JP2023080674A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ内の電子密度分布およびラジカル密度分布を制御する。
【解決手段】開示されるプラズマ処理装置１０は、チャンバ１１と、ステージ１２と、誘電体部材１３と、カバー１４と、ガス導入路１５と、誘導コイル１６と、を備える。誘導コイル１６は、誘電体部材１３の中央側領域Ｒ１と重なるように設置される第１誘導コイル１７と、誘電体部材１３の中央側領域Ｒ１の外側の周辺側領域Ｒ２と重なるように設置される第２誘導コイル１８とを有する。カバー１４は、誘電体部材１３の中央側領域Ｒ１と重なる位置に形成される第１ガス孔１４ｃと、誘電体部材１３の周辺側領域Ｒ２と重なる位置に形成される第２ガス孔１４ｄとを有する。ガス導入路１５は、第１ガス孔１４ｃと連通する第１ガス導入路１５ａと、第２ガス孔１４ｄと連通する第２ガス導入路１５ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の使用方法に関する。

従来、被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１のプラズマ処理装置は、上部に開口を有するチャンバと、チャンバ内に配置され、被処理物が載置されるステージと、当該開口を塞ぐ誘電体部材と、チャンバ内に原料ガスを導入するためのガス導入路と、チャンバ内に原料ガスを含むプラズマを発生させる誘導コイルとを備える。誘導コイルは、中央側に配置される第１誘導コイルと、外周側に配置される第２誘導コイルとを有する。

特開２０１３－０１２７６１号公報

しかしながら、特許文献１のプラズマ処理装置には、被処理物のエッチングレート（被処理物の表面がプラズマエッチングされる速度）の均一性について改善の余地がある。エッチングレートを均一化するには、チャンバ内の電子密度分布およびラジカル密度分布を制御することが有効である。このような状況において、本開示は、チャンバ内の電子密度分布およびラジカル密度分布を制御することを目的の１つとする。

本開示に係る一局面は、プラズマ処理装置に関する。当該プラズマ処理装置は、上部に開口を有するチャンバと、前記チャンバ内に配置され、被処理物が載置されるステージと、前記開口を塞ぐ誘電体部材と、前記チャンバ内で前記誘電体部材を覆うように設置されるカバーと、前記誘電体部材と前記カバーとの間に形成され、原料ガスが導入されるガス導入路と、前記誘電体部材の上側に設けられ、高周波電力が印加されることで前記チャンバ内に前記原料ガスを含むプラズマを発生させる誘導コイルと、を備え、前記誘導コイルは、前記誘電体部材の中央側領域と重なるように設置される第１誘導コイルと、前記誘電体部材の前記中央側領域の外側の周辺側領域と重なるように設置される第２誘導コイルとを有し、前記カバーは、前記誘電体部材の前記中央側領域と重なる位置に形成される第１ガス孔と、前記誘電体部材の前記周辺側領域と重なる位置に形成される第２ガス孔とを有し、前記ガス導入路は、前記第１ガス孔と連通する第１ガス導入路と、前記第２ガス孔と連通する第２ガス導入路とを有する。

本開示に係る別の一局面は、プラズマ処理装置の使用方法に関する。当該使用方法は、上部に開口を有するチャンバと、前記チャンバ内に配置され、被処理物が載置されるステージと、前記開口を塞ぐ誘電体部材と、前記チャンバ内で前記誘電体部材を覆うように設置されるカバーと、前記誘電体部材と前記カバーとの間に形成されたガス導入路と、前記誘電体部材の上側に設けられた誘導コイルと、を備え、前記誘導コイルは、前記誘電体部材の中央側領域と重なるように設置される第１誘導コイルと、前記誘電体部材の前記中央側領域の外側の周辺側領域と重なるように設置される第２誘導コイルとを有し、前記カバーは、前記誘電体部材の前記中央側領域と重なる位置に形成される第１ガス孔と、前記誘電体部材の前記周辺側領域と重なる位置に形成される第２ガス孔とを有し、前記ガス導入路は、前記第１ガス孔と連通する第１ガス導入路と、前記第２ガス孔と連通する第２ガス導入路とを有する、プラズマ処理装置の使用方法であって、前記第１および第２ガス導入路に原料ガスを導入すると共に、前記第１および第２誘導コイルに高周波電力を印加することで、前記チャンバ内に前記原料ガスを含むプラズマを発生させる。

本開示によれば、チャンバ内の電子密度分布およびラジカル密度分布を制御することができる。

実施形態１のプラズマ処理装置を模式的に示す断面図である。 実施形態１のカバーを模式的に示す平面図である。 実施形態２のプラズマ処理装置を模式的に示す断面図である。 実施形態２の各誘導コイルの一部を模式的に示す平面図である。 実施形態３のプラズマ処理装置を模式的に示す断面図である。 磁束密度のシミュレーション結果の一例を示す図であって、（ａ）は第１距離が第２距離よりも大きい場合のシミュレーション結果を示し、（ｂ）は第１距離と第２距離が同じ場合のシミュレーション結果を示す。 ガス流れのシミュレーション結果の一例を示す図であって、（ａ）は第１ガス孔および第２ガス孔からガス供給を行った場合のシミュレーション結果を示し、（ｂ）は第２ガス孔のみからガス供給を行った場合のシミュレーション結果を示す。

