JP5165993B2

JP5165993B2 - プラズマ処理装置

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Inventors: 学岩田
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Description

本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特に容量結合型のプラズマ処理装置に関する。

半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマがよく利用されている。従来より、枚葉式のプラズマ処理装置では、大口径プラズマを容易に実現できる容量結合型のプラズマ処理装置が主流となっている。

一般に、容量結合型のプラズマ処理装置は、真空チャンバとして構成される処理容器内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置し、一方の電極に高周波を印加する。そうすると、両電極の間で高周波電界によって加速された電子、電極から放出された二次電子、あるいは加熱された電子が処理ガスの分子と電離衝突を起こして、処理ガスのプラズマが発生し、プラズマ中のラジカルやイオンによって基板表面に所望の微細加工たとえばエッチングが施される。エッチングプロセスにおいては、プラズマ生成（放電）に寄与する比較的高い周波数（通常４０ＭＨｚ以上）の第１高周波を上部電極または下部電極のいずれかに印加し、基板へのイオンの引き込みに寄与する比較的低い周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以下）の第２高周波を下部電極に印加する２周波印加方式が多用されてきている。

ところで、容量結合型のプラズマ処理装置において、上記のような高周波放電により両電極間でプラズマを生成しつつ、プラズマを介して基板と向き合う上部電極に直流電圧を印加する方式（以下「ＤＣ印加方式」と称する。）が提案されている（特許文献１）。このＤＣ印加方式によれば、（１）上部電極の自己バイアス電圧の絶対値を大きくして上部電極におけるスパッタリング（堆積物除去）を強める効果、（２）上部電極におけるプラズマシースを拡大させ、形成されるプラズマが縮小化される効果、（３）上部電極の近傍に生じた電子を被処理基板上に照射させる効果、（４）プラズマポテンシャルを制御できる効果、（５）電子密度（プラズマ密度）を上昇させる効果、（６）中心部のプラズマ密度を上昇させる効果の少なくとも１つ（基本効果）が奏される。エッチングプロセスにおいては、上記のような基本効果に基づいて、プラズマ着火安定性、レジスト選択性、エッチング速度およびエッチング均一性の向上（プロセス特性効果）が見込まれている。
特開２００６−２７００１９

上記のようなＤＣ印加方式を採用する容量結合型のプラズマ処理装置においては、上部電極に直流電圧を印加すると、上部電極に電子がたまり、チャンバの内壁等との間に異常放電を生じるおそれがあることから、たとえばチャンバの内壁にＤＣグランドパーツあるいはＤＣブロック等と称される直流接地電極を設けている。このＤＣグランドパーツは、たとえばＳｉ，ＳｉＣ等の導電性部材からなり、プラズマに曝される箇所でチャンバの内壁に取り付けられる。上部電極にたまった電子は、プラズマの中を通ってＤＣグランドパーツへ到達し、そこからチャンバの内壁を通って接地ラインへ抜けるようになっている。

しかしながら、エッチングプロセス中に発生するポリマー等の堆積物（デポジション、以下“デポ”と略称する。）がＤＣグランドパーツの表面に付着してＤＣ接地機能が低下し、ひいてはＤＣ印加方式の上記基本効果ないしプロセス特性効果の低減することが問題になっている。

このようなＤＣグランドパーツにおけるデポ付着を防止または低減するために、従来は、エッチングプロセス中はＤＣグランドパーツを接地ライン側に切り替え、ＤＣグランドパーツのクリーニング（プラズマクリーニング）を行うときはＤＣグランドパーツに負の直流電圧を印加して、ＤＣグランドパーツ付近のプラズマシースを大きくし、プラズマシースの平均電界によって加速されるイオンのＤＣグランドパーツへの入射つまりイオンスパッタを強め、パーツ表面のデポを除去するようにしている。

