JP2005303053A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘導結合型プラズマ装置において、比較的狭い空間に総ターン数の多い並列コイルを設置できるようにする。
【解決手段】 穂処理物をプラズマ処理する処理室と、該処理室へプラズマ処理用のガスのを導入する導入手段と、該処理室内を排気する排気手段と、被処理物を載置する試料台と、プラズマを発生させるための電力供給手段と、電力給手段と接続される少なくとも一つの誘導コイルを備えたプラズマ処理装置において、誘導コイルが、２以上の同一形状のコイル要素１０１を回路的に並列に接続して構成されるとともに、その中心が被処理物の中心と一致するように配置され、各コイル要素１０１の入力端１０１ｉｎが３６０°をコイル要素１０１の数で割った角度おきに配置され、かつコイル要素が径方向と高さ方向に立体的な構造を持つ。
【選択図】 図６

Description

本発明は、半導体、液晶ディスプレイ用基板等の製造において、エッチングや成膜等の処理に好適なプラズマ処理装置に関するものである。

半導体デバイスの微細化に対応して、プラズマプロセスにおいては、ウエハ内で均一な処理結果が実現できるプロセス条件（プロセスウインドウ）が年々狭くなってきており、これからのプラズマ処理装置には、より完全なプロセス状態の制御が求められている。これを実現するためには、プラズマの分布やプロセスガスの解離やリアクタ内の表面反応を極めて高精度に制御できる装置が必要になる。

現在、これらのプラズマ処理装置に用いられるプラズマ源として高周波誘導結合型プラズマ源がある。誘導結合型プラズマ処理装置の例として、チャンバの一部である石英などの絶縁材を介して処理チャンバの外に配置された、一般的には、ループ、コイル、あるいは、螺旋といった形状をした高周波コイルに、数１００ｋＨｚから、数１００ＭＨｚの高周波電力を給電し、コイルによって形成される誘導電界によって、プラズマ中の電子を加速することによって、処理チャンバ内に導入されたプロセスガスにエネルギを供給し、プラズマを発生、維持する方式のプラズマ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、コイルをチャンバ内に設けた構造の高周波誘導結合型プラズマ処理装置もあり、このプラズマ処理装置では高周波誘導コイルである螺旋型のコイルを、チャンバ内の、被処理物である半導体ウエハに対向する位置に設置している（例えば、特許文献２参照）。

これらのプラズマ処理装置は、プラズマ中に誘導電流が生じ、電気回路的には、プラズマと高周波コイルが誘導結合している（コイルを一次コイル、プラズマ中の電流を２次コイルとみなしたトランス回路）ため、誘導結合型プラズマ処理装置と呼ばれる。誘導結合型プラズマ処理装置の利点は、単純なコイルと高周波電源という簡単で安価な構成で、数ｍＴｏｒｒの低圧下で、１×１０^１１〜１×１０^１２（ｃｍ^―３）という比較的高密度のプラズマを発生できること、大面積のプラズマを容易に発生させることができること、処理チャンバ内部がシンプルであるがゆえに、処理中に被処理物上に飛来する異物を少なくできる可能性があること等が挙げられる。これらの装置では、低圧下で、高密度のプラズマを発生することによって、イオンの平均自由行程が大きく、被処理物に入射するイオンの方向性がよいので、微細加工に適しており、かつ高い処理速度が得られている。

プラズマプロセスで主に処理される被処理物である半導体ウエハは円形をしており、これ用のプラズマ処理装置のチャンバもこれに応じて、水平な内断面が円形をしている。たとえばプラズマエッチング装置においては、中心あるいは側面からガスが導入され、多くの装置においては下側に排気される。ウエハのエッチング結果は完全にウエハ面内で均一であることが望ましいが、反応室内部のプラズマや解離種や反応生成物の分布によってウエハ上の反応の現象が完全に均一であることはない。例えば、反応生成物は、ウエハより生成されるので、どうしても反応室中心部で濃度が高くなる。この濃度不均一によるエッチング不均一をカバーするために、外周でプラズマ密度を中心よりも下げる、あるいは、ウエハの温度を中心部より外周部で低くする等の手段を講じることにより、ウエハのエッチング結果を均一にする必要がある。一方、ウエハの周方向についても、ガス流れやプラズマ生成の不均一により、不均一性が生じることがあるが、これはウエハ径方向の不均一性と異なり、解決できる不均一である。ガス流れについては、下部の排気構造を最適化することにより、ほとんど周方向に均一にすることができる。
特開平２−２３５３３２号公報 特開平７−１０６０９５号公報 特開平８−３２１４９０号公報（米国特許５７５３０４４号明細書） Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８０，１３３７（１９９６）のＭａｒｋ Ｊ．Ｋｕｓｈｎｅｒらの論文 Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ，Ｖｏｌ．６６，Ｎｏ．１１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ１９９６，ｐ５６２６のＯｋｕｍｕｒａらの論文

