JP5231308B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関し、特に、高周波アンテナに関する。

プラズマを励起して被処理体を微細加工する装置としては、容量結合型プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理装置等がある。このうち、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）処理装置は、処理容器の天井面に設けられた誘電体窓に高周波アンテナを配置し、アンテナのコイルに高周波電流を流してコイルの周りに電磁界を発生させ、電界エネルギーを誘電体窓を介して処理容器内に投入し、その電界エネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成する（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、高周波アンテナは、平面状に外周側と内周側との２つの渦巻きコイルにより形成されている。２つの渦巻きコイルはパワー分割され、これにより、処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を調整する。

特開２００７−３１１１８２号公報

しかしながら、上記形状の高周波アンテナでは、外周側と内周側の２つのコイルによって得られる円状の電流パターンから２つのドーナツ型のプラズマが作り出され、その２つのドーナツ型のプラズマとプラズマとの間ではプラズマ密度が下がり、その結果、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性が低下する。その他、圧力等のプラズマ条件によっても、プラズマ密度に変化が生じ、プラズマの均一性を確保することが難しかった。

特に、近年の被処理体の大型化に伴い、装置も大型化している。よって、大型のプラズマ処理装置においても、広いプラズマ励起空間に均一にプラズマを生成する必要があり、プラズマの均一性の確保がより困難な状況になっている。

上記課題に鑑み、本発明は、プラズマ密度ないしプラズマ処理特性の面内均一性の向上が可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内部にて被処理体にプラズマ処理が施される処理容器と、高周波を出力する第１の高周波電源と、前記処理容器の外部にて、外側コイル、内側コイル及びその間に設けられたｎ個（ｎは１以上の整数）の中間コイルが中心軸に対して同心状に巻かれた高周波アンテナと、前記処理容器の開口部に設けられ、前記高周波アンテナから発生する電磁界のエネルギーを前記処理容器内に導入する誘電体窓と、少なくとも前記外側コイル及び前記内側コイル間に設けられ、前記第１の高周波電源から出力された高周波のパワーを所望の割合に分割して各コイルに供給するパワー分割部と、を備え、前記パワー分割部は、前記各コイル間に設けられ、前記第１の高周波電源から出力された高周波のパワーを所望の割合にそれぞれ分割して各コイルに供給し、前記各コイルの少なくともいずれかは前記誘電体窓との距離が可変になるように可動式になっており、２つのコイル間に前記パワー分割部が設けられていない場合、当該２つのコイルのいずれかが可動式になっており、前記２つ以上のパワー分割部は、前記中心軸に対して対称的に設けられるプラズマ処理装置が提供される。

かかる構成によれば、高周波アンテナは、中心軸に対して同心状に巻かれた外側コイル、内側コイル及びその間に設けられたｎ個（ｎは１以上の整数）の中間コイルを有している。この結果、プラズマ励起領域内に内側コイル及び外側コイルに加えて、個数ｎ（ｎ≧１）の中間コイルによってプラズマを作り出すことができる。よって、２つのコイルのみによってプラズマが作り出される場合に生じていたコイル間の中間領域でのプラズマ密度の落ち込みがなくなり、全体としてプラズマの均一化を図ることができる。これにより、被処理体の処理の面内均一性を保つことができる。

また、少なくとも前記外側コイル及び前記内側コイル間に設けられ、前記第１の高周波電源から出力された高周波のパワーを所望の割合に分割して各コイルに供給するパワー分割部を有しているので、たとえば、最初に、外側コイルに一番ハイパワーの高周波電力を投入し、次に、内側コイルにそれより低い高周波電力を投入し、最後に中間コイルに残りの高周波電力を投入する。

被処理体の縁側では、プラズマ中の電子やイオンが壁に拡散して消滅するのでプラズマ密度が低くなる傾向がある。これを考慮して、外側のプラズマ密度が一番高くなるように最初に外側コイルにハイパワーの電力を印加する。これにより、被処理体の縁部のエッチングレートの低下等を防ぐことができる。パワー分割部により分割された残りの高周波電力は、内側コイル及び中間コイルに分けて投入される。

この結果、プラズマ励起領域のうち外側のプラズマ密度が全体のプラズマ密度よりやや高くなるように制御するとともに、内側と外側の間の中央部分でのプラズマ密度の低下を防止し、全体としてプラズマの均一化を図ることができる。これにより、被処理体の処理の面内均一性を保つことができる。

前記２つ以上のパワー分割部は、前記中心軸に対して非対称に設けられ、シールド部材によりシールドされていてもよい。

前記外側コイル、前記内側コイル及び前記中間コイルはそれぞれ複数のコイルから形成され、前記外側コイルを形成する複数のコイルの各給電点は、前記中心軸に対して対称的な位置に設けられ、前記中間コイルを形成する複数のコイルの各給電点は、前記中心軸に対して対称的な位置に設けられ、前記内側コイルを形成する複数のコイルの各給電点は、前記中心軸に対して対称的な位置に設けられていてもよい。

前記各コイルの給電点は、前記中心軸に対して１８０°、１２０°、９０°、７２°、６０°のいずれかの間隔で配置されていてもよい。

前記各コイルには、ブロッキングコンデンサがそれぞれ介在してもよい。

２つ以上のパワー分割部は、可変コンデンサを有していてもよい。

前記各コイルに供給されている高周波の電流、電圧、位相の少なくともいずれかを測定する測定器と、前記測定器により測定された高周波の電流、電圧、位相の少なくともいずれかに基づき、前記パワー分割部にて分割するパワー比を制御する制御装置を有していてもよい。

