JP5812561B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特に誘導結合型のプラズマ処理装置に関する。
半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマがよく利用されている。従来より、この種のプラズマ処理には、ＭＨｚ領域の高周波放電によるプラズマが多く用いられている。高周波放電によるプラズマは、より具体的（装置的）なプラズマ生成法として、容量結合型プラズマと誘導結合型プラズマとに大別される。
一般に、誘導結合型のプラズマ処理装置は、処理容器の壁部の少なくとも一部（たとえば天井）を誘電体の窓で構成し、その誘電体窓の外に設けたコイル状のＲＦアンテナに高周波電力を供給する。処理容器は減圧可能な真空チャンバとして構成されており、チャンバ内の中央部に被処理基板（たとえば半導体ウエハ、ガラス基板等）が配置され、誘電体窓と基板との間に設定される処理空間に処理ガスが導入される。ＲＦアンテナに流れるＲＦ電流によって、磁力線が誘電体窓を貫通してチャンバ内の処理空間を通過するようなＲＦ磁界がＲＦアンテナの周りに発生し、このＲＦ磁界の時間的な変化によって処理空間内で方位角方向に誘導電界が発生する。そして、この誘導電界によって方位角方向に加速された電子が処理ガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。
チャンバ内に大きな処理空間が設けられることによって、上記ドーナツ状のプラズマは効率よく四方（特に半径方向）に拡散し、基板上ではプラズマの密度がかなり均される。しかしながら、通常のＲＦアンテナを用いるだけでは、基板上に得られるプラズマ密度の均一性は大抵のプラズマプロセスにおいて不十分である。誘導結合型のプラズマ処理装置においても、基板上のプラズマ密度の均一性を向上させることは、プラズマプロセスの均一性・再現性ひいては製造歩留まりを左右することから、最重要課題の一つとなっており、これまでにもこの関係の技術が幾つか提案されている。
従来の代表的なプラズマ密度均一化の技術は、ＲＦアンテナを複数のセグメントに分割するものである。このＲＦアンテナ分割方式には、各々のアンテナ・セグメントに個別の高周波電力を供給する第１の方式（たとえば特許文献１）と、各々のアンテナ・セグメントのインピーダンスをコンデンサ等の付加回路で可変して１つの高周波電源より全部のアンテナ・セグメントにそれぞれ分配されるＲＦ電力の分割比を制御する第２の方式（たとえば特許文献２）とがある。
また、単一のＲＦアンテナを使用し、このＲＦアンテナの近くに受動アンテナを配置する技法（特許文献３）も知られている。この受動アンテナは、高周波電源から高周波電力の供給を受けない独立したコイルとして構成され、ＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に対して、受動アンテナのループ内の磁界強度を減少させると同時に受動アンテナのループ外近傍の磁界強度を増加させるように振る舞う。それによって、チャンバ内のプラズマ発生領域中のＲＦ電磁界の半径方向分布が変更されるようになっている。
米国特許第５４０１３５０号 米国特許第５９０７２２１号 特表２００５−５３４１５０
しかしながら、上記のようなＲＦアンテナ分割方式のうち、上記第１の方式は、複数の高周波電源のみならず同数の整合器を必要とし、高周波給電部の煩雑化と著しいコスト高が大きなネックになっている。また、上記第２の方式は、各アンテナ・セグメントのインピーダンスには他のアンテナ・セグメントだけでなくプラズマのインピーダンスも影響するため、付加回路だけで分割比を任意に決めることができず、制御性に難があり、あまり用いられていない。
また、上記特許文献３に開示されるような受動アンテナを用いる従来方式は、受動アンテナの存在によってＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に影響を与え、それによってチャンバ内のプラズマ発生領域中のＲＦ電磁界の半径方向分布を変更できることを教示しているが、受動アンテナの作用に関する考察・検証が不十分であり、受動アンテナを用いてプラズマ密度分布を自在かつ高精度に制御するための具体的な装置構成をイメージできてない。
今日のプラズマプロセスは、基板の大面積化とデバイスの微細化に伴って、より低圧で高密度かつ大口径のプラズマを必要としており、基板上のプロセスの均一性は以前にも増して困難な課題になっている。
この点、誘導結合型のプラズマ処理装置は、ＲＦアンテナに近接する誘電体窓の内側でプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを基板に向けて四方に拡散させるようにしているが、チャンバ内の圧力によってプラズマの拡散する形態が変化し、基板上のプラズマ密度分布が変わりやすい。さらには、ＲＦアンテナに供給される高周波のパワーやチャンバ内に導入される処理ガスの流量等に応じてドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布が変わることもある。したがって、プロセスレシピでプロセス条件が変更されても、基板上のプラズマプロセスの均一性を保てるように、ＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に補正をかけることができなければ、今日のプラズマ処理装置に要求される多様かつ高度なプロセス性能を適えることはできない。
本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、プラズマ生成用のＲＦアンテナや高周波給電系統に特別な細工を必要とせずに、簡易な磁気シールド部材を用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる誘導結合形のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置され、前記ＲＦアンテナの周りに発生するＲＦ磁界の磁力線ループを前記開口端付近から径方向内側の領域または前記開口端付近から径方向外側の領域で縮小化ないし局所化する磁気シールド空洞導体とを有する。
上記第１の観点のプラズマ処理装置においては、上記のような構成により、特に開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置され、ＲＦアンテナの周りに発生するＲＦ磁界の磁力線ループを開口端付近から径方向内側の領域または開口端付近から径方向外側の領域で縮小化ないし局所化する磁気シールド空洞導体を備える構成により、高周波給電部よりＲＦアンテナに高周波電力を供給したときに、ＲＦアンテナを流れる高周波電流によってアンテナ導体の周りに発生するＲＦ磁界の磁力線がＲＦアンテナの上で磁気シールド空洞導体を避けて通るような磁界分布がＲＦアンテナの周囲に形成されることにより、誘電体窓内側の処理容器内で電磁誘導により生成されるコアな（通常ドーナツ状の）プラズマ内のプラズマ密度分布に補正をかけることが可能である。
すなわち、磁気シールド空洞導体は、典型的には、ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、その開口端が径方向においてＲＦアンテナの内周と外周との間に位置するような開口径を有する。径方向において磁気シールド空洞導体の開口端がＲＦアンテナの内周エッジ部とミドル部との間の上方に位置しているときは、ＲＦアンテナの周囲に分布する磁界を磁気シールド空洞導体の開口端付近から径方向内側にかけての領域で局所的に縮小化することにより、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を該領域の直下で局所的に低減させる効果が得られる。また、径方向において磁気シールド空洞導体の開口端がＲＦアンテナのミドル部と外周エッジ部との間の上方に位置しているときは、ＲＦアンテナの周囲に分布する磁界を磁気シールド空洞導体の開口端付近から径方向外側にかけての領域で局所的に縮小化することにより、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を該領域の直下で局所的に低減させる効果が得られる。
こうして、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を任意に制御することにより、基板近傍のプラズマ密度分布を任意に制御することが可能であり、プラズマプロセスの均一性の向上も容易に達成できる。
本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体とを有し、前記磁気シールド空洞導体は、天井部が塞がった筒状またはドーム状の形体を有する。
本発明の第３の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体とを有し、前記磁気シールド空洞導体は、前記ＲＦアンテナの上に設けられる大気圧空間のアンテナ室に収容され、前記アンテナ室の天井壁が前記磁気シールド空洞導体の天井部を構成する。
本発明の第４の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体とを有し、前記磁気シールド空洞導体は、その開口端が方位角方向に沿って前記ＲＦアンテナと上下方向で一定の距離を隔てるように配置される。
