JP5295085B2

JP5295085B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP5295085B2
Application number: JP2009279664A
Authority: JP
Inventors: 泰宏森川
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: JP2011124336A

Description

この発明は、プラズマ処理装置、例えば、基板をエッチングするエッチング装置や基板の表面に薄膜を形成する成膜装置等、高周波電力が供給された高周波アンテナにより生成されるプラズマを利用して対象物に各種の処理を施すプラズマ処理装置に関する。

従来から、例えば特許文献１に記載のように、磁束密度が「０」となるゼロ磁場領域をプラズマ中に形成するプラズマエッチング装置が知られている。このような装置によれば、プラズマ中における電子がプラズマ空間の磁場勾配に従ってゼロ磁場領域へと移動するため、ゼロ磁場領域を形成しない装置と比べてより高密度のプラズマを生成することができる。上記プラズマエッチング装置は、円筒状の真空容器の外周に巻かれた３段の磁場コイルを有しており、上段及び下段の磁気コイルに同方向の電流が供給されて且つ、これら磁場コイルに供給された電流とは反対向きの電流が中段の磁場コイルに供給されることによって容器の周方向に沿ったループ状のゼロ磁場領域が同容器内に形成される。また、このプラズマエッチング装置は、上記３段の磁気コイルと同様、容器の外周に巻かれた高周波アンテナを有している。より詳細には、この高周波アンテナは１本の線路からなる２重巻のループ形状をなし、該ループ間に中段の磁気コイルが位置するかたちで上記容器の外周と磁気コイルとの間に配設されている。こうしたプラズマエッチング装置によれば、磁場コイルに供給する電流値を調整することによりゼロ磁場領域の径が変更可能になることから、高周波アンテナによって誘起されるプラズマのエッチング対象における密度分布を変更することができ、ひいてはエッチング速度の均一性が向上可能にもなる。

特開平８−３１１６６７号公報

ところで、上記プラズマエッチング装置では、エッチング処理に由来する生成物や副産物等が真空容器の内表面に付着し、容器内でのエッチング処理が実行される都度、このような付着物が同内表面に堆積する。

一方、上述のようなプラズマエッチング装置においては、真空容器の外周に巻かれた高周波アンテナによって容器内にプラズマが生成される際に、これら高周波アンテナとプラズマとが誘導結合しているとともに容量結合してもいる。そのため、高周波アンテナの内側に位置する真空容器の内表面となる領域には、特に高い負の電圧が印加されて、プラズマ中の正イオンが特に引き込まれることになり、こうした正イオンの衝撃により該領域への付着物の堆積が抑制される。

これに対し、高周波アンテナの内側に位置する真空容器の内表面の領域よりも上記磁気コイルの段方向における上下の領域には、上述のようなエッチング処理に由来する各種物質が付着する。この付着物は、エッチング処理の実行時には容器内の温度の変化や容器内の圧力の変化が繰り返されることにより、上記内表面から剥離する虞がある。そしてこの剥離した付着物は、真空容器内に配置された基板上に落下して、エッチング処理面に付着し、このプラズマエッチング装置での処理を通じて製造される製品の歩留りを悪化させることになる。

また、この付着物が付着している真空容器の内表面付近では、真空容器内に形成される上記ゼロ磁場領域の範囲、あるいは、プラズマ中に含まれる活性種の組成等に影響し、プラズマの状態を経時的に変化させる虞がある。

なお、こうした問題は、上述のようなプラズマエッチング装置に限り生じるものではなく、筒状の容器と、その外周に巻かれた高周波アンテナとを有し、該高周波アンテナによって誘起されたプラズマを用いて基板に各種処理を施す装置、例えば上記磁場コイルを有していないプラズマエッチング装置や、ＣＶＤ装置等の成膜装置においても概ね共通して生じるものである。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、筒状をなす真空容器の内表面において、プラズマ処理の実施に伴う付着物の堆積を抑制可能なプラズマ処理装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、誘電体からなる筒状の周壁部を有して内部に処理対象物を収容する真空容器と、前記周壁部の外周面との間に隙間を有して前記周壁部の外周に沿って配設され、高周波電力が供給されるコイル状の高周波アンテナと、前記周壁部の外周面に巻き付けられた容量結合電極とを備え、前記容量結合電極は、前記周壁部の中心軸線と平行な方向と前記周壁部の外周面の周方向とに周期性を有して前記周壁部の外周面と前記高周波アンテナとの隙間を前記外周面に沿って繰り返し横切るかたちの周回線路を有し、該周回線路に高周波電力が供給されることによって前記真空容器内のプラズマに前記周回線路が容量的に結合されるプラズマ処理装置をその要旨とする。

上記構成によれば、高周波アンテナと真空容器内のプラズマとの間に容量結合が生じることはもとより、容量結合電極と上記プラズマとの間にも容量結合が生じる。そのため、真空容器における周壁部の内周面のうちで、高周波アンテナとプラズマとの間の高周波電力の伝送路となる領域、及び容量結合電極とプラズマとの間の高周波電力の伝送路となる領域に、それらの周囲と比較して高い負の電位が付与されるようになる。つまり、真空容器における周壁部の内周面のうち、高周波アンテナの近傍だけでなく、これ以外の領域、正確には上記容量結合電極の近傍も、それらの周囲と比較して多くの正イオンによってスパッタされることとなる。それゆえに、真空容器の周壁部に高周波アンテナのみが搭載される構成と比較して、プラズマ処理の実施に伴う付着物の堆積がより広範囲にわたり抑制されることとなる。

また高周波電力が高周波アンテナに供給されるとき、該高周波アンテナを流れる高周波電流の方向と垂直な面内、すなわち高周波アンテナが延びる方向と垂直な面内には、該高周波アンテナが中心となる環状の磁力線が形成されるようになる。そして高周波アンテナが延びる方向と垂直な面内では、該高周波アンテナを挟んで相対向する位置に、互いに反対向きとなるような磁場が誘起されるようになる。そのため高周波アンテナの近傍、例えば周壁部の外周面と高周波アンテナとの隙間の周りにも、その隙間を挟んで相対向する位置に、互いに略反対向きとなるような磁場が誘起されるようになる。そして高周波アンテナが延びる方向の全体にわたり、上述するような磁場が誘起されることになる。