本開示に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の使用方法の実施形態について例を挙げて以下に説明する。しかしながら、本開示は以下に説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。

（プラズマ処理装置）
本開示に係るプラズマ処理装置は、被処理物をプラズマ処理するための装置である。プラズマ処理装置は、例えば、プラズマエッチング装置、プラズマダイサー、プラズマアッシング装置、またはプラズマＣＶＤ装置であってもよい。プラズマ処理装置は、チャンバと、ステージと、誘電体部材と、カバーと、ガス導入路と、誘導コイルとを備える。

チャンバは、上部に開口を有する。チャンバは、中空円筒状に形成されていてもよい。開口は、上方に向かって開放していてもよい。

ステージは、チャンバ内に配置され、被処理物が載置される。ステージは、被処理物が質される水平な載置面を有してもよい。ステージは、プラズマ処理中に被処理物を冷却するための冷媒が流れる流路を有してもよい。ステージは、被処理物を吸着するための静電吸着機構を有してもよい。ステージは、高周波電力が印加される下部電極を有してもよい。被処理物は、例えば、プラズマエッチングにより個片化される半導体基板であってもよい。半導体基板は、複数の素子領域と素子領域を画定する分割領域とを備える。素子領域は、例えば、半導体層と配線層とを備える。分割領域をエッチングすることにより半導体層と配線層とを有する素子チップが得られる。被処理物は、キャリアに支持された状態でステージに載置されてもよい。キャリアは、例えば、外周部をフレームで保持された樹脂シートであってもよい。

誘電体部材は、チャンバの開口を塞ぐ。誘電体部材は、水平に延びる領域を有する板状に形成されていてもよい。誘電体部材は、例えば、石英、アルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミックスで構成されてもよい。誘電体部材は、主に、石英で構成されてもよい。

カバーは、チャンバ内で誘電体部材を覆うように設置される。カバーは、誘電体部材の中央側領域と重なる位置に形成される第１ガス孔と、誘電体部材の中央側領域の外側の周辺側領域と重なる位置に形成される第２ガス孔とを有する。中央側領域は、誘電体部材の中心を含む円形領域として画定され得る。周辺側領域は、円形領域として画定された中央側領域を囲む第１の環状領域として画定され得る。円形領域として画定された中央側領域の直径をｄ１とするとき、第１の環状領域として画定された周辺側領域の外径ｄ２は、ｄ１の２倍以上もしくは２．５倍以上であってもよい。円形領域と第１の環状領域との間には、第１および第２ガス孔のいずれとも対向しない第２の環状領域が画定されてもよい。第１および第２ガス孔は、カバーを厚さ方向に貫通していてもよい。第１および第２ガス孔は、それぞれチャンバ内のステージが配置される空間に連通していてもよい。第１および第２ガス孔は、それぞれ複数設けられていてもよい。カバーは、例えば、石英、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化シリコンなどのセラミックスで構成されてもよい。カバーは、主に、窒化アルミニウムや石英で構成されてもよい。

ガス導入路は、誘電体部材とカバーとの間に形成され、原料ガスが導入される。ガス導入路は、第１ガス孔と連通する第１ガス導入路と、第２ガス孔と連通する第２ガス導入路とを有する。第１および第２ガス導入路は、それぞれカバーに形成された溝により構成されてもよい。第１ガス導入路に導入された原料ガスは、第１ガス孔を介してチャンバ内に導入される。第２ガス導入路に導入された原料ガスは、第２ガス孔を介してチャンバ内に導入される。

誘導コイルは、誘電体部材の上側に設けられ、高周波電力が印加されることでチャンバ内に原料ガスを含むプラズマを発生させる。誘導コイルは、誘電体部材の中央側領域と重なるように設置される第１誘導コイルと、誘電体部材の周辺側領域と重なるように設置される第２誘導コイルとを有する。第１誘導コイルが生じる磁場は、主に、第１ガス孔からチャンバ内に導入される原料ガスに作用する。第２誘導コイルが生じる磁場は、主に、第２ガス孔からチャンバ内に導入される原料ガスに作用する。第１誘導コイルに印加される高周波電力や第１ガス孔から導入される原料ガスの流量を調節すること、ならびに第２誘導コイルに印加される高周波電力や第２ガス孔から導入される原料ガスの流量を調節することで、チャンバ内の電子密度分布やラジカル密度分布を柔軟に制御することができる。そのような制御を通じて、チャンバ内の電子密度分布やラジカル密度分布を制御することができ、被処理物の加工を均一化することができる。

