特許 6703508 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6703508

(24)【登録日】2020年5月12日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20200525BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20200525BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   H01L21/302 101D

   !H05H1/46 C

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-179665(P2017-179665)

(22)【出願日】2017年9月20日

(65)【公開番号】特開2019-57547(P2019-57547A)

(43)【公開日】2019年4月11日

【審査請求日】2019年5月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】山田 一也

(72)【発明者】

【氏名】山本 浩一

(72)【発明者】

【氏名】安井 尚輝

(72)【発明者】

【氏名】池田 紀彦

(72)【発明者】

【氏名】森 功

【審査官】 鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／２０４８６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０２７８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１６２７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２５３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０７１８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１７０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６７０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２２８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２７１１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２６０３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４１３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３２０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２９２７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料を静電吸着させるための第１の電極と第２の電極を具備し前記試料が載置される試料台と、前記第１の電極に第１の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、前記第２の電極に第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源と、前記第１の高周波電力の位相と前記第２の高周波電力の位相の差である位相差を制御する制御装置とを備えるプラズマ処理装置において、
前記第１の高周波電力を前記第１の電極に供給する第１の伝送路と前記第２の高周波電力を前記第２の電極に供給する第２の伝送路の間に配置された電極間回路部をさらに備え、
前記電極間回路部の一方の接続部が前記試料台と前記第１の高周波電源の整合器との間に接続され、
前記電極間回路部の他方の接続部が前記試料台と前記第２の高周波電源の整合器との間に接続され、
前記制御装置は、前記第１の電極に印加された高周波電圧のピーク・トウ・ピーク電圧と前記第２の電極に印加された高周波電圧のピーク・トウ・ピーク電圧の差である電圧差が所定の値となるように前記位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記電極間回路部はインダクタンスを有することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項3】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記一方の接続部と前記試料台との間における前記第１の高周波電力の位相および前記他方の接続部と前記試料台との間における前記第２の高周波電力の位相をモニタするモニタ部と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記モニタ部によりモニタされた前記第１の高周波電力の位相と前記モニタ部によりモニタされた前記第２の高周波電力の位相と前記所定の値を基に前記位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項4】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記制御装置は、前記位相差が前記電圧差と前記位相差の相関関係に基づいて求められた前記所定の値に対応する位相差となるように前記位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項5】

試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料を静電吸着させるための第１の電極と第２の電極を具備し前記試料が載置される試料台と、前記第１の電極に第１の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、前記第２の電極に第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源と、前記第１の高周波電力の位相と前記第２の高周波電力の位相の差である位相差を制御する制御装置と、前記第１の高周波電力を前記第１の電極に供給する第１の伝送路と前記第２の高周波電力を前記第２の電極に供給する第２の伝送路の間に配置された電極間回路部とを備え、前記電極間回路部の一方の接続部が前記試料台と前記第１の高周波電源の整合器との間に接続され、前記電極間回路部の他方の接続部が前記試料台と前記第２の高周波電源の整合器との間に接続されたプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、
前記第１の電極に印加された高周波電圧のピーク・トウ・ピーク電圧と前記第２の電極に印加された高周波電圧のピーク・トウ・ピーク電圧の差である電圧差が所定の値となるように前記位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項6】

請求項５に記載のプラズマ処理方法において、
前記一方の接続部と前記試料台との間における前記第１の高周波電力の位相および前記他方の接続部と前記試料台との間における前記第２の高周波電力の位相をモニタするモニタ部によりモニタされた前記第１の高周波電力の位相と、前記モニタ部によりモニタされた前記第２の高周波電力の位相と、前記所定の値と、を基に前記位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項7】

請求項５に記載のプラズマ処理方法において、
前記位相差が前記電圧差と前記位相差の相関関係に基づいて求められた前記所定の値に対応する位相差となるように前記位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項8】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記第１の高周波電力の周波数は、前記第２の高周波電力の周波数と同じであることを特徴とするプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空容器内部の処理室とその内側に配置されて半導体ウェハ等の基板状の試料がその上面上に載置される試料台とを備えたプラズマ処理装置を用いて、処理室内にプラズマを形成しつつ試料台の内部に配置された電極に高周波電力を供給して試料の処理を実施するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

