JP4933329B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理空間にプラズマを発生させて、対象物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。

従来、プラズマ処理空間に高密度プラズマを生成して、プラズマ処理空間に配置された対象物として例えば基板等に対して、蒸着、エッチング、スパッタリング等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置としては、種々のものが知られている。

このようなプラズマ処理装置としては、例えば、放電コイルに高周波電力を印加することによって、真空容器内にプラズマを発生させる高周波誘導結合方式のプラズマ処理装置がある（例えば、特許文献１参照）。この方式のプラズマ処理装置は、真空容器内に高周波磁界を発生させ、その高周波磁界によって真空容器内に誘導電界を発生させて電子の加速を行い、プラズマを発生させるものである。

このような従来のプラズマ処理装置において、一般的なプラズマ処理であるＡｒ系ガスを主体としたプラズマ処理を行うような場合にあっては、基板にてスパッタされた金属原子が誘電体部材である石英板に付着してしまい、誘導結合放電を長時間維持できないという問題が生じる場合がある。このような石英板表面への金属原子等の付着を抑制する方式が提案されている。例えば、特許文献２においては、ループ状の放電コイルと石英板との間に、プラズマと静電的に結合（容量結合）する別の電極（ＦＳ電極）を配置することで、石英板の内表面に自己セルフバイアスを形成して、イオンを積極的に引き込むことで、内表面に付いた付着物を除去するような方式のプラズマ処理装置が開示されている。

このような従来のプラズマ処理装置においては、放電コイルに例えば６００〜８００ｗ程度の電力を供給するとともに、ＦＳ電極に２００〜４００ｗ程度の電力を供給して、エッチングレートが例えば２００〜３００ｎｍ／分程度の高速エッチングを、略均一なエッチングレートにて実現することができる。

特許第３１６５３５６号公報 特許第３４２９３９１号公報

しかしながら、このような従来のプラズマ処理装置を用いて、ラジカル性のエッチング、及び／又は低い基板バイアスで低速のエッチングを行うような場合、すなわち、低いパワーで微細エッチングをするようなプラズマ処理を行うような場合にあっては、エッチングレートが不均一になるという問題がある。これは、高いパワーを用いて高速エッチングを行うような場合には、特に問題となるようなこともなく、潜在化していた放電コイルやＦＳ電極によるプラズマパワー（例えばプラズマ密度）の僅かなバランスの不均一性が、低いパワーを用いて低速エッチングを行う場合に顕在化してきたものと考えられる。なお、低速エッチングとは、放電コイルに例えば２００〜４００ｗ程度の電力が供給され、ＦＳ電極に２００〜４００ｗ程度の電力が供給されて、２０〜５０ｎｍ／分程度のエッチングレートを得ることができるようなエッチングのことである。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、ラジカル性のエッチング、及び／又は低い基板バイアスで低速のエッチングにおいて、誘電体部材への付着物を抑制しながら、高密度で高い均一性のプラズマを生成できるプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、プラズマ処理空間にプラズマを発生させて、対象物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
その内側に上記対象物が配置される真空容器と、
上記真空容器内にプラズマ処理空間を画定する誘電体部材と、
上記誘電体部材の外側に配置され、かつ高周波電力の第１の印加点をその中心に備える渦巻きコイル形状を有する第１の電極と、
その中心が上記第１の電極の中心と合致するように上記第１の電極と上記誘電体部材との間に配置され、かつ上記中心に対して対称に配置された、高周波電力の第２の印加点を有する平板状の第２の電極とを備え、
上記第２の電極において、複数の上記第２の印加点が上記中心を中心とした円周上において均等な間隔で配置されている、プラズマ処理装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、プラズマ処理空間にプラズマを発生させて、対象物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
その内側に上記対象物が配置される真空容器と、
上記真空容器内にプラズマ処理空間を画定する誘電体部材と、
上記誘電体部材の外側に配置され、かつ高周波電力の第１の印加点をその中心に備える渦巻きコイル形状を有する第１の電極と、
その中心が上記第１の電極の中心と合致するように上記第１の電極と上記誘電体部材との間に配置され、かつ上記中心に対して対称に配置された、高周波電力の第２の印加点を有する平板状の第２の電極とを備え、
上記第１の電極は、上記中心から同じ方向に旋回するように配置されることで上記渦巻きコイル形状を形成する複数のコイル部材を備え、上記第１の電極の上記中心付近よりも外周側の方が上記複数のコイル部材が密集して配置され、
上記第２の電極は、上記第１の電極の上記コイル部材が密集して配置される外周部分にて磁場が形成される方向である半径方向に延在して形成された少なくとも３個以上のスリット状の開口部を備える、プラズマ処理装置を提供する。

本発明によれば、渦巻きコイル形状を有する第１の電極への高周波電力の第１の印加点をその中心に配置し、第１の電極と誘電体部材との間に配置される平板状の第２の電極への高周波電力の第２の印加点を、上記第１の電極の中心に対して対称、例えば点対称に配置していることにより、第１の電極による誘導結合のパワーと、第２の電極による容量結合のパワーとの上記中心に対するバランスを良好なものとすることができる。従って、プラズマ処理空間におけるプラズマ密度の均一化を図ることができ、プラズマ処理の対象物の表面におけるエッチングレートの均一化を実現することができる。特にこのようなエッチングレートの均一化は、ラジカル性のエッチング、及び／又は低い基板バイアスで低速のエッチングにおいて有効であり、誘電体部材への付着物を抑制しながら、低いパワーの低速エッチングから高いパワーの高速エッチングまでの広い範囲を高密度で高い均一性のプラズマを生成できるプラズマ処理装置を提供することができる。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかるプラズマ処理装置１０１の主要な構成を示す模式構成図を図１に示す。

