JP2003234338A

JP2003234338A - 誘導結合プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2003234338A
Application number: JP2002032998A
Authority: JP
Inventors: Shinji Iino; 伸治飯野
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】大がかりな装置構成を用いずに高周波アンテ
ナにより形成される電界分布を有効に調整することがで
きる誘導結合プラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】高周波アンテナ１３に高周波電力を供給
することにより処理室４内に誘導結合プラズマを形成し
て基板Ｇにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におい
て、高周波アンテナ１３に流れる高周波電流により誘導
された誘導電流が流れ、高周波アンテナ１３によって処
理室４内に形成される誘導電界分布を調整するための誘
導磁界を発生させる一または複数の補助コイル１８をさ
らに具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導結合プラズマ
により被処理基板に対してエッチング等のプラズマ処理
を施す誘導結合プラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬＣＤ）等の製造工程に
おいては、ガラス基板に所定の処理を施すために、プラ
ズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等の種々
のプラズマ処理装置が用いられる。このようなプラズマ
処理装置としては従来、容量結合プラズマ処理装置が多
用されていたが、近時、高真空度で高密度のプラズマを
得ることができるという大きな利点を有する誘導結合プ
ラズマ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰ
ｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理装置が注目されている。

【０００３】誘導結合プラズマ処理装置としては、被処
理基板を収容する処理室の天壁を構成する誘電体壁の外
側に平面状の高周波アンテナを配置し、処理容器内に処
理ガスを供給するとともにこの高周波アンテナに高周波
電力を供給することにより、処理容器内に誘導結合プラ
ズマを生じさせ、この誘導結合プラズマによって被処理
基板に所定のプラズマ処理を施すものが多用されてい
る。

【０００４】ところで、このような誘導結合プラズマ処
理装置においては、一般的に高周波アンテナの給電部に
対応する中心部において電界密度が高く、周縁部におい
て電界密度が低い傾向がある。しかし、近時、ＬＣＤガ
ラス基板の大型化が進み、そのため誘導結合プラズマ処
理装置も大型化せざるを得ず、処理容器内の電界分布を
均一にして被処理基板に対して均一なプラズマ処理を行
うことが益々重要になってきている。

【０００５】誘導結合プラズマ処理装置における電界分
布を均一化する技術としては、高周波アンテナをトルネ
ード型にしてアンテナ周縁部を中心部よりも誘電体壁に
近づけて周縁部の電界密度を高くするもの（特開平９−
２２８０５６号公報）、高周波アンテナの周縁部を誘電
体壁に近づけるとともにその部分のみを２重コイル化す
るもの（米国特許第６０２８３９５号明細書）、高周波
アンテナを複数に分割するもの（特開平８−１９５２９
６号公報）、高周波アンテナと誘電体壁との間の距離を
部分的に可変にする駆動機構を設けたもの（米国特許第
６２２９２６４号明細書）等が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの技術も、高周波アンテナの形状的な調整によって
電界分布を調整しようとするものであり、高周波アンテ
ナ線路に流れる電流は一定であるため、電界分布調整能
力には自ずから限界がある。また、上記米国特許第６２
２９２６４号明細書のように駆動機構を設けるものは装
置が大がかりになってしまう。さらに、複数の高周波ア
ンテナを設けてそれぞれ独立の高周波電源から高周波電
力を供給して電界分布を調整することも考えられるが、
その場合も装置構成が大がかりになる。

【０００７】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、大がかりな装置構成を用いずに高周波アンテ
ナにより形成される電界分布を有効に調整することがで
きる誘導結合プラズマ処理装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、被処理基板を収容してプラズマ処理を施
す処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガ
ス供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、前記処
理室の上部壁または側壁を構成する誘電体壁と、前記
処理室外の前記誘電体壁に対応する部分に設けられ、高
周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電
界を形成して処理ガスによる誘導結合プラズマを形成す
るための高周波アンテナと、前記高周波アンテナに流れ
る高周波電流により誘導された誘導電流が流れる一また
は複数の補助コイルとを具備することを特徴とする誘導
結合プラズマ処理装置を提供する。

【０００９】本発明によれば、高周波アンテナに流れる
高周波電流により誘導された誘導電流が流れる補助コイ
ルを設け、その誘導電流により発生する誘導磁界によ
り、高周波アンテナによって処理室内に形成される誘導
電界分布を調整するので、高周波アンテナの物理的形状
のみによる電界分布調整の場合に比較して、電界分布調
整の自由度が高まり、極めて有効に高周波アンテナによ
り形成される電界分布を調整することができる。また、
補助コイルは電源を要しないので装置が大がかりになる
こともない。