しかしながら、誘導結合型プラズマ処理装置においては、その構造に起因する周方向の不均一性が生じる。すなわち、コイルには必ず、高周波電源側に接続される端と、接地側に接続される端があり、コイルの構造に起因するプラズマの周方向の不均一が生じる。また、低密度の領域ではコイルにかかる電圧によって直接電子が加速され、容量結合的に生成されるプラズマの影響が無視できない。コイルにかかる電圧は一定ではないので、この容量結合的なプラズマが電圧の高いところで多く生成したり、コイルに並列に存在する寄生容量への電流ロスにより逆に電圧の高い部分でプラズマ密度が低くなったりして、周方向の不均一が生じる（例えば、非特許文献１参照）。

このような問題を解決するために、全く同じ複数のコイルを、一定角度ごとに並列して設置する構造が提案されている。例えば、３系統のコイルを、１２０度おきに設置することにより、周方向の均一性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。このコイルは、縦に巻かれたり、あるいは平面に巻かれたり、あるいはドームに沿って巻かれたりしている。特許文献３のように、まったく同じ複数のコイル要素を、回路的に並列に接続すると、複数のコイル要素からなる誘導コイルのトータルインダクタンスが低減される。しかしながら、このような構造をとると、コイルの数が多くなるとともに、コイルへの電力の供給が中心からに限定されてしまい、装置設計上の制約が大きくなる。

上記特許文献３と類似の構成として、４系統のコイル要素を９０°づつずらして設置したプラズマ装置が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。これには、同じコイル要素を４系統並列化して誘導コイルを形成した場合に、インダクタンスが、１系統の場合の５７％に低減することが知られている。ただし、コイルが隣接しているので、相互誘導の効果により４つのコイルを全く個別に設置した場合の理論値である２５％までには下がらない。

ここで、コイルにかかる高周波電圧Ｅは、コイルの電流をＩ、インピーダンスをＺとしてＥ＝Ｉ・Ｚで与えられる。電源周波数をｆとして、Ｚ＝２πｆ・Ｌであるので、インダクタンスが低減されることは、同じ電力を供給するとき、コイルに発生する電圧を低減させ電流を増大させる。誘導プラズマ装置の設計において、どの程度の電流、電圧が好ましいのかは様々な理由による。プラズマに対しては、電圧が上がると着火性や低密度時の安定性が向上するが、一方で、誘導コイルとプラズマの間に位置する絶縁部材のイオンスパッタによる損傷が増大する。一方で、装置設計上の問題としては、電流が増大することは、発熱の問題やそれによるロスの問題、整合回路に使用する可変コンデンサの耐電流の問題等がある。電圧が増大することは、異常な放電や、プラズマへの影響、可変コンデンサの耐電圧の問題等がある。