前記制御装置は、メモリを有し、前記メモリに予め記憶したレシピに従い前記パワー分割部にて分割するパワー比を制御してもよい。

以上説明したように本発明によれば、プラズマ密度ないしプラズマ処理特性の面内均一性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。 同実施形態に係る高周波アンテナの構成を説明するための図である。 図３（ａ）はウエハの径方向のプラズマ密度を示し、図３（ｂ）はブロッキングコンデンサの作用を説明するための図である。 同実施形態に係る等価回路を示した図である。 第１実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例を示した図である。 第１実施形態に係るプラズマ処理装置の他の変形例を示した図である。 第１実施形態に係るプラズマ処理装置の他の変形例を示した図である。 図８（ａ）は本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図であり、図８（ｂ）は同実施形態に係る高周波アンテナの構成を説明するための図である。 ウエハの周方向の電圧の状態を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。 図１１（ａ）は本発明の第４実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図であり、図１１（ｂ）は同実施形態に係る高周波アンテナの構成を説明するための図である。 本発明の第５実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜第１実施形態＞
（プラズマ処理装置の全体構成）
まず、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、誘導結合型プラズマ処理装置の縦断面を模式的に示した図である。図２は、高周波アンテナの構成を説明するための図である。

図１に示したように、たとえば、エッチング装置等のプラズマ処理装置１０は、ゲートバルブＧＶから搬入したウエハＷをプラズマ処理する処理容器１００を有する。処理容器１００は円筒状の形状で、たとえばアルミニウム等の金属から形成され、接地されている。処理容器１００の内壁は、陽極酸化処理されている。なお、処理容器１００の内壁は、石英やイットリア等の誘電体にてカバーされていてもよい。

処理容器１００の天井面には、処理容器１００の開口部に誘電体窓１０５が嵌め込まれ、これにより、処理容器１００内の空間の気密が維持される。誘電体窓１０５は、アルミナや石英等で形成された真円状のプレートである。誘電体窓１０５は、高周波アンテナ１２０から発生する電磁界のエネルギーを透過し、そのエネルギーを処理容器１００内に導入する。

誘電体窓１０５の下面には、シャワープレート１１０が埋め込まれている。シャワープレート１１０にはガス導入管１１０ａが設けられている。ガス導入管１１０ａは、ウエハＷ側に開口された多数のガス孔１１０ｂから処理容器１００内にガスを放出する。ガス導入管１１０ａは、処理容器１００の天井面中央から外部へ向けて貫通し、ガス供給源１１５に接続されている。

誘電体窓１０５の大気側には、高周波（ＲＦ）アンテナ１２０が配設されている。図２に示したように、誘電体窓１０５の表面を外側ゾーン、内側ゾーン、中間ゾーンに仮想的に分け、誘電体窓１０５の中心を通る軸を中心軸Ｏとする。

高周波アンテナ１２０は、外側ゾーンに配置された外側コイル１２０ａと、内側ゾーンに配置された内側コイル１２０ｃと、中間ゾーンに配置された中間コイル１２０ｂとを有している。外側コイル１２０ａ、中間コイル１２０ｂ、内側コイル１２０ｃは中心軸Ｏに対して同心円状に設けられている。

なお、各コイル１２０ａ〜１２０ｃは、各ゾーンを約一周しているが、これに限られず、複数回巻かれていても良い。また、本実施形態では、中間ゾーンは１つ設けられているが、これに限られず、２つ以上のゾーンに分割され、各中間ゾーンに一対一に中間コイルが配設されていてもよい。

各コイル１２０ａ〜１２０ｃの一端には、給電棒１２５ａ〜１２５ｃがそれぞれ接続されている。給電棒１２５ａ〜１２５ｃは、整合器１３５を介して第１の高周波電源１４０に接続されている。第１の高周波電源１４０から出力された高周波電力は、整合器１３５、各給電棒１２５ａ〜１２５ｃを通って各コイル１２０ａ〜１２０ｃに印加され、これにより、各コイル１２０ａ〜１２０ｃに高周波電流が流れる。

各コイル１２０ａ〜１２０ｃ間には、パワー分割部１３０が介在している。パワー分割部１３０は、可変インピーダンス回路（たとえば、可変コンデンサ）１３０ａ、１３０ｂを有している。外側アンテナ回路は、外側コイル１２０ａのみで構成される。中間アンテナ回路は、可変インピーダンス回路１３０ａと中間コイル１２０ｂとから構成される。内側アンテナ回路は、可変インピーダンス回路１３０ａと可変インピーダンス回路１３０ｂと内側コイル１２０ｃとから構成される。

可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂは、インピーダンス調整部として機能する。つまり、可変インピーダンス回路１３０ａの容量を調節することにより、後述するように、中間及び内側アンテナ回路のインピーダンスが制御され、外側アンテナ回路と中間及び内側アンテナ回路とに流れる電流の割合を制御することができる。同様に、可変インピーダンス回路１３０ｂの容量を調節することにより、中間アンテナ回路と内側アンテナ回路のインピーダンスが制御され、中間アンテナ回路と内側アンテナ回路とに流れる電流の割合を制御することができる。

このように、可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂは、第１の高周波電源１４０から出力された高周波のパワーを所望の割合に分割して各コイルに供給するパワー分割の機能を有する。なお、可変コンデンサは、少なくとも外側コイル１２０ａ及び内側コイル１２０ｃ間に設けられていればよいが、本実施形態のように各コイル間に設けられていれば、パワー分割制御の精度が向上する。

