JP7350995B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスを製造する工程において用いられる半導体ウエハの処理装置であって、真空容器内の処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料を処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に係り、処理室内に配置され半導体ウエハ等試料がその上面に載せられるウエハステージ（載置電極）と、このウエハステージに配置された孔内部に格納された位置とウエハステージ上面の孔の開口から上方に突出してウエハをその先端に載せる位置との間で上下方向に移動する試料用の複数の押し上げピン（リフトピン、昇降ピン）と、を備えたプラズマ処理装置に関する。

上記のようなプラズマ処理装置の内部に配置された処理室の内部では、処理対象の試料である半導体ウエハ等の基板がウエハステージ（載置電極）上面に載せられた状態で保持され、処理室内に供給されたガスを用いて形成されたプラズマに曝され、予め処理対象の膜層が形成されたウエハの表面がプラズマ内のイオン等荷電粒子や活性種等の中性の反応性を有した粒子と接触した状態で、ウエハステージ内に配置された電極に高周波電力が供給されて、ウエハ表面の膜層が上記粒子との相互作用よってエッチング等処理される。電極に供給された高周波電力により上方に保持されたウエハには高周波の電位が形成されるが、この電位はプラズマの静電位に対して所定の値だけ負側にオフセットして現れる。この負にオフセットした電位の直流成分の値は自己バイアスと呼ばれる。

高周波電力により自己バイアス値を有した電位が形成されたウエハと当該ウエハ周囲に配置された処理室内の部品の導電性を有する部材との間には電位差が生じ、この電位差が或る値より大きくなると放電が生起してウエハ上にプラズマを用いた処理で形成されるパターンから構成された素子の回路が破壊されてしまい、処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題があった。これを抑制する技術としては、国際公開第２００３／００９３６３号（特許文献１）に記載のものが従来知られていた。この従来技術では、ウエハステージのウエハの周囲に配置されたフォーカスリングとウエハとの間の放電を防止するため、フォーカスリングの電位をウエハの電位に合うように制御するものが、或いはウエハ裏面のリフトピンの高さを微調節してウエハとリフトピン上端の隙間を制御し当該隙間での放電を抑制するという技術が開示されている。また、特表２００１－５０６８０８号公報（特許文献２）には、プラズマ処理を終了した後基板（ウエハ）を持ち上げるため上方に移動して基板と先端が接した昇降ピンの導電性を有した部材から、基板に残留した電荷が電気的接続部を介してアースと接続された昇降ピンを駆動する基板昇降装置を通してアースに流れる際の当該電流を電気抵抗で穏やかにし素子破壊を防ぐ技術が記載されている。さらに、特開２０１１－１８７８８１号公報（特許文献３）には、ウエハを静電吸着する複数の電極に異なる極性が付与される、所謂ダイポール式の静電チャックを備えた静電吸着装置において、プラズマエッチング中にウエハの自己バイアスに応じて正負両極の吸着電極の電位のオフセット量を各々の電極からプラズマを介して流れるリーク電流に基づいて調節する技術が記載されている。また、特表２００２－５０７３２６号公報（特許文献４）には、プラズマエッチング中にウエハが帯電している状態で静電チャックの２つの電極（埋込板）の各々を流れる電流の差を検出してこれら電極に印加する電圧を調節する技術が記載されている。

国際公開第２００３／００９３６３号 特表２００１－５０６８０８号公報 特開２０１１－１８７８８１号公報 特表２００２－５０７３２６号公報

しかしながら、上記の従来技術では次のような点についての考慮が不十分であったため問題が生じていた。

すなわち、従来のプラズマ処理装置では、リフトピンはウエハステージに予め配置された孔の内部に収納されて配置されており、リフトピンの下部はウエハステージの下部あるいは下方に備えられた空間内に配置されたモーターやアクチュエータ等を含む駆動装置に連結された支持具（支持部材とも言う）と接続され、駆動装置の動作によって支持部材が当該空間を上下方向に移動することで、リフトピンの先端部が孔の内部に収納された位置とウエハステージ上面上方でウエハを支持する位置との間を移動できる構成を備えている。このようなリフトピンが格納される孔は、金属製で円筒または円板形状を有したウエハステージの基材及びその上面を覆って配置され静電吸着用の電極を内蔵する誘電体材料製の皮膜、或いはさらにウエハステージの基材の底面に接続された絶縁体製の円板部材を貫通して構成され、上記の空間はこのようなウエハステージの基材の下方に配置されている。

さらに、プラズマ処理装置が金属製の部材から構成されその内側でプラズマが形成される処理室の内側壁が絶縁物（誘電体）で覆われていると共にリフトピンが誘電体材料で構成されているものでは、支持部材が金属製の部材で構成されている等のリフトピンの下方に位置して基材の下方の空間に導電性部材から構成された表面が露出している部品が存在する場合がある。このような場合、処理室内部にプラズマを形成し金属製の基材あるいは誘電体製の膜内部の電極に高周波電力を供給して半導体ウエハをエッチング等の処理する最中に、導電性部材とウエハとの間で電力が漏洩してしまい、ウエハの自己バイアスの電位が所期の処理の結果が得られる値とは異なる値となってしまい、処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題が有った。

上記の従来の技術では、ウエハの電位が適正なものとならず、さらに異物が発生するという問題が有った点について考慮されていなかった。

本発明の目的は、処理中のウエハの電位を安定させ処理の歩留まりを向上させるプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的は、真空容器内部に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内部に配置され処理対象のウエハがその上に載置されるウエハステージと、このウエハステージ上面を覆う誘電体製の膜内に配置され当該誘電体製の膜上に載せられる前記ウエハを静電吸着するための膜状の静電吸着電極を含む静電チャックと、前記ウエハステージ内部に配置され前記ウエハの処理中に高周波電力が供給される高周波電極と、前記ウエハステージ内部に配置され上下方向に移動して前記ウエハを上下移動させるリフトピンであって下部が導電体製の部材と接続されたリフトピンとを備えたプラズマ処理装置であって、前記静電吸着電極と前記ウエハとの間の電気抵抗値をＲｅｓｃ、前記プラズマと前記処理室の内壁面を介した接地電極との間の電気抵抗をＲｃ、前記プラズマと前記処理室を構成する前記真空容器との間の耐電圧をＶｔ、前記ウエハの処理中の実際に前記ウエハの生じる自己バイアス電圧Ｖｄｃとその予想値Ｖｄｃｓとの差の予想される最大値をδｍａｘとして、前記リフトピンの下部と前記リフトピンの下部と電気的に接続された直流電源との間の抵抗値Ｒｐｓを１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞1／｛（Ｖｔ／（（δｍａｘ－Ｖｔ）・Ｒｃ））－（１／Ｒｅｓｃ）｝の範囲に設定し、かつ、前記静電吸着電極の電位の平均値をＥｅｓｃとして、前記ウエハの処理中に前記リフトピン下部の電圧値Ｅｐｓと前記静電吸着電極の電位の平均値Ｅｅｓｃとを前記ウエハの自己バイアス電圧の予想値Ｖｄｃｓに合致するように調節されることにより達成される。

本発明によれば、プラズマエッチング中に、リフトピン部での突発的な導通が起こったとしても、ウエハの平均電位の上昇を防ぐことができる。また、これにより、プラズマの平均電位の上昇を防ぎ、プラズマとアースや筐体金属基材との間の誘電体膜にかかる電位差を小さくし、処理室内壁の誘電体膜の絶縁破壊等による異常放電を防止し、異物発生を防ぐことができる。

