JP5576738B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

例えば、半導体装置などの電子デバイスの製造において、ドライエッチングやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等のプラズマを用いた処理が行われている。

例えば高密度のプラズマを得るために、励起電力の周波数をあげると、処理室中央のプラズマ密度が周辺部に比べて著しく高くなり、プラズマ密度の面内分布が大きくなる。

被処理基板を均一に処理するために、面内で均一なプラズマ密度を得ることが望まれている。

特開２００８−６０２３６号公報

本発明の実施形態は、プラズマ密度の制御性に優れたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。

本発明の実施形態によれば、第１電極と、第２電極と、誘電体部材と、比誘電率制御部と、を備えたプラズマ処理装置が提供される。前記第１電極と前記第２電極との間にプラズマが生起される。前記誘電体部材は、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ前記第１電極から前記第２電極に向かう方向に対して交叉する面内に延在する板状、シート状、層状、膜状または線状である。前記比誘電率制御部は、前記誘電体部材自体の比誘電率を、前記面内で変える。

本発明の実施形態によれば、第１電極と第２電極との間に設けられ前記第１電極から前記第２電極に向かう方向に対して交叉する面内に延在する板状、シート状、層状、膜状または線状の誘電体部材自体の比誘電率を前記面内で変化させた第１分布で、前記第１電極と前記第２電極との間の空間に第１プラズマを生起させて、前記第１プラズマで被処理物を処理する第１の工程を備えたプラズマ処理方法が提供される。

第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を例示する模式的断面図である。 図２（ａ）〜図２（ｌ）は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の動作を例示する模式図である。 第１の実施形態に係るプラズマ処理装置に用いられる誘電体部材の特性を例示する模式図である。 第１の実施形態に係るプラズマ処理装置に用いられる誘電体部材の別の特性を例示する模式図である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１の実施形態に係る別のプラズマ処理装置の構成を例示する模式的断面図である。 図６（ａ）〜図６（ｄ）は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の別の動作を例示する模式図である。 第１の実施形態に係る別のプラズマ処理装置の構成を例示する模式的断面図である。 図８（ａ）〜図８（ｆ）は、第１の実施形態に係る別のプラズマ処理装置の動作を例示する模式図である。 第１の実施形態に係る別のプラズマ処理装置の構成を例示する模式的断面図である。 第２の実施形態に係るプラズマ処理方法を例示するフローチャート図である。 第２の実施形態に係る別のプラズマ処理方法を例示するフローチャート図である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第２の実施形態に係る別のプラズマ処理方法の動作を例示する模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施の形態）
実施形態に係るプラズマ処理装置は、プラズマを用いたドライエッチング装置や、プラズマＣＶＤ装置などのプラズマを用いた成膜装置など、プラズマを用いた任意の処理装置に適用できる。以下では、実施形態に係るプラズマ処理装置が、プラズマを用いたドライエッチング装置に応用される例として説明する。そして、ドライエッチング装置の中でも、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）処理装置の例について説明する。

図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）〜図２（ｌ）は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の動作を例示する模式図である。

図１に表したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、処理容器５と、第１電極１０と、第２電極２０と、誘電体部材３０と、比誘電率制御部４０と、を備える。

処理容器５は、例えば、その内部が密閉可能な容器であり、その内部にウェーハ６０（被処理物）が格納可能である。

第１電極１０及び第２電極２０は、処理容器５の内部に設けられている。本具体例では、第１電極１０及び第２電極２０は、平行平板である。
第１電極１０は、例えば、処理容器５の内部の下部に設けられる。第２電極２０は、例えば第１電極１０に対向する。本具体例では、第２電極２０は、処理容器５の内部の上部に配置される。ただし、第１電極１０及び第２電極２０の処理容器５における配置は任意である。

本具体例では、第１電極１０は、ＥＳＣ（Electro Statistic Chuck)１５の内部に設けられている。ＥＳＣ１５は、例えばセラミックのウェーハ固定部１１を有し、第１電極１０は、ウェーハ固定部１１の内部に埋め込まれている。ＥＳＣ１５は、ウェーハ６０を静電力により吸着し、ウェーハ６０を保持する。

