JP5657262B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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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、特に基板を保持する電極にフォーカスリングを取り付けるプラズマ処理装置に関する。
一般に、枚葉式のプラズマ処理装置は、真空チャンバ内でサセプタ（通常は下部電極）上の基板の被処理面に作用させるプラズマの密度の面内均一性（特に基板の半径方向の均一性）をよくするために、サセプタおよび対向電極（上部電極）を基板よりも一回り大きな径サイズに構成している。この場合、基板の半径方向外側にはみ出るサセプタ上面の周辺部分がプラズマに直接晒されると、プラズマからイオンのアタックを受けて損傷劣化してしまう。特に、プラズマエッチング装置においては、サセプタに発生する自己バイアス電圧を利用してイオンを加速させて引き込むので、イオンスパッタ効果が大きい。そこで、基板の半径方向外側にはみ出るサセプタ上面の周辺部分を覆うようにリング状のカバー部材いわゆるフォーカスリングを着脱可能に取り付けて、プラズマからサセプタを保護するようにしている（たとえば特許文献１参照）。
フォーカスリングの材質は、サセプタとプラズマとの間で高周波を良く通し、かつイオンでスパッタされても基板上のプロセスに実質的な影響を与えないようなものが好ましく、たとえばプラズマエッチング装置ではＳi，ＳiＣ，Ｃ（カーボン）、ＳiＯ2、Ａl2Ｏ3等が用いられている。
一方で、プラズマ処理装置においては、基板の温度が基板表面反応ひいてはエッチング特性や膜特性等に大きな影響を及ぼすことから、基板を載置するサセプタを通じて基板の温度を制御するようにしている。通常は、プラズマからの入熱による基板の温度上昇を抑えるのが望ましく、特にプラズマエッチングでは基板の温度を低くするとラジカル反応が抑制されて高い選択比と垂直加工形状が得られやすくなる。基板温度制御手段としては、チラー装置より温調された冷媒をサセプタ内部の冷媒室に循環供給してサセプタを所定温度に冷却し、Ｈeガスなどの伝熱ガスをサセプタと基板の接触界面に供給して基板を間接的に冷却する方式がよく用いられている。この冷却方式は、伝熱ガスの供給圧力に抗して基板をサセプタ上に固定しておくための保持機構を必要とし、そのような保持機構として静電チャックが多く用いられている。
特開２０００−３６４９０
従来のプラズマ処理装置においては、上記のように基板の温度を制御してはいるが、フォーカスリングについては特に個別の温度制御を行ってはいない。このため、ＲＦパワーが弱いプロセスではイオンフラックスが弱く、フォーカスリングの温度は共通のサセプタ上に載置されている基板の温度に近い値になる。
しかしながら、フォーカスリングの温度が基板温度並みに低いと、プラズマプロセスの特性が却って悪化する場合もある。たとえば、今日のリソグラフィ工程では、レジストパターンの微細化・解像度向上のために多層レジスト法が多用されている。多層レジストプロセスにおいて、ＢＡＲＣ（反射防止膜）や中間マスク層のエッチング（マスク処理）を行うときは、選択性や垂直形状加工性よりも上層レジストパターンの転写精度つまり形状維持（損傷・変形の防止）の方がより重視されるため、プラズマ生成に用いられる高周波のパワーは低めに設定される。また、プラズマから基板へのイオンの引き込みを制御するために比較的低い周波数の高周波を用いる装置では、マスク処理を行う間はそのようなイオン引き込み用高周波のパワーが更に低め（極端には０ワット）に設定される。このため、プラズマから基板への入熱は少なく、基板の温度はそれほど高くはならず、フォーカスリングの温度も基板温度並みに低い。しかしながら、このような条件下のエッチングプロセスでは、エッチングレートが基板中心部よりも基板エッジ部で相対的に高くなるプロファイルで、基板上のエッチング特性が不均一になりやすい。
上記の問題に対しては、フォーカスリングの温度を基板温度よりも一段高くすると、基板エッジ部のエッチングレートが相対的に抑制され、エッチング特性の均一性が改善されることが実験的に実証されている。
しかしながら、量産装置において、サセプタにフォーカスリング専用のヒータを組み込むことは機構的にもコスト的にも非常に困難である。また、フォーカスリングを常時加熱すれば済むものでもなく、プロセスによっては冷却して温度を下げる方が好ましい場合もある。たとえば、上記のような多層レジストプロセスでは、マスク処理の後に続けて多層レジストの下地膜つまり本来の被加工膜のエッチングを行うときは、高選択性および良好な垂直形状加工性を得るためにフォーカスリングの温度を下げるのがよい。
このように、量産型のプラズマ処理装置においては、フォーカスリングの温度を任意かつ簡便に制御（特に昇温）できる温度制御機構が望まれている。
本発明は、上記のような従来技術の事情および問題点に鑑みてなされたものであって、被処理基板の周囲を覆うようにサセプタ（通常は下部電極）に取り付けられるフォーカスリングをサセプタ温度から独立して任意・簡便かつ効率的に加熱することが可能であり、さらにはフォーカスリングの温度を自在に制御できるようにしたプラズマ処理装置を提供する。
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下部電極と、前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように前記下部電極に取り付けられ、前記下部電極の半径方向の周囲に設けられている誘電体を介して接地電位の導電性部材に電気的に容量結合されるフォーカスリングと、前記処理容器内で前記下部電極と平行に向かい合う上部電極と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記上部電極と前記下部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、ガスの高周波放電に適した周波数の高周波を出力する第１高周波電源と、前記第１高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続され、前記第１高周波電源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整合器と、前記プラズマ処理が行われる時に、前記処理ガスの高周波放電によるプラズマを生成するために、前記プラズマを含む第１の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させて、前記第１高周波電源からの高周波電力を前記第１の負荷に供給するプラズマ生成用高周波給電部と、前記プラズマ処理に先立ち、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるために、前記下部電極から前記フォーカスリングおよび前記誘電体を介して前記接地電位の導電性部材に至る高周波伝搬路を含む第２の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させて、前記第１高周波電源からの高周波電力を前記第２の負荷に供給するフォーカスリング加熱用高周波給電部とを有する。
上記第１の観点のプラズマ処理装置においては、第１高周波電源より出力される高周波が、プラズマ処理が行われる時は処理ガスのプラズマを生成するために用いられ、プラズマ処理の開始前はフォーカスリングを所定温度まで発熱させるために用いられる。すなわち、プラズマ処理が行われる時は、第１高周波電源から見て下部電極の背後または上方に存在するプラズマが第１の負荷を構成し、第１高周波電源からの高周波電力がプラズマ生成用高周波給電部により整合器を介して第１の負荷に供給される。ここで、フォーカスリング加熱用の第２の負荷のインピーダンス（特に下部電極の半径方向の周囲に設けられる誘電体のリアクタンス）は非常に大きいため、処理容器内にプラズマが存在している時は、第１高周波電源からの高周波電流の全部または大部分が整合器を介してインピーダンス整合状態で第１の負荷に流れる。しかし、プラズマ処理が行われる前は、処理容器内に処理ガスが供給されないため、第１高周波電源が高周波を出力しても処理容器内に高周波放電ないしプラズマは発生せず、第１の負荷は実質的に存在しない。この場合、第１の負荷に置き換わって第２の負荷が第１高周波電源に対して実質上の負荷となり、第１高周波電源からの高周波電流の全部または大部分が上記整合器を介してインピーダンス整合状態で第２の負荷に流れてフォーカスリングのジュール熱に費やされる。こうして、フォーカスリングが効率よく発熱する。フォーカスリングの発熱量ひいては発熱温度は、第１高周波電源の出力パワーを可変することで自在に増減または制御することができる。
本発明の好適な一態様においては、第１高周波電源に対して、第２の負荷のインピーダンスを可変調整するためのインピーダンス調整部を有する構成を好適に採ることができる。インピーダンス調整部は、好適な一態様として、誘電体の中に設けられた空洞と、この空洞内に容積可変で収容される流動性の誘電体物質とを有する。空洞内の誘電体物質の容積を可変することによって、誘電体回りのキャパシタンスを可変し、ひいては第２の負荷のインピーダンスを可変することができる。第２の負荷のインピーダンスを可変調整することにより、第１の負荷との切り換えを安定確実に行えるとともに、第１高周波電源の高周波出力を一定に保ったままフォーカスリングの発熱量を可変制御することもできる。
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下部電極と、前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように前記下部電極に取り付けられるフォーカスリングと、前記下部電極の半径方向の周囲に設けられ、前記フォーカスリングと誘電体を介して電気的に容量結合されるグランド端子と、前記グランド端子と接地電位の部材との間に電気的に接続される第１スイッチと、前記処理容器内で前記下部電極と平行に向かい合う上部電極と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記上部電極と前記下部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、ガスの高周波放電に適した周波数の高周波を出力する第１高周波電源と、前記第１高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続され、前記第１高周波電源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整合器と、前記第１スイッチおよび前記整合器を制御する制御部とを有し、前記プラズマ処理が行われる時に、前記処理ガスの高周波放電によるプラズマを生成するために、前記制御部の制御の下で、前記第１スイッチをオフ状態に保持するとともに、前記プラズマを含む第１の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させ、前記プラズマ処理に先立ち、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるときは、前記制御部の制御の下で、前記第１スイッチをオン状態に保持するとともに、前記下部電極から前記フォーカスリング、前記誘電体、前記グランド端子および前記第１スイッチを介して前記接地電位の部材に至る高周波伝搬路を含む第２の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させる。