図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図２は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の構成にウエハの処理中に生じるプラズマを含む等価的な回路とその要素を追加した構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図３は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置において処理室の内壁の電気抵抗Ｒｃ及び耐電圧Ｖｔを検出する方法の１例を模式的に示す縦断面図である。 図４は、図３に示す検出方法を用いて得られた抵抗値の可変直流電源から仮設電極に印加される電圧の変化に対する変化を示すグラフである。 図５は、本発明のリフトピン下部の抵抗値の適正範囲を模式的に説明するグラフである。 図６は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が行うウエハの処理中における時間の変化に伴う電源からの出力の変化を示すグラフである。 図７は、必要なリフトピン下部抵抗Ｒｐｓの下限値を求めたグラフである。

従来のプラズマ処理装置では、リフトピンの下部にはリフトピンを上下方向に移動させる機構があり、リフトピンの下部と接続されてこれを下方から支持する金属製のリフトピン支持具や、当該機構が配置された基材の下方の空間を処理室内より高い圧力（例えば、大気圧または雰囲気圧と同等の圧力）に維持するためリフトピンが内部に収納されるリフトピン孔の開口の周囲の箇所でリフトピン孔およびこれと連通された処理室内部と基材下方の空間との間を真空封止する金属製のベローズが用いられる場合等では、これらの金属製の部材と高周波電力が供給されるウエハステージ内の高周波電極やウエハとの間で十分に絶縁がされない場合があった。

また、従来の技術においても、リフトピンの材質として消耗しにくいアルミナ等の誘電体を用いた場合にはウエハと導電性の材料から構成された部材との間は所定の距離、例えば５ｃｍ以上、離間させて直流的には絶縁されることで、リフトピン孔内側壁は誘電体材料で構成されており、上記高周波電力が供給された状態でも放電が起こらないように設計されていた。しかしながら、ウエハステージの電極に印加される高周波電力及びプラズマを生成するための高周波電力が大きくなると、リフトピン孔内部の空間で散発的に誘電体バリア放電が発生し、ウエハとリフトピン下方の導電性の部材から構成された部品とが導通してしまう、言わばウエハから高周波電力がリフトピン下方の導電性の部材に漏洩してしまい、ウエハの平均電位の絶対値が低下してしまう。つまり、リフトピン下方の導電性部材の電位がウエハの平均電位が影響を及ぼす場合があることが発明者によって明らかになった。

発明者らは、このような課題を解決するため本発明を想起したのであり、上記の課題を解決するため、本発明の実施の形態は以下の構成を備えている。

本実施の形態にかかるプラズマ処理装置は、真空容器内部に配置され内部にプラズマが形成される処理室を備え、処理室はその一部にプラズマが形成される空間を囲む円筒形の形状を有して、処理室の内側側壁は所定の厚さの誘電体製のカバーで覆われている。また、ウエハステージ内の金属製の高周波電極は主に処理中にバイアス電位を形成してプラズマ中の荷電粒子のウエハ表面への誘引に使用される第１の高周波電源と接続されて第１の高周波電力が供給される。さらに、処理室内部でプラズマを生成する第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源を備えている。

ウエハステージ上面上方にウエハを持ち上げて離間させる複数のリフトピンは少なくとも一部が誘電体材料から構成され、リフトピンの下端部はウエハステージの基材を貫通するリフトピン孔の下方の空間内に配置されたリフトピン支持具に接続されて下方から支持されている。リフトピン支持具は基材下方の空間内部に面した金属等の導電性を有した部材から構成された部分(部品)を有している。

本実施の形態では、当該部分(部品）は所定の電気抵抗の値（以下、リフトピン下部抵抗Ｒｐｓと称する）を介して可変直流電源に接続されてその電位が所定のリフトピン下部電圧Ｅｐｓとなるように可変直流電源の出力が調節される。また、ウエハステージの上面に配置された誘電体製の膜内部に配置され複数のウエハを吸着するための膜状の電極には異なる極性が付与される双極型（ダイポール式）の静電チャックが配置されている。

さらに、処理室の内側壁面を構成する誘電体製のカバーのプラズマ―アース間耐電圧Ｖｔおよびプラズマ―アース間直流電気抵抗Ｒｃの値が、処理対象のウエハの処理の開始前に予め取得され、静電チャックの電極とウエハとの間の電気抵抗を静電チャック抵抗Ｒｅｓｃとした場合に、リフトピン下部抵抗Ｒｐｓは以下の式で示される範囲となるように調節される。

１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞１／｛（Ｖｔ／（（δｍａｘ－Ｖｔ）×Ｒｃ））－（１／Ｒｅｓｃ）｝
さらに、これと共に、第２の高周波電源から第２の高周波電力が供給されてプラズマが形成され、第１の高周波電源から第１の高周波電力がウエハステージに供給されてウエハ上の処理対象の膜層の処理が行われている間に、静電チャック用の電極の両極の平均電圧（静電チャック平均電圧）Ｅｅｓｃとリフトピン下部電圧Ｅｐｓとの両方がウエハの自己バイアス電位の推定値Ｖｄｃｓとなるように調節される。

ここでδｍａｘは、リフトピン下部電圧Ｅｐｓおよび静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃが実際のウエハの自己バイアス電位Ｖｄｃと異なっている可能性がある場合に、推定される電位の差δのうち当該ウエハの処理中における最大値を示す。電位の差の最大値δｍａｘには、リフトピン下部電圧Ｅｐｓや静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃの調節の精度からくる電圧の偏差が含まれる。

また、以下に示す一つの例では、処理中のウエハの自己バイアス電位の推定値Ｖｄｃｓは、予め行った実験等で得られた自己バイアス電位Ｖｄｃに概略合致するように、ウエハステージの金属製の電極である基材に供給される第１の高周波電力の電圧（高周波電圧）の最大値―最小値幅（振幅）の値Ｖｐｐの関数として表される。さらに、ウエハに対する複数の処理の条件のうちでの実際の自己バイアス電位Ｖｄｃと自己バイアス電位の推定値Ｖｄｃｓとの差を電位差δとされる。そして、本実施の形態に係るプラズマ処理装置を使用して複数の処理の条件で行われるウエハの処理で得られる電位差δのうちで最大の電位差と制御の精度による誤差を加えたものが電位の差の最大値δｍａｘとされる。

あるいは、もう一つの例では、第１の高周波電源から第１の高周波電力が供給されることでウエハ上に生じる高周波の電位の最大値－最小値（高周波電位の振幅）をＶｐｐｗとし、本実施の形態に係るプラズマ処理装置を使用して複数の処理の条件で行われるウエハの処理で用いられる最大のＶｐｐｗをＶｐｐｗｍａｘとして、自己バイアス電位の推定値Ｖｄｃｓおよび電位差δの最大値δｍａｘの値は以下の式により求められる。

Ｖｄｃｓ＝－０．２７×Ｖｐｐｗ
δｍａｘ＝０．１７×Ｖｐｐｍａｘ＋制御の精度による誤差
Ｖｐｐｗは、例えば、第１の高周波電源とウエハステージの基材との間を電気的に接続する第１の高周波電力の給電経路上に配置されたマッチングボックスの出口で検出された第１の高周波電圧の最大値―最小値の幅（振幅）Ｖｐｐとマッチングボックスの整合値、給電経路上のＶｐｐを検出した箇所からウエハまでのインピーダンスＺにより、高調波を省略して基本波を仮定して算出することができる。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

