JP7489896B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
特許文献１又は特許文献２に開示のプラズマ処理装置は、上部電極の周辺部に段差スロープを設け、周辺部におけるプラズマの密度を高めている。
特表２００４－５１１９０６号公報 特開２００９－２３９０１４号公報
上記文献によれば、上部電極の周辺部に段差スロープを設けることにより、スロープ角部近傍に電子を集中させることができるため、プラズマ生成が効率的に行われる。一方、プラズマの面内均一性を向上可能なプラズマ処理装置が求められている。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、第１の下部電極、第２の下部電極、第１の上部電極、第２の上部電極、及び第１の電源を有している。第１の下部電極は、チャンバの内部に設けられ、基板を載置する基板載置領域を有する。第２の下部電極は、基板載置領域の外側の領域に配置されている。第１の上部電極は、基板載置領域と対向して配置されている。第２の上部電極は、第１の上部電極の外側の領域に配置され、第２の下部電極と対向して配置されている。第１の電源は、第１の下部電極に周期性を有する信号を供給する。第２の下部電極及び第２の上部電極の少なくとも一方は凹部を有する。凹部の表面に対する法線上に第２の下部電極又は第２の上部電極が位置する。
プラズマ処理装置によれば、プラズマの面内均一性を向上させることができる。
例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の基本構造を示す図である。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の主要部の基本構造の縦断面構成を示す図である。 鉛直方向の位置Ｚと電位Ｖ（ａ．ｕ．）との関係を示すグラフである。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の主要部の縦断面構成を示す図である。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の主要部の縦断面構成を示す図である。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。 補助電極と第２の電極板との位置関係の一例を示す図である。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。 例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の主要部の縦断面構成を示す図である。 補助電極と第２の電極板との位置関係の一例を示す図である。 電源と電極との接続関係を示す図である。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、第１の下部電極、第２の下部電極、第１の上部電極、第２の上部電極、及び第１の電源を有している。第１の下部電極は、チャンバの内部に設けられ、基板を載置する基板載置領域を有する。第２の下部電極は、基板載置領域の外側の領域（以下、基板周辺領域という）に配置されている。第１の上部電極は、基板載置領域と対向して配置されている。第２の上部電極は、第１の上部電極の外側の領域に配置され、第２の下部電極と対向して配置されている。第１の電源は、第１の下部電極に周期性を有する信号を供給する。第２の下部電極及び第２の上部電極の少なくとも一方は凹部を有する。凹部の表面に対する法線上に第２の下部電極又は第２の上部電極が位置する。
第２の下部電極及び第２の上部電極の少なくとも一方は凹部を有する。一方の凹部の表面近傍から他方に向けて加速される電子は集束するため、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加し、基板載置領域の中心部におけるプラズマ密度が高くなること抑制することができる。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、第２の下部電極及び第２の上部電極の双方が凹部を有してもよい。第２の下部電極の凹部の表面に対する法線上に第２の上部電極の凹部が位置し、且つ、第２の上部電極の凹部の表面に対する法線上に前記第２の下部電極の凹部が位置してもよい。第２の下部電極及び第２の上部電極において、一方の凹部の表面近傍から、他方の凹部に向けて加速される電子は集束される。逆に、他方の凹部の表面近傍から、一方の凹部に向けて加速される電子も集束される。したがって、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加する。これにより、基板載置領域の中心部におけるプラズマ密度の増加を抑制することができる。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第２の上部電極に直流電圧を供給する第２の電源を更に有してもよい。第２の上部電極に直流電圧が供給されると、第２の上部電極に向かう電子に力を与えることができ、第２の上部電極の近傍におけるプラズマ密度を制御することができる。この電子に斥力を与えると、第２の上部電極から、電子は離れる方向に移動し、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加する。これにより、基板載置領域の中心部におけるプラズマ密度と、基板周辺領域におけるプラズマ密度の比率を調整することができる。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第２の上部電極に周期性を有する信号を供給する第３の電源を更に有してもよい。第２の上部電極に、周期性を有する信号が与えられると、第２の上部電極の近傍において発生するプラズマの密度を向上させることができる。したがって、上述のように、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第１の給電ラインと、第２の給電ラインとを有してもよい。第１の給電ラインは、第３の電源から出力された周期性を有する信号を第１の上部電極に供給する。第２の給電ラインは、第３の電源から出力された周期性を有する信号を第２の上部電極に供給する。第１の給電ライン又は第２の給電ラインに可変インピーダンス回路を有してもよい。
可変インピーダンス回路におけるインピーダンスを調整することにより、対象となる上部電極への電力供給量を調整することができる。したがって。第１の上部電極と第２の上部電極に供給される電力の比率を調整することができる。プラズマ密度は、対象となる電極への電力供給量に依存する。したがって、電力供給量の比率を調整することで、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第２の下部電極に直流電圧を供給する第４の電源を更に備えることとしてもよい。第２の下部電極に直流電圧が供給されると、第２の下部電極に向かう電子に力を与えることができ、第２の下部電極の近傍におけるプラズマ密度を制御することができる。この電子に斥力を与えると、第２の下部電極から、電子は離れる方向に移動し、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加する。したがって、上述のように、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第３の給電ラインと、第４の給電ラインとを有してもよい。第３の給電ラインは、第１の電源から出力された周期性を有する信号を第１の下部電極に供給する。第４の給電ラインは、第１の電源から出力された周期性を有する信号を第２の下部電極に供給する。プラズマ処理装置は、第３の給電ライン又は第４の給電ラインに可変インピーダンス回路を有することとしてもよい。
可変インピーダンス回路におけるインピーダンスを調整することにより、対象となる下部電極への電力供給量を調整することができる。したがって、第１の下部電極と第２の下部電極に供給される電力の比率を調整することができる。プラズマ密度は、対象となる電極への電力供給量に依存する。したがって、電力供給量の比率を調整することで、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第２の下部電極に周期性を有する信号を供給する第５の電源を更に備えてもよい。第２の下部電極に、周期性を有する信号が与えられると、第２の下部電極の近傍において発生するプラズマの密度を向上させることができる。したがって、上述のように、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第２の下部電極又は第２の上部電極に発生する自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサーを更に有してもよい。プラズマ処理装置は、センサーより計測された計測値に応じて可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御する制御部を有してもよい。
可変インピーダンス回路のインピーダンスは、基板載置領域上の空間（第１の下部電極と第１の上部電極との間の空間）と、基板周辺領域上の空間（第２の下部電極と第２の上部電極との間の空間）内に発生するプラズマ密度を制御する。センサーにより計測された計測値は、基板周辺領域内におけるプラズマ密度に相関する。したがって、制御部が、計測値に対応するプラズマ密度に応じて、可変インピーダンス回路のインピーダンスを調整することで、可変インピーダンス回路に接続された電極への電力供給量を調整することができる。プラズマ密度は、対象となる電極への電力供給量に依存する。したがって、センサーによる計測値に基づき、電力供給量の比率を調整することで、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第２の下部電極に発生する自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサーを更に有してもよい。プラズマ処理装置は、センサーより計測された計測値に応じて第２の電源の出力を制御する制御部を有してもよい。
センサーにより計測された計測値は、第２の下部電極によって反射される電子量、すなわち、基板周辺領域におけるプラズマ密度に相関する。また、第２の電源の出力を調整することにより、プラズマ密度を調整することができる。したがって、制御部が、計測値に対応するプラズマ密度に応じて、第２の電源の出力を調整することで、基板周辺領域におけるプラズマ密度を制御することができる。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第２の下部電極に発生する自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサーを更に有してもよい。プラズマ処理装置は、センサーより計測された計測値に応じて第５の電源の出力を制御する制御部を有してもよい。
センサーにより計測された計測値は、第２の下部電極によって反射される電子量、すなわち、基板周辺領域におけるプラズマ密度に相関する。制御部が、計測値に対応するプラズマ密度に応じて、第５の電源の出力を調整すると、基板周辺領域におけるプラズマ密度を制御することができる。したがって、上述のように、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、制御部は、第２の上部電極に、第２の下部電極に発生する自己バイアス電圧の大きさ以上の大きさの負の直流電圧が発生するように第２の電源の出力を制御してもよい。
