JP4935149B2 - プラズマ処理用の電極板及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明はプラズマ処理用の電極板及びその電極板を用いたプラズマ処理装置に関する。

半導体製造装置の一つとして平行平板型のプラズマ処理装置がある。このプラズマ処理装置は処理容器を備えており、その処理容器内に設けられた下部電極は、基板の載置台を兼用している。また処理容器の上部にはガス供給部をなすシャワーヘッドが設けられており、シャワーヘッドの下面（処理雰囲気に接する部分）に多数のガス供給孔が穿設された電極板が設けられ、シャワーヘッドは上部電極として構成されている。この電極板としては導体、半導体、高抵抗体などが用いられており、例えばＳｉ（シリコン）であれば抵抗率（比抵抗）が２Ωｃｍ程度のものが通常用いられている。そして処理容器内にプラズマが生成されるとこのプラズマによって電極板が例えば４００℃程度まで加熱される。

ところで装置の運転をしばらく停止して電極板が冷えている状態で基板を搬入してプラズマ処理する場合と、連続運転をして電極板が昇温している状態で基板を搬入してプラズマ処理する場合とではプラズマ処理中の電極板の温度が異なる。従って運転開始時やロットの切り替わり時などにおいては、最初の基板の処理と何枚か処理した後の基板の処理とでは、後者における電極板の温度の方が高い。

電極板の抵抗値はその温度に依存するため、電極板の温度が変化するに従ってプラズマから見た電極板のインピーダンスが変わり、プラズマの電子密度にドリフトが発生する。しかしウエハなどの基板を搬入しないでプラズマを発生させると載置台の表面が損傷するため、従来は電極板の温度が安定するまでダミーウエハを処理容器内に搬入し、プラズマを発生させてダミーウエハに処理を行っていた。一方ウエハは近年その径が大きくなり、例えば３００ｍｍ程度のものが使用されており、そしてそれに合せてダミーウエハの径も大きくなり、そのコストが高くなる。

なお特許文献１には所定の製造方法によって製造された電極板についてその比抵抗（抵抗率）を１Ωｃｍ以下にすることが示されており、特許文献２にはＳｉＣにより構成され、所定の開気孔率を持ち、またその比抵抗が１０Ωｃｍ以下である電極板について記載されている。また特許文献３には所定の口径を有する電極板についてその比抵抗を０．００１〜５０Ωｃｍにすることが記載されている。しかしいずれの特許文献にも上述のような問題についての記載はなく、本発明の問題を解決するために適切の比抵抗についての記載はない。

特開平１１−９２９７２（段落００３１） 特開２００１−７０８２（段落００４５） 特開２００１−２２３２０４（段落００２７）

本発明の課題は、温度変化による電極板の抵抗率の変化を抑えることでプラズマの電子密度のドリフトを抑制し、これにより基板間の処理のばらつきを低減することのできるプラズマ処理用の電極板及びプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明のプラズマ処理用の電極板は、処理容器内で基板を載置する下部電極と、前記下部電極に対向して配置される電極板を備えた上部電極とを備え、前記下部電極に第１の高周波電源により４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印可してプラズマを生成し、前記基板を処理するプラズマ処理装置に用いられる前記電極板であって、 その抵抗率は０．０１ｍΩｃｍ〜１ｍΩｃｍであり、前記第１の高周波電源により前記下部電極に前記第１の高周波で高周波電力を印加する際、前記処理容器内の処理雰囲気に接するように設けられることを特徴とする。前記電極板は、ｐ型またはｎ型用の不純物がドープされたＳｉまたはＳｉＣにより構成される。

また本発明のプラズマ処理装置は、基板が載置される下部電極をその内部に備えた処理容器と、前記下部電極に接続され前記下部電極に接続され、当該下部電極に４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加するプラズマ発生用の第１の高周波電源と、プラズマ発生用の高周波電源と、前記下部電極に対向し、処理雰囲気に接するように設けられた抵抗率が０．０１ｍΩｃｍ〜１ｍΩｃｍである電極板を備えた上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、処理容器内を真空排気する排気手段と、を備えたことを特徴とする。前記電極板は、例えばｐ型またはｎ型用の不純物がドープされたＳｉまたはＳｉＣにより構成される。また前記上部電極には例えば直流電圧が印加される。更に、例えば前記下部電極には、１３．５６MHｚ以下の高周波電力を印加する第２の高周波電源が接続される。