【００１０】この場合に、前記補助コイルを、前記高周
波アンテナによって形成された誘導電界の分布が均一に
なるように配置することにより、部分的な電界分布調整
が可能となり、従来の高周波アンテナの物理的形状のみ
による電界分布調整の場合に比較して電界分布の均一性
を著しく高めることができる。また、このように電界分
布の均一性が高まることにより、高周波電力を上昇させ
ることによる電界分布の不均一がほとんど生じないた
め、高周波電力を上昇させて電界密度を上昇させ、より
高いプラズマ密度を得ることが可能となる。

【００１１】また、補助コイルを、絶縁部材を介して前
記高周波アンテナの所定部分に重ねて配置することによ
り、電界分布調整を容易に行うことができ、さらに補助
コイルを前記絶縁部材上を移動可能に設けることによ
り、プロセス結果を確認しながら補助コイルを所望の位
置に配置することが可能となり、最適な電界分布を容易
に実現することができる。

【００１２】さらに、補助コイルにコンデンサを設ける
ことにより、電界の制御を行うことができ、これによっ
てより高精度の電界調整が可能となる。この場合に、コ
ンデンサを可変とすることにより、一層高精度の電界調
整が可能となる。

【００１３】補助コイルは、螺旋状、平面渦巻き状、ま
たはループ状に構成することができ、高周波アンテナの
電界分布に応じて選択することが可能である。補助コイ
ルの内部または下方位置に誘電体コアを設けることによ
って補助コイルによる誘導磁界を強めることができ、こ
れによっても電界分布を調整することが可能である。ま
た、補助コイルを、前記高周波アンテナの高周波電力が
給電される部分に巻回されるように設けることにより、
補助コイルによる高周波アンテナへの影響を小さくする
ことができる。

【００１４】さらにまた、高周波アンテナを螺旋状に設
け、補助コイルを高周波アンテナの内部に配置すること
により、電界密度の小さい中心部の電界を補助コイルに
より調整して電界分布を均一化することが可能となる。
また、処理室の上壁および側壁を誘電体で構成し、高周
波アンテナを処理室の側壁に螺旋状に巻回し、補助コイ
ルを処理室の上壁上に配置することも可能である。これ
により、高周波アンテナを処理室の周囲に螺旋状に巻回
するタイプの誘導結合プラズマ処理装置において、電界
が密度の小さい中心部の電界を補助コイルにより調整し
て電界分布を均一化することが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施
形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す断面
図である。この装置は、例えばＬＣＤの製造においてＬ
ＣＤガラス基板上に薄膜トランジスターを形成する際
に、メタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等をエッチングするた
めに用いられる。

【００１６】このプラズマ処理装置は、導電性材料、例
えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからな
る角筒形状の気密な本体容器１を有する。この本体容器
１は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより
接地されている。本体容器１は、誘電体壁２により上下
にアンテナ室３および処理室４に区画されている。した
がって、誘電体壁２は処理室４の天井壁を構成してい
る。誘電体壁２は、Ａｌ ₂Ｏ₃等のセラミックス、石英等
で構成されている。

【００１７】誘電体壁２の下側部分には、処理ガス供給
用のシャワー筐体１１が嵌め込まれている。シャワー筐
体１１は十字状に設けられており、誘電体壁２を下から
支持する構造となっている。なお、上記誘電体壁２を支
持するシャワー筐体１１は、複数本のサスペンダ（図示
せず）により本体容器１の天井に吊された状態となって
いる。

【００１８】このシャワー筐体１１は導電性材料、望ま
しくは金属、例えば汚染物が発生しないようにその内面
が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。
このシャワー筐体１１には水平に伸びるガス流路１２が
形成されており、このガス流路１２には、下方に向かっ
て延びる複数のガス吐出孔１２ａが連通している。一
方、誘電体壁２の上面中央には、このガス流路１２に連
通するようにガス供給管２０ａが設けられている。ガス
供給管２０ａは、本体容器１の天井からその外側へ貫通
し、処理ガス供給源およびバルブシステム等を含む処理
ガス供給系２０に接続されている。したがって、プラズ
マ処理においては、ガス供給系２０から供給された処理
ガスがガス供給管２０ａを介してシャワー筐体１１内に
供給され、その下面のガス吐給孔１２ａから処理室４内
へ吐出される。

【００１９】本体容器１におけるアンテナ室３の側壁３
ａと処理室４の側壁４ａとの間には内側に突出する支持
棚５が設けられており、この支持棚５の上に誘電体壁２
が載置される。