第２の上部電極に、負の直流電圧が与えられると、第２の上部電極に向かう電子に斥力が与えられ、反射される。反射された電子は、プラズマ領域へと進行し、プラズマ発生に寄与するので、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加する。したがって、上述のように、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、第２の下部電極及び第２の上部電極は、電気的に接地されていてもよい。第２の下部電極と第２の上部電極との間に、プラスの電位のプラズマのシースが形成されている場合、これらの電極近傍の電子は、シースの方に進行する。シース方向に移動した電子は、プラズマ発生に寄与するので、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加する。したがって、上述のように、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、第２の上部電極と第２の下部電極との間の間隔が、第１の上部電極と第１の下部電極との間の間隔よりも狭くてもよい。これにより、基板周辺領域（第２の上部電極と第２の下部電極との間の領域）における電界を強くし、この領域におけるプラズマ密度を高めることができる。したがって、上述のように、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、基板が載置される基板載置領域と第２の下部電極との間に、導電性のエッジリングを有してもよい。エッジリングは、基板載置領域の周辺部における電界を調整することができる。したがって、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。
一つの例示的実施形態において、第２の上部電極及び第２の下部電極は、凹部の底面に対する法線が基板載置領域に対する法線に対して傾斜するように配置されてもよい。第２の上部電極と第２の下部電極との間の距離、及び／又は上記傾斜角度を変更することで、基板周辺領域における、プラズマの強度や形状を変更することができる。プラズマ密度の面内分布の設計自由度が向上するので、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
一つの例示的実施形態において、第２の上部電極が、チャンバの内壁又はチャンバの内壁に沿って設けられたデポシールドにより構成されてもよい。この場合、第２の上部電極は、チャンバの内壁又はデポシールドを兼用しているので、上述の作用効果を奏しつつ、部品点数を少なくすることができる。
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附することとし、重複する説明は省略する。
図１は、例示的実施形態に係るプラズマ処理装置１の基本構造を示す図である。本実施形態におけるプラズマ処理装置１は、例えば容量結合型平行平板プラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムによって形成された略円筒状のチャンバ１０を有する。チャンバ１０は保安接地されている。
チャンバ１０の底部には、セラミックス等によって形成された絶縁板を介して、円柱状の支持台１４が配置されている。支持台１４の上に例えばアルミニウム等で形成された載置台１６が設けられている。載置台１６は下部電極（第１の下部電極）として機能する。
載置台１６は、基板が載置される基板載置領域を有する。載置台１６の上面には、基板の一例である半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、導電膜で形成された電極２０を一対の絶縁層又は絶縁シートで挟んだ構造を有する。電極２０には直流電源ＳＧが電気的に接続されている。半導体ウエハＷは、静電チャック１８の上面に載置され、直流電源ＳＧから供給された直流電圧により生じた静電力により、静電チャック１８に吸着保持される。半導体ウエハＷが載置される静電チャック１８の上面は、載置台１６の基板載置領域の一例である。
載置台１６の上面には、エッジリングＥＲが設けられる。エッジリングＥＲは、基板載置領域を取り囲むように設けられる。エッジリングＥＲは、環状の形状を有し、静電チャック１８の鉛直方向の中心軸とエッジリングＥＲの鉛直方向の中心軸とが一致するように配置されている。エッジリングＥＲは、シリコン等の導電性材料で形成されている。エッジリングＥＲは、静電チャック１８の上に配置してもよい。上方から見た場合、エッジリングＥＲは、基板載置領域と補助電極ＡＵＸとの間に設けられている。エッジリングＥＲは、基板載置領域の周辺部において、活性種が、鉛直方向（基板表面に垂直な方向）に沿って進行するように電界を調整することができる。エッジリングＥＲにより、エッチング等のプラズマ処理の均一性が向上する。載置台１６及び支持台１４の側面には、例えば石英で形成された円筒状の内壁部材を含む絶縁部材２６が設けられている。絶縁部材２６は複数の部品から構成することができ、内部に導電性の配線なども配置することができる。
補助電極ＡＵＸは、エッジリングＥＲの外周側に設けられた環状の部材であり、静電チャック１８の鉛直方向の中心軸と補助電極ＡＵＸの鉛直方向の中心軸とが一致するように配置されている。すなわち、補助電極ＡＵＸは、エッジリングＥＲと同心円状に配置されており、基板載置領域の外側の領域（基板周辺領域）に配置されている。補助電極ＡＵＸは、シリコン等の導電性材料で形成されており、絶縁部材２６上に載置されている。
載置台１６の内部には、例えば環状の冷媒室が形成されている。この冷媒室には、外部に設けられたチラーユニットから、配管を介して、冷却水等の所定温度の冷媒が循環供給される。冷媒室内を循環する冷媒によって、載置台１６及び静電チャック１８の温度が制御され、静電チャック１８上の半導体ウエハＷが所定温度に制御される。
また、図示しない伝熱ガス供給機構からのＨｅガス等の伝熱ガスが、載置台１６の内部の配管を介して、静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
下部電極として機能する載置台１６の上方には、載置台１６と対向するように上部電極３４が設けられている。上部電極３４と、載置台１６との間の空間がプラズマ生成空間となり、この空間内においてプラズマＰＬが生成される。
上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されている。絶縁性遮蔽部材４２は、内面に支持用の段差が設けられた円筒形の絶縁部材であってもよい。上部電極３４は、第１の電極板３６（第１の上部電極）と、第２の電極板３５（第２の上部電極）と、電極支持体３８とを有する。第１の電極板３６は、載置台１６との対向面を構成し、多数の吐出孔３７を有する。第１の電極板３６及び第２の電極板３５は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体が好ましく、例えばシリコンやＳｉＣで形成されることが好ましい。第２の電極板３５は、環状の形状を有し、第１の電極板３６を囲むように第１の電極板３６の周囲に同心円状に設けられている。第１の電極板３６は、エッジリングＥＲ及び静電チャック１８の上方の位置に設けられる。第２の電極板３５は、補助電極ＡＵＸの上方の位置に設けられる。第２の電極板３５は、絶縁性部材３９により第１の電極板３６と絶縁されている。なお、上部電極３４に高周波電力を印加する場合は、絶縁性部材３９を高周波電流が流れるように薄く形成してもよい。図示される第１の電極板３６及び第２の電極板３５は、一例であり、種々の変形が可能である。
電極支持体３８は、第１の電極板３６及び第２の電極板３５を着脱自在に支持する。また、電極支持体３８は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の導電性材料によって形成された水冷構造を有する。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられている。ガス拡散室４０からは吐出孔３７に連通する多数のガス流通孔４１が下方に延びている。
電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、ガス導入口６２にはガス供給管６４が接続されている。ガス供給管６４にはバルブ７０及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８を介して処理ガス供給源６６が接続されている。半導体ウエハＷに対してエッチングの処理が行われる場合、処理ガス供給源６６からは、エッチングのための処理ガスが、ガス供給管６４を介してガス拡散室４０に供給される。ガス拡散室４０内に供給された処理ガスは、ガス拡散室４０内で拡散し、それぞれのガス流通孔４１及び吐出孔３７を介してプラズマ処理空間内にシャワー状に吐出される。すなわち、上部電極３４は、プラズマ処理空間内に処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとしても機能する。
第２の電極板３５には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６及びスイッチ４７を介して、電源ＳＢが電気的に接続されている。本例の電源ＳＢは、可変直流電源である。電源ＳＢは、制御部９５から指示された大きさ（絶対値）の負の直流電圧を出力する。スイッチ４７は、電源ＳＢから第２の電極板３５への負の直流電圧の供給及び遮断を制御する。
なお、制御部９５は、コンピュータの中央処理装置（ＣＰＵ）から構成することができ、記憶部９７に格納された処理工程を実行することができる。ユーザインターフェイス９６がキーボードやボタン等の入力装置である場合には、入力装置から制御部９５に、命令を入力することができる。ユーザインターフェイス９６がディスプレイ等の出力装置である場合には、制御部９５からの処理結果を表示することができる。
上部電極３４の高さ位置よりも上方のチャンバ１０の側壁には、円筒状の接地導体１０ａが設けられている。接地導体１０ａは、その上部に天壁を有している。
下部電極として機能する載置台１６には、第１の整合器８７を介して、電源ＳＡが電気的に接続されている。本例の電源ＳＡは、周期性を有する信号を発生する高周波電源である。本明細書において、周期性を有する信号とは、周期的に変化する電圧波形および電流波形を有する電気信号であり、高周波電源またはパルス電源により出力される電気信号をいう。また、周期的な任意信号を増幅器で増幅させた電気信号も含まれる。また、載置台１６には、第２の整合器８８を介して、電源ＳＦが電気的に接続されている。本例の電源ＳＦも、周期性を有する信号を発生する高周波電源であるが、電源ＳＡとは電力の周波数が異なる。電源ＳＡは、プラズマ発生用の電源であり、１３ＭＨｚ以上の周波数、例えば４０ＭＨｚの第１の高周波電力を出力する。電源ＳＦは、イオン引き込み用の電源であり、電源ＳＡの高周波電力より低い周波数であって、２７ＭＨｚ以下の周波数、例えば２ＭＨｚの第２の高周波電力を出力する。電源ＳＦの代わりに、周期性を有する信号を発生する電源として、パルス状の負極性の電圧を周期的に出力するパルス電源を用いても良い。パルス電源としては、負極性の直流電圧を周期的に出力する直流パルス電源でもよいし、負極性の電圧を瞬時的かつ周期的に出力するインパルス電源であってもよい。