本発明においてはプラズマ処理装置に用いられる電極板の抵抗率が０．０１ｍΩｃｍ〜２Ωｃｍとなるように構成されている。これによりプラズマの熱を受けた温度変化による電極板の抵抗率の変化が抑えられ、この抵抗率の変化によるプラズマの電子密度のドリフトが抑えられる結果として基板間におけるプラズマ処理のばらつきが抑えられる。従って電極板の熱が安定するまでにダミーとなる基板を用いなくてもよいのでプラズマ処理のコストを抑えることができる。
また後述するように下部電極にプラズマ発生用の高周波電源を接続するタイプのプラズマ処理装置においては、上部電極の電極板の抵抗率を小さくする利点が極めて大きい。

本発明のプラズマ処理装置の一実施形態であるプラズマエッチング装置２について図１を参照しながら説明する。エッチング装置２は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。

処理容器である処理室２１の底部には、セラミックス等からなる絶縁板２２を介して支持台２３が配置され、この支持台２３上には例えばアルミニウムからなり、下部電極を構成するサセプタ２４が設けられている。サセプタ２４の中央上部には、ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック２５が設けられており、この静電チャック２５は、導電膜からなる電極２６を一対の絶縁層で挟んだ構造を有するものである。電極２６には直流電源２７が電気的に接続されている。

静電チャック２５を囲うようにサセプタ２４の上部には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング(補正リング)２５ａが配置されている。図中２８は例えば石英からなる円筒状の内壁部材であり、サセプタ２４および支持台２３を囲うように設けられている。

支持台２３の内部には、例えば支持台２３の周方向に沿って冷媒室２９が設けられている。この冷媒室２９には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ２４上のウエハＷの処理温度を制御することができる。また図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス例えばＨｅガスがガス供給ライン３１を介して静電チャック２５の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。

下部電極であるサセプタ２４の上方には、サセプタ２４と対向するように上部電極４が設けられており、上部電極４及び下部電極（サセプタ）２４間の空間がプラズマ生成空間となる。この上部電極４は、本体部４１と電極板をなす上部天板４２とを備えており、絶縁性遮蔽部材４５を介して、処理室２１の上部に支持されている。本体部４１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からなり、その下部に前記上部天板４２を着脱自在に支持できるように構成されている。

本体部４１の内部には、ガス拡散室４３が設けられ、このガス拡散室４３からは例えば多数のガス通流孔４３ａが均等に分散されるように形成されている。また上部天板４２には当該上部天板４２を厚さ方向に貫くようにガス導入口４３ａが形成されており、ガス導入孔４２ａは前記ガス通流孔４３ａに重なるように配列され、ガス拡散室４３に供給された処理ガスは、ガス通流孔４３ａ及びガス導入孔４２ａを介して処理室２１内にシャワー状に分散されて供給される。つまり上部電極４はガスシャワーヘッドとして構成されている。なお例えば本体部４１は冷却液が通流する図示しない配管を備えており、例えばこの配管は上部電極４の上部に設けられ、この配管によりエッチング処理中に上部電極４が冷却される。

上部天板４２は、例えばＢ（ホウ素）がドープされたＳｉ、ＳｉＣやカーボンなどの導体あるいは半導体により、その比抵抗が常温（通常２５℃）で０．０１ｍΩｃｍ（１×１０^−５Ωｃｍ）〜２Ωｃｍになるように構成されており、好ましくは０．０１ｍΩｃｍ〜１ｍΩｃｍの範囲に収まるように構成される。また上部天板４２の厚さは例えば１０ｍｍ程度である。なお上部天板４２の厚さは３ｍｍ〜１５ｍｍ程度が好ましく、この範囲より小さいと機械的な強度が保てずにプラズマの熱の影響を受けて破損したり、撓みが生じたりして破損するおそれがある。またこの範囲より大きいと製造するのためのコストが大きくなるため好ましくない。上部天板４２の比抵抗を上述の範囲にする理由については後述する。

本体部４１にはガス拡散室４３へ処理ガスを導くガス導入口４６が形成されており、このガス導入口４６にはガス供給管４７が接続され、ガス供給管４７には処理ガス供給源４８が接続されている。ガス供給管４７には、上流側から順にマスフローコントローラ(ＭＦＣ)４９および開閉バルブＶ１が設けられている。そして、処理ガス供給源４８から、エッチングのための処理ガスとして、例えばＣ4Ｆ8ガスのようなフロロカーボンガス(ＣxＦy)などのガスがガス供給管４７を介してガス拡散室４３に供給され、その後処理室２１内に供給される。ガス供給管４７及び処理ガス供給源４８及び上部電極４は処理ガス供給部を構成する。