ここで、例えば、整合回路の耐電流・耐電圧の問題から、誘導コイルのインダクタンスをある値（例えば、１μＨ）として誘導コイルを設計したかったとする。１ターンで１μＨの誘導コイルを用いると、このときの総ターン数は、勿論１ターンである。Ｏｋｕｍｕｒａらの論文（非特許文献２）のデータを参考にすると、このコイルを電気回路的に並列に、９０°づつ４ターン設けるとすると、インダクタンスは０．５７μＨとなり、総ターン数は、４ターンとなる。これではインダクタンスが低すぎるので、４系統並列で１μＨのインダクタンスを得るには、1系統あたり１．５ターン程度のコイルが必要となり、そのときの全ターン数は、６ターンとなる。すなわち、並列コイルの構成を使おうとする場合、単一コイルと同じインダクタンスを得ようとすると、総ターン数は著しく増加してしまうことがわかる。単一コイルでは1ターンのコイルで済むところが、4系統並列コイルの構成で同じインダクタンスを得ようとすると、1系統１．５ターンづつ、合計6ターンのコイルを設置しなければならない。特許文献3では、コイルを縦に巻いたりドームに沿って巻いたりしている。非特許文献２では、平面的に巻いている。しかしながら、装置設計上、誘導コイルを設置できる空間は限られている場合が多いことが並列コイルを用いる上で問題となる。

本発明は、誘導結合型プラズマ装置において、特に並列コイルを用いる場合における、上記のような問題を解決し、単一コイルを用いた場合のように比較的狭い空間に総ターン数の多い並列コイルを設置できるようにすることを主たる目的とする、これにより、周方向のプラズマ不均一の問題と装置デザインの困難さの問題を克服し、より広い条件下で、安定かつ均一なプラズマを高い効率で生成するプラズマ処理装置を提供する。

本発明は、前述したような従来技術の問題点である誘導結合プラズマ装置における、周方向のプラズマ不均一の問題を解決し、自在な場所でプラズマを生成し、より広い条件下で、安定したプラズマを高い効率で生成するプラズマ処理装置を提供する。

上記課題は、次に説明するような構成によって解決される。すなわち、並列化された複数の誘導コイル要素を単に縦に巻いたり、横に巻いたりするのではなく、立体的な構造を持つように巻くことにより、コイルの設置スペースの問題を解決する、具体的には、例えば、断面が四角形の例えば、円環状の絶縁体（絶縁リング）を用い、この絶縁リングの４面（下面、内面、上面、外面）に対して４系統の同一なコイル要素を配分する。電源からの整合器を経て絶縁リングの上面に入ったコイル要素のひとつの系統は、そのまま外面に行き９０°ターンして下面に行き９０°ターンして、さらに内面に行き９０°ターンして上面に戻り、接地電位に繋がるようにする。このとき１系統のターン数は、９０°×３＝２７０°（３／４ターン）となる。このようなコイルを９０°づつずらして同じように計４系統設けるわけである。このときの総ターン数は、３ターンとなる。上面でも９０°ターンさせると１系統あたり９０°×４＝３６０°（１ターン）となり、総ターン数は４ターンとなる。同じような考え方を用いて。断面がｎ角形（ｎ＞４）の絶縁リングを用いることにより、１系統あたりのターン数を増やすこともできるし、断面が四角の誘導コイルを用いても、１つの面のターン数を９０°から増加させることにより、１系統あたりのターン数を増やすことができる。
このような構成により、限られたコイルの設置スペースにおいて、総ターン数の多い並列コイルを設置することができるようになる。

すなわち、本発明は、被処理物をプラズマ処理する処理室と、該処理室内へプラズマ処理用のガスを導入する導入手段と、該処理室内を排気する排気手段と、前記被処理物を載置する試料台と、前記処理室内でプラズマを発生させるための電力供給手段と、該電力給手段と接続される少なくとも一つの誘導コイルを備えたプラズマ処理装置において、前記誘導コイルが、２以上の同一形状のコイル要素を回路的に並列に接続して構成されるとともに、その中心が被処理物の中心と一致するように配置され、前記コイル要素の入力端が３６０°をコイル要素の数で割った角度おきに配置され、かつコイル要素が任意の断面形状を有する円環の表面に沿って径方向と高さ方向に立体的な構造を持たせた。

本発明は、上記プラズマ処理装置において、円環を絶縁部品で構成し、前記コイル要素の導体部を該絶縁部品の表面に形成した。また、この発明は、前記絶縁部品に冷却用の冷媒流路を設けた。さらに、この発明は、前記絶縁部品の断面形状を、多角形とし、前記コイル要素の導体部を前記絶縁部品の多角形表面に形成した。

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記絶縁部品の断面形状を円形とするとともに、前記コイル要素の導体部を前記絶縁部品の表面にトロイダルコイル状に形成した。