本発明の第５の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体とを有し、前記磁気シールド空洞導体は、前記ＲＦアンテナに対してその開口径を可変できる。
本発明の第６の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体とを有し、前記磁気シールド空洞導体に、前記処理ガス供給部からの処理ガスを前記処理容器内に供給するガス管を通すための貫通孔が設けられている。
本発明の第７の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体とを有し、前記磁気シールド空洞導体に、縦方向に延びるスリットが方位角方向に所望の間隔を空けて多数設けられている。
本発明の第８の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体とを有し、前記ＲＦアンテナと前記磁気シールド空洞導体との離間距離を可変制御するアンテナ−磁気シールド間隔制御部を有する。
本発明の第９の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体とを有し、前記磁気シールド空洞導体を前記ＲＦアンテナと同軸上の位置で回転運動させるための磁気シールド回転機構を有する。
本発明の第１０の観点における誘導結合型のプラズマ処理装置は、天井に誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置され、前記ＲＦアンテナの周りに発生するＲＦ磁界の磁力線ループを前記開口端付近から径方向内側の領域または前記開口端付近から径方向外側の領域で縮小化ないし局所化する複数の磁気シールド空洞導体とを有する。
上記第１０の観点のプラズマ処理装置においては、上記のような構成により、特にそれぞれ異なる口径の開口端をＲＦアンテナよりも高い位置で下に向け、ＲＦアンテナの周囲に分布する磁界を開口端付近から径方向内側の領域または開口端付近から径方向外側の領域で局所的に縮小化する複数の磁気シールド空洞導体を備える構成により、磁気シールド空洞導体の磁気遮蔽効果を利用してドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を任意に制御する機能を更に向上させることができる。
本発明の第１１の観点における誘導結合型のプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される複数の磁気シールド空洞導体とを有し、前記複数の磁気シールド空洞導体の各々が、天井部が塞がった筒状またはドーム状の形体を有する。
本発明の第１２の観点における誘導結合型のプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される複数の磁気シールド空洞導体とを有し、前記複数の磁気シールド空洞導体は、前記ＲＦアンテナの上に設けられる大気圧空間のアンテナ室に収容され、前記アンテナ室の天井壁が少なくとも１つの前記磁気シールド空洞導体の天井部を構成する。
本発明の第１３の観点における誘導結合型のプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される複数の磁気シールド空洞導体とを有し、前記ＲＦアンテナに対する前記複数の磁気シールド空洞導体の離間距離を各々独立に可変制御するアンテナ−磁気シールド間隔制御部を有する。
本発明の第１４の観点における誘導結合型のプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される複数の磁気シールド空洞導体とを有し、前記複数の磁気シールド空洞導体の各々に、縦方向に延びるスリットが方位角方向に所望の間隔を空けて多数設けられている。
本発明の第１５の観点における誘導結合型のプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される複数の磁気シールド空洞導体とを有し、各々の前記磁気シールド空洞導体は、その開口端が方位角方向に沿って前記ＲＦアンテナと上下方向で一定の距離を隔てるように配置される。
本発明による誘導結合型のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、プラズマ生成用のＲＦアンテナや高周波給電系統に特別な細工を必要とせずに、簡易な磁気シールド空洞導体を用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる。
本発明の第１の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。 磁気シールド空洞導体を備えない場合のＲＦアンテナ周りの磁界分布、径方向の磁束密度分布および電子密度分布の一例を模式的に示す図である。 磁気シールド空洞導体をＲＦアンテナの上に配置した場合の電磁界的な作用を模式的に示す図である。 磁気シールド空洞導体の代わりに平板状の導体をＲＦアンテナの上に配置した場合（参考例）の電磁界的な作用を模式的に示す図である。 第２の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。 第２の実施形態における要部の構成を示す斜視図である。 ＲＦアンテナに対する磁気シールド空洞導体の高さ位置（離間距離）に依存して誘導結合プラズマ内の径方向の電流密度（プラズマ）密度分布が変化する特性を示す図である。 多層レジスト法の工程を段階的に示す図である。 磁気シールド空洞導体を備えない場合のＲＦアンテナ周りの磁界分布、径方向の磁束密度分布および電子密度分布の一例を模式的に示す図である。 磁気シールド空洞導体をＲＦアンテナの上に配置した場合の電磁界的な作用を模式的に示す図である。 多層レジスト法によるマルチステップのエッチングプロセスにおいて磁気シールド空洞導体の高さ位置を可変制御する方法を示す図である。 第３の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。 ＲＦアンテナに対する磁気シールド空洞導体の開口径のサイズに依存して誘導結合プラズマ内の径方向の電流密度（プラズマ）密度分布が変化する特性を示す図である。 磁気シールド空洞導体の開口径を自動で切り替えできるようにした装置構成の要部を示す要部断面図である。 磁気シールド空洞導体の開口径を自動で切り替えできるようにした装置構成の要部を示す要部断面図である。 第４の実施形態における要部の構成を示す斜視図である。 存して誘導結合プラズマ内の径方向の電流密度（プラズマ）密度分布が変化する特性を示す図である。 磁気シールド空洞導体に設けられるスリットの幅を可変するための一実施例の構成を示す横断面図である。 磁気シールド空洞導体に設けられるスリットの幅を可変するための別の実施例の構成を示す横断面図である。 磁気シールド空洞導体に設けられるスリットの一変形例を示す斜視図である。 第５の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。 内側および外側の磁気シールド空洞導体の片方または双方を配置した場合に誘導結合プラズマ内の径方向の電流密度（プラズマ）密度分布が変化する特性を示す図である。 第６の実施形態において、内側および外側の磁気シールド空洞導体の双方にスリットを設ける一構成例を示す横断面図である。 内側スリットおよび外側スリットの片方または双方を開けた場合に誘導結合プラズマ内の径方向の電流密度（プラズマ）密度分布が変化する特性を示す図である。 内側および外側の磁気シールド空洞導体の双方にスリットを設ける別の構成例を示す横断面図である。 第７の実施形態における要部の構成を示す縦断面図である。 第７の実施形態において磁気シールド空洞導体に切り欠き部を形成する一構成例を示す斜視図である。 一実施例による磁気シールド空洞導体の構造を示す斜視図である。 図２６Ａの磁気シールド空洞導体の要部構成を示す部分断面図である。 別の実施例による磁気シールド空洞導体の構造を示す斜視図である。 図２７Ａの磁気シールド空洞導体の要部構成を示す部分断面図である。 一実施例による磁気シールド空洞導体の形体を示す縦断面図である。 スパイラルコイル状のＲＦアンテナの一例を示す斜視図である。 同心円コイル状のＲＦアンテナの一例を示す斜視図である。
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１〜図３につき、本発明の第１の実施形態として、本発明における誘導結合型プラズマ処理装置の基本的な構成および作用を説明する。
図１に示す誘導結合型プラズマ処理装置は、平面コイル形のＲＦアンテナを用いる誘導結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は、保安接地されている。
先ず、この誘導結合型プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に直接関係しない各部の構成を説明する。
チャンバ１０内の下部中央には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が高周波電極を兼ねる基板保持台として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部１４に支持されている。
