JP2019009099A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極に掛かる電圧とプラズマ密度とを調整し、プラズマ電位を安定させるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、第１不平衡端子２０１、第２不平衡端子２０２、第１平衡端子２１１および第２平衡端子２１２を有するバラン１０３と、接地された真空容器１１０と、前記第１平衡端子２１１に電気的に接続された第１電極１０６と、前記第２平衡端子２１２に電気的に接続された第２電極１１１と、インピーダンス整合回路１０２と、前記インピーダンス整合回路１０２を介して前記バラン１０３に接続され、前記インピーダンス整合回路１０２および前記バラン１０３を介して前記第１電極１０６に高周波を供給する第１電源１０１と、ローパスフィルタ１１５と、前記ローパスフィルタ１１５を介して前記第１電極１０６に電圧を供給する第２電源１１６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

２つの電極の間に高周波を印加することによってプラズマを発生し該プラズマによって基板を処理するプラズマ処理装置がある。このようなプラズマ処理装置は、２つの電極の面積比および／またはバイアスによってスパッタリング装置として動作したり、エッチング装置として動作したりしうる。スパッタリング装置として構成されたプラズマ処理装置は、ターゲットを保持する第１電極と、基板を保持する第２電極とを有し、第１電極と第２電極との間（ターゲットと基板との間）に高周波が印加され、ターゲットとアノードとの間にプラズマが生成される。プラズマの生成によってターゲットの表面にセルフバイアス電圧が発生し、これによってターゲットにイオンが衝突し、ターゲットからそれを構成する材料の粒子が放出される。

特許文献１には、接地されたチャンバと、インピーダンス整合回路網を介してＲＦ発生源に接続されたターゲット電極と、基板電極同調回路を介して接地された基板保持電極とを有するプラズマ処理装置が記載されている。

特許文献１に記載されたようなスパッタリング装置では、基板保持電極の他、チャンバがアノードとして機能しうる。セルフバイアス電圧は、カソードとして機能しうる部分の状態およびアノードとして機能しうる部分の状態に依存しうる。よって、基板保持部電極の他にチャンバもアノードとして機能する場合、セルバイアス電圧は、チャンバのうちアノードとして機能する部分の状態にも依存して変化しうる。セルフバイアス電圧の変化は、プラズマ電位の変化をもたらし、プラズマ電位の変化は、形成される膜の特性に影響を与えうる。

スパッタリング装置によって基板に膜を形成すると、チャンバの内面にも膜が形成されうる。これによってチャンバのうちアノードとして機能しうる部分の状態が変化しうる。そのため、スパッタリング装置を継続して使用すると、チャンバの内面に形成される膜によってセルフバイアス電圧が変化し、プラズマ電位も変化しうる。よって、従来は、スパッタリング装置を長期にわたって使用した場合において、基板の上に形成される膜の特性を一定に維持することが難しかった。

同様に、エッチング装置が長期にわたって使用された場合においても、チャンバの内面に形成される膜によってセルフバイアス電圧が変化し、これによってプラズマ電位も変化しうるので、基板のエッチング特性を一定に維持することが難しかった。

また、特許文献１に記載されたようなスパッタリング装置では、セルフバイアス電圧を制御するために高周波電力を調整する必要がある。しかし、セルフバイアス電圧を調整するために高周波電力を変化させると、プラズマ密度も変化する。したがって、従来は、セルフバイアス電圧とプラズマ密度とを個別に調整することができなかった。同様に、エッチング装置においても、従来は、セルフバイアス電圧とプラズマ密度とを個別に調整することができなかった。

特公昭５５−３５４６５号公報

本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、プラズマ電位を安定させるために有利で、電極に掛かる電圧とプラズマ密度とを個別に調整するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、プラズマ処理装置に係り、前記プラズマ処理装置は、第１不平衡端子、第２不平衡端子、第１平衡端子および第２平衡端子を有するバランと、接地された真空容器と、前記第１平衡端子に電気的に接続された第１電極と、前記第２平衡端子に電気的に接続された第２電極と、インピーダンス整合回路と、前記インピーダンス整合回路を介して前記バランに接続され、前記インピーダンス整合回路および前記バランを介して前記第１電極に高周波を供給する第１電源と、ローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを介して前記第１電極に電圧を供給する第２電源と、を備える。