［実施例１］
本発明の実施例を以下、図１乃至図５を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本実施例のプラズマ処理装置１００は、真空容器内部の空間に配置される処理対象である半導体ウエハ等の基板状の試料の表面に予め形成されたマスク層と処理対象の膜層とを含む複数の膜層が上下方向に積層された膜構造の処理対象の膜層を、処理室内に形成したプラズマを用いて処理するエッチング処理装置である。

本例のプラズマ処理装置１００は、内部にウエハ１０７が配置されてプラズマが形成されて処理される処理室１０１と、真空容器の底部に処理室１０１と連通されて接続されバルブ等の排気量調節機構（図示せず）および真空ポンプ（図示せず）が順に配管やダクトで接続された排気機構と、真空容器の上部に接続されウエハ１０７をエッチング処理するためのプラズマを形成するために必要な処理用のガスが導入されるガス導入用の配管や処理用のガスの流量調節器を含むガス供給ライン（図示せず）とを備えている。本例のプラズマ処理装置では、ガス供給ラインからの処理用のガスまたは希釈用のガスが処理室１０１内に導入される流量または速度と処理室１０１底部に配置された排気口と連通された排気機構の動作による排気の流量や速度とのバランスにより、処理室１０１の圧力がウエハ１０７の処理やプラズマ処理装置１００の運転の工程に適した所定の範囲内の圧力値に保たれる。

さらに、真空容器上部には、第２の高周波電源からの所定の周波数（本例ではマイクロ波帯のもの）の第２の高周波電力により処理室１０１内部にプラズマを生成するための電界が形成されるマグネトロン等のマイクロ波発生器（図示略）と、処理室１０１内に当該マイクロ波の電界に適切に合わせられた分布と強度の磁界を形成するソレノイドコイルとが備えられている。これらから供給される電界又は磁界により、処理室１０１に供給された処理用のガスが励起され、電離、解離を生起してプラズマ１０２が生成される。

本実施例の処理室１０１は真空容器を構成する金属製の筐体１０３で周囲を囲まれており、その内壁面とプラズマ１０２との相互作用により処理室１０１内部に汚染が生起することを抑制するため、筐体１０３の内壁面が直接プラズマに接しないように、誘電体製の材料から構成されたカバーで覆われている。本例の誘電体製のカバーは、処理室１０１の天面を構成する石英製の円板形状の天板１０４と、処理室１０１の上部を囲むリング状の金属製のアース電極１３１の内周壁面を覆って配置されたアルミナやイットリア等セラミクスの材料を用いて溶射法により被覆された溶射膜１０５、さらにアルミニウムまたはその合金から構成された母材の表面に形成された陽極酸化膜１０６を含んでいる。

処理室１０１内部の空間の下部には、ウエハ１０７を上面上に載置するウエハステージとしての載置電極１０８が配置されている。上記のように、載置電極１０８の内部には第１の高周波電源である高周波電源１１２と接続され円板または円筒形状を有した金属製の基材１０９が備えられている。基材１０９は、マッチングボックス１１１を介して、ウエハ１０７の処理中にプラズマ１０２中のイオン等荷電粒子をウエハ１０７上面に誘引するためにバイアス電位をウエハ１０７上に形成する４００ｋＨｚの第１の高周波電力を出力する第１の高周波電源である高周波電源１１２が電気的に接続されている。また、第１の高周波電力の給電経路上のマッチングボックス１１１と基材１０９との間の箇所には、高周波電源１１２からの第１の高周波電圧の最大－最小値の幅（振幅）∨ｐｐをモニタするための検出器１１０が配置されている。さらに、載置電極１０８はその周囲に誘電体製の膜１１３が配置されて覆われており、基材１０９の下方には誘電体（絶縁体）製の絶縁プレート１１４が配置されている。

載置電極１０８の上面はウエハ１０７の形状に合わせて略円形に構成されている。載置電極１０８の上面はアルミナやイットリア等の誘電体製の膜（誘電体膜）１２２で覆われ、その内部には上に載せられたウエハ１０７を静電吸着するための膜状の電極として内側静電チャック電極１１５と外側静電チャック電極１１６が配置されている。内側静電チャック電極１１５と外側静電チャック電極１１６の各々には、ローパスフィルタ（図示略）を介して可変直流電源１１７，１１８が電気的に接続されており、直流の電力が供給されることでこれらの膜に形成された電圧に応じて誘電体膜１２２の上面を挟んで形成された静電気力によりウエハ１０７が誘電体膜１２２に吸着され保持される。

本実施例の載置電極１０８上面を構成する誘電体膜１２２内部に配置された内側静電チャック電極１１５と外側静電チャック電極１１６を含む複数の電極には、各々異なる極性が付与されるように可変直流電源１１７，１１８からの電力が供給される、所謂双極型（ダイポール式）の静電チャックを構成している。本例において、これら双極型の静電吸着用電極の正負両極における平均電圧をＥｅｓｃとする。当該静電チャックはウエハ１０７をジョンセン―ラーベック（Ｊｏｈｎｓｅｎ－Ｒａｈｂｅｋ，Ｊ－Ｒ）効果によって吸着するＪ－Ｒ式の静電チャックである。

載置電極１０８内部には、３個以上の箇所（本例では３箇所であって１箇所のみを図示）に基材１０９とその上に配置された誘電体膜１２２を貫通する貫通孔１２３が配置されている。各貫通孔１２３内部には誘電体製材料から構成されたリフトピン１２４が配置され、先端を含めて貫通孔１２３内部に格納された位置と先端が誘電体膜１２２上面上方の所定の高さとなる位置との間で貫通孔１２３の上下方向の軸に沿って上下するように駆動される。このリフトピン１２４の上下動により各ピンの先端上に載せられて支持されたウエハ１０７が載置電極１０８上面から上方に離間した状態と誘電体膜１２２上面に載置された状態との間で移送される。

貫通孔１２３の内部には、絶縁体（誘電体）材料から構成された円筒形のボス１２５が貫通孔１２３内部に挿入されて貫通孔１２３は上端から下端まで誘電体製の部材で覆われている。ボス１２５の内側壁面はリフトピン１２４との間に上下方向の動作中に両者が接触しない程度の隙間を有している。貫通孔１２３は、載置電極１０８を構成する誘電体膜１２２、基材１０９及びその下方に配置された円板形状を有した絶縁プレート１１４、接地電極と電気的に接続されたベースプレート１３４とを貫通し、その基材１０９の上面からベースプレート１３４の下面までボス１２５が延在している。

ベースプレート１３４下方の空間１３５は載置電極１０８に内包された空間であり、内側にリフトピン１２４の下端部と接続されてこれを支持する金属等の導電性を有する材料から構成されたリフトピン保持具１２６を有する梁部１２７が配置されている。空間１３５内に配置された梁部１２７は、空間１３５内のウエハ載置電極１０８の高周波電位の電界が弱まった位置でリフトピン１２４下端部がリフトピン保持具１２６の先端部上面に接続され、梁部１２７の根本部は空間１３５中央部に配置された駆動機構１２８と連結されている。駆動機構１２８は図上上下方向に伸縮するように構成され、この動作によりリフトピン保持具１２６が梁部１２７と共に空間１３５内を上下方向に動くことでリフトピン１２４が貫通孔１２３内部に収納された位置と誘電体膜１２２上方に突出した位置との間を移動する。

また、梁部１２７は、空間１３５の中心部に位置する根元部から外周側に向けて放射状に延在し、リフトピン保持具１２６の金属等の導電性材料から構成された先端部の上面にリフトピン１２４の下端部が接続されている。さらに、リフトピン保持具１２６のリフトピン１２４下端部を中心とする上面及び上方のベースプレート１３４の底面であって貫通孔１２３下端の開口の周囲の表面の間には、リフトピン１２４および貫通孔１２３の下端の開口を囲んで覆い内側の貫通孔１２３下方の領域と外側の空間１３５の一部との間を気密に区画してリフトピン保持具１２６の上下動に応じて伸縮可能なベローズ（蛇腹構造）１３６が備えられている。