処理室内に発生させたプラズマで半導体素子等の試料を加工するプラズマエッチング装置において、例えば特許文献１及び２に記載されているように、同心円状に形成された複数の基板電極を用いて、プラズマを発生させた状態で基板電極に高周波バイアス電力を印加することにより微細パターンを高精度にエッチング処理を施す方法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−６７０３７号公報

【特許文献2】特開２００４−２２８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、同心円状に２分割された電極である試料台を用いて試料を加工するプラズマ処理装置において、電極である試料台の中心側の試料台ブロックと外周側の試料台ブロックとに２つの高周波バイアス電源から印加するＲＦバイアス電力をそれぞれ独立して制御することが記載されている。

【0005】

また、特許文献２には、同心円状に中心側の内側ステージと外周側の外側ステージとに２分割された電極台を用いて試料を加工するプラズマ処理装置において、電極台の内側ステージと外側ステージとに２つの高周波バイアス電源から供給されるそれぞれの高周波電力の位相を同一にして印加する構成が記載されている。それぞれの高周波電力の位相を同一にして印加することで、内側ステージと外側ステージとの各々の電力に差をつけることで、電極台に試料に印加される高周波電力のピーク・トウ・ピーク電圧(以下、Ｖ_ＰＰと称する)を内側ステージと外側ステージとで差をつけることができる。

【0006】

しかしながら、２つの高周波バイアス電源からの電力を試料に印加させると以下のような２つの課題がある。

【0007】

まず、特許文献２に記載されているように、２つの高周波バイアス電源の出力を電極台の内側ステージと外側ステージとに供給し、試料に印加されるＶ_ＰＰを中心側と外周側で差をつけようとすると、各々の高周波バイアス電源からの出力の位相が同一の場合、２つの高周波バイアス電源の出力差を大きくする必要があり、一方の高周波バイアス電源に定格出力の大きな高周波バイアス電源が必要となる問題が生じる。

【0008】

また、２つの高周波バイアス電源の出力を外部からの位相制御装置によって同一にしようとした場合でも、各々のバイアス電源内部での位相の回り方に機差があると、電極台の内側ステージと外側ステージとに実際に印加される高周波電力が同一位相にならないという問題が生じる。

【0009】

また、特許文献１に開示の構成では、各々の分割された中心側の試料台ブロックと外周側の試料台ブロックとの電極間に電流が流れ電圧差の起因となる電極間回路が不足していることにより、電極間でＶ_ＰＰに十分な差をつけることができないという問題が生じる。

【0010】

本発明は、上述した従来技術の課題を解決して、試料の処理の均一性を向上させることができ、コストを抑えたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記した課題を解決するために、本発明では、試料がプラズマ処理される処理室と、プ
ラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、電気的に分割された第１の
領域と第２の領域を有し試料が載置される試料台と、第１の領域に第１の高周波電力を供
給する第１の高周波電源と、第２の領域に第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源
と、第１の高周波電力の位相と第２の高周波電力の位相の差である位相差を制御する制御
装置とを備えるプラズマ処理装置において、第１の高周波電源から第１の高周波電力を第１の領域に供給する第１の伝送路と第２の高周波電源から第２の高周波電力を第２の領域に供給する第２の伝送路の間に配置された電極間回路部をさらに備え、電極間回路部の一方の接続部が試料台と第１の高周波電源の整合器との間に接続され、電極間回路部の他方の接続部が試料台と第２の高周波電源の整合器との間に接続され、制御装置は、第１の領域に印加された高周波電圧のピーク・トウ・ピーク電圧と第２の領域に印加された高周波電圧のピーク・トウ・ピーク電圧の差である電圧差が所定の値となるように位相差を制御するように構成した。