第１ガス孔と第１誘導コイルとの間の第１距離（例えば、両者の間の鉛直方向における最短距離）は、第２ガス孔と第２誘導コイルとの間の第２距離（例えば、両者の間の鉛直方向における最短距離）と異なってもよい。この構成によると、第１誘導コイルが生じる磁場と、第２誘導コイルが生じる磁場との間で生じる相互干渉を抑制できる。よって、第１誘導コイルと第２誘導コイルの独立制御性を高めることができる。これにより、チャンバ内の電子密度分布やラジカル密度分布の制御性をより一層高めることができる。第１距離は、第２距離よりも大きくても小さくてもよいが、電子密度分布およびラジカル密度分布の制御性を高めやすい点で、第２距離よりも大きいことが望ましい。

その理由を以下に述べる。チャンバ内の電子密度分布およびラジカル密度分布を精密に制御するためには、第１誘導コイルの分解能（すなわち、第１誘導コイルに印加される単位電力あたりの第１誘導コイルのプラズマ生成能力）と、第２誘導コイルの分解能（すなわち、第２誘導コイルに印加される単位電力あたりの第２誘導コイルのプラズマ生成能力）が同程度であることが好ましい。ここで、第１誘導コイルは、第２誘導コイルに比べて、コイルの作用する面積が小さく、かつコイル長が短いものとする。その場合、第１誘導コイルは、高周波電力が印加された場合の単位電力あたりの磁場生成効率が第２誘導コイルよりも高い。第１誘導コイルの磁場と第２誘導コイルの磁場は、それぞれがチャンバ内の原料ガスに作用してプラズマを生成させる。磁場はコイルからの距離が大きくなると弱まるため、第１距離を第２距離よりも大きくすることで、第１誘導コイルの磁場のプラズマ生成への寄与を低減できる。したがって、第１距離を第２距離よりも大きくすることで、コイル間の相互干渉を抑制できるたけでなく、単位電力あたりの第１誘導コイルのプラズマ生成能力（分解能）を第２誘導コイルのそれと同程度にすることができ、電子密度分布およびラジカル密度分布を精密に制御することが可能となる。

図６（ａ）および図６（ｂ）に、磁束密度のシミュレーション結果の一例を示す。図６（ａ）は、第１距離が第２距離よりも大きい場合の磁束密度分布のシミュレーション結果である。図６（ｂ）は、第１距離と第２距離が同じ場合の磁束密度分布のシミュレーション結果である。図６（ａ）と図６（ｂ）を比較すると、第２誘導コイルによって生成される磁束密度分布が、図６（ａ）の方が図６（ｂ）よりもチャンバ側に広がり、第２ガス孔近傍において第１ガス孔近傍と同程度の磁束密度が得られることがわかる。このことから、図６（ａ）のように、第１距離が第２距離よりも大きい場合に、電子密度分布およびラジカル密度分布の制御性が向上することが示唆される。

第１ガス導入路に導入される原料ガスの流量が、第２ガス導入路に導入される原料ガスの流量よりも大きくてもよい。この構成によると、チャンバ内において、中央側から外周側に向かう原料ガスの流れが生じやすくなる。被処理物は、通常、チャンバ内の中央領域に配置されており、そのプラズマ処理中には被処理物の近傍で反応生成物が生じる。つまり、チャンバ内の中央領域では、プラズマ処理の妨げとなり得る反応生成物が多く存在する。この反応生成物は、上述のようにチャンバ内の中央側から外周側に流れる原料ガスによって効率的に除去される。したがって、反応生成物によってプラズマ処理が妨げられるのを抑止することができる。

カバーは、第１ガス孔と第２ガス孔の間の下面に凸部を有してもよい。この構成によると、第１ガス孔の出口近傍の領域と、第２ガス孔の出口近傍の領域とが互いに分離される。これらの領域ではプラズマ処理中に電子やラジカルが生じるところ、互いに分離された両者の間では電子やラジカルの拡散が抑制される。よって、第１誘導コイルと第２誘導コイルの独立制御性を高めることができ、チャンバ内の電子密度分布やラジカル密度分布の制御性をより一層高めることができる。なお、凸部は、チャンバの周方向に沿って延びていてもよく、特にリング状に形成されていてもよい。リング状の凸部は、連続的に形成されていてもよく、間欠的に形成されていてもよい。凸部の高さは一定であることが望ましいが、凹凸形状を有してもよい。凸部は、上述の円形領域と第１の環状領域との間に画定された、第１および第２ガス孔のいずれとも対向しない第２の環状領域と重なるように設けてもよい。

