高周波（ＲＦ）の周波数を従来標準の１３．５６ＭＨｚから格段に高い高周波数領域（例えば４０ＭＨｚ以上）に上げていく方向で種々の検討ないし試みがなされてきている。

このようなプラズマの高密度化に伴って、基板上におけるエッチング特性（特にエッチング速度、エッチングパターン等）の均一化の要求も益々厳しくなっている。従来より、平行平板型のプラズマエッチング装置では、上部電極を多数のガス噴出孔を有するシャワーヘッドに構成し、該シャワーヘッドよりエッチングガスを下部電極側の基板に向けて吐出し、両電極間に高周波を印加してグロー放電によりエッチングガスのプラズマを生成するようにしている。エッチンクガスには、塩素（Ｃｌ）やフッ素（Ｆ）のようなハロゲン原子を含むエッチャントガスにアルゴン（Ａｒ）のような不活性ガスや酸素（Ｏ₂）のような添加ガスを混合したものが多く使われている。

しかしながら、従来の平行平板型プラズマエッチング装置においては、被処理基板上で均一なエッチング特性を得るのが難しく、特に基板の周辺部におけるエッチング特性の制御性がよくなかった。本発明者等がその要因を調べたところ、処理容器内に導入するエッチングガスの流量や容器内の圧力を所定値に調整しても、基板上の空間つまりプラズマ生成空間におけるエッチングガスの流れや濃度分布を精細に制御するのが難しく、特に基板の周辺部付近が不定または制御不能になりやすいことが判明した。

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、処理容器内に導入する処理ガスの流れや濃度分布を精細かつ自在に制御し、エッチング特性の制御性を改善する平行平板型プラズマエッチング装置を提供することを目的とする。

本発明のプラズマエッチング装置は、減圧可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する下部電極と、前記処理容器内で前記下部電極とプラズマ生成空間を介して対向する上部電極と、前記プラズマ生成空間に高周波電界を形成するために前記上部電極と前記下部電極との間に高周波を印加する高周波給電部と、前記上部電極の中心部を含む第１領域に設けられた第１ガス噴出部を有し、前記第１ガス噴出部よりガス成分の全部が希釈ガスである第１のガスを前記プラズマ生成空間に導入する第１ガス導入部と、前記第１領域の径方向外側に位置する前記上部電極の第２領域に設けられた第２ガス噴出部を有し、前記第２ガス噴出部よりガス成分の全部がエッチャントガスである第２のガスを前記プラズマ生成空間に導入する第２ガス導入部と、前記第２領域の径方向外側に位置する前記上部電極の第３領域に設けられた第３ガス噴出部を有し、前記第３ガス噴出部よりガス成分の全部が希釈ガスである第３のガスを前記プラズマ生成空間に導入する第３ガス導入部とを具備し、前記第２ガス導入部より導入される前記第２のガスを中心部と側方から挟むように、前記第１ガス導入部および前記第３ガス導入部より前記第１および第３のガスをそれぞれ導入し、前記基板上のエッチング特性の面内均一性を向上させるように前記第１のガスの流量と前記第３のガスの流量との比を制御する。

上記構成のプラズマエッチング装置においては、第１ガス導入部の第１ガス噴出部よりガス成分の全部が希釈ガスである第１のガスが処理容器の中心部で下向きに流し込まれ、第２ガス導入部の第２ガス噴出部よりガス成分の全部がエッチャントガスである第２のガスが第１のガスの径方向外側で下向きに流し込まれ、第３ガス導入部の第３ガス噴出部よりガス成分の全部が希釈ガスである第３のガスが第２のガスの径方向外側で下向きに流し込まれる。このように、第２ガス導入部より導入される第２のガス（エッチャントガス）を中心部と周辺部から挟むように第１ガス導入部および第３ガス導入部より第１および第３のガス（希釈ガス）をそれぞれ導入することが本発明の特徴であり、エッチングプロセスの仕様、ガスの種類等に応じて第１のガスの流量と第３のガスの流量との比またはバランスを調整することで、エッチングガスの拡散形態や濃度分布を精細かつ自在に制御し、ひいては基板上のエッチング特性（エッチングレート、エッチング形状等）の面内分布を自在に制御することが可能であり、エッチング特性の面内均一性も向上させることができる。

本発明の好ましい一態様において、第１ガス導入部は、第１のガスの流量を独立的に制御する第１の流量制御部を有する。第１のガスが混合ガスの場合は、第１ガス導入部に第１のガスの混合比を独立に制御する第１の混合比制御部を設ける。

本発明の好ましい一態様において、第２ガス導入部は、第２のガスの流量を独立的に制御する第２の流量制御部を有する。第２のガスが混合ガスの場合は、第２ガス導入部に第２のガスの混合比を独立的に制御する第２の混合比制御部を設ける。

本発明の好ましい一態様において、第３ガス導入部は、第３のガスの流量を独立的に制御する第３の流量制御部を有する。第３のガスが混合ガスの場合は、第３ガス導入部に第３のガスの混合比を独立に制御する第３の混合比制御部を設ける。第３ガス導入部の材質は、コンタミネーションの問題がないＳｉ、ＳｉＣや劣化しにくい石英が好ましい。

本発明のプラズマエッチング装置によれば、上記のような構成および作用により、処理容器内に導入する処理ガスの流れや濃度分布を精細かつ自在に制御し、エッチング特性の制御性を改善することができる。

以下、添付図を参照して本発明の好適な一実施形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態によるプラズマエッチング装置の構成を示す。このプラズマエッチング装置は、平行平板型電極構造の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、内壁の表面がアルミナ膜あるいはイットリウム酸化（Ｙ₂Ｏ₃）膜で覆われたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ（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の底部にはセラミックなどの絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４上にたとえばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は平行平板型電極構造の下部電極を構成し、この上に被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷが載置される。

サセプタ１６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１８が設けられている。この静電チャック１８は導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートの間に挟みこんだものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。直流電源からの直流電圧により、半導体ウエハＷがクーロン力で静電チャック１８に吸着保持されるようになっている。静電チャック１８の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるためのたとえばシリコンからなるフォーカスリング２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面には、たとえば石英からなる円筒状の内壁部材２６が貼り付けられている。

サセプタ支持台１４の内部には、たとえば円周方向に延在する冷媒室２８が設けられている。この冷媒室２８には、外付けのチラーユニット（不図示）より配管３０ａ、３０ｂ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サセプタ１６上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給機構（不図示）からの伝熱ガスたとえばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。

サセプタ１６の上方には、このサセプタ１６と平行に対向して上部電極３４が設けられている。平行平板型電極構造を構成する両電極１６，３４の間の空間はプラズマ生成空間ＰＳである。上部電極３４は、サセプタ（下部電極）１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間ＰＳと接する面つまり対向面を形成する。

上部電極３４は、サセプタ１６と所望の間隔を置いて対向配置されているリング形状またはドーナツ形状の外側（outer）上部電極３６と、この外側上部電極３６の半径方向内側に絶縁して配置されている円板形状の内側（inner）上部電極３８とで構成される。これら外側上部電極３６と内側上部電極３８とは、プラズマ生成に関して、前者（３６）が主で、後者（３８）が補助の関係を有している。

ここで、図２につき、この実施形態における上部電極３４回りの構成をより詳細に説明する。図２に示すように、外側上部電極３６は、上部電極部材３６Ａと下部電極部材３６Ｂとからなる上下２分割構造になっている。本体の上部電極部材３６Ａは、たとえばアルマイト処理されたアルミニウムで構成される。交換部品の下部電極部材３６Ｂは、たとえばシリコンで構成され、内側上部電極３８の下面よりも突出量Ｈだけ突出した状態でボルト（不図示）等により上部電極部材３６Ａに着脱可能に密着して固定される。両電極部材３６Ａ、３６Ｂの間には、熱コンダクタンスを高めるコーティングまたはシート４０が設けられている。

外部上部電極３６の下部電極部材３６Ｂにおける突出量Ｈおよび内径（直径）Φは、外側上部電極３６ないし上部電極３４よりプラズマ生成空間に与える電界の強度や方向等を規定し、ひいてはプラズマ密度の空間分布特性を左右するファクタとなる。

ここで、突出量Ｈは、高密度プラズマ生成において、半導体ウエハ径方向の電子密度空間分布の均一性に影響する。発明者らの実験データでは、この突出量Ｈは２５ｍｍ以下とするのが好ましく、特に２０ｍｍ付近に選ぶのが最も好ましい。重要なことは、外側上部電極３６の突出部となる下部電極部材３６Ｂは、プラズマ生成空間に対して周辺側から半径方向内向きの電界を与えることによりプラズマを閉じ込める作用を奏する点であり、このことからプラズマ密度空間分布特性の均一性を図るには半導体ウエハＷのエッジよりも半径方向外側に位置することが必須といえるほど望ましい。一方で、下部電極部材３６Ｂの径方向の幅サイズは重要でなく、任意の幅サイズに選んでよい。

この実施形態では、下部電極部材３６Ｂの下面が電極中心部に向かって突出量が減少するテーパ面３７に形成されており、角部（コーナ部）を有していない。このように角部のないテーパ面構造によれば、プラズマエッチングで生じる反応生成物の付着が防止または抑止される。

外側上部電極３６と内側上部電極３８との間にはたとえば０．２５〜２．０ｍｍの環状ギャップ（隙間）が形成され、このギャップにはたとえば石英からなる誘電体４２が設けられる。この誘電体４２を挟んで両電極３６，３８の間にコンデンサが形成される。このコンデンサＣ₄₂は、ギャップのサイズと誘電体４２の誘電率に応じて所望の値に選定または調整される。外側上部電極３６とチャンバ１０の側壁との間には、たとえばアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）からなるリング形状の絶縁性遮蔽部材４４が気密に取り付けられている。

外側上部電極３６の上部電極部材３６Ａには、整合器４６、上部給電棒４８、コネクタ５０および給電筒５２を介して第１の高周波電源５４が電気的に接続されている。第１の高周波電源５４は４０ＭＨｚ以上の周波数たとえば６０ＭＨｚの高周波電圧を出力し、プラズマ生成空間に高密度プラズマを生成する。ここで、整合器４６は、高周波電源５４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に高周波電源５４の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。整合器４６の出力端子は上部給電棒４８の上端に接続されている。