ここで、周壁部の外周面に沿って上記隙間を繰り返し横切るように導電性の線路が配置されると、該隙間を挟んで相対向する位置に配置された線路には、互いに反対向きの磁場が透過して、互いに反対向きの電場が該線路に誘起されることになる。そのため、こうした線路を透過する反対向きの磁力線の本数が該線路において異なるようになると、一つの方向の電場の影響が該線路において大きくなって該誘導電場に即した電流が線路上に流れ
ることになってしまう。その結果、該高周波アンテナに供給された高周波電力の一部が、該線路とプラズマとの誘導結合により消費されたり、該線路とプラズマとの間の容量結合が失われたりすることとなる。この点、周壁部の中心軸線と平行な方向と、周壁部の外周面の周方向とにそれぞれ周期性を有して上記隙間を外周面に沿って線路が横切る構成であれば、上記隙間を挟んで相対向する位置で上述するような誘導電場が互いに相殺されることとなる。それゆえに高周波アンテナに供給された高周波電力の損失を抑えつつ、該線路とプラズマとの間を確実に容量的に結合することができる。

したがって、容量結合電極に供給された高周波電力のうち、プラズマ生成に寄与する電力量が減少して、プラズマ密度が低下することを抑制しつつも、上述のような付着物の堆積を抑制する効果が得られるようになる。

なお、ここでいう周壁部の内周面に付与される負の電位とは上述のように、高周波アンテナあるいは容量結合電極と真空容器内のプラズマとの容量結合に起因するものであり、真空容器内にプラズマが生成されることにより、該プラズマに含有される電子が周部の内周面に衝突することに起因する負の電位、いわゆるセルフバイアス電位よりも高い電位のことである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ処理装置において、前記周回線路は前記周壁部の外周面上において正弦波状をなすことをその要旨とする。
上記構成によれば、周回線路を有する容量結合電極が、周壁部の中心軸線と平行な方向と同周壁部の外周面の周方向とに周期性を有することになり、当該容量結合電極の線路上の誘導電場は、正弦波の１周期内にて確実に相殺されることになる。ゆえに、高周波アンテナに供給された高周波電力が容量結合電極の線路によって消費されることを抑制し、該線路とプラズマとの間の容量結合を実現させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置において、前記周回線路は、前記周壁部の中心軸線と平行な方向と前記周壁部の外周面の周方向とに周期性を有する構造単位が前記周壁部の外周面の周方向に２つ以上繰り返されてなることを要旨とする。

上記構成によれば、周回線路を構成する構造単位において誘導電場が相殺されて、このような構造単位が外周面の周方向に繰り返されることになる。そのため、構造単位が周方向に繰り返される分、周回線路の密度を周壁部の外周面上において高くすることができ、上述のように付着物の堆積を抑制できる領域がより広範囲になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、前記容量結合電極は、前記周回線路の半周期内において該周回線路から分岐する有端の分岐線路を更に有し、前記分岐線路は、前記周回線路に半周期毎に設けられて且つ、前記周回線路を前記周壁部の外周面の周方向に変位させた線路の形状と重なるように配置されることをその要旨とする。

上記構成によれば、真空容器内のプラズマと容量結合する容量結合電極が、周回線路から分岐する有端の分岐線路を有するようにしているため、上記周壁部近傍においては、周回線路とプラズマとの容量結合に加え、分岐線路とプラズマとの容量結合が生じるようにもなる。つまり、周壁部の内周面において、上記セルフバイアス電位よりも高い負電位が付与される領域が拡大され、ひいては、周壁部の内周面において、上記付着物の堆積を抑制可能な領域が拡大されることになる。加えて、上記構成では、こうした分岐線路が、周回線路の半周期毎に設けられるとともに、周回線路を周壁部の周方向に変位させた線路と重なるように配置されている。つまり、該分岐線路は、周回線路が有する周期性の一部を
有することになり、分岐線路同士、特に、ある分岐線路とその半周期前あるいは半周期先に設けられた分岐線路とは、互いに反対向きの誘導電場を受けやすくなる。それゆえ、上記周回線路と同様、分岐線路においても高周波アンテナに供給された高周波電力の消費が抑制され、該分岐線路と真空容器内のプラズマとの間が容量的に結合しやすくなる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、前記容量結合電極は、前記周壁部の外周面の径方向から見て、前記高周波アンテナと重畳しない領域の線路の幅が前記高周波アンテナと重畳する領域の線路の幅よりも広いことをその要旨とする。

上記構成では、周回線路、あるいは周回線路と分岐線路とからなる容量結合電極のうち、それの高周波アンテナと重畳していない領域の幅を、高周波アンテナと重畳する領域よりも広くするようにしている。これにより、プラズマと容量結合する電極の面積が高周波アンテナと重畳していない領域で拡大され、この容量結合により負の電位が付与される上記周壁部の内周面の面積も拡大される。そのため、該周壁部の内周面のうち、上記プラズマに起因する付着物が堆積する領域をより効果的に縮小することができるようになる。

本発明に係るプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置として具現化した一実施の形態の概略構成を示す概略構成図。プラズマエッチング装置が備える誘電体円筒部と容量結合電極との斜視構造を示す斜視図。（ａ）誘電体円筒部及び容量結合電極を切断線Ｌｃｐで切り開いた構造を示す展開図（ｂ）容量結合電極を構成する単位構造を拡大して示す拡大図。他の実施の形態に係るプラズマエッチング装置が備える誘電体円筒部及び容量結合電極を切断線Ｌｃｐで切り開いた構造を示す展開図。他の実施の形態に係るプラズマエッチング装置が備える誘電体円筒部及び容量結合電極を切断線Ｌｃｐで切り開いた構造を示す展開図。他の実施の形態に係るプラズマエッチング装置が備える誘電体円筒部及び容量結合電極を切断線Ｌｃｐで切り開いた構造を示す展開図。他の実施の形態に係るプラズマエッチング装置が備える誘電体円筒部及び容量結合電極を切断線Ｌｃｐで切り開いた構造を示す展開図。