【0012】

また、上記した課題を解決するために、本発明では、試料がプラズマ処理される処理室
と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、電気的に分割された
第１の領域と第２の領域を有し試料が載置される試料台と、第１の領域に第１の高周波電
力を供給する第１の高周波電源と、第２の領域に第２の高周波電力を供給する第２の高周
波電源と、第１の高周波電力の位相と第２の高周波電力の位相の差である位相差を制御す
る制御装置と、第１の高周波電源から第１の高周波電力を第１の領域に供給する第１の伝送路と第２の高周波電源から第２の高周波電力を第２の領域に供給する第２の伝送路の間に配置された電極間回路部とを備え、電極間回路部の一方の接続部が試料台と第１の高周波電源の整合器との間に接続され、電極間回路部の他方の接続部が試料台と第２の高周波電源の整合器との間に接続されたプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、第１の領域に印加された高周波電圧のピーク・トウ・ピーク電圧と第２の領域に印加された高周波電圧のピーク・トウ・ピーク電圧の差である電圧差が所定の値となるように前記位相差を制御するようにした。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、比較的小さい定格出力の高周波バイアス電源を用いてウェハの中心部から外周部でのエッチングレートの均一性を改善することができるようになり、プラズマ処理装置の装置コストを抑えることが出来るようになった。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例１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】本発明の実施例１に係るプラズマ処理装置の高周波バイアス電力印加回路構成の詳細を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施例１に係る高周波バイアス電力印加回路の位相調整器の構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施例１における高周波バイアス電力印加回路に基づいて、回路シミュレータにより求めたウェハに印加される高周波バイアス電力の位相差とウェハの面内に発生するＶｐｐの差の関係を示すグラフである。

【図5】本発明の実施例２に係るプラズマ処理装置の高周波バイアス電力印加回路の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明は、比較的安価な構成で試料の処理の均一性を向上させることができるようにしたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。

【0016】

本発明では、試料を載置する試料台を構成する内側電極と外側電極とにそれぞれ高周波電力を印加する高周波電力印加回路間に電極間回路を設け、さらに内側電極と外側電極とにそれぞれ印加される高周波電力の位相差を制御することが出来るように構成した。

【0017】

これにより、定格出力の大きな高周波電源を用いなくても内側電極と外側電極とに印加する高周波電力の位相差を制御することで内側電極と外側電極とのＶ_ＰＰの差を制御できるようにした。

【0018】

その結果、本発明では、試料台に載置されたウェハの面内のＶ_ＰＰ分布を制御することを可能にし、より小さい定格出力の高周波バイアス電源を用いてウェハの中心部から外周部でのエッチングレートの均一性を改善することができるようにした。

【0019】

以下に、本発明の実施例を、図を用いて説明する。

【実施例1】

【0020】

本発明の第１の形態を、図１乃至３を用いて説明する。
図１は、本実施例に係るプラズマ処理装置の例として、ＥＣＲ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトロン共鳴)方式のマイクロ波プラズマエッチング装置（以下、エッチング装置と記載する）１００の縦断面の概略の構成を示す図である。

【0021】

本実施例に係るエッチング装置１００は、真空容器１０１、プラズマ生成用高周波電源である電磁波発生用電源１０３、導波管１０４、磁場発生コイル１０５、試料載置用電極１０７、高周波バイアス電力印加回路部１２０、及び全体を制御する制御部１５０を備えている。

【0022】

真空容器１０１の上部には誘電体窓１０８が設置されて、内部を密封することにより処理室１０２を形成している。処理室１０２には試料であるウェハ１０のエッチング処理に用いるエッチングガスを流すためのガス供給装置（図示省略）が接続される。また、真空容器１０１には排気用開閉バルブ１０９を介し真空排気装置（図示省略）が接続されている。

【0023】

処理室１０２内は排気用開閉バルブ１０９を開とし、真空排気装置を駆動することで減圧され真空状態となる。エッチングガスは、図示していないガス供給装置から処理室１０２内に導入され、図示していない真空排気装置によって排気される。