図１に示すように、プラズマ処理装置１０１は、その内側にプラズマ処理空間Ｓを形成する真空容器の一例であるチャンバ１と、チャンバ１の上部開口を閉止してプラズマ処理空間Ｓを画定する誘電体部材の一例である石英の天板５と、天板５の外側（図示上方）に配置され、渦巻きコイル形状を有する第１の電極の一例であるＩＣＰコイル（誘導結合コイル）４と、ＩＣＰコイル４と天板５との間に配置された平板状の第２の電極の一例であるＦＳ電極７とを備えている。

チャンバ１内には、ＩＣＰコイル４と対向して配置され、プラズマ処理の対象物として例えば基板２が載置される対向電極（基板電極あるいは第３の電極）３が配置されており、この対向電極は、載置された基板（ウェハ）２を静電的に保持する静電チャック（ＥＳＣ）９を有している。対向電極３は、例えば円盤形状を有しており、その図示下方中央部を第３の印加点３ａとして、可変コンデンサ１６を介して対向電極用高周波電源１５に電気的に接続されて、所定の高周波電力が印加されるようになっている。また、チャンバ１には、その内側のプラズマ処理空間Ｓに反応ガスとして、例えば塩素系ガスＧを供給するためのガス供給口１ａと、プラズマ処理空間Ｓを所定の圧力に減圧する、例えば真空状態とするための排気口１ｂが形成されている。なお、ガス供給口１ａは図示しないガス供給手段に接続されており、排気口１ｂは図示しない排気手段に接続されている。

ここで、ＩＣＰコイル４と、ＦＳ電極７と、天板５とを一部分解した状態にて示す模式斜視図を図２に示す。図１及び図２に示すように、ＩＣＰコイル４は、その全体的な外観形状が錐体状、例えば円錐状となるように、複数の帯状の導体部材（コイル部材）８により形成された立体型コイルである。それぞれのコイル部材（例えば、４本のコイル部材）８はその幅方向を鉛直方向として状態にて、頂部である１つの中心位置から同じ方向に旋回するように配置されて、上記中心位置を対称の中心とした点対称の多重コイルを形成している。また、この中心位置を高周波電力の第１の印加点４ａとして、可変コンデンサ１２を介してＩＣＰコイル用高周波電源１１が電気的に接続されて、所定の高周波電力が印加されるようになっている。さらにＩＣＰコイル４におけるそれぞれコイル部材８の渦巻き形状の外周端は接地されている。このように立体型コイル（ＩＣＰコイル４）の中心位置の頂点に高周波電力を印加することで、ＩＣＰコイル４直下の誘電体部材の天板５下のプラズマ分布が局所的に高くなりすぎるなどの悪影響を及ぼすことなく、高いパワーを印加することが可能となる。

ＦＳ電極７は、天板５の外形形状に沿ってその外形が僅かに小さくなるように導体材料により形成された薄い円盤状の電極である。ＦＳ電極７の中心位置は、ＩＣＰコイル４の中心位置（すなわち第１の印加点４ａ）と鉛直方向において一致するように位置決めされた状態にて、天板５の上面に配置されている。また、ＦＳ電極７の中心位置を高周波電力の第２の印加点７ａとして、可変コンデンサ１４を介してＦＳ電極用高周波電源１３が電気的に接続されて、所定の高周波電力が印加されるようになっている。また、図２に示すように、ＦＳ電極７には、その円盤状の外周端部から中心位置に向かって延在するように、半径方向に形成された６個のスリット７ｂが形成されている。それぞれのスリット７ｂは、例えば同じ形状および大きさにて形成されて、中心位置である第２の印加点７ａに対して点対称に配置されている。なお、互いに隣接するスリット７ｂの間に挟まれるようにして、６個の導体領域７ｃが第２の印加点７ａと電気的に接続された状態にて配置されている。なお、ＦＳ電極７と天板５とは、互いに接触していても良いし、互いに離間していても良いが、ＩＣＰコイル４とＦＳ電極７とは、少なくとも電気的な導通がなされない程度に互いに離間して配置されている。なお、ＦＳ電極は、例えば、銅やアルミニウムの金属板として形成される。

ここで、ＩＣＰコイル４、ＦＳ電極７、及び天板５の平面的な配置関係を図３の模式図に示す。図３に示すように、本第１実施形態においては、ＩＣＰコイル４の第１の印加点４ａとＦＳ電極７の第２の印加点７ａとが鉛直方向において互いに一致して配置されており、さらにこれらの位置が天板５の中心位置とも合致している。また、立体型多重コイルであるＩＣＰコイル４は、その中心位置付近よりも外周側の方が、コイル部材８の配置密度が高くなっている。ＦＳ電極７のスリット７ｂは、少なくともコイル部材８の密集部分に相当する位置及びその周囲近傍位置にＦＳ電極７の開口部分が存在するように配置されている。

次に、本第１実施形態のプラズマ処理装置１０１における効果を説明するにあたって、ＩＣＰコイル４及びＦＳ電極７の機能について、図４、図５、及び図６Ａ〜図６Ｃに示す模式説明図を用いて説明する。