しかしながら、そのようなＤＣグランドパーツ・クリーニング法は、エッチングプロセスから切り離された特別のクリーニング工程を設けて行わなくてはならず、生産効率上の不利点がある。また、プラズマシースの平均電界によって加速されるイオンのスパッタリングでクリーニングする技術であり、クリーニング効果を高めるためにはＤＣグランドパーツに印加する直流バイアスを相当高くする必要があり、直流電源の付設コストや高圧給電ラインの製作コストが高くつくなどの不利点もある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ＤＣ印加方式に用いる直流接地電極に不所望な堆積物が付着するのを簡易な構成で効率的に除去して、ＤＣ接地機能を良好に保ち、プラズマプロセスを向上させるようにした容量結合型のプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、ＤＣ印加方式で用いる直流接地電極をＤＣ接地機能だけでなく他の機能にも有効利用して、装置性能の向上をはかる容量結合型のプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する第１電極と、前記処理容器内で前記第１電極と平行に向かい合う第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の処理空間に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理ガスのプラズマの生成に寄与する第１高周波を前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に印加する第１高周波給電部と、前記プラズマから前記基板へのイオンの引き込みに寄与する第２高周波を前記第１電極に印加する第２高周波給電部と、前記処理容器内で前記プラズマに曝される所定の直流電圧印加部材に直流電圧を印加する直流給電部と、前記直流電圧印加部材との間で前記プラズマを介して直流の電流を流すために、前記処理容器内で前記プラズマに曝される位置に設けられ、直流的に接地される直流接地電極と、前記直流接地電極と接地との間に接続され、直流を通し、かつ前記第１高周波と前記第２高周波との間の相互変調によって発生する周波数成分のうちイオンプラズマ周波数近辺の値またはイオンプラズマ周波数以下の値を有する所定の周波数成分を選択的に通して接地ラインに流すフィルタ回路とを有する。

上記の装置構成においては、第１電極と前記第２電極との間の処理空間で処理ガスが第１高周波により励起されて放電し、プラズマ中のラジカルが基板に供給される。また、プラズマ中のイオンも第２高周波によるバイアスで引き込まれるようにして基板に供給される。そして、いわゆるＤＣ印加方式にしたがい直流給電部より直流電圧印加部材に直流電圧が印加され、直流電圧印加部材付近にたまった電子はプラズマの中を通って直流接地電極に到達し、そこからフィルタ回路を通って接地ラインへ送られる。

一方、概して非線形伝送回路であるプラズマに第１高周波および第２高周波が同時に入力されることで、プラズマ内で両高周波間の相互変調により多数の周波数成分が発生する。本発明によれば、そのような周波数成分の中の特定のもの、すなわちイオンプラズマ周波数近辺の値またはイオンプラズマ周波数以下の値を有する所定の周波数成分（特定周波数成分）がフィルタ回路により選択的に取り出されて接地ラインへ流される。これにより、プラズマ内で発生した特定周波数成分が直流接地電極に集中的に流れ込み、この特定周波数成分に追従してイオンが直流接地電極にアタックし、イオンスパッタ効果で電極表面がクリーニングされる。また、特定周波数成分を直流接地電極およびフィルタ回路を介して接地ラインへ逃がすことにより、高周波給電部への特定周波数成分の混入を防止し、プラズマを安定化させるという副次的効果も得られる。

本発明において、好ましくは、フィルタ回路が、周波数成分の周波数付近に共振周波数を有する直列共振回路を含んでよく、これによって特定周波数成分に対する選択度を可及的に高めることができる。より具体的には、フィルタ回路が、一方の端子が直流接地電極に電気的に接続される第１インダクタと、一方の端子が第１インダクタの他方の端子に電気的に接続され、他方の端子が接地ラインに電気的に接続されるコンデンサと、一方の端子が第１インダクタの他方の端子に電気的に接続され、他方の端子が接地ラインに電気的に接続される第２インダクタとを有する。ここで、第１インダクタとコンデンサとが上記直列共振回路を構成し、特定周波数成分に対して最小インピーダンスの伝送路を形成する。一方、第１インダクタと第２インダクタとで直流接地電極を直流的に接地ラインに接続するためのＤＣ直列回路が構成される。また、コンデンサは、好適には可変コンデンサであってよい。