第１電極１０及び第２電極２０を含む回路に高周波電源７０が接続される。本具体例では、第１電極１０に高周波電源７０が接続され、第２電極２０は接地されている。高周波電源７０から供給される高周波電力により、第１電極１０と第２電極２０との間の空間５０にプラズマが生起される。プラズマ処理装置１１０は、高周波電源７０を含むこともでき、また、高周波電源７０は、プラズマ処理装置１１０とは別に設けられても良い。
この様に、第１電極１０と第２電極２０との間にプラズマが生起される。

誘電体部材３０は、第１電極１０と第２電極２０との間に設けられる。
本具体例では、上記のように、第２電極２０は第１電極１０の上方に設けられており、第１電極１０と誘電体部材３０との間にウェーハ６０（被処理物）が配置されてプラズマ処理が可能になっている。すなわち、ウェーハ６０が配置される位置よりも上方（第２電極２０の側）に誘電体部材３０が配置されている。

比誘電率制御部４０は、誘電体部材３０の比誘電率を、第１電極１０から第２電極２０に向かう方向に対して交叉する面内で変える。

比誘電率制御部４０は、誘電体部材３０の熱状態及び誘電体部材３０に印加される機械的な力などを含む外力の少なくともいずれかを制御することで、誘電体部材３０の材料を変えることなく、誘電体部材３０における比誘電率の面内分布を形成する。これにより、誘電体部材３０の比誘電率の面内分布が簡便に制御でき、また、面内分布を変更することも容易である。

ここで、第１電極１０から第２電極２０に向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

第１電極１０から第２電極２０に向かうＺ軸方向に対して交叉する面内は、例えばＸ−Ｙ平面である。誘電体部材３０は、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な面を有する板状、シート状、層状、または、膜状の構造体である。また、誘電体部材３０は、必ずしも面状でなくても良く、例えば、Ｘ−Ｙ平面に沿って延在する線状（例えば折り畳まれた線状など）でも良い。以下では、誘電体部材３０が、例えば板状（または、シート状、層状、膜状）である場合として説明する。

比誘電率制御部４０は、誘電体部材３０の比誘電率を、Ｚ軸方向に対して交叉するＸ−Ｙ平面で、すなわち、誘電体部材３０の面内で変える。比誘電率制御部４０は、誘電体部材３０の比誘電率を面内で不均一にし、比誘電率の面内分布を形成することができる。

例えば、誘電体部材３０及び比誘電率制御部４０が設けられていない参考例のプラズマ処理装置においては、処理容器５の中央部分でプラズマ密度が高く、周辺部分でプラズマ密度が低くなる傾向がある。すなわち、プラズマ密度の面内分布が大きく、プラズマ密度が不均一である。

これに対し、本実施形態に係るプラズマ処理装置１１０においては、参考例のプラズマ処理装置において形成されるプラズマ密度の分布を補償するように、誘電体部材３０の比誘電率を面内で不均一にし、比誘電率の面内分布を形成する。それにより、プラズマ密度の面内の不均一性を低減する。

誘電体部材３０の比誘電率は、例えば温度によって変化する。このとき、比誘電率制御部４０は、誘電体部材３０の温度を誘電体部材３０の面内で変え、温度の面内分布を形成する。これにより、誘電体部材３０の比誘電率の面内分布が形成される。比誘電率制御部４０には、例えば、抵抗線型ヒータ及び赤外線ヒータ（ランプなどを含む）などのヒータ、または、冷却器などを用いることができる。

図１に例示したように、比誘電率制御部４０には、例えば駆動部４２が接続されている。駆動部４２は比誘電率制御部４０を制御する。駆動部４２は、電子回路等を含み、比誘電率制御部４０に電気信号を含む制御用の電流を供給する。なお、駆動部４２は、比誘電率制御部４０の一部と見なしても良い。プラズマ処理装置１１０は、駆動部４２を含むこともでき、また、駆動部４２は、プラズマ処理装置１１０とは別に設けても良い。

誘電体部材３０の比誘電率は、正の温度依存性を有する場合と、負の温度依存性を有する場合と、がある。この温度依存性は、誘電体部材３０として用いられる材料の種類と、温度範囲と、などに依存する。

以下、まず、誘電体部材３０の比誘電率が正の温度依存性を有する場合について説明する。
図２（ａ）は、誘電体部材３０の温度特性をモデル的に例示するグラフである。すなわち、同図の横軸は誘電体部材３０の温度Ｔｄであり、縦軸は誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒである。