給電筒５２は、円筒状または円錐状あるいはそれらに近い形状の導電板たとえばアルミニウム板または銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極３６の上部電極部材３６Ａに接続され、上端がコネクタ５０によって上部給電棒４８の下端部に電気的に接続されている。給電筒５２の外側では、チャンバ１０の側壁が上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びて円筒状接地導体１０ａを構成している。この円筒状接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材５６により上部給電棒４８から電気的に絶縁されている。かかる構成においては、コネクタ５０からみた負荷回路において、給電筒５２および外側上部電極３６と円筒状接地導体１０ａとで前者（３６，５２）を導波路とする同軸線路が形成される。

さらに、図２に示すように、シールド部材５８が外側上部電極３６の下部電極部材３６Ｂの一部と絶縁性遮蔽部材４４の下面に設けられている。このシールド部材５８は、たとえば表面をアルマイト処理した薄いアルミニウム板からなり、処理容器１０の側壁に物理的かつ電気的に結合され、容器側壁から水平に延びており、下部電極部材３６Ｂおよび絶縁性遮蔽部材４４の下面を非接触または絶縁状態で覆っている。このシールド部材５８の機能は、外側上部電極３６の下部電極部材３６Ｂの下面および絶縁性遮蔽部材４４の下面からの高周波放電を遮断または封印して、その直下におけるプラズマ生成を抑制することである。これにより、プラズマを半導体ウエハＷ直上に閉じ込める効果を一層高めることができる。

再び図１において、内側上部電極３８は、多数のガス噴出孔６０ａを有するたとえばＳｉ、ＳｉＣなどの半導体材料からなる電極板６０と、この電極板６０を着脱可能に支持する導電材料たとえば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体６２とを有する。

内側上部電極３８は、後述する上部ガス導入機構の一部ともなっており、電極支持体６２の内部にたとえばＯリングからなる環状隔壁部材６４で分割された２つの上部バッファ室つまり上部中心バッファ室６６と上部周辺ハッファ室６８とが設けられている。そして、上部中心バッファ室６６とその下面に設けられている多数のガス噴出孔６０ａとで上部中心シャワーヘッド６６ａが構成され、上部周辺バッファ室６８とその下面に設けられている多数のガス噴出孔６０ａとで上部周辺シャワーヘッド６８ａが構成されている。これら上部中心シャワーヘッド６６ａおよび上部周辺シャワーヘッド６８ａは互いに独立的にガス種、ガス混合比、ガス流量等を選択ないし制御できるようになっている。

上部電極３４の電極板６０はプラズマに曝されて消耗する交換部品である。また、電極板６０およびガス噴出孔６０ａの表面には反応生成物が付着するので、それらを除去するためのメンテナンス作業も必要である。このため、チャンバ１０が図１に記すＸ₁−Ｘ₁で上下に分割可能に構成されており、上部のアッセンブリを開けて外すと内部の部材が取り出せるようになっている。

内部上部電極３８の電極支持体６２には、整合器４６、上部給電棒４８、コネクタ５０および下部給電筒７０を介して第１の高周波電源５４が電気的に接続されている。下部給電棒７０の途中には、キャパシタンスを可変調整できる可変コンデンサ７２が設けられている。

可変コンデンサ７２は、外側上部電極３６直下の外側電界強度（または外側上部電極３６側への投入電力）と内側上部電極３８直下の内側電界強度（または内側上部電極３８側への投入電力）との比率つまりバランスを調整するためのものである。この可変コンデンサ７２のキャパシタンスＣ₇₂を変えることにより、下部給電筒７０側の導波路（内側導波路）のインピーダンスまたはリアクタンスを増減させ、給電筒５２側の導波路（外側導波路）の電圧降下と内側導波路の電圧降下との相対比率を変えることができ、ひいては外側電界強度（外側投入電力）と内側電界強度（内側投入電力）との比率を調整することができる。

また、後に詳述するが、外側上部電極３６および内側上部電極３８の上部には、冷媒室または冷媒通路（不図示）が設けられており、外部のチラーユニットにより冷媒通路に冷媒を流して上部電極３４の温度を一定に制御できるようになっている。

チャンバ１０の底部には排気口７４が設けられ、この排気口７４に排気管７６を介して排気装置７８が接続されている。排気装置７８は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧できるようになっている。また、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ためのゲートバルブ（不図示）が取り付けられている。

この実施形態のプラズマエッチング装置では、平行平板型電極構造の下部電極であるサセプタ１６に整合器８０を介して第２の高周波電源８２が電気的に接続されている。この第２の高周波電源８２は、２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲内の周波数、たとえば２ＭＨｚの高周波電圧を出力する。ここで、第２の高周波電源８２は半導体ウエハＷ側に高密度プラズマからイオンを引き込む役割を有する。

内側上部電極３８には、第１の高周波電源５４からの高周波（６０ＭＨｚ）を通さずに第２の高周波電源８２からの高周波（２ＭＨｚ）をグランドに通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）８４が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）８４は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されてよいが、１本の導線だけでも第１の高周波電源５４からの高周波（６０ＭＨｚ）に対して十分に大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、サセプタ１６には、第１の高周波電源５４からの高周波（６０ＭＨｚ）をグランドへ通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）８６が電気的に接続されている。

［第１実施形態］
次に、このプラズマエッチング装置においてチャンバ１０内に処理ガス（エッチングガス）を導入するためのガス導入機構を説明する。第１の実施形態におけるガス導入機構の主要な特徴は、チャンバ１０内のプラズマ生成空間ＰＳにエッチング用のガスを導入するためのガス導入部として、上記のように上部電極３８側からガスを導入する上部ガス導入部（上部中心シャワーヘッド６６ａおよび上部周辺シャワーヘッド６８ａ）を備える構成に加えて、チャンバ１０の側壁側からガスを導入する側部ガス導入部１０４を備える構成である。図１に示すように、側部ガス導入部１０４は、チャンバ１０の側壁に取り付けられる側部シャワーヘッド１０８を有している。

図１において、処理ガス供給源８８は、ガス供給管９０にエッチャント系のガスを所望の流量で送出し、ガス供給管９４に希釈系のガスを所望の流量で送出する。ガス供給管９０は上部周辺シャワーヘッド６８ａに通じており、途中に開閉弁９２が設けられている。さらに、処理ガス供給源８８は、ガス供給管９４ａ，９４ｂにそれぞれ希釈系のガスを所望の流量で送出する。一方のガス供給分岐管９４ａは上部中心シャワーヘッド６６ａに通じ、他方のガス供給分岐管９４ｂは側部シャワーヘッド１０８に通じている。ガス供給管９４ａの途中にはＭＦＣ（マスフローコントローラ；流量制御装置）９６と開閉弁９８が設けられている。ガス供給管９４ｂの途中にもＭＦＣ１００と開閉弁１０２が設けられている。

この実施形態のガス導入機構によれば、チャンバ１０内のプラズマ生成空間ＰＳに向けて上部周辺シャワーヘッド６８ａよりエッチャント系のガスが吐出（導入）されると同時に上部中心シャワーヘッド６６ａと側部シャワーヘッド１０８とから希釈系のガスが吐出（導入）され、プラズマ生成空間ＰＳにおいてエッチャント系のガスと希釈系のガスとが混合して混合ガスのプラズマが生成されるようになっている。

ガス制御部１０６は、ＭＦＣ９６，１００の制御を通じて、上部中心シャワーヘッド６６ａおよび側部シャワーヘッド１０８における希釈系ガスの流量および流量比を任意に制御できるようになっている。また、ガス制御部１０６は、処理ガス供給源８８内の流量調整部の制御も行うようになっている。

図３に、この実施形態における側部ガス導入部１０４の詳細な構成を示す。図示のように、チャンバ１０の側壁には周回方向に所定の間隔を置いて（ウエハ搬入出口を避けて）複数個（図示の例は４個）の側部シャワーヘッド１０８（１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ、１０８ｄ）が取り付けられる。

各々の側部シャワーヘッド１０８（１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ、１０８ｄ）は、プラズマ生成空間ＰＳと対向する向きで肉厚が４０ｍｍ程度のチャンバ１０に嵌め込まれたガス噴出部１１０（１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ、１１０ｄ）と、このガス噴出部１１０と連通するようにチャンバ１０の外壁側に設けられたマニホールド構造の側部バッファ室１１２（１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ、１１２ｄ）とを有している。ガス噴出部１１０（１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ、１１０ｄ）には多数のガス噴出孔１１４（１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ、１１４ｄ）が設けられている。各ガス噴出部１１０および各側部バッファ室１１２は、コンタミネーションの問題がないＳｉ、ＳｉＣなどの半導体材料や、あるいは劣化の少ない材質たとえば石英で構成されてよい。ガス噴出孔１１４の口径はたとえば１ｍｍ程度でよい。

処理ガス供給源８８からのガス供給管９４ｂは、複数本（４本）のガス供給分岐管１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ）に分岐して各側部シャワーヘッド１０８（１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ、１０８ｄ）のバッファ室１１２（１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ、１１２ｄ）に通じている。各ガス供給分岐管１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ）には流量制御弁１１８（１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃ，１１８ｄ）が設けられている。これら流量制御弁１１８（１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ）の流量調整機能により、各側部シャワーヘッド１０８（１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ、１０８ｄ）の吐出量または単位面積当たりの流量を同一に調整することも任意個別に調整することも可能となっている。

図４に、この実施形態における処理ガス流量制御システムの構成を示す。処理ガス供給源８８は、ガス種別のガス供給源（個別ガス供給源）とＭＦＣとを有している。個別ガス供給源は被エッチング材料やプロセス条件に応じて選ばれる。図示の例では、エッチャントガスとしてのＣ_xＦ_y、Ｃ_xＨ_yＦ_zの個別ガス供給源と、希釈ガスとしてのＡｒの個別ガス供給源と、添加ガスとしてのＣＯ、Ｏ₂の個別ガス供給源とが設けられている。ここで、Ｃ_xＦ_yはいわゆるフロロカーボン系のフッ素化合物であり、たとえばＣＦ₄、Ｃ₄Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈が含まれる。また、Ｃ_xＨ_yＦ_zはいわゆるパーフロロカーボン系のフッ素化合物であって、たとえばＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨＦ₃が含まれる。なお、各々の個別ガス供給源は制御部１０６の制御の下でオン・オフし、エッチングに使用するガス種の組み合わせを任意に選択できるようになっている。