かかる構成によれば、プラズマ処理中、第１の高周波電源１４０からたとえば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が高周波アンテナ１２０へ供給され、高周波アンテナ１２０の各コイル１２０ａ〜１２０ｃに高周波電流が流れる。これにより、コイルの周りに電磁界が発生し、誘電体窓１０５を介して電界エネルギーを処理容器１００内に投入する。投入されたエネルギーはガスを励起させ、これによりプラズマが生成される。この際のプラズマの密度分布は、可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂによって外側コイル１２０ａ、中間コイル１２０ｂ、内側コイル１２０ｃのインピーダンス制御により制御されるが、これについては後述する。

外側コイル１２０ａ、中間コイル１２０ｂ、内側コイル１２０ｃの他端部には、ブロッキングコンデンサ１４５ａ〜１４５ｃがそれぞれ介在し、接地される。ブロッキングコンデンサ１４５ａ〜１４５ｃの機能についても後述する。

処理容器１００の内部には、ウエハＷを載置する載置台１５０が設けられている。載置台１５０に載置されたウエハＷは、図示しない静電チャックにより吸着保持される。載置台１５０には、整合器１５５を介して第１の高周波電源１６０が接続されている。第１の高周波電源１６０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２ＭＨｚの高周波電力を載置台１５０に印加する。このバイアス用の高周波電力により、処理容器１００内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的にウエハＷに引き込まれる。

処理容器１００の底部には、排気管１６５を介して真空ポンプを含む排気装置１７０が接続され、処理容器１００の内部をたとえば、１．３３Ｐａ程度の所望の真空度にする。

パワー分割部１３０は、制御装置２２０と接続されている。制御装置２２０は、ＣＰＵ２２０ａ、メモリ２２０ｂ、インタフェース（Ｉ／Ｆ）２２０ｃを有していて、各部は内部バス２２０ｄにより信号のやり取りが可能になっている。

メモリ２２０ｂには、予め、パワー分割部１３０の可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂのそれぞれの容量を制御するためのレシピが記憶されている。レシピには、可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂのそれぞれの容量がプロセス毎に定められている。ＣＰＵ２２０ａは、プロセスに合致したレシピを選択し、そのレシピに従って可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂのそれぞれの容量を制御する。レシピはハードディスク等に記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ等の記憶媒体に記憶されていてもよいし、ネットワークを介して適宜ダウンロードするようにしてもよい。

（アンテナ構成）
たとえば、高周波アンテナが、外周側と内周側の２つの渦巻きコイルにより形成されていると、外周側と内周側の２つのコイルによって得られる円状の電流パターンから２つのドーナツ型のプラズマが作り出され、その２つのドーナツ型のプラズマの間ではプラズマ密度が下がる。たとえば、図３（ａ）の曲線Ｎｐに、外周側と内周側の２つの渦巻きコイルによって得られるプラズマ密度分布の一例を示す。直径が３００ｍｍのウエハの外周部及び内周部にてプラズマ密度が高くその間のプラズマ密度が低くなっている。これによれば、ウエハに対するプラズマ処理の面内均一性が悪くなるため、歩留まりが下がり、生産性が低下する。

これに対して、本実施形態に係る高周波アンテナ１２０は、外側コイル１２０ａ、中間コイル１２０ｂ及び内側コイル１２０ｃの３つのコイルが中心軸Ｏに対して同心状に巻かれている。これにより、図３（ａ）の曲線Ｎｃに示したように、外側コイル１２０ａ、中間コイル１２０ｂ及び内側コイル１２０ｃの３つのコイルによって得られるプラズマ密度分布では、ウエハの外周部及び内周部にてプラズマ密度が高く、また中間コイル１２０ｂがあるためにその間のプラズマ密度も低下しない。これによれば、ウエハに対するプラズマ処理の面内均一性が良好で、歩留まりが上がり生産性が向上する。

特に、現状では主に直径３００ｍｍのウエハが対象であるが、将来的には直径４５０ｍｍのウエハに対してプラズマ処理が行われる。ＦＰＤ用基板も年々大型化していてこれらの基板にもプラズマ処理が行われる。よって、歩留まり、生産性の向上を図るために、大面積でのプラズマの均一性がますます重要になる。本実施形態では、大型化する被処理体のサイズに合わせて、中間コイルの個数ｎ（ｎ≧１）を増加させる。このようにして、外周側と内周側との間にてプラズマ密度が低下しないように高周波アンテナ１２０の形状を適正化する。

（パワー分割／インピーダンス調整）
また、各コイルに印加される高周波電力は、パワー分割部１３０により所望の割合に分割される。高周波アンテナ１２０のインピーダンス調整機能について、図４を参照しながら説明する。

図４は、高周波アンテナ１２０の給電部分の等価回路を示す。前述したように、第１の高周波電源１４０から出力された高周波は、整合器１３５を介して外側コイル１２０ａ、中間コイル１２０ｂ及び内側コイル１２０ｃに供給される。外側コイル１２０ａには、直接高周波電力が供給される。中間コイル１２０ｂには、可変インピーダンス回路（たとえば、可変コンデンサ）１３０ａを介して高周波電力が供給される。内側コイル１２０ｃには、可変インピーダンス回路（たとえば、可変コンデンサ）１３０ａ及び可変インピーダンス回路（たとえば、可変コンデンサ）１３０ｂを介して高周波電力が供給される。