図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、比誘電率制御部４０の制御動作をモデル的に例示している。これらの図の横軸は、Ｘ軸方向に沿った位置である。位置Ｘｃは、例えば、処理容器５の中央の位置に対応し、位置Ｘ１は、処理容器５の処理領域の一方の端の位置に対応し、位置Ｘ２は、他方の端の位置に対応する。図２（ｂ）の縦軸は、比誘電率制御部４０によって制御される誘電体部材３０の温度Ｔｄである。図２（ｃ）の縦軸は、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒである。

図２（ｄ）〜図２（ｆ）は、比誘電率制御部４０の制御動作によって得られるプラズマ処理装置１１０の状態をモデル的に例示している。これらの図の横軸は、Ｘ軸方向の位置である。図２（ｄ）の縦軸は、第１電極１０と第２電極２０との間の静電容量Ｃである。図２（ｅ）の縦軸は、第１電極１０と第２電極２０との間のインピーダンスＣｚである。図２（ｆ）の縦軸は、第１電極１０と第２電極２０との間に生起するプラズマ密度Ｃｐである。なお、図２（ｆ）には、本実施形態に係るプラズマ処理装置１１０における特性を実線で例示した他に、上記の参考例のプラズマ処理装置１１９の特性を破線で例示している。

図２（ａ）に表したように、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒは、温度Ｔｄが低いときに低く、温度Ｔｄが高い時に高い。すなわち、比誘電率ε_ｒは、正の温度依存性１１０ａを有する。

このとき、図２（ｂ）に表したように、比誘電率制御部４０により、誘電体部材３０の温度Ｔｄは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において高く制御される。

その結果、図２（ｃ）に表したように、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において高くなる。

第１電極１０と第２電極２０との間の静電容量Ｃは、Ｃ＝ε_０・ε_ｒ・Ｓ／ｄで表される。ここで、ε_０は、真空の誘電率であり、Ｓは第１電極１０と第２電極２０とが対向する部分の面積であり、ｄは第１電極１０と第２電極２０との間の距離である。

従って、図２（ｄ）に表したように、第１電極１０と第２電極２０との間の静電容量Ｃは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において大きくなる。

第１電極１０と第２電極２０との間のインピーダンスＣｚは、｜Ｃｚ｜＝１／（ωＣ）で表される。ここで、ωは、高周波電源７０により供給される高周波電力の角周波数（周波数をｆとしたときにω＝２πｆ）である。

従って、図２（ｅ）に表したように、第１電極１０と第２電極２０との間のインピーダンスＣｚは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において小さくなる。

インピーダンスＣｚが小さいと、イオン電流が増大し、プラズマ密度Ｃｐが増大する。これにより、図２（ｆ）の実線で表したように、プラズマ密度Ｃｐは、中央の位置Ｘｃ、外側の位置Ｘ１及びＸ２において均一化される。

すなわち、図２（ｆ）の破線で表したように、誘電体部材３０及び比誘電率制御部４０が設けられない参考例のプラズマ処理装置１１９においては、プラズマ密度Ｃｐは、中央の位置Ｘｃにおいて外側の位置Ｘ１及びＸ２よりも著しく高くなる。

これに対し、本実施形態に係るプラズマ処理装置１１０においては、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒを中央部分よりも外側で高くすることで、プラズマ密度Ｃｐの面内分布を補償し、プラズマ密度Ｃｐの不均一性を低減できる。このように、本実施形態によれば、プラズマ密度Ｃｐの制御性に優れたプラズマ処理装置が提供できる。
なお、上記においては、Ｘ軸方向に沿った特性に関して説明したが、Ｙ軸方向に沿った特性も同様である。すなわち、本実施形態によれば、プラズマ密度ＣｐのＸ−Ｙ平面における特性を制御できる。

本実施形態に係るプラズマ処理装置１１０を用いることで、プラズマ密度Ｃｐの面内の不均一性を低減できることから、例えば、ウェーハ６０のシリコン酸化膜を面内で均一にエッチングすることができる。