本発明によれば、プラズマ電位を安定させるために有利で、電極に掛かる電圧とプラズマ密度とを個別に調整するために有利な技術が提供される。

本発明の第１実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図。 バランの構成例を示す図。 バランの他の構成例を示す図。 バラン１０３の機能を説明する図。 電流Ｉ１（＝Ｉ２）、Ｉ２’、Ｉ３、ＩＳＯ、α（＝Ｘ／Ｒｐ）の関係を例示する図。 １．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たす場合におけるプラズマ電位およびカソード電位をシミュレーションした結果を示す図。 １．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たす場合におけるプラズマ電位およびカソード電位をシミュレーションした結果を示す図。 １．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たす場合におけるプラズマ電位およびカソード電位をシミュレーションした結果を示す図。 １．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たす場合におけるプラズマ電位およびカソード電位をシミュレーションした結果を示す図。 １．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たさない場合におけるプラズマ電位およびカソード電位をシミュレーションした結果を示す図。 １．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たさない場合におけるプラズマ電位およびカソード電位をシミュレーションした結果を示す図。 １．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たさない場合におけるプラズマ電位およびカソード電位をシミュレーションした結果を示す図。 １．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たさない場合におけるプラズマ電位およびカソード電位をシミュレーションした結果を示す図。 Ｒｐ−ｊＸｐの確認方法を例示する図。 本発明の第２実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図。 本発明の第３実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図。 本発明の第４実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図。 本発明の第５実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図。 本発明の第６実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の第１実施形態のプラズマ処理装置１の構成が模式的に示されている。プラズマ処理装置１は、バラン（平衡不平衡変換回路）１０３と、真空容器１１０と、第１電極１０６と、第２電極１１１と、ローパスフィルタ１１５と、電源１１６（第２電源）とを備えている。あるいは、プラズマ処理装置１は、バラン１０３と、本体１０とを備え、本体１０が、真空容器１１０と、第１電極１０６と、第２電極１１１と、ローパスフィルタ１１５と、電源１１６（第２電源）、を備えているものとして理解されてもよい。本体１０は、第１端子２５１および第２端子２５２を有する。電源１１６は、例えば、直流電源又は交流電源でありうる。該直流電源は、交流成分を含む直流電圧を発生してもよい。本体１０は、真空容器１１０に接続された第３端子２５３を有してもよい。プラズマ処理装置１は、更に、インピーダンス整合回路１０２および高周波電源１０１（第１電源）を備えうる。

バラン１０３は、第１不平衡端子２０１、第２不平衡端子２０２、第１平衡端子２１１および第２平衡端子２１２を有する。バラン１０３の第１不平衡端子２０１および第２不平衡端子２０２の側には、不平衡回路が接続され、バラン１０３の第１平衡端子２１１および第２平衡端子２１２には、平衡回路が接続される。真空容器１１０は、導体で構成され、接地されている。バラン１０３は、中点端子２１３を更に有してもよい。バラン１０３は、中点端子２１３の電圧が第１平衡端子２１１の電圧と第２平衡端子２１２の電圧との中点となるように構成されうる。中点端子２１３は、本体１０の第３端子２５３に電気的に接続されうる。

第１実施形態では、第１電極１０６は、カソードであり、ターゲット１０９を保持する。ターゲット１０９は、例えば、絶縁体材料または導電体材料でありうる。また、第１実施形態では、第２電極１１１は、アノードであり、基板１１２を保持する。第１実施形態のプラズマ処理装置１は、ターゲット１０９のスパッタリングによって基板１１２に膜を形成するスパッタリング装置として動作しうる。第１電極１０６は、第１平衡端子２１１に電気的に接続され、第２電極１１１は、第２平衡端子２１２に電気的に接続されている。第１電極１０６と第１平衡端子２１１とが電気的に接続されていることは、第１電極１０６と第１平衡端子２１１との間で電流が流れるように第１電極１０６と第１平衡端子２１１との間に電流経路が構成されていることを意味する。同様に、この明細書において、ａとｂとが電気的に接続されているとは、ａとｂとの間で電流が流れるようにａとｂとの間に電流経路が構成されることを意味する。

上記の構成は、第１電極１０６が第１端子２５１に電気的に接続され、第２電極１１１が第２端子２５２に電気的に接続され、第１端子２５１が第１平衡端子２１１に電気的に接続され、第２端子２５２が第２平衡端子２１２に電気的に接続された構成としても理解されうる。

第１実施形態では、第１電極１０６と第１平衡端子２１１（第１端子２５１）とがブロッキングキャパシタ１０４を介して電気的に接続されている。ブロッキングキャパシタ１０４は、第１平衡端子２１１と第１電極１０６との間（あるいは、第１平衡端子２１１と第２平衡端子２１２との間）で直流電流を遮断する。ブロッキングキャパシタ１０４を設ける代わりに、後述のインピーダンス整合回路１０２が、第１不平衡端子２０１と第２不平衡端子２０２との間を流れる直流電流を遮断するように構成されてもよい。第１電極１０６は、絶縁体１０７を介して真空容器１１０によって支持されうる。第２電極１１１は、絶縁体１０８を介して真空容器１１０によって支持されうる。あるいは、第２電極１１１と真空容器１１０との間に絶縁体１０８が配置されうる。

高周波電源１０１（第１電源）は、インピーダンス整合回路１０２を介してバラン１０３の第１不平衡端子２０１と第２不平衡端子２０２との間に高周波（高周波電流、高周波電圧、高周波電力）を供給する。換言すると、高周波電源１０１は、インピーダンス整合回路１０２、バラン１０３およびブロッキングキャパシタ１０４を介して、第１電極１０６と第２電極１１１との間に高周波（高周波電流、高周波電圧、高周波電力）を供給する。あるいは、高周波電源１０１は、インピーダンス整合回路１０２およびバラン１０３を介して、本体１０の第１端子２５１と第２端子２５２との間に高周波を供給するものとしても理解されうる。