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記円環を仮想の円環として構成し、各コイル要素の導体部を該仮想の円環の表面に沿うように形成した。

上記課題を解決するために、本発明は、被処理物をプラズマ処理する処理室と、該処理室内へ処理用のガスを導入する導入手段と、該処理室内を排気する排気手段と、前記被処理物を載置する試料台と、前記処理室内でプラズマを発生させるための電力供給手段と、該電力給手段と接続される少なくとも一つの誘導コイルを備えたプラズマ処理装置において、前記誘導コイルは、同一形状のコイル要素を回路的に並列に構成される複数の誘導コイルからなり、任意の断面形状を有する円環の表面に配置され該円環の表面に沿って回転するように形成されている。

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記円環を絶縁部品とし、前記コイル要素の導体部を該絶縁部品の表面に形成した。また、本発明は、この絶縁部品に冷却用の冷媒流路を設け、さらに、絶縁部品の断面形状を多角形とし、前記コイル要素の導体部を前記絶縁部品の多角形表面に形成した。

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記絶縁部品の断面形状を円形とし、前記コイル要素の導体部を前記絶縁部品の表面にトロイダルコイル状に形成した。

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記円環を仮想の円環とし、コイル要素の導体部を該仮想の円環の表面に沿うように形成した。

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記誘導コイルの回転を、所定角度づつ、円環の隣接する表面へ回転するように構成した。また、本発明は、前記誘導コイルの回転が、連続的に回転するように構成した。

さらに、本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記誘導コイルは、複数の誘導コイルの入力端または出力端が所定角度づつ、ずれて構成されている。

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記円環の中心が被処理物の中心と一致するように構成されている。

このような構成により、限られたコイル設置スペースにおいて、総ターン数の多い並列コイルを設置することができるようになる。

本発明のプラズマ処理装置によれば、周方向の完全なプラズマ均一性が実現される。プラズマエッチング結果も周方向で均一になり、プラズマエッチングプロセス条件を構築する際には、径方向の均一性だけを考慮すればよく、エッチング条件を決めることが簡易かつ迅速になる。その結果、全体としてのプラズマ処理性能、および装置の稼働率が向上し、ハイスループットでの微細なエッチング加工や、高品質な成膜加工、表面処理等が可能となる。

本発明にかかるプラズマ処理装置は、半導体デバイスの製造の分野にのみその使用が限定されるものではなく、液晶ディスプレイの製造や、各種材料の成膜、表面処理等のプラズマ処理の各分野に適用することが可能であるが、ここでは、半導体デバイス製造用のプラズマエッチング装置を例にとって、実施例を示すことにする。

図１を用いて、本発明にかかるプラズマ処理装置の実施例１の構成を説明する。高周波誘導結合型プラズマ処理装置は、真空に維持された処理室１と、処理室１内を真空に維持する例えば真空ポンプに結合された真空排気手段２と、被処理体である半導体ウエハ３を外部と真空処理室内との間で搬送する搬送システム４と、処理ガスを導入する導入口５と、半導体ウエハ３が載置される電極（被処理物載置試料台）６と、整合器７と、高周波電源８と、処理室の蓋であり高周波によって生じた電界を処理室内に導入する絶縁材９と、本発明に特有な構成を有する高周波誘導コイル１０と、環状の絶縁体（絶縁部品）１１と、整合器１２と、高周波電源１３とを有して構成される。

処理室１は、例えば、表面をアルマイト処理したアルミニウム製かステンレス製の真空容器であり、電気的に接地されている。処理室１は、真空排気手段２、および、被処理物である半導体ウエハ３を搬入出するための搬送システム４を備える。処理室１中には、半導体ウエハ３を載置するための電極６が設置される。搬送システム４により、処理室中に搬入されたウエハは、電極６上に運ばれ、電極６により保持される。電極６には、プラズマ処理中に半導体ウエハ３に入射するイオンのエネルギを制御する目的で、整合器７を介して、高周波電源８が接続される。エッチング処理用のガスが、導入口５より、チャンバ内に導入される。