【0024】

試料台である試料載置用電極１０７は、処理室１０２の内部で、誘電体窓１０８に対向して真空容器１０１の下部に設けられている。

【0025】

プラズマ生成用高周波電源である電磁波発生用電源１０３で発振された電磁波は、導波管１０４へ伝送される。導波管１０４は、電磁波を真空容器１０１の上部に形成した開口部１０６から真空容器１０１の内部に伝送する。真空容器１０１の内部に伝送された電磁波は、誘電体窓１０８を透過して処理室１０２の内部に供給される。尚、本実施例の効果は、電磁波の周波数に特に限定されないが、本実施例では２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用する。

【0026】

磁場発生コイル１０５は、真空容器１０１の処理室１０２の上部で誘電体窓１０８の近傍に、開口部１０６から伝送された電磁波に対してＥＣＲ条件が成立するような強度の磁場を形成する。

【0027】

電磁波発生用電源１０３より発振された電磁波は、磁場発生コイル１０５により誘電体窓１０８の近傍に形成されたＥＣＲ条件を満たすような強度の磁場との相互作用により、処理室１０２内に高密度プラズマを生成する。この生成した高密度プラズマにより、試料載置用電極１０７上に配置された試料であるウェハ１０にエッチング処理が施される。

【0028】

試料載置用電極１０７、磁場発生コイル１０５、排気用開閉バルブ１０９及び試料載置用電極１０７に載置されたウェハ１０は、処理室１０２の中心軸上に対して同軸に配置されているため、エッチングガスの流れやプラズマにより生成されたラジカル及びイオン、更にはエッチングにより生成された反応生成物は、ウェハ１０に対し同軸に導入、排気される。この同軸配置はエッチングレート、エッチング形状のウェハ面内均一性を軸対称に近づけ、ウェハ処理均一性を向上させる効果がある。

【0029】

試料載置用電極１０７には、誘電体膜（図示省略）の内部で中心側に配置された膜状の電極である中心側電極１１４と、その外周側に配置されリング状に形成された膜状の電極である外周側電極１１５とを有している。これら高周波電力が印加された中心側電極１１４と外周側電極１１５とは、試料載置用電極１０７に載置されたウェハ１０と電気的に接続される。

【0030】

中心側電極１１４は、高周波バイアス電力印加回路部１２０の第一の高周波バイアス電源１２１が、第一のマッチング回路１２２を介して接続されている。第一のマッチング回路１２２を介して第一の高周波バイアス電源１２１から中心側電極１１４に高周波電力を印加することにより、試料載置用電極１０７に載置されたウェハ１０の中心部へイオンを引き込むための電界が形成される。

【0031】

外周側電極１１５には、高周波バイアス電力印加回路部１２０の第二の高周波バイアス電源１２３が、第二のマッチング回路１２４を介して接続されている。第二のマッチング回路１２４を介して第二の高周波バイアス電源１２３から外周側電極１１５に高周波電力を印加することにより、試料載置用電極１０７に載置されたウェハ１０の外周部へイオンを引き込むための電界が形成される。

【0032】

また、高周波電力が印加された中心側電極１１４と外周側電極１１５との間は、電極間回路１３０で接続されている。この電極間回路１３０により、中心側電極１１４と外周側電極１１５との間に電流が流れ、中心側電極１１４と外周側電極１１５との間に電位差が発生する。本実施例では、この電極間回路１３０として、コイルを用い、高周波電力に対してインダクタンスを形成するようにした。

【0033】

本実施例では、このように、電極間回路１３０を設けることにより内側電極と外側電極との間に流れる電流を規定し、内側電極と外側電極とにそれぞれ印加される高周波電力の位相差を制御することでＶ_ＰＰ差を制御できるように構成した。

【0034】

なお、本実施例の効果は、第一の高周波バイアス電源１２１及び第二の高周波バイアス電源１２３から出力される高周波バイアス電力の周波数に特に限定されないが、本実施例では４００ｋＨｚの高周波電力を使用する。