前記上部電極４には、ローパスフィルタ(ＬＰＦ)５１を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。この可変直流電源５２は、オン・オフスイッチ５３により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５３のオン・オフはコントローラ５４により制御されるようになっている。

なお後述のように第１及び第２の高周波電源６２，６４から高周波が下部電極２４に印加されて処理空間にプラズマが発生する際にはコントローラ５４を介してスイッチ５３がオンになり上部電極４に所定の直流マイナス電圧が印加される。処理室２１の側壁から上部電極４の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体２１ａが設けられている。この円筒状接地導体２１ａは、その上部に天壁を有している。

下部電極であるサセプタ２４には、整合器６１を介して第１の高周波電源６２が電気的に接続され、また、整合器６３を介して第２の高周波電源６４が接続されている。第１の高周波電源６２は、２７ＭＨｚ以上の周波数、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を出力して上部電極４と下部電極２４との間にプラズマを生成させる役割を有している。第２の高周波電源６４は、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力して生成したイオン種を静電チャックに保持されたウエハＷに引き込む役割を有する。

処理室２１の底部には排気口７１が設けられ、この排気口７１に排気管７２を介して排気手段である排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、例えば真空ポンプを有しており、処理室２１内を所望の真空圧まで減圧可能となっている。また、処理室２１の側壁にはウエハＷの搬入出口７４が設けられており、この搬入出ロ７４はゲートバルブ７５により開閉可能となっている。

図中７６、７７はデポシールドであり、デポシールド７６は、処理室２１の内壁面に沿って設けられ、処理室２１にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止する役割を有し、前記内壁面に対して着脱自在に設けられている。デポシールド７６の処理室２１の内壁を構成する部分のウエハＷと略同じ高さ位置には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材(ＧＮＤブロック)７９が設けられており、これにより異常放電が防止される。

上部天板４２が上述の抵抗率を有するように構成される理由を説明する。下部電極２４に高周波電源からの高周波が印加され、処理室２１内にプラズマが生成される場合、プラズマによる入熱で上部天板４２の温度は冷却無しの場合、例えば最大４００℃程度にまでなる。既述のように上部電極４には冷却機構が設けられているが、プラズマから受ける熱量が大きいためプラズマ処理中に上部電極４の温度を一定に保つのは困難であり、処理前は３０〜８０℃程度に保たれた上部天板４２の温度は、順次処理室２１に搬入されるウエハＷに対して処理が行われるにつれて次第に昇温されて行き、例えば２００℃程度にまで達した後安定化する。

図２にはＢ（ホウ素）のドープ量を変えることで常温で夫々異なる比抵抗をもつＳｉ（シリコン）のサンプルＡ〜Ｅについて温度変化に従いその比抵抗が変化する様子を表したグラフを示しており、このグラフは文献 Landolt-Boernstein，17ｃ ｐ424に示されている。このグラフから分かるように上部天板４２の比抵抗はその温度に依存しており、そしてその温度変化に伴って比抵抗が変化するとプラズマからみた上部天板４２のインピーダンスが変化するためプラズマの電子密度にドリフトが発生する。また図２のグラフ及びそれに対応する表に示されるように各サンプルＡ〜Ｅは夫々異なる所定の温度で比抵抗の極値（ピーク温度＝変極点）を持ち、仮に上部天板４２が処理中、このようなピーク温度に達する場合、その温度の前後においてウエハＷへの処理にばらつきが生じるおそれがある。

しかし図２のグラフに示すように常温における比抵抗が小さいものほど常温から２００℃の間における比抵抗の変化が小さく、またピーク温度は高温側にシフトしている。そしてその常温における比抵抗が２Ωｃｍ以下になるように上部天板４２を構成することにより当該上部天板４２の温度が常温〜２００℃の範囲においてプラズマの電子密度の変動がウエハの面内均一性にほとんど影響を与えない程度にその上部天板４２の比抵抗の変化が抑えられ、またそのピーク温度は処理が行われる前記温度範囲から外れるため好ましい。さらにまた上部天板４２の比抵抗は１ｍΩｃｍ以下とすれば温度変化に対する変化分がより一層小さくなるので好ましい。