また、本発明において、特定周波数成分の周波数は、好適には第１高周波および第２高周波のいずれの周波数よりも低くてよく、さらに好適にはプラズマのイオンプラズマ周波数よりも低く、あるいは３ＭＨｚ以下であるのが好ましい。この程度の低い周波数を有する特定周波数成分が直流接地電極に流入することで、プラズマ中のイオンが特定周波数成分に追従しやすくなり、イオンアタック効果ないしクリーニング効果を大いに高めることができる。

また、本発明の好適な一態様においては、第２電極がチャンバに絶縁物または空間を介して取り付けられ、第１高周波給電部が第１電極に第１高周波を印加し、直流給電部が第２電極に直流電圧を印加する。この場合、直流給電部と第２電極との間に、直流給電部からの直流電圧をスルーで第２電極に印加し、第１電極から処理空間を介して第２電極に入ってきた高周波を直流給電部側へ流さずに接地ラインへ流す別のフィルタ回路を備えるのが好ましい。なお、第２電極以外の部材を直流電圧印加部材とすることもできる。

本発明において、直流接地電極は、処理容器内でプラズマと面する任意の箇所に配置されてよいが、好ましくは、第１電極の側面あるいは処理容器の壁に電気的にフローティング状態で取り付けられてよい。

また、本発明においては、好適な一態様として、直流接地電極に複数のフィルタ回路が並列に接続され、各々のフィルタ回路毎に接地ラインに通すべき周波数成分の周波数が独立に選定される。また、別の好適な一態様として、直流接地電極が処理容器内の異なる位置に複数設けられ、各々の直流接地電極にフィルタ回路が接続される。この場合、各々のフィルタ回路毎に、接地ラインに通す周波数成分の周波数が独立に選定されてよい。

また、本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する第１電極と、前記処理容器内で前記第１電極と平行に向かい合う第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の処理空間に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に１つまたは複数の高周波を印加する高周波給電部と、前記処理容器内で前記プラズマに曝される所定の直流電圧印部材に直流電圧を印加する直流電源部と、前記直流電圧印加部材との間で前記プラズマを介して直流の電流を流すために、前記処理容器内で前記プラズマに曝される位置に設けられ、直流的に接地される直流接地電極と、前記直流接地電極と接地との間に接続され、直流を通し、かつ前記プラズマの非線形性に基く歪により発生する周波数成分のうちイオンプラズマ周波数近辺の値またはイオンプラズマ周波数以下の値を有する所定の周波数成分を選択的に通して接地ラインに流すフィルタ回路とを有する。

上記の装置構成においても、ＤＣ印加方式にしたがい直流給電部より直流電圧印加部材に直流電圧が印加され、直流電圧印加部材付近にたまった電子はプラズマの中を通って直流接地電極に到達し、そこからフィルタ回路を通って接地ラインへ送られる。そして、プラズマに入力された高周波あるいはプラズマ内で歪により発生した周波数成分の中の特定のもの、すなわちイオンプラズマ周波数近辺の値またはイオンプラズマ周波数以下の値を有する所定の周波数成分（特定周波数成分）が直流接地電極を介してフィルタ回路により選択的に取り出されて接地ラインへ流される。これにより、上記第１の観点におけるプラズマ処理装置と同様の効果が得られる。

本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、ＤＣ印加方式に用いる直流接地電極に不所望な堆積物が付着するのを簡易な構成で効率的に除去して、ＤＣ接地機能を良好に保ち、プラズマプロセスを向上させることができる。また、直流接地電極をＤＣ接地機能だけでなく他の機能にも有効利用して、装置性能の更なる向上をはかることもできる。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１に、本発明の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、平行平板電極を有する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、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が下部電極として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部１４により非接地で支持されている。

筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の上部または入口に環状のバッフル板２０が取り付けられるとともに、底部に排気ポート２２が設けられている。チャンバ１０内には、その内壁に沿ってエッチング副生成物のデポが付着するのを防止するためのシールド部材２４が着脱可能に取付されている。なお、サセプタ１２の側壁にも同様のシールド部材（図示せず）を取付することができる。