電源１１６（第２電源）は、ローパスフィルタ１１５を介して第１電極１０６に負の直流電圧（バイアス電圧）又は交流電圧を供給するように構成されうる。ローパスフィルタ１１５は、バラン１０３から供給される高周波が電源１１６に伝わらないように該高周波を遮断する。電源１１６から第１電極１０６に負の直流電圧又は交流電圧を供給することによってターゲット１０９の表面の電圧又はターゲット１０９の表面に衝突するイオンエネルギーを制御（決定）することができる。ターゲット１０９が導電材料で構成されている場合は、電源１１６から第１電極１０６に負の直流電圧を供給することによってターゲット１０９の表面の電圧を制御することができる。ターゲット１０９が絶縁材料で構成されている場合は、電源１１６から第１電極１０６に交流電圧を供給することによってターゲット１０９の表面に衝突するイオンエネルギーを制御することができる。

ターゲット１０９が絶縁材料で構成され、電源１１６（第２電源）が第１電極１０６に交流電圧を供給する場合、電源１１６が第１電極１０６に供給する電圧の周波数は、高周波電源１０１（第１電源）が発生する高周波の周波数よりも低く設定されうる。この場合、電源１１６が第１電極１０６に供給する電圧の周波数は、数１００ＫＨｚ〜数ＭＨｚの範囲内に設定されることが好ましい。

真空容器１１０の内部空間には、真空容器１１０に設けられた不図示のガス供給部を通しガス（例えば、Ａｒ、ＫｒまたはＸｅガス）が供給される。また、第１電極１０６と第２電極１１１との間には、インピーダンス整合回路１０２、バラン１０３およびブロッキングキャパシタ１０４を介して高周波電源１０１（第１電源）によって高周波が供給される。また、第１電極１０６には、ローパスフィルタ１１５を介して直流電源１１６から負の直流電圧又は交流電圧が供給される。これにより、第１電極１０６と第２電極１１１との間にプラズマが生成され、ターゲット１０９の表面が負電圧に制御され、又は、ターゲット１０９の表面に衝突するイオンエネルギーが制御される。そして、プラズマ中のイオンがターゲット１０９の表面に衝突し、ターゲット１０９からそれを構成する材料の粒子が放出され、この粒子によって基板１１２の上に膜が形成される。

図２Ａには、バラン１０３の一構成例が示されている。図２Ａに示されたバラン１０３は、第１不平衡端子２０１と第１平衡端子２１１とを接続する第１コイル２２１と、第２不平衡端子２０２と第２平衡端子２１２とを接続する第２コイル２２２とを有する。第１コイル２２１および第２コイル２２２は、同一巻き数のコイルであり、鉄心を共有する。

図２Ｂには、バラン１０３の他の構成例が示されている。図２Ｂに示されたバラン１０３は、第１不平衡端子２０１と第１平衡端子２１１とを接続する第１コイル２２１と、第２不平衡端子２０２と第２平衡端子２１２とを接続する第２コイル２２２とを有する。第１コイル２２１および第２コイル２２２は、同一巻き数のコイルであり、鉄心を共有する。また、図２Ｂに示されたバラン１０３は、第１平衡端子２１１と第２平衡端子２１２との間に接続された第３コイル２２３および第４コイル２２４を更に有し、第３コイル２２３および第４コイル２２４は、第３コイル２２３と第４コイル２２４との接続ノードを第１平衡端子２１１の電圧と第２平衡端子２１２の電圧との中点とするように構成されている。該接続ノードは、中点端子２１３に接続されている。第３コイル２２３および第４コイル２２４は、同一巻き数のコイルであり、鉄心を共有する。中点端子２１３は、接地されてもよいし、真空容器１１０に接続されてもよいし、フローティングにされてもよい。

図３を参照しながらバラン１０３の機能を説明する。第１不平衡端子２０１を流れる電流をＩ１、第１平衡端子２１１を流れる電流をＩ２、第２不平衡端子２０２を流れる電流をＩ２’、電流Ｉ２のうち接地に流れる電流をＩ３とする。Ｉ３＝０、即ち、平衡回路の側で接地に電流が流れない場合、接地に対する平衡回路のアイソレーション性能が最も良い。Ｉ３＝Ｉ２、即ち、第１平衡端子２１１を流れる電流Ｉ２の全てが接地に対して流れる場合、接地に対する平衡回路のアイソレーション性能が最も悪い。このようなアイソレーション性能の程度を示す指標ＩＳＯは、以下の式で与えられうる。この定義の下では、ＩＳＯの値の絶対値が大きい方が、アイソレーション性能が良い。
ＩＳＯ［ｄＢ］＝２０ｌｏｇ（Ｉ３／Ｉ２’）

