[发明专利]等离子体处理装置和等离子体处理装置用的电极

说明书

技术领域

本发明涉及用于等离子体处理装置的电极的结构和使用该电极的 等离子体处理装置。更详细地讲，涉及用于控制在平行平板型电极间 等离子体生成时所消耗的由高频产生的电场强度分布的等离子体处理 装置用电极的结构。

背景技术

作为通过等离子体的作用在被处理体上实施蚀刻和成膜等微细加 工的装置，已经实用了电容耦合型(平行平板型)等离子体处理装置、 电感耦合型等离子体处理装置和微波等离子体处理装置等。其中，在 平行平板型等离子体处理装置中，向相对设置的上部电极和下部电极 中的至少任意一个施加高频电力，利用其电场能量激发气体，生成等 离子体，通过生成的放电等离子体对被处理体进行微细加工。

随着近年来的微细化要求，供给例如100MHz的比较高的频率的 电力，生成高密度等离子体是不可欠缺的。供给的电力的频率高时， 高频电流因趋肤效应在电极的等离子体侧的表面从端部侧流向中心 侧。由此，电极中心侧的电场强度高于电极端部侧的电场强度。因此， 在电极中心侧等离子体生成时消耗的电场能量大于在电极端部侧等离 子体生成时消耗的电场能量，与电极端部侧相比，在电极的中心侧更 能促进气体的电离和解离。其结果是中心侧的等离子体的电子密度N_e高于端部侧的等离子体的电子密度N_e。在等离子体的电子密度N_e高的 电极中心侧，等离子体的电阻率变低，因此在对置电极中，电极中心 侧集中了因高频(电磁波)产生的电流，等离子体密度的不均匀进一 步变高。

对此，为了提高等离子体密度的均匀性，提出在电极的等离子体 面的中心部分埋设陶瓷等电介质(例如，参照专利文献1)。

为了进一步提高等离子体的均匀性，也提出了将电介质形成为锥 状、并从中心向周边减少电介质的厚度的方法。图16表示模拟与平行 平板型等离子体处理装置的上部电极的结构A～D对应的电场强度分 布的结果。作为上部电极900的结构，(A)模拟了在由铝(Al)等金 属形成的基材905的等离子体侧的表面喷镀氧化铝(Al₂O₃)和氧化钇 (Y₂O₃)的绝缘层910的情况，(B)模拟了除基材905和绝缘层910 以外，还在基材910的中心埋入介电常数ε＝10、直径240mm、厚度 10mm的圆柱状的电介质915的情况，(C)模拟了将电介质915形成 为锥状(中心厚度10mm、端部厚度3mm)的情况，(D)模拟了将电 介质915形成为阶梯状(第一级的直径80mm、第二级的直径160mm、 第三级的直径240mm)的情况。其结果是，在(A)的没有电介质的 情况下，电介质的中心部的电场强度高于电极端部的电场强度。参照 图17A对上述情况进行说明。将各条件下的电场强度的最大值设定为 E_max，将电场强度最大时的电场强度分布设定为E/E_max时，对于从电 极900的端部侧向中心侧流动的高频电流，电极900的等离子体侧的 电场强度分布E/E_max在中心部变强。

另一方面，为图16的(B)所示的圆柱状电介质915的情况时， 电介质的下方的电场强度分布E/E_max变低。参照图17B对上述情况 进行说明，由电介质915的电容成分C和未图示的鞘层的电容成分产 生分压，电极900的中心部的电场强度分布E/E_max降低。但是，在电 介质915的端部，电场强度分布E/E_max产生不均匀。

在图16的(C)的设置锥状电介质915的情况下，从电极的端部 向中央，电场强度分布E/E_max的均匀性提高。参照图17C对上述情 况进行说明，电介质915的端部与中心部相比，电容成分变大，因此 与设置平板型电介质915的情况相比，在电介质915的端部，电场强 度分布E/E_max没有过于降低，能够得到均匀的电场强度分布。

在图16的(D)的设置阶梯状电介质915的情况下，与图16的(C) 的锥状电介质915的情况相比，电场强度分布E/E_max产生阶梯差，但 是与图16的(B)的圆形电介质915的情况相比，能够控制为均匀的 电场强度分布。模拟的结果是，设置锥状的电介质时的电场强度分布E /E_max最均匀，因此等离子体的生成也最均匀。