第１の整合器８７は、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に、電源ＳＡのインピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように、電源ＳＡのインピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。同様に、第２の整合器８８は、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に、電源ＳＦのインピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように、電源ＳＦのインピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。
チャンバ１０の底部には排気口が設けられており、排気管を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧することができる。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷを搬入及び搬出するための開口８５が設けられており、開口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。
チャンバ１０の内壁には、チャンバ１０の内壁にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールドが、チャンバ１０の内壁に沿って、設けられている。また、デポシールドは、絶縁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールドと絶縁部材２６側のデポシールドとの間には図示しない排気プレートが設けられている。デポシールド及び排気プレートとしては、例えばアルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスが被覆されたものを好適に用いることができる。デポシールドは、接地電位（グランド）に電気的に接続することができ、チャンバ１０内の異常放電を防止することができる。
プラズマ処理装置１の各構成部は、制御部９５によって制御される。制御部９５には、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザインターフェイス９６が接続されている。
プログラムには、プラズマ処理装置１で実行される各種処理を制御部９５の制御にて実現するための制御プログラム等や、処理条件に応じてプラズマ処理装置１の各構成部に処理を実行させるものがある。これらのプログラムや処理条件を示すレシピは記憶部９７に格納され、記憶部９７は制御部９５に接続されている。記憶部９７は、例えばハードディスクや半導体メモリである。また、記憶部９７は、コンピュータにより読み取り可能な可搬性の記憶媒体であってもよい。この場合、制御部９５は、該記憶媒体からデータを読み取る装置を経由して、該記憶媒体に記憶された制御プログラム等を取得する。記憶媒体は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭやＤＶＤ等である。
制御部９５は、ユーザインターフェイス９６を介したユーザからの指示等に応じて、任意のレシピを記憶部９７から読み出して実行することにより、プラズマ処理装置１の各部を制御し、半導体ウエハＷに対して所定のプラズマ処理を施す。なお、本実施形態におけるプラズマ処理装置１は、制御部９５、ユーザインターフェイス９６、及び記憶部９７を含む。
このように構成されたプラズマ処理装置１において、半導体ウエハＷに対してエッチング処理が行われる場合、まず、ゲートバルブ８６が開状態に制御され、開口８５を介してエッチング対象の半導体ウエハＷがチャンバ１０内に搬入される。次に、半導体ウエハＷは、静電チャック１８上に載置される。そして、直流電源ＳＧから所定の直流電圧が静電チャック１８に印加され、半導体ウエハＷが静電チャック１８の上面に吸着保持される。
そして、処理ガス供給源６６からエッチング等のための処理ガスが、所定の流量でガス拡散室４０へ供給され、ガス流通孔４１及び吐出孔３７を介して処理ガスがチャンバ１０内に供給される。また、排気装置８４によりチャンバ１０内が排気され、チャンバ１０内の圧力が所定の圧力に制御される。チャンバ１０内に処理ガスが供給された状態で、電源ＳＡからプラズマ生成用の高周波電力が載置台１６に印加されるとともに、電源ＳＦからイオン引き込み用の高周波電力が載置台１６に印加される。また、電源ＳＢから所定の大きさの負の直流電圧（電位）が第２の電極板３５に印加される。
上部電極３４の吐出孔３７から吐出された処理ガスは、載置台１６に印加された高周波電力により、上部電極３４と載置台１６との間でプラズマ化する。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がエッチングされる。上記の処理は、制御部９５からの指示により実行される。
次に、補助電極の電位について説明する。
図２は、図１に示したプラズマ処理装置の主要部の基本構造の縦断面構成を示す図である。
エッジリングＥＲ及び補助電極ＡＵＸは、石英リング等の複数の部品からなる絶縁部材２６上に載置されている。絶縁部材２６のエッジリングＥＲが載置されている部分は薄く形成されており、載置台１６を介して、電源ＳＡ及び電源ＳＦからの高周波電流が、エッジリングＥＲに流れるようになっている。補助電極ＡＵＸは、エッジリングＥＲに寄生容量Ｃを介して結合している。また、絶縁部材２６の補助電極ＡＵＸが載置されている部分が薄く形成されている場合、載置台１６を介して、電源ＳＡ及び電源ＳＦからの高周波電流が、補助電極ＡＵＸに流れる。このため、補助電極ＡＵＸは周期的に変動する電位を有する。また、補助電極ＡＵＸには負の直流電圧である自己バイアス電圧が発生するため、補助電極ＡＵＸの電位は自己バイアス電圧Ｖｄｃを基準として周期的に変動する。
補助電極ＡＵＸと対向する第２の電極板３５には、電源ＳＢにより、－Ｖ２の直流電圧が印加される。負の電荷（‐）を有する電子は、補助電極ＡＵＸとプラズマとの間の電界及びプラズマと第２の電極板３５との間の電界に応じて移動する。
図３は、鉛直方向の位置Ｚと電位Ｖ（ａ．ｕ．）との関係を示すグラフであり、補助電極ＡＵＸと第２の電極板３５との間の電位分布を模式的に示している。なお、プラズマ処理装置の鉛直上方をＺ軸正方向とし、各電位は接地電位（Ｖ＝０）を基準とする電圧を示している。また、第２の電極板３５に印加される負の電圧－Ｖ２の大きさ（絶対値）は、補助電極ＡＵＸに生じる負の電圧である自己バイアス電圧Ｖｄｃの大きさ（絶対値）と等しく設定することもできる。
補助電極ＡＵＸの電位は、自己バイアス電圧Ｖｄｃを基準として、最大値Ｖｍａｘから最小値Ｖｍｉｎの間で周期的に変動している。補助電極ＡＵＸの電位が、自己バイアス電圧Ｖｄｃの場合には、実線で示される電位分布となる。補助電極ＡＵＸの電位が、最大値Ｖｍａｘ又は最小値Ｖｍｉｎをとる場合は、点線で示される電位分布となる。補助電極ＡＵＸの電位の変動に応じて、補助電極ＡＵＸとプラズマとの間のシース厚さは変動する。
シースが薄いときに補助電極ＡＵＸ近傍のプラズマ中に存在した電子は、シースが厚くなると補助電極ＡＵＸの表面に垂直にかかる高電界により、力を受ける。この力を受けた電子は、補助電極ＡＵＸと対向する第２の電極板３５に向かって（プラズマに向かって）加速される。また、補助電極ＡＵＸにイオンが衝突することにより生じた二次電子も同様に、補助電極ＡＵＸとプラズマとの間のシース電界により、力を受ける。この力を受けた電子は、第２の電極板３５に向かって（プラズマに向かって）加速される。これら加速された電子の一部は、プラズマ中の粒子と衝突し、プラズマ密度の向上に寄与する。一方、プラズマ中の粒子と衝突しなかった残りの加速電子は、第２の電極板３５に向かって進行する。
第２の電極板３５に向かって進行した加速電子は、第２の電極板３５とプラズマとの間のシース電界により斥力を受ける。シース電界の強さはプラズマ電位と壁電位との差に比例する。したがって、プラズマ電位と第２の電極板３５の電位（壁電位）との差が、プラズマ電位と補助電極ＡＵＸの電位（壁電位）との差よりも小さければ（進入条件）、加速電子は第２の電極板３５に進入することになる。
また、プラズマ電位と第２の電極板３５の電位（壁電位）との差が、プラズマ電位と補助電極ＡＵＸの電位（壁電位）との差よりも大きければ（反射条件）、加速電子は、第２の電極板３５に向かう方向とは逆方向の斥力を受ける。すなわち、この反射条件を満たす場合、加速電子は、プラズマ電位と補助電極ＡＵＸの間のシース電界により受けた力よりも大きな斥力を受け、プラズマに向かって（補助電極ＡＵＸに向かって）加速される。加速された電子の一部は、プラズマ中の粒子と衝突し、プラズマ密度の向上に寄与する。
したがって、プラズマ電位と第２の電極板３５の電位（壁電位）との差が、プラズマ電位と補助電極ＡＵＸの電位（壁電位）との差よりも大きくなるように、第２の電極板３５の電位を設定する。これにより、プラズマ中の粒子と衝突せずにプラズマ密度の向上に寄与しなかった電子を再度プラズマ中に戻すことができ、プラズマ密度の向上に寄与させることができる。ところで、補助電極ＡＵＸの電位は、自己バイアス電圧Ｖｄｃを基準として最大値Ｖｍａｘから最小値Ｖｍｉｎの間で周期的に変動している。また、プラズマ電位は補助電極ＡＵＸの電位よりも高い。このため、第２の電極板３５の電位が接地電位（Ｖ＝０）であっても、補助電極ＡＵＸの電位が正である期間においては、プラズマ電位と第２の電極板３５の電位（壁電位）との差が、プラズマ電位と補助電極ＡＵＸの電位（壁電位）との差よりも大きくなる。
しかしながら、補助電極ＡＵＸの電位が負である期間の方が長いため、プラズマ中の粒子と衝突しなかった加速電子の大部分は、第２の電極板３５に進入しプラズマ密度の向上に寄与しにくい。
そこで、本形態においては、第２の電極板３５に、補助電極ＡＵＸに生じる負の自己バイアス電圧Ｖｄｃの大きさ（絶対値）と同じもしくはそれ以上の大きさ（絶対値）の負の直流電圧－Ｖ２を、印加する。負の直流電圧－Ｖ２の大きさ（絶対値）を補助電極ＡＵＸに生じる負の自己バイアス電圧Ｖｄｃの大きさ（絶対値）と同じもしくはそれ以上にすることにより、プラズマ中の粒子と衝突しなかった加速電子の少なくとも半数は、再度プラズマ中に戻すことができる。これにより、プラズマ密度が低くなる基板の周辺部においても、効率的にプラズマを発生させることができる。このため、プラズマの均一性を向上させることができる。
以上、説明したように、本例のプラズマ処理装置は、第２の電極板３５に直流電圧（－Ｖ２）を供給する電源ＳＢ（第２の電源）を備えている。第２の電極板３５に直流電圧が供給されると、第２の電極板３５に向かう電子に力を与えることができ、第２の電極板３５の近傍におけるプラズマ密度を制御することができる。この電子に斥力を与えると、第２の電極板３５から、電子は離れる方向に移動し、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加する。これにより、基板載置領域の中心部におけるプラズマ密度と、基板周辺領域におけるプラズマ密度の比率を調整することができる。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