【００２０】アンテナ室３内には誘電体壁２の上に誘電
体壁２に面するように高周波（ＲＦ）アンテナ１３が配
設されている。この高周波アンテナ１３は絶縁部材から
なるスペーサ１３ａにより誘電体壁２から５０ｍｍ以下
の範囲で離間している。アンテナ室３の中央には、鉛直
に延びる棒状の給電部材１６が設けられており、この給
電部材１６には整合器１４を介して高周波電源１５が接
続されている。給電部材１６は、上記ガス供給管２０ａ
の周囲に設けられている。

【００２１】高周波アンテナ１３の上には高周波アンテ
ナ１３を覆うように絶縁板１７が設けられており、この
絶縁板１７の上には４個（図１では２個のみ図示）の補
助コイル１８が移動可能に設けられている。

【００２２】プラズマ処理中、高周波電源１５からは、
誘導電界形成用の例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高
周波電力が高周波アンテナ１３へ供給される。このよう
に高周波電力が供給された高周波アンテナ１３により、
処理室４内に誘導電界が形成され、この誘導電界により
シャワー筐体１１から供給された処理ガスがプラズマ化
される。この際の高周波電源１５の出力は、プラズマを
発生させるのに十分な値になるように適宜設定される。

【００２３】上記補助コイル１８は、高周波アンテナ１
３に高周波電源１５から高周波電力を供給した際に高周
波アンテナ１３に流れる高周波電流により誘導電流が流
れ、その誘導電流により発生する誘導磁界により、高周
波アンテナ１３によって処理室４内に形成される誘導電
界分布を調整する。なお、高周波アンテナ１３および補
助コイル１８については、後で詳細に説明する。

【００２４】処理室４内の下方には、誘電体壁２を挟ん
で高周波アンテナ１３と対向するように、ＬＣＤガラス
基板Ｇを載置するための載置台としてのサセプタ２２が
設けられている。サセプタ２２は、導電性材料、例えば
表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニ
ウムで構成されている。サセプタ２２に載置されたＬＣ
Ｄガラス基板Ｇは、静電チャック（図示せず）によりサ
セプタ２２に吸着保持される。

【００２５】サセプタ２２は絶縁体枠２４内に収納さ
れ、さらに、中空の支柱２５に支持される。支柱２５は
本体容器１の底部を気密状態を維持しつつ貫通し、本体
容器１外に配設された昇降機構（図示せず）に支持さ
れ、基板Ｇの搬入出時に昇降機構によりサセプタ２２が
上下方向に駆動される。なお、サセプタ２２を収納する
絶縁体枠２４と本体容器１の底部との間には、支柱２５
を気密に包囲するベローズ２６が配設されており、これ
により、サセプタ２２の上下動によっても処理室４内の
気密性が保証される。また処理室４の側壁４ａには、基
板Ｇを搬入出するための搬入出口２７ａおよびそれを開
閉するゲートバルブ２７が設けられている。

【００２６】サセプタ２２には、中空の支柱２５内に設
けられた給電棒２５ａにより、整合器２８を介して高周
波電源２９が接続されている。この高周波電源２９は、
プラズマ処理中に、バイアス用の高周波電力、例えば周
波数が６ＭＨｚの高周波電力をサセプタ２２に印加す
る。このバイアス用の高周波電力により、処理室４内に
生成されたプラズマ中のイオンが効果的に基板Ｇに引き
込まれる。

【００２７】さらに、サセプタ２２内には、基板Ｇの温
度を制御するため、セラミックヒータ等の加熱手段や冷
媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサーとが設
けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部
材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱２５を通
して本体容器１外に導出される。

【００２８】処理室４の底部には、排気管３１を介して
真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される、この排
気装置３０により、処理室４が排気され、プラズマ処理
中、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３Ｐ
ａ）に設定、維持される。

【００２９】次に、上記高周波アンテナ１３および補助
コイルの詳細な構成について説明する。図２は高周波ア
ンテナ１３を示す平面図である。図２に示すように、高
周波アンテナ１３は、外形が略正方形の平面状の２重渦
巻きアンテナである。すなわち、高周波アンテナ１３の
中心に位置する給電部材１６から、外形略正方形の２つ
の平面渦巻き状のアンテナ線４１および４２が外側へ延
びており、これらの終端は接地されている。このように
２重の渦巻き状とすることにより、アンテナのインダク
タンスが低減され、インピーダンスを低減して誘導結合
プラズマを効果的に形成することができる。

【００３０】しかしながら、このような渦巻き状のアン
テナの場合には、給電部である中心部に対応する部分の
電界密度が高く、周縁部に対応する部分の電界密度が低
くなる傾向にある。

【００３１】そこで、本実施形態では、絶縁板１７上の
電界密度が低くなる傾向にある高周波アンテナ１３の四
隅に対応する部分に補助コイル１８を配置する。この補
助コイル１８は、上述したように、高周波アンテナ１３
に流れる高周波電流により誘導電流が流れ、その誘導電
流により誘導磁界を発生する。したがって、この誘導磁
界により電界密度が低い部分を補って電界分布を均一に
することが可能となる。