絶縁性筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の上部または入口に環状のバッフル板２０が取り付けられるとともに、底部に排気ポート２２が設けられている。チャンバ１０内のガスの流れをサセプタ１２上の半導体ウエハＷに対して軸対象に均一にするためには、排気ポート２２を円周方向に等間隔で複数設ける構成が好ましい。各排気ポート２２には排気管２４を介して排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁の外には、半導体ウエハＷの搬入出口２７を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。
サセプタ１２には、ＲＦバイアス用の高周波電源３０が整合器３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。この高周波電源３０は、半導体ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定周波数（１３．５６ＭＨｚ以下）の高周波ＲＦLを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器３２は、高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（主にサセプタ、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。その整合回路の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
サセプタ１２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック３６が設けられ、静電チャック３６の半径方向外側に半導体ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリング３８が設けられる。静電チャック３６は導電膜からなる電極３６ａを一対の絶縁膜３６ｂ，３６ｃの間に挟み込んだものであり、電極３６ａには高圧の直流電源４０がスイッチ４２および被覆線４３を介して電気的に接続されている。直流電源４０より印加される高圧の直流電圧により、静電力で半導体ウエハＷを静電チャック３６上に吸着保持することができる。
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット（図示せず）より配管４６，４８を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック３６上の半導体ウエハＷの処理中の温度を制御できる。これと関連して、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５０を介して静電チャック３６の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハＷのローディング／アンローディングのためにサセプタ１２を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構（図示せず）等も設けられている。
次に、この誘導結合型プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。
チャンバ１０の天井には、サセプタ１２から比較的大きな距離間隔を隔てて、たとえば石英板からなる円形の誘電体窓５２が気密に取り付けられている。この誘電体窓５２の上には、通常はチャンバ１０またはサセプタ１２と同軸に、コイル状のＲＦアンテナ５４が水平に配置されている。このＲＦアンテナ５４は、好ましくは、たとえばスパイラルコイル（図２９Ａ）または各一周内で半径一定の同心円コイル（図２９Ｂ）の形体を有しており、絶縁体からなるアンテナ固定部材（図示せず）によって誘電体窓５２の上に固定されている。
ＲＦアンテナ５４の一端（中心端）には、プラズマ生成用の高周波電源５６の出力端子が整合器５８および給電導体（たとえば給電線）６０を介して電気的に接続されている。ＲＦアンテナ５４の他端（外周端）は、アース線（帰線）５５を介して電気的にグランド電位に接続されている。
高周波電源５６は、高周波放電によるプラズマの生成に適した一定周波数（１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波ＲＦHを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器５８は、高周波電源５６側のインピーダンスと負荷（主にＲＦアンテナ、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。
チャンバ１０内の処理空間に処理ガスを供給するための処理ガス供給部は、誘電体窓５２より幾らか低い位置でチャンバ１０の側壁の中（または外）に設けられる環状のマニホールドまたはバッファ部６２と、円周方向に等間隔でバッファ部６２からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス吐出孔６４と、処理ガス供給源６６からバッファ部６２まで延びるガス供給管６８とを有している。処理ガス供給源６６は、流量制御器および開閉弁（図示せず）を含んでいる。
この誘導結合型プラズマエッチング装置は、チャンバ１０内の処理空間に生成される誘導結合プラズマの密度分布を径方向で可変制御するために、チャンバ１０の天井裏に設けた大気空間のアンテナ室７２内に、開口端を下に向けてＲＦアンテナ５４の上に配置される、天井部が塞がった筒状またはドーム状の導体からなる磁気シールド空洞導体７０を備えている。磁気シールド空洞導体７０の詳細な構成および作用は後に説明する。
主制御部７４は、たとえばマイクロコンピュータを含み、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２６、高周波電源３０，５６、整合器３２，５８、静電チャック用のスイッチ４２、処理ガス供給源６６、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３６の上に載置する。そして、ゲートバルブ２８を閉めて、処理ガス供給源６６よりガス供給管６８、バッファ部６２および側壁ガス吐出孔６４を介してエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源５６をオンにしてプラズマ生成用の高周波ＲＦHを所定のＲＦパワーで出力させ、整合器５８，給電導体６０を介してＲＦアンテナ５４に高周波ＲＦHの電流を供給する。一方、高周波電源３０をオンにしてイオン引き込み制御用の高周波ＲＦLを所定のＲＦパワーで出力させ、この高周波ＲＦLを整合器３２および給電棒３４を介してサセプタ１２に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック３６と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、スイッチ４２をオンにして静電チャック３６の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。
側壁ガス吐出孔６４より吐出されたエッチングガスは、誘電体窓５２の下の処理空間に拡散する。ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦHの電流によって、磁力線が誘電体窓５２を貫通してチャンバ内のプラズマ生成空間を通過するようなＲＦ磁界がＲＦアンテナ５４の周りに発生し、このＲＦ磁界の時間的な変化によって処理空間の方位角方向にＲＦ誘導電界が発生する。そして、この誘導電界によって方位角方向に加速された電子がエッチングガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。このドーナツ状プラズマのラジカルやイオンは広い処理空間で四方に拡散し、ラジカルは等方的に降り注ぐようにして、イオンは直流バイアスに引っぱられるようにして、半導体ウエハＷの上面（被処理面）に供給される。こうしてウエハＷの被処理面にプラズマの活性種が化学反応と物理反応をもたらし、被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。
この誘導結合型プラズマエッチング装置は、上記のようにＲＦアンテナ５４に近接する誘電体窓５２の下で誘導結合のプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを広い処理空間内で分散させて、サセプタ１２近傍（つまり半導体ウエハＷ上）でプラズマの密度を平均化するようにしている。ここで、ドーナツ状プラズマのプラズマ密度は、誘導電界の強度に依存し、ひいてはＲＦアンテナ５４に供給される高周波ＲＦHのパワー（より正確にはＲＦアンテナ５４を流れる電流）の大きさに依存する。すなわち、高周波ＲＦHのパワーを高くするほど、ドーナツ状プラズマの密度が高くなり、プラズマの拡散を通じてサセプタ１２近傍でのプラズマの密度は全体的に高くなる。一方で、ドーナツ状プラズマが四方（特に径方向）に拡散する形態は主にチャンバ１０内の圧力に依存し、圧力を低くするほど、チャンバ１０の中心部にプラズマが多く集まって、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布が中心部で盛り上がる傾向がある。また、ＲＦアンテナ５４に供給される高周波ＲＦHのパワーやチャンバ１０内に導入される処理ガスの流量、ガスの種類等に応じてドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布が変わることもある。