制御部９５は、第２の電極板３５に、補助電極ＡＵＸに発生する自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）の大きさ以上の大きさの負の直流電圧（－Ｖ２）が発生するように電源ＳＢ（第２の電源）の出力を制御している。なお、ここでは自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）は負である。第２の電極板３５に、負の直流電圧（－Ｖ２）が与えられると、第２の電極板３５に向かう電子に斥力が与えられ、反射される。反射された電子は、プラズマ領域へと進行し、プラズマ生成に寄与するので、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加する。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。この制御は、その他の全ての実施形態においても、適用することができる。
次に、各電極の形状について図４～図７を用いて詳細に説明する。
図４は、プラズマ処理装置の主要部の縦断面構成を示す図である。
図２に示したプラズマ処理装置の基本構造においては、第２の電極板３５及び補助電極ＡＵＸの表面は平坦面であった。しかしながら、本例では、第２の電極板３５及び補助電極ＡＵＸの少なくとも一方の表面は、凹部Ｄを有している。一方の凹部Ｄの表面に対する法線上に他方の電極部が位置するように構成してもよい。図４に示すプラズマ処理装置では、第２の電極板３５の下面を凹面に加工し、環状の凹部Ｄとしている。環状の凹部Ｄは、基板周辺領域の鉛直方向の中心軸を囲んでいる。凹部Ｄの表面は、放物面のような連続した曲面である。一例として図示される補助電極ＡＵＸの上面は、基板載置領域と同一平面もしくは平行な平面である平坦面である。第２の電極板３５の凹部Ｄの表面に対する法線は、補助電極ＡＵＸの上面と交差している。すなわち、第２の電極板３５の凹部Ｄの表面に対する法線上に補助電極ＡＵＸが位置している。
本例では、第２の電極板３５の下面が凹部Ｄを有しているので、第２の電極板３５の下面に対する複数の法線と、補助電極ＡＵＸの上面との交点の密度が、リング幅方向中央領域内において、図２の場合よりも、増加する。リング幅方向中央領域は、環状の補助電極ＡＵＸにおいて、その外周領域と内周領域との間に位置する領域である。このため、第２の電極板３５から発生した二次電子及び第２の電極板３５とプラズマとの間のシース電界により加速された電子は、補助電極ＡＵＸのリング幅方向中央領域に向かって加速される。加速電子が補助電極ＡＵＸのリング幅方向中央領域に向かって集束するため、基板載置領域側におけるプラズマ密度が高くなることを抑制することができ、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
第２の電極板３５の下面の幅方向（径方向）の中心位置と、下部の補助電極ＡＵＸの上面を含む水平面ＰＨＺＮ２との間の距離（最短距離ΔＨ２）は、図２の場合よりも、狭くしてもよい。換言すれば、第２の電極板３５の下面は、第１の電極板３６の下面よりも、下方に位置している。第２の電極板３５の下面の幅方向（径方向）の中心位置と、第１の電極板３６の下面を含む水平面ＰＨＺＮ１との間は、距離（最短距離ΔＨ１）だけ離間している。これにより、中央部（第１の電極板３６）よりも周縁部（第２の電極板３５）の電界を強くすることができるため、周縁部のプラズマ密度を高めることができ、プラズマの均一性を高くすることができる。
以上のように、第２の電極板３５（第２の下部電極）と補助電極ＡＵＸ（第２の下部電極）との間の間隔ΔＨ２は、第１の電極板３６と載置台１６との間の間隔（ΔＨ１＋ΔＨ２＋補助電極ＡＵＸの表面から載置台（１６）の表面までの鉛直距離）よりも狭い。また、ΔＨ２＜ΔＨ１＋ΔＨ２である。これにより、基板周辺領域（第２の電極板３５と補助電極ＡＵＸとの間の領域）における電界を強くし、この領域におけるプラズマ密度を高めることができる。また、図４の例のように、第２の電極板３５の高さが下がることで、第２の電極板３５の下側領域におけるプラズマ密度を高くすることができる。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。この構造は、その他の全ての実施形態においても、適用することができる。
なお、凹部Ｄの縦断面形状は、曲線的な形状でなくてもよい。
図５は、プラズマ処理装置の主要部の縦断面構成を示す図であり、図４の装置とは、凹部Ｄの形状のみが異なる。すなわち、本例では、基板載置領域の鉛直方向の中心軸を通る縦断面内において、第２の電極板３５の下面を、台形を除去した形状に加工し、凹部Ｄとしている。凹部Ｄは、テーパー面により構成することもできる。テーパー面は、微小領域内では略平面である。テーパー面と基板載置領域の鉛直方向の中心軸を通る縦断面との交線は、曲線的な形状でなく、線分である。外側のテーパー面は、基板載置領域の鉛直方向の中心軸を囲んでいるため、鉛直上方に向けて細くなる円錐台の側面の形状を有することができる。同様に、内側のテーパー面は、基板載置領域の鉛直方向の中心軸を囲んでいるため、鉛直下方に向けて細くなる円錐台の側面の形状を有することができる。
テーパー面の傾斜角度は、テーパー面における法線が補助電極ＡＵＸと交差する角度に設定することができる。したがって、第２の電極板３５の凹部Ｄの表面（テーパー面）に対する法線上に補助電極ＡＵＸが位置している。より好ましくは、第２の電極板３５の下面に対する複数の法線と、補助電極ＡＵＸの上面との交点が、リング幅方向中央領域内に存在する角度が好ましい。このリング幅方向中央領域は、環状の補助電極ＡＵＸにおいて、その外周領域と内周領域との間に位置する領域である。第２の電極板３５のテーパー面に対する複数の法線と、補助電極ＡＵＸとの交点が、リング幅方向中央領域内に集中するので、図４の場合と同様の作用効果を奏することができる。
凹部Ｄは、補助電極ＡＵＸに設けてもよい。
図６は、プラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。本例では、補助電極ＡＵＸが、凹部Ｄを有する構成を示している。凹部Ｄの形状は、図４に示した凹部Ｄの形状と比較して、上下が反転している点を除いて、同一である。凹部Ｄの表面は、放物面のような連続した曲面である。補助電極ＡＵＸの凹部Ｄの表面に対する法線は、第２の電極板３５の下面と交差している。すなわち、補助電極ＡＵＸの凹部Ｄの表面に対する法線上に第２の電極板３５が位置している。凹部Ｄを補助電極ＡＵＸに設けても、電子が第２の電極板３５のリング幅方向中央領域内に向かって集束する。したがって、基板載置領域の中央部におけるプラズマ密度が高くなることをより抑制することができ、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
図７は、プラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。
本例も、補助電極ＡＵＸが、凹部Ｄを有する構成を示している。凹部Ｄの形状は、図５に示した凹部Ｄの形状と比較して、上下が反転している点を除いて、同一である。凹部Ｄは、図５の場合と同様のテーパー面により構成されている。テーパー面の角度は、テーパー面における法線が第２の電極板３５と交差する角度に設定することができる。したがって、補助電極ＡＵＸの凹部Ｄの表面（テーパー面）に対する法線上に第２の電極板３５が位置している。より好ましくは、補助電極ＡＵＸの上面に対する複数の法線と、第２の電極板３５の下面との交点が、第２の電極板３５のリング幅方向中央領域内に存在する角度が好ましい。このリング幅方向中央領域は、環状の第２の電極板３５において、その外周領域と内周領域との間に位置する領域である。これにより、図５の場合と同様の作用効果を奏することができる。
なお、凹部Ｄは補助電極ＡＵＸ及び第２の電極板３５の双方に設けてもよい。
図８は、補助電極ＡＵＸと第２の電極板３５との位置関係の一例を示す図である。
本例では、補助電極ＡＵＸ及び第２の電極板２５の双方が凹部Ｄを有している。補助電極ＡＵＸの凹部Ｄの表面に対する法線ＮＡＵＸ上に、第２の電極板３５の凹部Ｄが位置している。また、第２の電極板３５の凹部Ｄの表面に対する法線Ｎ３５上に、補助電極ＡＵＸの凹部Ｄが位置している。
補助電極ＡＵＸにおける凹部Ｄの表面に対しては、複数の法線（ＮＡＵＸ，ＮＡＵＸａ）を設定することができる。中央の法線ＮＡＵＸは、補助電極ＡＵＸにおける凹部Ｄの最深部における法線である。法線ＮＡＵＸは、第２の電極板３５における凹部Ｄの最深部に向けて延びている。
第２の電極板３５における凹部Ｄの表面に対しても、複数の法線（Ｎ３５，Ｎ３５ａ）を設定することができる。中央の法線Ｎ３５は、第２の電極板３５における凹部Ｄの最深部における法線である。法線Ｎ３５は、補助電極ＡＵＸにおける凹部Ｄの最深部に向けて延びている。
ＸＹＺ三次元直交座標系を設定した場合、水平面はＸＹ平面で示される。また、本例の場合、基板載置領域の鉛直方向の中心軸を通る縦断面は、ＸＺ平面で与えられる。この中心軸をＺ軸とすると、補助電極ＡＵＸの凹部ＤをＺ軸方向から見た形状は、Ｚ軸を中心とする円環である。第２の電極板３５の凹部ＤをＺ軸方向から見た形状も、Ｚ軸を中心とする円環である。
補助電極ＡＵＸの凹部Ｄの表面近傍の電子は、ＸＺ平面内において、第２の電極板３５の凹部Ｄに向けて加速される。加速された電子は、第２の電極板３５に向けて集束される。逆に、第２の電極板３５の凹部Ｄの表面近傍の電子は、ＸＺ平面内において、補助電極ＡＵＸの凹部Ｄに向けて加速される。この加速された電子は、補助電極ＡＵＸに向けて集束される。したがって、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加する。これにより、基板載置領域の中央部におけるプラズマ密度の増加を抑制することができる。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
次に、補助電極への給電について説明する。
上記では、エッジリングＥＲ又は載置台１６を介して、補助電極ＡＵＸに高周波電力を供給する例を説明した。しかしながら、補助電極ＡＵＸに配線を接続し、高周波電源と直接接続するように構成してもよい。また、補助電極ＡＵＸの下部の誘電体内部に電極を設け、当該電極と高周波電源を配線で接続してもよい。補助電極ＡＵＸの下部の誘電体内部の電極と補助電極ＡＵＸが容量結合することにより、補助電極ＡＵＸに高周波電力を供給することができる。補助電極ＡＵＸと接続する電源は、電源ＳＡ及び／又は電源ＳＦであってもよく、電源ＳＡ及び電源ＳＦとは異なる高周波電源、パルス電源又は直流電源であってもよい。
図９は、例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。本例は、配線により、複数の電源と補助電極ＡＵＸとを接続した一例を示している。