【0035】

図２を用いて、本実施例の試料載置用電極１０７に接続される高周波バイアス電力印加回路部１２０の回路構成について、より詳細に説明する。

【0036】

中心側電極１１４と第一のマッチング回路１２２の間には第一の直流カット用フィルタ回路１２５が接続され、この第一の直流カット用フィルタ回路１２５と中心側電極１１４の間には、第一の高周波カットフィルタ１２５１を介して第一の直流電源１２５２が接続されている。第一の直流カット用フィルタ回路１２５は第一の高周波バイアス電源１２１および第一のマッチング回路１２２に直流電圧が印加され破損しないように設けられる。第一の高周波カットフィルタ１２５１は、バイアス電力である高周波電力が第一の直流電源１２５２に印加され破損しないように設けられる。

【0037】

同様に、外周側電極１１５と第二のマッチング回路１２４の間には第二の直流カット用フィルタ回路１２６が接続され、この第二の直流カット用フィルタ回路１２６と外周側電極１１５の間には、第二の高周波カットフィルタ１２６１を介して第二の直流電源１２６２が接続される。第二の直流カット用フィルタ回路１２６は第二の高周波バイアス電源１２３および第二のマッチング回路１２４に直流電圧が印加され破損しないように設けられる。第二の高周波カットフィルタ１２６１は、バイアス電力である高周波電力が第二の直流電源１２６２に印加され破損しないように設けられる。 この中心側電極１１４と外周側電極１１５とに、それぞれ第一の直流電源１２５２と第二の直流電源１２６２から極性の異なる直流電圧を印加することで、中心側電極１１４を覆う誘電体膜及び外周側電極１１５を覆う誘電体膜で誘電分極を発生させる。このように誘電分極を発生させることにより、中心側電極１１４を覆う誘電体膜内及び外周側電極１１５を覆う誘電体膜の上面に載置したウェハ１０は、中心側電極１１４を覆う誘電体膜内及び外周側電極１１５を覆う誘電体膜の上面に静電気力によって吸着され（静電吸着）、試料載置用電極１０７上にウェハ１０が保持される。

【0038】

第一のマッチング回路１２２と第一の直流カット用フィルタ回路１２５の間と、第二のマッチング回路１２４と第二の直流カット用フィルタ回路１２６の間とは、電極間回路１３０で接続されている。

【0039】

さらに、第一の高周波バイアス電源１２１および第二の高周波バイアス電源１２３には、位相調整器１２８が接続される。

【0040】

次に、本実施例においてウェハ１０の中心側および外周側に印加される高周波電力のＶ_ＰＰを制御する方法について図３を用いて説明する。

【0041】

図３は、図２に示した位相調整器１２８による位相制御を示す図である。当該位相調整器１２８には、基準クロック１２８１（例えば４００ｋＨｚの矩形波）が制御部１５０から入力される。位相調整器１２８の内部の第１の位相信号発生部１２８２からは、この基準クロック１２８１と同期して、基準クロック１２８１と位相差のない信号１２８４が出力され、第一の高周波バイアス電源１２１に入力される。

【0042】

一方、位相調整器１２８の内部の第２の位相信号発生部１２８３からは、基準クロック１２８１と同期して、基準クロック１２８１に対して位相差がθ_ＲＦある信号１２８５が出力され、第二の高周波バイアス電源１２３に入力される。

【0043】

第一の高周波バイアス電源１２１および第二の高周波バイアス電源１２３は、位相調整器１２８から入力された信号をもとに、中心側電極１１４および外周側電極１１５に出力する電力を発振するため、各々の出力の間にはθ_ＲＦの位相差が生じる。

【0044】

本実施例の回路では、第一の高周波バイアス電源１２１に接続された中心側電極１１４により、ウェハ１０の中心側に印加される電圧Ｖ_ＩＮは、式（数１）で示す形で表される。

【0045】

【数1】

【0046】

また、第二の高周波バイアス電源１２３に接続された外周側電極１１５により、ウェハ１０の外周側に印加される電圧Ｖ_ＯＵＴは、式（数２）に示す形で表される。

【0047】

【数2】

【0048】

Ｖ_ＩＮおよびＶ_ＯＵＴのそれぞれにθ_ＲＦがｃｏｓの中に含まれており、また各々のｃｏｓ項のθ_αの符号が逆となっている。ここで、一般にθ_αの値は０ではないため、中心側のＶ_ＰＰ（＝２Ｖ_ＩＮ）と外周側のＶ_ＰＰ（＝２Ｖ_ＯＵＴ）との間には差が生じる。