ここで「ドーナツ状のプラズマ」とは、チャンバ１０の径方向内側（中心部）にプラズマが立たず径方向外側にのみプラズマが立つような厳密にリング状のプラズマに限定されず、むしろチャンバ１０の径方向内側より径方向外側のプラズマの体積または密度が大きいことを意味する。また、処理ガスに用いるガスの種類やチャンバ１０内の圧力の値等の条件によっては、ここで云う「ドーナツ状のプラズマ」にならない場合もある。
この誘導結合型プラズマエッチング装置では、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で均一化するために、ＲＦアンテナ５４の発生するＲＦ磁界に対して所望の開口径を有する磁気シールド空洞導体７０の磁気遮蔽効果により補正をかけるようにしている。
以下、この誘導結合型プラズマエッチング装置における主要な特徴部分である磁気シールド空洞導体７０の構成および作用を説明する。
上述したように、誘電体窓５２の上のアンテナ室７２内に磁気シールド空洞導体７０が配置される。この磁気シールド空洞導体７０は、円筒部７０ａと天井部７０ｂとを有する導体板（たとえば銅板）からなり、ＲＦアンテナ５４に対して同軸に配置され、通常はその開口端がＲＦアンテナ５４の内周と外周との間に位置するような所望の開口径を有する。磁気シールド空洞導体７０の天井部７０ｂには、ＲＦ給電導体６０を通すための貫通孔または開口部（図示せず）も形成されている。
なお、本発明において「同軸」とは、二次元方向で軸対称な広がりを有する複数の物体間でそれぞれの中心軸線が互いに重なっている位置関係を意味する。
アンテナ室７２内で、磁気シールド空洞導体７０は、その開口端とＲＦアンテナ５４との離間距離が方位角方向のすべての位置で一定になるような水平姿勢で、たとえば吊下げ式の支持部材７３により支持されている。アンテナ室７２の壁部は、導体たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の上端に接続され、電気的に接地されている。磁気シールド空洞導体７０は、電気的に接地されていてもよく、あるいは電気的にフローティング状態であってもよい。
図２につき、磁気シールド空洞導体７０の基本的な作用を説明する。
ＲＦアンテナ５４の上に磁気シールド空洞導体７０を配置しないときは、図２Ａに示すように、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦHの電流によってアンテナ導体の周りにはアンペール−マクスウェルの法則にしたがってループ状に分布するＲＦ磁界Ｈが発生し、誘電体窓５２の下には比較的内奥（下方）の領域でも処理空間を半径方向に横断する磁力線が形成される。
ここで、処理空間における磁束密度の半径方向（水平）成分Ｂｒは、チャンバ１０の中心（Ｏ）と周辺部では高周波ＲＦHの電流の大きさに関係なく常に零であり、その中間つまりＲＦアンテナ５４の内径と外径のちょうど中間辺り（以下、「アンテナミドル部」と称する）で極大になり、高周波ＲＦHの電流が大きいほどその極大値が高くなる。ＲＦ磁界Ｈによって生成される方位角方向の誘導電界の強度分布も、半径方向において磁束密度Ｂｒと同様のプロファイルになる。こうして、誘電体窓５２の近くの処理空間でＲＦアンテナ５４と同軸のドーナツ状プラズマが形成される。
そして、このドーナツ状プラズマが処理空間で四方（特に半径方向）に拡散する。上述したように、その拡散形態はチャンバ１０内の圧力に依存するが、一例として図２Ａに示すように、サセプタ１２近傍の径方向で電子密度（プラズマ密度）が相対的にアンテナミドル部で盛り上がり中心部と周辺部で落ち込むようなプロファイルを示す場合がある。
このような場合に、図２Ｂに示すように、ＲＦアンテナ５４の上に磁気シールド空洞導体７０を配置すると、図示のように、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦHの電流によってアンテナ導体の周りに発生するＲＦ磁界Ｈの分布が、磁気シールド空洞導体７０の存在によって変化する。すなわち、ＲＦアンテナ５４の上で磁力線が磁気シールド空洞導体７０を避けて通るような磁界分布になり、ＲＦアンテナ５４の周りで（誘電体窓５２下のチャンバ内でも）ＲＦ磁界Ｈの磁力線ループが縮小化ないし局所化する。
図示の例では、磁気シールド空洞導体７０の開口端が径方向においてＲＦアンテナ５４のアンテナミドル部と周辺エッジ部との間に位置しているため、磁気シールド空洞導体７０の開口端付近からその径方向外側の周辺部にかけての領域（磁気シールド外側領域）の直下で、ＲＦ磁界Ｈの磁力線ループが縮小化ないし局所化して、チャンバ１０内の磁界強度が低下する。一方、磁気シールド空洞導体７０の開口端付近よりも径方向内側の領域（磁気シールド内側領域）の直下では、ＲＦ磁界Ｈの磁力線ループが局所化するものの、チャンバ１０内の磁界強度は殆ど低下しない。
このような磁気シールド空洞導体７０の磁場遮蔽効果により、磁気シールド外側領域の直下で局所的に、誘電体窓５２内側の処理空間における磁束密度の半径方向成分Ｂｒおよび方位角方向の誘導電界の強度が弱められる。結果として、サセプタ１２近傍で電子密度（プラズマ密度）が径方向でほどよく均一化される。
参考例として、ＲＦアンテナ５４の上に、磁気シールド空洞導体７０の代わりに、磁気シールド空洞導体７０の開口径と同一の口径（直径）を有する導体板７１を配置した場合を考える。この場合は、図３に示すように、導体板７１で覆われる領域では、アンテナ導体の周りに発生するＲＦ磁界Ｈが導体板７１の面状磁気遮蔽効果によりどの位置でも一様に縮小化ないし局所化して磁界強度が低下する。このため、誘電体窓５２内側の処理空間でＲＦ磁界Ｈにより生成される方位角方向の誘導電界の強度分布も、導体板７１によって覆われる領域の直下では一様に低下する。その結果、サセプタ１２近傍の電子密度（プラズマ密度）は径方向の各位置で一様に低下するだけであり、均一化は達成できない。
次に、本発明の誘導結合型プラズマ処理装置においてより具体的または実用的な構造の磁気シールド空洞導体を備える実施形態について説明する。

［第２の実施形態］
図４〜図９につき、第２の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す。図中、上述した第１の実施形態の装置（図１）と同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を附している。
この誘導結合型プラズマエッチング装置では、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で均一化するうえで、ＲＦアンテナ５４の発生するＲＦ磁界に対して磁気シールド空洞導体７０の磁気遮蔽効果により補正をかけるとともに、アンテナ−磁気シールド間隔制御部７６によりＲＦアンテナ５４に対する磁気シールド空洞導体７０の離間距離を可変制御できるようにしている。
図示の構成例において、磁気シールド空洞導体７０の筒部７０ａは、天井部７０ｂに一体的に形成または固着された固定の上部筒部７０a1と、この上部筒部７０a1に軸方向（上下方向）でスライド可能に係合または嵌合された可動の下部筒部７０a2とに２分割されている。
アンテナ−磁気シールド間隔制御部７６は、ボールネジ７８を介して磁気シールド空洞導体７０の下部筒部７０a2の高さ位置を可変するステッピングモータ８０と、このステッピングモータ８０およびボールネジ７８を通じて磁気シールド空洞導体７０の下部筒部７０a2の高さ位置を可変制御する磁気シールド高さ制御部８２とを有している。
磁気シールド空洞導体７０の下部筒部７０a2は、より詳しくは、水平の昇降支持棒８４を介してボールネジ７８のナット部７８ｂに結合されている。ボールネジ７８の送りネジ７８ａは、鉛直方向に延びて、ステッピングモータ８０の回転軸に直接または減速機構（図示せず）を介して結合されている。
ステッピングモータ８０が作動して送りネジ７８ａを回転させると、ナット部７８ｂが昇降移動し、磁気シールド空洞導体７０の下部筒部７０a2もナット部７８ｂと一体に昇降移動する。磁気シールド高さ制御部８２は、主制御部７４より磁気シールド空洞導体７０（より正確には下部筒部７０a2の下端）の高さ位置（目標値または設定値）を指示する信号Ｓｈを受け取り、ステッピングモータ８０の回転方向および回転量を制御して、下部筒部７０a2の高さ位置、つまりＲＦアンテナ５４との離間距離ｈを目標値に合わせる。
アンテナ−磁気シールド間隔制御部７６の別の実施例として、図１に示すような一体型磁気シールド空洞導体７０の全体を昇降移動させる構成も可能である。
ここで、この実施形態における昇降型磁気シールド空洞導体７０およびアンテナ−磁気シールド間隔制御部７６の作用を説明する。本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。
すなわち、ＲＦアンテナ５４に対する磁気シールド空洞導体７０の相対的高さ位置（離間距離）ｈをパラメータとし、パラメータｈの値を５ｍｍ、１０ｍ、２０ｍｍ、無限大（磁気シールド空洞導体無し）の４通りに選んで、ドーナツ状プラズマ内部（上面から５ｍｍの位置）の半径方向の電流密度分布（プラズマ密度分布に相当）を求めたところ、図６に示すようなプロファイルが得られた。