電源ＳＡは、第１の整合器８７、共通配線Ｌ０、第１の分岐配線Ｌ１を介して、載置台１６に接続されている。また、電源ＳＡは、第１の整合器８７、共通配線Ｌ０、第２の分岐配線Ｌ２を介して、補助電極ＡＵＸに接続されている。共通配線Ｌ０は、第１の分岐配線Ｌ１及び第２の分岐配線Ｌ２に分岐し、第２の分岐配線Ｌ２は、載置台１６を介さずに、補助電極ＡＵＸに接続されている。本例の電源ＳＡは、プラズマ発生用の高周波電源である。
電源ＳＦは、第２の整合器８８、共通配線Ｌ０、第１の分岐配線Ｌ１を介して、載置台１６に接続されている。また、電源ＳＦは、第２の整合器８８、共通配線Ｌ０、第２の分岐配線Ｌ２を介して、補助電極ＡＵＸに接続されている。本例の電源ＳＦはイオン引き込み用の高周波電源である。
第１の分岐配線Ｌ１上及び／又は第２の分岐配線Ｌ２上には、第１の可変インピーダンス回路８１及び／又は第２の可変インピーダンス回路８２が設けられている。それぞれの可変インピーダンス回路は、そのインピーダンスが可変である回路であれば、任意の構成の回路であり得る。一例においては、第１の可変インピーダンス回路８１及び／又は第２の可変インピーダンス回路８２は、可変容量コンデンサを含み得る。
また、補助電極ＡＵＸと第２の可変インピーダンス回路８２との間に、補助電極ＡＵＸに生じる自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサー８３を設けてもよい。制御部９５は、この電圧波形から、ピーク間電圧（Ｖｐｐ：Volt peak to peak）を求めることもできる。この場合、センサー８３により取得した自己バイアス電圧又はピーク間電圧の大きさを、図１に示した制御部９５にフィードバックしてもよい。図１に示した制御部９５は、電源ＳＡ、電源ＳＦ、電源ＳＢ、第１の可変インピーダンス回路８１、及び／又は第２の可変インピーダンス回路８２を制御してもよい。
図１に示した制御部９５は、これらの電源の出力を制御し、可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御する。例えば、制御部９５は、基板周辺領域におけるプラズマ密度が、基準値よりも低い場合は、このプラズマ密度が増加する制御を行う。例えば、制御部９５は、第２の分岐配線Ｌ２を流れる電力量が増加するように、第２の可変インピーダンス回路８２のインピーダンスを減少させる。また、制御部９５は、図３に示したように、電源ＳＢ（図１）から出力される負のバイアス電圧（－Ｖ２）の大きさ（絶対値）を増加させる。このフィードバック制御により、基板周辺領域におけるプラズマ密度を増加させることができる。また、制御部９５は、基板周辺領域におけるプラズマ密度が、基準値以上の場合には、上記とは逆の方法により、このプラズマ密度が減少する制御を行う。
本例におけるプラズマ処理装置においては、電源ＳＡ及び電源ＳＦから、第１の高周波電力及び第２の高周波電力を、第２の可変インピーダンス回路８２を介して、補助電極ＡＵＸに供給している。したがって、載置台１６の中央部と周縁部とに供給される高周波電力を調整することができ、補助電極ＡＵＸの電位をアクティブに制御することができる。したがって、プラズマの面内均一性をより高くするように制御することができる。
なお、補助電極ＡＵＸの下部の誘電体内部に電極を設け、補助電極ＡＵＸの代わりに、当該電極に、例示される各種電源を接続してもよい。
本例のプラズマ処理装置は、第１の分岐配線Ｌ１を通る電力伝達経路（第３の給電ライン）と、第２の分岐配線Ｌ２を通る電力伝達経路（第４の給電ライン）とを有している。第３の給電ラインは、電源ＳＡ（第１の電源）から出力された周期性を有する信号を、載置台１６（第１の下部電極）に供給する。第４の給電ラインは、電源ＳＡ（第１の電源）から出力された周期性を有する信号を補助電極ＡＵＸ（第２の下部電極）に供給する。プラズマ処理装置は、第１の分岐配線Ｌ１上に第１の可変インピーダンス回路８１を有している。プラズマ処理装置は、第２の分岐配線Ｌ２上に第２の可変インピーダンス回路８２を有している。これらの可変インピーダンス回路は、いずれか一方のみであっても、電力分配機能を奏することができる。
第１の可変インピーダンス回路８１と第２の可変インピーダンス回路８２におけるインピーダンスを調整することにより、対象となる下部電極への電力供給量を調整することができる。したがって、載置台１６と補助電極ＡＵＸに供給される電力の比率を調整することができる。プラズマ密度は、対象となる電極への電力供給量に依存する。したがって、電力供給量の比率を調整することで、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
図１０は、例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。
電源ＳＡは、第１の整合器８７を介して、載置台１６に接続されている。本例の電源ＳＡは、プラズマ発生用の高周波電源である。電源ＳＡから第１の高周波電力を載置台１６に供給している。
電源ＳＦは、第２の整合器８８を介して、載置台１６に接続されている。本例の電源ＳＦはイオン引き込み用の高周波電源である。電源ＳＦから第２の高周波電力を載置台１６に供給している。
電源ＳＥは、センサー８３を介して、補助電極ＡＵＸに接続されている。電源ＳＥは、補助電極ＡＵＸの電位を制御する。補助電極ＡＵＸの電位を調整することにより、基板周辺領域におけるプラズマ密度を制御することができる。また、プラズマ発生用の電源ＳＡの出力を調整することにより、基板載置領域におけるプラズマ密度を調整することができる。電源ＳＥは、電源ＳＡ及び電源ＳＦとは異なる電源であり、高周波電源でありうる。また、電源ＳＥは、パルス電源であってもよい。
本例のプラズマ処理装置は、補助電極ＡＵＸに周期性を有する信号を供給する電源ＳＥ（第５の電源）を備えている。補助電極ＡＵＸに、周期性を有する信号が与えられると、補助電極ＡＵＸの近傍において発生するプラズマの密度を向上させることができる。
本例のプラズマ処理装置は、補助電極ＡＵＸに発生する自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサー８３を更に有している。図１に示した制御部９５は、センサー８３より計測された計測値に応じて電源ＳＢ（第２の電源）の出力を制御してもよい。センサー８３により計測された計測値は、補助電極ＡＵＸによって反射される電子量、すなわち、基板周辺領域におけるプラズマ密度に相関する。また、上述のように、電源ＳＢの出力を調整することにより、プラズマ密度を調整することができる。したがって、制御部９５が、計測値に対応するプラズマ密度に応じて、電源ＳＢの出力を調整する。例えば、センサー８３の計測値に対応するプラズマ密度が、基準値よりも低い場合には、電源ＳＢの出力（負のバイアス電圧の大きさ）を増加させる。また、センサー８３の計測値に対応するプラズマ密度が、基準値以上の場合には、電源ＳＢの出力（負のバイアス電圧の大きさ）を減少させる。このフィードバック制御により、基板周辺領域におけるプラズマ密度が基準値に近づくように、制御することができる。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
本例のプラズマ処理装置は、補助電極ＡＵＸに発生する自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサー８３を有している。制御部９５は、センサー８３より計測された計測値に応じて電源ＳＥ（第５の電源）の出力を制御してもよい。センサー８３により計測された計測値は、補助電極ＡＵＸによって反射される電子量、すなわち、基板周辺領域におけるプラズマ密度に相関する。制御部９５が、計測値に対応するプラズマ密度に応じて、電源ＳＥの出力を調整すると、基板周辺領域におけるプラズマ密度を制御することができる。例えば、センサー８３の計測値に対応するプラズマ密度が、基準値よりも低い場合には、電源ＳＥの出力（負のバイアス電圧の振幅中心電圧の大きさ、及び／又は、電力）を増加させる。センサー８３の計測値に対応するプラズマ密度が、基準値以上の場合には、電源ＳＥの出力（負のバイアス電圧の振幅中心電圧の大きさ、及び／又は、電力）を減少させる。これにより、基板周辺領域におけるプラズマ密度が基準値に近づくように制御することができる。このフィードバック制御により、プラズマの面内均一性を高くすることができる。なお、基準値、及び計測値とプラズマ密度との相関関係は、予め、図１の記憶部９７内に記憶しておくこともできる。
なお、電源ＳＥ（第５の電源）に代えて、直流電圧を発生する電源ＳＤ（第４の電源）を用いることもできる。また、電源ＳＥに加えて、直流電圧を発生する電源ＳＤを、補助電極ＡＵＸに接続してもよい。すなわち、本例のプラズマ処理装置は、補助電極ＡＵＸ（第２の下部電極）に直流電圧を供給する電源ＳＤ（第４の電源）を備えていてもよい。
なお、載置台１６に接続され、第１の高周波電力（周期性を有する信号）を発生する電源ＳＡに代えて、或いは、加えて、後述の図１２又は図１６に示す電源ＳＣ（第３の電源）を第２の電極板３５に接続してもよい。この場合、電源ＳＣからの出力は、図１２に示すように分岐させることもできる。
補助電極ＡＵＸに直流電圧が供給されると、補助電極ＡＵＸに向かう電子に力を与えることができ、補助電極ＡＵＸの近傍におけるプラズマ密度を制御することができる。例えば、制御部９５は、センサー８３の計測値に対応するプラズマ密度が、基準値よりも低い場合には、電源ＳＤの出力（負のバイアス電圧の大きさ）を増加させる。これにより、この電子に斥力を与えることができ、補助電極ＡＵＸから、電子は離れる方向（プラズマの方向）に移動する。この電子は、プラズマ生成に寄与するので、基板周辺領域におけるプラズマ密度が基準値に近づくように増加する。逆に、制御部９５は、センサー８３の計測値に対応するプラズマ密度が、基準値以上の場合には、電源ＳＤの出力（負のバイアス電圧の大きさ）を減少させる。図１に示した制御部９５は、このようにして、基板周辺領域におけるプラズマ密度を制御し、プラズマ密度の面内均一性を高くすることができる。
本例におけるプラズマ処理装置は、電源ＳＡ及び電源ＳＦとは異なる電源ＳＥ（ＳＤ）を用いて、補助電極ＡＵＸに高周波電力を供給している。したがって、載置台１６の中央部にプラズマを生成する電源ＳＡ及び電源ＳＦとは独立して、電源ＳＥ（ＳＤ）から、基板周辺領域に供給される高周波電力を調整することができ、補助電極ＡＵＸの電位をアクティブに制御することができる。したがって、プラズマの面内均一性をより高くするように制御することができる。
図１１は、例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。本例に示すように、補助電極ＡＵＸの下部に位置する絶縁部材２６の内部に、電力供給用の電極７３を設けてもよい。図１１に示したプラズマ処理装置は、図１０における補助電極ＡＵＸの代わりに、電力供給用の電極７３に、センサー８３を介して電源ＳＥ（ＳＤ）を接続したものである。図１１の構成は、電極７３を介して、補助電極ＡＵＸに与えられる電位を制御する点を除いて、図１０に示したものと同一であり、同様の作用効果を奏する。
すなわち、電極７３は、電源ＳＥ（ＳＤ）に接続されている。電極７３と電源ＳＥ（ＳＤ）との間に、補助電極ＡＵＸに生じる自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサー８３を設けてもよい。センサー８３は、直接補助電極ＡＵＸに接続してもよい。センサー８３により取得した自己バイアス電圧又は電圧波形（又はピーク間電圧の大きさ）を制御部９５（図１）にフィードバックし、図１０の場合と同様に、プラズマ密度の制御を行ってもよい。制御部９５により、電源ＳＥ（ＳＤ）又は電源ＳＢ（図１）の出力を制御してもよい。