【0049】

回路シミュレータによって、試料載置用電極１０７に搭載したウェハ１０の中心側と外周側との間のＶ_ＰＰの差を求めたグラフを、図４に示す。図４のグラフ４００には、第一の高周波バイアス電源１２１と第二の高周波バイアス電源１２３の出力電圧の差が０Ｖのときのデータ４１０、５０Ｖのときのデータ４２０、９０Ｖのときのデータ４３０を示している。

【0050】

図４に示した結果から、第一の高周波バイアス電源１２１と第二の高周波バイアス電源１２３の出力電圧の差が０Ｖのときのデータ４１０が、他のデータ４２０及び４３０と比べて、位相差の変化に対するＶ_ＰＰの変化量が大きいことがわかる。また、第一の高周波バイアス電源１２１と第二の高周波バイアス電源１２３の出力電圧の差が０Ｖのときのデータ４１０において、位相差が０度の場合に比べ、位相差が１３５度の方がＶ_ＰＰの差が大きくなっている。また電極間回路１３０の定数（本実施例の場合は、電極間回路１３０を構成するコイルのインダクタンス）は固定でなくともよく、定数が変更になった場合、ウェハに印加されるVpp差の分布が図４に示した結果と異なるようになる。

【0051】

この結果から、図２及び図３に示したような、本実施例における高周波バイアス電力印加回路部１２０の構成においては、制御部１５０により、第一の高周波バイアス電源１２１と第二の高周波バイアス電源１２３の出力電力の差と、位相差とを適切な値に設定することにより、位相差をつけない場合と比較し、ウェハ１０の中心側と外周側との間のＶ_ＰＰ差の調整幅を大きくできることがわかる。

【0052】

本実施例によれば、高周波電力印加回路間に電極間回路を形成した状態において、第一の高周波バイアス電源１２１と第二の高周波バイアス電源１２３の位相差を制御し、試料を載置する試料台を構成する内側電極と外側電極とに位相差のある高周波電力を印加することにより、内側電極と外側電極とにそれぞれ印加されるＶ_ＰＰの差を制御することが出来るようになった。

【0053】

これにより、定格出力の大きな高周波電源を用いなくても、内側電極と外側電極とに印加する高周波電力の出力差及び位相差を確実に制御して内側電極と外側電極とのＶ_ＰＰの差を確実に制御できるようになった。

【0054】

その結果、本実施例によれば、試料台に載置されたウェハの面内のＶ_ＰＰ分布を制御することを可能にし、定格出力が比較的小さい複数の高周波バイアス電源を用いてウェハの中心部から外周部でのエッチングレートの均一性を改善することができるようになった。

【0055】

これにより、ウェハの中心部から外周部に亘るエッチングレートの均一性を改善することができるようになり、かつ、比較的小さい定格出力の高周波バイアス電源を用いることでプラズマ処理装置の装置コストを抑えることが出来るようになった。

【実施例2】

【0056】

本発明の第２の実施例を、図５を用いて説明する。
本実施例は、実施例１における図１に示したエッチング装置１００における高周波バイアス電力印加回路部１２０を、図５に示したような高周波バイアス電力印加回路部５００に置き換えたものである。高周波バイアス電力印加回路部５００以外は、実施例１と同じ構成であるので、図示及び繰り返しの説明を省略する。

【0057】

図５に示した本実施例に係る高周波バイアス電力印加回路部５００は、中心側電極１１４と外周側電極１１５との間の位相差を測定して、二つのバイアス電源から出力される高周波電力の位相差を自動で調整できるようにしたものである。

【0058】

図５に示した本実施例に係る高周波バイアス電力印加回路部５００においては、第一の高周波バイアス電源５０１と第一のマッチング回路５０２の間、及び第二の高周波バイアス電源５０３と第二のマッチング回路５０４との間に、位相調整器５０５を接続する構成とした。