まず、図４に示すように、高周波電源１１から高周波電力がＩＣＰコイル４に印加されることにより、コイル部材８の周囲に磁場を起こして、その磁場を誘電体部材である天板５を介してプラズマ処理空間Ｓ内に透過させ、その結果、高密度のプラズマＰが生成される。このように誘導結合によりプラズマを発生させる機能をＩＣＰコイル４は有している。

これに対して、ＦＳ電極７は、天板５の内側表面に付いた付着物を容量結合により除去する機能を有している。具体的には、図６Ａに示すように、ＩＣＰコイル４の誘導結合によりプラズマ処理空間Ｓにプラズマが生成されてプラズマ処理が行われると、天板５の表面に金属原子などが付着して金属膜１０が形成される。このような金属膜１０の付着は、誘導結合の維持を阻害するものである。このような状況において、天板５を介してＦＳ電極と生成されたプラズマＰとが容量結合されると、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、天板５の内表面に自己セルフバイアス（バイアス電位Ｖｄｃ）を形成してマイナスにチャージされ、プラズマＰ中よりイオンＭ引き込むことで、天板５に付いた金属膜１０を除去することができる。

このようなＦＳ電極７の容量結合による機能は、その導体領域７ｃにおいて実現されるものである。一方、ＦＳ電極７は、その導体領域７ｃにおいて、ＩＣＰコイル４により形成される磁場を遮断するという機能をも併せ持っている。そのため、本第１実施形態のＦＳ電極７においては、ＩＣＰコイル４のコイル部材８が密集して配置されている部分に、磁場が形成される方向に沿って開口部、すなわちスリット７ｂを形成することで、ＩＣＰコイル４により形成される磁場１９を効果的にプラズマ処理空間Ｓ内へ透過させながら、容量結合による付着物の除去を効果的に行うことができる。

このような構成を有する本第１実施形態のプラズマ処理装置１０１において、基板２に対してプラズマ処理を行う手順について説明する。

まず、図１において、チャンバ１内の対向電極３上に基板２を載置して、静電チャック９により基板２を保持する。その後、密閉されたチャンバ１内の空気が排気口１ｂを通じて排気されて、プラズマ処理空間Ｓを真空雰囲気とさせる。それとともに、ガス供給口１ａを通じて、塩素系のガスＧがプラズマ処理空間Ｓに供給される。プラズマ処理空間Ｓが所定の条件の雰囲気とされた後、ＩＣＰコイル４に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されて、ＦＳ電極のスリット７ｂを通過した磁場によって誘導結合がなされてプラズマＰが生成される。生成されたプラズマＰにより基板２に対するプラズマ処理が行われる。また、それとともに、ＦＳ電極７にも高周波電力が印加されて、容量結合による天板５への付着物の付着が抑制される。

このような本第１実施形態のプラズマ処理装置１０１において、ＩＣＰコイル４のＩＣＰパワーによるプラズマ密度分布、ＦＳ電極７のＦＳパワーによるプラズマ密度分布、及びＩＰＣパワー及びＦＳパワーによるプラズマ密度分布の関係を図７（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、図において位置Ｐ０は、ＩＰＣコイル４、ＦＳ電極７、及びウェハ（基板）２の中心位置を示しており、位置Ｐ１は、それぞれの外周端位置を示している。また、図７（ａ）に示すＩＣＰパワーによるプラズマ密度分布、及び図７（ｂ）に示すＦＳパワーによるプラズマ密度分布は、図１のプラズマ処理装置１０１におけるＡ位置（天板直下の位置）での分布であり、図７（ｃ）に示すＩＣＰパワー及びＦＳパワーによるプラズマ密度分布は、図１のプラズマ処理装置１０１におけるＢ位置（基板上の位置）での分布である。

ＩＣＰコイル４においては、第１の印加点４ａがその中心位置に配置されており、さらに円錐形状を有していることから、その中心位置と天板５との間の距離は、その外周部と天板５との間の距離よりも大きくなっている。さらに、ＩＣＰコイル４の外周のコイル密度は、図２及び図３に示すように、コイル内側に比べ高く構成されている。また、ＦＳ電極７の中心付近は、スリット７ｂが設けられずに導体領域７ｃとなっていることにより、磁場の遮断効果が高くなっている。そのため、図７（ａ）に示すように、ＩＣＰコイル４からプラズマ処理空間Ｓ内に伝達されるＩＣＰパワー（誘導結合によるパワー（誘導結合のエネルギ））は、外周端位置Ｐ１において、中心位置Ｐ０よりも高くなるとともに、中心位置Ｐ０に対して、対称の分布となっている。

ＦＳ電極７においては、第２の印加点７ａがその中心位置に配置されている。そのため、図７（ｂ）に示すように、ＦＳ電極７からプラズマ処理空間Ｓ内に伝達されるＦＳパワー（容量結合によるパワー（容量結合のエネルギ））は、印加点７ａに近い中心位置Ｐ０において最も高く、印加点７ａから離れるにしたがって減少し、外周端位置Ｐ１では最も低くなる。また、ＦＳ電極７においても、パワー分布は、中心位置Ｐ０に対して、対称の分布となっている。

ここで、本第１実施形態の比較例にかかるプラズマ処理装置１５１として、ＦＳ電極１５７における第２の印加点１５７ａの配置をその外周端部近傍に１箇所だけ設けたプラズマ処理装置の模式平面図を図１８に示し、模式構成図（一部分解図）を図１９に示す。図１８及び図１９に示すように、比較例にかかるプラズマ処理装置１５１は、ＦＳ電極１５７の第２の印加点１５７ａの配置が異なるだけで、その他の構成は、本第１実施形態のプラズマ処理装置１０１と同じである。