排気ポート２２には排気管２６を介して排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、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することができる。チャンバ１０の側壁の外には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。

サセプタ１２には、第１および第２の高周波電源３２，３４がマッチングユニット３６および給電棒３８を介して電気的に接続されている。ここで、第１の高周波電源３２は、主としてプラズマの生成に寄与する比較的高い周波数たとえば４０．６８ＭＨｚの第１高周波を出力する。一方、第２の高周波電源３４は、主としてサセプタ１２上の半導体ウエハＷへのイオンの引き込みに寄与する比較的低い周波数たとえば１２．８８ＭＨｚの第２高周波を出力する。マッチングユニット３６には、第１の高周波電源３２側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための第１の整合器と、第２の高周波電源３４側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための第２の整合器とが収容されている。

サセプタ１２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック４０が設けられ、静電チャック４０の半径方向外側に半導体ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリング４２が設けられる。静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを上下一対の絶縁膜４０ｂの間に挟み込んだものであり、電極４０ａには高圧の直流電源４４がスイッチ４６および被覆線４８を介して電気的に接続されている。直流電源４４より印加される直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷを静電チャック４０上に吸着保持することができる。

サセプタ１２の上部側面には、その周りを環状に覆い、かつフォーカスリング３８の周りも環状に覆うように、たとえば石英からなる絶縁性のカバーリング５０が被せられている。この実施形態では、カバーリング５０にたとえばＳｉ，ＳｉＣ等の導電性部材からなる環状のＤＣグランドパーツ（直流接地電極）５２が取り付けられている。このＤＣグランドパーツ５２は、チャンバ１０の外に配置されているフィルタ回路５４にたとえば被覆線５５を介して電気的に通じており、直流的には被覆線５５およびフィルタ回路５４を介して常時接地されている。

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室５６が設けられている。この冷媒室５６には、チラーユニット（図示せず）より配管５８，６０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック４０上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管６２を介して静電チャック４０の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハＷのローディング／アンローディングのためにサセプタ１２を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構（図示せず）等も設けられている。

チャンバ１０の天井には、サセプタ１２と平行に向かい合ってシャワーヘッドを兼ねる接地電位の上部電極６４が環状の絶縁部材６５を介して電気的にフローティング状態で取り付けられている。この上部電極６４は、サセプタ１２と向かい合う電極板６６と、この電極板６６をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体６８とを有し、電極支持体６８の内部にガス室７０を設け、このガス室７０からサセプタ１２側に貫ける多数のガス吐出孔７２を電極支持体６８および電極板６６に形成している。電極板６６とサセプタ１２との間の空間がプラズマ生成空間ないし処理空間ＰＳとなる。ガス室７０の上部に設けられるガス導入口７０ａには、処理ガス供給部７４からのガス供給管７５が接続されている。なお、電極板６６はたとえばＳiやＳiＣからなり、電極支持体６８はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。

上部電極６４には、フィルタ回路７６を介して可変直流電源７８が電気的に接続されている。このフィルタ回路７６は、可変直流電源７８からの直流電圧をスルーで上部電極６４に印加する一方で、サセプタ１２から処理空間ＰＳを通って上部電極６４に入ってきた第１高周波および第２高周波を接地ラインへ流して可変直流電源７８側へは流さないように構成されている。

このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２８、高周波電源３２，３４，スイッチ４６、処理ガス供給部７４、可変直流電源７８等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）は、たとえばマイクロコンピュータからなる制御部（図示せず）によって制御される。

このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ３０を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック４０の上に載置する。そして、処理ガス供給部７４よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比で密閉状態のチャンバ１０内に導入し、排気装置２８によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、第１および第２の高周波電源３２、３４をオンにして第１高周波（４０．６８ＭＨｚ）および第２高周波（１２．８８ＭＨｚ）をそれぞれ所定のパワーで出力させ、これらの高周波をマッチングユニット３６および給電棒３８を介してサセプタ１２に印加する。また、スイッチ４６をオンにし、静電吸着力によって、主静電チャック４０と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を閉じ込める。上部電極（シャワーヘッド）６４のガス吐出孔７２より吐出されたエッチングガスは両電極１２，６４間で高周波放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面が所定のパターンでエッチングされる。