外側コイル１２０ａ、中間コイル１２０ｂ及び内側コイル１２０ｃのインピーダンスＺｏ、Ｚｃ、Ｚｉの調整方法を述べる。外側コイル１２０ａは、コイルのみから形成されるため、インピーダンスＺｏは固定値をとる。中間コイル１２０ｂのインピーダンスＺｃは、可変インピーダンス回路１３０ａの容量を変えることにより変化させることができる。内側コイル１２０ｃのインピーダンスＺｉは、可変インピーダンス回路１３０ａ及び可変インピーダンス回路１３０ｂの容量をそれぞれ変えることにより変化させることができる。

高周波電流Ｉｉと高周波電流Ｉｃと高周波電流Ｉｏとは、インピーダンスＺｉとインピーダンスＺｃとインピーダンスＺｏとの割合に応じて変化する。これを利用して、本実施形態では、制御装置２２０の指令に従って可変インピーダンス回路１３０ａ及び可変インピーダンス回路１３０ｂの容量をそれぞれ制御する。これにより、インピーダンスＺｉとインピーダンスＺｃとを変化させることによって、各インピーダンスＺｉ，Ｚｃ，Ｚｏの割合を変化させる。これにより、各コイルに流れる高周波電流Ｉｉ，Ｉｃ，Ｉｏの割合を調整することができる。

ウエハＷの周縁側では、プラズマ中の電子やイオンが壁に当たって消滅するのでプラズマ密度が低くなる傾向がある。これを考慮して、外側のプラズマ密度が一番高くなるように外側コイル１２０ａに一番ハイパワーの高周波電力を投入する。パワー分割部１３０により分割された残りの高周波電力は、内側コイル１２０ｃ及び中間コイル１２０ｂに分けて投入される。このようにして、高周波アンテナ１２０の３つのコイル１２０ａ〜１２０ｃとパワー分割部１３０によって、高周波アンテナ１２０とプラズマとの誘導結合状態を調整することができる。この結果、プラズマ励起領域のうち外側のプラズマ密度が全体のプラズマ密度よりやや高くなるように制御するとともに、内側と外側の間の中間部分におけるプラズマ密度の低下を防止し、全体としてプラズマの均一化を図ることができる。この結果、被処理体の処理の面内均一性を保つことができる。

特に、近年、１つのチャンバで多種のプロセスを行いたいとのユーザの要望がある。しかしながら、今までのプラズマ処理装置では、プラズマプロセス毎のガス種、圧力、ＲＦパワーによりプラズマの均一性が変わってしまい、均一性の確保が難しかった。一方、本実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、３ゾーン以上のアンテナに対してプロセスに応じたパワー分割制御を実行すれば、多種のプロセスに応じて適正な給電ができ、プロセス毎にプラズマの均一性を担保できる。

（フィードバック制御）
制御装置２２０は、各コイルに印加する高周波電力の割合をフィードバック制御してもよい。その場合、各給電棒１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃには測定器２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃが接続されていて、各コイル１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに流れる高周波の電流、電圧、位相の少なくともいずれかを測定するようになっている。

制御装置２２０は、測定器２５０ａ〜２５０ｃにより測定された高周波の電流、電圧、位相に基づき、パワー分割部１３０にて分割するパワー比を制御する。より具体的には、制御装置２２０は、各コイル１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに流れている電流、電圧、位相からそのコイルにどれだけ高周波電力が投入されているかを、Ｐ＝ＶＩ×ｃｏｓθ（Ｖ：電圧、Ｉ：電流、θ：位相）に基づき算出し、各コイル１２０ａ〜１２０ｃに投入されるべき高周波電力と現在投入されている電力との差を小さくするように可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂをフィードバック制御する。測定器２５０ａ〜２５０ｃとしては、電圧計、プローブ、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）が用いられる。

以上のフィードバック制御により、図３（ａ）に示したように、プラズマ密度の不均一を曲線Ｎｐ→曲線Ｎｃ→曲線Ｎｕのように補正し、より均一なプラズマを生成することができる。

なお、制御装置２２０は、メモリ２２０ｂを有し、メモリ２２０ｂに予め記憶したレシピに従いパワー分割部１３０にて分割するパワー比を制御してもよい。この場合、メモリ２２０ｂには、予め、パワー分割部１３０にて分割するパワー比を制御するためのレシピが複数記憶されている。レシピには、可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂのそれぞれの容量が予め設定されている。ＣＰＵ２２０ａは、これから実行するプロセスに合致したレシピを選択し、そのレシピに従って可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂのそれぞれの容量を制御する。

誘導結合型プラズマ処理装置では、高周波の電磁界をプラズマの生成に用いることから、プラズマに均等にエネルギーを供給するために装置の対称性が重要になってくる。よって、本実施形態では、図１及び図２に示したように、可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂを装置の中心軸Ｏ上に直列に配置して、３ゾーンに設けられた３つのコイルの高周波アンテナ１２０と可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂとの対称性を維持している。つまり、高周波アンテナ１２０が中心軸Ｏに対して対称性を有しているのに加えて、パワー分割部１３０も中心軸Ｏに対して対称性を有している。

（ブロッキングコンデンサ）
各コイル１２０ａ〜１２０ｃの終端部には、ブロッキングコンデンサ１４５ａ〜１４５ｃが介在している。図３（ｂ）を参照すると、ブロッキングコンデンサ１４５ａ〜１４５ｃを用いなかった場合の各コイル１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの給電点Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの電圧Ｖ_ｐ１に対して、ブロッキングコンデンサ１４５ａ〜１４５ｃを用いた場合には、給電点Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの電圧Ｖ_ｐ２を電圧Ｖ_ｐ１の半分程度まで下げることができる。これにより、給電点Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ近傍の天板が電子の加速により激しくスパッタされることを避けることができる。