【００３２】補助コイル１８は、例えば図３に示すよう
に全体が円筒形の螺旋状をなしており、コンデンサ４３
が直列に設けられている。このような螺旋状の補助コイ
ル１８を設けることにより、高周波アンテナ１３に高周
波電流を流した際に、高周波アンテナ１３と補助コイル
１８が誘導結合し、補助コイル１８に流れる誘導電流に
よって誘導磁界が生じる。このように螺旋状の補助コイ
ル１８を用いることにより、局部的に電界密度を高める
ことができる。なお、この補助コイル１８は楕円筒状や
角筒状であってもよい。

【００３３】コンデンサ４３を設けることにより、補助
コイル１８に流れる誘導電流を調整することができる。
この際に、補助コイル１８に流れる最大電流値はコイル
と容量による共振点となる。容量を可変とすることによ
り補助コイル１８の誘導電流の値を微調整することがで
きる。このような容量可変の補助コイル１８は、図４の
（ａ），（ｂ）の平面図および側面図に示すように、コ
イル内部に誘電体４４を配置してコンデンサを構成し、
ネジ４５により容量を調整するように構成することがで
きる。もちろん、図３のコンデンサ４３を可変コンデン
サとしてもよい。なお、図３および図４に示すコンデン
サは省略してもよい。

【００３４】また、図３の補助コイル１８の内部に図５
に示すように誘電体コア４６を挿入することにより、誘
電体コア４６に対応する部分だけ磁界を強めることがで
きる。この誘電体コア４６を移動可能とすることによ
り、電界分布の微調整を行うことができる。誘電体コア
４６は補助コイル１８の下方位置に設けてもよい。

【００３５】補助コイル１８は、その出力が高周波アン
テナ１３の出力の１０〜２０％になるように誘導電流が
調整されることが好ましい。例えば、高周波アンテナ１
３に供給される高周波電力が１０００Ｗの際に、補助コ
イル１８の出力が１００〜２００Ｗになるようにする。
この程度であれば補助コイル１８の強制冷却が不要であ
り、補助コイル１８の移動が確保される。

【００３６】補助コイル１８の配置位置は、上記高周波
アンテナ１３のコーナー部分に限らず、電界強度分布を
調整する必要がある部分であればその位置は問わない。
そして、高周波アンテナ１３の直線部に補助コイル１８
を配置する場合には、図６に示すように、補助コイル１
８を横にして誘導する方式を用いることが好ましい。こ
の場合に、補助コイル１８の中心部を高周波アンテナ１
３のアンテナ線が通るようにすると誘導磁界を高めるこ
とができる。

【００３７】次に、以上のように構成される図１の誘導
結合プラズマエッチング装置を用いてＬＣＤガラス基板
Ｇに対してプラズマエッチング処理を施す際の処理動作
について説明する。

【００３８】まず、ゲートバルブ２７を開にした状態で
そこから搬送機構（図示せず）により基板Ｇを処理室４
内に搬入し、サセプタ２２の載置面に載置した後、静電
チャック（図示せず）により基板Ｇをサセプタ２２上に
固定する。次に、処理室４内に処理ガス供給系２０から
エッチングガスを含む処理ガスをシャワー筐体１１のガ
ス吐出孔１２ａから処理室４内に吐出させるとともに、
排気装置３０により排気管３１を介して処理室４内を真
空排気することにより、処理室内を例えば１．３３Ｐａ
程度の圧力雰囲気に維持する。

【００３９】次いで、高周波電源１５から１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これによ
り誘電体壁２を介して処理室４内に均一な誘導電界を形
成する。このようにして形成された誘導電界により、処
理室４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合
プラズマが生成される。

【００４０】この場合に、高周波アンテナ１３の上方に
絶縁板１７を介して補助コイル１８を設けることによ
り、高周波アンテナ１３に高周波電源１５から高周波電
力を供給した際に高周波アンテナ１３に流れる高周波電
流により補助コイル１８に誘導電流が流れ、その誘導電
流により発生する誘導磁界により、高周波アンテナ１３
によって処理室４内に形成される誘導電界分布を調整す
ることができるので、従来の高周波アンテナの物理的形
状のみによる電界分布調整の場合に比較して、電界分布
調整の自由度が高まり、極めて有効に高周波アンテナ１
３により形成される電界分布を調整することができる。
また、補助コイル１８は電源を要しないので装置が大が
かりになることもない。そして、補助コイル１８は、高
周波アンテナ１３によって形成された誘導電界の分布が
均一になるように配置されているので、従来の高周波ア
ンテナの物理的形状のみによる電界分布調整の場合に比
較して電界分布の均一性を著しく高めることができる。
また、このように電界分布の均一性が高まることによ
り、高周波電力を上昇させることによる電界分布の不均
一がほとんど生じないため、高周波電力を上昇させて電
界密度を上昇させ、より高いプラズマ密度を得ることが
可能となる。このため、エッチングの高選択比を実現す
ることができ、高アスペクト比のエッチングも可能にな
るとともに、低ダメージ化が可能となる。