本実施例のベローズ１３６の内部は、貫通孔１２３を介して処理室１０１内部と連通されており、ベローズ１３６内側のリフトピン保持具１２６先端部分の表面の金属製の部材は、貫通孔１２３の内部あるいは処理室１０１に実質的に露出されている。このベローズ１３６内部で当該露出されているリフトピン保持具１２６先端部の表面を構成する金属製の部材は、リフトピン下部抵抗１２９Ｒｐｓを介して可変直流電源１３０に電気的に接続されており、可変直流電源１３０から供給される電力が、当該金属製の部材の電位が所定のリフトピン下部電圧Ｅｐｓとなるように調節される。

ウエハ１０７の処理中は、ウエハ１０７に第１の高周波電源１１２からの高周波電力が基材１０９を通して供給される間、プラズマ１０２の電位がウエハ１０７に形成される高周波電力による電位に影響されて変動することを抑制する必要がある。このために、本実施例では、高周波的にプラズマ１０２のアースとなる様に、処理室１０１内には、上記の通り処理室１０１の上部のプラズマ１０２が形成される空間を囲む箇所に配置され、そのプラズマ１０２に面する内周壁面を覆ってアルミナやイットリア等セラミクスの材料が溶射法により数マイクロメートルから数百マイクロメートルの厚さで被覆されて形成された溶射膜１０５を備えたアース電極１３１が配置されている。また、アース電極１３１のプラズマ１０２に面する表面積はウエハ１０７の底面積より広い面積を有している。

本実施例では、処理室１０１内部に形成されたプラズマ１０２の密度の高い上部の領域を囲むリング形状を有したアース電極１３１のプラズマに面する内周表面には、より耐プラズマ性の高い酸化イットリウムを主成分とする材料が溶射されて形成された溶射膜１０５が配置されている。一方、アース電極１３１の下方の筐体１０３の処理室１０１の内壁面には、母材であるアルミニウム製の表面に陽極酸化処理により形成された陽極酸化膜（陽極酸化皮膜）１０６が配置されている。処理室１０１の上方でこれを覆って配置された石英製の天板１０４面と合わせて、ウエハ１０７を除き、プラズマ１０２を囲む処理室１０１の内壁面およびウエハ載置電極１０８の周囲が誘電体で覆われている。

本実施例では、上記の通り、リフトピン１２４と可変直流電源１３０との間のリフトピン下部抵抗１２９の値を、処理室１０１の内側壁面を構成する部材の接地電極との間の抵抗値Ｒｃと耐電圧∨ｔの値がパラメータとして用いられた関係で定められる範囲に調節される。そこで、本実施例における処理室１０１の内壁の耐電圧Ｖｔと抵抗値Ｒｃについて、図１及び図２を用いて、以下の通り説明する。

図２は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の構成にウエハの処理中に生じるプラズマを含む等価的な回路とその要素を追加した構成の概略を模式的に示す縦断面図である。

これらの図に示されるように、本実施例の処理室１０１を囲む真空容器を構成する筐体１０３は、いくつかの部分から構成されていると共に、図示しない接地電極と電気的に接続されて接地電位（アース電位）にされている。また、本実施例では、処理室１０１の内壁が有する電気的な抵抗値Ｒｃとして、プラズマ１０２に接している処理室１０１の内壁面全体から筐体１０３を通して接地電極へ流れる直流電流の電気抵抗値と見做し、プラズマ１０２－筐体１０３間に耐電圧∨ｔに相当する電圧（あるいは当該電圧と同等で僅かに小さい電圧値）が印加された際の電気的な抵抗値をＲｃとする。図２および以下に示す図３乃至図５では、プラズマ１０２に接する処理室１０１の内壁面全体から筐体１０３を通して１つの接地電極との間に直流電圧が印加されたと見做した場合の等価回路上の１つの要素である電気抵抗１３２としてＲｃを示している。

さらに、本実施例では、処理室１０１内部にプラズマ１０２が形成された状態で当該筐体１０３の各々の部分を含む接地電極とプラズマ１０２との間の部材の耐電圧の高さ（性能）は同一ではなく、例えば筐体１０３の角部やカバーを構成する誘電体膜の薄い部分等の耐電圧が低い部分が存在する。本実施例では、プラズマ１０２と筐体１０３の各部分との間で最も耐電圧が低い部分の耐電圧の値を処理室１０１の内壁の耐電圧∨ｔとする。

また、ウエハ１０７が載置電極１０８の誘電体膜１２２上面に載せられた状態で、処理室１０１内部でプラズマ１０２が形成されて基材１０９に第１の高周波源１２２から第１の高周波電力が供給されウエハ１０７上面にバイアス電位が形成される。さらに、誘電体膜１２２およびその内部に配置された内側静電チャック電極１１５及び外側静電チャック電極１１６が具備されており、内側静電チャック電極１１５、外側静電チャック電極１１６に供給された直流電力に応じてこれら電極とウエハ１０７との間で電流が流れる。これらの電流は、ウエハ１０７を吸着する力を得るために必要な電流であり、誘電体膜１２２を構成する半導電性膜１１９の電気抵抗値１２０，１２１を通じて、内側静電チャック電極１１５、外側静電チャック電極１１６とウエハ１０７との間を流れるものである。

また、内側静電チャック電極１１５、外側静電チャック電極１１６に供給された直流電力に応じてこれら電極とウエハ１０７との間にも、半導電性膜１１９および誘電体膜１２２の材料、形状に応じた静電容量が存在する。基材１０９に供給された第１の高周波電力は、半導電性膜１１９を含む誘電体膜１２２の静電容量及びウエハ１０７とこれに接するプラズマ１０２との間のシース（イオンシース）の静電容量を通してプラズマ１０２と結合される。

筐体１０３上部の内側に配置され処理室１０１内のプラズマ１０２を囲む金属製のアース電極１３１は、溶射膜１０５及びその上面に形成されたシースを介してプラズマ１０２と接している。アース電極１３１とプラズマ１０２との間のシースにおいても静電容量が存在する。図２ではこれら静電容量として、その容量値を有する等価回路上のコンデンサとして示している。このように、プラズマ１０２が形成された状態において、接地電位にされる筐体１０３とプラズマ１０２との間にも、これらの間に配置されるシースおよび溶射膜１０５、アース電極１３１の材料、形状に応じた静電容量および電気抵抗１３２が等価的な回路の要素として形成され、接地電位の箇所とプラズマ１０２との間が結合される。

図３は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置において処理室の内壁の電気抵抗Ｒｃ及び耐電圧Ｖｔを検出する方法の１例を模式的に示す縦断面図である。本図に示すプラズマ処理装置１００は図１と同じ構成を有しているが説明に不要な構成を省略して示している。本図を用いて、処理室１０１の内壁の耐電圧∨ｔおよび電気抵抗Ｒｃを検出する方法を説明する。

まず、載置電極１０８上面の誘電体膜１２２上面を覆って誘電体板２０１を載置する。さらに、予め処理室１０１のプラズマ１０２が形成される空間を囲む内側壁面付近に導電体製の仮設電極２０２を配置する。仮設電極２０２は被覆ケーブル２０３と接続されて、さらに被覆ケーブル２０３は筐体１０３に配置されたフィードスルー（図示略）を通して筐体１０３の外部に引き出され、ローパスフィルタ２０４及び既知の抵抗値（本例では数ＭΩ）の電気抵抗２０５を介して可変直流電源２０６に接続される。