上記第２の観点のプラズマ処理装置においては、第１高周波電源より出力される高周波が、プラズマ処理が行われる時は処理ガスのプラズマを生成するために用いられ、プラズマ処理の開始前はフォーカスリングを所定温度まで発熱させるために用いられる。すなわち、プラズマ処理が行われる時は、第１高周波電源から見て、下部電極の背後または上方に存在するプラズマが第１の負荷を構成し、第１高周波電源からの高周波電力がプラズマ生成用高周波給電部により整合器を介して第１の負荷に供給される。この時、第１スイッチがオフ状態に保持されることにより、フォーカスリング加熱用の第２の負荷は遮断状態にあり、第１高周波電源より出力される高周波電流の全部または大部分が整合器を介してインピーダンス整合状態で第１の負荷に流れる。しかし、プラズマ処理が行われる前は、処理容器内に処理ガスが供給されないため、第１高周波電源が高周波を出力しても処理容器内に高周波放電ないしプラズマは発生せず、第１の負荷は実質的に存在しない。この場合、第１スイッチをオン状態にすると、第１の負荷に置き換わって第２の負荷が第１高周波電源に対して実質上の負荷となり、第１高周波電源からの高周波電流の全部または大部分が上記整合器を介してインピーダンス整合状態で第２の負荷に流れてフォーカスリングのジュール熱に費やされる。こうして、フォーカスリングが効率よく発熱する。フォーカスリングの発熱量ひいては発熱温度は、第１高周波電源の出力パワーを可変することで自在に増減または制御することができる。
本発明の第３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下部電極と、前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように、前記下部電極に取り付けられるフォーカスリングと、前記処理容器内で前記下部電極と平行に向かい合う上部電極と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記上部電極と前記下部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、ガスの高周波放電に適した周波数の高周波を出力する第１高周波電源と、前記第１高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続された整合器を含み、前記処理空間で前記処理ガスの高周波放電によるプラズマを生成するための第１の負荷に対して、前記第１高周波電源からの前記高周波をインピーダンス整合状態で供給するプラズマ生成用高周波給電部と、前記整合器と一定のインピーダンスを有するインピーダンス付加回路と第２スイッチとを含み、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるための第２の負荷に対して、前記第１高周波電源からの前記高周波をインピーダンス整合状態で供給するフォーカスリング加熱用高周波給電部とを有し、前記第２スイッチは、前記高周波を前記フォーカスリングの加熱に用いる時はオン状態となって前記インピーダンス付加回路を前記整合器に直列または並列に接続し、前記高周波を前記プラズマの生成に用いる時はオフ状態となって前記インピーダンス付加回路を前記整合器から電気的に切り離す。
上記第３の観点のプラズマ処理装置においては、上記第１の観点のプラズマ処理装置と同様の作用が奏されることに加えて、整合器に第２スイッチを介してインピーダンス付加回路を選択的に接続することにより、プラズマ処理の開始前にフォーカスリングを所定温度まで加熱するために第１高周波電源に第２の負荷をインピーダンス整合させる際、上記整合器で得られるマッチングポイントをインピーダンス付加回路のインピーダンスに基づいて制御することができる。好ましくは、第１高周波をフォーカスリングの加熱に用いる時に上記整合器で得られるマッチングポイントが、第１高周波をプラズマの生成に用いる時に上記整合器で得られるマッチングポイントに近接するように、インピーダンス付加回路のインピーダンスが設定される。これにより、第２の負荷から第１の負荷への切り換えを効率よく安定確実に行うことができる。
本発明の第４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下部電極と、前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように前記下部電極に取り付けられ、前記下部電極の半径方向の周囲に設けられている誘電体を介して接地電位の導電性部材に電気的に容量結合されるフォーカスリングと、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、ガスの放電に適した周波数の第１高周波またはマイクロ波を用いて前記処理容器内で前記処理ガスを放電させてプラズマを生成するプラズマ生成部と、プラズマから前記基板へのイオンの引き込みに適した周波数の第２高周波を出力する第２高周波電源と、前記第２高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続され、前記第２高周波電源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整合器と、前記プラズマ処理が行われる時に、プラズマから前記基板へのイオンの引き込みを制御するために、前記プラズマを含む第１の負荷が前記第２高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させて、前記第２高周波電源からの前記第２高周波の電力を前記第１の負荷に供給するイオン引き込み用高周波給電部と、前記プラズマ処理に先立ち、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるために、前記下部電極から前記フォーカスリングおよび前記誘電体を介して前記接地電位の導電性部材に至る高周波伝搬路を含む第２の負荷が前記第２高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させて、前記第２高周波電源からの前記第２高周波の電力を前記第２の負荷に供給するフォーカスリング加熱用高周波給電部とを有する。
上記第４の観点のプラズマ処理装置においては、第１高周波電源より出力される第１高周波が専ら処理ガスのプラズマを生成するために用いられる一方で、第２高周波電源より出力される第２高周波は、プラズマ処理が行われる時はプラズマから基板へのイオン引き込みの制御に用いられ、プラズマ処理の開始前はフォーカスリングを所定温度まで発熱させるために用いられる。すなわち、プラズマ処理が行われる時は、第２高周波電源から見て下部電極の背後または上方に存在するプラズマがイオン引き込み用の第１の負荷を構成し、第２高周波電源からの高周波電力がイオン引き込み用高周波給電部により整合器を介して第１の負荷に供給される。ここで、フォーカスリング加熱用の第２の負荷のインピーダンス（特に下部電極の半径方向の周囲に設けられる誘電体のリアクタンス）は非常に大きいため、処理容器内にプラズマが存在している時は、第２高周波電源からの高周波電流の全部または大部分が上記整合器を介してインピーダンス整合状態で第１の負荷に流れる。しかし、プラズマ処理が行われる前は、処理容器内にプラズマが存在していないため、第２高周波電源が第２高周波を出力してもイオン引き込みの作用は起こらず、第２の負荷は実質的に存在しない。この場合、第１の負荷に置き換わって第２の負荷が第２高周波電源に対して実質上の負荷となり、第２高周波電源からの高周波電流の全部または大部分が上記整合器を介してインピーダンス整合状態で第２の負荷に流れてフォーカスリングのジュール熱に費やされる。こうして、フォーカスリングが効率よく発熱する。フォーカスリングの発熱量ひいては発熱温度は、第２高周波電源の高周波出力を可変することで自在に増減または制御することができる。
本発明の好適な一態様においては、第２高周波電源に対して、第２の負荷のインピーダンスを可変調整するためのインピーダンス調整部を有する構成を好適に採ることができる。インピーダンス調整部は、好適な一態様として、誘電体の中に設けられた空洞と、この空洞内に容積可変で収容される流動性の誘電体物質とを有する。空洞内の誘電体物質の容積を可変することによって、誘電体回りのキャパシタンスを可変し、ひいては第２の負荷のインピーダンスを可変することができる。第２の負荷のインピーダンスを可変調整することにより、第１の負荷との切り換えを安定確実に行えるとともに、第２高周波電源の高周波出力を一定に保ったままフォーカスリングの発熱量を可変制御することもできる。
本発明の第５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下部電極と、前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように前記下部電極に取り付けられるフォーカスリングと、前記下部電極の半径方向の周囲に設けられ、前記フォーカスリングと誘電体を介して電気的に結合されるグランド端子と、前記グランド端子と接地電位の部材との間に電気的に接続される第１スイッチと、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、ガスの放電に適した周波数の第１高周波またはマイクロ波を用いて前記処理容器内で前記処理ガスを放電させてプラズマを生成するプラズマ生成部と、プラズマから前記基板へのイオンの引き込みを制御するのに適した周波数の第２高周波を出力する第２高周波電源と、前記第２高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続され、前記第２高周波電源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整合器と、前記第１スイッチおよび前記整合器を制御する制御部とを有し、前記プラズマ処理が行われる時に、プラズマから前記基板へのイオンの引き込みを制御するために、前記制御部の制御の下で、前記第１スイッチをオフ状態に保持するとともに、前記プラズマを含む第１の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させ、前記プラズマ処理に先立ち、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるときは、前記制御部の制御の下で、前記第１スイッチをオン状態に保持するとともに、前記下部電極から前記フォーカスリング、前記誘電体、前記グランド端子および前記第１スイッチを介して前記接地電位の部材に至る高周波伝搬路を含む第２の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させる。