【００４１】また、補助コイル１８を、絶縁部材１７を
介して高周波アンテナ１３の所定部分に重ねて配置した
ので、電界分布調整を容易に行うことができ、さらに補
助コイル１８を前記絶縁部材１７上を移動可能に設けた
ので、プロセス結果を確認しながら補助コイル１８を所
望の位置に配置することが可能となり、最適な電界分布
を容易に実現することができる。

【００４２】以上のようにしてエッチング処理を施した
後、高周波電源１５および２９からの高周波電力の印加
を停止し、処理室４内の圧力を所定の圧力まで昇圧して
ゲートバルブ２７を開いた状態とし、搬入出口２７ａを
介して処理室４内から図示しないロードロック室に基板
Ｇを搬出することにより、基板Ｇのエッチング処理は終
了する。

【００４３】次に、補助コイルの他の例について説明す
る。補助コイルとして、上記補助コイル１８の代わり
に、図７の（ａ），（ｂ）の平面図および側面図に示す
ような平面渦巻き状の補助コイル１８′を用いてもよ
い。この補助コイル１８′にも同様にコンデンサ４３′
が介在されているが、このコンデンサ４３′は省略して
もよい。また、可変コンデンサを設けてもよい。このよ
うに平面渦巻き状の補助コイル１８′を用いることによ
り、上記螺旋状の補助コイル１８に比べてより広い範囲
の電界を高めることができる。また、図８に示すよう
に、このような平面渦巻き状の補助コイル１８′の下方
に誘電体コア４７を配置することにより、誘電体コア４
７に対応する部分だけ磁界を強めることができる。この
誘電体コア４７を移動可能とすることにより、電界分布
の微調整を行うことができる。

【００４４】また、図９に示すような、単ループ状の補
助コイル１８″を用いることもできる。この単ループ状
の補助コイル１８″は、上記螺旋状の補助コイル１８お
よび平面渦巻き状の補助コイル１８′よりも発生する誘
導磁界が弱いため、電界分布調整能力は多少劣る。ま
た、補助コイルが単ループ状の場合には、その大きさや
配置位置等によって、発生する誘導磁界の強さが高周波
アンテナ１３の誘導電流形成によるロス分よりも小さく
なることがあり、その場合には、電界強度を弱めること
ができる。このような機能を利用して、電界が強い部分
にこのような単ループ状の補助コイル１８″を配置して
電界分布を弱める制御を行うことも可能である。

【００４５】なお、補助コイルは、高周波アンテナ１３
と電流の向きが同じで平行になるように配置することが
好ましい。電流の向きが逆になる部分も生じるが、その
部分を利用して電界の均一性を調整することも可能であ
る。

【００４６】また、高周波アンテナ１３との誘導結合に
よって、上記補助コイル１８、１８′１８″に電流を導
くと、高周波アンテナ１３の特性に影響を与える、すな
わち、補助コイルの分インピーダンス（負荷）が低下す
るため、この分を含めたマッチングが必要となる。

【００４７】このような補助コイルによる高周波アンテ
ナへの影響を極力避けたい場合には、高周波アンテナと
高周波電源との接続部に導線を巻回する巻回部を有する
補助コイルを設ければよい。その例を図１０に示す。図
１０の（ａ），（ｂ）の平面図および側面図に示すよう
に、高周波電源１５と高周波アンテナ１３′との接続部
である給電部材１６に巻回された補助コイル１８ａが設
けられている。図１０に示す高周波アンテナ１３′は、
中心に位置する給電部材１６の周囲の中央部の電界強度
が弱くなるように構成されており、図１０に示す補助コ
イル１８ａにより中央部の電界を補うようになってい
る。なお、参照符号５１はコンデンサである。

【００４８】また、図１１に示すように、給電部材１６
に巻回する巻回部５２と、巻回部５２に直列接続された
大口径の渦巻き部５３とで構成された補助コイル１８ｂ
を設けることにより、巻回部５２により中央部で励起さ
れた磁界を大口径の渦巻き部５３により電界強度が弱い
部分に導くこともできる。なお、参照符号５４はコンデ
ンサである。