この容量結合型プラズマエッチング装置は、サセプタ１２に４０．６８ＭＨｚというプラズマ生成に適した比較的高い周波数の第１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。それと同時に、サセプタ１２に１２．８８ＭＨｚというイオン引き込みに適した比較的低い周波数の第２高周波を印加することにより、サセプタ１２上の半導体ウエハＷに対して選択性の高い異方性のエッチングを施すことができる。

さらに、このプラズマエッチング装置においては、可変直流電源７８より所定値（たとえば−８００Ｖ〜−１２００Ｖ）の直流電圧が上部電極６４に印加されることにより、ＤＣ印加方式の基本効果が奏され、さらにはエッチングに係るプロセス特性効果として、プラズマ着火安定性、レジスト選択性、エッチング速度およびエッチング均一性の向上が図れる。

そして、このプラズマエッチング装置では、処理空間ＰＳで発生したプラズマはチャンバ１０の側壁だけでなく排気空間のバッフル板２０付近まで延びて、サセプタ１２の上部側面に設けられているＤＣグランドパーツ５２もプラズマに曝される。ＤＣ印加によって上部電極６４にたまる電子は、プラズマの中を通ってＤＣグランドパーツ５２に到達し、そこから被覆線５５およびフィルタ回路５４を介して接地ラインへ流れる。このように、上部電極６４にたまる電子をＤＣグランドパーツ５２に逃がすことで、異常放電を防止し、ＤＣ印加方式の基本効果ないしプロセス特性効果を安定に得ることができる。

この実施形態における主たる特徴部分は、ＤＣグランドパーツ５２に接続されているフィルタ回路５４にある。このフィルタ回路５４には、以下に述べるように、グランドパーツ５２にデポが付着するのを効率的に除去して、ＤＣ接地機能を良好に保つ作用がある。

図２に、グランドパーツ５２回りの構造を拡大して示すとともに、フィルタ回路５４内の好適な回路構成例を示す。

図２において、フィルタ回路５４は、２つのインダクタ８０，８２とコンデンサ８４とを有している。より詳細には、第１インダクタ８０の一方の端子は被覆線５５を介してＤＣグランドパーツ５２に電気的に接続され、第１インダクタ８０の他方の端子と接地ラインとの間に第２インダクタ８２およびコンデンサ８４が電気的に並列に接続される。ここで、第１インダクタ８０とコンデンサ８４とで直列共振回路が構成されている。また、第１インダクタ８０と第２インダクタ８２とでＤＣグランドパーツ５２を直流的に接地するためのＤＣ直列回路が構成されている。

上記直列共振回路［８０，８４］の共振周波数は、サセプタ１２から処理空間ＰＳに向けて放射される第１高周波（４０．６８ＭＨｚ）と第２高周波（１２．８８ＭＨｚ）との間の相互変調によってプラズマ内で発生する特定周波数成分の周波数に一致または近似するように設定される。

すなわち、高周波伝送回路としてみた場合、処理空間ＰＳのプラズマは非線形回路であるため、ここに第１高周波（ｆ₁）および第２高周波（ｆ₂）が同時に入力すると、両高周波（ｆ₁，ｆ₂）間の相互変調によって次式で表されるような相互変調歪または混変調歪（ＩＭＤ：intermodulation
distortion）と呼ばれる多数の周波数成分が発生する。
±ｍ×ｆ₁±ｎ×ｆ₂ ただし、ｍ，ｎ＝０，１，２，３，・・・・・