上記第５の観点のプラズマ処理装置においては、第２高周波電源より出力される第２高周波が、プラズマ処理が行われる時はプラズマから基板へのイオン引き込みの制御に用いられ、プラズマ処理の開始前はフォーカスリングを所定温度まで発熱させるために用いられる。すなわち、プラズマ処理が行われる時は、第２高周波電源から見て下部電極の背後または上方に存在するプラズマがイオン引き込みの第１の負荷を構成し、第２高周波電源からの高周波電力がイオン引き込み用高周波給電部により整合器を介して第１の負荷に供給される。この時、第１スイッチがオフ状態に保持されることにより、フォーカスリング加熱用の第２の負荷は遮断状態にあり、第２高周波電源からの第２高周波の電流の全部または大部分が整合器を介してインピーダンス整合状態で第１の負荷に流れる。しかし、プラズマ処理が行われる前は、処理容器内にプラズマが存在していないため、第２高周波電源が高周波を出力してもイオン引き込みの作用は起こらず、第１の負荷は実質的に存在しない。この場合、第１スイッチをオン状態にすると、第１の負荷に置き換わって第２の負荷が第２高周波電源に対して実質上の負荷となり、第２高周波電源からの第２高周波の電流の全部または大部分が上記整合器を介してインピーダンス整合状態で第２の負荷に流れてフォーカスリングのジュール熱に費やされる。こうして、フォーカスリングが効率よく発熱する。フォーカスリングの発熱量ひいては発熱温度は、第２高周波電源の高周波出力を可変することで自在に増減または制御することができる。
本発明の第６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下部電極と、前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように、前記下部電極に取り付けられるフォーカスリングと、記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、ガスの放電に適した周波数の第１高周波またはマイクロ波を用いて前記処理容器内で前記処理ガスを放電させてプラズマを生成するプラズマ生成部と、プラズマから前記基板へのイオンの引き込みに適した周波数の第２高周波を出力する第２高周波電源と、前記第２高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続された整合器を含み、前記プラズマから前記基板へのイオンの引き込みを制御するための第１の負荷に対して、前記第２高周波電源からの前記第２高周波の電力をインピーダンス整合状態で供給するイオン引き込み用高周波給電部と、前記整合器と一定のインピーダンスを有するインピーダンス付加回路と第２スイッチとを含み、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるための第２の負荷に対して、前記第２高周波電源からの前記第２高周波の電力をインピーダンス整合状態で供給するフォーカスリング加熱用高周波給電部とを有し、前記第２スイッチは、前記第２高周波を前記フォーカスリングの加熱に用いる時はオン状態となって前記インピーダンス付加回路を前記整合器に直列または並列に接続し、前記第２高周波をイオンの引き込みに用いる時はオフ状態となって前記インピーダンス付加回路を前記整合器から電気的に切り離す。
上記第６の観点のプラズマ処理装置においては、上記第４の観点のプラズマ処理装置と同様の作用が奏されることに加えて、整合器に第２スイッチを介してインピーダンス付加回路を選択的に接続することにより、プラズマ処理の開始前にフォーカスリングを所定温度まで加熱するために第２高周波電源に第２の負荷をインピーダンス整合させる際、整合器で得られるマッチングポイントをインピーダンス付加回路のインピーダンスに基づいて制御することができる。好ましくは、プラズマ処理に先立って第２高周波をフォーカスリングの加熱に用いる時に整合器で得られるマッチングポイントが、プラズマ処理において第２高周波をイオンの引き込みに用いる時に整合器で得られるマッチングポイントに近接するように、インピーダンス付加回路のインピーダンスが設定される。これにより、第２の負荷から第１の負荷への切り換えを効率よく安定確実に行うことができる。
本発明の好適な一態様においては、フォーカスリングは、好ましくはＳi、ＳiＣまたはＣからなる。また、フォーカスリングの温度を検出するための温度センサと、フォーカスリングの温度を制御するために、温度センサの出力信号をフィードバックして、フォーカスリングの加熱に用いられる高周波のパワーを制御する温度制御部とを備えてよい。また、下部電極を冷却するための冷却部と、下部電極に対してフォーカスリングを所望の時または期間だけ熱的に結合させる熱的結合制御部とを有する構成も好ましい。この熱的結合制御部は、フォーカスリングを静電力で吸着するために、下部電極の上面に設けられる静電チャックと、下部電極および静電チャックにそれぞれ形成された通孔を介して静電チャックとフォーカスリングとの界面に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部とを有する構成が好ましい。このようにフォーカスリングの加熱する機構と冷却する機構とを併用することで、フォーカスリングの温度を自在に可変制御することができる。
別の好適な一態様として、フォーカスリングの温度を検出するための温度センサと、フォーカスリングの温度を制御するために、温度センサの出力信号をフィードバックして、フォーカスリングの加熱に用いられる高周波のパワーおよび下部電極の温度の少なくとも一方を制御する温度制御部とを備える構成であってもよい。これによりフォーカスリングの発熱量をフィードバック制御することができる。
本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成と作用により、被処理基板の周囲を覆うようにサセプタに取り付けられるフォーカスリングを基板から独立して任意・簡便かつ効率的に加熱することが可能であり、さらにはフォーカスリングの温度を自在に制御することができる。
本発明の一実施形態における容量結合型プラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。 図１のプラズマ処理装置の要部の構成を示す図である。 実施形態におけるプラズマ生成用負荷の等価回路を示す図である。 実施形態におけるフォーカスリング加熱用負荷の等価回路を示す図である。 実施形態においてフォーカスリング加熱用負荷に可変コンデンサを設ける一一実施例を示す図である。 図５Ａの実施例において上記可変コンデンサのキャパシタンスを大きくした状態を示す図である。 実施形態においてフォーカスリング加熱用負荷に可変コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。 図６の実施例の一変形例を示す図である。 ＨＡＲＣプロセスに用いられる多層レジストプロセスの工程手順を説明するための断面図である。 多層レジストプロセスにおいてフォーカスリングの温度を個別に制御する際の温度特性の一例を示す図である。 一実施例によるフォーカスリング専用加熱機構の構成を示す図である。 図１０の実施例の一変形例を示す図である。 別の実施例によるフォーカスリング専用加熱機構の構成を示す図である。 図１２のフォーカスリング専用加熱機構における高周波電流伝搬経路の一例を示す図である。 図１２のフォーカスリング専用加熱機構における高周波電流伝搬経路の別の例を示す図である。 別の実施例によるフォーカスリング専用加熱機構の構成を示す図である。 本発明を適用した上下部２周波印加方式の容量結合型プラズマ処理装置の要部の構成を示す一部縦断面図である。 本発明を適用した上部単周波印加方式の容量結合型プラズマ処理装置の要部の構成を示す一部縦断面図である。 分割型のフォーカスリングを備えるプラズマ処理装置に本発明の一実施例を適用した構成の要部を示す一部縦断面図である。 図１７Ａの実施例の一変形例を示す一部縦断面図である。 本発明の分割式フォーカスリング構造に関する別の実施例を示す一部縦断面図である。 本発明の分割式フォーカスリング構造におけるフォーカスリング温度制御方法の一例を示す図である。 本発明の分割式フォーカスリング構造におけるフォーカスリング温度制御方法の別の例を示す図である。 本発明の分割式フォーカスリング構造に関する別の実施例を示す一部縦断面図である。
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、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。図２にこのプラズマ処理装置の要部の構成を示す。
このプラズマ処理装置は、下部ＲＦ２周波印加方式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、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絶縁体たとえばセラミックスの筒状支持部１４に支持されている。この筒状支持部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体つまりアルミニウムの筒状支持部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の底に排気口２０が設けられている。
排気口２０には排気管２２を介して排気装置２４が接続されている。排気装置２４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２６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２８，３０がマッチングユニット３２および給電棒３４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２８は、主としてプラズマの生成に寄与する所定周波数（通常２７ＭＨｚ以上）の第１高周波ＨＦを出力する。一方、第２の高周波電源３０は、主としてサセプタ１２上の半導体ウエハＷに対するイオンの引き込みに寄与する所定周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以下）の第２高周波ＬＦを出力する。マッチングユニット３２には、第１の高周波電源２８側のインピーダンスとプラズマ生成用負荷（主に下部電極、プラズマ、上部電極、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整合器３２Ａと、第２の高周波電源３０側のインピーダンスとイオン引き込み用負荷（主に下部電極、プラズマ、上部電極、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２整合器３２Ｂとが収容されている。