【００４９】次に、他の実施の形態について説明する。
本実施形態では、高周波アンテナとして４つの平面状渦
巻きアンテナに分割された形態のものを採用した例を示
す。図１２は本実施形態の高周波アンテナおよび補助コ
イルの配置状態を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図である。図１２に示すように、高周波ア
ンテナ６３は、４つの平面状渦巻きアンテナ６３ａ，６
３ｂ，６３ｃ，６３ｄに分割されている。これら平面状
渦巻きアンテナ６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄはいず
れも外形が略正方形状をなしており、これらが平面的に
全体が正方形を形成するように互いに隣接して配置され
ている。そして、隣接する平面状渦巻きアンテナはアン
テナ線が互いに逆向きに巻回されている。平面状渦巻き
アンテナ６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄの終端は、コ
ンデンサ６４を介して接地されている。

【００５０】高周波アンテナ６３への高周波電源１５か
らの給電は、給電部材６６を介して行われる。給電部材
６６は、高周波アンテナ６３の略中心の上方に垂直に延
び、整合器１４に直接接続される主給電部６６ａと、主
給電部６６ａに接続され、各平面状渦巻きアンテナの中
心の上方位置に向かって水平方向に延びる水平部６６ｂ
と、水平部６６ｂと各平面状渦巻きアンテナの中心とを
接続する垂直部６６ｃとを有している。

【００５１】以上のような高周波アンテナ６３に高周波
電力を供給すると、電界分布の均一性は図２に示す渦巻
きアンテナよりは向上するが、高周波アンテナ６３の中
心部および四隅の部分の電界強度が低くなる傾向にあ
る。

【００５２】そこで、本実施形態では、電界密度が低く
なる傾向にある高周波アンテナ６３の中心部に対応する
部分に補助コイル６８ａを配置し、四隅に補助コイル６
８ｂを配置している。これら補助コイル６８ａ，６８ｂ
は、高周波アンテナ６３の各分割アンテナに流れる高周
波電流により誘導電流が流れ、その誘導電流により誘導
磁界を発生する。したがって、この誘導磁界により電界
密度が低い部分を補って電界分布を均一にすることが可
能となる。これら補助コイル６８ａ，６８ｂは、図１２
に示すように全体が円筒形の螺旋状をなしている。そし
て、中心部に設けられた補助コイル６８ａにはコンデン
サ６９が直列に設けられている。このような分割タイプ
の高周波アンテナの場合には、中心部の電界の低下度合
いが大きいため、中心部に設けた補助コイル６８ａをよ
り大型のものとしている。

【００５３】なお、誘電体壁２と高周波アンテナ６３と
の間、高周波アンテナ６３と補助コイル６８ａ，６８ｂ
との間、誘電体壁２と補助コイル６８ｂとの間には絶縁
スペーサー７１が介在されている。また、本実施形態の
場合にも補助コイルの形態として平面渦巻き状、単ルー
プ状等種々の形態をとることができる。

【００５４】次に、さらに他の実施の形態について説明
する。図１３は本実施形態に係るの高周波アンテナおよ
び補助コイルの配置状態を示す図であり、（ａ）は平面
図、（ｂ）は一部切り欠いて示す側面図である。図１３
に示すように、高周波アンテナ８３は、角筒形の螺旋状
をなしている。高周波アンテナ８３への高周波電源１５
からの給電は、給電部材８６を介して行われ、高周波ア
ンテナ８３の終端は接地されている。

【００５５】以上のような高周波アンテナ８３に高周波
電力を供給すると、高周波アンテナ８３内部の水平方向
中心に行くにしたがって電界強度が低くなる傾向にあ
る。

【００５６】そこで、本実施形態では、電界密度が最も
低くなる高周波アンテナ８３内部の中心部に大型の補助
コイル８８ａを配置し、高周波アンテナ８３内部の補助
コイル８８ａの周囲に小型の４個の補助コイル８８ｂを
配置している。これら補助コイル８８ａ，８８ｂは、高
周波アンテナ８３に流れる高周波電流により誘導電流が
流れ、その誘導電流により誘導磁界を発生する。したが
って、この誘導磁界により電界密度が低い部分を補って
電界分布を均一にすることが可能となる。これら補助コ
イル８８ａ，８８ｂは、図１３に示すように全体が円筒
形の螺旋状をなしている。そして、中心部に設けられた
補助コイル８８ａにはコンデンサ８９ａが直列に設けら
れ、周囲の補助コイル８８ｂにはコンデンサ８９ｂが直
列に設けられている。