なお、このような凸部を設けると、凸部の下方においてガス流れに乱れが発生する場合があるが、第２ガス孔からだけでなく、第１ガス孔からもチャンバ内に原料ガスを供給することで、ガス流れの乱れを抑制できる。ここで、図７（ａ）および図７（ｂ）に、ガス流れのシミュレーション結果の一例を示す。図７（ｂ）は、凸部を設けたチャンバにおいて、だい１ガス孔からのガス供給は行わずに、第２ガス孔のみからガス供給を行った場合の、チャンバ内におけるガス流れのシミュレーション結果である。第２ガス孔から供給されたガスの一部が、ステージ表面で周辺側から中央側に流れた後、ステージ中央付近で上方に向かって流れる傾向が確認される。一方、図７（ａ）は、凸部を設けたチャンバにおいて、第１ガス孔と第２ガス孔の両方からガス供給を行った場合の、チャンバ内におけるガス流れのシミュレーション結果である。図７（ｂ）で確認された、ステージ表面における周辺側から中央側に向かうガス流れやステージ中央付近における上方に向かうガス流れは見られず、ガス流れの乱れが低減されることが確認される。図７（ａ）のように、凸部を設けたチャンバにおいて第１ガス孔と第２ガス孔の両方からガス供給を行うことにより、ガスの排気特性、ひいては加工速度や加工形状が、特にステージの中央側において、改善されることが示唆される。

第１ガス導入路と第２ガス導入路とは、互いに分離していてもよい。この構成によると、第１ガス導入路の原料ガスが第２ガス導入路に侵入することや、その逆の原料ガスの侵入が抑止される。したがって、第１および第２ガス導入路の各々における原料ガスの流量制御が容易になる。これにより、チャンバ内の中央領域とその外側の周辺領域とにおいて、電子やラジカルの生成量を容易に制御することができる。

プラズマ処理装置は、誘電体部材の上側に設置される支柱と、支柱を支持すると共に第１および第２誘導コイルを覆う金属カバーと、をさらに備えてもよい。第１誘導コイルは、高周波電力が印加される第１端と、接地される第２端とを有してもよい。第２端は、支柱に支持された導電性部材を介して金属カバーに電気的に接続されており、チャンバは、金属カバーに電気的に接続されかつ接地されていてもよい。支柱は、絶縁体で構成されていてもよい。導電性部材は、第２誘導コイルと一体であっても別体であってもよい。この構成によると、第１誘導コイルの第２端は、導電性部材、金属カバー、およびチャンバを介して接地される。その接地経路は、第２誘導コイルの近くを経由しない。したがって、第１誘導コイルと第２誘導コイルとの間の相互干渉を抑制することができる。よって、第１誘導コイルと第２誘導コイルの独立制御性を高めることができ、チャンバ内の電子密度分布やラジカル密度分布の制御性をより一層高めることができる。

第２誘導コイルは、チャンバの周方向に沿って延びるスパイラル状に形成されていてもよい。導電性部材は、第１主面および第１主面と反対側の第２主面を有する板状（例えば、長方形断面を有する板状）に形成され、かつ第１および第２主面がチャンバの径方向に沿って延びるように配置されてもよい。この構成によると、第２誘導コイルの生じる磁場が導電性部材にほとんど鎖交しない。したがって、第１誘導コイルと第２誘導コイルとの間の相互干渉を抑制することができる。よって、第１誘導コイルと第２誘導コイルの独立制御性を高めることができ、チャンバ内の電子密度分布やラジカル密度分布の制御性をより一層高めることができる。

第２誘導コイルの少なくとも一部は、誘電体部材の上面に形成された凹部内に配置されてもよい。この構成によると、第２誘導コイルが生じる磁場の少なくとも一部は、誘電体部材のうち凹部が形成された部分（すなわち、薄肉の部分）を介して、第２ガス導入路から導入される原料ガスに作用する。よって、第２誘導コイルによって原料ガスを含むプラズマを高効率に発生させることができる。

（プラズマ処理装置の使用方法）
本開示に係るプラズマ処理装置の使用方法は、上述のプラズマ処理装置を使用する方法であって、第１および第２ガス導入路に原料ガスを導入すると共に、第１および第２誘導コイルに高周波電力を印加することで、チャンバ内に原料ガスを含むプラズマを発生させる工程を備える。当該使用方法は、通常、ステージに被処理物を載置する工程と、発生させたプラズマにより被処理物を処理もしくはエッチングする工程とを有する。例えば、プラズマエッチングにより被処理物である半導体基板を個片化する工程を有してもよい。プラズマは、例えば、フッ素含有ガスを含むプラズマであってもよいが、これに限られるものではない。当該使用方法によると、チャンバ内の電子密度分布やラジカル密度分布を均一化することが可能となる。

第１ガス導入路に導入される原料ガスの流量は、第２ガス導入路に導入される原料ガスの流量よりも大きくてもよい。これにより、チャンバの中央領域で多く生じる反応生成物が、チャンバ内の中央側から外周側に流れる原料ガスによって効率的に除去される。したがって、反応生成物によってプラズマ処理が妨げられるのを抑止することができる。

第１ガス導入路と第２ガス導入路とは、互いに分離していてもよい。これにより、第１ガス導入路の原料ガスが第２ガス導入路に侵入することや、その逆の原料ガスの侵入が抑止される。したがって、第１および第２ガス導入路の各々における原料ガスの流量制御が容易になる。よって、チャンバ内の中央領域とその外側の周辺領域とにおいて、電子やラジカルの生成量を容易に制御することができる。