Ｃ_xＦ_y供給源からのＣ_xＦ_yガスもしくはＣ_xＨ_yＦ_z供給源からのＣ_xＨ_yＦ_zガスはＭＦＣ１２４もしくはＭＦＣ１２６を介してガス供給管９０に送出され、ガス供給管９０を通ってチャンバ１０上部の上部周辺シャワーヘッド６８ａに供給される。制御部１０６は、ＭＦＣ１２４もしくはＭＦＣ１２６に対する制御を通じて、上部周辺シャワーヘッド６８ａに供給されるエッチャントガスのＣ_xＦ_yガスもしくはＣ_xＨ_yＦ_zガスの流量を制御する。

ＣＯ供給源からのＣＯガス、Ｏ₂供給源からのＯ₂ガスおよびＡｒ供給源からのＡｒガスは、それぞれＭＦＣ１２８、１３０、１３２を介してガス供給管９４に送出され、ガス供給管９４内で混合される。制御部１０６は、ＭＦＣ１２８，１３０，１３２に対する制御を通じて、ＣＯガス、Ｏ₂ガス、Ａｒガスの各流量を制御し、ひいては混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒの混合比を制御する。

ガス供給管９４内で作られた希釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒの一部は、ＭＦＣ９６を介してガス供給管９４ａに送られ、ガス供給管９４ａを通ってチャンバ１０上部の上部中心シャワーヘッド６６ａに供給される。残りの希釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒは、ＭＦＣ１００を介してガス供給管９４ｂに送られ、ガス供給管９４ｂを通ってチャンバ１０側壁の側部シャワーヘッド１０８（１０８ａ，１０８ｂ，‥‥）に供給される。制御部１０６は、ＭＦＣ９６，１００に対する制御を通じて、上部中心シャワーヘッド６６ａに供給される希釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒと側部シャワーヘッド１０８に供給される釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒの各流量および流量比を制御する。

各ＭＦＣ９６，１００，１２４，１２６，１２８，１３０，１３２においては、各流量計９６ｂ，１００ｂ，１２４ｂ、１２６ｂ、１２８ｂ、１３０ｂ、１３２ｂが検出するガス流量に基づいて各流量制御弁９６ａ，１００ａ，１２４ａ，１２６ａ，１２８ａ，１３０ａ，１３２ａの開度が調整される。

図５に、上部中心シャワーヘッド６６ａおよび上部周辺シャワーヘッド６８ａのガス噴出部に設けられるガス噴出孔６０ａの配置（分布）パターンの一例を示す。図示のように、ガス噴出孔６０ａは内側上部電極３８の電極板６０に所定のピッチまたは間隔で多数設けられ、環状隔壁部材６４によって上部中心シャワーヘッド６６ａ側と上部周辺シャワーヘッド６８ａ側とに所望の比率で配分されている。図示の配置パターンは一例であり、放射状、同心円状、マトリクス状等でもよい。

図６に、側部シャワーヘッド１０８のガス噴出部１１０に設けられるガス噴出孔１１４の配置（分布）パターンの一例を示す。図示の例では、ガス噴出部１１０が矩形に形成され、ガス噴出孔１１４がｘ、ｙ方向に所定のピッチでマトリクス状に多数配置されている。この構成も一例であり、ガス噴出部１１０が円形であってもよく、ガス噴出孔１１４の配置パターンが放射状や同心円状等であってもよい。実験や試行錯誤を重ねて最適なものを選ぶことができる。

次に、この実施形態におけるプラズマエッチング装置の作用を説明する。このプラズマエッチング装置において、エッチングを行うには、先ずゲートバルブ（不図示）を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ側壁の搬入出口（不図示）よりチャンバ１０内に搬入して、サセプタ１６の上に載置する。次いで、直流電源２２より直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。

そして、上部電極３４（３６，３８）とサセプタ（下部電極）１６間のプラズマ生成空間ＰＳに、上記のようなガス導入機構により３系統のシャワーヘッド６６ａ，６８ａ，１０８からエッチング用のガスをそれぞれ所定の流量で導入する。すなわち、上部中心シャワーヘッド６６ａからは添加ガスを含む希釈系のガスを、上部周辺シャワーヘッド６８ａからはエッチャント系のガスを、側部シャワーヘッド１０８からは添加ガスを含む希釈系のガスをそれぞれ所定の流量で導入する。プラズマ生成空間ＰＳに導入された３系統のガスは互いに混り合って混合ガスとなる。一方、排気装置７８によりチャンバ１０内の全圧を設定値（たとえば１０^-1Ｐａ〜１０²Ｐａ）まで減圧する。さらに、第１の高周波電源５４よりプラズマ生成用の高周波（６０ＭＨｚ）を所定のパワーで上部電極３４（３６，３８）に印加するとともに、第２の高周波電源８２より高周波（２ＭＨｚ）を所定のパワーでサセプタ１６に印加する。

上記のような各種用力の供給により、チャンバ１０内では、上部電極３４（３６，３８）とサセプタ１６（下部電極）間のグロー放電でエッチングガスがプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンにより半導体ウエハＷの被処理表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、上部電極３４に対して高い周波数領域（イオンが動けない５〜１０ＭＨｚ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。

また、上部電極３４においては、プラズマ生成のための高周波電極として外側上部電極３６を主、内側上部電極３８を副とし、両高周波電極３６，３８より電極直下の電子に与える電界強度の比率を調整可能にしているので、プラズマ密度の空間分布を径方向で制御し、反応性イオンエッチングの空間的な特性を任意かつ精細に制御することができる。

また、このプラズマエッチング装置は、外側上部電極３６の直下でプラズマの大部分ないし過半を生成して内側上部電極３８の直下に拡散させる方式である。この方式によると、シャワーヘッドを兼ねる内側上部電極３８においては、プラズマのイオンから受けるアタックが少ないため交換部品である電極板６０のガス噴出口６０ａのスパッタ進行度を効果的に抑制し、電極板６０の寿命を大幅に延ばすことができる。一方、外側上部電極３６は、電界の集中するガス吐出口を有してはいないため、イオンのアタックは少なく、内側上部電極３８の代わりに電極寿命が短くなるようなことはない。

そして、この実施形態のプラズマエッチング装置では、チャンバ１０内のプラズマ生成空間ＰＳに３系統のシャワーヘッド６６ａ，６８ａ，１０８より導入するガスの種類、混合比、流量等をバランスよく制御することにより、様々なエッチングプロセスにおいてエッチングレートやエッチング形状等の空間分布特性を最適化することができる。

図７および図８に、チャンバ１０（特にプラズマ生成空間ＰＳ）内の処理ガスの流れを模式的に示す。以下、図７および図８につき、具体例なエッチングプロセスにおいてこの実施形態によるガス導入方式の作用を説明する。

一具体例として、半導体装置を構成する半導体素子を被覆するシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜にコンタクトホールを形成する場合を説明する。この種のエッチングプロセスには、エッチャントガスにＣＨ₂Ｆ₂ガスあるいはＣＨＦ₃ガスのようなパーフロロカーボン系ガスを使用し、添加ガスにＣＯガスやＯ₂ガスを使用するのが好適である。もっとも、パーフロロカーボン系のガスをエッチャントガスに用いると、プラズマ励起で生成されるエッチングガスのラジカルにより有機ポリマーが生じ易い。特に、半導体ウエハＷの周辺部領域に反応生成物の付着が起り易く、この反応生成物の付着物によりウエハ周辺部領域に順テーパ形状のコンタクトホールが形成される傾向がある。

そこで、図７に示すように、上部中心シャワーヘッド６６ａよりチャンバ１０内に吐出されるＡｒ流［１］よりも、側部シャワーヘッド１０８からチャンバ１０内に吐出されるＡｒ流［３］の方が大きくなるように両者のガス流量のバランスを調整する。このバランス調整により、上部周辺シャワーヘッド６８ａからチャンバ１０内に導入されたパーフロロカーボン系のエッチャントガス流［２］は、外側上部電極３６直下よりも内側上部電極３８直下の方に多く流れる。これにより、エッチャントのラジカルは半導体ウエハＷの周辺部領域で低減する。また、Ａｒガスのプラズマ化で生じるアルゴンイオンは、上記のような反応生成物をスパッタリングで除去する働きがある。これらの作用が合わさって、半導体ウエハＷの周辺部領域において反応生成物の堆積量は低減してコンタクトホールの順テーパ形状が改善される。その結果、半導体ウエハＷの面内でコンタクトホールの断面形状が均一化するようになる。

また、図８に示すように、側部シャワーヘッド１０８から吐出されるＡｒ流［３］は、半導体ウエハＷの周辺部に向かって広がって行く。したがって、反応生成物を除去する働きを有するＯ₂ガス、ＣＯガスも側部シャワーヘッド１０８から多めに吐出されるのが好ましい。

次に、エッチングプロセスの別の具体例として、半導体装置の上層に設ける多層配線構造体の層間絶縁膜にビアホールあるいはダマシン配線用の溝を形成する場合について説明する。この種の層間絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低誘電率の絶縁膜、たとえばメチル基あるいはエチル其含有のシリコン酸化膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＯＣ膜などで構成される。そこで、この層間絶縁膜にビアホールあるいはダマシン配線用の溝を形成する場合には、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜からなるハードマスクを用いる。この場合、エッチャントガスにはＣ₄Ｆ₈ガスのようなフロロカーボン系ガスを好適に使用できる。

このようなフロロカーボン系のエッチャントガスを用いるときは、上部中心シャワーヘッド６６ａからチャンバ１０内に吐出されるＡｒ流［１］の方が、側部シャワーヘッド１０８からチャンバ１０内に吐出されるＡｒ流［３］よりも大きくなるように両者の流量を調整する。つまり、上記コンタクトホール形成の場合とは逆のバランスで流量調整することにより、半導体ウエハＷの面内でビアホールあるいはダマシン配線用の溝の断面形状が均一化するようになる。この場合、反応生成物を除去する働きを有するＣＯガスやＯ₂ガスも上部中心シャワーヘッド６６ａから多めに導入されてよい。