次に、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒが負の温度依存性を有する場合について説明する。
図２（ｇ）は、誘電体部材３０の温度特性をモデル的に例示するグラフである。図２（ｈ）及び図２（ｉ）は、比誘電率制御部４０の制御動作をモデル的に例示している。図２（ｊ）〜図２（ｌ）は、比誘電率制御部４０の制御動作によって得られるプラズマ処理装置１１０の状態をモデル的に例示している。

図２（ｇ）に表したように、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒは、温度Ｔｄが低いときに高く、温度Ｔｄが高い時に低い。すなわち、比誘電率ε_ｒは、負の温度依存性１１０ｂを有する。

このとき、図２（ｈ）に表したように、比誘電率制御部４０により、誘電体部材３０の温度Ｔｄは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において低く制御される。

その結果、図２（ｉ）に表したように、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において高くなる。

これにより、図２（ｊ）に表したように、第１電極１０と第２電極２０との間の静電容量Ｃは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において大きくなる。そして、図２（ｋ）に表したように、第１電極１０と第２電極２０との間のインピーダンスＣｚは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において小さくなる。これにより、図２（ｌ）の実線で表したように、プラズマ密度Ｃｐは、中央の位置Ｘｃ、外側の位置Ｘ１及びＸ２において均一化される。

そして、上記のＸ軸方向に沿った特性と同様の特性が、Ｘ−Ｙ平面においても得られる。
このように、比誘電率ε_ｒが負の温度依存性１１０ｂを有する場合においても、本実施形態に係るプラズマ処理装置１１０により、プラズマ密度Ｃｐの面内分布を補償し、プラズマ密度Ｃｐの不均一性を低減できる。
なお、プラズマ密度Ｃｐの面内分布は、例えばラングミュアプローブなどによって測定することができる。

誘電体部材３０には、外部からの作用によって比誘電率が変化する任意の材料を用いることができる。誘電体部材３０には、例えば、チタン酸バリウム（ＴｉＢａＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、及び、硫酸グリシン（ＴＧＳ：Tri-glycine surfate）などの強誘電体材料を用いることができる。

図３は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置に用いられる誘電体部材の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図は、誘電体部材３０にチタン酸バリウムなどの強誘電体を用いた場合の誘電体部材３０の特性を例示するグラフ図であり、横軸は温度Ｔｄであり、縦軸は比誘電率ε_ｒである。

図３に表したように、相転移温度Ｔｃ（例えばキュリー温度）よりも低い温度と、高い温度と、で比誘電率ε_ｒは大きく変化する。相転移温度Ｔｃよりも低い温度領域Ｒ１（強誘電相に対応する温度領域）においては、比誘電率ε_ｒは正の温度依存性を有している。相転移温度Ｔｃよりも低い温度から高い温度に昇温すると、相転移温度Ｔｃにおいて比誘電率ε_ｒは急激に上昇する。相転移温度Ｔｃよりも高い温度領域Ｒ２（常誘電相に対応する温度領域）においては、比誘電率ε_ｒは負の温度依存性を有している。

本実施形態においては、正の温度依存性を有する温度領域Ｒ１の範囲で、誘電体部材３０の温度Ｔｄが制御されても良く、負の温度依存性を有する温度領域Ｒ２の範囲で、誘電体部材３０の温度Ｔｄが制御されても良い。さらに、温度領域Ｒ１と温度領域Ｒ２とを含む温度領域で誘電体部材３０の温度Ｔｄが制御されても良い。

誘電体部材３０には、例えばポリアミド樹脂のような有機材料を用いても良い。
図４は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置に用いられる誘電体部材の別の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図は、誘電体部材３０にポリアミド樹脂を用いた場合の誘電体部材３０の特性を例示するグラフ図である。
図４に表したように、この場合には、比誘電率ε_ｒは、正の温度依存性を有している。

このように、誘電体部材３０には、強誘電体や常誘電体などを含む無機及び有機の任意の材料を用いることができる。その材料の温度依存性に基づいて、比誘電率制御部４０は、誘電体部材３０の温度を誘電体部材３０の面内で変化させ、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒを誘電体部材３０の面内で変える。