図３において、Ｒｐ−ｊＸｐは、真空容器１１０の内部空間にプラズマが発生している状態で第１平衡端子２１１および第２平衡端子２１２の側から第１電極１０６および第２電極１１１の側（本体１０の側）を見たときのインピーダンス（ブロッキングキャパシタ１０４のリアクタンスを含む）を示している。なお、このインピーダンスは、高周波電源１０１が発生する高周波の周波数におけるインピーダンスであり、ローパスフィルタ１１５および直流電源１１６のインピーダンスは無視可能である。Ｒｐは抵抗成分、−Ｘｐはリアクタンス成分を示している。また、図３において、Ｘは、バラン１０３の第１コイル２２１のインピーダンスのリアクタンス成分（インダクタンス成分）を示している。ＩＳＯは、Ｘ／Ｒｐに対して相関を有する。

ここで、高周波電源１０１からバラン１０３を介して第１電極１０６と第２電極１１１との間に高周波を供給する構成の利点を明らかにするために、電源１１６（およびローパスフィルタ１１５）をプラズマ処理装置１（本体１０）から取り外した状態におけるプラズマ処理装置１の動作を説明する。図４には、電源１１６（およびローパスフィルタ１１５）をプラズマ処理装置１（本体１０）から取り外した状態における電流Ｉ１（＝Ｉ２）、Ｉ２’、Ｉ３、ＩＳＯ、α（＝Ｘ／Ｒｐ）の関係が例示されている。

本発明者は、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たす場合に真空容器１１０の内部空間（第１電極１０６と第２電極１１１との間の空間）に形成されるプラズマの電位（プラズマ電位）が真空容器１１０の内面の状態に対して鈍感になることを見出した。ここで、プラズマ電位が真空容器１１０の内面の状態に対して鈍感になることは、プラズマ処理装置１を長期間にわたって使用した場合においてもプラズマ電位を安定させることができることを意味する。１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００は、−１０．０ｄＢ≧ＩＳＯ≧−８０ｄＢに相当する。

図５Ａ〜５Ｄには、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たす場合におけるプラズマ電位および第１電極１０６の電位（カソード電位）をシミュレーションした結果が示されている。図５Ａは、真空容器１１０の内面に膜が形成されていない状態でのプラズマ電位およびカソード電位を示している。図５Ｂは、真空容器１１０の内面に抵抗性の膜（１０００Ω）が形成された状態でのプラズマ電位およびカソード電位を示している。図５Ｃは、真空容器１１０の内面に誘導性の膜（０．６μＨ）が形成された状態でのプラズマ電位およびカソード電位を示している。図５Ｄは、真空容器１１０の内面に容量性の膜（０．１ｎＦ）が形成された状態でのプラズマ電位およびカソード電位を示している。図５Ａ〜５Ｄより、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たす場合は、真空容器１１０の内面が種々の状態においてプラズマ電位が安定していることが理解される。

図６Ａ〜６Ｄには、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たさない場合におけるプラズマ電位および第１電極１１６の電位（カソード電位）をシミュレーションした結果が示されている。図６Ａは、真空容器１１０の内面に膜が形成されていない状態でのプラズマ電位およびカソード電位を示している。図６Ｂは、真空容器１１０の内面に抵抗性の膜（１０００Ω）が形成された状態でのプラズマ電位およびカソード電位を示している。図６Ｃは、真空容器１１０の内面に誘導性の膜（０．６μＨ）が形成された状態でのプラズマ電位およびカソード電位を示している。図６Ｄは、真空容器１１０の内面に容量性の膜（０．１ｎＦ）が形成された状態でのプラズマ電位およびカソード電位を示している。図６Ａ〜６Ｄより、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たさない場合は、真空容器１１０の内面が状態に依存してプラズマ電位が変化することが理解される。

ここで、Ｘ／Ｒｐ＞５０００（例えば、Ｘ／Ｒｐ＝∞）である場合とＸ／Ｒｐ＜１．５である場合（例えば、Ｘ／Ｒｐ＝１．０、Ｘ／Ｒｐ＝０．５）との双方において、真空容器１１０の内面の状態に依存してプラズマ電位が変化しやすい。Ｘ／Ｒｐ＞５０００である場合は、真空容器１１０の内面に膜が形成されていない状態では、第１電極１０６と第２電極１１１との間でのみ放電が起こる。しかし、Ｘ／Ｒｐ＞５０００である場合、真空容器１１０の内面に膜が形成され始めると、それに対してプラズマ電位が敏感に反応し、図６Ａ〜６Ｄに例示されるような結果となる。一方、Ｘ／Ｒｐ＜１．５である場合は、真空容器１１０を介して接地に流れ込む電流が大きいので、真空容器１１０の内面の状態（内面に形成される膜の電気的な特性）による影響が顕著となり、膜の形成に依存してプラズマ電位が変化する。したがって、前述のように、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たすようにプラズマ処理装置１を構成するべきである。