このような比較例のプラズマ処理装置１５１では、図２０（ａ）に示すように、ＩＣＰコイル４の構成は同じであることから、ＩＣＰコイル４によるＩＣＰパワー（誘導結合パワー）の分布は、図７（ａ）と同じである。しかしながら、ＦＳ電極１５７の第２の印加点１５７ａの配置が中心位置より大きく偏っているため、図２０（ｂ）に示すように、第２の印加点１５７ａの位置にてＦＳパワー（容量結合パワー）が最大値となり、中心位置Ｐ０及び反対側の端部位置Ｐ１へ向かうにしたがってパワーが低下している。従って、比較例においては、ウェハ２の表面近傍（Ｂ位置）におけるプラズマ密度分布にもこのような図示左下がりの傾向が現れることとなり、均一なエッチングレートを実現することができない。

ここで、比較例のプラズマ処理装置１５１におけるプラズマ密度分布が均一とならないことについて、図２８（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図２８（ａ）に示すように、プラズマ処理装置において、ＩＣＰコイルのＩＣＰパワーのみにより天板（誘電体部材）の直下（Ａ位置）に発生したプラズマは、真空状態のプラズマ処理空間内で拡散し、ウェハの表面近傍（Ｂ位置）において略均一なプラズマ密度分布となる。このようなプラズマ密度分布の傾向は、ＩＣＰコイルへの印加電力が高パワー（Ｈ）から低パワー（Ｌ）とされた場合においても大きくは変わらない。一方、図２８（ｂ）に示すように、ＦＳ電極のＦＳパワーのみにより天板の直下（Ａ位置）に発生したプラズマは、ウェハの表面近傍（Ｂ位置）において、印加点の位置から遠ざかる程、低下するプラズマ密度分布となる。ＩＣＰパワーが高パワーである場合には、このような傾斜分布を有するＦＳパワーによるプラズマ密度分布が潜在化し、その結果、図２８（ｃ）のＨに示すように、ウェハ表面近傍におけるＩＣＰパワー及びＦＳパワーによるプラズマ密度分布は均一な状態となる。しかしながら、ＩＣＰパワーが低パワーとなると、傾斜分布を有するＦＳパワーによるプラズマ密度分布が顕在化し、その結果、図２８（ｃ）のＬに示すように、ウェハ表面近傍におけるＩＣＰパワー及びＦＳパワーによるプラズマ密度分布は不均一な分布となる。このように、ＩＣＰパワーが低パワーとなることで、高パワー時に潜在していたＦＳパワーによる不均一なプラズマ密度が顕在化するため、比較例のプラズマ処理装置においては、均一なエッチングレートを得ることができない。

これに対して本第１実施形態においては、ＦＳ電極７の中心位置に印加点が配置されているため、ＦＳパワーのよるプラズマ密度分布を均一化することができる。そのため、ＩＣＰパワーが低パワーとされた場合においても、ウェハ２の表面近傍（Ｂ位置）でのプラズマ密度分布におけるＦＳ電極外周側とＦＳ電極中心との差を小さくすることができる。従って、図７（ｃ）に示すように、本第１実施形態のプラズマ処理装置においては、プラズマ処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の均一化を図ることができ、ウェハ２の表面におけるエッチングレートの均一化を実現することができる。

また、ＦＳ電極７における第２の印加点７ａの中心位置への配置は、ＩＣＰコイル４を平面型コイルではなく円錐状の立体型コイルとして形成していることにより、それぞれのコイル部材８の間を通るようにして配線ルートを確保することで実現できるものであり、ＩＣＰコイル４の誘導結合機能に影響を与えることもない。

また、ＩＣＰコイル４においては、多重渦巻き型のコイル構造が採用されているため、ループ型のコイルのように外周部だけにパワー伝達を行うのではなく、中心位置付近においてもパワー伝達を行うことができるため、エッチングレートの均一化に寄与することができる。

さらに、ＦＳ電極７が、円盤状に形成されていることにより、効果的な容量結合を実現することができ、天板５への付着物の高い抑制効果を得ることができる。それとともに、ＩＣＰコイル４におけるコイル部材８の密集箇所において、磁場の方向、すなわち半径方向に沿って複数のスリット７ｂが均等な配置でもって形成されていることにより、ＦＳ電極７を配置しながら、ＩＣＰコイル４により形成された磁場を、スリット７ｂを通してプラズマ処理空間Ｓに効果的に伝達することができる。

従って、低速エッチングにおいて顕在化してきたＩＣＰコイルやＦＳ電極によるプラズマパワーの僅かなバランスの不均一性を解消することができる。よって、塩素系ガスを用いたプラズマ処理に代表されるようなラジカル性のエッチング、及び／又は低い基板バイアスで低速のエッチングにおいて、天板への付着物を抑制しながら、高密度で高い均一性のプラズマを生成できるプラズマ処理装置を提供することができる。

（第２実施形態）
なお、本発明は上記第１実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の第２の実施形態にかかるプラズマ処理装置１０２が備えるＩＣＰコイル、ＦＳ電極、及び天板の構成（一部分解構成）を図８の模式斜視図に示し、それぞれの平面的な配置関係を示す模式平面図を図９に示す。なお、図８及び図９において、上記第１実施形態のプラズマ処理装置１０１が備える構成部と同じ構成部には、同じ参照番号を付してその説明を省略する。