以下、本発明に係るプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置として具現化した一実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示している。同図１に示されるように、プラズマエッチング装置１０が有する金属円筒部１１には、この金属円筒部１１よりも縮径された誘電体円筒部１２が、これら金属円筒部１１及び誘電体円筒部１２各々の中心を通る軸線が中心軸線Ｃとして一致するように積載されている。誘電体円筒部１２は、筒状の誘電体であって、プラズマエッチング装置１０における周壁部を構成している。誘電体円筒部１２の形成材料には石英の他、石英よりも比誘電率の高誘電率材料を用いることができる。高誘電率材料としては、例えば、高純度透光性アルミナセラミックス、高純度透光性イットリアセラミックス、及び高純度窒化アルミニウムセラミックス等の高純度透光性セラミックスが挙げられる。

金属円筒部１１の下側開口部には、円環状の底板１３が取り付けられており、他方、誘電体円筒部１２の上側開口部には、これを封止する天板１４が取り付けられている。加えて、金属円筒部１１の周壁を径方向に貫通する孔には、金属円筒部１１の筒内及び誘電体円筒部１２の筒内を排気するための排気管１５が連結されており、該排気管１５には、例
えばターボ分子ポンプを備える排気装置１６が接続されている。

上記金属円筒部１１と底板１３とに囲まれた空間である基板載置領域１１ａには、底板１３の開口の全体に渡り設けられた絶縁部材１３ａを介して該開口を封止するように、円柱状の基板ステージ２１が配設されている。この基板ステージ２１上には、これと同径に形成されて、プラズマエッチング装置１０の処理対象である基板Ｓが載置される静電チャック２２が積載されている。該静電チャック２２の基板載置面とこれに載置される基板Ｓとの間には、当該プラズマエッチング装置１０にてプラズマエッチング処理が実行されるときに、静電チャック２２に載置された基板Ｓを冷却するためのヘリウムガス等が供給される冷却部が設けられている。また、静電チャック２２に内設された基板電極には、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を基板Ｓに印可するバイアス用高周波電源２３が、伝送路のインピーダンスと負荷であるプラズマのインピーダンスとの整合を取る整合回路２４を介して接続されている。

上記誘電体円筒部１２の外側には、該誘電体円筒部１２の筒内であるプラズマ生成領域１２ａにプラズマを誘起する高周波アンテナ３１が設けられている。この高周波アンテナ３１は、誘電体円筒部１２の外周面に沿って二重に巻き回されている。つまり、該高周波アンテナ３１は、天板１４の側に巻き回された第１コイル３１ａとこれよりも上記金属円筒部１１の側に巻き回された第２コイル３１ｂとから構成されている。また、誘電体円筒部１２の外側であって且つ、高周波アンテナ３１よりも誘電体円筒部１２の側には、上記プラズマ生成領域１２ａに生成されたプラズマと容量結合する容量結合電極３２が巻き付けられている。こうした高周波アンテナ３１と容量結合電極３２とには、これらに高周波電力を供給する高周波電源３３が接続されている。

更に、これら容量結合電極３２及び高周波アンテナ３１よりも外側には、上段コイル３４ｕ、中段コイル３４ｍ、及び下段コイル３４ｂを備える磁場コイル３４が、上記誘電体円筒部１２の外周に沿って設けられている。この磁場コイル３４は、上段コイル３４ｕと中段コイル３４ｍとの間に上記高周波アンテナ３１の第１コイル３１ａが挟まれるように、他方、中段コイル３４ｍと下段コイル３４ｂとの間に同高周波アンテナ３１の第２コイル３１ｂが挟まれるように配置されている。上記磁場コイル３４を構成する各々のコイル３４ｕ，３４ｍ，３４ｂには、電流供給部３５ｕ，３５ｍ，３５ｂがそれぞれ接続されている。また、上段コイル３４ｕと下段コイル３４ｂには同一の向きで且つ同大の電流が電流供給部３５ｕ及び３５ｂから供給され、他方、中段コイル３４ｍには、これら上段コイル３４ｕ及び下段コイル３４ｂに供給される電流とは反対向きで且つ任意の大きさの電流が電流供給部３５ｍから供給される。

上記天板１４のプラズマ生成領域１２ａ側の面には、当該プラズマエッチング装置１０でのプラズマエッチング処理に用いられる各種ガスを該プラズマ生成領域１２ａ内に均一に供給するためのシャワープレート４１が設けられている。このシャワープレート４１には、上記各種ガスの流量を調量しつつプラズマ生成領域１２ａの側に供給するガス供給部４２が接続されている。

こうしたプラズマエッチング装置１０にて上記基板Ｓにエッチング処理が実行される際には、まず、処理の対象となる基板Ｓがプラズマエッチング装置１０に形成された搬入口から真空容器内に搬入され、静電チャック２２の基板載置面に載置される。次いで、所定の流量に調量された八フッ化シクロブタン（Ｃ_４Ｆ_８）等のエッチングガスが、ガス供給部４２から真空容器内に供給される。その後、電流供給部３５ｕ，３５ｍ，３５ｂからの電流が磁場コイル３４に供給されて、プラズマ生成領域１２ａにおける上記中段コイル３４ｍを含む平面上に環状のゼロ磁場領域が形成される。これに伴い、高周波電源３３から高周波アンテナ３１に電力が供給されると、それの第１コイル３１ａ及び第２コイル３１
ｂには、該高周波アンテナ３１における高周波電流の流通方向と垂直な面内に、これら第１及び第２コイル３１ａ，３１ｂを中心に環状の磁力線Ｂ（図１の二点鎖線）が形成される。そして高周波アンテナ３１の２つのコイル３１ａ，３１ｂの周りに誘起された磁場がプラズマ生成領域１２ａ内に誘導電場を形成し、これによりエッチングガスを原料としたプラズマが生成される。つまり、プラズマ生成領域１２ａには、誘導結合によるプラズマが生成される。この際、プラズマ中の電子は磁場勾配に従って移動する、つまりプラズマ中の電子は上記ゼロ磁場領域に向けて移動する。そのため、ゼロ磁場領域に近い程そのプラズマ密度が高く、該ゼロ磁場領域からの距離が大きくなる程そのプラズマ密度が低くなるという密度分布でプラズマが生成される。