この電磁界シミュレーションでは、ＲＦアンテナ５４の外径（半径）を２５０ｍｍに設定し、磁気シールド空洞導体７０の空洞長、板厚および開口径（半径）をそれぞれ３０ｍｍ、５ｍｍおよび１３０ｍｍに設定した。ＲＦアンテナ５４の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図５に示すような円盤形状の抵抗体８６で模擬し、この抵抗体８６の直径を５００ｍｍ、抵抗率を１００Ωcm、表皮厚さを１０ｍｍに設定した。プラズマ生成用高周波ＲＦHの周波数は１３．５６ＭＨｚとした。
図６に示すように、磁気シールド空洞導体７０の開口径（１３０ｍｍ）がＲＦアンテナ５４のアンテナミドル部の径（１２５ｍｍ）に近似しているとき、あるいはそれよりも小さいときは、磁気シールド空洞導体７０の開口端付近から径方向内側の中心部にかけての領域（磁気シールド内側領域）の直下で、ＲＦ磁界Ｈの磁力線ループ径が縮小化ないし局所化して、チャンバ１０内の磁界強度が低下する。一方、磁気シールド空洞導体７０の開口端付近よりも径方向外側の領域（磁気シールド外側領域）の直下では、ＲＦ磁界Ｈの磁力線ループが局所化するものの、チャンバ１０内の磁界強度は殆ど低下しない。
この実施形態では、上記のように、アンテナ−磁気シールド間隔制御部７６により、水平のＲＦアンテナ５４に対して磁気シールド空洞導体７０を平行（水平）に保ちつつ、ＲＦアンテナ５４に対する磁気シールド空洞導体７０の相対的高さ位置または離間距離を一定の範囲内で任意かつ精細に可変できるように構成しているので、電磁界シミュレーションで検証した図６の特性を装置的に実現し、プラズマ密度分布制御の自由度および精度を大きく向上させることができる。
この実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置は、たとえば、基板表面の多層膜を複数のステップで連続的にエッチング加工するアプリケーションに好適に適用できる。以下、図７に示すような多層レジスト法に係る本発明の実施例について説明する。
図７において、加工対象の半導体ウエハＷの主面には、本来の被加工膜（たとえばゲート用のＳi膜）１００の上に最下層（最終マスク）としてＳiＮ層１０２が形成され、その上に中間層として有機膜（たとえばカーボン）１０４が形成され、その上にＳi含有の反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０６を介して最上層のフォトレジスト１０８が形成される。ＳiＮ層１０２、有機膜１０４および反射防止膜１０６の成膜にはＣＶＤ（化学的真空蒸着法）あるいはスピンオンによる塗布膜が用いられ、フォトレジスト１０８のパターニングにはフォトリソグラフィが用いられる。
最初に、第１ステップのエッチングプロセスとして、図７の（Ａ）に示すようにパターニングされたフォトレジスト１０８をマスクとしてＳi含有反射防止膜１０６をエッチングする。この場合、エッチングガスにはＣＦ4／Ｏ2の混合ガスが用いられ、チャンバ１０内の圧力は比較的低く、たとえば１０mTorrに設定される。
次に、第２ステップのエッチングプロセスとして、図７の（Ｂ）に示すようにフォトレジスト１０８および反射防止膜１０６をマスクとして有機膜１０４をエッチング加工する。この場合、エッチングガスにはＯ2の単ガスが用いられ、チャンバ１０内の圧力は更に低く、たとえば５mTorrに設定される。
最後に、第３ステップのエッチングプロセスとして、図７の（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、パターニングされた反射防止膜１０６および有機膜１０４をマスクとしてＳiＮ膜１０２をエッチング加工する。この場合、エッチングガスにはＣＨＦ3／ＣＦ4／Ａｒ／Ｏ2の混合ガスが用いられ、チャンバ１０内の圧力は比較的高く、たとえば５０mTorrに設定される。
上記のようなマルチステップのエッチングプロセスにおいては、ステップ毎にプロセス条件の全部または一部（特にチャンバ１０内の圧力）が切り換わり、それによって処理空間内でドーナツ状プラズマの拡散する形態が変化する。ここで、磁気シールド空洞導体７０を設けない場合は、第１および第２ステップのプロセス（圧力１０mTorr以下）では図３Ａのようにサセプタ１２近傍の電子密度（プラズマ密度）が相対的に中心部で顕著に盛り上がるような急峻な山形のプロファイルが現れ、第３ステップのプロセス（圧力５０mTorr）では中心部がわずかに盛り上がるような緩やかな山形のプロファイルが現れるものとする。
この実施形態によれば、たとえばプロセスレシピにおいて、通常のプロセス条件（高周波のパワー、圧力、ガス種、ガス流量等）に追加する仕方で、またはそれらと連関させる仕方で、磁気シールド空洞導体７０の高さ位置をレシピ情報またはプロセスパラメータの１つとして設定する。そして、上記のようなマルチステップのエッチングプロセスを実行する際に、主制御部７４が磁気シールド空洞導体７０の高さ位置設定値を表すデータをメモリから読み出し、各ステップ毎に磁気シールド高さ制御部８０を通じて磁気シールド空洞導体７０の高さ位置を設定値（目標値）に合わせる。
したがって、上記のような多層レジスト法のエッチングプロセス（図７）においては、図９に示すように、第１ステップ（１０mTorr）では比較的低い設定位置ｈ1に、第２ステップ（５mTorr）では更に低い位置ｈ2に、第３ステップ（５０mTorr）では比較的高い位置ｈ3に、磁気シールド空洞導体７０の高さ位置をステップ毎に切り換える。
このように、一枚の半導体ウエハＷに対する単一または一連のプラズマ処理を行う中で、プロセス条件の変更、切り換えまたは変化に応じて磁気シールド空洞導体７０の高さ位置を可変調整することが可能である。このことにより、枚葉プラズマプロセスの全処理時間または全ステップを通じて、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦHの電流によってアンテナ導体の周りに発生するＲＦ磁界Ｈに対する磁気シールド空洞導体７０の磁気遮蔽効果、つまり磁気シールド空洞導体７０の開口端付近およびその径方向内側（もしくはその径方向外側）の領域の直下でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を局所的に低減させる効果の度合い（強弱）を任意・精細・リニアに調節することが可能であり、これによって、サセプタ１２近傍のプラズマ密度を径方向で均一に保つことも可能である。したがって、プラズマプロセスの均一性を向上させることができる。
なお、マルチステップ方式において、エッチングプロセスを行わない間は、図９に示すように、磁気シールド空洞導体７０の高さ位置を実質的に磁気シールド空洞導体７０が無い場合に等しい高さのホームポジションｈPに戻しておいてよい。
この実施形態では、上述したように、ＲＦアンテナ５４に対する磁気シールド空洞導体７０の離間距離または高さ位置を可変調整するためのアンテナ−磁気シールド間隔制御部７６をボールネジ機構で構成した。しかし、ボールネジ機構の代わりに、たとえば回転体カムあるいはエンドカム等の立体カム機構を用いることも可能である。すなわち、詳細な構成は図示省略するが、アンテナ−磁気シールド間隔制御部７６の別の実施例として、磁気シールド空洞導体７０に回転体を有する立体カム機構を介して結合され、この立体カム機構の回転体を回転させて磁気シールド空洞導体７０の高さ位置を可変するモータと、このモータの回転方向および回転量を制御して磁気シールド空洞導体７０の高さ位置を制御するコイル高さ制御部とを有する構成も可能である。

［第３の実施形態］
次に、図１０〜図１３につき、本発明の第３の実施形態を説明する。
図１０に、第３の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す。図中、上述した第１または第２の実施形態の装置（図１、図４）と同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を附している。
この第３の実施形態における固有の特徴は、磁気シールド空洞導体７０の開口径を可変できるようにした構成にある。図１０の装置構成例では、開口径の異なる複数（たとえば３種類）の磁気シールド空洞導体７０(1)，７０(2)，７０(3)を用意し、その中のいずれか1つを選択して吊り下げ式の支持部材７３に着脱可能に取り付けるようにしている。
本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。
すなわち、磁気シールド空洞導体７０の開口径（半径）Ｒをパラメータとし、パラメータＲの値を１００ｍｍ、１３０ｍ、１７０ｍｍ、２００ｍｍの４通りに選んで、ドーナツ状プラズマ内部（上面から５ｍｍの位置）の半径方向の電流密度分布（プラズマ密度分布に相当）を求めたところ、図１１に示すようなプロファイルが得られた。
この電磁界シミュレーションでは、ＲＦアンテナ５４の外径（半径）を２５０ｍｍに設定し、磁気シールド空洞導体７０の空洞長および板厚をそれぞれ３０ｍｍ、５ｍｍに設定した。ＲＦアンテナ５４と磁気シールド空洞導体７０との離間距離ｈは５ｍｍに設定した。また、ＲＦアンテナ５４の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図５に示したものと同様に円盤形状の抵抗体８６で模擬し、この抵抗体８６の直径を５００ｍｍ、抵抗率を１００Ωcm、表皮厚さを１０ｍｍに設定した。プラズマ生成用の高周波ＲＦHの周波数は１３．５６ＭＨｚとした。
図１１の（ａ），（ｂ）に示すように、磁気シールド空洞導体７０の開口径がＲＦアンテナ５４のアンテナミドル部の径（１２５ｍｍ）よりも大きいとき（Ｒ＝２００ｍｍ，１７０ｍｍ）は、磁気シールド空洞導体７０の開口端付近およびそれよりも径方向外側の周辺部にかけての領域（磁気シールド外側領域）の直下で、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度が局所的に減少することがわかる。