図８及び図９に示すように、本第２実施形態のプラズマ処理装置１０２においては、ＦＳ電極２７の構成のみが、上記第１実施形態と相違している。具体的には、ＦＳ電極２７においては、高周波電力の第２の印加点２７ａが、スリット２７ｂの間に挟まれたそれぞれの導体領域２７ｃの外周端部近傍に個別に配置されている。また、それぞれの第２の印加点２７ａ、スリット２７ｂ、及び導体領域２７ｃは、ＦＳ電極２７の中心位置に対して点対称に配置されている。

このような本第２実施形態のプラズマ処理装置１０２においては、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＦＳ電極２７の外周部にて多点にて印加したパワーが、印加点２７ａ（外周端位置Ｐ１）にて最も大きくなる。したがって、ＩＣＰコイル４からプラズマ処理空間Ｓに伝達されるＩＣＰパワーが大きくなる外周端位置Ｐ１において、より多点にて誘導結合されたＩＣＰパワーを効率的にプラズマ処理空間Ｓに伝達することができる。また、ＦＳ電極２７の中央位置付近には、外周端位置の多点にて均等に印加されたパワーが集まることになるため、印加点が配置されていない中心位置におけるＦＳパワーの低下が抑制される。その結果、ＩＣＰパワー及びＦＳパワーによるウェハ表面近傍のプラズマ密度分布を、その中心位置において僅かに低くされながらも全体としてプラズマ密度を均一なものにすることができる。従って、ウェハ２の表面におけるエッチングレートの均一化を図ることができる。特にこのようにＦＳ電極２７への高周波電力の印加点２７ａを多点化し、かつそれぞれの印加点２７ａの位置をその中心位置に対して点対称に配置していることにより、プラズマパワーを抑えた高精度の低速エッチングレートでの薄膜ウェハエッチングに好適なプラズマ処理を実現することができる。

（第３実施形態）
次に本発明の第３の実施形態にかかるプラズマ処理装置１０３が備えるＩＣＰコイル、ＦＳ電極、及び天板のそれぞれの平面的な配置関係を示す模式平面図を図１１に示す。なお、図１１において、上記実施形態のプラズマ処理装置が備える構成部と同じ構成部には、同じ参照番号を付してその説明を省略する。

図１１に示すように、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０３においては、ＦＳ電極３７の構成のみが、上記第２実施形態と相違している。具体的には、ＦＳ電極３７においては、高周波電力の第２の印加点３７ａが、スリット３７ｂの間に挟まれたそれぞれの導体領域３７ｃの中央付近（ＦＳ電極の中心と外周端部との中間位置）に個別に配置されている。また、それぞれの第２の印加点３７ａ、スリット３７ｂ、及び導体領域３７ｃは、ＦＳ電極３７の中心位置に対して点対称に配置されている構成については、上記第２実施形態と同様である。

このような本第３実施形態のプラズマ処理装置１０３においては、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＦＳ電極３７にて多点にて印加したパワーが、印加点３７ａ（Ｐ１とＰ０の中間位置）にて最も大きくなる。従って、中心位置におけるＦＳパワーの低下抑制効果を上記第２実施形態に比して高めることができ、プラズマ処理空間Ｓにおけるプラズマ密度を略均一なものにすることができる。よって、ウェハ２の表面におけるエッチングレートの均一化をさらに向上させることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態にかかるプラズマ処理装置１０４が備えるＩＣＰコイル、ＦＳ電極、及び天板の模式断面図を図１３Ｂに示し、ＩＣＰコイル４４の模式平面図を図１３Ａに示す。

図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、本第４実施形態のプラズマ処理装置１０４においては、立体型の渦巻きコイルではなく、平面型の渦巻きコイル形状を有するＩＣＰコイル４４を採用している点において、上記それぞれの実施形態と相違する。

また、図１３Ｂに示すように、ＦＳ電極としては、例えば、図９に示す上記第２実施形態のＦＳ電極２７を用いており、外周端部においては、点対称に配置され多点化された複数の第２の印加点２７ａが設けられている。

このような平面型コイル形状を有するＩＣＰコイル４４では、そのコイル部材４８の間に空間を確保することが難しいため、ＦＳ電極２７の印加点２７ａの配置は外周端部側となる。しかしながら、それぞれの第２の印加点２７ａが中心位置に対して点対称に配置されているため、より均一化されたパワーをプラズマ処理空間Ｓに伝えることができ、低速エッチングレートの均一化を実現することができる。なお、ＩＣＰコイル４４における第１の印加点４４ａは、その中心位置に配置されている。

なお、このような平面型コイル形状としては、その他様々な形態を適用することができる。例えば、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すプラズマ処理装置１０５では、ＩＣＰコイル５４として、その中心位置から複数のコイル部材５８が多重に旋回された平面型の多重渦巻きコイル形状を有するコイルが採用されている。

また、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すプラズマ処理装置１０６では、ＩＣＰコイル６４として、その中心位置から１本のコイル部材６８が旋回され、その旋回の途中で複数のコイル部材６８へと分割されながらさらに旋回された平面型の多重渦巻きコイル形状を有するコイルが採用されている。なお、このようなＩＣＰコイル６４では、図１５Ａに示すように、その中心付近におけるコイル密度が低く、外周付近におけるコイル密度が高くなるという特徴を有している。