図３はウエハＷの処理を行う際に処理室２１内にプラズマＰを発生させた様子を模式的に示したものである。プラズマが発生したときにプラズマの周囲に導体あるいは半導体が存在すると、プラズマ表面からその導体あるいは半導体が設けられた側に向かうように高周波が伝搬する電界が形成されることが知られており、従って図３に示すように処理室２１内に形成されたプラズマＰの上部には高周波が伝搬する電界が形成される。図中ｓｄで示したプラズマＰ表面から高周波が届く距離は、スキンデプス（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）と呼ばれており、このスキンデプスｓｄ（ｍ）は上部天板４２の比抵抗（抵抗率）をρ（Ωｍ）、周波数をｆ（Ｈｚ）、上部天板４２の透磁率をｕで表すと、ｓｄ＝√（（ρ／（πｆｕ））で表される。

このスキンデプスｓｄが大きくなると高周波が上部天板４を透過し、上部電極４の上方へ進入する。しかし上部電極４の上方には既述のように上部電極４を冷却するための冷却液が通流したり各種ガスが通流する各配管がウエハＷの中心に対して非対称に敷設されており、高周波から見て等方的な領域ではなく、従ってそのように上部電極４の上方に到達した高周波はそれらの冷却ライン、ガスの配管にぶつかることで乱れ、その影響を受けて高周波の下層の周方向におけるプラズマの電子密度が不均一になる結果、ウエハＷの面内均一性が低下する。

図４は上式に従いスキンデプスｓｄが変化する様子をグラフで示したものである。ただしこのグラフにおいて縦軸のスキンデプスｓｄの単位はｍｍとし、横軸の周波数の単位はＭＨｚとしている。例えば上部天板４２の比抵抗が０．１Ωｃｍであり、また既述のように４０ＭＨｚ、２ＭＨｚの周波数の高周波電力が下部電極２４に印加される場合、図４よりこの周波数に対応するスキンデプスｓｄは夫々数ｍｍ、１０ｍｍ程度である。既述のように上部天板４２は１０ｍｍ程度の厚さに構成されるため、概念的な言い方をすればプラズマから上部電極４の上方側の構成部品が見えなくなり、電界の乱れに基づく、水平面内のプラズマ密度の分布のばらつきが抑えられる。

なおスキンデプスｓｄが小さすぎるとプラズマから上部天板４２表面にμｍ単位で存在する凹凸が見えてしまうため（この凹凸に応じて電界が乱れてしまうため）その結果プラズマの電子密度も乱れるためスキンデプスｓｄは、通常プラズマ処理装置に用いられる周波数の範囲１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの間で１０μｍよりも大きくなるようにする。従ってこれらの理由から上部天板４２の常温における比抵抗は既述のような値を有するように構成される。

このように構成されるエッチング装置２においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ７５を開状態とし、搬入出口７４を介してエッチング対象であるウエハＷを処理室２１内に搬入し、サセプタ２４上に載置する。そして処理ガス供給源４８から処理ガス例えばＣＦ系のガスやＯ2ガスなどを所定の流量でガス拡散室４３へ供給し、ガス通流孔４３ａ及びガス導入孔４２ａを介して処理室２１内へ供給しつつ、排気装置７３により処理室２１内を排気し、処理室２１内の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。

このように処理室２１内にエッチングガスを導入した状態で、下部電極であるサセプタ２４に第１の高周波電源６２からプラズマ生成用の高周波電力を所定のパワーで印加するとともに、第２の高周波電源６４よりイオン引き込み用の高周波電力を所定のパワーで印加する。そして可変直流電源５２から所定の直流電圧を上部電極４に印加する。さらに、静電チャックのための直流電源２７から直流電圧を静電チャックの電極に印加して、ウエハＷをサセプタ２４上に固定する。

上部電極４の上部天板４２に形成されたガス吐出孔から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極４と下部電極であるサセプタ２４との間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによってウエハＷの被処理面がエッチングされる。