一方、ウエハと対向する位置には、高周波誘導コイル１０が、石英やアルミナセラミック等の絶縁材９と、絶縁材９を介して大気側、ウエハ１の対向面に設置される。高周波誘導コイル１１は、その中心が半導体ウエハ３の中心と一致するように配置される。高周波誘導コイル１０は、図には示されていないが、複数の同一形状を持つコイル要素からなり、その導体部は、概略円環状（リング状）の絶縁部品１１の表面に形成されている。複数のコイル要素の片端は整合器１２を介して高周波電源１３に接続され、片端は接地電位に、いずれも全く同じように接続される。図には示されないが、コイル要素と接地電位の間にコンデンサを挿入してもよい。コンデンサを挿入すると誘導コイルに発生する電位の分布が変わり、適切な容量のコンデンサを用いると、コイルに発生する最大電圧を下げることができる。

絶縁部品１１には、図示を省略した冷却用の冷媒流路が設けられ、この冷媒流路に、水、フロリナート、空気、窒素などの流体を流すことによって冷却される。

誘導結合型プラズマ装置は、高周波誘導コイルを流れる高周波電流によってプラズマを励起する。一般に高周波誘導コイルのターン数（巻き数）を大きくすると、インダクタンスが増大し、電流が下がるが、電圧が上がる。ターン数を下げると逆に電圧は下がるが電流が上がる。誘導結合型プラズマ装置の設計に於いて、どの程度の電流、電圧が好ましいのかは、プラズマの均一性、安定性や発生効率等の観点だけでなく、機械工学的見地からの様々な理由による。例えば、電流が増大することは、発熱の問題やそれによるロスの問題、整合回路に使用する可変コンデンサの耐電流の問題がある。一方、電圧が増大することは、異常な放電や、プラズマへの影響、可変コンデンサの耐電圧の問題等がある。そこで、設計者は、整合回路に使用する可変コンデンサ等の電気素子の耐電流・耐電圧や、コイルの冷却の問題等を加味しながら、コイルの形状やターン数を決定する必要がある。

ここで、図２に示したような単純なループコイルを考える。このループコイルのインダクタンスを１μＨとする。前述のようにこのようなループコイルでプラズマを生成するとコイルの首の部分に相当する入出力端子の影響でプラズマが偏ってしまう。次に、図２に示すループコイルとほぼ同じ形状だが、図３に示すように若干螺旋状に開いたループコイルを考える。図３のループコイルのインダクタンスも大体の径が変わらないので、ほぼ１μＨと考えられる。

このループコイルを４つ用意し、９０°づつ回転させると図４に示すようになる。中心側のコイル端４点を一つにまとめて入力端として高周波電源に接続し、外側のコイル端４点を出力端としてそれぞれ接地電位にすると誘導コイルとして働く。このようなコイルではプラズマが若干ゆがむことが考えられるが、プラズマが偏ることはない。コイル要素の数を４より多くすることにより、プラズマは真円に近くなると思われるが、複雑化するので、実際には、２から４個のコイル要素がよく用いられる。１個１μＨのコイルを全く独立に４個並列に繋ぐと、１／４の０．２５μＨになるが、図４に示したような接続では、隣接するコイルの相互誘導の効果があるので、１／４までは下がらない。非特許文献２には、図４と類似の、４系統のコイルを９０°づつ設置したプラズマ装置が示されている。同文献には同じコイルを４系統並列化した場合に、インダクタンスが、１系統の場合の５７％に低減することが示されている。コイルにかかる電圧Ｅは、コイルの電流をＩ、インピーダンスをＺとしてＥ＝Ｉ・Ｚで与えられる。電源周波数をｆとして、Ｚ＝２πｆ・Ｌであるので、インダクタンスが低減されることは同じ電力を供給するとき、コイルに発生する電圧を低減させ電流を増大させる。