このような様々な形態の平面型渦巻きコイルをＩＣＰコイルとして採用するような場合であっても、本第４実施形態による効果を得ることができる。

ここで、上記第１実施形態から第３実施形態のプラズマ処理装置１０１、１０２、及び１０３におけるＦＳ電極７、２７、３７の第２の印加点７ａ、２７ａ、及び３７ａの配置及び印加点までの配線ルートについて、図１６Ａ、図１６Ｂ、及び図１６Ｃに示す模式断面図を用いて説明する。

まず、図１６Ａに示す上記第２実施形態のプラズマ処理装置１０２では、ＦＳ電極２７の第２の印加点２７ａが外周端部に配置されているため、それぞれの第２の印加点２７ａまでの配線ルートＲ１は、ＩＣＰコイル４の外側に確保することができる。従って、このような形態においては配線ルートの自由度が高いということができる。

次に、図１６Ｂに示す上記第３実施形態のプラズマ処理装置１０３では、ＦＳ電極３７の第２の印加点３７ａが中間位置に配置されているため、それぞれの第２の印加点３７ａまでの配線ルートＲ２は、ＩＣＰコイル４の内側における中間位置に確保することが望ましい。このような配線ルートＲ２用の空間を確保するためには、ＩＣＰコイルとして、中心付近のコイル密度が低くて外周付近のコイル密度が高くなるような渦巻き型のコイルを採用することが好ましく、さらに立体型のコイルを採用することがより望ましい。

また、図１６Ｃに示す上記第１実施形態のプラズマ処理装置１０１では、ＦＳ電極７の第２の印加点７ａがその中心位置に配置されているため、第２の印加点７ａまでの配線ルートＲ３は、ＩＣＰコイル４の内側における中心位置付近に確保することが望ましい。このような配線ルートＲ３用の空間を確保するためには、上述したように、コイル密度の粗密があるコイルや、立体型のコイルを採用することが望ましい。

次に、上記それぞれの実施形態において、ＦＳ電極に形成されているスリットの形態について、図１７Ａ及び図１７ＢのＦＳ電極のスリット付近を拡大した部分拡大模式説明図を用いて説明する。

まず、図１７Ａに示すように、例えば、上記第２実施形態のＦＳ電極２７においては、スリット２７ｂの端部が、ＦＳ電極２７の外周端部において開放した状態とされている（「開放型スリット」とする。）。一方、図１７Ｂに示すＦＳ電極７７のように、スリット７７ｂの端部が開放されていないような形態（「閉止型スリット」とする。）を採用することもできる。ただし、閉止型スリット７７ｂが採用される場合にあっては、ＩＣＰコイル４におけるコイル密度が高い部分およびその周囲近傍において、開口部が十分に確保されるように、スリット配置及び形状を決定することが望ましい。閉止型スリットにおいて、十分な開口部が確保されないような場合にあっては、外周端部が開放されていないことにより磁場の遮蔽効果（シールド効果）が高くなり、誘導結合機能を低下させるおそれがある。

なお、このようなスリットの形状は、長方形状に限られず、その他三角形状、楕円形状など様々な形状を採用することができる。また、容量結合の均一化を考慮して、それぞれのスリットは、ＦＳ電極の中心位置に対して点対称に配置されることが好ましく、複数のスリットとして３個以上、例えば６個や８個程度のスリットが配置されることが好ましい。さらに、ＦＳ電極において、導体領域の合計面積よりもスリット合計面積の方が小さくなるように、スリットの大きさが決定されることが好ましい。導体領域部分が容量結合に寄与する部分だからである。

また、スリット７ｂの幅を決定するにあたっては、天板５の厚さを考慮する必要がある。天板５の厚さが大きい場合には、容量結合して得られた電位は低くなるものの、スリットの形成位置と導体領域の形成位置との間での容量結合の電位のバラツキが少なくなる。一方、天板５の厚さが小さい場合には、容量結合して得られた電位を高くすることができるが、逆にバラツキは大きくなる。

また、天板５は、磁場等のパワーをプラズマ処理空間Ｓ内に効果的に伝えるということを考えれば、薄く形成されることが好ましい。一方、プラズマ処理空間Ｓの真空圧力に十分に耐えることができるということを考えれば、厚く形成されることが好ましい。このように相反する条件を満たす構造として、例えば天板に放射状に複数の梁を設ける構造を採用することができる。すなわち、梁が形成されている位置では、天板厚みを大きくして強度確保を行い、梁と梁との間の領域においては、天板厚みを小さくして効率的なパワーの透過を実現することができる。このような梁構造を有する天板に対しては、磁場の効率的な透過性を考慮して、ＦＳ電極のそれぞれのスリットが、それぞれの梁の間の天板厚さが薄い部分に位置されるように、スリットの形成位置及び本数を決定することが望ましい。

また、上記説明においては、ＩＣＰコイルの渦巻き形状が円形である場合について説明したが、このような場合に代えて、渦巻き形状が方形であるような場合であっても本発明に適用することができる。

ここで、ＦＳ電極における高周波電力の印加点の配置と、その結果得られるウェハ表面近傍（Ｂ位置）におけるプラズマ密度との関係を、図２９のグラフにまとめる。図２９に示すように、ＦＳ電極の端部１箇所のみに印加点を配置する形態Ｓ３（比較例）では、プラズマ密度分布が傾斜された状態となり、均一なエッチングレートを得ることができない。これに対して、印加点を中央位置に配置した形態Ｓ１（第１実施形態）では、中央位置Ｐ０付近では僅かに高いプラズマ密度となるものの、全体としては略均一なプラズマ密度分布を得ることができる。また、ＦＳ電極の外周に複数の印加点を配置した形態Ｓ２（第２実施形態）では、端部位置Ｐ１付近では僅かに高いプラズマ密度となるものの、全体としては略均一なプラズマ密度分布を得ることができる。従って、上記それぞれの実施形態によれば、略均一なエッチングレートを得ることができる。