以上のように、本開示によれば、プラズマ処理装置において、チャンバ内の電子密度分布およびラジカル密度分布を均一化することができる。

以下では、本開示に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の使用方法の一例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する一例のプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の使用方法の構成要素および工程には、上述した構成要素および工程を適用できる。以下で説明する一例のプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の使用方法の構成要素および工程は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。以下で説明する一例のプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の使用方法の構成要素および工程のうち、本開示に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の使用方法に必須ではない構成要素および工程は省略してもよい。なお、以下で示す図は模式的なものであり、実際の部材の形状や数を正確に反映するものではない。

《実施形態１》
本開示の実施形態１について説明する。本実施形態のプラズマ処理装置１０は、被処理物（例えば、半導体基板）をプラズマ処理するための装置である。本実施形態のプラズマ処理装置１０は、プラズマダイサーであるが、これに限られるものではない。図１および図２に示すように、プラズマ処理装置１０は、チャンバ１１と、ステージ１２と、誘電体部材１３と、カバー１４と、ガス導入路１５と、誘導コイル１６と、第１高周波電源２１と、第２高周波電源２２と、金属カバー２５とを備える。

チャンバ１１は、上部に開口１１ａを有する。チャンバ１１は、中空円筒状に形成されているが、これに限られるものではない。開口１１ａは、上方に向かって開放している。チャンバ１１は、ステージ１２よりも外周側に配置され、プラズマ処理に用いられた原料ガスを排気するための排気口１１ｂを有する。この排気口１１ｂには、不図示の排気装置が接続される。チャンバ１１は、導電性部材（例えば、金属）で構成される。チャンバ１１は、接地されている。

ステージ１２は、チャンバ１１内に配置され、被処理物が載置される。ステージ１２は、被処理物が載置される水平な載置面１２ａを有する。ステージ１２は、プラズマ処理中に被処理物を冷却するための冷媒が流れる流路（図示せず）を有する。ステージ１２は、被処理物を吸着するための静電吸着機構（図示せず）を有する。ステージ１２は、高周波電力が印加される下部電極（図示せず）を有する。

誘電体部材１３は、チャンバ１１の開口１１ａを塞ぐ。誘電体部材１３は、水平に延びる領域を有する板状に形成される。誘電体部材１３は、石英で構成されるが、これに限られるものではない。

カバー１４は、チャンバ１１内で誘電体部材１３を覆うように設置される。カバー１４は、誘電体部材１３の下面を覆う。カバー１４は、誘電体部材１３の中央側領域Ｒ１と重なる位置に形成される複数の第１ガス孔１４ｃと、誘電体部材１３の周辺側領域Ｒ２と重なる位置に形成される複数の第２ガス孔１４ｄとを有する。第１ガス孔１４ｃおよび第２ガス孔１４ｄは、それぞれカバー１４を厚さ方向に貫通している。第１ガス孔１４ｃおよび第２ガス孔１４ｄを、それぞれチャンバ１１内のステージ１２が配置される空間に連通している。複数の第１ガス孔１４ｃは、径方向および周方向に間隔をおいて配置されている。複数の第２ガス孔１４ｄは、径方向および周方向に間隔をおいて配置されている。カバー１４は、窒化アルミニウムで構成されるが、これに限られるものではない。

カバー１４は、第１ガス孔１４ｃと第２ガス孔１４ｄの間の下面に第１凸部１４ａを有する。カバー１４は、第１ガス孔１４ｃの内側に第２凸部１４ｂを有する。第１および第２凸部１４ａ，１４ｂは、それぞれリング状に形成されるが、これに限られるものではない。第１および第２凸部１４ａ，１４ｂは、例えば、窒化アルミニウムで構成される。第１凸部１４ａは、凸部の一例である。

ガス導入路１５は、誘電体部材１３とカバー１４との間に形成され、原料ガスが導入される。ガス導入路１５は、第１ガス孔１４ｃと連通する第１ガス導入路１５ａと、第２ガス孔１４ｄと連通する第２ガス導入路１５ｂとを有する。第１ガス導入路１５ａおよび第２ガス導入路１５ｂは、それぞれカバー１４に形成された溝により構成される。第１ガス導入路１５ａおよび第２ガス導入路１５ｂは、それぞれチャンバ１１の外部に連通している。第１ガス導入路１５ａおよび第２ガス導入路１５ｂには、それぞれ不図示のガス源が接続される。

本実施形態では、第１ガス導入路１５ａおよび第２ガス導入路１５ｂは、チャンバ１１に形成された通路（図示せず）を介してチャンバ１１の外部に連通している。ただし、第１ガス導入路１５ａおよび第２ガス導入路１５ｂは、誘電体部材１３に形成された通路（図示せず）を介してチャンバ１１の外部に連通していてもよい。