このように、上部周辺シャワーヘッド６８ａより導入されるエッチャントガスを中心部と側方から挟むように、上部中心シャワーヘッド６６ａおよび側部シャワーヘッド１０８より反応生成物を除去するＡｒガス、Ｏ₂ガスあるいはＣＯガスを吐出させ、かつ上部中心シャワーヘッド６６ａと側部シャワーヘッド１０８間のガス吐出量のバランスを適宜調整することで、様々なエッチングプロセスにおいて（たとえば反応生成物の多いプロセスでも反応生成物の少ないプロセスでも）半導体ウエハＷ上のエッチング特性を自在かつ最適に制御することができる。

［第２実施形態］
次に、図９〜図１１につき、このプラズマエッチング装置においてチャンバ１０内に処理ガス（エッチングガス）を導入するための第２の実施形態のガス導入機構を説明する。この第２の実施形態におけるガス導入機構の主要な特徴は、チャンバ１０内のプラズマ生成空間ＰＳにエッチング用のガスを導入するためのガス導入部として、第１の実施形態の側部ガス導入部１０４に代えて、上部周辺シャワーヘッド６８ａのさらに外側に上部第３シャワーヘッドを有している。すなわち、第２の実施形態におけるガス導入機構は、上部電極の中心部から径方向外側に向かって上部第１シャワーヘッド（第１実施形態の上部中心シャワーヘッドに対応）、上部第２シャワーヘッド（第１実施形態の上部周辺シャワーヘッドに対応）上部第３シャワーヘッドを有する構成である。このプラズマエッチング装置におけるガス導入機構以外の構成は全て第１の実施形態と同じである。

図９に、第２の実施形態におけるガス導入機構の要部の構成を示す。内側上部電極３８は、多数のガス噴出孔６０ａを有するたとえばＳｉ，ＳｉＣなどの半導体材料からなる電極板６０と、この電極板６０を着脱可能に支持する導電材料たとえば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体６２とを有する。

内側上部電極３８は、後述する上部ガス導入機構の一部ともなっており、電極支持体６２の内部にたとえばＯリングからなる環状隔壁部材６４，２６４で分割された３つの上部バッファ室つまり上部第１バッファ室６６と上部第２バッファ室６８と上部第３バッファ室２０８とが設けられている。そして、上部第１バッファ室６６とその下面に設けられている多数のガス噴出孔６０ａとで上部第１シャワーヘッド６６ａが構成され、上部第２バッファ室６８とその下面に設けられている多数のガス噴出孔６０ａとで上部第２シャワーヘッド６８ａが構成され、上部第３バッファ室２０８とその下面に設けられている多数のガス噴出孔６０ａとで上部第３シャワーヘッド２０８ａが構成されている。これら上部第１シャワーヘッド６６ａ、上部第２シャワーヘッド６８ａおよび上部第３シャワーヘッド２０８ａは、互いに独立的にガス種、ガス混合比、ガス流量等を選択ないし制御できるようになっている。

図９において、処理ガス供給源８８は、ガス供給管９０にエッチャント系のガスを所望の流量で送出し、ガス供給管９４に希釈系のガスを所望の流量で送出する。ガス供給管９０は上部第２シャワーヘッド６８ａに通じており、途中に開閉弁９２が設けられている。さらに、処理ガス供給源８８は、ガス供給管９４ａ，９４ｃにそれぞれ希釈系のガスを所望の流量で送出する。一方のガス供給管９４ａは上部第１シャワーヘッド６６ａに通じ、他方のガス供給管９４ｃは上部第３シャワーヘッド２０８ａに通じている。ガス供給管９４ａの途中にはＭＦＣ９６と開閉弁９８が設けられている。ガス供給管９４ｃの途中にもＭＦＣ２００と開閉弁２０２が設けられている。

この第２の実施形態のガス導入機構によれば、チャンバ１０内のプラズマ生成空間ＰＳに向けて上部第２シャワーヘッド６８ａよりエッチャント系のガスが吐出（導入）されると同時に上部第１シャワーヘッド６８ａと上部第３シャワーヘッド２０８ａとから希釈系のガスが吐出（導入）され、プラズマ生成空間ＰＳにおいてエッチャント系のガスと希釈系のガスとが混合して混合ガスのプラズマが生成されるようになっている。

ガス制御部１０６は、ＭＦＣ９６，２００の制御を通じて、上部第１シャワーヘッド６６ａおよび上部第３シャワーヘッド２０８ａにおける希釈系ガスの流量および流量比を任意に制御できるようになっている。また、ガス制御部１０６は、処理ガス供給源８８内の流量調整部の制御も行うようになっている。

図１０に、この実施形態における処理ガス流量制御システムの構成を示す。処理ガス供給源８８は、ガス種別のガス供給源（個別ガス供給源）とＭＦＣとを有している。個別ガス供給源は被エッチング材料やプロセス条件に応じて選ばれる。図示の例では、第１の実施形態と同様にエッチャントガスとしてのＣ_xＦ_y、Ｃ_xＨ_yＦ_zの個別ガス供給源と、希釈ガスとしてのＡｒの個別ガス供給源と、添加ガスとしてのＣＯ、Ｏ₂の個別ガス供給源とが設けられている。なお、各々の個別ガス供給源は制御部１０６の制御の下でオン・オフし、エッチングに使用するガス種の組み合わせを任意に選択できるようになっている。

Ｃ_xＦ_y供給源からのＣ_xＦ_yガスもしくはＣ_xＨ_yＦ_z供給源からのＣ_xＨ_yＦ_zガスはＭＦＣ１２４もしくはＭＦＣ１２６を介してガス供給管９０に送出され、ガス供給管９０を通ってチャンバ１０上部の上部第２シャワーヘッド６８ａに供給される。制御部１０６は、ＭＦＣ１２４もしくはＭＦＣ１２６に対する制御を通じて、上部第２シャワーヘッド６８ａに供給されるエッチャントガスのＣ_xＦ_yガスもしくはＣ_xＨ_yＦ_zガスの流量を制御する。

ＣＯ供給源からのＣＯガス、Ｏ₂供給源からのＯ₂ガスおよびＡｒ供給源からのＡｒガスは、それぞれＭＦＣ１２８、１３０、１３２を介してガス供給管９４に送出され、ガス供給管９４内で混合される。制御部１０６は、ＭＦＣ１２８，１３０，１３２に対する制御を通じて、ＣＯガス、Ｏ₂ガス、Ａｒガスの各流量を制御し、ひいては混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒの混合比を制御する。

ガス供給管９４内で作られた希釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒの一部は、ＭＦＣ９６を介してガス供給管９４ａに送られ、ガス供給管９４ａを通ってチャンバ１０上部の上部第１シャワーヘッド６６ａに供給される。残りの希釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒは、ＭＦＣ２００を介してガス供給管９４ｃに送られ、ガス供給管９４ｃをチャンバ１０上部の上部第３シャワーヘッド２０８ａに供給される。制御部１０６は、ＭＦＣ９６，２００に対する制御を通じて、上部第１シャワーヘッド６６ａに供給される希釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒと上部第３シャワーヘッド２０８ａに供給される釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒの各流量および流量比を制御する。

各ＭＦＣ９６，２００，１２４，１２６，１２８，１３０，１３２においては、各流量計９６ｂ，２００ｂ，１２４ｂ、１２６ｂ、１２８ｂ、１３０ｂ、１３２ｂが検出するガス流量に基づいて各流量制御弁９６ａ，２００ａ，１２４ａ，１２６ａ，１２８ａ，１３０ａ，１３２ａの開度が調整される。

図示省略するが、上部第１シャワーヘッド６６ａ、上部第２シャワーヘッド６８ａおよび上部第３シャワーヘッド２０８ａのガス噴出部に設けられるガス噴出孔６０ａは内側上部電極３８の電極板６０に所定のピッチまたは間隔で多数設けられ、環状隔壁部材６４，２６４によって上部第１シャワーヘッド６６ａ側と上部第２シャワーヘッド６８ａ側と上部第３シャワーヘッド２０８ａ側とに所望の比率で配分されている。また、配置パターンは、放射状、同心円状、マトリクス状等でもよい。

次に、第２の実施形態におけるプラズマエッチング装置の作用を説明する。このプラズマエッチング装置において、エッチングを行うには、先ずゲートバルブ（不図示）を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ側壁の搬入出口（不図示）よりチャンバ１０内に搬入して、サセプタ１６の上に載置する。次いで、直流電源２２より直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。

そして、上部電極３４（３６，３８）とサセプタ（下部電極）１６間のプラズマ生成空間ＰＳに、上記のようなガス導入機構により３系統のシャワーヘッド６６ａ，６８ａ，２０８ａからエッチング用のガスをそれぞれ所定の流量で導入する。すなわち、上部第１シャワーヘッド６６ａからは添加ガスを含む希釈系のガスを、上部第２シャワーヘッド６８ａからはエッチャント系のガスを、上部第３シャワーヘッド２０８ａからは添加ガスを含む希釈系のガスをそれぞれ所定の流量で導入する。プラズマ生成空間ＰＳに導入された３系統のガスは互いに混り合って混合ガスとなる。一方、排気装置７８によりチャンバ１０内の全圧を設定値（たとえば１０^-1Ｐａ〜１０²Ｐａ）まで減圧する。さらに、第１の高周波電源５４よりプラズマ生成用の高周波（６０ＭＨｚ）を所定のパワーで上部電極３４（３６，３８）に印加するとともに、第２の高周波電源８２より高周波（２ＭＨｚ）を所定のパワーでサセプタ１６に印加する。

上記のような各種用力の供給により、チャンバ１０内では、上部電極３４（３６，３８）とサセプタ１６（下部電極）間のグロー放電でエッチングガスがプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンにより半導体ウエハＷの被処理表面がエッチングされる。

このように、第２の実施形態のプラズマエッチング装置では、チャンバ１０内のプラズマ生成空間ＰＳに３系統のシャワーヘッド６６ａ，６８ａ，２０８ａより導入するガスの種類、混合比、流量等をバランスよく制御することにより、様々なエッチングプロセスにおいてエッチングレートやエッチング形状等の空間分布特性を最適化することができる。