図７を参照しながらＲｐ−ｊＸｐ（実際に知りたいものはＲｐのみ）の決定方法を例示する。まず、プラズマ処理装置１からバラン１０３を取り外し、インピーダンス整合回路１０２の出力端子２３０を本体１０の第１端子２５１（ブロッキングキャパシタ１０４）に接続する。また、本体１０の第２端子２５２（第２電極１１１）を接地する。この状態で高周波電源１０１からインピーダンス整合回路１０２を通して本体１０の第１端子２５１に高周波を供給する。図７に示された例では、インピーダンス整合回路１０２は、等価的に、コイルＬ１、Ｌ２および可変キャパシタＶＣ１、ＶＣ２で構成される。可変キャパシタＶＣ１、ＶＣ２の容量値を調整することによってプラズマを発生させることができる。プラズマが安定した状態において、インピーダンス整合回路１０２のインピーダンスは、プラズマが発生しているときの本体１０の側（第１電極１０６および第２電極１１１の側）のインピーダンスＲｐ−ｊＸｐに整合している。このときのインピーダンス整合回路１０２のインピーダンスは、Ｒｐ＋ｊＸｐである。よって、インピーダンスが整合したときのインピーダンス整合回路１０２のインピーダンスＲｐ＋ｊＸｐに基づいて、Ｒｐ−ｊＸｐ（実際に知りたいものはＲｐのみ）を得ることができる。Ｒｐ−ｊＸｐは、その他、例えば、設計データに基づいてシミュレーションによって求めることができる。

このようにして得られたＲｐに基づいて、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たすように、バラン１０３の第１コイル２２１のインピーダンスのリアクタンス成分（インダクタンス成分）Ｘを決定すればよい。以上のようにバラン１０３のリアクタンス成分を決定することによって、電源１１６を設けない場合においても、プラズマ電位（およびセルフバイアス電圧（ターゲット１０９の表面電圧））を安定させることができる。

更に、ローパスフィルタ１１５を介して電源１１６から第１電極１０６に負の直流電圧を供給する構成によれば、この直流電圧によってターゲット１０９の表面電圧を制御することができる。一方、ローパスフィルタ１１５を介して電源１１６から第１電極１０６に交流電圧を供給する構成によれば、この交流電圧によってターゲット１０９の表面に衝突するイオンエネルギーを制御することができる。したがって、高周波電源１０１から第１電極１０６と第２電極１１１との間に供給する高周波の電力を、ターゲット１０９の表面電圧とは独立して調整することができる。また、ローパスフィルタ１１５を介して電源１１６から第１電極１０６に負の直流電圧又は交流電圧を供給する構成によれば、プラズマ電位を真空容器１１０の内面の状態に対して鈍感にすることができる。よって、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たすことは必ずしも必要ではなく、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たさない場合においても、実用的な性能が提供されうる。

第１電極１０６と第２電極１１１との大きさの関係に制限はないが、第１電極１０６と第２電極１１１とが同程度の大きさを有することが好ましい。この場合、セルフバイアス電圧を小さくすることができ、ターゲット１０９の表面電圧またはターゲット１０９の表面に衝突するイオンエネルギーを電源１１６によって自由に制御することができる。

図８には、本発明の第２実施形態のプラズマ処理装置１の構成が模式的に示されている。第２実施形態のプラズマ処理装置１は、基板１１２をエッチングするエッチング装置として動作しうる。第２実施形態では、第１電極１０６は、カソードであり、基板１１２を保持する。また、第２実施形態では、第２電極１１１は、アノードである。第２実施形態のプラズマ処理装置１は、第１電極１０６と第１平衡端子２１１とがブロッキングキャパシタ１０４を介して電気的に接続されている。換言すると、第２実施形態のプラズマ処理装置１では、ブロッキングキャパシタ１０４が第１電極１０６と第１平衡端子２１１との電気的な接続経路に配置されている。

図９には、本発明の第３実施形態のプラズマ処理装置１の構成が模式的に示されている。第３実施形態のプラズマ処理装置１は、第１実施形態のプラズマ処理装置１の変形例であり、第２電極１１１を昇降させる機構および第２電極１１１を回転させる機構の少なくとも一方を更に備える。図９に示された例では、プラズマ処理装置１は、第２電極１１１を昇降させる機構および第２電極１１１を回転させる機構の双方を含む駆動機構１１４を備える。真空容器１１０と駆動機構１１４との間には、真空隔壁を構成するベローズ１１３が設けられうる。同様に、第２実施形態のプラズマ処理装置１も、第２電極１１１を昇降させる機構および第２電極１１１を回転させる機構の少なくとも一方を更に備えうる。

第３実施形態においても、第１電極１０６と第２電極１１１との大きさの関係に制限はないが、第１電極１０６と第２電極１１１とが同程度の大きさを有することが好ましい。

図１０には、本発明の第４実施形態のプラズマ処理装置１の構成が模式的に示されている。第４実施形態のプラズマ処理装置１として言及しない事項は、第１乃至第３実施形態に従いうる。プラズマ処理装置１は、バラン１０３と、真空容器１１０と、第１電極１０６と、第２電極１３５と、第３電極１５１と、ローパスフィルタ１１５、３０３と、電源１１６と、直流電源３０４とを備えている。あるいは、プラズマ処理装置１は、バラン１０３と、本体１０とを備え、本体１０が、真空容器１１０と、第１電極１０６と、第２電極１３５と、第３電極１５１と、ローパスフィルタ１１５、３０３と、電源１１６と、直流電源３０４とを備えているものとして理解されてもよい。本体１０は、第１端子２５１、第２端子２５２を有する。プラズマ処理装置１は、更に、インピーダンス整合回路１０２、３０２および高周波電源１０１、３０１を備えうる。電源１１６は、例えば、直流電源又は交流電源でありうる。該直流電源は、交流成分を含む直流電圧を発生してもよい。