サセプタ１２は半導体ウエハＷよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ１２の上面は、ウエハＷと略同形状（円形）かつ略同サイズの中心領域つまりウエハ載置部と、このウエハ載置部の外側に延在する環状の周辺部とに区画されている。ウエハ載置部の上に、処理対象の半導体ウエハＷが載置される。環状周辺部の上には、半導体ウエハＷの口径よりも大きな内径を有するリング状の板材いわゆるフォーカスリング３６が取り付けられる。
フォーカスリング３６の材質は、サセプタ１２とプラズマとの間で高周波ＨＦ，ＬＦを良く通し、イオンの入射でスパッタされても基板上のプロセスに実質的な影響を与えず、かつ高周波加熱によって発熱する適度な抵抗分を有する材質が好ましく、たとえばＳi，ＳiＣ，Ｃ等を好適に使用できる。また、ＳiＯ2，Ａl2Ｏ3等の誘電体に導電性物質を混ぜたものも使用可能である。
サセプタ１２の上記ウエハ載置部には、ウエハ吸着用の主静電チャック３８が設けられている。この主静電チャック３８は、円形の膜状または板状誘電体３８ａの中にシート状またはメッシュ状のＤＣ電極３８ｂを封入したものであり、サセプタ１２に一体形成または一体固着されている。ＤＣ電極３８ｂは、チャンバ１０の外に配置される直流電源４０に高圧配線およびスイッチ４２を介して電気的に接続されている。直流電源４０からの高圧の直流電圧がＤＣ電極３８ｂに印加されることにより、半導体ウエハＷを静電チャック３８上に静電吸着力で保持できるようになっている。
サセプタ１２の半径方向外側の周囲には、フォーカスリング３６の下面の外寄り部分（半径方向の中心部から外側エッジに至る部分）および外周面と両筒状支持部１４，１６の上面との間に介在するリング状の周辺誘電体４４が設けられている。この周辺誘電体４４の材質はたとえば石英である。
一実施例として、図２に示すように、フォーカスリング３６の温度を検出するための温度センサ４３を周辺誘電体４４の中または近傍に設けてもよい。この温度センサ４３には、たとえば蛍光温度計（商品名：ラクストロン）あるいは焦電型赤外線センサ等を使用できる。焦電型赤外線センサを使用するときは、フォーカスリング３６下面の被検出点付近を黒等で着色してよい。温度センサ４３の出力信号は、フォーカスリング３６の温度を制御する際のフィードバック信号として、信号線４５を介して制御部６６に送られる。
フォーカスリング３６の下面の内寄り部分（内側エッジから半径方向の中心部に至る部分）は、サセプタ１２上面の環状周辺部に設けられた周辺静電チャック４６の上に載っている。この周辺静電チャック４６は、リング形状の膜状または板状誘電体４６ａの中にＤＣ電極４６ｂを封入している。ＤＣ電極４６ｂもスイッチ４２を介して直流電源４０に電気的に接続されており、直流電源４０からの直流電圧がＤＣ電極４６ｂに印加されることにより、フォーカスリング３６を周辺静電チャック４６上に静電吸着力で保持できるようになっている。
この実施形態では、主静電チャック３８と周辺静電チャック４６とを同一のスイッチ４２を介して同一の直流電源４０に接続し、両静電チャック３８，４６で吸着力を同時に発生させるようにしている。しかし、個別のスイッチあるいは個別の直流電源を用いて、両静電チャック３８，４６を選択的または個別的に励磁する構成としてもよい。
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４８が設けられている。この冷媒室４８には、チラーユニット（図示せず）より冷媒供給管５０，５２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１２の温度を下げる方向に制御できる。そして、サセプタ１２に半導体ウエハＷおよびフォーカスリング３６をそれぞれ熱的に結合させるために、伝熱ガス供給部５３からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、別々のガス供給管５４，５６およびサセプタ１２内部のガス通路５８，６０を介して主静電チャック３８と半導体ウエハＷとの接触界面および周辺静電チャック４６とフォーカスリング３６との接触界面に供給されるようになっている。
この実施形態では、図２に示すように、ガス供給管５４，５６の途中に開閉弁６２，６４が設けられ、制御部６６からの制御信号Ｓc，Ｓpによって開閉弁６２，６４が独立的にオン・オフするようになっている。
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接地電位の上部電極を兼ねるシャワーヘッド６８が設けられている。このシャワーヘッド６８は、サセプタ１２と向かい合う電極板７０と、この電極板７０をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体７２とを有し、電極支持体７２の内部にガス室７４を設け、このガス室７４からサセプタ１２側に貫ける多数のガス吐出孔７６を電極支持体７２および電極板７０に形成している。電極板７０とサセプタ１２との間の空間がプラズマ生成ないし処理空間となる。ガス室７４の上部に設けられるガス導入口７４ａには、処理ガス供給部７８からのガス供給管８０が接続されている。なお、電極板７０はたとえばＳiやＳiＣからなり、電極支持体７２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。
この実施形態では、フォーカスリング３６の温度を制御するために、マッチングユニット３２内において、図２に示すように、第１整合器３２Ａまたは第２整合器３２Ｂのいずれかにスイッチ８２を介して直列または並列に接続可能なインピーダンス付加回路８４がマッチングポイント調節用の付加回路として設けられる。
一例として、プラズマ生成用の第１整合器３２Ａにスイッチ８２を介してインピーダンス付加回路８４を接続できるものとする。この場合、制御部６６は、フォーカスリング３６を加熱する時にスイッチ８２をオンにしてインピーダンス付加回路８４を第１整合器３２Ａに接続し、それ以外の時は、特にサセプタ１２上の半導体ウエハＷに対してドライエッチング加工を行う時は、スイッチ８２をオフにしてインピーダンス付加回路８４を電気的に切り離しておく。インピーダンス付加回路８４の作用は、後に説明する。
制御部６６は、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２４、第１および第２高周波電源２８，３０、第１および第２整合器３２Ａ，３２Ｂ、静電チャック用のスイッチ４２、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給用の開閉弁６２，６４、処理ガス供給部７８、マッチングポイント調節用のスイッチ８２等を制御するもので、マイクロコンピュータを含んでおり、ホストコンピュータ（図示せず）等の外部装置とも制御信号やデータをやりとりする。特に、この実施形態における制御部６６は、サセプタ１２の温度から独立してフォーカスリング３６の温度を高周波加熱よって上げるフォーカスリング発熱動作、さらにはフォーカスリング３６の発熱とサセプタ１２側からの冷却とをバランスさせてフォーカスリング３６の温度を最適制御するためのソフトウェアを装備している。
このプラズマエッチング装置における枚葉ドライエッチングの基本動作は次のようにして行われる。先ず、ゲートバルブ２６を開けて加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、中心静電チャック３８の上に載置する。そして、チャンバ１０を密閉状態にして処理ガス供給部７８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チャンバ１０内に導入し、排気装置２４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２８，３０をオンにして第１高周波ＨＦおよび第２高周波ＬＦをそれぞれ所定のパワーで出力させ、これらの高周波ＨＦ，ＬＦをマッチングユニット３２および給電棒３４を介してサセプタ１２に印加する。また、伝熱ガス供給系の開閉弁６２をオンにして、主静電チャック３８と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給すると同時に、静電チャック用のスイッチ４２をオンにして、静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。シャワーヘッド６８より吐出されたエッチングガスは両電極１２，６８間で高周波の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表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。
このプラズマエッチング装置は、サセプタ１２にプラズマ生成に適した比較的高い周波数（２７ＭＨｚ以上）の第１高周波ＨＦ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にイオン引き込みに適した比較的低い周波数（１３．５６ＭＨｚ以下）の第２高周波ＬＦ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。もっとも、プラズマ生成用の第１高周波ＨＦは如何なるエッチングプロセスでも必ず使用されるが、イオン引き込み制御用の第２高周波ＬＦはプロセスの種類によっては使用されないことがある。
また、このプラズマエッチング装置では、サセプタ１２の上面に、半導体ウエハＷおよびフォーカスリング３６をそれぞれ吸着するための主静電チャック３８および周辺静電チャック４６を設けている。そして、主静電チャック３８と半導体ウエハＷとの接触界面には開閉弁６２を介して、周辺静電チャック４６とフォーカスリング３６との接触界面には開閉弁６４を介して、伝熱ガス供給部５３からの伝熱ガスをそれぞれ個別に供給している。ここで、主静電チャック３８側の開閉弁６２は如何なるプロセスでもエッチング中は半導体ウエハＷの温度制御（冷却）のためにオン状態に切り換えられるが、周辺静電チャック４６側の開閉弁６４はプロセスの種類によってはエッチング中もオフ状態に保持されることがある。
次に、この実施形態のプラズマエッチング装置におけるフォーカスリング加熱機構の構成および作用を詳細に説明する。
このプラズマエッチング装置において、処理ガス供給部７８からのエッチングガスが両電極１２，６８間の処理空間に供給されている時、第１高周波電源２８および第１整合器３２Ａから見て、サセプタ（下部電極）１２から処理空間（エッチングガス空間）を介して接地電位のシャワーヘッド（上部電極）６８およびチャンバ１０側壁に至る高周波ＨＦの伝搬経路は、プラズマ生成用の負荷９０を構成する。
図３に、プラズマ生成用負荷９０の等価回路を示す。このプラズマ生成用負荷９０は、サセプタ（下部電極）１２とプラズマとの間（より正確には、半導体ウエハＷおよびフォーカスリング３６とプラズマとの間）に形成されるカソード側イオンシースのインピーダンス回路ＺLと、接地電位のシャワーヘッド（上部電極）６８およびチャンバ１０側壁とプラズマとの間に形成されるアノード側イオンシースのインピーダンス回路ＺUとが直列に接続されたものとして表される。