図１１に、チャンバ１０（特にプラズマ生成空間ＰＳ）内の処理ガスの流れを模式的に示す。以下、図１１につき、具体例なエッチングプロセスにおいてこの実施形態によるガス導入方式の作用を説明する。

一具体例として、第１の実施形態と同様に半導体装置を構成する半導体素子を被覆するシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜にコンタクトホールを形成する場合を説明する。この種のエッチングプロセスには、エッチャントガスにＣＨ₂Ｆ₂ガスあるいはＣＨＦ₃ガスのようなパーフロロカーボン系ガスを使用し、添加ガスにＣＯガスやＯ₂ガスを使用するのが好適である。もっとも、パーフロロカーボン系のガスをエッチャントガスに用いると、プラズマ励起で生成されるエッチングガスのラジカルにより有機ポリマーが生じ易い。特に、半導体ウエハＷの周辺部領域に反応生成物の付着が起り易く、この反応生成物の付着物によりウエハ周辺部領域に順テーパ形状のコンタクトホールが形成される傾向がある。

そこで、図１１に示すように、上部第１シャワーヘッド６６ａよりチャンバ１０内に吐出されるＡｒ流［１］よりも、上部第３シャワーヘッド２０８ａからチャンバ１０内に吐出されるＡｒ流［３］の方が大きくなるように両者のガス流量のバランスを調整する。このバランス調整により、上部第２シャワーヘッド６８ａからチャンバ１０内に導入されたパーフロロカーボン系のエッチャントガス流［２］は、外側上部電極３６直下よりも内側上部電極３８直下の方に多く流れる。これにより、エッチャントのラジカルは半導体ウエハＷの周辺部領域で低減する。また、Ａｒガスのプラズマ化で生じるアルゴンイオンは、上記のような反応生成物をスパッタリングで除去する働きがある。これらの作用が合わさって、半導体ウエハＷの周辺部領域において反応生成物の堆積量は低減してコンタクトホールの順テーパ形状が改善される。その結果、半導体ウエハＷの面内でコンタクトホールの断面形状が均一化するようになる。

次に、エッチングプロセスの別の具体例として、第１の実施形態と同様に半導体装置の上層に設ける多層配線構造体の層間絶縁膜にビアホールあるいはダマシン配線用の溝を形成する場合について説明する。この種の層間絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低誘電率の絶縁膜、たとえばメチル基あるいはエチル其含有のシリコン酸化膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＯＣ膜などで構成される。そこで、この層間絶縁膜にビアホールあるいはダマシン配線用の溝を形成する場合には、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜からなるハードマスクを用いる。この場合、エッチャントガスにはＣ₄Ｆ₈ガスのようなフロロカーボン系ガスを好適に使用できる。

このようなフロロカーボン系のエッチャントガスを用いるときは、上部第１シャワーヘッド６６ａからチャンバ１０内に吐出されるＡｒ流［１］の方が、上部第３シャワーヘッド２０８ａからチャンバ１０内に吐出されるＡｒ流［３］よりも大きくなるように両者の流量を調整する。つまり、上記コンタクトホール形成の場合とは逆のバランスで調整をすることにより、半導体ウエハＷの面内でビアホールあるいはダマシン配線用の溝の断面形状が均一化するようになる。この場合、反応生成物を除去する働きを有するＣＯガスやＯ₂ガスも上部第１シャワーヘッド６６ａから多めに導入されてよい。

このように、上部第２シャワーヘッド６８ａより導入されるエッチャントガスを中心部と側方から挟むように、上部第１シャワーヘッド６６ａおよび上部部第３シャワーヘッド２０８ａより反応生成物を除去するＡｒガス、Ｏ₂ガスあるいはＣＯガスを吐出させ、かつ上部第１シャワーヘッド６６ａと上部第３シャワーヘッド２０８ａ間のガス吐出量のバランスを適宜調整することで、様々なエッチングプロセスにおいて（たとえば反応生成物の多いプロセスでも反応生成物の少ないプロセスでも）半導体ウエハＷ上のエッチング特性を自在かつ最適に制御することができる。

なお、図示省略するが、上記第２の実施形態におけるガス導入機構に上記第１の実施形態の側部シャワーヘッド１０８を付加する構成も可能である。

次に、図１２〜図１５につき、この実施形態における処理ガス流量制御システムの変形例（別の構成例）を説明する。図１２に、この変形例の構成を示す。図中、図１０のシステムと共通する部分には同一の符号を附してある。この処理ガス流量制御システムにおいては、第１シャワーヘッド６６ａと第３シャワーヘッド２０８ａとに分配する希釈系ガスの流量または分流量を圧力制御装置（ＰＣＶ）により制御し、ガス流の設定変更に際して高い応答性を確保することができる。

図１２において、処理ガス供給源８８の段階では、ＣＯ供給源からのＣＯガス、Ｏ₂供給源からのＯ₂ガスおよびＡｒ供給源からのＡｒガスは、それぞれＭＦＣ１２８、１３０、１３２を介してガス供給管９４に送出され、ガス供給管９４内で混合される。制御部１０６は、ＭＦＣ１２８，１３０，１３２に対する制御を通じて、ＣＯガス、Ｏ₂ガス、Ａｒガスの各流量を制御し、ひいては混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒの混合比を制御する。

ガス供給管９４内で作られた希釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒの一部は、流量比制御部を構成する第１のＰＣＶ３００を介してガス供給管９４ａに送られ、ガス供給管９４ａを通ってチャンバ１０上部の第１シャワーヘッド６６ａに供給される。ここで、第１のＰＣＶ３００は、たとえばノーマルオープンタイプのエアオペレイトバルブからなる圧力制御弁３００ａと圧力センサ３００ｂとを有している。残りの希釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒは、同様に流量比制御部を構成する第２のＰＣＶ３０２を介してガス供給管９４ｃに送られ、ガス供給管９４ｃを通りチャンバ１０上部の第３シャワーヘッド２０８ａに供給される。第２のＰＣＶ３０２も、たとえばノーマルオープンタイプのエアオペレイトバルブからなる圧力制御弁３０２ａと圧力センサ３０２ｂとを有している。

ガス制御部１０６は、第１および第２のＰＣＶ３００，３０２における圧力制御弁３００ａ，３０２ａの開度調整を行う。この場合、開度調整を圧力制御弁３００ａ，３０２ａの双方について行うこともできるが、片方だけで行うことも可能である。たとえば、相対的に出力圧力が大きくなる方の圧力制御弁３００ａを全開状態にし、出力圧力が小さい方の圧力制御弁３０２ａの開度を調整することで、任意の圧力比を選定することもできる。このような圧力比の制御を通じて、第１シャワーヘッド６６ａに供給する希釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒの流量と第３シャワーヘッド２０８ａに供給する希釈系混合ガスＣＯ／Ｏ₂／Ａｒの流量との比を任意に制御することができる。

両ＰＣＶ３００，３０２の圧力センサ３０２ａ，３０２ｂより出力されるモニタ圧力信号は、ガス制御部１０６を経由してメンテナンス制御部３０４に与えられる。メンテナンス制御部３０４は、マイクロコンピュータからなり、圧力センサ３０２ａ，３０２ｂからのモニタ圧力（圧力測定値）に基づいて後述するようなメンテナンス処理を実行する。

この構成例によれば、希釈系のガスを第１シャワーヘッド６６ａと第３シャワーヘッド２０８ａとに分配する流量（ガス分流量）の設定値を変更する場合に、ガス制御部１０６が主制御部からのコマンドに応じて圧力制御弁３００ａ，３０２ａの双方または片方を制御することで、瞬時にガス流量の変更を実行することができる。このことにより、第１シャワーヘッド６６ａよりチャンバ１０内に吐出（導入）されるＡｒ流［１］と、第３シャワーヘッド２０８ａからチャンバ１０内に吐出（導入）されるＡｒ流［３］とのガス流量比のバランスをエッチング中において高精度に調整することができる。このような流量バランス調整機能の向上により、たとえば半導体ウエハＷ面内のエッチング形状の均一化等のエッチング特性が向上する。なお、上記のような圧力制御装置を用いた流量比制御の方法は、第１シャワーヘッド６６ａおよび第３シャワーヘッド２０８ａへのガス分流に限定されるものではなく、同様のガス分流を行う任意のアプリケーションに適用できる。

上述したように、図１２の処理ガス流量制御システムは、図１０で説明した処理ガス流量制御システムよりもガス流量の設定変更に対して迅速な応答ができるようになるが、一方において圧力制御装置（ＰＣＶ３００，３０２）から下流側でガス分流量の精度がガス流路のコンダクタンス変化により影響を受け易いという一面もある。その場合は、圧力制御装置の監視およびそのメンテナンスが重要になってくる。

以下、この実施形態における圧力制御装置についての好適なメンテナンス法を説明する。このメンテナンス法は、メンテナンス制御部３０４が中心になって実施するもので、以下に述べるように「ガス圧力スパンずれチェック」、「ガス圧力安定性チェック」の検査と良否判定を行う。

（ガス圧力スパンずれチェック）
たとえば、上述のようなチャンバ１０内をＮ₂（窒素）ガスでパージする工程の中で、第１および第２のＰＣＶ３００，３０２における圧力制御弁３００ａ，３０２ａを全開（フルオープン）状態にする。そして、チャンバ１０内の排気速度を一定に保ち、Ｎ₂ガス供給源（不図示）から一定流量の窒素ガスをガス供給管９４内に送り込む。そうすると、両ＰＣＶ３００，３０２の圧力センサ３００ｂ、３０２ｂより得られるモニタ圧力（圧力測定値）Ｐ_C、Ｐ_Eは、図１３Ａに示すように、Ｎ₂（窒素）ガス供給の開始とともに指数関数的に立ち上がってそれぞれ一定の圧力［Ｐ_C］，［Ｐ_E］に安定する。通常、第１シャワーヘッド６６ａの方が第３シャワーヘッド２０８ａよりもガス噴出孔の数が少ないため（ガス流路のコンダクタンスが小さいため）、第１のＰＣＶ３００側の圧力［Ｐ_C］が第２のＰＣＶ３０２系の圧力［Ｐ_E］よりも幾らか高くなる。正常状態では、このガス圧力差Ａ＝［Ｐ_C］−［Ｐ_E］が一定のスパン内に収まる。