一方で、図１１の（ｃ），（ｄ）に示すように、磁気シールド空洞導体７０の開口径がＲＦアンテナ５４のアンテナミドル部の径（１２５ｍｍ）に近似しているとき（Ｒ＝１３０ｍｍ）、あるいはそれよりも小さいとき（Ｒ＝１００ｍｍ）は、磁気シールド空洞導体７０の開口端付近およびそれよりも径方向内側の中心部にかけての領域（磁気シールド内側領域）の直下で、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度が局所的に減少することがわかる。
図１０の装置構成例では磁気シールド空洞導体７０の開口径を手動の着脱交換式で可変できるようにしているが、図１２および図１３に模式的に示すように自動切換式で可変する構成も可能である。
図１２および図１３の構成例は、開口径の異なる上記３種類の磁気シールド空洞導体７０(1)，７０(2)，７０(3)を図４の磁気シールド空洞導体７０と同様に分割昇降型に構成し、その中のいずれか１つ（または複数）を選択してＲＦアンテナ５４の近くまで降ろすようにしている。なお、図１２および図１３に示すように、アンテナ室７２の天板（天井壁）が磁気シールド空洞導体７０の天井部を兼用する構成も可能である。図示の例ではアンテナ室７２の天板（天井壁）が磁気シールド空洞導体７０(1)，７０(2)，７０(3)の全部の天井部を兼用しているが、その中の一部だけ兼用する構成も可能である。
この実施形態では、上記のように、磁気シールド空洞導体７０の開口径を可変できるようにしているので、電磁界シミュレーションで検証した図１１の特性を装置的に実現し、プラズマ密度分布制御の自由度および精度を大きく向上させることができる。

［第４の実施形態］
次に、図１４〜図１８につき、本発明の第４の実施形態を説明する。
図１４に、第４の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置で用いる磁気シールド空洞導体７０の構成を示す。
この第４の実施形態における固有の特徴は、磁気シールド空洞導体７０の筒部７０ａに、縦方向に延びるスリット１１０を方位角方向に一定の間隔を空けて多数設ける構成にある。図１４に示すように、スリット１１０は、典型的には、一定のスリット幅Ｓで磁気シールド空洞導体７０の下端部から上端部までまっすぐ延びるように形成される。
本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。
すなわち、磁気シールド空洞導体７０に設けられるスリット１１０の幅Ｓをパラメータとし、パラメータＳの値を０ｍｍ（開口率０％）、２ｍ、５ｍｍ、２０ｍｍの４通りに選んで、ドーナツ状プラズマ内部（上面から５ｍｍの位置）の半径方向の電流密度分布（プラズマ密度分布に相当）を求めたところ、図１５に示すようなプロファイルが得られた。
この電磁界シミュレーションでは、ＲＦアンテナ５４の外径（半径）を２５０ｍｍに設定し、磁気シールド空洞導体７０の空洞長、板厚および開口径（半径）をそれぞれ３０ｍｍ、５ｍｍおよび１３０ｍｍに設定した。スリット１１０の数は方位角方向に２０°間隔で１８個とした。この場合、スリット幅２０ｍｍは開口率４５％に相当する。ここで、開口率０％はスリット１１０が全く無いのと等価であり、開口率１００％は磁気シールド空洞導体７０が無いのと等価である。ＲＦアンテナ５４と磁気シールド空洞導体７０との離間距離ｈは５ｍｍに設定した。ＲＦアンテナ５４の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図１４に示すような円盤形状の抵抗体８６で模擬し、この抵抗体８６の直径を５００ｍｍ、抵抗率を１００Ωcm、表皮厚さを１０ｍｍに設定した。プラズマ生成用の高周波ＲＦHの周波数は１３．５６ＭＨｚとした。
図１５に示すように、スリット１１０の幅Ｓを大きくするほど、磁気シールド空洞導体７０の磁気遮蔽効果、つまり磁気シールド空洞導体７０の開口端付近およびその径方向内側（もしくはその径方向外側）の領域の直下でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を局所的に低減させる効果が弱まる。つまり、磁気シールド空洞導体７０のスリット１１０の幅Ｓを可変することによって、磁気シールド空洞導体７０の高さ位置を可変する場合（図６）と同様の効果が得られることがわかる。
図１６に、磁気シールド空洞導体７０のスリット１１０の幅Ｓを可変するための一実施例を示す。この実施例では、磁気シールド空洞導体７０の径方向内側に、磁気シールド空洞導体７０のスリット１１０と同数かつ同一サイズおよび同一間隔のスリット１１２を有する円筒体をシャッタまたは開口率調節部材１１４として方位角方向（周回方向）で可動つまり回転変位可能に取り付ける。この場合、磁気シールド空洞導体７０のスリット１１０に開口率調節部材１１４のスリット１１２が重なっている部分［１１０，１１２］が実質的なスリット幅になる。
開口率調節部材１１４を周回方向で回転変位させることにより、実質スリット幅［１１０，１１２］を、図１６の（ａ）に示すように全開とすることも、図１６の（ｂ）に示すように半開とすることも、図１６の（ｃ）に示すように全閉とすることもできる。
図１７に、磁気シールド空洞導体７０のスリット１１０の幅Ｓを可変するための別の実施例を示す。この実施例は、磁気シールド空洞導体７０の筒部を方位角方向で多数（ｎ個）の短冊状板体１１６(1)，１１６(2)，１１６(3)，・・，１１６(n)に分割して、各々の短冊状板体１１６(1)〜１１６(n)を長手方向に延びる回転軸（図示せず）を中心として回転変位可能に構成する。これにより、磁気シールド空洞導体７０のスリット１１０を、図１７の（ａ）に示すように閉じることも、図１７の（ｂ）に示すように開けることもできる。
さらに、別の変形例として、図１８に示すように、磁気シールド空洞導体７０の筒部７０ａの下端部に限定して、任意の幅Ａ、任意の高さ位置Ｂ、任意の全長Ｃを有する開口１１８を方位角方向に一定の間隔を空けて多数設ける構成も可能である。
この実施形態では、上記のように、方位角方向に一定の間隔を空けて磁気シールド空洞導体７０に多数のスリット１１０を設け、スリット１１０を開閉可能とし、あるいはスリット１１０のスリット幅または開口率を可変できるようにしているので、電磁界シミュレーションで検証した図１５の特性を装置的に実現し、誘電体窓５２近傍の処理空間で生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御し、ひいてはサセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御することができる。

［第５の実施形態］
次に、図１９〜図２２につき、本発明の第５の実施形態を説明する。
図１９に、第５の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置で用いる磁気シールド空洞導体７０の構成を示す。
この第５の実施形態では、磁気シールド空洞導体７０が、開口径の異なる複数（たとえば２つ）の磁気シールド空洞導体７０Ａ，７０Ｂからなる。上述した第３の実施形態（図１２、図１３）では開口径の異なる複数種類の磁気シールド空洞導体７０(1)，７０(2)，７０(3)の中から通常はいずれか１つを選択して用いるのに対して、この第５の実施形態では内側の磁気シールド空洞導体７０Ａと外側の磁気シールド空洞導体７０Ｂとを定常的に一緒（多重）に機能させる。
本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。
すなわち、磁気シールド空洞導体７０として、内側の磁気シールド空洞導体７０Ａのみを設ける場合、外側の磁気シールド空洞導体７０Ｂのみを設ける場合、および内側および外側の磁気シールド空洞導体７０Ａ，７０Ｂの両方を設ける場合の３通りについてドーナツ状プラズマ内部（上面から５ｍｍの位置）の半径方向の電流密度分布（プラズマ密度分布に相当）を求めたところ、図２０に示すようなプロファイルが得られた。
この電磁界シミュレーションでは、ＲＦアンテナ５４の外径（半径）を２５０ｍｍに設定し、内側磁気シールド空洞導体７０Ａの空洞長、板厚および開口径（半径）をそれぞれ３０ｍｍ、５ｍｍおよび１００ｍｍとし、外側磁気シールド空洞導体７０Ｂの空洞長、板厚および開口径（半径）をそれぞれ３０ｍｍ、５ｍｍおよび１７０ｍｍに設定した。ＲＦアンテナ５４と磁気シールド空洞導体７０Ａ，７０Ｂとの離間距離ｈは５ｍｍに設定した。ＲＦアンテナ５４の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図１９に示すような円盤形状の抵抗体８６で模擬し、この抵抗体８６の直径を５００ｍｍ、抵抗率を１００Ωcm、表皮厚さを１０ｍｍに設定した。プラズマ生成用の高周波ＲＦHの周波数は１３．５６ＭＨｚとした。
図２０から、内側（開口半径１００ｍｍ）の磁気シールド空洞導体７０Ａのみを設けた場合はドーナツ状プラズマ内の中心部からアンテナミドル部にかけてプラズマ密度が減少し、外側（開口半径１７０ｍｍ）の磁気シールド空洞導体７０Ｂのみを設けた場合はドーナツ状プラズマ内のミドル部から周辺部にかけてプラズマ密度が減少し、内側および外側の磁気シールド空洞導体７０Ａ，７０Ｂを併設した場合は両者の足し合わせでドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度が中心部から周辺部にかけて減少することがわかる。