この実施形態では、上記のような多数の相互変調歪の中でｍ＝＋１、ｎ＝−３の値をとる４次高調波歪つまりｆ₁−３×ｆ₂＝２．０４ＭＨｚを上記特定周波数成分として選定し、これに対応して直列共振回路［８０，８４］の共振周波数を２．０４ＭＨｚ付近に設定する。この共振周波数のチューニングのために、コンデンサ８４に可変コンデンサを用いるのが好ましい。

このように、特定周波数成分の周波数（２．０４ＭＨｚ）がプラズマのイオンプラズマ周波数（通常２〜３ＭＨｚ）近辺の値（好ましくはそれ以下の値）であることは、イオンが十分追従できる周波数である点で重要である。

上記のようなフィルタ回路５４の構成および共振周波数の設定により、プラズマ内で発生する４次高調波歪の特定周波数成分（２．０４ＭＨｚ）に対しては、ＤＣグランドパーツ５２から被覆線５５およびフィルタ回路５４を通って接地ラインに抜けるルートがインピーダンスの最も（しかも顕著に）低い高周波伝送路となる。したがって、プラズマ中で発生した４次高調波歪の特定周波数成分（２．０４ＭＨｚ）の高周波が、集中的にＤＣグランドパーツ５２から被覆線５５およびフィルタ回路５４を通って接地ラインに流れる。これによって、ＤＣグランドパーツ５２付近のイオンシースには特定周波数成分の周波数（２．０４ＭＨｚ）を有する交番電界が発生し、この交番電界に追従してプラズマ中のイオンが半周期毎にＤＣグランドパーツ５２に入射（アタック）し、その表面をスパッタする。このイオンスパッタ効果により、ＤＣグランドパーツ５２の表面にデポは付着し難く、付着しても速やかに除去される。

上記のように、この実施形態のプラズマエッチング装置においては、ＤＣグランドパーツ５２に接続されているフィルタ回路５４がプラズマ内で発生する相互変調歪の特定周波数成分（２．０４ＭＨｚ）を直列共振で選択的に通して接地ラインへ流すことにより、エッチングプロセスの最中にプラズマ中のイオンを特定周波数成分に追従させてＤＣグランドパーツ５２にアタックさせ、そのイオンスパッタ効果によりＤＣグランドパーツ５２の表面にデポが付着するのを効果的に防止するようにしている。これにより、エッチングプロセス中のＤＣ接地機能を良好に保って、プラズマ着火安定性、レジスト選択性、エッチング速度およびエッチング均一性を向上させることができる。

また、フィルタ回路５４は、インダクタ、コンデンサ等の受動部品で構成され、電源回路を必要としないため、簡易かつ低コストに装備することができる。

また、プラズマ内で発生する相互変調歪の周波数成分は、プラズマ生成やイオンの引き込みに寄与しないだけでなく、給電棒３８等を通ってマッチングユニット３６や高周波電源３２，３４側へ流れ込むと、オートマッチングの精度を低下させたり、高周波伝送路上で不所望な定在波や共振状態をつくり、プラズマを不安定にすることがある。したがって、相互変調歪の中の一部（特定周波数成分）ではあるが、ＤＣグランドパーツ５２からフィルタ回路５４を通じて接地ラインへ逃がすことで、上記のようにＤＣグランドパーツ５２のクリーニングに有効利用できるだけでなく、高周波給電路への混入を防止し、プラズマを安定化させるという副次的効果も得られる。

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは決してなく、種々の変形が可能である。

たとえば、上記実施形態における第１高周波および第２高周波の周波数の組み合わせ（４０．６８ＭＨｚ，１２．８８ＭＨｚ）は一例であり、それぞれの役目（プラズマ生成、イオン引き込み）を果たせる範囲内で任意の周波数の組み合わせが可能である。

また、１つのＤＣグランドパーツ５２に対して、図３に示すように複数たとえば２つのフィルタ回路５４Ａ，５４Ｂを並列に接続する構成も可能である。この場合、第１および第２のフィルタ回路５４Ａ，５４Ｂで周波数の異なる第１および第２の特定周波数成分をそれぞれ選択的に通すようにしてもよい。すなわち、第１のフィルタ回路５４Ａでは直列共振回路［８０Ａ，８４Ａ］の共振周波数を第１の特定周波数成分の周波数付近に設定し、第２のフィルタ回路５４Ｂでは直列共振回路［８０Ｂ，８４Ｂ］の共振周波数を第２の特定周波数成分の周波数付近に設定すればよい。