本例におけるプラズマ処理装置は、電源ＳＡ及び電源ＳＦとは異なる電源ＳＥ（ＳＤ）を用いて、補助電極ＡＵＸに高周波電力を供給している。したがって、載置台１６の中央部にプラズマを生成する電源ＳＡ及び電源ＳＦとは独立して、電源ＳＥ（ＳＤ）から、基板周辺領域に供給される高周波電力を調整することができ、補助電極ＡＵＸの電位をアクティブに制御することができる。したがって、プラズマの面内均一性をより高くするように制御することができる。
補助電極ＡＵＸと電源の接続関係としては、種々のタイプが考えられる。例えば、高周波電力を発生する電源ＳＥを電極７３に接続する。高周波電力を発生する電源ＳＥに代えて、直流電圧を発生する電源ＳＤを電極７３に接続する。高周波電圧を発生させる電源ＳＥを電極７３に接続した状態で、直流電圧を発生させる電源ＳＤを補助電極ＡＵＸに接続するなどの接続も考えられる。
電源ＳＤは、直流電源であってもよい。補助電極ＡＵＸの電位（接地電位との間の電圧）は、図３に示した自己バイアス電圧Ｖｄｃ（振幅中心電圧）を基準として周期的に変動している。したがって、補助電極ＡＵＸの電位の平均値はＶｄｃとなる。補助電極ＡＵＸの電位は、これに直接、交流電源を接続して変動させることができる。また、補助電極ＡＵＸの電位は、載置台１６に与えられる交流電位に結合させて、変動させることができる。ここで、電源ＳＤにより、電極７３に負の直流電圧Ｖａを印加すると、補助電極ＡＵＸの電位の平均値はＶｄｃとＶａを合算した値となる。すなわち、直流電源である電源ＳＤと、電極７３又は補助電極ＡＵＸとを接続することにより、周期的に変動する補助電極ＡＵＸの電位を全体的に補正することもできる。
なお、電源ＳＥ及び電源ＳＤを共に高周波電源とする構成も可能である。この場合、補助電極ＡＵＸ又は電極７３に、第１及び第２の高周波電力が与えられる。
上記では、第２の電極板３５には、電源ＳＢから、直流電圧が印加される例を説明した。直流電圧を発生する電源ＳＢに代えて、交流電圧を発生する電源ＳＣを第２の電極板３５に接続することもできる。次に、第２の電極板３５に高周波電力を印加する場合について説明する。
図１２は、例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。本例のプラズマ処理装置は、図１１に示したプラズマ発生用の電源ＳＡを、載置台１６から取り除き、代わりに、電源ＳＣを、第２の電極板３５及び電極支持体３８（第１の電極板３６）に接続した例を示している。換言すれば、本例は、プラズマ発生用の電源を、下部電極ではなく、上部電極に接続した例を示している。プラズマ発生用の電源を、下部電極に加えて、上部電極にも接続してもよい。
電源ＳＣは、第１の整合器８７、共通配線Ｌ０、第１の分岐配線Ｌ１を介して、電極支持体３８（第１の電極板３６）に接続されている。本例の電源ＳＣは、プラズマ発生用の高周波電源であり、電源ＳＣからは、第１の高周波電力が、第１の分岐配線Ｌ１を介して、電極支持体３８及び第１の電極板３６に供給される。
また、電源ＳＣは、第１の整合器８７、共通配線Ｌ０、第２の分岐配線Ｌ２を介して、第２の電極板３５に接続されている。共通配線Ｌ０は、第１の分岐配線Ｌ１及び第２の分岐配線Ｌ２に分岐し、第２の分岐配線Ｌ２は、電極支持体３８を介さずに、第２の電極板３５に接続されている。本例の電源ＳＣからは、第１の高周波電力が、第２の分岐配線Ｌ２を介して、第２の電極板３５に供給される。
電源ＳＦは、第２の整合器８を介して、載置台１６に接続されている。本例の電源ＳＦはイオン引き込み用の高周波電源である。
電源ＳＥは、センサー８３を介して、補助電極ＡＸＵに接続されている。本例の電源ＳＥは交流電源であるが、電源ＳＥに代えて、直流電源である電源ＳＤを用いることもできる。電源ＳＥ及び電源ＳＤは、いずれか一方、又は、双方を補助電極ＡＵＸに接続することができる。電源ＳＥ（ＳＤ）を用いた場合の作用効果は、上述の通りである。
第２の電極板３５には、高周波電力が供給されるため、負の直流電圧である自己バイアス電圧が発生する。そこで、第２の電極板３５に生じる自己バイアス電圧の大きさ（絶対値）を、補助電極ＡＵＸに生じる自己バイアス電圧の大きさ（絶対値）と同一となるように設定する。或いは、第２の電極板３５に生じる自己バイアス電圧の大きさ（絶対値）を、補助電極ＡＵＸに生じる自己バイアス電圧の大きさ（絶対値）以上となるように設定してもよい。これにより、プラズマ中の粒子と衝突しなかった加速電子を効率よく再度プラズマ中に戻すことができる。
第１の分岐配線Ｌ１上及び／又は第２の分岐配線Ｌ２上には、第１の可変インピーダンス回路８１ａ及び／又は第２の可変インピーダンス回路８２ａが設けられている。それぞれの可変インピーダンス回路は、そのインピーダンスが可変である回路であれば、任意の構成の回路であり得る。一例においては、第１の可変インピーダンス回路８１ａ及び／又は第２の可変インピーダンス回路８２ａは、可変容量コンデンサを含み得る。
また、第２の電極板３５と第２の可変インピーダンス回路８２ａとの間に、第２の電極板３５に生じる自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサー８３ａを設けてもよい。この場合、センサー８３ａにより取得した自己バイアス電圧又は電圧波形（又はピーク間電圧の大きさ）を、図１に示した制御部９５にフィードバックし、上記と同様のフィードバック制御を行ってもよい。図１に示した制御部９５は、電源ＳＣ、電源ＳＦ、電源ＳＥ（ＳＤ）、第１の可変インピーダンス回路８１ａ、及び／又は第２の可変インピーダンス回路８２ａを制御し、基板周辺領域におけるプラズマ密度を、目標となる基準値に設定することができる。
本例のプラズマ処理装置は、第２の電極板３５に、周期性を有する信号を供給する電源ＳＣ（第３の電源）を有している。第２の電極板３５に、周期性を有する信号が与えられると、第２の電極板３５の近傍において発生するプラズマの密度を向上させることができる。なお、図１２においては、載置台１６（第１の下部電極）に周期性を有する信号を供給する電源ＳＦ（第１の電源）は、イオン引き込み用の電源である。
本例のプラズマ処理装置は、第１の分岐配線Ｌ１を通る電力伝達経路（第１の給電ライン）と、第２の分岐配線Ｌ２を通る電力伝達経路（第２の給電ライン）とを有している。第１の給電ラインは、電源ＳＣ（第３の電源）から出力された周期性を有する信号を、電極支持体３８を介して第１の電極板３６（第１の上部電極）に供給する。第２の給電ラインは、電源ＳＣから出力された周期性を有する信号を、第２の電極板３５（第２の上部電極）に供給する。第１の分岐配線Ｌ１（第１の給電ライン）又は第２の分岐配線Ｌ２（第２の給電ライン）上には、第１の可変インピーダンス回路８１ａ、第２の可変インピーダンス回路８２ａが設けられている。
第１の可変インピーダンス回路８１ａ及び／又は第２の可変インピーダンス回路８２ａにおけるインピーダンスを調整することにより、対象となる上部電極への電力供給量を調整することができる。したがって。第１の電極板３６と、第２の電極板３５に供給される電力の比率を調整することができる。プラズマ密度は、対象となる電極への電力供給量に依存する。したがって、電力供給量の比率を調整することで、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
なお、本例においても、図９～図１１に示した例のように、電源ＳＡを載置台１６に接続してもよい。
以上、説明したように、図１２のプラズマ処理装置は、補助電極ＡＵＸに発生する自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサー８３と、第２の電極板３５に発生する自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサー８３ａとを備えている。これらのセンサー８３，８３ａは、いずれか一方のみでも、センサー出力に基づくフィードバック制御は可能である。図１に示した制御部９５は、センサー８３，８３ａにより、計測された計測値に応じて、第１の可変インピーダンス回路８１ａのインピーダンスと、第２の可変インピーダンス回路８２ａのインピーダンスを制御する。この計測値は、自己バイアス電圧又は電圧波形（又はピーク間電圧の大きさ）である。なお、下側の補助電極ＡＵＸには、図９に示したように、電源ＳＡ及び電源ＳＦから、可変インピーダンス回路を介して、高周波電力が与えられてもよい。この場合、図１に示した制御部９５は、補助電極ＡＵＸ（第２の下部電極）に発生する自己バイアス電圧を計測するセンサー８３を有し、センサー８３により計測された計測値に応じて、図９に示した可変インピーダンス回路８１，８２のインピーダンスを制御する。
インピーダンスの値に応じて、伝達できる電力量が変化する。基板周辺領域におけるプラズマ密度と、計測値との間には、相関がある。計測値に基づき、基板周辺領域におけるプラズマ密度が、基準値よりも低いと判断される場合には、制御部９５は、プラズマ密度を増加させる制御を行う。基板周辺領域におけるプラズマ密度が、基準値以上であると判断される場合には、制御部９５は、プラズマ密度を低下させる制御を行う。基準値、及び計測値とプラズマ密度との相関関係は、予め、図１の記憶部９７内に記憶しておくこともできる。
基板周辺領域におけるプラズマ密度を上げる方法は、上述の通りである。可変インピーダンス回路のインピーダンスは、基板載置領域上の空間（載置台１６と第１の電極板３６との間の空間）と、基板周辺領域上の空間（補助電極ＡＵＸと第２の電極板３５との間の空間）内に発生するプラズマ密度を制御する。センサーにより計測された計測値は、基板周辺領域内におけるプラズマ密度に相関する。したがって、制御部９５が、計測値に対応するプラズマ密度に応じて、可変インピーダンス回路８１ａ、８２ａのインピーダンスを調整することで、可変インピーダンス回路８１ａ、８２ａに接続された電極への電力供給量を調整することができる。プラズマ密度は、対象となる電極への電力供給量に依存する。したがって、センサー８３、８３ａによる計測値に基づき、電力供給量の比率を調整することで、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
図１３は、例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。本例は、図１２に示したプラズマ処理装置と比較して、上側の電源接続関係のみが異なり、他の構成は同一である。
電源ＳＣは、第１の整合器８７を介して、電極支持体３８（第１の電極板３６）に接続されている。電源ＳＢは、センサー８３ａを介して、第２の電極板３５に接続されている。電源ＳＣは、図１２に示したプラズマ発生用の高周波電源である。上側の電源ＳＢの構成は、下側の電源ＳＥ（ＳＤ）と同様の構成を採用することができる。換言すれば、電源ＳＢは、直流電圧を発生する直流電源であるが、パルス電源又は高周波電源であってもよい。第２の電極板３５には、電源ＳＢ(直流電圧)に加えて、別の電源（パルス電源、高周波電源）を接続してもよい。