また、高周波電流の流通方向と垂直な面内においては、高周波アンテナ３１を挟んで相対向する位置に、互いに反対向きとなるような磁場が誘起される。そのため、高周波アンテナ３１の近傍となる、例えば誘電体円筒部１２の外周面と当該高周波アンテナ３１との隙間の周りにも、この隙間を挟んで相対向する位置に、互いに略反対向きの磁場が誘起されるようになる。

そして、静電チャック２２に内設された基板電極に、バイアス用高周波電源２３から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給されることで、基板Ｓにプラズマに対して負のバイアス電圧が印加される。こうして基板Ｓにバイアス電圧が印加されると、プラズマに含有される正イオンをはじめとする各種励起種がエッチャントとして基板Ｓに向かって飛行し、基板Ｓを所定の形状にエッチングする。なお、こうしたエッチャントによるエッチング時には、基板Ｓに対するエッチャントの衝突時に該エッチャントが有する熱が基板Ｓに付与されて、その温度が上昇する。そのため、ドライエッチング処理時には、例えばその開始時から、基板Ｓの温度上昇を抑制するヘリウムガスが基板Ｓの裏面と静電チャック２２の基板載置面との間に供給される。

このようなエッチング処理が実行されると、これによる生成物や副産物等が真空容器の内表面に付着するようになり、しかもこうした各種物質の付着は、エッチング処理が実行される都度繰り返され、真空容器の内表面には次第に付着物が堆積するようになる。

一方、上記プラズマエッチング装置１０においては、誘電体円筒部１２の外周に巻かれた高周波アンテナ３１と、プラズマ生成領域１２ａに生成されるプラズマとが誘導結合されることに加え、容量的にも結合されている。この高周波アンテナ３１と真空容器内のプラズマとの間の容量結合によれば、上記誘電体円筒部１２の内表面のうち、高周波アンテナ３１の内側となる領域に、他の領域よりも高い負の電圧が印加されるようになる。すなわち、誘電体円筒部１２の内表面のうち、高周波アンテナ３１の内側となる領域には、プラズマ中の正イオンが特に引き込まれることになり、こうした正イオンの衝撃により同領域への上記付着物の堆積が抑制されるようになる。

これに対し、誘電体円筒部１２の内表面のうち、高周波アンテナ３１の内側となる領域以外の領域には、上述のようなエッチング処理由来の各種物質が付着することになり、該エッチング処理の繰り返しにより、次第にその量が増大することになる。他方、エッチング処理の実行時には真空容器内の温度の変化や容器内の圧力の変化が繰り返されるとともに、こうして堆積した付着物は、これらの変化を受けることで上記内表面から剥離し、真空容器内に収容された基板Ｓを汚染する虞がある。

そこで、本実施の形態においては、上記誘電体円筒部１２の外周面と高周波アンテナ３１との隙間を横切るように配置された容量結合電極３２を設けるようにしている。これにより、高周波アンテナ３１と真空容器内のプラズマとによる容量結合に加え、容量結合電極３２とプラズマとの容量結合によっても、誘電体円筒部１２の内周面にこれのバイアス
電圧よりも高い負電位が印加されるようになる。つまり、該誘電体円筒部１２の内周面においてプラズマに含有される正イオンによりスパッタされる領域が拡大されるようになる。

なお、誘電体円筒部１２の形成材料として上記高誘電率材料を用いることにより、高周波アンテナ３１に供給された高周波電力が、誘電体円筒部１２をより効率的に透過するようになる。これにより、プラズマ生成領域１２ａ内に生成されるプラズマの密度が高くなる。その結果、誘電体円筒部１２をスパッタ可能な正イオンの密度も高くなることから、該誘電体円筒部１２の内周面への堆積物の付着を抑制する効果が向上される。

次に、この容量結合電極３２の構造、及び、該容量結合電極３２と真空容器内のプラズマとの容量結合の詳細について、図２及び図３を参照して以下に説明する。
図２は、上記誘電体円筒部１２と、これに巻き付けられた容量結合電極３２との斜視構造を示している。同図２に示されるように、例えば石英からなる誘電体円筒部１２の外周面１２ｂには、その全周に渡り、アルミニウムや銅等の導電性材料の線材によって形成された容量結合電極３２が巻き付けられている。該容量結合電極３２は、誘電体円筒部１２の中心軸線Ｃと平行な方向である方向ＤＰ、及び同誘電体円筒部１２の外周面の周方向である方向Ｄθに周期性を有する形状である。なお、該容量結合電極３２は、誘電体円筒部１２の外周面１２ｂに巻き付けられた状態で、上記高周波アンテナ３１と共々、その外側からこれらの配設位置を固定する部材により位置決めされた上で固定されている。

図３（ａ）は、これら誘電体円筒部１２及び容量結合電極３２を、上記方向ＤＰと平行な切断線Ｌｃｐで切り開いて展開した構造を実線にて示すとともに、同切断線Ｌｃｐにおいて切り開いた上記高周波アンテナ３１の展開構造を二点差線にて示している。同図３（ａ）に示されるように、誘電体円筒部１２の外周面１２ｂ上に設けられた容量結合電極３２は、高周波アンテナ３１側から見て、第１コイル３１ａ及び第２コイル３１ｂと複数回交差するとともに、誘電体円筒部１２の外周面１２ｂの全周に渡り、連続的に成形された周回線路３２ａを有している。また、該容量結合電極３２は、こうした周回線路３２ａから分岐して、高周波アンテナ３１側から見て、第１コイル３１ａ及び第２コイル３１ｂのいずれか一方と交差する分岐線路３２ｂを有している。これら周回線路３２ａと分岐線路３２ｂとから構成される容量結合電極３２は、これを構成する最小単位である電極単位構造３２Ｕを３つ有している。なお、上記容量結合電極３２を構成する電極単位構造３２Ｕの個数は３つに限らず、例えば誘電体円筒部１２の直径等に応じて、１以上の任意の数とすることが可能である。