バラン１０３は、第１不平衡端子２０１、第２不平衡端子２０２、第１平衡端子２１１および第２平衡端子２１２を有する。バラン１０３の第１不平衡端子２０１および第２不平衡端子２０２の側には、不平衡回路が接続され、バラン１０３の第１平衡端子２１１および第２平衡端子２１２には、平衡回路が接続される。バラン１０３は、前述のような中点端子を更に有してもよい。該中点端子は、真空容器１１０に電気的に接続されうる。

第１電極１０６は、ターゲット１０９を保持する。ターゲット１０９は、例えば、絶縁体材料または導電体材料でありうる。第２電極１３５は、第１電極１０６の周囲に配置される。第１電極１０６は、バラン１０３の第１平衡端子２１１に電気的に接続され、第２電極１３５は、バラン１０３の第２平衡端子２１２に電気的に接続されている。第３電極１５１は、基板１１２を保持する。第３電極１５１には、高周波電源３０１からインピーダンス整合回路３０２を介して高周波が供給されうる。

上記の構成は、第１電極１０６が第１端子２５１に電気的に接続され、第２電極１３５が第２端子２５２に電気的に接続され、第１端子２５１がバラン１０３の第１平衡端子２１１に電気的に接続され、第２端子２５２がバラン１０３の第２平衡端子２１２に電気的に接続された構成としても理解されうる。

第１電極１０６と第１平衡端子２１１（第１端子２５１）とは、ブロッキングキャパシタ１０４を介して電気的に接続されうる。ブロッキングキャパシタ１０４は、バラン１０３の第１平衡端子２１１と第１電極１０６との間（あるいは、バラン１０３の第１平衡端子２１１と第２平衡端子２１２との間）で、電源１１６からの直流電流又は交流電流を遮断する。ブロッキングキャパシタ１０４を設ける代わりに、インピーダンス整合回路１０２が、第１不平衡端子２０１と第２不平衡端子２０２との間を流れる、電源１１６からの直流電流又は交流電流を遮断するように構成されてもよい。あるいは、ブロッキングキャパシタ１０４は、第２電極１３５と第２平衡端子２１２（第２端子２５２）との間に配置されてもよい。第１電極１０６および第２電極１３５は、絶縁体１３２を介して真空容器１１０によって支持されうる。

高周波電源１０１は、インピーダンス整合回路１０２を介してバラン１０３の第１不平衡端子２０１と第２不平衡端子２０２との間に高周波を供給する。換言すると、高周波電源１０１は、第１インピーダンス整合回路１０２、バラン１０３およびブロッキングキャパシタ１０４を介して、第１電極１０６と第２電極１３５との間に高周波を供給する。あるいは、高周波電源１０１は、インピーダンス整合回路１０２およびバラン１０３を介して、本体１０の第１端子２５１と第２端子２５２との間に高周波を供給する。高周波電源３０１は、インピーダンス整合回路３０２を介して第３電極１５１に高周波を供給する。

電源１１６は、ローパスフィルタ１１５を介して第１電極１０６に負の直流電圧（バイアス電圧）又は交流電圧を供給する。ローパスフィルタ１１５は、バラン１０３から供給される高周波が電源１１６に伝わらないように該高周波を遮断する。電源１１６から第１電極１０６に負の直流電圧を供給することによってターゲット１０９の表面の電圧を制御することができる。電源１１６から第１電極１０６に交流電圧を供給することによってターゲット１０９の表面に衝突するイオンエネルギーを制御することができる。直流電源３０４は、ローパスフィルタ３０３を介して第３電極１５１に直流電圧（バイアス電圧）を供給する。ローパスフィルタ３０３は、高周波電源３０１から供給される高周波が直流電源３０４に伝わらないように該高周波を遮断する。直流電源３０４によって第３電極１５１に直流電圧を供給することによって基板１１２の表面電位を制御することができる。

第４実施形態においても、電源１１６から第１電極１０６に負の直流電圧又は交流電圧を供給することによってターゲット１０９の表面の電圧を又はターゲット１０９に衝突するイオンエネルギーを制御し、高周波電源１０１および高周波電源３０１によってプラズマ密度を制御することができる。また、第４実施形態においても、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たすことは、プラズマ電位をより安定させるために有利である。

第４実施形態においても、第１電極１０６と第２電極１３５との大きさの関係に制限はないが、第１電極１０６と第２電極１３５とが同程度の大きさを有することが好ましい。

図１１には、本発明の第５実施形態のプラズマ処理装置１の構成が模式的に示されている。第５実施形態のプラズマ処理装置１は、第４実施形態のプラズマ処理装置１に対して駆動機構１１４を追加した構成を有する。駆動機構１１４は、第３電極１５１を昇降させる機構および第３電極１５１を回転させる機構の少なくとも一方を備えうる。