いずれの場合においても、図３に示したように、第２の電極板３５の電位の平均値（或いは実効値）の大きさが、補助電極ＡＵＸの電位の平均値（或いは実効値）の大きさと同一、もしくは、それ以上となる（条件１）を満たす。電源ＳＢ及び電源ＳＥ（ＳＤ）の出力は、（条件１）を満たすように設定される。（条件１）を満たすため、電源ＳＢ及び電源ＳＥ（ＳＤ）の出力に加えて、電源ＳＣ及び電源ＳＦを制御してもよい。すなわち、（条件１）を満たすため、電源ＳＢ、電源ＳＥ（ＳＤ）、電源ＳＣ及び電源ＳＦの少なくとも１つ以上の出力を制御することができる。電源が高周波電源（交流電源）である場合、電源と電極との間に、上述の可変インピーダンス回路を設けることができる。（条件１）を満たすように、これらの可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御してもよい。また、これらの制御は、センサー８３、８３ａから取得した第２の電極板３５及び／又は補助電極ＡＵＸに生じる自己バイアス電圧又は電圧波形（又はピーク間電圧の大きさ）の値に基づいて、行ってもよい。フィードバック制御の方法は、上述の制御と同様である。
これにより、プラズマ中の粒子と衝突しなかった加速電子を効率よく再度プラズマ中に戻すことができ、プラズマ密度が低くなる基板の周辺部においても効率的にプラズマを発生させることができる。このため、プラズマの均一性を向上させることができる。
上述の第２の電極板３５と補助電極ＡＵＸとは、基板の周辺部にて対向していればよく、基板載置領域と平行に配置しなくてもよい。また、第２の電極板３５と補助電極ＡＵＸに、直流電源又は高周波電源を接続しなくてもよい。
図１４は、プラズマ処理装置における基板周辺の縦断面構成を示す図である。
同図に示すように、絶縁部材２６は傾斜面を有し、補助電極ＡＵＸは傾斜面に載置されている。補助電極ＡＵＸは、配線によりチャンバ１０と電気的に接続されており、接地されている。補助電極ＡＵＸの形状は、図６に示したものと同一のものを示しているが、形状はこれに限定されない。凹部Ｄの形状としては、図７に示したものも用いることができ、凹部Ｄを設けずに平坦にしてもよい。補助電極ＡＵＸと対向するように、水平方向から傾斜した平坦面を有する第２の電極板３５ｂが設けられている。すなわち、補助電極ＡＵＸの凹部Ｄの表面に対する法線上に、第２の電極板３５ｂが位置している。第２の電極板３５ｂはチャンバ１０の側壁を介して接地されている。第２の電極板３５ｂはチャンバ１０の側壁で構成してもよく、デポシールドで構成してもよい。また、図４又は図５に示した第２の電極板３５のように、補助電極ＡＵＸ側ではなく第２の電極板３５ｂの方に凹部Ｄを設けてもよい。補助電極ＡＵＸ及び第２の電極板３５ｂの双方に凹部Ｄを設けてもよい。
なお、図１４においては、図１３に示された絶縁性部材３９は存在せず、第１の電極板３６の水平方向端部が、絶縁性遮蔽部材４２の内周面に当接している。第１の電極板３６と、第２の電極板３５ｂとは、絶縁性遮蔽部材４２によって、電気的に分離されている。
本形態におけるプラズマ処理装置においては、凹部Ｄを有する補助電極ＡＵＸは傾斜面に載置されており、第２の電極板３５ｂは水平方向から傾斜した平坦面を有して対向している。すなわち、補助電極ＡＵＸの凹部Ｄの底面に対する法線が、基板載置領域に対する法線に対して傾斜するように配置されている。
本形態におけるプラズマ処理装置においては、第２の電極板３５ｂ及び補助電極ＡＵＸは、接地されており、同電位である。載置台１６と第１の電極板３６との間で生成されたプラズマＰＬは、補助電極ＡＵＸと第２の電極板３５ｂとの間の空間に拡散する。シース電界の強さはプラズマ電位と壁電位との差に比例する。また、プラズマ電位はバイアスパワーが大きいほど大きくなり、かつ正位相の時に最大となる。このため、接地された補助電極ＡＵＸの電位とプラズマとの間に大きな電位勾配が生じ、シースが薄いときに補助電極ＡＵＸ近傍のプラズマ中に存在した電子が、補助電極ＡＵＸと対向する第２の電極板３５ｂに向かって（プラズマに向かって）加速される。加速された電子の一部は、プラズマ中の粒子と衝突し、プラズマ密度の向上に寄与する。一方、プラズマ中の粒子と衝突しなかった残りの加速電子は、第２の電極板３５ｂとプラズマとの間のシース電界により斥力を受け、プラズマ中に戻される。また、シースが薄いときに第２の電極板３５ｂ近傍のプラズマ中に存在した電子も同様に、プラズマに向かって加速され、補助電極ＡＵＸとプラズマとの間のシース電界により斥力を受け、プラズマ中に戻される。したがって、第２の電極板３５ｂと補助電極ＡＵＸとの間の空間において加速電子の往復が生じ、基板周辺部のプラズマ密度を向上させることができる。このため、プラズマの均一性を向上させることができる。
なお、補助電極ＡＵＸ及び第２の電極板３５ｂに高周波電源及び／又は直流電源を電気的に接続し、補助電極ＡＵＸ及び第２の電極板３５ｂに電位を与える構成にしてもよい。
図１５は、補助電極ＡＵＸと第２の電極板３５ｂとの位置関係の一例を示す図である。
補助電極ＡＵＸ及び第２の電極板３５ｂの双方が、凹部Ｄを有している。補助電極ＡＵＸにおける凹部Ｄの表面に対しては、複数の法線（ＮＡＵＸ，ＮＡＵＸａ）を設定することができる。法線ＮＡＵＸは、第２の電極板３５ｂにおける凹部Ｄの最深部に向けて延びている。補助電極ＡＵＸの凹部Ｄの最深部における法線ＮＡＵＸは、鉛直方向（Ｚ軸方向）に対して、傾斜している。
第２の電極板３５ｂにおける凹部Ｄの表面に対しても、複数の法線（Ｎ３５，Ｎ３５ａ）を設定することができる。法線Ｎ３５は、第２の電極板３５における凹部Ｄの最深部における法線である。法線Ｎ３５は、補助電極ＡＵＸにおける凹部Ｄの最深部に向けて延びている。第２の電極板３５ｂの凹部Ｄの最深部における法線Ｎ３５も、鉛直方向（Ｚ軸方向）に対して、傾斜している。傾斜している点を除いて、それぞれの凹部Ｄの形状は、図８において説明したものと同一である。
静電チャック１８上の基板載置領域の表面上の法線Ｎ１８は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に平行である。第２の電極板３５ｂ及び補助電極ＡＵＸは、凹部Ｄの底面に対する法線ＮＡＵＸ（又はＮ３５）が、基板載置領域に対する法線Ｎ１８に対して、角度θだけ、傾斜するように配置されている。第２の電極板３５ｂと補助電極ＡＵＸとの間の距離、上記傾斜の角度θを変更することで、基板周辺領域における、プラズマの強度や形状を変更することができる。プラズマ密度の面内分布の設計自由度が向上するので、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
補助電極ＡＵＸの凹部Ｄの表面近傍の電子は、ＸＺ平面内において、第２の電極板３５ｂの凹部Ｄに向けて加速される。加速された電子は、第２の電極板３５ｂに向けて集束される。逆に、第２の電極板３５ｂの凹部Ｄの表面近傍の電子は、ＸＺ平面内において、補助電極ＡＵＸの凹部Ｄに向けて加速される。この加速された電子は、補助電極ＡＵＸに向けて集束される。したがって、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加する。これにより、基板載置領域の中央部におけるプラズマ密度の増加を抑制することができる。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
なお、第２の電極板３５ｂは、チャンバ１０（処理容器）の内壁又はチャンバ１０の内壁に沿って設けられたデポシールドにより構成されてもよい。図１に示したチャンバ１０の内壁面が、これらの要素に対応する。この場合、第２の電極板３５ｂは、チャンバの内壁又はデポシールドを兼用しているので、上述の作用効果を奏しつつ、部品点数を少なくすることができる。なお、図１４及び図１５の構造は、その他の実施形態の場合においても、適用することができる。
図１６は、電源と電極との接続関係を示す図である。上述の電極と電源とは、種々の電気的接続を行うことができる。
例えば、上述の実施形態において、第２の電極板３５（３５ｂ）及び補助電極ＡＵＸは、電気的に接地されていてもよい。この場合、補助電極ＡＵＸは接地電位Ｇ１に接続され、第２の電極板３５は、接地電位Ｇ２に接続される。補助電極ＡＵＸと第２の電極板３５との間に、プラスの電位のプラズマのシースが形成されている場合、これらの電極近傍の電子は、シースの方に進行する。シース方向に移動した電子は、プラズマ発生に寄与するので、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加する。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
プラズマ発生領域よりも、下側の電極群として、載置台１６及び補助電極ＡＵＸがある。これらの電極群には、下側電極群用の電源回路群ＳＤＯＷＮが接続可能である。電源回路群ＳＤＯＷＮは、第１の電源ＳＡ、イオン引き込み用の電源ＳＦ、第４の電源ＳＤ、第５の電源ＳＥ、接地電位Ｇ１、及び、電力を分配する分配回路ＤＩＶ１を備えている。
プラズマ発生領域よりも、上側の電極群として、第１の電極板３６及び第２の電極板３５がある。これらの電極群には、上側電極群用の電源回路群ＳＵＰが接続可能である。電源回路群ＳＵＰは、第３の電源ＳＣ、第２の電源ＳＢ、接地電位Ｇ２、及び、電力を分配する分配回路ＤＩＶ２を備えている。
下側の分配回路ＤＩＶ１の構成は、図９に示したように、電力伝達経路中に、可変インピーダンス回路を含む回路であり、これらのインピーダンスの値に応じて、接続された電極への電力供給比を変更する回路である。
下側の電源から分配回路ＤＩＶ１を介して、載置台１６及び補助電極ＡＵＸに電力を供給することができる。下側の電源から分配回路ＤＩＶ１を介さないで、載置台１６及び補助電極ＡＵＸに電力を供給することもできる。第１の電源ＳＡを高周波電源、イオン引き込み用の電源ＳＦを第１の電源ＳＡよりも、周波数が低い電源とする。第４の電源ＳＤは直流電源、第５の電源ＳＥは高周波電源とする。これらの電源の組み合わせは複数存在する。
イオン引き込み用の電源ＳＦは、分配回路ＤＩＶ１を介して、或いは、介さないで、載置台１６に接続される。プラズマ発生用の電源を、第１の電源ＳＡとすると、第１の電源ＳＡは、分配回路ＤＩＶ１を介して、或いは、介さないで、載置台１６に接続することができる。第４の電源ＳＤ、第５の電源ＳＥ及び接地電位Ｇ１は、いずれか１つを補助電極ＡＵＸに接続することができる。第４の電源ＳＤ及び第５の電源ＳＥは、共に、分配回路ＤＩＶ１を介することなく、補助電極ＡＵＸに接続することができる。接続した経路内に、補助電極ＡＵＸの自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサーを設けることができる。第１の電源ＳＡ、第４の電源ＳＤ及び第５の電源ＳＥの出力は、分配回路ＤＩＶ１を介して、載置台１６と補助電極ＡＵＸに接続してもよい。いずれの電力伝達経路内においても、自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサーを配置することができ、上述のフィードバック手法に基づいて、プラズマの面内均一性が高くなるように、制御を行ってもよい。
上側の分配回路ＤＩＶ２の構成は、図１２に示したように、電力伝達経路中に、可変インピーダンス回路を含む回路であり、これらのインピーダンスの比率に応じて、接続された電極への電力供給比を変更する回路である。