【００５７】なお、本実施形態の場合にも補助コイルの
形態として平面渦巻き状、単ループ状等種々の形態をと
ることができる。

【００５８】次に、本発明の別の実施の形態について説
明する。本実施形態では、絶縁体壁で囲まれた処理室の
外側に螺旋状の高周波アンテナを配置するタイプの装置
を示す。図１４は本実施形態に係る誘導結合プラズマエ
ッチング装置を示す断面図である。図１４の装置におい
て、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略す
る。

【００５９】この装置は、Ａｌ₂Ｏ₃等のセラミックス、
石英等の絶縁材料からなる処理容器１０１を有してお
り、処理容器１０１の内部が処理室１０４となってい
る。処理容器１０１は、天壁１０１ａ、側壁１０１ｂお
よび底壁１０１ｃで構成されている。天壁１０１ａの下
側部分には、処理ガス供給用のシャワー筐体１１１が嵌
め込まれている。このシャワー筐体１１１は導電性材
料、望ましくは金属、例えば汚染物が発生しないように
その内面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成され
ている。このシャワー筐体１１１には水平に伸びるガス
流路１１２が形成されており、このガス流路１１２に
は、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔１１２ａが
連通している。一方、ガス流路１１２には、天壁１０１
ａ内を水平に延び、その中心でガス流路１１２につなが
るガス流路１１４が形成されており、このガス流路１１
４が処理ガス供給源およびバルブシステム等を含む処理
ガス供給系２０に接続されている。したがって、プラズ
マ処理においては、ガス供給系２０から供給された処理
ガスがガス流路１１４を介してシャワー筐体１１１内に
供給され、その中のガス流路１１２を通ってその下面の
ガス吐出孔１１２ａから処理室１０４内へ吐出される。

【００６０】処理容器１０１の側壁１０１ｂの周囲には
高周波アンテナ１１３が螺旋状に巻回されている。そし
て、この螺旋状の高周波アンテナ１１３は、処理容器１
０１の上方まで巻回されている。高周波アンテナ１１３
の上部端部には整合器１４を介して高周波電源１５が接
続されており、下部端部は接地されている。

【００６１】以上のような高周波アンテナ１１３に高周
波電力を供給すると、処理室１０４内には電界が形成さ
れるが、処理室１０４の水平方向中心に行くにしたがっ
て電界強度が低くなる傾向にある。

【００６２】そこで、本実施形態では、電界密度が最も
低くなる位置に対応する天壁１０１ａの中心部に大型の
補助コイル１１８ａを配置し、その周囲に小型の４個の
補助コイル１１８ｂを配置している。これら補助コイル
１１８ａ，１１８ｂは、高周波アンテナ１１３に流れる
高周波電流により誘導電流が流れ、その誘導電流により
誘導磁界を発生する。したがって、この誘導磁界により
電界密度が低い部分を補って電界分布を均一にすること
が可能となる。これら補助コイル１１８ａ，１１８ｂ
は、図１４に示すように全体が円筒形の螺旋状をなして
いる。そして、中心部に設けられた補助コイル１１８ａ
にはコンデンサ１１９ａが直列に設けられ、周囲の補助
コイル１１８ｂにはコンデンサ１１９ｂが直列に設けら
れている。

【００６３】なお、本実施形態の場合にも補助コイルの
形態として平面渦巻き状、単ループ状等種々の形態をと
ることができる。

【００６４】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態
では、高周波アンテナを平面渦巻き状、螺旋状とした
が、これに限らず線状のものであってもよい。この場合
には、補助コイルとの間に誘導結合は生じないが、線状
のアンテナ線の周囲に生じる渦電流を介して補助コイル
に誘導電流を流すことができる。また、補助コイルはク
ローズループ回路を形成していればよく、上記実施形態
に示したものに限るものではない。上記実施形態では補
助コイルを複数設けたが、１個であってもよい。

【００６５】また、上記実施形態では、補助コイルを用
いて電界分布を均一にする例について示したが、必ずし
も電界分布を均一にする必要はなく、所望の電界分布が
形成されるように補助コイルにより調整するようにして
もよい。

【００６６】さらに、上記実施の形態では、本発明をエ
ッチング装置に適用した場合について示したが、エッチ
ング装置に限らず、スパッタリングや、ＣＶＤ成膜等の
他のプラズマ処理装置に適用することができる。さらに
また、被処理基板としてＬＣＤ基板を用いたが、本発明
はこれに限らず半導体ウエハ等他の基板を処理する場合
にも適用可能である。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波アンテナに流れる高周波電流により誘導された誘
導電流が流れる補助コイルを設け、その誘導電流により
発生する誘導磁界により、高周波アンテナによって処理
室内に形成される誘導電界分布を調整するので、高周波
アンテナの物理的形状のみによる電界分布調整の場合に
比較して、電界分布調整の自由度が高まり、極めて有効
に高周波アンテナにより形成される電界分布を調整する
ことができる。また、補助コイルは電源を要しないので
装置が大がかりになることもない。