本実施形態においては、誘電体部材３０の温度を面内で変えることによって誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒを面内で変えるため、簡便であり、比誘電率ε_ｒの制御性が高い。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１の実施形態に係る別のプラズマ処理装置の構成を例示する模式的断面図である。
図５（ａ）に表したように、プラズマ処理装置１１１は、誘電体部材３０と第１電極１０との間に設けられたカバー部材３２をさらに備えている。カバー部材３２は、ウェーハ６０が設置される位置と誘電体部材３０との間に設けられている。カバー部材３２は、プラズマが生起される空間５０と誘電体部材３０との間に設けられている。カバー部材３２は、例えば生起されるプラズマに対して耐性を有する。カバー部材３２を設けることで、誘電体部材３０がプラズマによって損傷することを抑制できる。

図５（ｂ）に表したように、プラズマ処理装置１１２は、第１電極１０と誘電体部材３０との間に設けられ、ウェーハ６０（被処理物）の温度を制御する温度制御部１２をさらに備えている。本具体例では、温度制御部１２は、ＥＳＣ１５のウェーハ固定部１１に埋め込まれている。

温度制御部１２には、例えばヒータが用いられる。温度制御部１２により、ウェーハ６０の温度がウェーハ６０の面内において変化される。例えば、ウェーハ６０の中央部の温度が低く設定され、中央部から周辺部に進むに従って温度が高く設定される。

ウェーハ６０に施されるプラズマを用いた処理（例えばエッチング及び成膜の少なくともいずれか）は温度依存性を有する。例えばウェーハ６０の表面温度が高いと、表面温度が低いときよりもエッチング速度が上昇する。すなわち、ウェーハ６０の表面の反応性が温度に依存する。この特性を利用することで、ウェーハ６０における面内の処理の均一性をさらに向上できる。

すなわち、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒを面内で制御することによるプラズマ密度Ｃｐの制御の効果と、ウェーハ６０の温度を面内で制御することによるウェーハ６０面内の反応性の制御と、の両方を利用することで、より制御性の高いプラズマ処理が実施できる。

図５（ｃ）に表したように、プラズマ処理装置１１３においては、誘電体部材３０及び比誘電率制御部４０は、第１電極１０と、ウェーハ６０（被処理物）が配置される位置と、の間に設けられている。本具体例では、誘電体部材３０及び比誘電率制御部４０は、ＥＳＣ１５のウェーハ固定部１１に埋め込まれている。この場合も、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒを制御することで、プラズマ密度Ｃｐが制御でき、プラズマ密度Ｃｐの不均一性を低減できる。

このように、誘電体部材３０（及び比誘電率制御部４０）は、プラズマが生起される第１電極１０と第２電極２０との間の任意の場所に配置されることができる。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の別の動作を例示する模式図である。
図６（ａ）は、比誘電率制御部４０によって制御される誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒの面内分布１１０ｃを例示し、図６（ｂ）は、面内分布１１０ｃに対応するプラズマ密度Ｃｐを例示している。図６（ｃ）は、比誘電率制御部４０によって制御される誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒの別の面内分布１１０ｄを例示し、図６（ｄ）は、面内分布１１０ｄに対応するプラズマ密度Ｃｐを例示している。

図６（ａ）に表したように、面内分布１１０ｃにおいては、図２（ｃ）に表した例に比べて、比誘電率ε_ｒは、中央の位置Ｘｃを含む広い範囲で低く設定され、外側の位置Ｘ１及びＸ２の近傍で急激に高くなるように制御されている。

この場合には、図６（ｂ）に表したように、プラズマ密度Ｃｐは、中央の位置Ｘｃと外側の位置Ｘ１及びＸ２の近傍で高く、位置Ｘｃと、位置Ｘ１及びＸ２と、の間の領域では、低くなる。

図６（ｃ）に表したように、面内分布１１０ｄにおいては、比誘電率ε_ｒの変化率は、中央の位置Ｘｃの近傍、及び、外側の位置Ｘ１及びＸ２の近傍において高く、位置Ｘｃと位置Ｘ１との中間部分、及び、位置Ｘｃと位置Ｘ２との中間部分において低い。

この場合には、図６（ｄ）に表したように、プラズマ密度Ｃｐは、中央の位置Ｘｃを含む領域で比較的均一で、外側の位置Ｘ１及びＸ２の近傍で高い。

このように、プラズマ密度Ｃｐは、Ｘ−Ｙ平面内で均一に制御されるだけでなく、図６（ｂ）及び図６（ｄ）に例示したような任意の特性に制御されることができる。例えば、ウェーハ６０の加工性がウェーハ６０の面内で分布を有する場合などにおいては、プラズマ密度Ｃｐを面内で所望の特性に制御することで、より所望の処理が実施できる。