ここで、例えば、整合回路の耐電流・耐電圧の問題から、誘導コイルのインダクタンスをある値（例えば、１μＨ）として誘導コイルを設計したかったとする。図２や図３に示したような、１ターンで１μＨの誘導コイルを用いると、このときの総ターン数は勿論１ターンである。一方プラズマの周方向を均一化するために、このコイルを電気的に並列に、９０°づつ４ターン設けるとすると、インダクタンスは０．５７μＨとなり、総ターン数は、４ターンとなる。これではインダクタンスが低すぎるので、４系統並列で１μＨのインダクタンスを得るには、１系統あたり、１．５ターン程度（推定）のコイルが必要となろう。すなわち、図４に示したような並列コイルの構成を使おうとする場合、単一コイルと同じインダクタンスを得ようとすると、総ターン数は、著しく増加してしまうことが分かる。単一コイルでは１ターンのコイルですむところが、４系統並列コイルの構成で同じインダクタンスを得ようとすると、１系統１．５ターンづつ、合計６ターンのコイルを設置しないといけない。

本発明では、ターン数の多い並列コイル構成に対して有効な誘導コイルの構造を開示する。まず、図５（実施例２）に示すように（断面が四角形のリング状の絶縁部品（絶縁リング）１１を用意する。この絶縁リング１１の内面をａ面、下面をｂ面、外面をｃ面、上面をｄ面と定義する。また絶縁リング１１を９０°づつ４つの領域に分割し、図５に示すように領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと定義する。図５の実施例では、４
系統のコイル要素１０１を用いる、系統１のコイル要素１０１−１は、入力端１０１−１ｉｎから、まず領域Ａでは、ａ面を通り、次に、ｂ面、さらにｃ面を通り出力端１０１−１ｏｕｔへ行き、計２７０°のループ（３／４ターン）を構成する。

表１に示すように、系統２のコイル要素は、第１の系統から時計回りに９０°ずれて、入力端から、領域Ｂでａ面を通り、領域Ｃでｂ面、領域Ｄでｃ面の計３／４ターンを構成する。以下、系統３のコイル要素１０１−３、系統４のコイル要素１０１−４も前の系統から時計回りに９０°ずれて同様に構成される。

この場合、３／４ターンのコイル要素が４系統、計３ターンとなる。これにより実際に作ったコイルを示す斜視図６（実施例３）である。図４に示したように、平面的にコイル要素を配置するのと異なり、空間を有効に用い、コンパクトな誘導コイル１０を作ることができる。このような誘導コイルを用い、図１に示したようなプラズマ処理装置に使用することにより、周方向の均一性に優れたプラズマ処理装置を実現することができる。

表１では、コイル要素は、ａ面からｂ面、ｃ面と、隣接する面に繋がっていたが、表２に示すように、ａ面からｃ面へ行ってそれからｂ面と行ってもよい。ａ面からｃ面へ行くのは一見非合理のように気がするが、対向する面なので、絶縁リング１１に穴を開け、その中を通らせればよいので特に問題はない。

また、ａ面、ｂ面、ｃ面に加えてｄ面をもコイル要素の配置に用いれば、図７（実施例４）および表３に示すように、系統１が入力端１０１−１ｉｎからａ面を通り、次いでｂ面、ｃ面、ｄ面を通ってｄ面で出力端１０１−１ｏｕｔを形成することにより（以下、系統２，系統３，系統４もそれぞれ９０°ずらして同様に配置する）、１系統あたり１ターンとなり４系統で４ターンの誘導コイルとなる（図４の例とほぼ同じと考えられる）。

次いで、さらにターン数を増やす場合の実施例を図８（実施例５）および表４を用いて説明する。これまでの実施例では、一つの面に一つの系統の９０°のループを構成していたが、この実施例では、一つの面に１８０°のループをそれぞれ２系統形成し、一つの系統が３面で５４０°使用するようにすれば、ターン数を増やすことができる。すなわち、系統１のコイル要素１０１−１は、領域Ａ，Ｂでａ面、領域Ｃ，Ｄでｂ面、領域Ａ，ｂでｃ面と、１８０°ループごとに面を移ればよい、ただし、この場合、コイル要素は４系統あるので、一つの面を隣のループと共用しなければならない。すなわち、図８および表４に示したように、系統１のコイル要素１０１−１に対しては、領域Ｂでａ面とｃ面を系統２の、領域Ｃでｂ面を系統４の、領域Ｄでｂ面を系統２の、領域Ａでａ面とｃ面を系統４のコイル要素がそれぞれ９０°づつ共用する。この実施例の場合、３面を用い１系統３／２ターンで、計６ターンとなる。