上述のプラズマエッチング装置２においては上部天板４２の比抵抗を０．０１ｍΩｃｍ〜２Ωｃｍとなるように構成することで、生成するプラズマの入熱による当該上部電極の比抵抗の変化が抑えられる結果プラズマの電子密度のドリフトが低減する。また上述のプラズマエッチング装置２においては次のような効果がある。装置の運転開始時、あるいはしばらく運転を停止していてその後運転を再開したとき（ロットの切り替わり時に多い）には、上部天板４２が冷えているので、初期の何枚かのウエハＷを処理する間、上部天板４２はプラズマの入熱と放熱とのバランスが取れないので徐々に昇温し、ウエハＷ間で上部天板４２の温度が安定しない。そこで上部天板４２として比抵抗（室温時）が０．０１ｍΩｃｍ〜２Ωｃｍの材料を用いれば、温度変化に対する比抵抗の変化の程度が小さいので、ウエハＷ間におけるプラズマの電子密度の変動が小さく処理のばらつきが抑えられる。この結果ロットの先頭から製品ウエハを処理しても歩留まりに悪影響を及ぼさないし、またダミーウエハを用いる運用と比較すればコストの削減を図ることができる。

また高周波は電極板の表面を伝播することからプラズマの中央部の電位が周縁部の電位よりも高くなる傾向にあり、このため上部電極側に高周波電源を接続する場合にはその傾向を打ち消すように電極板の上方側の構造が工夫されている。従って電極板（上部電極板）の抵抗率を小さくするとスキンデプスが小さくなり、プラズマから上部構造が見えなくなるので、工夫された上部構造の効果が得られなくなる。これに対して下部電極にプラズマ発生用の高周波電源を接続する場合（エッチング処理で言えばいわゆる下部２周波等）には下部電極から処理空間を伝播して上部電極側に届くので上述の傾向が小さく、このため電極板の抵抗率を小さくすることができ、その結果、プラズマ中の電子密度のドリフトが抑えられるという恩恵を受けることができる

またエッチング装置２において既述のようにプラズマ処理中に上部電極４に直流電圧を印加するように構成すると次のような効果がある。即ち、プロセスによっては、例えば無機膜をマスクとして有機膜をエッチングする場合などにおいては、高い電子密度でかつ低いイオンエネルギーであるプラズマが要求される。この場合プラズマ発生用の高周波電源として例えば１００ＭＨｚ程度の高周波電源であれば実現できるが、装置が大掛かりになるため、周波数が低い方が得策である。

しかし周波数を低くすると高い電子密度を得ようとしてパワーを大きくした場合イオンエネルギーも大きくなってしまう。そこで上述のように直流電圧を用いれば、後述の実験例に示されるように、即ちプラズマ処理例えばエッチングにおいてはウエハＷに打ち込まれるイオンのエネルギーが抑えられつつプラズマの電子密度が増加されることにより、ウエハＷのエッチング対象となる膜のエッチレート（エッチング速度）が上昇すると共にエッチング対象膜の上部に設けられたマスクとなる膜へのスパッタレートが低下する。

さらに直流電圧を上部電極４に印加することにより、処理室２１の内壁に対するイオンによるダメージを低減することもできる。この点について述べると、下部２周波印加などの装置においてプラズマと処理室の内壁とにかかる電位差は、高周波と低周波とのＲＦ振幅の足し合わせで決定される。最近のプロセスの傾向としては低周波のパワーが非常に低い領域から高い領域までを同一チャンバ（処理室）で幅広く使用するケースが要求される。その結果、高周波のみや低周波の重畳パワーが低いプロセス条件ではプラズマと前記内壁との間に印加されるポテンシャルは非常に低く、低周波パワーが高いプロセス条件ではポテンシャルは非常に高くなる。

チャンバへの堆積性が高いプロセス条件で、チャンバの内壁のポテンシャルが低いと内壁へのデポ（堆積物）が多くなり、メモリーエフェクトやクリーニングの必要から量産性の低下を引き起こす。逆に堆積性が低いプロセス条件でポテンシャルが高い条件を使用すると前記内壁に対するスパッタ力が強すぎてパーツの消耗やパーティクル発生の問題を引き起こす。従って両者のバランスを考えてポテンシャルが適当な値になるようにアノード／カソード比などのチャンバ寸法の設計をせざるを得ないが両立は困難である。

しかし後述する実験例が示すようにこのエッチング装置２においては上部電極４に印加される直流電圧が高くなるに従って高い周波数により処理室２１の側壁に印加されるエネルギーが低下し、５０Ｖ以上の直流電圧が印加されるとそのエネルギーがゼロになり、前記側壁に印加されるエネルギーは低周波数側の高周波電力のみに依存するため本発明のエッチング装置２は処理室２１の内壁に印加されるエネルギーを例えば５０〜１００ｅＶ程度下げることができ、前記内壁のスパッタが抑えられるため好ましい。