また、チャンバ１内でプラズマに面する（曝される）位置であれば任意の場所にＤＣグランドパーツを設置または取付することが可能であり、異なる位置に複数のＤＣグランドパーツを設けることも可能である。たとえば、図４に示す例は、第１のＤＣグランドパーツ５２Ａをチャンバ１０の側壁ないしシールド部材２４に絶縁材を介して電気的にフローティング状態で取付し、第２のＤＣグランドパーツ５２Ｂをチャンバ天井部の絶縁部材６５に埋め込んで取付している。そして、第１のＤＣグランドパーツ５２Ａを第１のフィルタ回路５４Ａを介して接地ラインに接続し、第２のＤＣグランドパーツ５２Ｂを第２のフィルタ回路５４Ｂを介して接地ラインに接続している。この場合、第１および第２のフィルタ回路５４Ａ，５４Ｂにおける共振周波数は独立に設定可能であり、同一または異なる特定周波数成分の周波数付近にそれぞれ設定されてよい。

あるいは、両フィルタ回路５４Ａ，５４Ｂの少なくとも１つが相互変調歪の特定周波数成分以外の周波数成分または高周波を選択的に通すようにすることも可能である。たとえば、フィルタ回路５４Ａがチャンバ側壁の第１のＤＣグランドパーツ５２Ａを介してプラズマ生成用の第１高周波を選択的に通すようにした場合は、サセプタ１２から処理空間ＰＳに向かって放出される第１高周波の電子電流の中で上部電極６４に向かうものよりもチャンバ側壁に向かうものの割合を増やし、それによって半径方向のプラズマ密度分布特性に補正（例えば平均化の補正）をかけることも可能である。フィルタ回路５４，５４Ｂの少なくとも１つがイオン引き込み用の第２高周波を選択的に通すように構成してもよい。

上記実施形態では、ＤＣグランドパーツ５２をフィルタ回路５４を介して直流的に接地している。しかし、ＤＣグランドパーツ５２の直流接地をフィルタ回路５４とは別のルート（たとえばチャンバ経由）で行うことも可能である。また、上記実施形態では上部電極６４に可変直流電源７８からの直流電圧を印加したが、チャンバ１０内でプラズマに面する他の任意の部材を直流電圧印加部材とすることができる。

また、上記実施形態のような下部２周波印加方式においては、共通の高周波電極（サセプタ）１２に第１高周波および第２高周波を同時に印加するので、相互変調歪が大きく現れる傾向があり、そのぶん本発明の効果が大になる。しかし、本発明は、下部２周波印加方式に限定されるものではなく、たとえばサセプタ（下部電極）にはイオン引き込み用の第２高周波だけを印加し、プラズマ生成用の第１高周波を上部電極に印加する上下部２周波印加方式にも適用可能である。

さらに、本発明は、上部電極または下部電極の片方のみに高周波放電用の高周波を印加する単一周波印加方式にも適用可能である。すなわち、単一周波印加方式においても、高周波放電用の高周波に対して非線形回路を構成するプラズマ内で歪による周波数成分（一般に高調波の周波数成分）が発生する。本発明によれば、高周波放電用の高周波はもちろん、そのようなプラズマ内で歪により発生する任意の周波数成分をＤＣグランドパーツを通して選択的に接地ラインに流し、所望の効果を得ることができる。

本発明は、プラズマエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。

本発明の一実施形態におけるプラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。図１のプラズマエッチング装置におけるＤＣグランドパーツ回りの構造を拡大して示すとともに、フィルタ回路の回路構成例を示す図である。実施形態の一変形例を示す図である。実施形態の別の変形例を示す図である。