上側の電源から分配回路ＤＩＶ２を介して、第１の電極板３６及び第２の電極板３５に電力を供給することができる。上側の電源から分配回路ＤＩＶ２を介さないで、第１の電極板３６及び第２の電極板３５に電力を供給することもできる。第３の電源ＳＣは高周波電源である。第２の電源ＳＢは、直流電源であるが、パルス電源や高周波電源とすることも可能である。第２の電源ＳＢは、直流電源及び高周波電源（周期性を有する信号を供給する電源）を備え、それぞれから直流電圧と交流電圧（高周波電圧）を第２の電極板３５に印加する構成であってもよい。
プラズマ発生用の電源を、第３の電源ＳＣとすると、第３の電源ＳＣは、分配回路ＤＩＶ２を介して、或いは、介さないで、第１の電極板３６に接続することができる。第３の電源ＳＣ、第２の電源ＳＢ及び接地電位Ｇ２は、いずれか１つを第２の電極板３５に接続することができる。第３の電源ＳＣ及び第２の電源ＳＢは、共に、分配回路ＤＩＶ２を介することなく、第２の電極板３５に接続することができる。接続した経路内に、第２の電極板３５の自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサーを設けることができる。第３の電源ＳＣ及び第２の電源ＳＢの出力は、分配回路ＤＩＶ２を介して、第１の電極板３６及び第２の電極板３５に接続してもよい。いずれの電力伝達経路内においても、自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサーを配置することができ、上述のフィードバック手法に基づいて、プラズマの面内均一性が高くなるように、制御を行ってもよい。プラズマの面内均一性が高くなるフィードバック制御は、全ての実施形態において、適用することができる。フィードバック制御に代えて、フィードフォワード制御を行うこともできる。
また、下側の電源回路群ＳＤＯＷＮから補助電極ＡＵＸに接続される上述のいずれかの電源を選択した場合、上側の電源回路群ＳＵＰから第２の電極板３５に接続される上述のいずれかの電源を選択して、組み合わせることができる。例えば、直流電圧を印加する下側の電源として電源ＳＤを選択し、直流電圧を印加する上側の電源として電源ＳＢを選択する。或いは、直流電圧を印加する下側の電源として電源ＳＤを選択し、交流電圧（周期性を有する信号）を印加する上側の電源として電源ＳＢを選択する。この場合、電源ＳＢは、直流電圧を印加する電源と、交流電圧を印加する電源とを含むことができる。電源ＳＢが、交流電源を含む場合、図１２に示した電源ＳＣと同様に結線し、電力伝達経路内に可変インピーダンス回路を含むことができる。いずれかの組み合わせにおいて、図９に示したように、第１の電源ＳＡからの出力を分岐させ、可変インピーダンス回路と、自己バイアス電圧又は電圧波形計測用のセンサーとを設けることもできる。補助電極ＡＵＸには、第５の電源ＳＥを単独で、或いは、上述のいずれかの電源接続を組み合わせて、接続することができる。
以上、説明したように、上述のプラズマ処理装置は、チャンバ１０、載置台１６及び静電チャック１８（第１の下部電極）、補助電極ＡＵＸ（第２の下部電極）を有している。上述のプラズマ処理装置は、更に、第１の電極板３６（第１の上部電極）、第２の電極板３５，３５ｂ（第２の上部電極）、及び第１の電源ＳＡ（ＳＦ）を有している。載置台１６及び静電チャック１８は、チャンバ１０の内部に設けられ、半導体ウエハＷを載置する基板載置領域を有する。補助電極ＡＵＸは、基板周辺領域に配置されている。第１の電極板３６は、基板載置領域と対向して配置されている。第２の電極板３５，３５ｂは、第１の電極板３６の外側の領域に配置され、補助電極ＡＵＸと対向して配置されている。第１の電源ＳＡ（ＳＦ）は、載置台１６に周期性を有する信号を供給する。補助電極ＡＵＸ及び第２の電極板３５，３５ｂの少なくとも一方は凹部Ｄを有する。凹部Ｄの表面に対する法線上に補助電極ＡＵＸ又は第２の電極板３５，３５ｂが位置する。
補助電極ＡＵＸ及び第２の電極板３５，３５ｂの一方の凹部Ｄの表面近傍から他方に向けて加速される電子は集束するため、基板周辺領域におけるプラズマ密度が増加し、基板載置領域の中心部におけるプラズマ密度が高くなること抑制することができる。したがって、プラズマの面内均一性を高くすることができる。
また、第２の電極板３５の下面のみが凹部Ｄの構造、補助電極ＡＵＸの上面のみが凹部Ｄの構造、これらの双方が凹部の構造を、全ての実施形態に適用することができる。また、上述の説明において、上述のエッジリングＥＲと、補助電極ＡＵＸは一体化してもよい。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。また、以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的本明細書において説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１０ａ…接地導体、１４…支持台、１６…載置台（第１の下部電極）、１８…静電チャック、２６…絶縁部材、３４…上部電極、３５，３５ｂ…第２の電極板（第２の上部電極）、３６…第１の電極板（第１の上部電極）、３７…吐出孔、３８…電極支持体、３９…絶縁性部材、４０…ガス拡散室、４１…ガス流通孔、４２…絶縁性遮蔽部材、６２…ガス導入口、６４…ガス供給管、６６…処理ガス供給源、７０…バルブ、８１，８１ａ，８２，８２ａ…可変インピーダンス回路、８３，８３ａ…センサー、８４…排気装置、８５…開口、８６…ゲートバルブ、８７…第１の整合器、８８…第２の整合器、ＳＡ…電源、ＳＢ…電源、ＳＣ…電源、ＳＤ…電源、ＳＥ…電源、９５…制御部、９６…ユーザインターフェイス、９７…記憶部、ＡＵＸ…補助電極（第２の下部電極）、ＥＲ…エッジリング、ＰＬ…プラズマ、Ｗ…半導体ウエハ、Ｄ…凹部。

Claims (17)

  1. チャンバと、
    前記チャンバの内部に設けられ、基板を載置する基板載置領域を有する第１の下部電極と、
    前記基板載置領域の外側の領域に配置された第２の下部電極と、
    前記基板載置領域と対向して配置された第１の上部電極と、
    前記第１の上部電極の外側の領域に配置され、前記第２の下部電極と対向して配置された第２の上部電極と、
    前記第１の下部電極に周期性を有する信号を供給する第１の電源と、
    を有し、
    前記第２の下部電極及び前記第２の上部電極の少なくとも一方は凹部を有し、
    前記凹部の表面に対する法線上に前記第２の下部電極又は前記第２の上部電極が位置するプラズマ処理装置。
  2. 前記第２の下部電極及び前記第２の上部電極の双方が前記凹部を有し、
    前記第２の下部電極の前記凹部の表面に対する法線上に前記第２の上部電極の前記凹部が位置し、且つ、
    前記第２の上部電極の前記凹部の表面に対する法線上に前記第２の下部電極の前記凹部が位置する、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記第２の上部電極に直流電圧を供給する第２の電源を更に有する請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記第２の上部電極に周期性を有する信号を供給する第３の電源を更に有する請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記第３の電源から出力された前記周期性を有する信号を前記第１の上部電極に供給する第１の給電ラインと、
    前記第３の電源から出力された前記周期性を有する信号を前記第２の上部電極に供給する第２の給電ラインと、
    を有し、
    前記第１の給電ライン又は前記第２の給電ラインに可変インピーダンス回路を有する請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記第２の下部電極に直流電圧を供給する第４の電源を更に備える請求項３～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記第１の電源から出力された前記周期性を有する信号を前記第１の下部電極に供給する第３の給電ラインと、
    前記第１の電源から出力された前記周期性を有する信号を前記第２の下部電極に供給する第４の給電ラインと、
    を有し、
    前記第３の給電ライン又は前記第４の給電ラインに可変インピーダンス回路を有する請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記第２の下部電極に周期性を有する信号を供給する第５の電源を更に備える請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記第２の下部電極又は前記第２の上部電極に発生する自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサーを更に有し、前記センサーより計測された計測値に応じて前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御する制御部を有する請求項５又は７に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記第２の下部電極に発生する自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサーを更に有し、前記センサーより計測された計測値に応じて前記第２の電源の出力を制御する制御部を有する請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記第２の下部電極に発生する自己バイアス電圧又は電圧波形を計測するセンサーを更に有し、前記センサーより計測された計測値に応じて前記第５の電源の出力を制御する制御部を有する請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記制御部は、前記第２の上部電極に、前記第２の下部電極に発生する自己バイアス電圧の大きさ以上の大きさの負の直流電圧が発生するように前記第２の電源の出力を制御する請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記第２の下部電極及び前記第２の上部電極は、電気的に接地されている請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記第２の上部電極と前記第２の下部電極との間の間隔が、前記第１の上部電極と前記第１の下部電極との間の間隔よりも狭い請求項１～１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記基板が載置される基板載置領域と前記第２の下部電極との間に、導電性のエッジリングを有する請求項１～１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記第２の上部電極及び前記第２の下部電極が、前記凹部の底面に対する法線が前記基板載置領域に対する法線に対して傾斜するように配置される請求項１～１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  17. 前記第２の上部電極が、前記チャンバの内壁又は前記チャンバの内壁に沿って設けられたデポシールドにより構成される請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
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