また、図９（実施例６）および表５を用いて、図８を変形した実施例を説明する。この実施例では、ある特定の面だけを１８０°ループに使っている。例えば、ａ面とｃ面は９０°ループ、ｂ面だけ１８０°ループとしている。すなわち、系統１は、領域Ｂで系統４の領域Ｃで系統２のコイル要素とそれぞれ９０°づつｂ面を共用している。ａ面およびｃ面は、それぞれの領域を各系統が独立して使用している。プラズマに対する誘導コイルの結合性はプラズマに近い方が高いので、図１に示したような体系のプラズマ装置の場合、ｂ面（下面）におけるループを多く使った方（ｂ面でターン数を多くとった方）が、有利である。この実施例の場合、３面を用い１系統１ターンで、計４ターンとなる。

さらに、ターン数を多く取る別の方法として、４より多い多角形の断面を用いた絶縁リング１１を用いることが考えられる。この実施例７を図１０および表６を用いて説明する。この実施例では、断面が８角形の絶縁リング１１を用いており、図示のようにａ面〜ｈ面を定義し、上面であるｈ面を除く７面を使い、図５に示した実施例と同じように、系統１のコイル要素は領域Ａから、９０°づつａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆ→ｇ、系統２のコイル要素は領域Ｂから、９０°づつａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆ→ｇ、の面を使ってループを構成する。このときコイル要素１系統あたり７／４ターンで、４系統で７ターンの誘導コイルとなる。

ここまでの実施例では、４系統のコイル要素を並列に繋いだ誘導コイルのみ示してきたが、コイル要素の数は、勿論２や３や、あるいは５以上でもよい。

図１１および表７は、３系統のコイル要素を用いた実施例８である。この実施例では、コイル要素は１２０°のループごとに面をａ→ｂ→ｃと移動している。このときコイル要素１系統あたり１ターンで、３系統で３ターンの誘導コイルとなる。

誘導コイル製作上は、断面が多角形の絶縁リング１１を用いることが便利である。コイル要素１０１は銅板などで作り、絶縁リング１１にねじ止めすれば形状が保たれるし、あるいは、コイル要素１０１の配線パターンを絶縁リング１１上にめっきやエッチングなどの手法によって作ってもよい。誘導コイルは大電流が通過するために発熱が大きい。一筆書きできる１系統の単純な誘導コイルならば、コイル内部に冷媒などを通して冷却することも可能であるが、並列化した複雑な誘導コイルの場合、内部を冷媒で冷却することは難しい。本発明によれば、絶縁リング１１の内部に冷媒を流せば、複雑なコイル全部を効率的に冷やすことが可能となるので、この点からもきわめて有効である。

以上の説明では、成形の観点から、断面多角形の絶縁リング１１の各面に所定の角度でループを形成するように構成したが、絶縁リング１１は断面を究極の多角形である円形とすることができる。このとき、これまでの実施例で示したようなａ面、ｂ面…といった定義はできないので、図１２および図１３（実施例９）に示されるように、各コイル要素１０１を所定の角度づつずらして配置したトロイダルコイルとすることができる。この場合、コイル要素１０１は、スムーズに円環の表面を通り、立体的に配置されることになる。

また、本発明によれば、誘導コイルをコンパクトに作ることが可能なので、図１４（実施例１０）に示すように、例えば、外と内に二つの誘導コイル１０Ａ，１０Ｂを配置し、その電流比を制御することによって、プラズマ分布を制御することも容易となる。

本発明によれば、絶縁リング１１は必ずしも必要ではなく、誘導コイルの形状が保たれるのであれば、絶縁リングを省略するとともに仮想の円環を想定してこの円環の表面にコイル素子を配置するよう構成しても特に問題はない。