図３（ｂ）は、上記容量結合電極３２が有する電極単位構造３２Ｕの１つを拡大して示している。同図３（ｂ）に示されるように、電極単位構造３２Ｕを構成する周回線路３２ａは、２つの周回平行要素Ａ１，Ａ２、及び２つの周回斜め要素Ａ３，Ａ４から構成されている。詳述すると、周回線路３２ａは、高周波アンテナ３１側から見て、上記第２コイル３１ｂの下側に配置されて該第２コイル３１ｂと平行な周回平行要素Ａ１と、上記第１コイル３１ａの上側に配置されて該第１コイル３１ａと平行な周回平行要素Ａ２とを有している。また周回線路３２ａは、高周波アンテナ３１側から見て、周回平行要素Ａ１とのなす角度が角度θ１（θ１＜９０）になるように、周回平行要素Ａ１の先端から周回平行要素Ａ２の基端に向けて延びる周回斜め要素Ａ３を有し、該周回斜め要素Ａ３によって周回平行要素Ａ１の先端と周回平行要素Ａ２の基端とが接続されている。さらにまた周回線路３２ａは、高周波アンテナ３１側から見て、隣接する他の電極単位構造３２Ｕの周回平行要素Ａ１とのなす角度が角度θ２（θ２＞９０）になるように、該周回平行要素Ａ１の基端から周回平行要素Ａ２の先端に向けて延びる周回斜め要素Ａ４を有し、該周回斜め要素Ａ４によって他の電極単位構造３２Ｕの周回平行要素Ａ１の基端と周回平行要素Ａ２の先端とが接続されている。

なお、本実施の形態においては、周回平行要素Ａ１，Ａ２における方向Ｄθの端を基端とし、方向Ｄθとは反対方向の端を先端とする。また本実施の形態における角度θ１及び角度θ２は、周回平行要素Ａ１を含む直線を基準として左回りに規定されるものであって、例えば角度θ１が４５度とされ、角度θ２が１３５度とされている。

上記周回斜め要素Ａ３には、分岐平行要素Ｂ１及び分岐斜め要素Ｂ３を有する２本の分岐線路３２ｂが接続され、また上記周回斜め要素Ａ４には、分岐平行要素Ｂ２及び分岐斜め要素Ｂ４を有する分岐線路３２ｂが接続されている。これら分岐線路を構成する各分岐平行要素Ｂ１，Ｂ２及び各分岐斜め要素Ｂ３，Ｂ４のうち、２つの分岐平行要素Ｂ１は、上記周回平行要素Ａ１を含む直線上に配置されており、他方、２つの分岐平行要素Ｂ２は、上記周回平行要素Ａ２を含む直線上に配置されている。また、２つの分岐斜め要素Ｂ３は、上記周回斜め要素Ａ３上の異なる２点から分岐し、且つ、上記周回斜め要素Ａ４と平行をなすように配置されている。また２つの分岐斜め要素Ｂ４は、上記周回斜め要素Ａ４上の異なる２点から分岐し、且つ、上記周回斜め要素Ａ３と平行をなすように配置されている。

ちなみに、これら各要素のうち、各平行要素Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２はその方向Ｄθの長さＬａ、つまり、上記高周波アンテナ３１と平行な方向における長さＬａが２０ｍｍである。また第２コイル３１ｂの下側に配置される周回平行要素Ａ１及び分岐平行要素Ｂ１と、第１コイル３１ａの上側に配置される周回平行要素Ａ２及び分岐平行要素Ｂ２との間の方向ＤＰにおける距離Ｌｂは１１０ｍｍである。また、上述したような各要素を含んで構成される周回線路３２ａ及び分岐線路３２ｂは、その線路幅Ｌｃが３ｍｍである。また、こうした容量結合電極３２は、例えば１ｍｍの厚さを有するアルミニウム板から切出し形成される。

先にも示した図３（ａ）のように、本実施の形態では、上記容量結合電極３２はこうした電極単位構造３２Ｕを３つ有してなる。つまり、誘電体円筒部１２の外周面１２ｂの周方向である方向Ｄθにおいて１２０度進行する毎に１周期をなすような周期性を有している。加えて、同容量結合電極３２は、誘電体円筒部１２の中心軸線Ｃと平行な方向である方向Ｄθにおいて凡そ半周期進行する毎に、方向ＤＰにおいて周回平行要素Ａ１と周回平行要素Ａ２とが往来する。つまり、容量結合電極３２は、方向ＤＰにおいても周期性を有した形状である。

ここで上述ように、上記高周波アンテナ３１に高周波電力が供給されるときには、該高周波アンテナ３１を流れる高周波電流の方向においては、高周波アンテナ３１を中心に右回りの磁力線Ｂが形成されるようになる。つまり、上記高周波電流の方向と垂直な面内においては、高周波アンテナ３１を挟んで相対向する位置に、互いに反対向きとなるような磁場が誘起されるようになる。より詳細には、先の図３（ａ）に示されるように、高周波アンテナ３１が有する第１コイル３１ａを挟んで方向ＤＰにおいて相対向する位置に、互いに反対向きとなる磁場が誘起されるとともに、第２コイル３１ｂについても同様に、これを挟んで方向ＤＰにおいて相対向する位置に、互いに反対向きとなる磁場が誘起される。そのため高周波アンテナ３１の近傍、例えば誘電体円筒部１２の外周面１２ｂと高周波アンテナ３１との隙間の周りにも、その隙間を挟んで相対向する位置に、互いに略反対向きとなるような磁場が誘起されるようになる。そして高周波アンテナ３１の周方向においては、上述するような磁場が高周波アンテナ３１の方向Ｄθの全体にわたり誘起されることになる。