第５実施形態においても、第１電極１０６と第２電極１３５との大きさの関係に制限はないが、第１電極１０６と第２電極１３５とが同程度の大きさを有することが好ましい。

図１２には、本発明の第６実施形態のプラズマ処理装置１の構成が模式的に示されている。第６実施形態として言及しない事項は、第１乃至第５実施形態に従いうる。第６実施形態のプラズマ処理装置１は、複数の第１高周波供給部と、少なくとも１つの第２高周波供給部とを備えている。ここでは、複数の第１高周波供給部が２つの高周波供給部で構成される例を説明する。また、２つの高周波供給部およびそれに関連する構成要素を添え字ａ、ｂで相互に区別する。同様に、２つのターゲットについても、添え字ａ、ｂで相互に区別する。

複数の第１高周波供給部のうちの１つは、第１電極１０６ａと、第２電極１３５ａと、バラン１０３ａと、電源１１６ａと、ローパスフィルタ１１５ａと、高周波電源１０１ａと、インピーダンス整合回路１０２ａと、ブロッキングキャパシタ１０４ａとを含みうる。複数の第１高周波供給部のうちの他の１つは、第１電極１０６ｂと、第２電極１３５ｂと、バラン１０３ｂ、電源１１６ｂと、ローパスフィルタ１１５ｂと、高周波電源１０１ｂと、インピーダンス整合回路１０２ｂと、ブロッキングキャパシタ１０４ｂとを含みうる。第２高周波供給部は、高周波電源３０１と、インピーダンス整合回路３０２と、直流電源３０４と、ローパスフィルタ３０３とを含みうる。電源１１６ａ、１１６ｂは、例えば、直流電源又は交流電源でありうる。該直流電源は、交流成分を含む直流電圧を発生してもよい。

他の観点において、プラズマ処理装置１は、バラン１０３ａ、１０３ｂと、真空容器１１０と、第１電極１０６ａ、１０６ｂと、第２電極１３５ａ、１３５ｂと、第３電極１５１と、ローパスフィルタ１１５ａ、１１５ｂ、３０３と、電源１１６ａ、１１６ｂと、直流電源３０４と、高周波電源１０１ａ、１０１ｂ、３０１とを備えている。

バラン１０３ａは、第１不平衡端子２０１ａ、第２不平衡端子２０２ａ、第１平衡端子２１１ａおよび第２平衡端子２１２ａを有する。バラン１０３ａの第１不平衡端子２０１ａおよび第２不平衡端子２０２ａの側には、不平衡回路が接続され、バラン１０３ａの第１平衡端子２１１ａおよび第２平衡端子２１２ａには、平衡回路が接続される。バラン１０３ｂは、第１不平衡端子２０１ｂ、第２不平衡端子２０２ｂ、第１平衡端子２１１ｂおよび第２平衡端子２１２ｂを有する。バラン１０３ｂの第１不平衡端子２０１ｂおよび第２不平衡端子２０２ｂの側には、不平衡回路が接続され、第１バラン１０３ｂの第１平衡端子２１１ｂおよび第２平衡端子２１２ｂには、平衡回路が接続される。

第１電極１０６ａ、１０６ｂは、それぞれターゲット１０９ａ、１０９ｂを保持する。ターゲット１０９ａ、１０９ｂは、例えば、絶縁体材料または導電体材料でありうる。第２電極１３５ａ、１３５ｂは、それぞれ第１電極１０６ａ、１０６ｂの周囲に配置される。第１電極１０６ａ、１０６ｂは、それぞれバラン１０３ａ、１０３ｂの第１平衡端子２１１ａ、２１１ｂに電気的に接続され、第２電極１３５ａ、１３５ｂは、それぞれ第１バラン１０３ａ、１０３ｂの第２平衡端子２１２ａ、２１２ｂに電気的に接続されている。高周波電源１０１ａは、インピーダンス整合回路１０２ａを介してバラン１０３ａの第１不平衡端子２０１ａと第２不平衡端子２０２ａとの間に高周波（高周波電流、高周波電圧、高周波電力）を供給する。高周波電源１０１ｂは、インピーダンス整合回路１０２ｂを介してバラン１０３ｂの第１不平衡端子２０１ｂと第２不平衡端子２０２ｂとの間に高周波（高周波電流、高周波電圧、高周波電力）を供給する。第３電極１５１は、基板１１２を保持する。第３電極１５１には、高周波電源３０１からインピーダンス整合回路３０２を介して高周波が供給されうる。