【００６８】また、前記補助コイルを、前記高周波アン
テナによって形成された誘導電界の分布が均一になるよ
うに配置することにより、部分的な電界分布調整が可能
となり、従来の高周波アンテナの物理的形状のみによる
電界分布調整の場合に比較して電界分布の均一性を著し
く高めることができる。また、このように電界分布の均
一性が高まることにより、高周波電力を上昇させること
による電界分布の不均一がほとんど生じないため、高周
波電力を上昇させて電界密度を上昇させ、より高いプラ
ズマ密度を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る誘導結合プラズマエ
ッチング装置を示す断面図。

【図２】図１に示した装置に設けられた高周波アンテナ
の構造を示す平面図。

【図３】図２の高周波アンテナの電界分布調整に用いら
れる補助コイルの例を示す側面図。

【図４】図３の補助コイルの容量を可変にしたものを示
す平面図および側面図。

【図５】図３の補助コイルに誘電体コアを設けた状態を
示す側面図。

【図６】図３の補助コイルの他の配置例を示す平面図。

【図７】補助コイルの他の例を示す平面図および側面
図。

【図８】図７の補助コイルに誘電体コアを設けた状態を
示す側面図。

【図９】補助コイルのさらに他の例を示す平面図。

【図１０】高周波アンテナへの影響を少なくした補助コ
イルの例を説明するための図。

【図１１】高周波アンテナへの影響を少なくした補助コ
イルの他の例を説明するための図。

【図１２】本発明の他の実施形態に係る誘導結合プラズ
マエッチング装置の高周波アンテナおよび補助コイルの
配置状態を示す平面図および側面図。

【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係る誘導結合
プラズマエッチング装置の高周波アンテナおよび補助コ
イルの配置状態を示す平面図および側面図。

【図１４】本発明の別の実施形態に係る誘導結合プラズ
マエッチング装置を示す断面図。

【符号の説明】

１本体容器２誘電体壁３アンテナ室４処理室１３，１３′，６３，８３，１１３高周波アンテナ１５高周波電源１６，６６，８６給電部材１７絶縁板１８，１８′，１８″，６８ａ，６８ｂ，８８ａ，８８
ｂ，１１８ａ，１１８ｂ補助コイル２０処理ガス供給系２２サセプタ３０排気装置ＧＬＣＤガラス基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G075 AA24 AA30 BC04 BC06 CA02 CA03 CA25 CA47 DA02 EB01 EC21 EC25 EE01 FB02 FB04 FB06 FC15 4K030 FA04 KA30 KA45 5F004 AA01 AA16 BA20 BB13 BB18 BB22 BB25 BB26 BC02 BC06 BD03 CA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理基板を収容してプラズマ処理を施
す処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、前記処理室の上部壁または側壁を構成する誘電体壁と、前記処理室外の前記誘電体壁に対応する部分に設けら
れ、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に
誘導電界を形成して処理ガスによる誘導結合プラズマを
形成するための高周波アンテナと、前記高周波アンテナに流れる高周波電流により誘導され
た誘導電流が流れる一または複数の補助コイルとを具備
することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項２】前記補助コイルは、前記高周波アンテナ
によって形成された誘導電界の分布が均一になるように
配置されることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合
プラズマ処理装置。
【請求項３】前記補助コイルは、絶縁部材を介して前
記高周波アンテナの所定部分に重ねて配置されているこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導結
合プラズマ処理装置。
【請求項４】前記補助コイルは、前記絶縁部材上を移
動可能に設けられていることを特徴とする請求項３に記
載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項５】前記補助コイルは、コンデンサを有する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項
に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項６】前記コンデンサは容量が可変であること
を特徴とする請求項５に記載の誘導結合プラズマ処理装
置。
【請求項７】前記補助コイルは、螺旋状、平面渦巻き
状、またはループ状であることを特徴とする請求項１か
ら請求項６のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処
理装置。
【請求項８】前記補助コイルの内部または下方位置に
誘電体コアを有することを特徴とする請求項１から請求
項７のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装
置。
【請求項９】前記補助コイルは、前記高周波アンテナ
の高周波電力が給電される部分に巻回されていることを
特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載
の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項１０】前記高周波アンテナは螺旋状に設けら
れ、前記補助コイルは高周波アンテナの内部に配置され
ることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１
項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項１１】前記処理室は、その上壁および側壁が
誘電体で構成され、前記高周波アンテナは前記処理室の
側壁に螺旋状に巻回され、前記補助コイルは前記処理室
の上壁上に配置されていることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載の誘導結合プラズマ処理装置。