上記容量結合電極３２は、こうした誘電体円筒部１２の外周面と高周波アンテナ３１との隙間を該誘電体円筒部１２の外周面に沿って横切るように配置される。そのため、該隙
間を挟んで相対向する容量結合電極３２上の位置には、上述するような互いに反対向きの磁場によって互いに反対向きの電場が誘起されることになる。例えば、先に示した図３（ａ）及び図３（ｂ）に記載のように、容量結合電極３２上において、上記各平行要素Ａ１，Ｂ１と各平行要素Ａ２，Ｂ２とが高周波アンテナ３１を挟んで相対向する位置に配置される。そのため、各平行要素Ａ１，Ｂ１に誘起される電場Ｅ１と、周回平行要素Ａ２，Ｂ２に誘起される電場Ｅ２とは互いに反対の向きとなる。そのため、容量結合電極３２が有する周回線路３２ａ及び分岐線路３２ｂが高周波アンテナ３１を流れる高周波電流の方向と垂直な方向、及び平行な方向等に偏った形状を有する場合、偏った側における電場の影響が容量結合電極３２において支配的となって電場Ｅ１あるいは電場Ｅ２に即した電流が周回線路３２ａ上に流れることになる。その結果、高周波アンテナ３１に供給された高周波電力の一部が容量結合電極３２とプラズマとの誘導結合により消費される、あるいは、こうした誘導結合により容量結合電極３２とプラズマとの間の容量結合が失われることとなる。

この点、当該容量結合電極３２は、誘電体円筒部１２の中心軸線Ｃと平行な方向である上記方向ＤＰと、同誘電体円筒部１２の外周面の周方向である方向Ｄθとにそれぞれ周期性を有して上記隙間を横切る構成であることから、上記隙間を挟んで相対向する位置で上述するような電場Ｅ１と電場Ｅ２とが互いに相殺されることとなる。それゆえに高周波アンテナ３１に供給された高周波電力の損失を抑えつつ、容量結合電極３２とプラズマとの間の容量結合を確実に実現させることが可能となる。したがって、高周波電力のうちプラズマ生成に寄与する電力量が減少して、プラズマ密度が低下することを抑制しつつも、上述のような付着物の堆積を抑制する効果が得られるようになる。

また、容量結合電極３２が有する周回線路３２ａにおいては、上記周回平行要素Ａ１と周回平行要素Ａ２との距離が一定に保たれている。しかも互いに隣接する周回斜め要素Ａ３と周回斜め要素Ａ４とは、これらが接続された周回平行要素Ａ１あるいは周回平行要素Ａ２の方向Ｄθの中点を通り、上記中心軸線Ｃと平行な直線を対象軸とする線対称の関係を有している。すなわち、容量結合電極３２の周回線路３２ａは、外周面１２ｂ上において正弦波状を呈している。このような方向ＤＰと方向Ｄθとに周期性を有する周回線路３２ａであれば、当該周回線路３２ａに誘起される電場が周回線路３２ａの１周期内にて確実に相殺されることになる。それゆえに、上記高周波アンテナ３１に供給された高周波電力が周回線路３２ａによって消費されることを抑制し、該周回線路３２ａとプラズマとの容量結合を実現させることができる。

一方、周回線路３２ａを構成する周回斜め要素Ａ３からは分岐線路３２ｂを構成する分岐斜め要素Ｂ３が分岐し、また、周回線路３２ａを構成する周回斜め要素Ａ４からは分岐線路３２ｂを構成する分岐斜め要素Ｂ４が分岐している。つまり、周回線路３２ａからは、その半周期内において例えば２本の分岐線路３２ｂが分岐するとともに、こうした分岐線路３２ｂは、電極単位構造３２Ｕの半周期毎に繰り返し周回線路３２ａから分岐している。

このように、本実施の形態では、容量結合電極３２は周回線路３２ａに加えて、同周回線路３２ａから分岐する分岐線路３２ｂを有することから、上記誘電体円筒部１２の近傍においては、周回線路３２ａとプラズマとの容量結合が生じる領域に加え、分岐線路３２ｂとプラズマとの容量結合が生じる領域が存在するようになる。つまり、誘電体円筒部１２の内周面において、上記セルフバイアス電位よりも高い負電位が付与される領域が拡大され、ひいては、同誘電体円筒部１２の内周面において、上記付着物の堆積が抑制されることになる。

しかも、上記分岐線路３２ｂを構成する線路要素のうち、分岐斜め要素Ｂ３は周回線路
３２ａを構成する周回斜め要素Ａ４と平行をなすように、また、同分岐線路３２ｂを構成する分岐斜め要素Ｂ４は周回線路３２ａを構成する周回斜め要素Ａ３と平行をなすように配置されている。つまり、周回線路３２ａを上記方向Ｄθに変位させた仮想的な線路と、上記分岐斜め要素Ｂ３，Ｂ４とが重なることになるように、分岐斜め要素Ｂ３，Ｂ４が構成されている。換言すれば、こうした分岐線路３２ｂは、これの分岐基である周回線路３２ａが有する周期性の一部を有することになり、分岐線路３２ｂ同士、特に、一つの分岐線路３２ｂと該分岐線路３２ｂの半周期前あるいは半周期先に配置された他の分岐線路３２ｂとには、互いに反対向きの誘導電場が生じる可能性が高くなる。それゆえ、上記周回線路３２ａと同様、分岐線路３２ｂにおいても高周波アンテナ３１に供給された高周波電力の消費が抑制され、該分岐線路３２ｂと真空容器内のプラズマとの容量結合が実現されやすくなる。