ここで、カソード側イオンシースのインピーダンス回路ＺLは、抵抗ＲL1とコンデンサＣLとダイオード・抵抗直列回路（ＤL、ＲL2）とを並列接続した回路として表される。また、アノード側イオンシースのインピーダンス回路ＺUは、抵抗ＲU1とコンデンサＣUとダイオード・抵抗直列回路（ＤU、ＲU2）とを並列接続した回路として表される。
一方、第１高周波電源２８および第１整合器３２Ａから見て、サセプタ１２からフォーカスリング３６および誘電体４４を介して接地電位の筒状支持部材１６に至る周辺の経路も第１高周波ＨＦの伝搬経路になり得る。なお、この筒状支持部材１６は、ＲＦ的に低インピーダンスで、または大きな静電容量で接地電位に接続されていれば、直接接地されていなくてもよい。この実施形態では、この周辺高周波伝搬経路をフォーカスリング加熱用の負荷９２として利用する。
このフォーカスリング加熱用負荷９２の等価回路は、図３に示すように、典型的にはコンデンサＣ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4，抵抗Ｒ1で構成される。ここで、コンデンサＣ1は、サセプタ１２とフォーカスリング３６との間の静電容量（主に周辺静電チャック４６の静電容量）である。コンデンサＣ2とコンデンサ・抵抗直列回路（Ｃ3、Ｒ1）との並列回路は、フォーカスリング３６のインピーダンスを表す。コンデンサＣ4は、フォーカスリング３６と接地電位の筒状支持部材１６との間の静電容量（主に周辺誘電体４４の静電容量）である。
もっとも、このフォーカスリング加熱用負荷９２においては、誘電体４４の与えるコンデンサＣ4のキャパシタンスが装置内の高周波伝搬路の中で相対的に非常に小さい（つまりリアクタンスが非常に大きい）。したがって、プラズマ生成用負荷９０が存在する限り（つまりプラズマエッチング中に）、第１高周波電源２８および第１整合器３２Ａから見て、フォーカスリング加熱用負荷９２のインピーダンスはプラズマ生成用負荷９０のインピターダンスに比して実質的に無限大とみなせるほど格段に大きいため、第１高周波電源２８からの第１高周波ＨＦの電流ｉHFはその全部または大部分が第１整合器３２Ａを通ってプラズマ生成用負荷９０側に流れる。この時、フォーカスリング加熱用負荷９２には高周波電流ｉHFは殆ど流れず、フォーカスリング３６の抵抗Ｒ1で発生するジュール熱は無視できるほど少ない。
第１整合器３２Ａは、図示省略するが、たとえば２個の可変コンデンサＣA，ＣBを含む整合回路、ＲＦセンサ、コントローラ、ステッピングモータ等を備えており、負荷側からの反射波を最小化するように両可変コンデンサＣA，ＣBのキャパシタンスポジションを自動的に調節し、かつ負荷の変動に応じてそのマッチングポジションを自動的に補正するオートマッチング機能を有している。
このプラズマエッチング装置において、第１高周波電源２８をオンにして第１整合器３２Ａを作動させても、チャンバ１０内の処理空間にエッチングガスを供給しない限りは高周波放電が起こらず、つまりプラズマは生成されず、したがってイオンシースは形成されず、プラズマ生成用負荷９０は実質的に存在しない。この場合、プラズマ生成用負荷９０に置き換わってフォーカスリング加熱用負荷９２が第１高周波電源２８に対して実質上の負荷となり、第１整合器３２Ａは第１高周波電源２８に対してフォーカスリング加熱用負荷９２をインピーダンス整合させるように動作する。こうして、図４に示すように、第１高周波電源２８からの高周波電流ｉHFの全部または大部分が第１整合器３２Ａを通ってフォーカスリング加熱用負荷９２に流れる。この時、フォーカスリング３６は抵抗Ｒ1で発生するジュール熱によって発熱する。この発熱量は、第１高周波電源２８の出力パワーを可変することによって増減できる。こうして、第１高周波電源２８からの第１高周波ＨＦを利用した高周波加熱によってフォーカスリング３６の温度をサセプタ温度から独立して任意に上げることができる。
この実施形態では、上記のように第１高周波電源２８からの第１高周波ＨＦをフォーカスリング３６の加熱に用いる時は、スイッチ８２をオンにしてインピーダンス付加回路８４を直列接続または並列接続で第１整合器３２Ａの整合回路に付加する。
このインピーダンス付加回路８４は、１個または複数個のコンデンサおよび／またはインダクタを有し、第１整合器３２Ａ内の整合回路に接続されることで整合回路網の一部を構成する。そして、第１高周波ＨＦをフォーカスリング３６の加熱に用いる時にインピーダンス付加回路８４を接続した第１整合器３２Ａで得られるマッチングポイントが、第１高周波ＨＦをプラズマの生成に用いる時にインピーダンス付加回路８４を切り離した第１整合器３２Ａで得られるマッチングポイントに近接するように、インピーダンス付加回路８４のインピーダンスＺMが設定される。これにより、第１整合器３２Ａは、第１高周波電源２８に対する実質上の負荷がプラズマ生成用負荷９０からフォーカスリング加熱用負荷９２に切り換わっても、あるいはフォーカスリング加熱用負荷９２からプラズマ生成用負荷９０に切り換わっても、マッチングポイントを殆どまたは少ししか動かさずに瞬時かつ安定に整合をとることができる。
この実施形態においては、フォーカスリング加熱用負荷９２のインピーダンスを可変できる構成、特に第１高周波ＨＦをフォーカスリング３６の加熱に用いる時にフォーカスリング加熱用負荷９２のインピーダンスを一段下げる構成を好適に採ることができる。具体的には、フォーカスリング加熱用負荷９２の中で周辺誘電体４４回りのコンデンサＣ4を可変コンデンサとして構成することができる。
たとえば、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、周辺誘電体４４の中に環状に延びる空洞９４を形成し、この空洞９４内にたとえばガルデンあるいはフロリナート等の高誘電率を有する誘電性液体Ｑを容積可変に収容する構成を採ることができる。この実施例によれば、空洞９４内に収容される誘電性液体Ｑの容積を大きくするほどコンデンサＣ4のキャパシタンスは大きくなり、反対に誘電性液体Ｑの収容容積を小さくするほどコンデンサＣ4のキャパシタンスは小さくなる。なお、空洞９４内の誘電性液体Ｑを出し入れするために、チャンバ１０の外に配置されるタンク（図示せず）と空洞９４との間をベント管等の配管９５で接続してよい。
図示の実施例によれば、第１高周波ＨＦをフォーカスリング３６の加熱に用いる時は、空洞９４内に誘電性液体Ｑを充填してコンデンサＣ4のキャパシタンスを大きくし、それによってフォーカスリング加熱用負荷９２のインピーダンスを一段低くして、高周波電流ｉHFの流れやすい高周波伝搬路にすることができる。空洞９４内の誘電性液体Ｑの容積を可変することで、フォーカスリング加熱用負荷９２のインピーダンスを可変し、フォーカスリング３６の発熱量を可変することも可能である。
また、第１高周波ＨＦをプラズマの生成に用いる時は、空洞９４から誘電性液体Ｑを抜いてコンデンサＣ4のキャパシタンスを小さくし、それによってフォーカスリング加熱用負荷９２のインピーダンスを一段と高くして、高周波電流ｉHFを殆ど流さないようにすることができる。
図６は、フォーカスリング加熱用負荷９２のコンデンサＣ4を可変コンデンサとして構成する別の実施例を示す。この実施例では、周辺誘電体４４の中に好ましくはフォーカスリング３６に近接させて環状に延びるグランド電極９６を埋め込むとともに、このグランド電極９６と接地電位の導電部材（たとえばチャンバ１０）との間にスイッチ９８を設ける。制御部６６は、第１高周波ＨＦをプラズマの生成に用いる時はスイッチ９８をオフにしておき、第１高周波ＨＦをフォーカスリング３６の加熱に用いる時はスイッチ９８をオンにする。
スイッチ９８がオフ状態にある時は、グランド電極９６が電気的にフローティング状態になり、コンデンサＣ4のキャパシタンスは周辺誘電体４４の中にグランド電極９６が入っていない場合と同じになる。スイッチ９８がオン状態にある時は、グランド電極９６が接地されることによって、コンデンサＣ4の電極間距離が著しく狭まり、そのぶんコンデンサＣ4のキャパシタンスが著しく増大する。
なお、図７に示すように、第１整合器３２Ａのマッチングポイント変動を少なくするためのインピーダンス付加回路８４をグランド電極９６と接地電位部材との間に接続することも可能である。この場合、スイッチ９８に、インピーダンス付加回路８４用のスイッチ８２を兼用させることができる。
次に、図８および図９につき、この実施形態のプラズマエッチング装置を用いるアプリケーションの一実施例を説明する。
図８に、ＨＡＲＣ（High Aspect Ratio Contact）プロセスに含まれる多層レジストプロセスの工程手順を示す。図中、上から第１層の膜１００は通常のレジストであり、フォトリソグラフィによってパターニングされる。第２層の膜１０２はＢＡＲＣ（反射防止膜）、第３層の膜１０４は中間マスクに用いられるＳiＮ膜、第４層の膜１０６は本来（最終）の被加工膜である絶縁膜のＳiＯ2層である。１０８は下地基板である。
多層レジストプロセスにおいては、最初にマスク処理として、レジストパターン１００をエッチングマスクにしてＢＡＲＣ１０２およびＳiＮ膜１０４を順次エッチングする（図８の（ａ）→（ｂ））。このマスク処理のＢＡＲＣエッチングおよびＳiＮエッチングでは、上層レジストパターン１００の転写精度つまり形状維持（損傷・変形の防止）が重視されるため、プラズマ生成用の第１高周波ＨＦのパワーは低め（たとえば１０００Ｗ以下）に設定され、イオン引き込み制御用の第２高周波ＬＦのパワーは更に低め（たとえば１００Ｗ以下）に設定される。
上記のようなマスク処理の後に、アッシングによりレジストパターン１００およびＢＡＲＣ１０２の残膜を除去する（図８の（ｃ））。次いで、ＳiＮ膜１０４をエッチングマスクとしてＳiＯ2層を異方性エッチングして、コンタクトホール１０９を形成する（図８の（ｄ））。
この実施例によれば、上記のような多層レジストプロセスにおいて、フォーカスリング３６の温度をたとえば図９に示すような特性で個別に制御することができる。
より詳細には、マスク処理の開始時点をｔ1とすると、その直前の所定時間（ｔ0〜ｔ1）の間にフォーカスリング３６を上記のような第１高周波ＨＦを用いた高周波加熱によって発熱させ、フォーカスリング３６の温度を所定温度Ｔaまで上昇させる。このフォーカスリング加熱期間中は、上記のように処理ガス供給部７８を停止させておくだけでなく、静電チャック用のスイッチ４２および伝熱ガス供給系の開閉弁６２，６４をオフにしてフォーカスリング３６に対する冷却機構を停止させておく。フォーカスリング３６の温度制御を正確に行うために、温度センサ４３よりフォーカスリング３６の温度を制御部６６にフィードバックすることができる。なお、フォーカスリング加熱期間中に、半導体ウエハＷは任意の場所に在ってよく、たとえばチャンバ１０に搬入される途上に在ってもよい。