電源１１６ａ、１１６ｂは、それぞれローパスフィルタ１１５ａ、１１５ｂを介して第１電極１０６ａ、１０６ｂに負の直流電圧（バイアス電圧）又は交流電圧を供給する。ローパスフィルタ１１５ａ、１１５ｂは、それぞれバラン１０３ａ、１０３ｂから供給される高周波が電源１１６ａ、１１６ｂに伝わらないように該高周波を遮断する。電源１１６ａ、１１６ｂから第１電極１０６ａ、１０６ｂに負の直流電圧を供給することによってターゲット１０９ａ、１０９ｂの表面の電圧を制御することができる。電源１１６ａ、１１６ｂから第１電極１０６ａ、１０６ｂに交流電圧を供給することによってターゲット１０９ａ、１０９ｂの表面に衝突するイオンエネルギーを制御することができる。直流電源３０４は、ローパスフィルタ３０３を介して第３電極１５１に直流電圧（バイアス電圧）を供給する。ローパスフィルタ３０３は、高周波電源３０１から供給される高周波が直流電源３０４に伝わらないように該高周波を遮断する。直流電源３０４によって第３電極１５１に直流電圧を供給することによって基板１１２の表面電位を制御することができる。

第１高周波供給部および第２高周波供給部は、それぞれ図３と同様の等価回路で表現されうる。第６実施形態においても、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たすことが好ましい。

第６実施形態においても、第１電極１０６ａと第２電極１３５ａとの大きさの関係に制限はないが、第１電極１０６ａと第２電極１３５ａとが同程度の大きさを有することが好ましい。同様に、第１電極１０６ｂと第２電極１３５ｂとの大きさの関係に制限はないが、第１電極１０６ｂと第２電極１３５ｂとが同程度の大きさを有することが好ましい。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

１：プラズマ処理装置、１０：本体、１０１：高周波電源、１０２：インピーダンス整合回路、１０３：バラン、１０４：ブロッキングキャパシタ、１０６：第１電極、１０７、１０８：絶縁体、１０９：ターゲット、１１０：真空容器、１１１：第２電極、１１２：基板、１１５：ローパスフィルタ、１１６：電源、２０１：第１不平衡端子、２０２：第２不平衡端子、２１１：第１平衡端子、２１２：第２平衡端子、２１３：中点端子、２５１：第１端子、２５２：第２端子、２５３：第３端子、２２１：第１コイル、２２２：第２コイル、２２３：第３コイル、２２４：第４コイル

Claims (20)

1. 第１不平衡端子、第２不平衡端子、第１平衡端子および第２平衡端子を有するバランと、
   接地された真空容器と、
   前記第１平衡端子に電気的に接続された第１電極と、
   前記第２平衡端子に電気的に接続された第２電極と、
   インピーダンス整合回路と、
   前記インピーダンス整合回路を介して前記バランに接続され、前記インピーダンス整合回路および前記バランを介して前記第１電極に高周波を供給する第１電源と、
   ローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタを介して前記第１電極に電圧を供給する第２電源と、
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記第１電極はターゲットを保持し、前記第２電極は基板を保持する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記バランは、前記第１不平衡端子と前記第１平衡端子とを接続する第１コイルと、前記第２不平衡端子と前記第２平衡端子とを接続する第２コイルとを有する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記バランは、前記第１平衡端子と前記第２平衡端子との間に接続された第３コイルおよび第４コイルを更に有し、前記第３コイルおよび前記第４コイルは、前記第３コイルと前記第４コイルとの接続ノードの電圧を前記第１平衡端子の電圧と前記第２平衡端子の電圧との中点とするように構成されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記接続ノードは、前記真空容器に接続されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記第２電源は、交流電源を含み、
   前記交流電源が前記第１電極に供給する電圧の周波数は、前記周波数よりも低い、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第１電極が絶縁体を介して前記真空容器によって支持されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記第２電極と前記真空容器との間に絶縁体が配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記第２電極を昇降させる機構および前記第２電極を回転させる機構の少なくとも一方を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記第１電極は基板を保持し、前記プラズマ処理装置は、エッチング装置として構成されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記第１電極はターゲットを保持し、前記第２電極は前記第１電極の周囲に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
12. 複数の高周波供給部を備え、前記複数の高周波供給部の各々が前記バラン、前記第１電極および前記第２電極を含み、
    前記複数の高周波供給部の各々の前記第１電極がターゲットを保持し、前記複数の高周波供給部の各々において、前記第２電極が前記第１電極の周囲に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記第１電極および前記第２電極が絶縁体を介して前記真空容器によって支持されている、
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 基板を保持する第３電極と、
    第２インピーダンス整合回路を介して前記第３電極に高周波を供給する第２高周波電源と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
15. 第２ローパスフィルタを介して前記第３電極に直流電圧を供給する第２直流電源を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記第３電極と前記真空容器との間に絶縁体が配置されている、
    ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記第３電極を昇降させる機構および前記第３電極を回転させる機構の少なくとも一方を更に備える、
    ことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記第１平衡端子と前記第１電極とがブロッキングキャパシタを介して電気的に接続されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
19. 前記第２平衡端子と前記第２電極とがブロッキングキャパシタを介して電気的に接続されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
20. 前記第１平衡端子および前記第２平衡端子の側から前記第１電極および前記第２電極の側を見たときの前記第１平衡端子と前記第２平衡端子との間の抵抗成分をＲｐとし、前記第１不平衡端子と前記第１平衡端子との間のインダクタンスをＸとしたときに、１．５≦Ｘ／Ｒｐ≦５０００を満たす、
    ことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

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