以上説明したように、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）誘電体円筒部１２の外周面と高周波アンテナ３１との隙間に導電性の容量結合電極３２を設けることにした。これにより、高周波アンテナ３１と真空容器内のプラズマとの間に容量結合が生じることはもとより、容量結合電極３２と上記プラズマとの間にも容量結合が生じる。そのため、真空容器における誘電体円筒部１２の内周面のうちで、高周波アンテナ３１とプラズマとの間の高周波電力の伝送路となる領域と、容量結合電極３２とプラズマとの間の高周波電力の伝送路となる領域との両方に、それらの周囲と比較して高い負の電位が付与されるようになる。つまり、誘電体円筒部１２の内周面のうち、高周波アンテナ３１の近傍だけでなく、これ以外の領域、正確には上記容量結合電極３２の近傍も、それらの周囲と比較して多くの正イオンによってスパッタされることとなる。それゆえに、誘電体円筒部１２に高周波アンテナ３１のみが搭載される構成と比較して、プラズマ処理の実施に伴う付着物の堆積が該誘電体円筒部１２の内周面において抑制されることとなる。

（２）容量結合電極３２を、誘電体円筒部の中心軸線Ｃと平行な方向である方向ＤＰと、同誘電体円筒部１２の外周面の周方向である方向Ｄθとにそれぞれ周期性を有しつつ上記隙間を誘電体円筒部１２の外周面に沿って横切る構成とした。これにより、上記隙間を挟んで相対向する位置において誘導電場が互いに相殺されることとなる。それゆえに高周波アンテナ３１に供給された高周波電力の損失を抑えつつ、容量結合電極３２とプラズマとの間の容量結合を確実に実現させることが可能となる。したがって、高周波電力のうちプラズマ生成に寄与する電力量が減少して、プラズマ密度が低下することを抑制しつつも、上述のような付着物の堆積を抑制する効果が得られるようになる。

（３）容量結合電極３２が有する周回線路３２ａを外周面１２ｂ上において正弦波状とした。これにより、こうした周回線路３２ａ有する容量結合電極３２は、誘電体円筒部１２の中心軸線Ｃと平行な方向である方向ＤＰと、同誘電体円筒部１２の外周面１２ｂの周方向である方向Ｄθとに周期性を有することになり、当該容量結合電極３２の周回線路３２ａ上の誘導電場は、正弦波の１周期内にて確実に相殺されることになる。それゆえに、高周波アンテナ３１に供給された高周波電力が容量結合電極３２の周回線路３２ａによって消費されることを抑制し、該周回線路３２ａとプラズマとの間を確実に容量的に結合することができる。

（４）中心軸線Ｃと平行な方向ＤＰと、外周面１２ｂの周方向と平行な方向Ｄθとに周期性を有する電極単位構造３２Ｕが方向Ｄθに沿って複数連接されるかたちに周回線路３２ａが構成されて、その電極単位構造３２Ｕの繰り返し数を３とした。このような構成によれば、周回線路３２ａを構成する電極単位構造３２Ｕにおいて誘導電場が相殺されて、該電極単位構造３２Ｕが方向Ｄθに繰り返される分、周回線路３２ａの密度を外周面１２
ｂ上において高くすることができ、上述のような付着物の堆積を抑制する効果がより広範囲にわたって得られるようになる。

（５）容量結合電極３２が、周回線路３２ａから分岐する有端の分岐線路３２ｂを有するようにした。これにより、上記誘電体円筒部１２の近傍においては、周回線路３２ａとプラズマとによる容量結合が生じる領域に加え、分岐線路３２ｂとプラズマによる容量結合が生じる領域が存在するようになる。つまり、誘電体円筒部１２の内周面において、上記セルフバイアス電位よりも高い負電位が付与される領域が拡大され、ひいては、同誘電体円筒部１２の内周面において、上記付着物の堆積が抑制されることになる。

（６）周回線路３２ａの半周期毎に分岐線路３２ｂが設けられるとともに、周回線路３２ａを方向Ｄθに変位させた仮想的な線路と該分岐線路３２ｂとが重なるようにした。つまり、該分岐線路３２ｂは、これの分岐基である周回線路３２ａが有する周期性の一部を有することになり、分岐線路３２ｂ同士、特に、一つの分岐線路３２ｂと該分岐線路３２ｂの半周期前あるいは半周期先に設けられた他の分岐線路３２ｂとには、互いに反対向きの誘導電場が生じる可能性が高くなる。それゆえ、上記周回線路３２ａと同様、分岐線路３２ｂにおいても高周波アンテナ３１に供給された高周波電力の消費が抑制され、該分岐線路３２ｂと真空容器内のプラズマとの間が容量的に結合しやすくなる。

なお、上記実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・誘電体円筒部１２は金属円筒部１１に積層され、該金属円筒部１１にて区画される基板載置領域に基板Ｓを載置する基板ステージ２１を設けるようにした。これに限らず、金属円筒部１１を割愛して、誘電体円筒部１２により区画されるプラズマ生成領域１２ａ中に基板ステージ２１を配設するようにしてもよい。

・プラズマ生成領域１２ａにゼロ磁場領域が生成されることを前提としたが、これに限らず、上記磁場コイル３４及びこれに電流を供給する電流供給部３５ｕ，３５ｍ，３５ｂが割愛されてゼロ磁場領域が生成されない構成であってもよい。

・容量結合電極３２が有する周回線路３２ａから分岐する分岐線路３２ｂの数は、同周回線路３２ａの半周期において２本とした。これに限らず、分岐線路３２ｂの数は任意に設定することができる。例えば、図４に示されるように、容量結合電極３２は周回線路３２ａを有するとともに、この周回線路３２ａからはその半周期において、４本の分岐線路３２ｂがする構成であってもよい。ただし、上記第１コイル３１ａに平行な線路要素同士、及び上記第２コイル３１ｂに平行な線路要素同士は、互いに離間して設けられる必要がある。