図７は、第１の実施形態に係る別のプラズマ処理装置の構成を例示する模式的断面図である。
図７に表したように、本実施形態に係る別のプラズマ処理装置１２０においては、比誘電率制御部４０は、誘電体部材３０に印加する圧力を、Ｚ軸方向に対して交叉する面内（例えばＸ−Ｙ平面であり、誘電体部材３０の面内）で変える。

例えば、比誘電率制御部４０は、Ｘ−Ｙ平面内で分割された複数の圧力印加部を有しており、圧力印加部による圧力が誘電体部材３０に印加される。圧力印加部は、例えば外部からの信号により、機械的に変形する部材や、体積膨張及び収縮に基づいて変形する部材などが用いられる。

誘電体部材３０には、外部から印加される圧力によって比誘電率ε_ｒが変化する、例えば圧電体などが用いられる。圧電体の構造（例えば結晶の方位）と、印加される圧力の方向と、の関係に基づいて、比誘電率ε_ｒが正の圧力依存性を有する場合と、比誘電率ε_ｒが負の圧力依存性を有する場合とがある。

図８（ａ）〜図８（ｆ）は、第１の実施形態に係る別のプラズマ処理装置の動作を例示する模式図である。
図８（ａ）は、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒの圧力依存性（正の依存性）をモデル的に例示するグラフである。図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、比誘電率制御部４０の制御動作をモデル的に例示している。図８（ｂ）の縦軸は、比誘電率制御部４０によって制御される誘電体部材３０に印加される圧力Ｆｄである。図８（ｃ）の縦軸は、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒである。

図８（ａ）に表したように、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒは、圧力Ｆｄが低いときに低く、圧力Ｆｄが高い時に高い。すなわち、比誘電率ε_ｒは、正の圧力依存性１２０ａを有する。

このとき、図８（ｂ）に表したように、比誘電率制御部４０により、誘電体部材３０に印加される圧力Ｆｄは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において大きく制御される。

その結果、図８（ｃ）に表したように、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において高くなる。

これにより、既に説明したように、静電容量Ｃは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において大きくなり、インピーダンスＣｚが中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において小さくなり、その結果、プラズマ密度Ｃｐは、面内で均一化される。

図８（ｄ）は、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒの圧力依存性（負の依存性）をモデル的に例示するグラフである。図８（ｅ）及び図８（ｆ）は、比誘電率制御部４０の制御動作をモデル的に例示している。

図８（ｄ）に表したように、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒは、圧力Ｆｄが低いときに高く、圧力Ｆｄが高い時に低い。すなわち、比誘電率ε_ｒは、負の圧力依存性１２０ｂを有する。

このとき、図８（ｅ）に表したように、比誘電率制御部４０により、誘電体部材３０に印加される圧力Ｆｄは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において小さく制御される。

その結果、図８（ｆ）に表したように、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒは、中央の位置Ｘｃよりも外側の位置Ｘ１及びＸ２において高くなる。
この場合も、プラズマ密度Ｃｐは、面内で均一化される。

このように、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒを誘電体部材３０に印加される圧力Ｆｄによって制御するプラズマ処理装置１２０においても、プラズマ密度Ｃｐを面内で均一化することができる。
さらに、図６（ａ）〜図６（ｄ）に関して説明したように、プラズマ処理装置１２０によれば、プラズマ密度Ｃｐを任意の特性に制御することができ、これにより、より所望の処理が実施できる。

また、プラズマ処理装置１２０において、図５（ａ）に関して説明したカバー部材３２、及び、図５（ｂ）に関して説明した温度制御部１２をさらに設けても良い。また、図５（ｃ）に関して説明したように、誘電体部材３０及び比誘電率制御部４０を、第１電極１０と、ウェーハ６０（被処理物）が配置される位置と、の間に設けても良い。例えば、誘電体部材３０、及び、圧力を制御する比誘電率制御部４０は、ＥＳＣ１５のウェーハ固定部１１に埋め込まれても良い。

図９は、第１の実施形態に係る別のプラズマ処理装置の構成を例示する模式的断面図である。
図９に表したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１３０は、誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma）処理装置である。