なお、上記それぞれの実施形態は、膜材質として、「ニッケル、金、白金、イリジウム又はその合金、ニッケル合金（例えば、ニッケルコバルト、ニッケルフェライト）」などの磁性材料又はＳｂＴ、ＰｚＴなどの強誘電体材料が用いられるプラズマ処理に効果的である。これらの材料は、貴金属などの不揮発性材料であり、このような膜材質は付着物が発生しやすい材料であり、ＦＳ電極による付着物抑制効果を得ることができる。特にこのような膜加工では、低速の均一なエッチングが要望されており、本発明のプラズマ処理を適用することが好適である。また、このような低速エッチングとしては、不揮発性膜の側壁への付着を抑制するために、塩素系ガスを用いたエッチングを行うことが好ましい。

（実施例）
次に、本発明の実施例１として、上記第１実施形態のプラズマ処理装置１０１において、塩素系ガスを用いて低速エッチングを行った場合におけるエッチングレートのバラツキを測定した。また、本実施例１に対する比較例１として、図１８のプラズマ処理装置１５１において、Ａｒ系ガスを用いてエッチングを行った場合と、比較例２として、プラズマ処理装置１５１において、塩素系ガスを用いてエッチングを行った場合におけるエッチングレートのバラツキを測定した。なお、プラズマ処理の対象物としてはシリコンウェハ（ＰＲマスク：１．６μｍ、Ｎｉ合金：３０ｎｍ、下地：ＳｉＯ_２、直径：φ６インチ）を共通して用いた。

（比較例１）
以下のエッチング条件にてウェハに対するプラズマ処理を行った。
［ガス条件］： ５０ｓｃｃｍ（Ａｒ）
［圧力］： ０．４Ｐａ
［ＩＣＰコイル印加電力］： ６００ｗ
［ＦＳ電極印加電力］： ２００ｗ
［対向電極印加電力］： ２００ｗ
また、図２１に示すように、ＦＳ電極１５７の第２の印加点１５７ａを外周端部近傍に一箇所だけ設けて、高周波電力の印加を行った。ウェハ２に対するプラズマ処理を実施した後、図２２の模式図に示すように、ウェハ２の表面近傍において、中心位置を基準として、Ｘ方向に４箇所、Ｙ方向に４箇所の合計９箇所の測定点を設けて、エッチングレートを測定した。その結果を図２３のグラフに示す。なお、図２３のグラフにおいては、横軸にウェハ２の測定点の位置を、中心位置を基準として、Ｘ方向及びＹ方向に分けて示し、縦軸にエッチングレートを示している。

図２３に示すように、比較例１のＡｒ系ガスによるプラズマ処理の場合、対向電極のパワーを下げた低速条件においても、Ｘ方向及びＹ方向には、エッチングレートの偏りが無く、高い均一性が得られた。

（比較例２）
次に、比較例２として、以下のエッチング条件にてウェハに対するプラズマ処理を行った。
［ガス条件］： １０ｓｃｃｍ（Ｃｌ_２）
４０ｓｃｃｍ（ＢＣｌ_３）
［圧力］： ０．４Ｐａ
［ＩＣＰコイル印加電力］： ４００ｗ
［ＦＳ電極印加電力］： ２００ｗ
［対向電極印加電力］： ３００ｗ
また、図２４に示すように、ＦＳ電極１５７の第２の印加点１５７ａを外周端部近傍に一箇所だけ設けて、高周波電力の印加を行った。ウェハ２に対するプラズマ処理を実施した後、上記比較例１と同様に図２２の模式図に示すように、ウェハ２の表面近傍において、中心位置を基準として、Ｘ方向に４箇所、Ｙ方向に４箇所の合計９箇所の測定点を設けて、エッチングレートを測定した。その結果を図２５のグラフに示す。

図２５に示すように、比較例２の塩素系ガスを用いた低速エッチングによるプラズマ処理の場合、Ｘ方向にはエッチングレートに偏りが無いが、Ｙ方向には偏りが生じた。ＦＳ電極１５７における印加点１５７ａに近いエッチングレートが高く、印加点から遠くなる程エッチングレートが低くなった。

（実施例１）
次に、本発明の実施例１として、以下のエッチング条件にてウェハに対するプラズマ処理を行った。
［ガス条件］： １０ｓｃｃｍ（Ｃｌ_２）
４０ｓｃｃｍ（ＢＣｌ_３）
［圧力］： ０．４Ｐａ
［ＩＣＰコイル印加電力］： ４００ｗ
［ＦＳ電極印加電力］： ２００ｗ
［対向電極印加電力］： ３００ｗ
また、図２６に示すように、ＦＳ電極７の第２の印加点７ａを中心位置に一箇所だけ設けて、高周波電力の印加を行った。ウェハ２に対するプラズマ処理を実施した後、上記比較例１及び２と同様に図２２の模式図に示すように、ウェハ２の表面近傍において、中心位置を基準として、Ｘ方向に４箇所、Ｙ方向に４箇所の合計９箇所の測定点を設けて、エッチングレートを測定した。その結果を図２７のグラフに示す。