メンテナンス処理部３０４は、両圧力センサ３００ｂ、３０２ｂより得られるモニタ圧力（圧力測定値）Ｐ_C、Ｐ_Eを取得して、一定周期たとえば１００ミリ秒間隔でガス圧力差Ａ＝［Ｐ_C］−［Ｐ_E］を求めて圧力監視を行う。この圧力監視は、パージングを開始して圧力が安定するまでの所定時間（ｔ₁）が過ぎてから、たとえばパージングが終了するまで実施する。監視内容は、ガス圧力差Ａが予め設定した許容範囲（下限Ａ_L〜上限Ａ_H）内に入っているか否かをチェックしてよく、所定時間たとえば３秒間連続して（１００ミリ秒のサンプリングで連続３０回）許容範囲（下限Ａ_L〜上限Ａ_H）から外れた場合は「異常」と判定してアラームを表示する。ここで、「異常」とは、ＰＣＶ３００ないし第１シャワーヘッド６６ａ側のガス分流系統とＰＣＶ３００ないし第１シャワーヘッド６６ａ側のガス分流系統との相対的なバランスがくずれたことを意味し、通常はいずれか一方のガス系統で何らかの故障が起きていることが多い。

上記のように「異常」のアラームを表示するときは、同時にインターロックをかけて、次の半導体ウエハＷが当該プラズマエッチング装置のチャンバ１０に搬入されるのを禁止し、所要の復旧作業を行う。

（ガス圧力安定性チェック）
「ガス圧力安定性チェック」は定期的なメンテナンスの中で実施される。この検査でも、チャンバ１０内の排気速度を一定に保って、Ｎ₂ガス供給源（不図示）から所定流量の窒素ガスをガス供給管９４内に送り込む。ただし、窒素ガスを双方のガス分流系統に送り込むのではなく、片側だけに送り込む。すなわち、両ＰＣＶ３００，３０２の圧力制御弁３００ａ，３０２ａのうち一方を完全に閉じて他方をフルオープンにする。

より詳細には、圧力制御弁３００ａ，３０２ａの開閉状態を２通りに切り替える。第１のステップでは、ＰＣＶ３００の圧力制御弁３００ａを完全に閉じ、ＰＣＶ３０２の圧力制御弁３０２ａを全開つまりフルオープンにする。その際、両圧力制御弁３００ａ，３０２ａをそれぞれフルオープンにした状態から圧力制御弁３００ａだけを完全に閉じるのが好ましい。第２のステップでは、反対に、ＰＣＶ３０２の圧力制御弁３０２ａを完全に閉じ、ＰＣＶ３００の圧力制御弁３００ａをフルオープンにする。そして、各ステップ毎に両ＰＣＶ３００，ＰＣＶ３０２の圧力センサ３００ｂ、３０２ｂより得られるモニタ圧力（圧力測定値）を取得する。

図１４Ａおよび図１４Ｂに、「ガス圧力安定性チェック」の検査でＮ₂ガス流量をＬ₁（たとえば６００ｓｃｃｍ），Ｌ₂（たとえば１０００ｓｃｃｍ）とした場合に圧力センサ３００ｂ、３０２ｂより得られるモニタ圧力（圧力測定値）の時間特性を波形で示す。図示のように、第１のステップでは、フルオープンのＰＣＶ３０２側で通常の動作時よりも相当高い圧力Ｐ_ELが得られ、完全に閉じた状態のＰＣＶ３００側で通常の動作時よりも相当低い圧力Ｐ_COが得られる。また、第２のステップでは、フルオープンのＰＣＶ３００側で通常の動作時よりも相当高い圧力Ｐ_CLが得られ、完全閉状態のＰＣＶ３０２側で通常の動作時よりも相当低い圧力Ｐ_EOが得られる。

メンテナンス処理部３０４は、第１のステップにおいて、ガス圧力の安定する所定の時刻ｔ₂から一定の期間（たとえば９秒）にわたってモニタ圧力Ｐ_EL，Ｐ_COをそれぞれ一定の周期（たとえば１秒間隔）でサンプリングして平均値を求める。また、第２のステップにおいても、ガス圧力の安定する所定の時刻ｔ₃から一定の期間にわたってモニタ圧力Ｐ_CL，Ｐ_COをそれぞれ一定の周期でサンプリングして平均値を求める。

次に、メンテナンス処理部３０４は、上記のようなＮ₂ガス流量をパラメータとする複数回（たとえば２回）の検査で得られたモニタ圧力のデータを基に幾つかの検査項目について判定処理を行う。

第１の検査項目は、ガス流量に対する圧力の応答性に関するスパン特性である。図１５Ａに示すように、第１のＰＣＶ３００ないし第１シャワーヘッド６６ａのガス分流系統について、１回目（Ｎ₂ガス流量Ｌ₁）の検査で得られるフルオープン時の圧力Ｐ_CL1と２回目（Ｎ₂ガス流量Ｌ₂）の検査で得られるフルオープン時の圧力Ｐ_CL2との間の増加率または傾きＧ_PCを一次近似式（Ｐ_CL2−Ｐ_CL1）／（Ｌ₂−Ｌ₁）で求める。そして、この傾きＧ_PCが予め設定されている許容範囲（下限Ｇ_L〜上限Ｇ_H）内に入っているか否かを判定する。同様にして、図１５Ｂに示すように、第２のＰＣＶ３０２ないし第３シャワーヘッド２０８ａのガス分流系統について、１回目（Ｎ₂ガス流量Ｌ₁）の検査で得られるフルオープン時の圧力Ｐ_EL1と２回目（Ｎ₂ガス流量Ｌ₂）の検査で得られるフルオープン時の圧力Ｐ_EL2との間の増加率または傾きＨ_PEを一次近似式（Ｐ_EL2−Ｐ_EL1）／（Ｌ₂−Ｌ₁）で求める。そして、この傾きＨ_PEが予め設定されている許容範囲（下限Ｈ_L〜上限Ｈ_H）内に入っているか否かを判定する。許容範囲から出た場合の原因としては、たとえば当該ＰＣＶ内の圧力制御弁や圧力センサ等の故障が考えられる。いずれにしても、分流制御を設定通りに行い得ない状態になっている以上、点検や部品交換を求めるアラームを表示してよい。

第２の検査項目は、ＣＥＬ削れ、つまりシャワーヘッドにおけるガス噴射孔の削れ（劣化）具合である。プラズマエッチング装置においては、上部電極を兼ねるシャワーヘッドがイオンのアタックを受けて消耗劣化し、特にガス噴射孔が電界を集中させるためスパッタされやすい。ガス噴射孔が削れると、コンダクタンスが低くなり、当該ガス分流系統で圧力が下がる。

そこで、第１のＰＣＶ３００ないし第１シャワーヘッド６６ａのガス分流系統について、第１シャワーヘッド６６ａにおけるガス噴射孔の削れ具合（センターのＣＥＬ削れ）を判定するために、図１４Ｂに示すように、所定のＮ₂ガス流量（たとえばＬ₂）の下で得られるフルオープン時の圧力Ｐ_CL2が予め設定した許容範囲（下限Ｋ_L〜上限Ｋ_H）内に入っているか否かを判定する。そして、許容範囲（下限Ｋ_L〜上限Ｋ_H）内に入っているときはスペック内（異常無し）、許容範囲（下限Ｋ_L〜上限Ｋ_H）内に入っていないときはスペック外（異常有り）との判定結果を出す。

同様に、第１のＰＣＶ３００ないし第１シャワーヘッド６６ａのガス分流系統についても、第３シャワーヘッド２０８ａにおけるガス噴射孔の削れ具合（エッジのＣＥＬ削れ）を判定するために、図１４Ｂに示すように、所定のＮ₂ガス流量（たとえばＬ₂）の下で得られるフルオープン時の圧力Ｐ_CE2が予め設定した許容範囲（下限Ｊ_L〜上限Ｊ_H）内に入っているか否かを判定する。そして、許容範囲（下限Ｊ_L〜上限Ｊ_H）内に入っているときは「スペック内（異常無し）」、許容範囲（下限Ｊ_L〜上限Ｊ_H）内に入っていないときは「スペック外（異常有り）」との判定結果を出す。

第３の検査項目は、ガス分流系統におけるガスリークである。「ガス圧力安定性チェック」では、図１４Ａまたは図１４Ｂに示すように、圧力制御弁を完全に閉じたガス分流系統側でもガスリークに応じた圧力（Ｐ_CO，Ｐ_EO）が検知される。この種のガスリークは、ガス分流系統内部（特にシャワーヘッド内の環状隔壁部材６４，２６４）のリークだけでなく、チャンバ１０の室内を介して外からガスが回り込んでくる分もある。たとえば、第１のステップでは、フルオープン側の第３シャワーヘッド２０８ａよりチャンバ１０内に噴出された窒素ガスがクローズ側の第１シャワーヘッド６６ａのガス噴射孔からガス分流系統の内部に入り込む。ガスリークの大きいのは、望ましいことではない。

そこで、上記のようにクローズ側のガス分流系統側で得られるモニタ圧力（Ｐ_CO，Ｐ_EO）が許容値Ｍより高いか否かを判定する。モニタ圧力（Ｐ_CO，Ｐ_EO）が許容値Ｍより低いときは、ガスリークが許容値を超えていない旨の「異常無し」の判定結果を出す。モニタ圧力（Ｐ_CO，Ｐ_EO）が許容値Ｍより高いときは、ガスリークが許容値を超えている旨の「異常有り」の判定結果を出す。

上記のようなメンテナンス処理に用いる種々の基準値または許容範囲は、当該装置の機差、使用期間、あるいはプロセスガス等に対応させて随時変変えることもできる。なお、圧力制御装置における圧力センサのゼロ点確認は別の検査手段により行ってよい。

次に、図１６〜図１８につき、この実施形態における電極兼シャワーヘッドの冷却機構について説明する。高密度プラズマを生成する容量結合型プラズマエッチング装置では、平行平板電極に印加する高周波電力により生じ易い電極の温度上昇を低減させ、電極を所定の温度に制御することが非常に重要になる。