なお、図示省略するが、内側および外側の磁気シールド空洞導体７０Ａ，７０Ｂの高さ位置を個別的に可変する機構を設けることも可能である。

［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態は、上記した第４および第５の実施形態を組み合わせるものであり、内側および外側の磁気シールド空洞導体７０Ａ，７０Ｂにスリット１１０Ａ，１１０Ｂをそれぞれ設ける構成を特徴とする。
好適な一実施例として、図２１に示すように、内側および外側の磁気シールド空洞導体７０Ａ，７０Ｂに開口率調節部材１１４Ａ，１１４Ｂをそれぞれ取り付け、周回方向で開口率調節部材１１４Ａ，１１４Ｂを回転変位させることにより、スリット１１０Ａ，１１０Ｂの開閉を可能とし、あるいはスリット１１０Ａ，１１０Ｂのスリット幅または開口率を可変することができる。図２１では、内側のスリット１１０Ａを全開状態、外側のスリット１１０Ｂを全閉状態にしている。
本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。
すなわち、内側磁気シールド空洞導体７０Ａのスリット１１０Ａと外側磁気シールド空洞導体７０Ｂのスリット１１０Ｂとを共に全開にした場合（ａ）、内側磁気シールド空洞導体７０Ａのスリット１１０Ａを完全に閉じて外側磁気シールド空洞導体７０Ｂのスリット１１０Ｂを全開にした場合（ｂ）、内側磁気シールド空洞導体７０Ａのスリット１１０Ａを全開にして外側磁気シールド空洞導体７０Ｂのスリット１１０Ｂを完全に閉じた場合（ｃ）について、ドーナツ状プラズマ内部（上面から５ｍｍの位置）の半径方向の電流密度分布（プラズマ密度分布に相当）を求めたところ、図２２に示すようなプロファイルが得られた。
この電磁界シミュレーションでは、ＲＦアンテナ５４の外径（半径）を２５０ｍｍに設定し、内側および外側磁気シールド空洞導体７０Ａ，７０Ｂの空洞長および板厚をそれぞれ３０ｍｍおよび５ｍｍに設定した。スリット１１０Ａ，１１０Ｂの数はいずれも方位角方向に２０°間隔で１８個とし、スリット１１０Ａ，１１０Ｂの幅を角度換算でそれぞれ１０°とした。この場合、スリット全開状態は開口率５０％に相当する。ここで、開口率１００％は、磁気シールド空洞導体７０Ａ，７０Ｂが無いのと等価である。ＲＦアンテナ５４と磁気シールド空洞導体７０との離間距離ｈは５ｍｍに設定した。ＲＦアンテナ５４の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図１９に示したものと同様に円盤形状の抵抗体８６で模擬し、この抵抗体８６の直径を５００ｍｍ、抵抗率を１００Ωcm、表皮厚さを１０ｍｍに設定した。プラズマ生成用の高周波ＲＦHの周波数は１３．５６ＭＨｚとした。
図２２の（ｂ）に示すように、内側磁気シールド空洞導体７０Ａのスリット１１０Ａを閉じて外側磁気シールド空洞導体７０Ｂのスリット１１０Ｂを開けた場合は、ドーナツ状プラズマ内の中心部からミドル部の領域でプラズマ密度が顕著に減少する。
図２２の（ｃ）に示すように、内側磁気シールド空洞導体７０Ａのスリット１１０Ａを開けて外側磁気シールド空洞導体７０Ｂのスリット１１０Ｂを閉じた場合は、ドーナツ状プラズマ内のミドル部から周辺部の領域でプラズマ密度が顕著に減少する。
図２２の（ａ）に示すように、内側磁気シールド空洞導体７０Ａのスリット１１０Ａと外側磁気シールド空洞導体７０Ｂのスリット１１０Ｂとを共に開けた場合は、ドーナツ状プラズマ内のミドル部を中心にほぼ全領域にわたってプラズマ密度が幾らか減少する。
図２１の構成例では、内側磁気シールド空洞導体７０Ａの各スリット１１０Ａと外側磁気シールド空洞導体７０Ｂの各スリット１１０Ｂとを同位相（方位角方向で重なり合う位置）に配置している。一変形例として、図２３に示すように、内側磁気シールド空洞導体７０Ａの各スリット１１０Ａと外側磁気シールド空洞導体７０Ｂの各スリット１１０Ｂとを逆位相（方位角方向で重なり合わない位置）に配置することも可能である。
このように、この実施形態においては、内側および外側の磁気シールド空洞導体７０Ａ，７０Ｂにそれぞれ設けたスリット１１０Ａ，１１０Ｂの開閉状態を切り替え、あるいはスリット１１０Ａ，１１０Ｂのスリット幅または開口率を可変することで、誘電体窓５２近傍の処理空間で生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御し、ひいてはサセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御することができる。

［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態は、磁気シールド空洞導体７０をＲＦアンテナ５４と同軸上の位置で回転運動させるための磁気シールド回転機構１２０を有する構成を特徴とする。
この磁気シールド回転機構１２０は、図２４に示すように、磁気シールド空洞導体７０の天井部をアンテナ室７２の天板（天井壁）で構成し、筒部７０ａの上端に接続または一体形成したＬ形のフランジ部７０ｃをアンテナ室７２に取り付けた環状のガイドレール１２２に係合して、磁気シールド空洞導体７０を回転可能に構成している。そして、磁気シールド空洞導体７０の筒部７０ａの内壁にリング状の内歯車１２４を取り付け、モータ１２８の回転駆動軸に結合された歯車１２６を内歯車１２４に歯合させている。モータ１２８の回転駆動力により、歯車１２６，内歯車１２４を介して磁気シールド空洞導体７０を一定の速度で回転運動させることができる。
この実施形態において、好ましくは、図２５に示すように、磁気シールド空洞導体７０の筒部７０ａに方位角方向で所望のサイズ（角度換算でたとえば１０°〜６０°）を有する切り欠き部１３０を設けてよい。磁気シールド空洞導体７０にこのような切り欠き部１３０を設けた場合、磁気シールド空洞導体７０が静止していれば、ＲＦアンテナ５４の周囲に形成されるＲＦ磁界Ｈに対する磁気シールド空洞導体７０の磁場遮蔽効果に方位角方向で偏りが発生し、ひいてはプラズマ密度分布に方位角方向で偏りが発生する。しかし、磁気シールド空洞導体７０を回転運動させることで、方位角方向の偏りをキャンセルして平滑化することができる。
この実施形態によれば、切り欠き部１３０のサイズによって、磁気シールド空洞導体７０の磁場遮蔽作用の強弱を調節することが可能であり、磁気シールド空洞導体７０の高さ位置を可変するのと同様の効果を得ることができる。

［他の実施形態または変形例］
たとえば上記した第２の実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置（図４）においては、磁気シールド空洞導体７０の高さ位置を変えると、径方向において磁気シールド空洞導体７０の内側と外側とで磁界強度の比（または差）が変わり、磁気シールド空洞導体７０の高さ位置を低くするほど、つまりＲＦアンテナ５４との離間距離を小さくするほど、磁界強度の比は大きくなる。
逆の観点から、図４に示すように、磁気シールド空洞導体７０の内側と外側に磁界センサ１３０，１３２をそれぞれ配置し、これの磁界センサ１３０，１３２の出力信号（磁界強度計測値）Ｍin，Ｍoutを磁気シールド高さ制御部８２にフィードバックしてもよい。たとえば、Ｍin，Ｍoutの比が規定値になるように、磁気シールド空洞導体７０の高さ位置を調節することも可能である。
また、磁気シールド空洞導体７０にスリット１１０を設け、モータ等のアクチエータを用いてスリットの幅または開口率を任意に可変制御できるように構成した場合は、磁界センサ１３０，１３２の出力信号（磁界強度計測値）Ｍin，Ｍoutを開口率制御部にフィードバックし、Ｍin，Ｍoutの比が規定値になるように開口率を制御することもできる。
図２６Ａおよび図２６Ｂに、磁気シールド空洞導体７０の構造に関する一実施例を示す。この磁気シールド空洞導体７０は、断面コ字状の上部保持リング１３４Ｈおよび下部保持リング１３４Ｌを平行に対向させて、両保持リング１３４Ｈ，１３４Ｌの間に上下方向で伸縮可能な円筒状金属メッシュ１３６を設けたものである。かかる構成においては、上部保持リング１３４Ｈと下部保持リング１３４Ｌとの間隔を任意に変え、磁気シールド空洞導体７０の空洞長を可変することができる。
また、図２７Ａおよび図２７Ｂに示すように、一変形例として、円筒状金属メッシュを短冊状の導体板１３８で構成することも可能である。
図２８に示すように、磁気シールド空洞導体７０の形体に関する一実施例として、ドーム形状も可能である。
上述した実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成は一例であり、プラズマ生成機構の各部はもちろん、プラズマ生成に直接関係しない各部の構成も種種の変形が可能である。
たとえば、ＲＦアンテナおよび補正アンテナの基本形態として、平面形以外のタイプたとえばドーム形等も可能である。平面形またはドーム形において、磁気シールド空洞導体の開口径をＲＦアンテナの内径より小さくし、あるいはＲＦアンテナの外径より大きくする構成も可能である。
また、矩形の被処理基板に対するチャンバ構造、矩形のＲＦアンテナ構造、角筒形の磁気シールド空洞導体構造も可能である。