次に、半導体デバイスを製造する工程としてウエハ１０７を処理する際の条件で、処理室１０１内部にプラズマ１０２を発生し、可変直流電源２０６から出力される直流電力の電圧を徐々に増加させてプラズマ１０２に接している仮設電極２０２に電圧を印加しつつ、被覆ケーブル２０３を通して流れる電流の値と仮設電極２０２の電位を電流計２０７および電位計２０８を用いて検出する。プラズマ１０２は良導体であるので、処理室１０１の内壁の近傍に配置された仮設電極２０２の電位はプラズマ１０２が処理室１０１の内壁に接している内壁の表面の電位を表していると見做せる。可変直流電源２０６から仮設電極２０２までの回路の電位差と電流とを用いて、仮設電極２０２からプラズマ１０２に接する処理室１０１の内壁全体の直流電気抵抗１３２を介して処理室１０１を囲む筐体１０３を構成する導電性を有する部材から接地電極までの回路上の電気抵抗値Ｒｃを直流の電気抵抗１３２の値として求める。

このようにして得られた電圧と電気抵抗との値を図４に示す。図４は、図３に示す検出方法を用いて得られた抵抗値の可変直流電源から仮設電極に印加される電圧の変化に対する変化を示すグラフである。

本図に示す通り、仮設電極２０２に印加される直流の電圧の値が徐々に増加するに伴う抵抗の値が非連続に変化する箇所３０１における電圧の値３０２を処理室１０１の内壁の耐電圧∨ｔとして検出し、非連続の箇所３０１と同等で僅かに小さい電圧の値に対応する抵抗値３０３を処理室１０１の内壁の電気抵抗Ｒｃとして検出する。本図に示す例で検出した値は耐電圧∨ｔ＝１１０∨、電気抵抗Ｒｃ＝約０．２ＭΩであった。なお、本例では、耐電圧∨ｔは電圧が非連続な変化を示した箇所のうちで最も低い電圧のものを耐電圧とした。耐電圧∨ｔは平面の溶射膜１０５や正常な陽極酸化膜１０６の耐電圧より低く、境界部や局所的な角部など弱い部分の耐電圧を示していると考えられる。

上記の耐電圧値Ｖｔ、抵抗値Ｒｃは、プラズマ処理装置１００の処理室１０１を構成する部品の使用された経歴や状況、あるいは処理室１０１内部に配置された誘電体製の部品表面の状態に応じて異なるため、適切な条件を選んで検出することが必要である。また、耐電圧∨ｔの値や電気抵抗Ｒｃの値については、同等の構成を有する複数のプラズマ処理装置１００の処理室１０１について検出するのではなく、同様な構成を有する処理室１０１内壁の誘電体膜１０５の構成で検出値が変化する範囲を把握し、その結果を利用しても良い。

リフトピン下部抵抗Ｒｐｓ１２９は、得られた耐電圧∨ｔ，処理室内壁の電気抵抗Ｒｃを用いて、ウエハ１０７のエッチング処理の前に予め次の式（１）を満たす範囲内の値に調節される。

１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞１／｛（∨ｔ／（（δｍａｘ－∨ｔ）Ｒｃ））－（１／Ｒｅｓｃ）｝・・・（１）
ここで、静電チャック抵抗Ｒｅｓｃは、本実施例の各々異なる極性が付与された双極型の内側静電チャック電極１１５及び外側静電チャック電極１１６とウエハ１０７間の電気抵抗値であり、一方の電極とウエハ１０７間の電気抵抗値の１／２となる。

例えば、半導電性膜１１９を含む誘電体膜１２２を挟んだ内側静電チャック電極１１５及び外側静電チャック電極１１６とウエハ１０７間の電気抵抗値を、正側負側それぞれをＲｅｓｃ＋（図２に示す符号１２０），Ｒｅｓｃ－（同１２１）とすると、Ｒｅｓｃ＋／２≒Ｒｅｓｃ－／２≒Ｒｅｓｃである。また、式（１）のリフトピン下部抵抗Ｒｐｓ１２９の電気抵抗の上限を１００ＭΩとすることで、リフトピン１２４下部あるいはリフトピン保持具１２６先端部の部品の帯電を防止することができる。

本実施例では、上記のリフトピン下部抵抗Ｒｐｓ１２９の値を所定の範囲内に調節するともに静電チャック電極の平均電圧Ｅｅｓｃの制御とリフトピン下部抵抗１２９につないだ可変直流電源１３０によるリフトピン下部電圧Ｅｐｓの制御を行う。静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃとリフトピン下部電圧Ｅｐｓは共にウエハ自己バイアスの推定電圧∨ｄｃｓに合わせ電位を追従制御する。

δｍａｘは、電位の差の最大値とよび、ウエハ１０７の実際の自己バイアス電圧∨ｄｃと該追従制御の制御電圧の差のうち最大の値であり、実際の自己バイアス電圧∨ｄｃと自己バイアスの推定電圧∨ｄｃｓとの差に加え、可変直流電源の追従制御の時間的なずれからくる電圧のずれや電圧制御精度から来る誤差も加算する。

図５は、本発明のリフトピン下部の抵抗値の適正範囲を模式的に説明するグラフである。すなわち、上記した式（１）を図５を用いて説明する。

本実施例のプラズマ処理装置１００において、処理室１０１内にプラズマ１０２を形成し、基材１０９に第１の高周波電力が高周波電源１１２から供給されてウエハ１０７がエッチング処理されている状態での、各々の一端側の端子が接地電極と電気的に接続された可変直流電源１１７，１１８，１３０と処理室１０１の内壁の抵抗値Ｒｃとの間のプラズマ１０２を介した等価回路が、図５（ｂ）に示されている。特に、ウエハ１０７の処理期間中に、リフトピン１２４の貫通孔１２３内部で放電が起こりウエハ１０７とリフトピン１２４下部またはその下端部と接続されたリフトピン保持具１２６の導電体製の部分表面との間に導通が発生した場合における、これらの間に流れる電流の直流成分についての回路の構成が示されている。

処理室１０１の内壁と接地電極との間の電気抵抗値を代表して表している電気抵抗Ｒｃ４０１の左側の箇所に相当する処理室１０１内壁内面の平均電位Ｅｃ４０２はプラズマ１０２に面する処理室１０１内壁表面の時間平均の電位である。ウエハ１０７の平均電位Ｅｗ４０３は、処理室１０１内壁内面の平均電位Ｅｃ４０２からウエハ１０７の実際の自己バイアス電圧値∨ｄｃの分だけ異なるものとなる（Ｅｗ－∨ｄｃ＝Ｅｃ）。貫通孔１２３内での放電により、ウエハ１０７は誘電体膜１２２を含む静電チャック部の抵抗値である静電チャック抵抗Ｒｅｓｃ４０４とリフトピン１２４下部またはリフトピン保持具１２６の導電部材を介してリフトピン下部抵抗Ｒｐｓ４０５を介して、それぞれ可変直流電源１１７，１１８及び１３０に電気的に接続されており、各々の電位は内側静電チャック電極１１５，外側静電チャック電極１１６の電圧としての静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃ４０６およびリフトピン１２４下部またはリフトピン保持具１２６の導電性部材の電圧値としてのリフトピン下部電圧Ｅｐｓ４０７にされている。