第１ガス導入路１５ａに導入される原料ガスの流量は、第２ガス導入路１５ｂに導入される原料ガスの流量よりも大きい。なお、前者の流量は、後者の流量よりも小さくてもよいし、両者が互いに等しくてもよい。第１ガス導入路１５ａと第２ガス導入路１５ｂとは、互いに分離されている。

誘導コイル１６は、誘電体部材１３の上側に設けられ、高周波電力が印加されることでチャンバ１１内に原料ガスを含むプラズマを発生させる。誘導コイル１６は、誘電体部材１３の中央側領域Ｒ１と重なるように設置される第１誘導コイル１７と、誘電体部材１３の周辺側領域Ｒ２と重なるように設置される第２誘導コイル１８とを有する。第１誘導コイル１７は、誘電体部材１３の中央側領域Ｒ１の上方に配置される。第２誘導コイル１８は、誘電体部材１３の周辺側領域Ｒ２の上方に配置される。

第１誘導コイル１７は、それぞれチャンバ１１の周方向にスパイラル状に延びる１つ以上の導電体で構成される。第２誘導コイル１８は、それぞれチャンバ１１の周方向にスパイラル状に延びる１つ以上の導電体で構成される。

第１誘導コイル１７を構成する導電体は、１つ以上でよく、２つが好ましい。その第１の理由は、第１誘導コイル１７は、コイル長が第２誘導コイル１８に比べて短いため、インピーダンスが第２誘導コイル１８よりも低く、各コイル間の高周波の重畳が発生する可能性があるためである。各コイル間の高周波の重畳を抑えるためには、コイル間距離を大きくしたり、コイルの作用点の高さ位置を変えたりすることに加えて、各コイルのインピーダンスを近づけることが望ましい。第２の理由は、第１誘導コイル１７の巻き数が１つの場合、周方向に不均一な分布が生じる場合があるためである。これらの理由から、例えば、第２誘導コイル１８が４条巻きの場合、第１誘導コイル１７は４条巻きよりも少ない数、例えば２条巻きであることが好ましい。換言すると、第１誘導コイル１７を構成する導電体の数は、複数であり、かつ第２誘導コイル１８を構成する導電体の数よりも小さいことが好ましい。

第１誘導コイル１７と第１ガス孔１４ｃとの間の第１距離Ｄ１（具体的には、第１誘導コイル１７の下端と第１ガス孔１４ｃの上端との間の距離）は、第２誘導コイル１８と第２ガス孔１４ｄとの間の第２距離Ｄ２（具体的には、第２誘導コイル１８の下端と第２ガス孔１４ｄの上端との間の距離）よりも長い。例えば、第１距離Ｄ１は、第２距離Ｄ２の１．３倍以上、３倍以下であってもよい。なお、第１距離Ｄ１は、第２距離Ｄ２よりも短くてもよいし、両者が互いに等しくてもよい。第２誘導コイル１８の一部（外周側の一部）は、誘電体部材１３の上面に形成された凹部１３ａ内に配置される。

第１高周波電源２１は、第１誘導コイル１７に高周波電力（例えば、３～３０ＭＨｚの交流電力）を供給する。第１高周波電源２１は、可変コンデンサなどの第１整合器２３を介して第１誘導コイル１７の一端（第１端１７ａ）に接続される。第１誘導コイル１７の他端（第２端１７ｂ）は、導電性のチャンバ１１を介して接地される。

第２高周波電源２２は、第２誘導コイル１８に高周波電力（例えば、３～３０ＭＨｚの交流電力）を供給する。第２高周波電源２２は、可変コンデンサなどの第２整合器２４を介して第２誘導コイル１８の一端に接続される。第２誘導コイル１８の他端は、導電性のチャンバ１１を介して接地される。

第１高周波電源２１の電力（第１誘導コイル１７に印加される電力）の周波数と、第２高周波電源２２の電力（第２誘導コイル１８に印加される電力）の周波数とは、互いに異なる。なお、両周波数は、互いに等しくてもよい。

なお、第１誘導コイル１７および第２誘導コイル１８への高周波電力の供給方法は、これに限るものではなく、例えば、１つの高周波電源を用い、かつ整合器の出力部に高周波分配回路を接続して、第１誘導コイル１７と第２誘導コイル１８に任意の比率の高周波電力を印加してもよい。

金属カバー２５は、第１誘導コイル１７および第２誘導コイル１８を覆う。金属カバー２５は、チャンバ１１の上側に設けられ、チャンバ１１に電気的に接続される。金属カバー２５は、上端が閉塞された円筒状に形成されているが、これに限られるものではない。金属カバー２５は、例えば、アルミニウムで構成されてもよい。

－プラズマ処理装置の使用方法－
本実施形態のプラズマ処理装置の使用方法について説明する。当該使用方法は、上述のプラズマ処理装置１０を使用する方法であって、第１および第２ガス導入路１５ａ，１５ｂに原料ガスを導入すると共に、第１および第２誘導コイル１７，１８に高周波電力を印加することで、チャンバ１１内に原料ガスを含むプラズマを発生させる工程を備える。