＜第１実施形態の変形例＞
第１実施形態の変形例を図５〜図７に示す。図５〜図７のプラズマ処理装置１０では、処理容器１００内部を省略してあるが、図１と同じ構成である。図５のプラズマ処理装置１０は、外側コイル１２０ａ、中間コイル１２０ｂの給電点Ｓａ、Ｓｂに対して内側コイル１２０ｃの給電点Ｓｃが１８０°ずれた位置に配置されている。図６のプラズマ処理装置１０は、外側コイル１２０ａの給電点Ｓａに対して、中間コイル１２０ｂ、内側コイル１２０ｃの給電点Ｓｂ，Ｓｃが１８０°ずれた位置に配置されている。

図７のプラズマ処理装置１０は、外側コイル１２０ａ、中間コイル１２０ｂの給電点Ｓａ，Ｓｂに対して、内側コイル１２０ｃの給電点Ｓｃが１８０°ずれた位置に配置されている。これに加えて、図５及び図６では、可変インピーダンス回路１３０ａ，１３０ｂが直列に接続されているのに対して、図７では、可変インピーダンス回路１３０ａ，１３０ｂが並列に接続されている。しかしながら、いずれも中心軸Ｏに対して対称性を有している。

変形例によっても、３つ以上のゾーンを有する高周波アンテナ１２０に適正にパワーを分割した高周波電力を供給することにより、プラズマの均一性を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
一般的に、誘導結合型プラズマ処理装置では、（１）高周波アンテナ１２０からの電磁界エネルギーを用いた電子の加速によるプラズマ生成だけを考えるのではなく、（２）コンデンサを通ってプラズマに結合する電子を考慮したプラズマの均一性を図る必要がある。よって、（１）のアンテナの設計だけでなく、（２）の容量成分を考慮した装置設計が必要になる。

第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、ウエハＷの径方向に対するプラズマ密度の均一性が図られた。つまり、第１実施形態では、（１）を考慮して、高周波アンテナ１２０を外側ゾーン、内側ゾーン、中間ゾーンの３つのゾーンに仮想的に分け、各ゾーンにコイルを設けることにより、径方向のプラズマ密度の均一性を高めた。

また、第１実施形態では、（２）を考慮してブロッキングコンデンサを用いて、給電点における電圧を下げた。これにより、給電点の電圧が高いために給電点近傍の誘電体窓１０５がプラズマからアタックされることを回避した。

第２実施形態では、これに加えて、ウエハＷの周方向に対するプラズマ密度の均一性を図る。つまり、第２実施形態では、対称性を有する複数の給電点を配置することにより、周方向のプラズマ密度の均一性を向上させる。

１本のコイルを１重又は２重以上に巻いた高周波アンテナは、周方向に非対称な電圧分布をもつ。図９にコイルを１周（３６０°）巻いたときのコイルの電圧Ｖ_ｐ１の分布を示す。このとき、コイルの電圧Ｖ_ｐ１は、給電点Ｐで最も高く、徐々に降下していく。よって、周方向におけるプラズマ密度は、給電点Ｐで最も高く、徐々に低くなっていく。このように、１本のコイルを１重に巻いただけでは、周方向のプラズマ密度の均一性が図れない。

そこで、本実施形態では、各ゾーンに２本ずつのコイルを設けることにより、周方向のプラズマ密度の均一性を図っている。図８（ａ）は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１０の縦断面を模式的に示した図である。プラズマ処理装置１０では、処理容器１００の内部を省略してあるが、図１と同じ構成である。図８（ｂ）は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１０の給電部分を模式的に示した図である。

外側ゾーンの外側コイルは、第１の外側コイル１２０ａ１及び第２の外側コイル１２０ａ２の２本から形成されている。第１の外側コイル１２０ａ１及び第２の外側コイル１２０ａ２の一端は、給電点Ｓａ１，Ｓａ２にて給電棒１２５ａ１、１２５ａ２にそれぞれ接続されている。第１の高周波電源１４０から出力された高周波電力は、整合器１３５、各給電棒１２５ａ１、１２５ａ２を通って第１の外側コイル１２０ａ１及び第２の外側コイル１２０ａ２に印加される。第１の外側コイル１２０ａ１及び第２の外側コイル１２０ａ２は、中心軸Ｏに対して同方向に一周したのち、ブロッキングコンデンサ１４５ａ１、１４５ａ２を介して接地される。給電点Ｓａ１，Ｓａ２は、１８０°離れた、中心軸Ｏに対して対向する点に配置される。

図９に戻って、コイルを１周（３６０°）巻いたときの第１の外側コイル１２０ａ１の電圧Ｖ_ｐｌ１の分布及び第２の外側コイル１２０ａ２の電圧Ｖ_ｐｌ２の分布を示す。このとき、各コイルの電圧Ｖ_ｐｌ１及び電圧Ｖ_ｐｌ２は、給電点Ｓａ１、Ｓａ２で最も高く、徐々に降下していく。しかしながら、給電点Ｓａ１、Ｓａ２での電圧Ｖ_ｐｌ１、Ｖ_ｐｌ２は、１本のコイルを巻いたときの給電点Ｐの電圧Ｖ_ｐｌより低い。これに加えて、給電点Ｓａ１、Ｓａ２は１８０°離れた点である。よって、第１の外側コイル１２０ａ１及び第２の外側コイル１２０ａ２の２本のコイルの周りに発生する電磁界のエネルギーは、１本のコイルの周りに生じる電磁界のエネルギーより、周方向で均一になる。