静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃ４０６とリフトピン下部電圧Ｅｐｓ４０７の値を自己バイアスの推定電圧値∨ｄｃｓに調節するとき、実際の自己バイアス電圧∨ｄｃと同じになっていれば、プラズマ１０２に面する処理室１０１の内壁表面の平均電位Ｅｃはゼロとなる。ＶｄｃｓがＶｄｃと異なる値となっている場合には、これらの電位の差δ４０８は、静電チャック抵抗Ｒｅｓｃとリフトピン下部抵抗Ｒｐｓの合成電気抵抗１／（１／Ｒｅｓｃ＋１／Ｒｐｓ）４０９と処理室１０１の内壁の電気抵抗Ｒｃ４０１との間で線形的に分配される。この際の処理室１０１内壁内面の平均電位Ｅｃ４０２の値が直流の回路計算で式（２）のように定められる。

Ｅｃ＝δ×Ｒｃ／（（１／（１／Ｒｅｓｃ＋１／Ｒｐｓ））＋Ｒｃ）・・・式（２）
この式（２）の関係を一次直線として示したグラフが図５（ａ）である。処理室１０１内壁表面の平均電位Ｅｃが処理室１０１内壁の耐電圧∨ｔ４１０以下であるための条件は、０＜Ｅｃ＜∨ｔとなる。これを用いて式（２）から式（１）の下限を決める部分となる。

次に、ウエハ１０７の自己バイアスの推定電圧∨ｄｃｓについて説明する。

まず、本実施例のプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、エッチング処理中に、マッチングボックス１１１出口付近の電圧∨ｐｐを電圧検知器１１０の出力から検出する。マッチングボックス１１１は、マッチングボックス１１１の高周波電源１１２側の経路のインピーダンスとマッチングボックス１１１より処理室１０１側のプラズマ１０２までの経路のインピーダンスＺｃとが合致するように調節する。よって、この分野の業者ならばインピーダンスＺｃは電源１１２からマッチングボックス１１１までの回路の構成から求めることができる。

また、マッチングボックス１１１出口からウエハ１０７までの、第１の高周波電力のその周波数におけるインピーダンスＺｗも計測あるいは高周波電気回路の注意深い計算により求めることができる。よってウエハ１０７からプラズマ側のインピーダンスＺｐは、Ｚｐ＝Ｚｃ－Ｚｗにより求まり、これにより、第１の高周波電力による電位の１周期の間で生じる変動幅（振幅）∨ｐｐｗは下式となる。

∨ｐｐｗ＝（｜Ｚｐ｜／｜Ｚｃ｜）×∨ｐｐ
次に、変動幅∨ｐｐｗを用いて自己バイアス電圧∨ｄｃが推定される。

図６を用いて、本実施例のプラズマ処理装置１００の電源からの出力の調節の一例を説明する。図６は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が行うウエハの処理中における時間の変化に伴う電源からの出力の変化を示すグラフである。特に本図では、ウエハ１０７の処理中における自己バイアス値とウエハ１０７、プラズマ１０２、処理室１０１の内側壁面の高周波電位の時間の経過に伴う変動を示している。

図６（ａ）に、処理室１０１内壁の電気抵抗値Ｒｃが高く、双極型の静電チャック電極の平均電圧Ｅｅｓｃを０としているときに、処理中にウエハ１０７に印加される第１の高周波電力による電位の１周期の間で生じる変動幅（振幅）∨ｐｐｗ５０１およびプラズマ１０２の１周期の間で生じる電位変動幅（振幅）∨ｐｐｐ５０２、処理室１０１の内壁面の１周期の間で生じる電位変動幅∨ｐｐｃ５０３を示す。また、各々の電位の平均値として直流電圧値Ｅｗ５０４，Ｅｐ５０５，Ｅｃ５０６が示されている。

まず、処理室１０１内壁の誘電体１０５のプラズマ１０２に面する内壁面の電位変動幅∨ｐｐｃ５０３は、第１の高周波電力が基材１０９及びウエハ１０７に供給されている状態では、「処理室１０１内壁面全体と筐体１０３との間の誘電体製の部材の静電容量＞＞処理室１０１内壁面とウエハ１０７との間のプラズマ１０２及びプラズマシースを含む媒体の静電容量」である。このため、処理室１０１内壁面の高周波電力による電位変動幅∨ｐｐｃ５０３はウエハ１０７上の電位変動幅∨ｐｐｗ５０１に対して非常に小さいため無視して良い。

さらに、プラズマ１０２の中のマイナス電荷をもつ電子は、その他の正負のイオンに比べ低質量ゆえに速いためプラズマ１０２から素早く散逸して壁に入射することにより、プラズマ１０２の瞬時の電位５０７が処理室１０１内壁面の瞬時電位５０８やウエハ１０７の瞬時電位５０９より常に高いという物理的制約があることから、図６から処理室１０１の内壁面の平均電位Ｅｃ５０６に対してウエハ１０７上面の平均電位Ｅｗ５０４がどれだけ電位が低いかを示す電位差としての自己バイアス電圧∨ｄｃ５１０は、プラズマ１０２の電位変動幅∨ｐｐｐ５０２とウエハの高周波電位変動幅∨ｐｐｗ５０１を用いて、近似的に以下の式（３）で表される。

∨ｄｃ＝∨ｂ－∨ｃ＝∨ｐｐｗ／２－∨ｐｐｐ、∨ｐｐｐ＝２∨ｃ・・・（３）
ここで、シース電圧∨ｂ５１１は、プラズマ１０２の平均電位Ｅｐ５０５とウエハ１０７の平均電位Ｅｗ５０４との間の電位差であり、シース電圧∨ｃ５１２はプラズマ１０７の平均電位Ｅｐ５０５と処理室１０１内壁面の平均電位Ｅｃ５０６との間の電位差である。

一般に、容量結合により形成されるプラズマ（容量結合型プラズマまたは容量結合プラズマ）が用いられる基板の処理においては、高周波電力が供給される基板の面積Ａｂ、その基板上面に形成されるプラズマシース電圧（電位差）の値を∨ｂ５１１、処理室内部でプラズマに面するアース（接地）電極の面積をＡｃ，そのアース電極上に形成されるプラズマシース電圧（電位差）の値を∨ｃ５１２とすると、一般に∨ｂ／∨ｃ＝（Ａｃ／Ａｂ）＾ｑ，ｑ＝１～２．５という式で表される関係がある。通常、プラズマ処理装置では、Ａｃ／Ａｂ＝１．５～３の面積比があるので、これを先の式に代入すると、次の式（４）となる。

∨ｂ／∨ｃ＝β＝１．５～１５・・・（４）
式（３）と式（４）より∨ｄｃ＝－（∨ｐｐｗ／２）×（１－２／（β＋１））であり、β＝１．５～１５の場合に次の式（５）で表される。

∨ｄｃ＝‐（∨ｐｐｗ／２）×（０．２～０．８８）・・・（５）
式（５）は∨ｄｃ＝－０．２７∨ｐｐｗ±０．１７∨ｐｐｗと表すことができ、本実施例では、－０．２７×∨ｐｐｗを自己バイアスの推定電圧∨ｄｃｓ、０．１７×∨ｐｐｗを推定誤差と見做す。推定誤差は∨ｐｐｗの値に比例して増減するため、推定誤差の最大値は∨ｐｐｗが最大の∨ｐｐｗｍａｘから定まる値となる。すなわち、静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃ４０６とリフトピン下部電圧Ｅｐｓ４０７の制御電圧と実際の自己バイアス電圧∨ｄｃの電位の差のうち可能性のある最大の電位の差δｍａｘは、次の式（６）で表される。