《実施形態２》
本開示の実施形態２について説明する。本実施形態のプラズマ処理装置１０は、第１支柱２７などを備える点で上記実施形態１と異なる。以下、上記実施形態１と異なる点について主に説明する。

図３および図４に示すように、プラズマ処理装置１０は、第１支柱２７と、第２支柱２９と、第１ヒータ３１と、第２ヒータ３２と、第１押圧部３３と、第２押圧部３４とを備える。

第１支柱２７は、誘電体部材１３の中央側領域Ｒ１の上側に設置される。第１支柱２７は、絶縁体で構成される。第１支柱２７は、金属カバー２５によって支持されている。第１支柱２７は、第１誘導コイル１７を支持する。第１支柱２７は、固定部材２８を介して、第１誘導コイル１７の第２端１７ｂに接続された導電性部材２６を支持している。導電性部材２６は、第１誘導コイル１７の上方において、金属カバー２５に電気的に接続されている。導電性部材２６は、第２誘導コイル１８の上方の領域には延びていない。第１支柱２７は、支柱の一例である。

第２支柱２９は、誘電体部材１３の周辺側領域Ｒ２の上側に設置される。第２支柱２９は、絶縁体で構成される。第２支柱２９は、金属カバー２５によって支持されている。第２支柱２９は、第２誘導コイル１８を支持する。

第１ヒータ３１および第２ヒータ３２は、誘電体部材１３の上面に設けられ、プラズマ処理中に誘電体部材１３を加熱する。第１ヒータ３１は、第２ヒータ３２よりも中央寄りの領域に配置される。

第１押圧部３３および第２押圧部３４は、第１ヒータ３１および第２ヒータ３２を誘電体部材１３に対して押し当てる。第１押圧部３３は、第１支柱２７と第１ヒータ３１との間に設けられる。第１押圧部３３は、第１ヒータ３１を誘電体部材１３に対して押し当てるための第１ばね３３ａを有する。第２押圧部３４は、金属カバー２５と第２ヒータ３２との間に設けられる。第２押圧部３４は、第２ヒータ３２を誘電体部材１３に対して押し当てるための第２ばね３４ａを有する。

図４に示すように、導電性部材２６は、第１主面２６ａおよび第１主面２６ａと反対側の第２主面２６ｂを有する板状に形成されている。導電性部材２６は、第１および第２主面２６ａ，２６ｂがチャンバ１１の径方向に沿って延びるように配置される。例えば、導電性部材２６は、第１および第２主面２６ａ，２６ｂに沿って延びる直線が、スパイラル状の第２誘導コイル１８の側面に実質的に直交するように配置されてもよい。実質的に直交するとは、８０°以上、１００°以下の角度をなして交差することをいう。

《実施形態３》
本開示の実施形態３について説明する。本実施形態のプラズマ処理装置１０は、突出部３５などを備える点で上記実施形態１と異なる。以下、上記実施形態１と異なる点について主に説明する。

図５に示すように、プラズマ処理装置１０は、突出部３５と、筒状部材３６と、光学式センサ３９とを備える。

突出部３５は、誘電体部材１３の中央に形成された貫通孔１３ｂに嵌合すると共に誘電体部材１３よりも上側に延びている。突出部３５は、その上端に光学測定用の誘電体窓３５ａを有する。誘電体窓３５ａは、光学式センサ３９、ステージ１２に載置された被処理物、およびプラズマのいずれかが発する光を透過させる。突出部３５は、誘電体で構成されてもよいし、その他の材料で構成されてもよい。

筒状部材３６は、突出部３５の内側を上下に延びるように設けられる。筒状部材３６は、誘電体で構成される。筒状部材３６と突出部３５との間には、第１ガス導入路１５ａに連通するガス導入空間３７が形成される。このガス導入空間３７には、不図示のガス源からガス配管３８を介して原料ガスが導入される。

光学式センサ３９は、誘電体窓３５ａの上方に設けられ、被処理物に関する情報を検知する。光学式センサ３９は、誘電体窓３５ａを介して被処理物に光を照射し、その反射光を受けることで被処理物に関する情報を検知する。あるいは、光学式センサ３９は、誘電体窓３５ａを介して、被処理物が発する光を受けることで被処理物に関する情報を検知する。あるいは、光学式センサ３９は、誘電体窓３５ａを介して、プラズマが発する光を受けることで被処理物やプラズマに関する情報を検知する。光学式センサ３９は、例えば、赤外線センサで構成されるが、これに限られるものではない。被処理物に関する情報は、例えば、被処理物の少なくとも一部の厚さ、および／または被処理物の温度である。プラズマに関する情報は、例えば、プラズマの組成である。