同様にして、中間ゾーンの中間コイルは、第１の中間コイル１２０ｂ１及び第２の中間コイル１２０ｂ２の２本から形成されている。第１の中間コイル１２０ｂ１及び第２の中間コイル１２０ｂ２の一端部は、給電点Ｓｂ１，Ｓｂ２にて給電棒１２５ｂ１、１２５ｂ２にそれぞれ接続されている。第１の高周波電源１４０から出力された高周波電力は、各給電棒１２５ｂ１、１２５ｂ２を通って第１の中間コイル１２０ｂ１及び第２の中間コイル１２０ｂ２に印加される。第１の中間コイル１２０ｂ１及び第２の中間コイル１２０ｂ２は一周したのち、ブロッキングコンデンサ１４５ｂ１、１４５ｂ２を介して接地される。

同様にして、内側ゾーンの内側コイルは、第１の内側コイル１２０ｃ１及び第２の内側コイル１２０ｃ２の２本から形成されている。第１の内側コイル１２０ｃ１及び第２の内側コイル１２０ｃ２の一端は、給電点Ｓｃ１，Ｓｃ２にて給電棒１２５ｃ１、１２５ｃ２にそれぞれ接続されている。第１の高周波電源１４０から出力された高周波電力は、各給電棒１２５ｃ１、１２５ｃ２を通って第１の内側コイル１２０ｃ１及び第２の内側コイル１２０ｃ２に印加される。第１の内側コイル１２０ｃ１及び第２の内側コイル１２０ｃ２は一周したのち、ブロッキングコンデンサ１４５ｃ１、１４５ｃ２を介して接地される。

これにより、１本のコイルを１重に巻いただけでは、周方向のプラズマ密度の均一性が図れなかったのに対し、２本のコイルを同一方向に巻き、各コイルの給電点を１８０°離して位置づけたことにより、図９に示したように、２本のコイルの周方向にて電圧の均一性が向上し、処理容器１００の内部に導入される電界エネルギーの均一性を高めることができる。この結果、給電点付近の誘電体窓１０５のアタック力が低減されるとともに、各ゾーンについて周方向のプラズマ密度の均一性を向上させることができる。

第２実施形態では、これに加えて第１実施形態で述べた少なくとも３つのゾーン及びパワー分割による径方向のプラズマ密度の均一も図ることができる。以上から、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、プラズマ励起領域の全体に渡ってより均一なプラズマを生成することができ、プラズマ処理装置の大型化にも対応することができる。

なお、外側コイル、内側コイル及び中間コイルはそれぞれ複数のコイルから形成され、外側コイルを形成する複数のコイルの各給電点は、中心軸Ｏに対して対称的な位置に設けられればよい。たとえば、本実施形態の高周波アンテナ１２０では、各コイルは、両側から入って一周した後、グラウンドで終わる構成であり、給電点は２点で１８０℃の対称性を有している。これを、給電点を３点にして１２０℃対称にしてもよいし、給電点を４点にして９０℃対称でも良い。

各コイルの給電点は、中心軸Ｏに対して１８０°、１２０°、９０°、７２°、６０°のいずれかの間隔で配置されればよい。対称的に配置される給電点の数が多いほど、周方向にてプラズマ密度が均一になり、給電点付近の誘電体窓１０５のアタック力が低減される。また、給電点が多ければ多いほど、電磁界分布によるプラズマ分布の均一性だけでなく、容量分布によるプラズマ分布の均一性も均一にできる。

＜第３実施形態＞
第１実施形態では、パワー分割部１３０内の可変インピーダンス回路（たとえば、可変コンデンサ）１３０ａ、１３０ｂは、中心軸Ｏに対して対称的に配置されていた。これに対して、第３実施形態では、可変インピーダンス回路１３０ａ、１３０ｂは、中心軸Ｏに対して非対称に配置されている。このような場合、図１０に示すように、パワー分割部１３０と高周波アンテナ１２０の存在する空間とは、シールド部材３００によりシールドされる。シールド部材３００は、アルミニウム等の導電性部材から形成されている。高周波アンテナ１２０はアンテナ室３１０に内蔵されている。

これにより、パワー分割部１３０と高周波アンテナ１２０との非対称なカップリングを避け、浮遊容量成分の対称性を維持することができる。これにより、プラズマの生成が、アンテナ周りの磁場の状態等に影響を及ぼされないようにすることができる。また、パワー分割部１３０と高周波アンテナ１２０との間の電界の相互干渉をなくし、アンテナ内の電圧や振幅などのバランスを崩さないようにすることができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、プラズマとのカップリングを高周波アンテナ１２０とプラズマとの距離を変えることにより制御する。図１１では、パワー分割部１３０の可変インピーダンス回路１３０ａは１つであり、外側コイル１２０ａ２と中間コイル１２０ｂ２との間のパワー分割を行う。本実施形態では、給電点はＳａ１、Ｓａ２、Ｓｂ１、Ｓｂ２の４つである。

中間コイル１２０ｂ１と内側コイル１２０ｃ１とは、導線１２５ｃ１により接続されている。中間コイル１２０ｂ２と内側コイル１２０ｃ２とは、導線１２５ｃ２により接続されている。外側コイル１２０ａ１、１２０ａ２及び内側コイル１２０ｃ１，１２０ｃ２の端部には、ブロッキングコンデンサ１４５ａ１、１４５ａ２、１４５ｃ１、１４５ｃ２が設けられる。

内側コイル１２０ｃ１、１２０ｃ２は、誘電体窓１０５との距離が可変になるように可動式になっている。内側コイル１２０ｃ１、１２０ｃ２と誘電体窓１０５との間は、空間４００になっている。