０．１７×∨ｐｐｗｍａｘ＋「制御の精度による誤差」・・・（６）
本実施例では∨ｐｐｗｍａｘ＝１５００∨であり、直流電源制御の誤差±５０∨として、δｍａｘ＝３０５∨となる。さらに、ウエハ１０７の裏面の状態や載置電極１０８の温度による変動を考慮して静電チャック抵抗Ｒｅｓｃ＝２０ＭΩとして、式（１）を計算したところ、１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞０．３６ＭΩとなる。このことから、本実施例ではＲｐｓ＝１ＭΩとした。

図６（ｂ）にこのようなＲｐｓの設定値を適用した場合のウエハ１０７、プラズマ１０２、処理室１０１内壁面の高周波電位変動∨ｐｐｗ，∨ｐｐｐ，∨ｐｐｃ及び平均電位Ｅｗ，Ｅｐ，Ｅｃを示す。リフトピン下部電圧Ｅｐｓ，静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃを調節することにより、自己バイアス電圧∨ｄｃ５１０ｂの値がウエハ１０７の平均電位Ｅｗ５０４ｂに近似した所定の許容範囲内の値にすることができる。さらに、処理室１０１内壁面の平均電位Ｅｃ５０６ｂが壁の耐電圧∨ｔ５１３以下に維持されていることが判る。

従来の技術では、リフトピン１２４の貫通孔１２３で予期せぬ放電が生じ図２に示す導通１３３が突発的に生起してしまいウエハ１０７の平均電位Ｅｗが上昇してしまう問題が生じていた。本実施例では、ウエハ１０７の平均電位Ｅｗの突発的な上昇が抑制され処理室１０１内壁面を構成してプラズマ１０２に面する誘電体膜１０５の絶縁破壊が抑制される。このため、処理室１０１内部で異物の発生が低減され、処理の歩留まりと安定性、再現性が向上される。

また、静電チャック電極の平均電圧Ｅｅｓｃがウエハ１０７の自己バイアス推定電圧Ｖｄｃｓの所定の許容範囲内の値となるように調節されることで、ウエハ１０７の平均電位Ｅｗと静電チャック電極の平均電圧Ｅｅｓｃが許容される範囲内の近似した値になり、ウエハ１０７の平均電位Ｅｗと内側静電チャック電極１１５、外側静電チャック電極１１６の各々の電位との間の電位差が等しくなり、従来技術と比べウエハ１０７を吸着する力がこれら電極上方の誘電体膜１２２の上面での差が小さくなり、ウエハ１０７の温度を精度良く調節することができる。これによりエッチング均一性を向上させることができる。

自己バイアス電圧∨ｄｃを上記のように推定する代わりに、あらかじめ測定した実測値からエッチング処理中に変動する自己バイアス電圧∨ｄｃを推定する換算式を求めてもよい。その場合には、使用する処理条件のなかで最も換算式と実際の自己バイアス電圧∨ｄｃとの差が大きくなる可能性があるときの差の値を電位の差の最大値δｍａｘに用いる。

上記の実施例のプラズマ処理装置１００において、処理室１０１の下部を含め処理室１０１内壁を構成する金属製の筐体１０３の部分はほぼ全体が溶射膜により被覆されるとともに、プラズマ１０２の密度の小さい領域に面すると共にアルミニウムまたはその合金で構成された箇所の表面に陽極酸化皮膜を用いることができる。発明者らの検討によれば、本例では、プラズマ処理装置１００の使用を開始した直後の初期においては処理室１０１の内壁表面と接地電極との間の電気抵抗Ｒｃ＝２ＭΩであったが、長期間（本例では１００時間）プラズマ処理を行った後の時点では、Ｒｃ＝６０ｋΩまで低下していた。また、耐電圧∨ｔは１１０∨であった。

また、本例のウエハ１０７はシリコン製であり、双極型の静電チャック電極とウエハ１０７との間の静電チャック抵抗Ｒｅｓｃは２．５ＭΩであった。使用した最大の∨ｐｐｗは１０００∨である。

上記実施例の式（１）を用いて適切なリフトピン下部抵抗Ｒｐｓを求めたところ、初期及び長期使用時は、リフトピン下部抵抗Ｒｐｓは、１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞３．２ＭΩ、処理室１０１においてウエハ１０７の処理を１００時間行った場合は、１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞４２ｋΩとなるため、リフトピン下部抵抗Ｒｐｓは５ＭΩとした。

本例において、リフトピン下部抵抗Ｒｐｓは５ＭΩとし、リフトピン下部電圧Ｅｐｓと静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃを制御せず０∨のままとし、∨ｐｐｗ１０００∨の条件で使用した場合、約２７０∨の自己バイアス電圧∨ｄｃが発生する。この場合、式（２）から初期および長期使用時の処理室１０１の内壁面状態では、処理室１０１内壁面の平均電位Ｅｃは１４７∨のように相対的に高い値が予想され、耐電圧∨ｔより高くなってしまい、ウエハ１０７とリフトピン１２４下部またはリフトピン保持具１２６上面の導電体製の部材との間の予期しない放電または導通、ひいては処理室１０１内部に予期しない放電（異常放電）が生じてしまう可能性がある。

このため、リフトピン下部電圧Ｅｐｓと静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃを適切に調節する必要がある。しかし、上記のように長期間処理を行った後では、処理室１０１と接地電極との間の電気抵抗Ｒｃが小さくなるため、処理室１０１内壁面の平均電位Ｅｃは９∨程度と予想され、異常放電が生じる可能性が低くなる。ただし、リフトピン下部抵抗Ｒｐｓが本例で定められる範囲より低い場合には、貫通孔１２３に予期しない導通が生じた際に処理室１０１内壁面の平均電位Ｅｃは自己バイアス電圧∨ｄｃに相当する分増大して処理室１０１内壁の耐電圧が弱いところで異常放電してしまい、ウエハ１０７に異物が生じてしまう虞がある。

上記の実施例では、ジョンセン－ラーベック式の静電チャックが用いられていたが、これに替えてクーロン式の静電チャックが用いられても良い。当該クーロン方式の静電チャックの場合には、Ｒｅｓｃ＞＞Ｒｃであるので、式（１）は、次の式（７）となる。

１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞１／{（∨ｔ／（（δｍａｘ－∨ｔ）Ｒｃ））｝・・・（７）
その他は、実施例１の同様の条件とすると、処理室内壁の電気抵抗Ｒｃ＝０．２ＭΩ、耐電圧∨ｔ＝１１０∨条件、∨ｐｐｗの最大値∨ｐｐｗｍａｘ＝１５００∨、直流電源制御の誤差５０∨となる。

適切なリフトピン下部抵抗Ｒｐｓの値は式（７）より１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞０．３５５ＭΩとなり、実施例１と同等である。上記の実施例と同様に本例の場合もＲｐｓ＝１ＭΩとして良い。

また、リフトピン下部電圧Ｅｐｓ、静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃは∨ｄｃｓ＝０．２７×∨ｐｐｗとして、ウエハ１０７に供給する第１の高周波電力の大きさに応じて変化させる。

本例の場合は、静電チャック電極の平均電圧Ｅｅｓｃはウエハ１０７の平均電位Ｅｗ及びプラズマ１０２の平均電位Ｅｐに影響を及ぼさない。リフトピン下部抵抗Ｒｐｓを上記のように設定し、リフトピン下部電圧Ｅｐｓを制御すれば、リフトピン１２４を収納した貫通孔１２３内部で予期しない導通が生じた場合にも、ウエハ１０２の平均電位Ｅｗの上昇が抑えられる。ただし、吸着力のばらつきをなくすためには、静電チャック平均電圧Ｅｅｓｃを自己バイアス電圧∨ｄｃに合致するように調節することが好ましい。吸着力がウエハ１０７の面内方向について均一性が高くなれば、ウエハ１０７の面内方向についての温度のバラつきが低減され、エッチング処理等の処理の均一性や安定性が向上する。