【0059】

さらに、第一のマッチング回路５０２と中心側電極１１４とを繋ぐライン５０２１と、第二のマッチング回路５０４と外周側電極１１５とを繋ぐライン５０４１の間に、位相差測定器５０６を接続した。また、第一のマッチング回路５０２及び第二のマッチング回路５０４と位相差測定器５０６の間に、第一のマッチング回路５０２からの出力と第二のマッチング回路５０４からの出力とを結ぶ電極間回路５１０を設けた。

【0060】

次に、図５に示したような構成において、実施例１において図１を用いて説明した真空容器１０１の内部の試料載置用電極１０７に試料であるウェハ１０を載置した状態で真空容器１０１の内部にプラズマを発生させ、試料載置用電極１０７の中心側電極１１４と外周側電極１１５とに、それぞれ第一の高周波バイアス電源５０１と第二の高周波バイアス電源５０３とから、高周波バイアス電力を印加する。

【0061】

この状態で、位相差測定器５０６により、中心側電極１１４に印加された高周波電力と外周側電極１１５に印加された高周波電力の位相差を測定する。この位相差測定器５０６で測定した位相差の信号を位相調整器５０５に入力する。

【0062】

位相調整器５０５において、位相差測定器５０６から入力した位相差の信号と、位相差信号設定部５０７から入力した位相差信号の設定値：θ_ＲＦとを比較して、両方の位相差信号の差がゼロになるように、実施例１で図３を用いて説明したように、第一の高周波バイアス電源５０１から出力された高周波電力の位相と第二の高周波バイアス電源５０３から出力された高周波電力の位相を調整する。

【0063】

このように、本実施例によれば、エッチング処理中に検出された位相差測定器５０６で測定した中心側電極１１４に印加された高周波電力と外周側電極１１５に印加された高周波電力との位相差の情報と、位相差信号設定部５０７に予め設定した位相差信号の設定値：θ_ＲＦとの差に基づいて、位相調整器５０５で第一の高周波バイアス電源５０１から出力された高周波電力の位相と第二の高周波バイアス電源５０３から出力された高周波電力の位相との差を調整することができる。

【0064】

これにより、ウェハ１０をエッチング処理中に、中心側電極１１４に印加された高周波電力と外周側電極１１５に印加された高周波電力の位相差を、位相差信号設定部５０７で設定した値に維持することが出来る。

【0065】

その結果、本実施例によれば、試料載置用電極に載置されたウェハをエッチング処理中に、ウェハの面内のＶ_ＰＰ分布を制御することが可能になり、定格出力が比較的大きい高周波バイアス電源を必要とせず、定格出力が比較的小さい複数の高周波バイアス電源を用いてウェハの中心部から外周部でのエッチングレートの均一性を改善することができるようになった。

【0066】

これにより、ウェハの中心部から外周部に亘るエッチングレートの均一性を改善することができるようになり、かつ、比較的小さい定格出力の高周波バイアス電源を用いることでプラズマ処理装置の装置コストを抑えることが出来るようになった。

【0067】

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記した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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0068】

１００・・・エッチング装置
１０１・・・真空容器
１０２・・・処理室
１０３・・・電磁波発生用電源
１０４・・・導波管
１０５・・・磁場発生コイル
１０７・・・試料載置用電極
１０８・・・誘電体窓
１１４・・・中心側電極
１１５・・・外周側電極
１２０，５００・・・高周波バイアス電力印加回路部
１２１，５０１・・・第一の高周波バイアス電源
１２２，５０２・・・第一のマッチング回路
１２３，５０３・・・第二の高周波バイアス電源
１２４，５０４・・・第二のマッチング回路
１２５・・・第一の直流カット用フィルタ回路
１２５１・・・第一の高周波カットフィルタ
１２５２・・・第一の直流電源
１２６・・・第二の直流カット用フィルタ回路
１２６１・・・第二の高周波カットフィルタ
１２６２・・・第二の直流電源
１２８，５０５・・・位相調整器
１３０，５１０・・・電極間回路
５０６・・・位相差測定器
５０７・・・位相差信号設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】