時点ｔ1でマスク処理が開始された後は、フォーカスリング３６の加熱を止めて、第１高周波電源２８からの第１高周波ＨＦをドライエッチングのために、つまりプラズマ生成のために用いてよい。そして、マスク処理のＢＡＲＣエッチングおよびＳiＮエッチングを行う間は、静電チャック用のスイッチ４２および伝熱ガス供給系の片方の開閉弁６２をオンにして主静電チャック３８上の半導体ウエハＷに対してはサセプタ１２との熱的結合による冷却機構を作動させる一方で、伝熱ガス供給系のもう片方の開閉弁６４をオフ状態に保持してフォーカスリング３６への伝熱ガス供給を止めておく。これによって、フォーカスリング３６は、サセプタ１２と熱的結合を持たないため、減圧下でマスク処理直前の初期温度Ｔaからの温度低下を最小限に食い止めることができる。
一方、マスク処理中にサセプタ１２上の半導体ウエハＷの温度は、プラズマからの入熱とサセプタ１２側からの冷却とのバランスの中で制御される。この実施例では、マスク処理時間（ｔ1〜ｔ2）を通じて、フォーカスリング３６の温度（Ｔa〜Ｔb）が半導体ウエハＷの温度よりも一段または適度に高い温度に維持されるような温度制御を行うことができる。これにより、半導体ウエハＷ上で、エッジ部のエッチングレートを相対的に抑制して、エッチング特性の面内均一性を向上させることができる。
マスク処理の後は、アッシングおよびＳiＯ2エッチング（主エッチング）の処理時間（ｔ2〜ｔ3）を通じて、静電チャック用のスイッチ４２および伝熱ガス供給系の両開閉弁６２，６４をオン状態に保持し、フォーカスリング３６に対してもサセプタ１２との熱的結合による冷却機構を働かせてよい。これにより、ＳiＯ2エッチングでは、フォーカスリング３６の温度を十分低くすることで、選択性、垂直形状加工性、コンタクトホール底の均一性を向上させることができる。
次に、図１０〜図１４につき、この実施形態のプラズマエッチング装置においてフォーカスリング３６を加熱するための専用の加熱機構を備える実施例を説明する。
図１０に示す実施例は、フォーカスリング３６を加熱するために専用の第３高周波電源１１０および第３整合器１１２を用いる。第３整合器１１２の出力端子は、下部給電棒３４を介してサセプタ１２に接続されてよい。
第３高周波電源１１０より出力される高周波ＲＦは、フォーカスリング加熱用負荷９２のインピーダンスが最小または極小になるような周波数に設定されてよい。たとえば、フォーカスリング加熱用負荷９２が図３および図４に示すようにコンデンサＣ1〜Ｃ4と抵抗Ｒ1とで構成される場合は、コンデンサＣ1〜Ｃ4のリアクタンスを可及的に低くするような高い周波数（たとえば２００ＭＨｚ以上）に設定されてよい。あるいは、フォーカスリング加熱用負荷９２がインダクタンス成分を有する場合は、その直列共振周波数またはそれに近い値の周波数に設定されてよい。
図１１に、上記実施例（図１０）の一変形例を示す。この変形例は、第３高周波電源１１０として周波数可変型の高周波電源を用いる。第３高周波電源１１０の周波数を可変して、フォーカスリング加熱用負荷９２を流れる高周波電流ｉRFの電流値が最大または極大になる周波数に合わせることができる。
図１２および図１３に、別の実施例によるフォーカスリング加熱機構を示す。このフォーカスリング加熱機構は、第３高周波電源１１０からの高周波電流ｉRFを、サセプタ１２を通ってフォーカスリング３６を半径方向に横断させるのではなく、サセプタ１２を通さずにフォーカスリング３６を周回方向に縦断させるようにしている。より詳細には、図１２に示すように、フォーカスリング３６に近接させて周回方向の異なる位置に、たとえば図１３Ａに示すように１８０°間隔で、あるいは図１３Ｂに示すように９０°間隔で周辺誘電体４４の中に第１および第２端子１１４，１１６を埋め込む。そして、第１端子１１４をスイッチ１１５を介して第３整合器１１２の出力端子に接続し、第２端子１１６をスイッチ１１７を介して接地電位の導電性部材（たとえばチャンバ１０）に接続する。
上記の構成において、第１および第２端子１１４，１１６はそれぞれの設置位置でフォーカスリング３６に容量結合される。両スイッチ１１５，１１７をオンさせて第３高周波電源１１０より高周波ＲＦを出力させると、第３高周波電源１１０→第３整合器１１２→スイッチ１１５→第１端子１１４→フォーカスリング３６→第２端子１１６→接地電位部材の経路で高周波電流ｉRFが流れる。第３整合器１１２は、第１端子１１４からフォーカスリング３６を介して第２端子１１６に至る高周波伝搬路つまりフォーカスリング加熱用の負荷を第３高周波電源１１０にインピーダンス整合させるように動作する。
なお、一変形例として、第１および第２端子１１４，１１６をフォーカスリング３６に直に接続してもよく、さらには第３高周波電源１１０の代わりに商用交流（ＡＣ）の電源を使用することも可能である。
図１４に、電磁誘導を利用する別の実施例を示す。この方式は、フォーカスリング３６の近傍たとえば周辺誘電体４４の中にフォーカスリング３６に沿って一周するリング状のコイル電極１２０を埋め込み、コイル電極１２０の一端をスイッチ１２２を介して第３高周波電源１１０の出力端子に接続し、コイル電極１２０の他端をスイッチ１２４を介して接地電位部材（たとえばチャンバ１０）に接続する。スイッチ１２２，１２４をオンにして、に第３高周波電源１１０からの高周波電流ｉRFをコイル電極１２０に流すことによって、電磁誘導または誘導結合によりフォーカスリング３６に渦電流または誘電損失を発生させ、フォーカスリング３６を内部から発熱させることができる。第３整合器１１２は、コイル電極１２０およびフォーカスリング３６を含むフォーカスリング加熱用の負荷を第３高周波電源１１０にインピーダンス整合させるように動作する。
上記のようなフォーカスリング加熱専用の高周波電源１１０および整合器１１２は、プラズマ生成用の第１高周波電源２８および第１整合器３２Ａあるいはイオン引き込み用の第２高周波電源３０および第２整合器３２Ｂから独立して動作できる。したがって、チャンバ１０内でプラズマプロセスを行わない間はもちろんのこと、プラズマプロセスを行っている間もフォーカスリング３６を加熱することが可能である。なお、フォーカスリング加熱専用の高周波電源１１０および整合器１１２を備える場合でも、フォーカスリング３６の温度をフィードバック方式で制御するための温度センサ４３および温度制御部（制御部６６の一機能）を使用できるのは勿論である。
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、他の実施形態および種々の変形が可能である。
たとえば、上述した実施形態は下部ＲＦ２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置に係るものであったが、他の方式の容量結合型プラズマエッチング装置にも本発明は適用可能である。
たとえば、図示省略するが、プラズマ生成用の第１高周波ＨＦを下部電極１２に印加し、イオン引き込み用の第２高周波ＬＦを使用しない下部ＲＦ単周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置においては、上述した実施形態と同様にして第１高周波ＨＦをフォーカスリング３６の高周波加熱に用いることができる。
また、図１５に示すように、プラズマ生成用の第１高周波ＨＦを上部電極６８に印加し、イオン引き込み用の第２高周波ＬＦを下部電極１２に印加する上下部２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置においては、上述した実施形態と同様にして第２高周波ＬＦをフォーカスリング３６の高周波加熱に用いることができる。
また、図１６に示すように、プラズマ生成用の第１高周波ＨＦを上部電極６８に印加し、イオン引き込み用の第２高周波ＬＦを使用しない上部ＲＦ単周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置においては、上述した実施形態と同様にしてフォーカスリング加熱専用の第３高周波ＲＦをフォーカスリング３６の高周波加熱に用いることができる。
なお、図１５および図１６において、アノードカップルの上部電極６８は、絶縁体１２６を介してチャンバ１０から電気的に絶縁された状態で取り付けられる。
また、下部電極に、プラズマ生成用の高周波、イオン引き込み用の高周波を含む、３つの高周波を印加する、下部ＲＦ３周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置においても、上述した実施形態と同様にしてフォーカスリング３６を高周波加熱することができる。
また、本発明は、容量結合型プラズマエッチング装置に限定されるものではなく、チャンバの上面または周囲にアンテナを配置して誘電磁界の下でプラズマを生成する誘導結合型プラズマ処理装置や、マイクロ波のパワーを用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置等にも適用可能であり、さらにはプラズマ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。
また、本発明のプラズマ処理装置で用いる各部材、特にフォーカスリングおよび周辺誘電体の形状・構造・材質も種種の変形・選択が可能である。たとえば、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、半径方向で内側と外側とに分割された同心状の複数たとえば２つのフォーカスリング３６Ａ，３６Ｂをサセプタ１２に取り付ける構成も可能である。
この分割式のフォーカスリング構造において、内側フォーカスリング３６Ａは、サセプタ１２の上面に伝熱シート１２８を介して熱的に結合されており、サセプタ１２側の冷却機構によって温度制御を受ける。一方、外側フォーカスリング３６Ｂは、サセプタ１２とは電気的に容量結合されるだけで、サセプタ１２との熱的な結合性はチャンバ１０内が真空に維持されているために低い。
別な見方をすれば、外側フォーカスリング３６Ｂはフォーカスリング加熱用負荷９２（図３，図４）の高周波伝搬路を形成するのに対して、内側フォーカスリング３６Ａはフォーカスリング加熱用負荷９２の高周波伝搬路から実質的に外れている。つまり、外側フォーカスリング３６Ｂはフォーカスリング加熱用負荷９２に組み込まれるのに対して、内側フォーカスリング３６Ａはフォーカスリング加熱用負荷９２から独立している。
かかる分割式フォーカスリング構造においては、内側フォーカスリング３６Ａおよび外側フォーカスリング３６Ｂの温度をそれぞれ独立に制御することが可能であり、それによってプラズマプロセスの特性（たとえばエッチングレートや堆積レート等の径方向分布あるいは面内均一性）においてフォーカスリング（３６Ａ，３６Ｂ）がサセプタ１２上の半導体ウエハＷに及ぼす作用の可変性または制御性を向上させることができる。
そのような内側および外側フォーカスリング３６Ａ，３６Ｂの独立性を如何なく発揮させるには、図１７Ａおよび図１７Ｂの伝熱シート１２８に代えて、図１８に示すように内側フォーカスリング３６Ａとサセプタ１２との間に内側周辺静電チャック４６Ａを設ける構成を好適に採ることができる。この場合、内側周辺静電チャック４６Ａを吸着励磁するための高圧直流電源４０Ａおよびスイッチ４２Ａは、主静電チャック３８用のもの（４０，４２）から独立しているのが好ましい。