なお、ウエハ１０７の処理中に数ヘルツから数十Ｈｚ以上の帯域の周波数で、周期的に第１の高周波電力の供給をＯＮ，ＯＦＦする、所謂時間変調を行って高周波電力を基材１０９に供給する場合では、第１の高周波電力がＯＮの期間での自己バイアスの推定電圧∨ｄｃｓに当該処理の期間全体に対するＯＮの時間の比率を乗じたものを時間平均の∨ｄｃｓ値として求め、当該平均したＶｄｓｃの値に基づいてリフトピン下部電圧Ｅｐｓ及び静電チャック電極の平均電圧Ｅｅｓｃを調節しても良い。その理由は、処理室１０１内壁の誘電体膜の配向分極やイオン分極は、時間変調ウエハバイアスのＯＮ，ＯＦＦの周波数より遅い時定数をもつため、分極の吸収電流により処理室内壁にかかる電位は平均化されるためである。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての使用条件と同一のものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また実施例に挙げた一例の制御電圧や設定抵抗値、耐電圧、処理室壁の電気抵抗に限定されるものではない。

処理室内壁の電気抵抗Ｒｃ＝５０ｋΩ～１．２ＭΩ、直流電源の制御精度１０～５０∨、静電チャック抵抗Ｒｅｓｃ＝２．５ＭΩ～３ＧΩ、処理室壁の耐電圧∨ｔ＝７５∨～１２５∨の範囲の種々の場合に、ウエハの∨ｐｐｗが１０００∨までのプロセスを使用する場合に、式（１）及び式（６）により、必要なリフトピン下部抵抗Ｒｐｓの下限値を求めたグラフを図７に示す。

図７の１点１点が種々のパラメータの組み合わせの場合となる。処理室内壁の電気抵抗Ｒｃは処理室内壁が溶射膜の場合に想定される範囲である。計算によれば処理室内壁の電気抵抗Ｒｃを１．２ＭΩ以上にすると、パラメータの組み合わせによっては、リフトピン下部抵抗の設定に関わらず、エッチング処理中に処理室内壁内面の平均電位Ｅｃが耐電圧∨ｔを超える可能性があるため、処理室内壁の電気抵抗Ｒｃは１．２ＭΩ以下に設計する必要がある。これは、ＪＲ方式の静電チャック抵抗Ｒｅｓｃとの相対的な大きさから制約されている。

静電チャック抵抗Ｒｅｓｃは、ＪＲ方式からクーロン方式までの範囲で想定される範囲である。処理室内壁の耐電圧∨ｔは溶射膜が主でアルミの陽極酸化膜が一部使用されている装置において、数種のプロセスにおいて、耐電圧∨ｔを測った結果から得られた範囲である。

直流電源の制御精度は、一般的に可能な範囲である。上記の範囲に相当する装置であれば、リフトピン下部抵抗Ｒｐｓに３５ＭΩ以上の抵抗値６０１を設定すれば、∨ｐｐｗが１０００∨以下のプロセスにおいて、本例の効果を奏することができる。より好ましくは、１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞３５ＭΩに設定することで、リフトピン１２４下部の電荷が逃げる時定数が短くでき導通が発生後のリフトピン１２４下部の帯電をも防ぐことができる。

本発明のプラズマ処理装置は、半導体デバイスを製造する工程において用いられる半導体ウエハの処理装置に利用することができる。

１００・・・プラズマ処理装置、
１０１・・・処理室、
１０２・・・プラズマ、
１０３・・・筐体、
１０４・・・天板、
１０５・・・溶射膜、
１０６・・・陽極酸化膜、
１０７・・・ウエハ、
１０８・・・載置電極、
１０９・・・基材、
１１０・・・電圧検知器、
１１１・・・マッチングボックス、
１１２・・・高周波電源、
１２４・・・リフトピン、
１２５・・・ボス、
１２６・・・リフトピン保持具、
１２７・・・梁部、
１２８・・・駆動機構、
１２９・・・リフトピン下部抵抗、
１３０・・・可変直流電源、
１３１・・・アース電極、
１３２・・・電気抵抗、
１３３・・・導通、
１３６・・・ベローズ。

Claims (6)

1. 真空容器内部に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内部に配置され処理対象のウエハがその上に載置されるウエハステージと、このウエハステージ上面を覆う誘電体製の膜内に配置され当該誘電体製の膜上に載せられる前記ウエハを静電吸着するための膜状の静電吸着電極を含む静電チャックと、前記ウエハステージ内部に配置され前記ウエハの処理中に高周波電力が供給される高周波電極と、前記ウエハステージ内部に配置され上下方向に移動して前記ウエハを上下移動させるリフトピンであって下部が導電体製の部材と接続されたリフトピンとを備えたプラズマ処理装置であって、前記静電吸着電極と前記ウエハとの間の電気抵抗値をＲｅｓｃ、前記プラズマと前記処理室の内壁面を介した接地電極との間の電気抵抗をＲｃ、前記プラズマと前記処理室を構成する前記真空容器との間の耐電圧をＶｔ、前記ウエハの処理中の実際に前記ウエハの生じる自己バイアス電圧Ｖｄｃとその予想値Ｖｄｃｓとの差の予想される最大値をδｍａｘとして、前記リフトピンの下部と前記リフトピンの下部と電気的に接続された直流電源との間の抵抗値Ｒｐｓを１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞1／｛（Ｖｔ／（（δｍａｘ－Ｖｔ）・Ｒｃ））－（１／Ｒｅｓｃ）｝の範囲に設定し、かつ、
   前記静電吸着電極の電位の平均値をＥｅｓｃとして、前記ウエハの処理中に前記リフトピン下部の電圧値Ｅｐｓと前記静電吸着電極の電位の平均値Ｅｅｓｃとを前記ウエハの自己バイアス電圧の予想値Ｖｄｃｓに合致するように調節されるプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記処理室内部に配置され前記プラズマに面するアース電極の面積の前記ウエハの面積に対する比率が１．５以上３以下であって、前記高周波電力により前記ウエハ上に形成される電位の振幅値Ｖｐｐｗとして、前記ウエハの自己バイアス電圧の予想値Ｖｄｃｓを－０．２７×Ｖｐｐｗ±δｍａｘとしてδｍａｘをＶｐｐｗの最大値Ｖｐｐｍａｘ×０．１７±５０としたプラズマ処理装置。
3. 請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記自己バイアス電圧の予想値Ｖｄｃｓが予め前記振幅値Ｖｐｐｗの関数として定められたプラズマ処理装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置であって、前記静電チャックが双極型の静電チャックであるプラズマ処理装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室の内壁面が皮膜を含む誘電体製の部材で構成されたプラズマ処理装置。
6. 請求項５に記載のプラズマ処理装置であって、前記誘電体製の部材が陽極酸化皮膜を含み、前記プラズマと前記処理室の内壁面を介した接地電極との間の電気抵抗Ｒｃが１．２ＭΩ以下であり、前記高周波電力の電位の振幅値Ｖｐｐｗが１０００∨以下であり、前記抵抗値Ｒｐｓが１００ＭΩ＞Ｒｐｓ＞３５ＭΩに調節されるプラズマ処理装置。

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