続いて本発明の効果を確認するために行われた実験例について説明する。
（実験例１）
既述のエッチング装置２と略同様に構成されたエッチング装置についてウエハＷに処理を行い、その際のプラズマ処理空間の３つの測定点におけるプラズマの電子密度の時間による変化を調べた。３つの測定点は夫々ウエハＷの中心から０ｍｍ、４０ｍｍ、８０ｍｍ離れた位置における点である。但し実験例１−１としてその比抵抗が７５Ωｃｍである上部天板を、実験例１−２としてその比抵抗が２Ωである上部天板を夫々使用し、静電チャック上に載置されたウエハＷとの距離が２５ｍｍとなるようにこれらの各上部天板の位置を調整した。なおこの実験例１において上部電極４に直流電圧は印加していない。そして処理室２１には夫々Ｃ5Ｆ8ガスを１５ｓｃｃｍ、Ａｒガスを３８０ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスを１９ｓｃｃｍ供給し、処理室２１内の圧力は１５ｍＴに設定した。第１の高周波電源６２、第２の高周波電源６４の電力は２１７０Ｗ、１５５００Ｗに夫々設定した。

図５（ａ）は実験例１−１の結果を、図５（ｂ）は実験例１−２の結果を夫々示したグラフである。また各グラフの縦軸はプラズマの電子密度の大きさを、横軸は経過時間を夫々表しており、グラフ中四角はウエハＷの中心から０ｍｍ、三角は４０ｍｍ、丸は８０ｍｍ離れた測定点において測定されたことを夫々示している。図５（ａ），（ｂ）に示されるように各測定点において実験例１−１，１−２とも処理開始後しばらくは電子密度が変化し、その後一定になったが実験例１−２の方がその変化量は少なかった。上述の実験において比抵抗が２Ωｃｍの場合にはこのようにプラズマの電子密度のドリフトが小さいことから、上部天板４２の比抵抗が１ｍΩｃｍ以下であれば、そのドリフトはきわめて小さくなることは明白であり、ロットの切り替わり時などにおいてもウエハＷに対する処理のばらつきが抑えられる。

（実験例２）
実験例２として既述のエッチング装置２を用いてウエハＷに対してエッチング処理を行った。但し第１の高周波電源から供給される高周波は４０ＭＨｚ、第２の高周波電源から供給される高周波は２ＭＨｚに夫々設定されている。また処理されるウエハＷの表面はＳｉ上に図６のように有機膜（レジスト膜）が形成され、この有機膜上にはパターンが形成されたＳｉＯ2膜が積層されている。先ず実験例２−１として以下に示した処理条件で前記ウエハＷにステップ１、それに続くステップ２のエッチング処理を続けて行った。

（ステップ１）
処理室２１内の圧力：５０ｍＴ（０．６５×１０Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：５００Ｗ
Ｃ4Ｆ8ガスの流量：６ｓｃｃｍ
Ａｒガスの流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｎ2ガスの流量：１５０ｓｃｃｍ
処理時間：９０ｓ
なおこのステップ１によりＳｉＯ2膜の表面にＣ4Ｆ8の活性種に起因するポリマー成分が付着する。

（ステップ２）
処理室２１内の圧力：１０ｍＴ（０．１３×１０Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：５００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
Ｏ2の流量：２００ｓｃｃｍ
直流電源５２の直流電圧：０Ｖ
処理時間：２ｍｉｎ

続いて実験例２−２としてウエハＷに対して既述のステップ１及びステップ２の処理を行ったがステップ２においては直流電源の直流電圧を３００Ｖに設定して処理を行った。図７（ａ）は実験例２−１のレジスト膜のエッチングされた様子、図７（ｂ）は実験例２−１のＳｉＯ2膜のエッチングされた様子を夫々示している。また図７（ｃ）は実験例２−２の有機膜のエッチングされた様子、図７（ｄ）は実験例２−２のＳｉＯ2膜のエッチングされた様子を夫々示している。各グラフの縦軸は各膜のエッチレート（ｎｍ／ｍｉｎ）、横軸はウエハＷの中心からの距離を夫々表している。