図１６に、この実施形態のプラズマエッチング装置において上部電極３４（外側上部電極３６および内側上部電極３８）に設けられる冷媒通路１３８の取付位置を示す。図１７は、冷媒通路１３８における冷媒経路のパターンを示す。図１８に、図１７のＸ₂−Ｘ₂についてみた冷媒通路１３８の断面構造を示す。

冷却通路１３８には、外付けのチラーユニット（不図示）より配管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。図１７に示すように、冷媒は、チラーユニットからの配管（不図示）を流れてきて内側入口１４０から冷却通路１３８に入り、中心部を一周してから、第１冷媒通路１４８Ａを矢印の方向に流れる。そして、冷媒は、第１冷媒通路１４８Ａをほぼ同心円状に一周すると、次に第２冷媒通路１４８Ｂを第１冷媒通路１４８Ａにおける流れとは逆の方向に流れ、さらに第２冷媒通路１４８Ｂにおける流れとは逆の方向に第３冷媒通路１４８Ｃを流れて内側出口１４２に出るようになっている。ここで、内側出口１４２と外側入口１４４は配管（不図示）で接続されており、内側出口１４２から出て外側入口１１４に入った冷媒は第４冷媒通路１４８Ｄを第３冷媒通路１４８Ｃにおける流れとは逆方向に流れるようになっている。このように隣接する冷媒通路における冷媒の流れを互いに逆方向にすることで、外側上部電極３６および内側上部電極３８における温度ムラが大幅に低減する。

図１８に、上記冷媒通路１４８の好ましい断面形状として２種類のものを示す。すなわち、図１８の（ａ）は冷媒通路の断面形状を櫛状にする構成であり、図１８の（ｂ）は冷媒通路の断面形状を長細い蛇行状にする構成である。このような櫛状または蛇行状の通路断面構造にすることで、冷媒通路の側壁の面積が増加して冷媒との接触面積が増大して、冷媒の排熱効率が向上する。また、どちらの場合でも、上記冷媒通路１３８の断面積は、上述した外部配管の断面積に近い大きさになっている。このような大断面積の冷媒通路とすることで、圧力損失の発生が抑えられ、冷媒の流速が低下しないようになる。実際、冷媒と外側上部電極３６および内側上部電極３８との温度差が従来は２０℃であったものが、この実施形態では２℃に低減する。

上記のような電極兼シャワーヘッドの冷却機構により、高周波電力が印加され高密度プラズマ生成する上部電極に対する高精度の温度制御が可能になり、図１６に示す電極板６０への反応生成物の付着およびそれに伴うガス噴出孔６０ａのガス詰まり等が大幅に低減する。したがって、このプラズマエッチング装置のメンテナンス管理が簡便になる。

次に、この実施形態における電極兼シャワーヘッドの中心ガス導入室６６あるいは周辺ガス導入室６８に処理ガスを導入するガスラインについて説明する。この実施形態では、チャンバ１０内のガス供給管９０あるいは分岐管９４ａ等の全てのガス供給配管を絶縁材料で構成する。ガス供給配管がＳＵＳのような導電材料で構成されていると、チャンバ１０内での高周波伝送が乱され、エッチング特性に大きな影響が出るからである。

図１９に、図１の領域１５０を拡大して示す。図１９に示すように、テフロン（登録商標）製のガス供給管９０の先端部には凸部１５２が設けられるとともに、電極支持体６２の上面には該凸部１５２に対応する凹部が形成されている。上記凸部１５２が上記凹部に実質的なスペースまたは隙間を作らずに嵌合されることで、ガス供給管９０がＯリング１５４およびセンターリング１５６を介して電極支持体６２に気密に取り付けられる。ここで、処理ガスは、ガス供給管のガス通路１５８を通って周辺ガス導入室６８に供給される。このように、上部電極３４のシャワーヘッドに接続されるガス供給管９０のジョイント部をテフロン（登録商標）のような絶縁体で隙間無く塞ぐ構成により、処理ガス導入配管部での異常放電を確実に防止することができる。

次に、図１、図２０〜図２２を参照して、この実施形態におけるプラズマエッチング装置の安全機能、特に電磁波漏洩防止機能すなわちＥＭＩ（Electro−Magnetic Interference）シールド機能について説明する。

チャンバ１０は、図１に記したＸ₁−Ｘ₁で上下に分離すると、図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように下部チャンバ・アッセンブリ１６２と上部チャンバ・アッセンブリ１６４とに分けられる。ここで、図２０Ａはこの分離状態における両アッセンブリ１６２，１６４の対向部分を示す要部側面図であり、図２０Ｂはその断面図である。

図２０Ａに示すように、下部チャンバ・アッセンブリ１６２の円筒状の接合部材１６６の所定位置に下部クロー（爪部）１６８が固定して取り付けられ、上部チャンバ・アッセンブリ１６４の円筒状の接合部材１７０の所定位置に上部クロー１７２が設けられている。ここで、上部クロー１７２は、後述するベアリング機構により円周方向に一定の範囲内で移動できるようになっている。なお、チャンバ外周に沿って上記のような相対向する上部および下部クロー（１７２，１６８）が等間隔で複数組配置されている。

図２０Ｂに示すように、円筒状の下部接合部材１６６の上面にはシールド用溝１７４が上面部に沿い延在して形成され、このシールド用溝１７４内にリング状のＥＭＩシールドスパイラル１７６が埋め込まれている。なお、下部接合部材１６６の径方向内側に隣接して絶縁体部材１７８が取り付けられている。一方、円筒状の上部接合部材１７０の外壁にベアリング支持体１８０が固着され、このベアリング支持体１８０の上にベアリング機構１８４を介してベアリング可動体１８２が円周方向に移動可能に取り付けられている。上部クロー１７２はベアリング可動体１８２に固定されている。また、上部接合部材１７０の径方向内側に隣接して絶縁体部材１８６が取り付けられている。上下の絶縁体部材１８６，１７８は図１の絶縁性遮蔽部材４４を構成する。

図１のＸ₁−Ｘ₁で下部チャンバ・アッセンブリ１６２と上部チャンバ・アッセンブリ１６４とを連結させた状態を図２１Ａおよび図２１Ｂに示す。ここで、図２１Ａは連結状態におけるチャンバ接合部を示す要部側面図であり、図２１Ｂはその断面図である。

図２１Ａに示すように、上部チャンバ・アッセンブリ１６４側の上部クロー１７２と下部チャンバ・アッセンブリ１６２側の下部クロー１６８とは、それらの上面１７２ａと下面１６８ａとが互いに噛み合って係合している。この上部および下部クロー１７２，１６８同士の係合は、下部接合部材１６６の上面に上部接合部材１７０の下面を接合させた後、たとえばピニオン＆ラックのような駆動および運動変換機構（不図示）を用いてベアリング機構１８４により可動の上部クロー１７２を円周方向に適当な距離だけ移動または変位させることによって行われる。

この実施形態の連結状態では、図２１Ｂに示すように、下部接合部材１６６と上部接合部材１７０とはＥＭＩシールドスパイラル１７６によって完全に電気的に接続し、本装置内に投入された高周波がチャンバ１０の外部に漏洩することは皆無になる。なお、下部接合部材１６６と上部接合部材１７０同士は、Ｏリング等の周知の気密シール材（不図示）を介して気密に接触するようになっている。また、Ｏリング等の気密シール材はＥＭＩシールドスパイラル１７６の内側に設けられてもよい。

このような電磁波漏洩あるいはノイズ発生を防止する機構は、その他にも、この実施形態のプラズマエッチング装置の必要な箇所に設けられている。何れのところでも、図２２で拡大して示すように、たとえばステンレス製のＥＭＩシールドスパイラル１７６が、円筒状の下部接合部材（たとえば上記の下部接合部材１６６）の上面に設けられたスパイラル取付溝に埋め込まれ、その上から上側接合部材（たとえば上記の下部接合部材１７０）がＥＭＩシールドスパイラル１７６を押圧するように着脱可能に接続される。

この実施形態では、図２３に示すように、ＥＭＩシールドスパイラル１７６を予め所要の直径または長さを有するリング体に形成し、このリング体の状態でスパイラル用溝に装入するようにしている。このようなリング型ＥＭＩシールドスパイラルにより、プラズマエッチング装置の組み立て時あるいはメンテナンス時の安定性および安全性が大幅に向上する。従来は、ＥＭＩシールドスパイラルを所要の長さに切断して線状の状態でスパイラル取付溝に装入していた。しかしながら、線状ＥＭＩシールドスパイラルは、装入状態で両端をぴったり合わせないと電磁波漏洩防止機能が不完全になったり、装入作業が困難になっていた。なお、線状のＥＭＩシールドスパイラルは、その両端をたとえば溶接で接合することにより、リング体のＥＭＩシールドスパイラルに形成（変形）できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。

たとえば、上記第１の実施形態では、上部電極３４（内側上部電極３８）に設ける上部シャワーヘッドを上部中心シャワーヘッド６６ａと上部周辺シャワーヘッド６８ａとに２分割し、チャンバ１０の側壁に設ける側部シャワーヘッド１０８と合わせて３系統のシャワーヘッド方式とした。しかし、たとえば環状隔壁部材６４を省いて上部シャワーヘッドを１系統タイプ［６６ａ，６８ａ］に構成して、側部シャワーヘッド１０８と合わせて２系統のシャワーヘッド方式とすることも可能である。その場合は、上部シャワーヘッド［６６ａ，６８ａ］よりエッチャント系のガスを導入し、側部シャワーヘッド１０８より希釈系のガスを導入してよい。また、側部ガス導入部において、上記実施形態のシャワーヘッド１０８に代えて、ガスパイプで処理ガスを導入するようにしてもよい。