処理ガス供給部においてチャンバ１０内に天井から処理ガスを導入する構成も可能であり、サセプタ１２に直流バイアス制御用の高周波ＲＦLを印加しない形態も可能である。一方で、複数のＲＦアンテナまたはアンテナ・セグメントを使用し、複数の高周波電源または高周波給電系統によりそれら複数ＲＦアンテナ（またはアンテナ・セグメント）にプラズマ生成用の高周波電力をそれぞれ個別に供給する方式のプラズマ装置にも本発明は適用可能である。
なお、チャンバ１０内に天井から処理ガスを導入する場合は、磁気シールド空洞導体７０にガス管を通すための貫通孔または開口部が設けられる。
さらに、本発明による誘導結合型のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法は、プラズマエッチングの技術分野に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマプロセスにも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。

Claims (25)

  1. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置され、前記ＲＦアンテナの周りに発生するＲＦ磁界の磁力線ループを前記開口端付近から径方向内側の領域または前記開口端付近から径方向外側の領域で縮小化ないし局所化する磁気シールド空洞導体と
    を有するプラズマ処理装置。
  2. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記磁気シールド空洞導体は、天井部が塞がった筒状またはドーム状の形体を有する、
    プラズマ処理装置。
  3. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記磁気シールド空洞導体は、前記ＲＦアンテナの上に設けられる大気圧空間のアンテナ室に収容され、
    前記アンテナ室の天井壁が前記磁気シールド空洞導体の天井部を構成する、
    プラズマ処理装置。
  4. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記磁気シールド空洞導体は、その開口端が方位角方向に沿って前記ＲＦアンテナと上下方向で一定の距離を隔てるように配置される、
    プラズマ処理装置。
  5. 前記磁気シールド空洞導体は、スパイラルコイルまたは各一周内で半径一定の同心円コイルの形体を有する単一の前記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、その開口端が径方向において前記ＲＦアンテナの内周と外周との間の上に位置する、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. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記磁気シールド空洞導体は、前記ＲＦアンテナに対してその開口径を可変できる、
    プラズマ処理装置。
  7. 前記磁気シールド空洞導体に、前記高周波給電部からの高周波電流を前記ＲＦアンテナに流すＲＦ給電導体を通すための貫通孔が設けられている、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. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記磁気シールド空洞導体に、前記処理ガス供給部からの処理ガスを前記処理容器内に供給するガス管を通すための貫通孔が設けられている、
    プラズマ処理装置。
  9. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記磁気シールド空洞導体に、縦方向に延びるスリットが方位角方向に所望の間隔を空けて多数設けられている、
    プラズマ処理装置。
  10. 前記スリットを開閉するためのシャッタを有する、請求項９記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記スリットの開口部分の幅を可変するための開口率調節部を有する、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記磁気シールド空洞導体の内側および外側の磁界強度をそれぞれ測定するための第１および第２の磁界強度測定部を有し、前記第１および第２の磁界強度測定部でそれぞれ得られる第１および第２の磁界強度計測値を前記開口率調節部にフィードバックして、前記第１の磁界強度計測値と前記第２の磁界強度計測値との比が規定値になるように、前記スリットの開口部分の幅を制御する、請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記ＲＦアンテナと前記磁気シールド空洞導体との離間距離を可変制御するアンテナ−磁気シールド間隔制御部を有する、
    プラズマ処理装置。
  14. 前記磁気シールド空洞導体の内側および外側の磁界強度をそれぞれ測定するための第１および第２の磁界強度測定部を有し、前記第１および第２の磁界強度測定部でそれぞれ得られる第１および第２の磁界強度計測値を前記アンテナ−磁気シールド間隔制御部にフィードバックして、前記第１の磁界強度計測値と前記第２の磁界強度計測値との比が規定値になるように、前記ＲＦアンテナと前記磁気シールド空洞導体との離間距離を制御する、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
  15. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記磁気シールド空洞導体を前記ＲＦアンテナと同軸上の位置で回転運動させるための磁気シールド回転機構を有する、
    プラズマ処理装置。
  16. 前記磁気シールド空洞導体が、静止状態で方位角方向のプラズマ密度分布に偏りを与える切り欠き部を有する、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
  17. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置され、前記ＲＦアンテナの周りに発生するＲＦ磁界の磁力線ループを前記開口端付近から径方向内側の領域または前記開口端付近から径方向外側の領域で縮小化ないし局所化する複数の磁気シールド空洞導体と
    を有するプラズマ処理装置。
  18. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される複数の磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記複数の磁気シールド空洞導体の各々が、天井部が塞がった筒状またはドーム状の形体を有する、
    プラズマ処理装置。
  19. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される複数の磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記複数の磁気シールド空洞導体は、前記ＲＦアンテナの上に設けられる大気圧空間のアンテナ室に収容され、
    前記アンテナ室の天井壁が少なくとも１つの前記磁気シールド空洞導体の天井部を構成する、
    プラズマ処理装置。
  20. 前記複数の磁気シールド空洞導体は、スパイラルコイルまたは各一周内で半径一定の同心円コイルの形体を有する単一の前記ＲＦアンテナに対して同軸で、互いに同心状に配置され、それぞれの開口端が径方向において前記ＲＦアンテナの内周と外周との間の上に位置する、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  21. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される複数の磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記ＲＦアンテナに対する前記複数の磁気シールド空洞導体の離間距離を各々独立に可変制御するアンテナ−磁気シールド間隔制御部を有する、
    プラズマ処理装置。
  22. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される複数の磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    前記複数の磁気シールド空洞導体の各々に、縦方向に延びるスリットが方位角方向に所望の間隔を空けて多数設けられている、
    プラズマ処理装置。
  23. 前記スリットを開閉するためのシャッタを有する、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
  24. 前記スリットの開口部分の幅を可変するための開口率調節部を有する、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
  25. 天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、それぞれ異なる口径の開口端を下に向けて前記ＲＦアンテナの上に配置される複数の磁気シールド空洞導体と
    を有し、
    各々の前記磁気シールド空洞導体は、その開口端が方位角方向に沿って前記ＲＦアンテナと上下方向で一定の距離を隔てるように配置される、
    プラズマ処理装置。
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