図１８の構成例では、内側周辺静電チャック４６Ａと内側フォーカスリング３６Ａとの界面に、伝熱ガス供給部５３（図２）からの独立したガス供給管５６Ａを介して伝熱ガスを供給するようにしている。しかし、内側フォーカスリング３６Ａとサセプタ１２との間で内側周辺静電チャック４６Ａを介して十分大きな熱的結合が得られる場合は、上記伝熱ガス供給系（ガス供給管５６Ａ、開閉弁６４Ａ）を省くことも可能である。
また、図１８の構成例では、外側フォーカスリング３６Ｂの下部内周面をサセプタ１２の上部外周面に対向させており、フォーカスリング加熱用負荷９２における両者（３６Ｂ，１２）間の電気的結合度を大きくしている。
図１９Ａに、分割式のフォーカスリング構造におけるフォーカスリング温度制御方法の一例を示す。図示の例は、たとえば上記多層レジストプロセス（図８）のようなマルチステップ方式のプラズマプロセスを想定しており、最初の期間［ｔ0〜ｔ1］はプロセス開始前のシーズニングであり、次の期間［ｔ1〜ｔ2］で第１ステップのプロセスが所定の条件で行われ、さらに次の期間［ｔ2〜ｔ3］で第２ステップのプロセスが所定の条件で行われる。
この場合、シーズニング期間［ｔ0〜ｔ1］において、フォーカスリング加熱用負荷９２をオン（通電）させると、図１９Ａに示すように、外側フォーカスリング３６Ｂはジュール熱を発生してその温度が上昇するが、内側フォーカスリング３６Ａの方はジュール熱を殆ど発生しないので温度の上昇は殆どない。
プロセスが開始すると、第１ステップ［ｔ1〜ｔ2］では、プラズマからの入熱によって内側フォーカスリング３６Ａの温度が上昇し始めるが、たとえば時間ｔcで内側周辺静電チャック４６Ａをオンにすることにより内側フォーカスリング３６Ａを所定の温度に保持することができる。一方、外側フォーカスリング３６Ｂは、シーズニング期間中に蓄えた熱の放出とプラズマからの入熱とのバランスの中で内側フォーカスリング３６Ａよりも高い温度を保つ。
次の第２ステップ［ｔ2〜ｔ3］において、この例では、プラズマに与えるＲＦパワーをさらに増加させている。このため、内側フォーカスリング３６Ａに与える伝熱ガスの流量を一段と増大させて、内側フォーカスリング３６Ａの温度を一段と低い所定値に下げるようにしている。一方、外側フォーカスリング３６Ｂの方は、放熱よりもプラズマからの入熱が大きく上回り、温度が上昇するようになっている。
別の温度制御方法として、図１９Ｂに示すように、シーズニング期間［ｔ0〜ｔ1］中にフォーカスリング加熱用負荷９２をオフ（無通電）に保つことも可能である。この場合、プロセスが開始すると、プラズマからの入熱により内側および外側フォーカスリング３６Ａ，３６Ｂのいずれも温度が上昇する。しかし、たとえば時間ｔcで内側周辺静電チャック４６Ａをオンにすることにより、内側フォーカスリング３６Ａを所定の温度に保持することができる。一方、外側フォーカスリング３６Ｂの方は、プラズマからの入熱によって温度が上昇し続ける。この例の第２ステップ［ｔ2〜ｔ3］では、第１ステップ［ｔ0〜ｔ1］の時よりも、内側フォーカスリング３６Ａに与える伝熱ガスの流量を幾らか減少させて、内側フォーカスリング３６Ａの温度を幾らか高い所定値に上げるようにしている。
図２０に示す構成例は、内側および外側フォーカスリング３６Ａ，３６Ｂをそれぞれ独立した内側および外側周辺静電チャック４６Ａ，４６Ｂを介して サセプタ１２に取り付けるものである。この場合も、外側フォーカスリング３６Ｂはフォーカスリング加熱用負荷９２に組み込まれるのに対して、内側フォーカスリング３６Ａはフォーカスリング加熱用負荷９２から独立している。
このように外側フォーカスリング３６Ｂとサセプタ１２との間に、独立した外側周辺静電チャック４６Ｂおよび電圧印加部（直流電源４０Ｂ，スイッチ４２Ｂ）を設けることにより、さらに好ましくは独立した伝熱ガス供給系（ガス供給管５６Ｂ、開閉弁６４Ｂ）を備えることにより、外側フォーカスリング３６Ｂに対する温度制御の自由度を広げることができる。たとえば、図１９Ａおよび図１９Ｂの例において仮想線（一点鎖線）Ｋのような温度制御も可能である。
また、上記のような分割式フォーカスリング構造（図１７Ａ〜図２０）においては、フォーカスリング加熱用負荷９２に組み込まれない内側フォーカスリング３６Ａの抵抗率は低い方が、フォーカスリング加熱用負荷９２に組み込まれる外側フォーカスリング３６Ｂの抵抗率は高い方が、望ましい。
すなわち、たとえば外側フォーカスリング３６Ｂの抵抗率が低いと、同じ電流を流しても加熱し難くなるためである。これは、
Ｐ（パワー）＝Ｉ（電流）2×Ｒ（抵抗）
の式により、明らかである。
なお、内側フォーカスリング３６Ａの抵抗率は、たとえば２Ωcm以下、外側フォーカスリング３６Ｂの抵抗率は、たとえば５０Ωcm以上が好ましい。これにより、外側フォーカスリング３６Ｂをより選択的に加熱することができる。
１０ チャンバ
１２ サセプタ（下部電極）
１６ 接地電位の導電性支持部材
２４ 排気装置
２８ 第１高周波電源
３０ 第２高周波電源
３２Ａ 第１整合器
３２Ｂ 第２整合器
３６ フォーカスリング
３８ 主静電チャック
４０ 直流電源
４３ 温度センサ
４４ 周辺誘電体
４６ 周辺静電チャック
５３ 伝熱ガス供給部
６６ 制御部
６８ シャワーヘッド（上部電極）
８２ スイッチ
８４ インピーダンス付加回路
９４ 空洞
９６ グランド電極
１１０ 第３高周波電源
１１２ 第３整合器
１１４ 第１端子
１１６ 第２端子
１２０ コイル電極

Claims (17)

  1. 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下部電極と、
    前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように前記下部電極に取り付けられ、前記下部電極の半径方向の周囲に設けられている誘電体を介して接地電位の導電性部材に電気的に容量結合されるフォーカスリングと、
    前記処理容器内で前記下部電極と平行に向かい合う上部電極と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記上部電極と前記下部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、
    ガスの高周波放電に適した周波数の高周波を出力する第１高周波電源と、
    前記第１高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続され、前記第１高周波電源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整合器と、
    前記プラズマ処理が行われる時に、前記処理ガスの高周波放電によるプラズマを生成するために、前記プラズマを含む第１の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させて、前記第１高周波電源からの高周波電力を前記第１の負荷に供給するプラズマ生成用高周波給電部と、
    前記プラズマ処理に先立ち、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるために、前記下部電極から前記フォーカスリングおよび前記誘電体を介して前記接地電位の導電性部材に至る高周波伝搬路を含む第２の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させて、前記第１高周波電源からの高周波電力を前記第２の負荷に供給するフォーカスリング加熱用高周波給電部と
    を有するプラズマ処理装置。
  2. 前記第１高周波電源に対して、前記第２の負荷のインピーダンスを可変調整するためのインピーダンス調整部を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記インピーダンス調整部は、前記誘電体の中に設けられた空洞と、前記空洞内に容積可変で収容される流動性の誘電体物質とを有する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 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下部電極と、
    前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように前記下部電極に取り付けられるフォーカスリングと、
    前記下部電極の半径方向の周囲に設けられ、前記フォーカスリングと誘電体を介して電気的に容量結合されるグランド端子と、
    前記グランド端子と接地電位の部材との間に電気的に接続される第１スイッチと、
    前記処理容器内で前記下部電極と平行に向かい合う上部電極と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記上部電極と前記下部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、
    ガスの高周波放電に適した周波数の高周波を出力する第１高周波電源と、
    前記第１高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続され、前記第１高周波電源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整合器と、
    前記第１スイッチおよび前記整合器を制御する制御部と
    を有し、
    前記プラズマ処理が行われる時に、前記処理ガスの高周波放電によるプラズマを生成するために、前記制御部の制御の下で、前記第１スイッチをオフ状態に保持するとともに、前記プラズマを含む第１の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させ、
    前記プラズマ処理に先立ち、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるときは、前記制御部の制御の下で、前記第１スイッチをオン状態に保持するとともに、前記下部電極から前記フォーカスリング、前記誘電体、前記グランド端子および前記第１スイッチを介して前記接地電位の部材に至る高周波伝搬路を含む第２の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させる、
    プラズマ処理装置。
  5. 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下部電極と、
    前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように、前記下部電極に取り付けられるフォーカスリングと、
    前記処理容器内で前記下部電極と平行に向かい合う上部電極と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記上部電極と前記下部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、