これらのグラフより有機膜のエッチングレートについては実験例２−１の有機膜より実験例２−２の方が大きく、またＳｉＯ2膜のエッチングレートについては実験例２−２のＳｉＯ2膜の方が小さいことがわかる。このことから上部電極４に直流電圧を印加するとプラズマの電子密度が高くなり、またウエハＷへのバイアスが低くなる方向にシフトしていることが示唆される。

（実験例３）
実験例３として上述のエッチング装置２を用いて、直流電源５２の電圧を変化させて各ウエハＷに対して処理を行い、その際に処理室２１の側壁に印加されるエネルギー（ウォールポテンシャル）を測定した。第２の高周波電源６４の供給電力を夫々０Ｗに設定したものを実験例３−１、１０００Ｗに設定したものを実験例３−２、１５００Ｗに設定したものを実験例３−３とした。その他の処理条件は以下のように設定した。

処理室２１内の圧力：３０ｍＴ（０．３９×１０Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１０００Ｗ
Ｃ4Ｆ6ガスの流量：３０ｓｃｃｍ
Ｃ4Ｆ8ガスの流量：１５ｓｃｃｍ
Ａｒガスの流量：４５０ｓｃｃｍ
Ｏ2ガスの流量：５０ｓｃｃｍ

図８は実験例３の結果を示したグラフであり、縦軸は処理室２１の側壁に印加されるエネルギー（ウォールポテンシャル）、横軸は直流電源５２の電圧を夫々示している。このグラフから実験例３−１〜３−３において５０Ｖ程度まで直流電圧を上昇させると急激に処理室２１の側壁へ印加されるエネルギーが低下し、５０Ｖより直流電圧が高くなると前記側壁へ印加されるエネルギーは略一定の値になることが分かる。また直流電圧が５０Ｖより大きくなったときに実験例３−２と実験例３−３とのエネルギーは略同じであり、実験例３−１のエネルギーは略ゼロであることから、第１、第２の高周波電源において周波数が低い側の高周波電源によるエネルギーのみが側壁に印加されているといえる。

従ってこのように上部電極４に直流電圧を印加することで側壁に印加されるエネルギーが抑えられ当該側壁へのダメージを抑えることができることが証明された。また５０Ｖ程度の低電圧であればプロセスに対して大きな影響を与えずに効果を得ることができるので、悪影響を気にしなくてもよい。

本発明のプラズマ処理装置であるエッチング装置の一例を示す縦断側面図である。 比抵抗と温度との関係を示したグラフである。 プラズマ表面のスキンデプスを示した説明図である。 スキンデプスと周波数との関係を示したグラフである。 処理時間に従ってプラズマの電子密度の変化を示したグラフである。 実験例で用いられるウエハの膜構造を示した説明図である。 前記ウエハの各膜のエッチレートを示したグラフである。 実験例において上部電極への直流電圧印加により処理室へのイオンエネルギーが変化する様子を示したグラフである。

符号の説明

２ プラズマエッチング装置
２１ 処理室
２４ 下部電極
２５ 静電チャック
４ 上部電極
４２ 上部天板
６２，６４ 高周波電源

Claims (6)

1. 基板が載置される下部電極をその内部に備えた処理容器と、
   前記下部電極に接続され、当該下部電極に４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加するプラズマ発生用の第１の高周波電源と、
   前記下部電極に対向し、処理雰囲気に接するように設けられた抵抗率が０．０１ｍΩｃｍ〜１ｍΩｃｍである電極板を備えた上部電極と、
   前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   処理容器内を真空排気する排気手段と、
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記上部電極には直流電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記電極板は、ｐ型またはｎ型用の不純物がドープされたＳｉまたはＳｉＣにより構成され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. 更に、前記下部電極には、１３．５６MHｚ以下の高周波電力を印加する第２の高周波電源が接続されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
5. 処理容器内で基板を載置する下部電極と、前記下部電極に対向して配置される電極板を備えた上部電極とを備え、前記下部電極に第１の高周波電源により４０ＭＨｚ以上の高周波電力を印可してプラズマを生成し、前記基板を処理するプラズマ処理装置に用いられる前記電極板であって、
   その抵抗率は０．０１ｍΩｃｍ〜１ｍΩｃｍであり、前記第１の高周波電源により前記下部電極に前記第１の高周波で高周波電力を印加する際、前記処理容器内の処理雰囲気に接するように設けられることを特徴とする電極板。
6. 前記電極板は、ｐ型またはｎ型用の不純物がドープされたＳｉまたはＳｉＣにより構成されることを特徴とする請求項５に記載の電極板。

Images