本発明の第１の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の配置を説明する図。 プラズマエッチング装置における誘導コイルのコイル要素の形状を説明する図。 誘導コイルの変形例を説明する図。 本発明の誘導コイルの接続状態を説明する図。 本発明の第２の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の配置を説明する図。 本発明の第３の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の配置を説明する斜視図。 本発明の第４の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の配置を説明する図。 本発明の第５の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の配置を説明する図。 本発明の第６の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の配置を説明する図。 本発明の第７の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の配置を説明する図。 本発明の第８の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の配置を説明する図。 本発明の第９の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の配置を説明する図。 本発明の第９の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の巻回状況を説明する図。 本発明の第１０の実施例にかかる誘導コイルのコイル要素の配置を説明する図。

符号の説明

１…処理室、２…真空排気手段、３…被処理体（半導体ウエハ）、４…搬送システム、５…ガス吹き出し口、６…電極、７…整合器、８…高周波電源、９…絶縁材、１０…誘導コイル、１１…絶縁リング、１２…整合器、１３…高周波電源、１０１…コイル要素。

Claims (16)

1. 被処理物をプラズマ処理する処理室と、該処理室内へ処理用のガスを導入する導入手段と、該処理室内を排気する排気手段と、前記被処理物を載置する試料台と、前記処理室内でプラズマを発生させるための電力供給手段と、該電力給手段と接続される少なくとも一つの誘導コイルを備えたプラズマ処理装置において、
   前記誘導コイルが、２以上の同一形状のコイル要素を回路的に並列に接続して構成されるとともに、その中心が被処理物の中心と一致するように配置され、前記コイル要素の入力端が３６０°をコイル要素の数で割った角度おきに配置され、かつコイル要素が任意の断面形状を有する円環の表面に沿って径方向と高さ方向に立体的な構造を持つことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
   前記円環は絶縁部品であり、前記コイル要素の導体部が該絶縁部品の表面に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項２記載のプラズマ処理装置において、
   前記絶縁部品に冷却用の冷媒流路が設けられたことを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項２記載のプラズマ処理装置において、
   前記絶縁部品の断面形状が多角形であり、前記コイル要素の導体部が前記絶縁部品の多角形表面に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項２記載のプラズマ処理装置において、
   前記絶縁部品の断面形状が円形であり、前記コイル要素の導体部が前記絶縁部品の表面にトロイダルコイル状に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
   前記円環は仮想の円環であり、各コイル要素の導体部が該仮想の円環の表面に沿うように形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 被処理物をプラズマ処理する処理室と、
   該処理室内へ処理用のガスを導入する導入手段と、該処理室内を排気する排気手段と、前記被処理物を載置する試料台と、前記処理室内でプラズマを発生させるための電力供給手段と、該電力給手段と接続される少なくとも一つの誘導コイルを備えたプラズマ処理装置において、
   前記誘導コイルは、同一形状のコイル要素を回路的に並列に構成される複数の誘導コイルからなり、任意の断面形状を有する円環の表面に配置され該円環の表面に沿って回転するように形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
8. 請求項７記載のプラズマ処理装置において、
   前記円環は絶縁部品であり、前記コイル要素の導体部が該絶縁部品の表面に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 請求項８記載のプラズマ処理装置において、
   前記絶縁部品に冷却用の冷媒流路が設けられたことを特徴とするプラズマ処理装置。
10. 請求項８記載のプラズマ処理装置において、
    前記絶縁部品の断面形状が多角形であり、前記コイル要素の導体部が前記絶縁部品の多角形表面に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
11. 請求項８記載のプラズマ処理装置において、
    前記絶縁部品の断面形状が円形であり、前記コイル要素の導体部が前記絶縁部品の表面にトロイダルコイル状に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
12. 請求項７記載のプラズマ処理装置において、
    前記円環は仮想の円環であり、コイル要素の導体部が該仮想の円環の表面に沿うように形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
13. 請求項７記載のプラズマ処理装置において、
    前記誘導コイルの回転は、所定角度ずつ、円環の隣接する表面へ回転するように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
14. 請求項７ないし請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、
    前記誘導コイルの回転は、連続的に回転するように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
15. 請求項７ないし請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、
    前記誘導コイルは、複数の誘導コイルの入力端または出力端が所定角度ずつ、ずれて構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
16. 請求項７ないし請求項１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、
    前記円環の中心が被処理物の中心と一致するように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。

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