本開示は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の使用方法に利用できる。

１０：プラズマ処理装置
１１：チャンバ
１１ａ：開口
１１ｂ：排気口
１２：ステージ
１２ａ：載置面
１３：誘電体部材
１３ａ：凹部
１３ｂ：貫通孔
１４：カバー
１４ａ：第１凸部（凸部）
１４ｂ：第２凸部
１４ｃ：第１ガス孔
１４ｄ：第２ガス孔
１５：ガス導入路
１５ａ：第１ガス導入路
１５ｂ：第２ガス導入路
１６：誘導コイル
１７：第１誘導コイル
１７ａ：第１端
１７ｂ：第２端
１８：第２誘導コイル
２１：第１高周波電源
２２：第２高周波電源
２３：第１整合器
２４：第２整合器
２５：金属カバー
２６：導電性部材
２６ａ：第１主面
２６ｂ：第２主面
２７：第１支柱（支柱）
２８：固定部材
２９：第２支柱
３１：第１ヒータ
３２：第２ヒータ
３３：第１押圧部
３３ａ：第１ばね
３４：第２押圧部
３４ａ：第２ばね
３５：突出部
３５ａ：誘電体窓
３６：筒状部材
３７：ガス導入空間
３８：ガス配管
３９：光学式センサ
Ｄ１：第１距離
Ｄ２：第２距離
Ｒ１：中央側領域
Ｒ２：周辺側領域

Claims (10)

1. 上部に開口を有するチャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、被処理物が載置されるステージと、
   前記開口を塞ぐ誘電体部材と、
   前記チャンバ内で前記誘電体部材を覆うように設置されるカバーと、
   前記誘電体部材と前記カバーとの間に形成され、原料ガスが導入されるガス導入路と、
   前記誘電体部材の上側に設けられ、高周波電力が印加されることで前記チャンバ内に前記原料ガスを含むプラズマを発生させる誘導コイルと、
   を備え、
   前記誘導コイルは、前記誘電体部材の中央側領域と重なるように設置される第１誘導コイルと、前記誘電体部材の前記中央側領域の外側の周辺側領域と重なるように設置される第２誘導コイルとを有し、
   前記カバーは、前記誘電体部材の前記中央側領域と重なる位置に形成される第１ガス孔と、前記誘電体部材の前記周辺側領域と重なる位置に形成される第２ガス孔とを有し、
   前記ガス導入路は、前記第１ガス孔と連通する第１ガス導入路と、前記第２ガス孔と連通する第２ガス導入路とを有する、プラズマ処理装置。
2. 前記第１ガス孔と前記第１誘導コイルとの間の第１距離は、前記第２ガス孔と前記第２誘導コイルとの間の第２距離と異なる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第１ガス導入路に導入される原料ガスの流量が、前記第２ガス導入路に導入される原料ガスの流量よりも大きい、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記カバーは、前記第１ガス孔と前記第２ガス孔の間の下面に凸部を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記第１ガス導入路と前記第２ガス導入路とは、互いに分離している、請求項１～４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記誘電体部材の上側に設置される支柱と、
   前記支柱を支持すると共に前記第１および第２誘導コイルを覆う金属カバーと、
   をさらに備え、
   前記第１誘導コイルは、高周波電力が印加される第１端と、接地される第２端とを有し、
   前記第２端は、前記支柱に支持された導電性部材を介して前記金属カバーに電気的に接続されており、
   前記チャンバは、前記金属カバーに電気的に接続されかつ接地されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第２誘導コイルは、前記チャンバの周方向に沿って延びるスパイラル状に形成されており、
   前記導電性部材は、第１主面および前記第１主面と反対側の第２主面を有する板状に形成され、かつ前記第１および第２主面が前記チャンバの径方向に沿って延びるように配置される、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 上部に開口を有するチャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、被処理物が載置されるステージと、
   前記開口を塞ぐ誘電体部材と、
   前記チャンバ内で前記誘電体部材を覆うように設置されるカバーと、
   前記誘電体部材と前記カバーとの間に形成されたガス導入路と、
   前記誘電体部材の上側に設けられた誘導コイルと、
   を備え、
   前記誘導コイルは、前記誘電体部材の中央側領域と重なるように設置される第１誘導コイルと、前記誘電体部材の前記中央側領域の外側の周辺側領域と重なるように設置される第２誘導コイルとを有し、
   前記カバーは、前記誘電体部材の前記中央側領域と重なる位置に形成される第１ガス孔と、前記誘電体部材の前記周辺側領域と重なる位置に形成される第２ガス孔とを有し、
   前記ガス導入路は、前記第１ガス孔と連通する第１ガス導入路と、前記第２ガス孔と連通する第２ガス導入路とを有する、プラズマ処理装置の使用方法であって、
   前記第１および第２ガス導入路に原料ガスを導入すると共に、前記第１および第２誘導コイルに高周波電力を印加することで、前記チャンバ内に前記原料ガスを含むプラズマを発生させる、プラズマ処理装置の使用方法。
9. 前記第１ガス導入路に導入される原料ガスの流量は、前記第２ガス導入路に導入される原料ガスの流量よりも大きい、請求項８に記載のプラズマ処理装置の使用方法。
10. 前記第１ガス導入路と前記第２ガス導入路とは、互いに分離している、請求項８または９に記載のプラズマ処理装置の使用方法。

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