この場合には、第１電極１０は処理容器５の内部に設けられ、第２電極２０は、処理容器５の外部に設けられている。第２電極２０は、処理容器５の上部をＸ−Ｙ平面内で取り囲む。
第２電極２０には、高周波電源７１が接続されている。第２電極２０はアンテナとして機能する。

第２電極２０に供給された高周波電力により、第１電極１０と第２電極２０との間の空間５０にプラズマが生起される。

この場合も、誘電体部材３０は、第１電極１０と第２電極２０との間に設けられる。そして、誘電体部材３０の比誘電率を、第１電極１０から第２電極２０に向かう方向に対して交叉する面内で変える比誘電率制御部４０が設けられている。
本具体例では、誘電体部材３０及び比誘電率制御部４０は、ウェーハ６０が配置される位置よりも上方（第２電極２０の側）に配置されているが、プラズマ処理装置１１３のように、誘電体部材３０及び比誘電率制御部４０は、第１電極１０と、ウェーハ６０が配置される位置と、の間に設けられても良い。

本具体例では、誘電体部材３０及び比誘電率制御部４０は、Ｘ−Ｙ平面内に延在する線状の形状を有している。
ＩＣＰ型のプラズマ処理装置においても、比誘電率制御部４０により、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒを誘電体部材３０の面内で変えることにより、プラズマ密度Ｃｐを所望の状態（例えば面内で均一）にすることができる。

（第２の実施の形態）
図１０は、第２の実施形態に係るプラズマ処理方法を例示するフローチャート図である。
図１０に表したように、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、第１電極１０と第２電極２０との間に設けられた誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒを第１電極１０から第２電極２０に向かう方向に対して交叉する面内で変化させた第１分布で、第１電極１０と第２電極２０との間の空間５０に第１プラズマを生起させて、第１プラズマでウェーハ６０（被処理物）を処理する第１工程（ステップＳ１１０）を備える。

例えば、誘電体部材３０の温度及び誘電体部材３０に加わる圧力の少なくともいずれかを誘電体部材３０の面内で変えることで、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒを誘電体部材３０の面内で変える。これにより、生起されるプラズマの密度Ｃｐを所望の状態に制御することができ、所望の処理が実現できる。例えば、プラズマ密度Ｃｐを面内で均一にし、面内で均一な処理が実現できる。

本実施形態に係るプラズマ処理方法は、プラズマを用いたエッチング及び成膜の少なくともいずれかを含む処理に適用できる。

図１１は、第２の実施形態に係る別のプラズマ処理方法を例示するフローチャート図である。
図１１に表したように、本実施形態に係る別のプラズマ処理は、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒを上記の第１分布とは異なる第２分布として、上記の空間５０に第２プラズマを生起させて、第２プラズマでウェーハ６０を処理する第２の工程（ステップＳ１２０）をさらに備える。
すなわち、この処理方法においては、第１工程と第２工程とで、誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒの面内分布を互いに異ならせて、処理を行う。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第２の実施形態に係る別のプラズマ処理方法の動作を例示する模式図である。
すなわち、図１２（ａ）は、第１工程における比誘電率ε_ｒの面内分布（第１分布１４１）を例示しており、図１２（ｂ）は、第２工程における比誘電率ε_ｒの面内分布（第２分布１４２）を例示している。これらの図において、横軸はＸ軸方向に沿った位置であり、縦軸は誘電体部材３０の比誘電率ε_ｒである。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に表したように、第２工程における比誘電率ε_ｒの第２分布１４２は、第１工程における比誘電率ε_ｒの第１分布１４１とは、異なる。このように、比誘電率ε_ｒの面内分布を異ならせることで、プラズマ密度Ｃｐの面内分布を互いに異ならせることができる。これにより、より所望の状態の処理を実施できる。

例えば、第１工程及び第２工程は、１つのプラズマ処理における初期の処理及び後期の処理とすることができる。初期の処理と後期の処理とで、プラズマ密度Ｃｐの分布を変えることで、より所望の処理結果が得られる場合に、本方法が採用される。