    ガスの高周波放電に適した周波数の第１高周波を出力する第１高周波電源と、
    前記第１高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続された整合器を含み、前記処理空間で前記処理ガスの高周波放電によるプラズマを生成するための第１の負荷に対して、前記第１高周波電源からの前記第１高周波をインピーダンス整合状態で供給するプラズマ生成用高周波給電部と、
    前記整合器と一定のインピーダンスを有するインピーダンス付加回路と第２スイッチとを含み、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるための第２の負荷に対して、前記第１高周波電源からの前記第１高周波の電力をインピーダンス整合状態で供給するフォーカスリング加熱用高周波給電部と
    を有し、
    前記第２スイッチは、前記第１高周波を前記フォーカスリングの加熱に用いる時はオン状態となって前記インピーダンス付加回路を前記整合器に直列または並列に接続し、前記第１高周波を前記プラズマの生成に用いる時はオフ状態となって前記インピーダンス付加回路を前記整合器から電気的に切り離す、
    プラズマ処理装置。
  6. 前記第１高周波を前記フォーカスリングの加熱に用いる時に前記整合器で得られるマッチングポイントが、前記第１高周波を前記プラズマの生成に用いる時に前記整合器で得られるマッチングポイントに近接するように、前記インピーダンス付加回路のインピーダンスが設定される、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 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下部電極と、
    前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように前記下部電極に取り付けられ、前記下部電極の半径方向の周囲に設けられている誘電体を介して接地電位の導電性部材に電気的に容量結合されるフォーカスリングと、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    ガスの放電に適した周波数の第１高周波またはマイクロ波を用いて前記処理容器内で前記処理ガスを放電させてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    プラズマから前記基板へのイオンの引き込みに適した周波数の第２高周波を出力する第２高周波電源と、
    前記第２高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続され、前記第２高周波電源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整合器と、
    前記プラズマ処理が行われる時に、プラズマから前記基板へのイオンの引き込みを制御するために、前記プラズマを含む第１の負荷が前記第２高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させて、前記第２高周波電源からの前記第２高周波の電力を前記第１の負荷に供給するイオン引き込み用高周波給電部と、
    前記プラズマ処理に先立ち、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるために、前記下部電極から前記フォーカスリングおよび前記誘電体を介して前記接地電位の導電性部材に至る高周波伝搬路を含む第２の負荷が前記第２高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させて、前記第２高周波電源からの前記第２高周波の電力を前記第２の負荷に供給するフォーカスリング加熱用高周波給電部と
    を有するプラズマ処理装置。
  8. 前記第２高周波電源に対して、前記第２の負荷のインピーダンスを可変調整するためのインピーダンス調整部を有する、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記インピーダンス調整部は、前記誘電体の中に設けられた空洞と、前記空洞内に容積可変で収容される流動性の誘電体物質とを有する、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 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下部電極と、
    前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように前記下部電極に取り付けられるフォーカスリングと、
    前記下部電極の半径方向の周囲に設けられ、前記フォーカスリングと誘電体を介して電気的に結合されるグランド端子と、
    前記グランド端子と接地電位の部材との間に電気的に接続される第１スイッチと、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    ガスの放電に適した周波数の第１高周波またはマイクロ波を用いて前記処理容器内で前記処理ガスを放電させてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    プラズマから前記基板へのイオンの引き込みを制御するのに適した周波数の第２高周波を出力する第２高周波電源と、
    前記第２高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続され、前記第２高周波電源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整合器と、
    前記第１スイッチおよび前記整合器を制御する制御部と
    を有し、
    前記プラズマ処理が行われる時に、プラズマから前記基板へのイオンの引き込みを制御するために、前記制御部の制御の下で、前記第１スイッチをオフ状態に保持するとともに、前記プラズマを含む第１の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させ、
    前記プラズマ処理に先立ち、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるときは、前記制御部の制御の下で、前記第１スイッチをオン状態に保持するとともに、前記下部電極から前記フォーカスリング、前記誘電体、前記グランド端子および前記第１スイッチを介して前記接地電位の部材に至る高周波伝搬路を含む第２の負荷が前記第１高周波電源に対してインピーダンス整合するように前記整合器を動作させる、
    プラズマ処理装置。
  11. 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下部電極と、
    前記下部電極の前記基板の半径方向外側にはみ出る周辺部分の少なくとも一部を覆うように、前記下部電極に取り付けられるフォーカスリングと、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    ガスの放電に適した周波数の第１高周波またはマイクロ波を用いて前記処理容器内で前記処理ガスを放電させてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    プラズマから前記基板へのイオンの引き込みに適した周波数の第２高周波を出力する第２高周波電源と、
    前記第２高周波電源と前記下部電極との間に電気的に接続された整合器を含み、前記プラズマから前記基板へのイオンの引き込みを制御するための第１の負荷に対して、前記第２高周波電源からの前記第２高周波の電力をインピーダンス整合状態で供給するイオン引き込み用高周波給電部と、
    前記整合器と一定のインピーダンスを有するインピーダンス付加回路と第２スイッチとを含み、前記フォーカスリングを所望の温度まで発熱させるための第２の負荷に対して、前記第２高周波電源からの前記第２高周波の電力をインピーダンス整合状態で供給するフォーカスリング加熱用高周波給電部と
    を有し、
    前記第２スイッチは、前記第２高周波を前記フォーカスリングの加熱に用いる時はオン状態となって前記インピーダンス付加回路を前記整合器に直列または並列に接続し、前記第２高周波をイオンの引き込みに用いる時はオフ状態となって前記インピーダンス付加回路を前記整合器から電気的に切り離す、
    プラズマ処理装置。
  12. 前記第２高周波を前記フォーカスリングの加熱に用いる時に前記整合器で得られるマッチングポイントが、前記第２高周波をイオンの引き込みに用いる時に前記整合器で得られるマッチングポイントに近接するように、前記インピーダンス付加回路のインピーダンスが設定される、請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記フォーカスリングは、Ｓi、ＳiＣまたはＣからなる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記フォーカスリングの温度を検出するための温度センサと、
    前記フォーカスリングの温度を制御するために、前記温度センサの出力信号をフィードバックして、前記フォーカスリングの加熱に用いられる高周波のパワーを制御する温度制御部と
    を有する請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記下部電極を冷却するための冷却部と、
    前記下部電極に対して前記フォーカスリングを所望の時または期間だけ熱的に結合させる熱的結合制御部と
    を有する請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記熱的結合制御部は、
    前記フォーカスリングを静電力で吸着するために、前記下部電極の上面に設けられる静電チャックと、
    前記下部電極および前記静電チャックにそれぞれ形成された通孔を介して前記静電チャックと前記フォーカスリングとの界面に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部と
    を有する、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
  17. 前記フォーカスリングの温度を検出するための温度センサと、
    前記フォーカスリングの温度を制御するために、前記温度センサの出力信号をフィードバックして、前記フォーカスリングの加熱に用いられる高周波のパワーおよび前記下部電極の温度の少なくとも一方を制御する温度制御部と
    を有する請求項１５または請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
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