図２７に示すように、実施例の塩素系ガスを用いた低速エッチングによるプラズマ処理の場合、Ｘ方向及びＹ方向には、エッチングレートの偏りが無く、高い均一性が得られた。従って、本発明によれば、低速エッチングにおいて、エッチングレートの高い均一性を得られることが確認できた。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式構成図 第１実施形態のプラズマ処理装置の部分分解図 第１実施形態のプラズマ処理装置のＩＣＰコイル、ＦＳ電極、及び天板の平面的な配置関係を示す模式平面図 第１実施形態のプラズマ処理方法の模式説明図 第１実施形態のプラズマ処理方法の模式説明図（ＦＳ電極の図） 第１実施形態のプラズマ処理方法の模式説明図 第１実施形態のプラズマ処理方法の模式説明図 第１実施形態のプラズマ処理方法の模式説明図（部分拡大模式図） 第１実施形態のプラズマ処理による効果を示すグラフ 本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の部分分解図 第２実施形態のプラズマ処理装置のＩＣＰコイル、ＦＳ電極、及び天板の平面的な配置関係を示す模式平面図 第２実施形態のプラズマ処理による効果を示すグラフ 第３実施形態のプラズマ処理装置のＩＣＰコイル、ＦＳ電極、及び天板の平面的な配置関係を示す模式平面図 第３実施形態のプラズマ処理による効果を示すグラフ 本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理装置が備える平面型コイルの模式平面図 第４実施形態のプラズマ処理装置の模式構成図 第４実施形態の変形例にかかる平面型コイルの模式平面図 第４実施形態の変形例のプラズマ処理装置の模式構成図 第４実施形態の変形例にかかる平面型コイルの模式平面図 第４実施形態の変形例のプラズマ処理装置の模式構成図 第２実施形態のＦＳ電極への配線ルートを示す模式説明図 第３実施形態のＦＳ電極への配線ルートを示す模式説明図 第１実施形態のＦＳ電極への配線ルートを示す模式説明図 第２実施形態のＦＳ電極のスリットの構造を示す模式説明図 第２実施形態のＦＳ電極のスリットの構造の変形例を示す模式説明図 第１実施形態の比較例にかかるプラズマ処理装置のＩＣＰコイル、ＦＳ電極、及び天板の平面的な配置関係を示す模式平面図 比較例のプラズマ処理装置の部分分解図 比較例のプラズマ処理による効果を示すグラフ 比較例１のＦＳ電極の印加点の位置を示す図 比較例１のウェハにおける測定点を示す図 比較例１のエッチングレートのバラツキを示す図 比較例２のＦＳ電極の印加点の位置を示す図 比較例２のエッチングレートのバラツキを示す図 本発明の実施例１のＦＳ電極の印加点の位置を示す図 実施例１のエッチングレートのバラツキを示す図 比較例においてＩＣＰパワーの高低によるプラズマ密度分布への影響を説明するグラフ ＦＳ電極への印加点の配置とプラズマ密度との関係を示すグラフ

符号の説明

１ チャンバ
２ 基板（ウェハ）
３ 対向電極
４ ＩＣＰコイル
４ａ 第１の印加点
５ 天板
７ ＦＳ電極
７ａ 第２の印加点
７ｂ スリット
７ｃ 導体領域
８ コイル部材
９ 静電チャック
１０ 金属膜
１１ ＩＣＰコイル用高周波電源
１２ 可変コンデンサ
１３ ＦＳ電極用高周波電源
１４ 可変コンデンサ
１５ 対向電極用高周波電源
１６ 可変コンデンサ
１０１ プラズマ処理装置
Ｐ プラズマ
Ｍ イオン
Ｓ プラズマ処理空間

Claims (2)

1. プラズマ処理空間にプラズマを発生させて、対象物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
   その内側に上記対象物が配置される真空容器と、
   上記真空容器内にプラズマ処理空間を画定する誘電体部材と、
   上記誘電体部材の外側に配置され、かつ高周波電力の第１の印加点をその中心に備える渦巻きコイル形状を有する第１の電極と、
   その中心が上記第１の電極の中心と合致するように上記第１の電極と上記誘電体部材との間に配置され、かつ上記中心に対して対称に配置された、高周波電力の第２の印加点を有する平板状の第２の電極とを備え、
   上記第２の電極において、複数の上記第２の印加点が上記中心を中心とした円周上において均等な間隔で配置されている、プラズマ処理装置。
2. プラズマ処理空間にプラズマを発生させて、対象物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
   その内側に上記対象物が配置される真空容器と、
   上記真空容器内にプラズマ処理空間を画定する誘電体部材と、
   上記誘電体部材の外側に配置され、かつ高周波電力の第１の印加点をその中心に備える渦巻きコイル形状を有する第１の電極と、
   その中心が上記第１の電極の中心と合致するように上記第１の電極と上記誘電体部材との間に配置され、かつ上記中心に対して対称に配置された、高周波電力の第２の印加点を有する平板状の第２の電極とを備え、
   上記第１の電極は、上記中心から同じ方向に旋回するように配置されることで上記渦巻きコイル形状を形成する複数のコイル部材を備え、上記第１の電極の上記中心付近よりも外周側の方が上記複数のコイル部材が密集して配置され、
   上記第２の電極は、上記第１の電極の上記コイル部材が密集して配置される外周部分にて磁場が形成される方向である半径方向に延在して形成された少なくとも３個以上のスリット状の開口部を備える、プラズマ処理装置。

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