これによれば、高周波アンテナ１２０を下げれば、プラズマとの距離が近くなるため、電子の加速がよくなる。一方、高周波アンテナ１２０を上げれば、プラズマとの距離が遠くなるため、電子の加速が悪くなる。

誘電体窓１０５とのコイルとの距離の遠近により、コイルとコイルとのパワー比を変えるのと同等の効果を得られる。たとえば、一方のコイルとプラズマとの距離を他方のコイルとプラズマとの距離より大きくすることにより、同じ電流が流れていても、一方のコイルとプラズマとの結合度は、他方のコイルとプラズマとの結合度より小さくなる。

以上では、内側コイル１２０ｃ１、１２０ｃ２を可動式にしたが、外側コイル１２０ａ１，１２０ａ２，中間コイル１２０ｂ１，１２０ｂ２及び内側コイル１２０ｃ１，１２０ｃ２の少なくともいずれかが、誘電体窓１０５との距離が可変になるように可動式になっていてもよい。外側コイル、内側コイル、中間コイルの全部が可動式でもよい。

なお、高周波アンテナ１２０と誘電体窓１０５との間の空間４００に、誘電体を挟み込んだり、この空間４００をガルデンで満たしてもよい。高周波アンテナ１２０と誘電体窓１０５との間の距離を離す、これらの間に誘電物を挟み込む、高周波アンテナ１２０と誘電体窓１０５との間の空間４００にガルデンで満たす等はすべて容量成分を入れたことになり、コンデンサを用いないで容量性分布を変化させる方法である。挟み込む誘電体は、誘電率が高い方がよい。

また、高周波アンテナ１２０と誘電体窓１０５との間の誘電体の厚さを変えることにより、プラズマとの結合状態を変えることもできる。簡単な機構でプラズマの分布を変えることができるのでコスト安である。

＜第５実施形態＞
第５実施形態では、図１２に示したように、第１の高周波電源１４０に加え、所望の高周波を出力する第２の高周波電源１４１が設けられている。本実施形態では、第１の高周波電源１４０は、整合器１３５を介して外側コイル１２０ａに接続される。第２の高周波電源１４１は、整合器１３６を介して内側コイル１２０ｃ及び中間コイル１２０ｂに接続されている。可変インピーダンス回路１３０ａは、第２の高周波電源１４１から出力された高周波のパワーを所望の割合に分割して内側コイル１２０ｃ及び中間コイル１２０ｂに供給する。

本実施形態によれば、３ゾーンそれぞれにより最適なパワーを印加したいプロセスにおいて制御性が向上し、精度の高いパワー分割が可能となる。

なお、本実施形態では、第１の高周波電源１４０に外側コイル１２０ａを接続し、第２の高周波電源１４１に残りの２つのコイル（内側コイル１２０ｃ及び中間コイル１２０ｂ）を接続したが、これに限られず、外側コイル１２０ａ、内側コイル１２０ｃ及び中間コイル１２０ｂのいずれか一つが第１の高周波電源１４０に接続され、第１の高周波電源１４０に接続されなかった残りの２つのコイルは、第２の高周波電源１４１に接続されるようにしてもよい。

＜第６実施形態＞
第６実施形態では、図１３に示したように、第１の高周波電源１４０に加え、所望の高周波を出力する第２及び第３の高周波電源１４１，１４２が設けられている。本実施形態では、第１の高周波電源１４０は、整合器１３５を介して外側コイル１２０ａに接続される。第２の高周波電源１４１は、整合器１３６を介して中間コイル１２０ｂに接続される。第３の高周波電源１４２は、整合器１３７を介して内側コイル１２０ｃに接続される。

このように、本実施形態では、外側コイル１２０ａ、内側コイル１２０ｃ及び中間コイル１２０ｂのいずれか一つは、第１の高周波電源１４０に接続され、第１の高周波電源１４０に接続されなかった残りの２つのコイルの一方は、第２の高周波電源１４１に接続され、前記残りの２つのコイルの他方は、第３の高周波電源１４２に接続される。

本実施形態によれば、３ゾーンそれぞれにより最適なパワーを印加したいプロセスにおいて制御性が向上し、精度の高いパワー分割が可能となる。

以上に説明したように、各実施形態によれば、３ゾーン以上のアンテナに対して、可変コンデンサによりパワーの投入比率を変えて高周波電力を投入する。これにより、各巻コイルに供給されるパワーを分割する。これにより、ウエハＷの径方向のプラズマの均一性を図ることができる。

また、各ゾーンのアンテナ（コイル）毎に給電点を対称に複数設けることにより、ウエハＷの周方向のプラズマの均一性を図ることができる。電源をコイル毎に複数用いるとコスト高になるが、パワー分割部１３０を用いて各コイルに投入するパワーを分割するとコスト安である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本発明に係る高周波アンテナの各ゾーンのコイルの巻き数は、平面状に２周以上巻いてもよいし、各コイルを縦に積んでもよい。

図示していないが、ガスを処理容器内に放出する際、外側ゾーン、内側ゾーン、中間ゾーンからなる同心円のマルチゾーンでガスの流量やガスの種類を制御してもよい。

また、本発明のプラズマ処理装置は、エッチング装置に限られず、アッシング、表面改質、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等のプラズマ処理を行う装置であればよい。

また、本発明のプラズマ処理装置によりプラズマ処理される被処理体は、シリコンウエハに限れず、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用基板又は太陽電池用基板等であってもよい。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、蛍光表示管（Vacuum Fluorescent Display；ＶＦＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。