また、第１工程は、第１のウェーハ６０に対する処理で、第２工程は、別のウェーハ６０に対する処理とすることができる。例えば、第１のウェーハ６０と第２のウェーハ６０とで、処理の履歴が異なる。また、第１のウェーハ６０と第２のウェーハ６０とで、それぞれの構成（金属層、半導体層及び絶縁層の材料並びに厚さ及びパターンなど）が異なる。このとき、それぞれのウェーハ６０に適したプラズマの条件で処理を行うことができ、より所望の処理が実施できる。すなわち、プロセス柔軟性を高めることができる。

本実施形態に係るプラズマ処理方法は、例えば、第１の実施形態に関して説明したいずれかのプラズマ処理装置及びそれの変形のプラズマ処理装置を用いて実施できる。実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、比誘電率制御部４０により、誘電体部材３０の材料を変えることなく、誘電体部材３０における比誘電率ε_ｒの分布を簡便に制御でき、第１工程と第２工程とにおける異なるプラズマの条件を簡便に作り出すことができる。

実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、例えばプラズマ密度Ｃｐを所望の状態に制御することができ、大面積のプラズマにおいて高い面内の均一性を得る際に、特に有効である。そして、プラズマ密度Ｃｐの分布を例えば工程内で、または工程ごとに変化させることができ、より所望の処理が実施できる。

実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、例えば、３００ｍｍサイズの被処理物の処理、４５０ｍｍサイズの被処理物の処理、及び、さらにサイズが大きい次世代の被処理物の処理に適用できる。本装置及び本方法は、シリコン基板（ウェーハ）、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）の基板、及び、化合物半導体の基板などへのエッチング及び成膜を含む処理、大面積の太陽電池用アモルファスシリコン成膜の処理、並びに、大面積のフラットパネルディスプレイにおけるエッチング及び成膜の処理など、任意の処理に応用できる。

以上のように、実施形態によれば、プラズマ密度の制御性に優れたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が提供する。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、プラズマ処理装置に含まれる第１電極、第２電極、誘電体部材、比誘電率制御部、処理容器、ＥＳＣ、ウェーハ固定部、温度制御部、カバー部材、駆動部、高周波電源などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述したプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

５…処理容器、 １０…第１電極、 １１…ウェーハ固定部、 １２…温度制御部、 １５…ＥＳＣ、 ２０…第２電極、 ３０…誘電体部材、 ３２…カバー部材、 ４０…比誘電率制御部、 ４２…駆動部、 ５０…空間、 ６０…ウェーハ、 ７０、７１…高周波電源、 １１０、１１１、１１２、１１３、１１９、１２０、１３０…プラズマ処理装置、 １１０ａ…正の温度依存性、 １１０ｂ…負の温度依存性、 １１０ｃ、１１０ｄ…面内分布、 １２０ａ…正の圧力依存性、 １２０ｂ…負の圧力依存性、 １４１…第１分布、 １４２…第２分布、 Ｃ…静電容量、 Ｃｐ…プラズマ密度、 Ｃｚ…インピーダンス、 Ｆｄ…圧力、 Ｒ１、Ｒ２…温度領域、 Ｔｃ…相転移温度、 Ｔｄ…温度、 Ｘ１、Ｘ２、Ｘｃ…位置

Claims (5)

1. 第１電極と、
   前記第１電極との間にプラズマが生起される第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ前記第１電極から前記第２電極に向かう方向に対して交叉する面内に延在する板状、シート状、層状、膜状または線状の誘電体部材と、
   前記誘電体部材自体の比誘電率を、前記面内で変える比誘電率制御部と、
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記比誘電率制御部は、前記誘電体部材の温度及び前記誘電体部材に加わる圧力の少なくともいずれかを前記面内で変え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. 前記第２電極は前記第１電極の上方に設けられ、
   前記第１電極と前記誘電体部材との間に被処理物が配置されて処理が行わ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. 第１電極と第２電極との間に設けられ前記第１電極から前記第２電極に向かう方向に対して交叉する面内に延在する板状、シート状、層状、膜状または線状の誘電体部材自体の比誘電率を前記面内で変化させた第１分布で、前記第１電極と前記第２電極との間の空間に第１プラズマを生起させて、前記第１プラズマで被処理物を処理する第１の工程を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
5. 前記誘電体部材自体の前記比誘電率を前記第１分布とは異なる第２分布として、前記空間に第２プラズマを生起させて、前記第２プラズマで被処理物を処理する第２の工程をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。

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