また、上記第１の実施形態では、Ｏ₂ガスやＣＯガス等の添加ガスを希釈ガス（特にＡｒのような不活性ガス）と一緒に側部シャワーヘッド１０８あるいは上部中心シャワーヘッド６６ａよりチャンバ１０内に導入した。しかし、添加ガスをエッチャントガスと一緒に上部周辺シャワーヘッド６８ａよりチャンバ１０内に導入する方法も可能である。また、希釈ガス系のシャワーヘッド１０８，６６ａとエッチャント系のシャワーヘッド６８ａとの間で、あるいは希釈ガス系のシャワーヘッド１０８，６６ａ同士の間で、添加ガスをガス種別にあるいは所望の流量比で分配してチャンバ１０内に導入する方法も可能である。さらには、希釈ガス系のシャワーヘッド１０８，６６ａから導入するガスにある程度のエッチャントガスを含ませることや、エッチャント系のシャワーヘッド６８ａから導入するガスにある程度の希釈ガス（特に不活性ガス）を含ませることも可能である。

また、上記第２の実施形態では、Ｏ₂ガスやＣＯガス等の添加ガスを希釈ガス（特にＡｒのような不活性ガス）と一緒に上部第３シャワーヘッド２０８ａあるいは上部第１シャワーヘッド６６ａよりチャンバ１０内に導入した。しかし、添加ガスをエッチャントガスと一緒に上部第２シャワーヘッド６８ａよりチャンバ１０内に導入する方法も可能である。また、希釈ガス系のシャワーヘッド２０８ａ，６６ａとエッチャント系のシャワーヘッド６８ａとの間で、あるいは希釈ガス系のシャワーヘッド２０８ａ，６６ａ同士の間で、添加ガスをガス種別にあるいは所望の流量比で分配してチャンバ１０内に導入する方法も可能である。さらには、希釈ガス系のシャワーヘッド２０８ａ，６６ａから導入するガスにある程度のエッチャントガスを含ませることや、エッチャント系のシャワーヘッド６８ａから導入するガスにある程度の希釈ガス（特に不活性ガス）を含ませることも可能である。

また、上記実施形態ではガス分流のための流量比制御を２つのガス供給管に分流する場合について説明している。しかし、３つ以上のガス供給管に分流する場合にも同様に適用可能である。たとえば、図１２で説明した圧力制御装置により流量制御部を構成する場合には、分流するガス供給管の数にあわせた３つ以上のＰＣＶを並列配置してガス供給管を分岐すればよい。そして、３つ以上のＰＣＶを用いた流量比制御部のメンテナンスチェックでは、その中の２つのＰＣＶを取り出し、図１３〜図１５を参照して説明したチェックおよび判定を行う。ここで、２つのＰＣＶの組み合わせ毎に上記チェックおよび判定を行うようにすることが好ましい。また、上記実施形態におけるＰＣＶに対するメンテナンス法またはメンテナンス処理装置はプラズマエッチング装置以外の処理装置にも適用可能である。

本発明のプラズマエッチング装置では、プロセスに応じて任意のエッチャントガス、希釈ガス、添加ガスを使用することができる。たとえば、ハロゲン含有の有機化合物ガスとしては、フッ素（Ｆ）に限らず、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）あるいは沃素（Ｉ）を含有するものであってもよい。

また、上記実施形態では上部電極３４を構成する外側上部電極３６がリング状に１つ配置される場合について説明しているが、２つ以上の外側上部電極３６が内側上部電極３８の周縁部に等間隔に配置される構造であってもよい。上部電極３４は一体型または単体型のものでも構わない。

上記実施形態では、被処理基板が半導体ウエハの場合について説明しているが、プラズマ処理される被処理基板はＬＣＤガラス基板、ＰＤＰ基板のようなフラットディスプレイパネルに用いるガラス基板等であってもよい。

なお、上記実施形態ではプラズマエッチング装置について説明しているが、本発明は、絶縁体膜、導電体膜あるいは半導体膜等のプラズマＣＶＤ、絶縁基板表面のプラズマ洗浄、チャンバ内壁のプラズマクリーニング等の場合でも同様に適用できるものである。

本発明の一実施形態におけるプラズマエッチング装置の構成を示す略断面図である。 上記プラズマエッチング装置の上部電極回りの構成を示す要部拡大断面図である。 第１の実施形態における側部ガス導入部の詳細な構成を示す一部断面平面図である。 第１の実施形態における処理ガス流量制御システムの構成を示す図である。 第１の実施形態における上部シャワーヘッドのガス噴出孔の分布パターンを示す平面図である。 第１の実施形態における側部シャワーヘッドのガス噴出孔の分布パターンを示す平面図である。 第１の実施形態におけるチャンバ内の処理ガスの流れを模式的に示す略断面図である。 第１の実施形態におけるチャンバ内の処理ガスの流れを模式的に示す略平面図である。 第２の実施形態におけるガス導入機構の要部の構成を示す図である。 第２の実施形態における処理ガス流量制御システムの構成を示す図である。 第２の実施形態におけるチャンバ内の処理ガスの流れを模式的に示す略断面図である。 第２の実施形態における処理ガス流量制御システムの別の構成例を示す図である。 上記処理ガス流量制御システムの流量比制御部を構成する２つのＰＣＶのメンテナンスのために監視するモニタ圧力のグラフである。 図１３Ａに対応したモニタ圧力差を示すグラフである。 「ガス圧力安定性チェック」の検査で得られるモニタ圧力（圧力測定値）の時間特性を示す波形図である。 「ガス圧力安定性チェック」の検査で得られるモニタ圧力（圧力測定値）の時間特性を示す波形図である。 ガス流量に対する圧力の相関性（応答性）に関するスパン特性を示す図である。 ガス流量に対する圧力の相関性（応答性）に関するスパン特性を示す図である。 実施形態のプラズマエッチング装置の上部電極における冷媒通路の設けられる箇所を示す略断面図である。 上部電極の冷媒通路における冷媒の流れ方向を示す平面図である。 上部電極における冷媒通路の断面形状を示す断面図である。 上部シャワーヘッドに接続する処理ガス導入ラインのジョイント部の構成を示す部分断面図である。 実施形態のプラズマエッチング装置におけるチャンバ分離／連結部の要部を示す部分拡大側面図である（分離状態）。 図２０Ａに対応する部分拡大断面図である（分離状態）。 実施形態のプラズマエッチング装置におけるチャンバ分離／連結部の要部を示す部分拡大側面図である（連結状態）。 図２１Ａに対応する部分拡大断面図である（連結状態）。 実施形態におけるＥＭＩシールドスパイラルの取付状態と構造を示す斜視図と全体図である。 実施形態におけるＥＭＩシールドスパイラルの構造を示す斜視図である。

符号の説明

１０ チャンバ
１６ サセプタ（下部電極）
３４ 上部電極
３６ 外側上部電極
３６Ａ 上部電極部材
３６Ｂ 下部電極部材
３８ 内側上部電極
４６，８０ 整合器
４８ 上部給電棒
５０ コネクタ
５２ 給電筒
５４ 第１の高周波電源
５８ シールド部材
６０ 電極板
６０ａ，１１４ ガス噴出孔
６２ 電極支持体
６４ 環状隔壁部材
６６ 上部中心バッファ室
６６ａ 上部中心シャワーヘッド（上部第１シャワーヘッド）
６８ 上部周辺バッファ室
６８ａ 上部周辺シャワーヘッド（上部第２シャワーヘッド）
７０ 下部給電筒
７２ 可変コンデンサ
７８ 排気装置
８２ 第２の高周波電源
８４ ローパスフィルタ
８６ ハイパスフィルタ
８８ 処理ガス供給源
９０，９４ ガス供給管
９６，１００，１２４，１２６，１３０，１３２ ＭＦＣ
１０４ 側部ガス導入部
１０６ ガス制御部
１０８ 側部シャワーヘッド
１１０ ガス噴出部
１１２ 側部バッファ室
１１４ ガス噴出孔
２００ ＭＦＣ（流量制御装置）
２０８ａ 上部第３シャワ
３００ 第１のＰＣＶ（圧力制御装置）
３０２ 第２のＰＣＶ（圧力制御装置）
３００ａ、３０２ａ 圧力制御弁
３００ｂ、３０２ｂ 圧力センサ
３０４ メンテナンス処理部ーヘッド

Claims (7)

1. 減圧可能な処理容器と、
   前記処理容器内で被処理基板を載置する下部電極と、
   前記処理容器内で前記下部電極とプラズマ生成空間を介して対向する上部電極と、
   前記プラズマ生成空間に高周波電界を形成するために前記上部電極と前記下部電極との間に高周波を印加する高周波給電部と、
   前記上部電極の中心部を含む第１領域に設けられた第１ガス噴出部を有し、前記第１ガス噴出部よりガス成分の全部が希釈ガスである第１のガスを前記プラズマ生成空間に導入する第１ガス導入部と、
   前記第１領域の径方向外側に位置する前記上部電極の第２領域に設けられた第２ガス噴出部を有し、前記第２ガス噴出部よりガス成分の全部がエッチャントガスである第２のガスを前記プラズマ生成空間に導入する第２ガス導入部と、
   前記第２領域の径方向外側に位置する前記上部電極の第３領域に設けられた第３ガス噴出部を有し、前記第３ガス噴出部よりガス成分の全部が希釈ガスである第３のガスを前記プラズマ生成空間に導入する第３ガス導入部と
   を具備し、
   前記第２ガス導入部より導入される前記第２のガスを中心部と側方から挟むように、前記第１ガス導入部および前記第３ガス導入部より前記第１および第３のガスをそれぞれ導入し、前記基板上のエッチング特性の面内均一性を向上させるように前記第１のガスの流量と前記第３のガスの流量との比を制御する、
   プラズマエッチング装置。
2. 前記第１ガス導入部が、前記第１のガスの流量を独立的に制御する第１の流量制御部を有する、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
3. 前記第１のガスが混合ガスであり、前記第１ガス導入部が前記第１のガスの混合比を独立に制御する第１の混合比制御部を有する、請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
4. 前記第２ガス導入部が、前記第２のガスの流量を独立的に制御する第２の流量制御部を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
5. 前記第２のガスが混合ガスであり、前記第２ガス導入部が前記第２のガスの混合比を独立的に制御する第２の混合比制御部を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
6. 前記第３ガス導入部が、前記第３のガスの流量を独立的に制御する第３の流量制御部を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
7. 前記第３のガスが混合ガスであり、前記第３ガス導入部が前記第３のガスの混合比を独立に制御する第３の混合比制御部を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。

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