・容量結合電極３２を構成する各線路３２ａ，３２ｂの線路幅Ｌｃを３ｍｍとした。これに限らず、例えば図５に示されるように、容量結合電極３２を構成する周回線路３２ａ及び分岐線路３２ｂの線路幅Ｌｃを１０ｍｍとするようにしてもよく、高周波コイル３２による誘導電場が容量結合電極３２に誘起されない範囲であれば、これら線路幅Ｌｃは任意に設定可能である。

・容量結合電極３２を構成する各線路３２ａ，３２ｂの線路幅は全て３ｍｍとした。これに限らず、例えば図６に示されるように、容量結合電極３２が有する周回線路３２ａ及び分岐線路３２ｂのうち、上記高周波アンテナ３１に平行な各平行要素の線路幅Ｌｃ２を１０ｍｍとし、その他の各斜め要素の線路幅Ｌｃ１を３ｍｍとしてもよい。これにより、
（７）真空容器内のプラズマと容量結合する容量結合電極３２の面積が高周波アンテナ３１の上側及び下側で相対的に拡大される。そのため、高周波アンテナ３１に同じ高周波電力が供給される上では、誘電体円筒部１２の内周面に対する付着物の堆積をより効果的
に抑制することができるようになる。

といった効果が得られるようになる。
・また、上記のように、線路幅を拡大する領域としては、上記第１コイル３１ａと平行な線路、及び第２コイル３１ｂと平行な線路に限らず、当該容量結合電極が有する線路要素のうち、上記誘電体円筒部１２の外周面の径方向から見て、高周波アンテナ３１と重畳しない領域としてもよい。

・加えて、上記線路幅Ｌｃ１に対する線路幅Ｌｃ２の拡大割合は、上述のように「Ｌｃ１：Ｌｃ２＝３：１０」に限らず、任意に設定可能である。
・周回線路３２ａを方向Ｄθに変位させた仮想的な線路と分岐線路３２ｂとが重なるように、分岐斜め要素Ｂ４を周回斜め要素Ａ３と平行とするとともに、分岐斜め要素Ｂ３を周回斜め要素Ａ４と平行とするようにした。これに限らず、高周波コイル３２による誘導電場が分岐線路３２ｂに誘起されないかたちであれば、周回線路３２ａを方向Ｄθに変位した仮想的な線路と分岐線路３２ｂとが重ならないようにしてもよい。

・周回線路３２ａの半周期毎に分岐線路３２ｂを設けるようにしたが、例えば、周回線路３２ａの１周期毎、あるいは複数周期毎に分岐線路３２ｂを設けるようにしてもよい。
・容量結合電極３２は、周回線路３２ａとこれを分岐基とする分岐線路３２ｂとを有するようにしたが、分岐線路３２ｂを割愛してもよい。この分岐線路３２ｂを割愛した構成としては、例えば図７に示されるように、容量結合電極３２が周回線路３２ａのみからなって且つ、該周回線路３２ａが、上記方向ＤＰと平行な線路要素と上記方向Ｄθと平行な線路要素との繰り返しからなるようにしてもよい。

・また、容量結合電極３２を構成する周回線路３２ａが正弦波状をなすようにしたが、これに限らず、例えば先の図７に示されるように周回線路３２ａが矩形波状をなすようにしてもよいし、若しくは、三角波状、鋸歯状等、要するに上記方向ＤＰ及び方向Ｄθにおいて周期性を有する形状であればよい。

・誘電体円筒部１２の構成材料は、石英や高誘電率材料に限らず、例えばアルミナ等の他の誘電体であってもよい。
・プラズマ処理装置をプラズマエッチング装置１０として具現化したが、これに限らず、例えば、ＣＶＤ装置等の成膜装置として具現化することも可能である。

１０…プラズマエッチング装置、１１…金属円筒部、１１ａ…基板載置領域、１２…誘電体円筒部、１２ａ…プラズマ生成領域、１２ｂ…外周面１３…底板、１３ａ…絶縁部材、１４…天板、１５…排気管、１６…排気装置、２１…基板ステージ、２２…静電チャック、２３…バイアス用高周波電源、２４…整合回路、３１…高周波アンテナ、３１ａ…第１コイル、３１ｂ…第２コイル、３２…容量結合電極、３２ａ…周回線路、３２ｂ…分岐線路、３２Ｕ…電極単位構造、３３…放電用高周波電源、３４…磁場コイル、３４ｕ…上段コイル、３４ｍ…中段コイル、３４ｂ…下段コイル、３５ｕ，３５ｍ，３５ｂ…電流供給部、４１…シャワープレート、４２…ガス供給部、Ｓ…基板。

Claims

誘電体からなる筒状の周壁部を有して内部に処理対象物を収容する真空容器と、
前記周壁部の外周面との間に隙間を有して前記周壁部の外周に沿って配設され、高周波電力が供給されるコイル状の高周波アンテナと、
前記周壁部の外周面に巻き付けられた容量結合電極とを備え、
前記容量結合電極は、
前記周壁部の中心軸線と平行な方向と前記周壁部の外周面の周方向とに周期性を有して前記周壁部の外周面と前記高周波アンテナとの隙間を前記外周面に沿って繰り返し横切るかたちの周回線路を有し、該周回線路に高周波電力が供給されることによって前記真空容器内のプラズマに前記周回線路が容量的に結合されるプラズマ処理装置。
前記周回線路は、前記周壁部の外周面上において正弦波状をなす
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記周回線路は、前記周壁部の中心軸線と平行な方向と前記周壁部の外周面の周方向とに周期性を有する構造単位が前記周壁部の外周面の周方向に２つ以上繰り返されてなる
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。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記容量結合電極は、
前記周回線路の半周期内において該周回線路から分岐する有端の分岐線路を更に有し、
前記分岐線路は、
前記周回線路の半周期毎に設けられて且つ、前記周回線路を前記周壁部の外周面の周方向に変位させた線路の形状と重なるように配置される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記容量結合電極は、
前記周壁部の外周面の径方向から見て、前記高周波アンテナと重畳しない領域の線路の幅が前記高周波アンテナと重畳する領域の線路の幅よりも広い
請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。