符号の説明

１０チャンバ（処理容器）
１２サセプタ（下部電極）
２８排気装置
３２第１高周波電源
３４第２高周波電源
５２ＤＣグランドパーツ（直流接地部材）
５４フィルタ回路
５４Ａ第１フィルタ回路
５４Ｂ第２フィルタ回路
５５被覆線
６４上部電極
７４処理ガス供給部
８０，８０Ａ，８０Ｂ第１インダクタ
８２，８２Ａ，８２Ｂ第２インダクタ
８４コンデンサ

Claims

真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を載置する第１電極と、
前記処理容器内で前記第１電極と平行に向かい合う第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の処理空間に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガスのプラズマの生成に寄与する第１高周波を前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に印加する第１高周波給電部と、
前記プラズマから前記基板へのイオンの引き込みに寄与する第２高周波を前記第１電極に印加する第２高周波給電部と、
前記処理容器内で前記プラズマに曝される所定の直流電圧印加部材に直流電圧を印加する直流給電部と、
前記直流電圧印加部材との間で前記プラズマを介して直流の電流を流すために、前記処理容器内で前記プラズマに曝される位置に設けられ、直流的に接地される直流接地電極と、
前記直流接地電極と接地との間に接続され、直流を通し、かつ前記第１高周波と前記第２高周波との間の相互変調によって発生する周波数成分のうちイオンプラズマ周波数近辺の値またはイオンプラズマ周波数以下の値を有する所定の周波数成分を選択的に通して接地ラインに流すフィルタ回路と
を有するプラズマ処理装置。
前記フィルタ回路が、前記周波数成分の周波数付近に共振周波数を有する直列共振回路と、前記直流接地電極を直流的に接地するためのＤＣ直列回路とを含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記フィルタ回路が、
一方の端子が前記直流接地電極に電気的に接続される第１インダクタと、
一方の端子が前記第１インダクタの他方の端子に電気的に接続され、他方の端子が接地ラインに電気的に接続されるコンデンサと、
一方の端子が前記第１インダクタの他方の端子に電気的に接続され、他方の端子が接地ラインに電気的に接続される第２インダクタと
を有し、
前記第１インダクタと前記コンデンサとで前記直列共振回路が構成され、
前記第１インダクタと前記第２インダクタとで前記ＤＣ直列回路が構成される、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
前記コンデンサが可変コンデンサである、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
前記フィルタ回路が選択的に通す所定の周波数成分は３ＭＨｚ以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記第２電極が前記チャンバに絶縁物または空間を介して取り付けられ、前記第１高周波給電部が前記第１電極に前記第１高周波を印加し、前記直流給電部が前記第２電極に前記直流電圧を印加する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記直流接地電極が、前記第１電極の側面に電気的にフローティング状態で取り付けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記直流接地電極が、前記処理容器の壁に電気的にフローティング状態で取り付けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記直流接地電極に複数のフィルタ回路が並列に接続され、各々の前記フィルタ回路毎に選択的に通すべき前記周波数成分の周波数が独立に選定される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記直流接地電極が前記処理容器内の異なる位置に複数設けられ、各々の前記直流接地電極に前記フィルタ回路が接続される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
各々の前記フィルタ回路毎に、選択的に通す前記周波数成分の周波数が独立に選定される、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を載置する第１電極と、
前記処理容器内で前記第１電極と平行に向かい合う第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の処理空間に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に１つまたは複数の高周波を印加する高周波給電部と、
前記処理容器内で前記プラズマに曝される所定の直流電圧印部材に直流電圧を印加する直流電源部と、
前記直流電圧印加部材との間で前記プラズマを介して直流の電流を流すために、前記処理容器内で前記プラズマに曝される位置に設けられ、直流的に接地される直流接地電極と、
前記直流接地電極と接地との間に接続され、直流を通し、かつ前記プラズマの非線形性に基く歪により発生する周波数成分のうちイオンプラズマ周波数近辺の値またはイオンプラズマ周波数以下の値を有する所定の周波数成分を選択的に通して接地ラインに流すフィルタ回路と
を有するプラズマ処理装置。