１０ プラズマ処理装置
１００ 処理容器
１０５ 誘電体窓
１１５ ガス供給源
１２０ 高周波アンテナ
１２０ａ，１２０ａ１，１２０ａ２ 外側コイル
１２０ｂ，１２０ｂ１，１２０ｂ２ 中間コイル
１２０ｃ，１２０ｃ１，１２０ｃ２ 内側コイル
１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ 給電棒
１３０ パワー分割部
１３５，１３６，１３７，１５５ 整合器
１３０ａ，１３０ｂ 可変インピーダンス回路
１４０，１６０ 第１の高周波電源
１４１ 第２の高周波電源
１４２ 第３の高周波電源
１４５ａ，１４５ａ１，１４５ａ２ ブロッキングコンデンサ
１４５ｂ，１４５ｂ１，１４５ｂ２ ブロッキングコンデンサ
１４５ｃ，１４５ｃ１，１４５ｃ２ ブロッキングコンデンサ
１５０ 載置台
２２０ 制御装置
２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ 測定器
３００ シールド部材
３１０ アンテナ室

Claims (8)

1. 内部にて被処理体にプラズマ処理が施される処理容器と、
   高周波を出力する第１の高周波電源と、
   前記処理容器の外部にて、外側コイル、内側コイル及びその間に設けられたｎ個（ｎは１以上の整数）の中間コイルが中心軸に対して同心状に巻かれた高周波アンテナと、
   前記処理容器の開口部に設けられ、前記高周波アンテナから発生する電磁界のエネルギーを前記処理容器内に導入する誘電体窓と、
   少なくとも前記外側コイル及び前記内側コイル間に設けられ、前記第１の高周波電源から出力された高周波のパワーを所望の割合に分割して各コイルに供給するパワー分割部と、を備え、
   前記パワー分割部は、前記各コイル間に設けられ、前記第１の高周波電源から出力された高周波のパワーを所望の割合にそれぞれ分割して各コイルに供給し、
   前記各コイルの少なくともいずれかは前記誘電体窓との距離が可変になるように可動式になっており、
   前記２つ以上のパワー分割部は、前記中心軸に対して対称的に設けられるプラズマ処理装置。
2. 内部にて被処理体にプラズマ処理が施される処理容器と、
   高周波を出力する第１の高周波電源と、
   前記処理容器の外部にて、外側コイル、内側コイル及びその間に設けられたｎ個（ｎは１以上の整数）の中間コイルが中心軸に対して同心状に巻かれた高周波アンテナと、
   前記処理容器の開口部に設けられ、前記高周波アンテナから発生する電磁界のエネルギーを前記処理容器内に導入する誘電体窓と、
   少なくとも前記外側コイル及び前記内側コイル間に設けられ、前記第１の高周波電源から出力された高周波のパワーを所望の割合に分割して各コイルに供給するパワー分割部と、を備え、
   前記パワー分割部は、前記各コイル間に設けられ、前記第１の高周波電源から出力された高周波のパワーを所望の割合にそれぞれ分割して各コイルに供給し、
   前記各コイルの少なくともいずれかは前記誘電体窓との距離が可変になるように可動式になっており、
   前記２つ以上のパワー分割部は、前記中心軸に対して非対称に設けられ、
   前記パワー分割部と高周波アンテナの存在する空間とは、シールド部材によりシールドされるプラズマ処理装置。
3. 内部にて被処理体にプラズマ処理が施される処理容器と、
   高周波を出力する第１の高周波電源と、
   前記処理容器の外部にて、外側コイル、内側コイル及びその間に設けられたｎ個（ｎは１以上の整数）の中間コイルが中心軸に対して同心状に巻かれた高周波アンテナと、
   前記処理容器の開口部に設けられ、前記高周波アンテナから発生する電磁界のエネルギーを前記処理容器内に導入する誘電体窓と、
   少なくとも前記外側コイル及び前記内側コイル間に設けられ、前記第１の高周波電源から出力された高周波のパワーを所望の割合に分割して各コイルに供給するパワー分割部と、を備え、
   前記パワー分割部は、前記各コイル間に設けられ、前記第１の高周波電源から出力された高周波のパワーを所望の割合にそれぞれ分割して各コイルに供給し、
   前記各コイルの少なくともいずれかは前記誘電体窓との距離が可変になるように可動式になっており、
   前記外側コイル、前記内側コイル及び前記中間コイルはそれぞれ複数のコイルから形成され、
   前記外側コイルを形成する複数のコイルの各給電点は、前記中心軸に対して対称的な位置に設けられ、
   前記中間コイルを形成する複数のコイルの各給電点は、前記中心軸に対して対称的な位置に設けられ、
   前記内側コイルを形成する複数のコイルの各給電点は、前記中心軸に対して対称的な位置に設けられるプラズマ処理装置。
4. 前記各コイルの給電点は、前記中心軸に対して１８０°、１２０°、９０°、７２°、６０°のいずれかの間隔で配置される請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記各コイルには、ブロッキングコンデンサがそれぞれ介在する請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記２つ以上のパワー分割部は、可変コンデンサを有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記各コイルに供給されている高周波の電流、電圧、位相の少なくともいずれかを測定する測定器と、
   前記測定器により測定された高周波の電流、電圧、位相の少なくともいずれかに基づき、前記パワー分割部にて分割するパワー比を制御する制御装置を備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記制御装置は、メモリを有し、前記メモリに予め記憶したレシピに従い前記パワー分割部にて分割するパワー比を制御する請求項７に記載のプラズマ処理装置。
   

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