WO2010058771A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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electric field
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郁夫 沢田
松潤 康
繁 河西
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Tokyo Electron Ltd
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    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
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    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus for performing plasma processing on a substrate.
  • an etching process is performed on a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) or a glass plate for LCD (hereinafter referred to as an LCD substrate).
  • a plasma treatment such as a film formation treatment.
  • a pattern mask is formed on the surface of the substrate, and the lower layer film (for example, in the case of the above-described wafer, an antireflection film, an amorphous carbon film, a silicon oxide film, and an etching stop is formed through the pattern mask.
  • a laminated film in which films having different compositions such as films are laminated in this order from the upper side) is processed.
  • the etching gas is switched for each film and the processing conditions such as the flow rate and pressure of the etching gas are adjusted. ing. Therefore, in order to uniformly etch each film in the plane, the processing gas is supplied so that the concentration distribution in the processing region above the wafer is uniform in the plane according to the processing conditions of each film. At the same time, it is necessary to make this processing gas into plasma uniformly.
  • a parallel plate type plasma processing apparatus is known as an apparatus for performing plasma processing by converting a processing gas into plasma.
  • a wafer is mounted on a mounting table in a processing container, and a processing gas is supplied from a metal gas shower head having a plurality of gas discharge holes formed on a lower surface thereof toward a lower wafer.
  • High-frequency power is supplied between the gantry and the gas shower head to turn the processing gas into plasma.
  • the gas shower head since the gas shower head is used as described above, the processing gas can be supplied uniformly to the wafer.
  • the path of the current flowing between the mounting table and the gas shower head is complicated, Depending on conditions, for example, the plasma distribution tends to be non-uniform in the radial direction of the wafer.
  • an apparatus using an ICP (Inductively-Coupled Plasma) system is known as a plasma processing apparatus.
  • the top wall of the processing vessel is made of a dielectric material such as quartz, and a coil that is concentrically wound around the wafer on the mounting table or wound in a spiral shape is installed on the top wall.
  • the processing gas is turned into plasma by supplying a high-frequency voltage to form an electric field in the processing vessel along the circumferential direction of the wafer. Therefore, this apparatus can easily adjust the electric field strength distribution (plasma concentration distribution) by changing the winding position of the coil.
  • a gas shower head cannot be provided. .
  • a gas discharge hole is provided, for example, at the center of the top wall of the processing container, and the processing gas is supplied from the gas discharge hole, so that the distribution of the processing gas tends to be non-uniform.
  • a top capacitor electrode is provided so as to face the wafer on the bottom capacitor electrode, and the top wall around the top capacitor electrode is provided.
  • a technique is known in which an induction coil is installed on a dielectric material and an induction coil wound in the circumferential direction is installed on the dielectric material.
  • the processing gas is turned into plasma by the high-frequency current supplied between the bottom capacitor electrode and the top capacitor electrode in the region on the center side of the wafer, and the processing gas is turned into plasma by the electric field of the induction coil on the peripheral edge side of the wafer. it can.
  • the concentration distribution of the processing gas is made uniform over the surface, and the wafer It is considered that the plasma concentration distribution in the radial direction can be adjusted.
  • the above-mentioned large-diameter wafer may cause variations in plasma processing in the circumferential direction
  • a technique for making the plasma distribution in the circumferential direction uniform in addition to the plasma distribution in the radial direction is required.
  • the plasma processing may vary at the edge portion of a large LCD substrate compared to the center side, it is necessary to make the plasma distribution uniform so that good plasma processing can be performed at such an edge portion. There is.
  • the plasma processing apparatus of the present invention includes a processing container, a mounting table that is a lower electrode provided in the processing container, and a gas shower head that is an upper electrode and serves as a processing gas supply unit.
  • the upper electrode and the lower electrode A first high-frequency power supply unit connected to one of the electrodes for outputting the high-frequency power for generating the plasma, and a second high-frequency power set to the same output frequency as the output frequency of the first high-frequency power supply unit
  • the first electrode is disposed so as to surround the one electrode, and the second high frequency power supply unit
  • An induction coil for forming a horizontal electric field along a line connecting a side wall of the processing container and an upper region of the central portion of the substrate in the processing container by the supplied high-frequency power; The strength of
  • the adjustment of the strength of the combined electric field is performed by setting the horizontal electric field formed by the first high frequency power supply unit and the horizontal electric field formed by the second high frequency power supply unit in phase or in opposite phase. It is preferable that the operation is set. It is preferable that a plurality of the induction coils are arranged along the circumferential direction of the processing container, and the lengths of the respective conductive paths connecting each of the plurality of induction coils and the second high-frequency power supply unit are the same. .
  • the plasma processing apparatus may include a negative voltage supply unit that is connected to the gas shower head and draws the electric field induced by the induction coil toward the center of the processing container.
  • the phase difference adjusting means is a control signal for adjusting a phase difference between the horizontal electric field formed by the first high frequency power supply unit and the horizontal electric field formed by the second high frequency power supply unit. Is preferably provided.
  • the control unit has an opposite phase to a control signal for adjusting the horizontal electric field formed by the first high frequency power supply unit and the horizontal electric field formed by the second high frequency power supply unit to the same phase. It is preferable to have a function of selectively outputting a control signal for adjusting the frequency.
  • the plasma processing apparatus includes a storage unit that stores a recipe for processing performed on the substrate and a phase adjustment amount by the phase difference adjusting unit in association with each other, and the control unit stores the storage unit. It is preferable to read out the adjustment amount according to the recipe and output a control signal.
  • an induction coil is disposed so as to surround an upper electrode or a lower electrode connected to a first high-frequency power source when viewed from above, and a second high-frequency power source
  • a high frequency power is supplied to the induction coil to form a horizontal electric field in the processing container along a line connecting the side wall of the processing container and the upper region of the central portion of the substrate, and this electric field and the first high frequency power supply
  • a combined electric field is formed by a horizontal electric field formed in the vicinity of one of the upper electrode and the lower electrode by the portion. Since the magnitude of the combined electric field is adjusted by adjusting the phase difference between the electric fields in the lateral direction, the control factor involved in the generation of plasma is increased by one. The degree of freedom in adjusting the density distribution is increased, and as a result, there is an effect that contributes to improving the uniformity of the plasma processing on the substrate.
  • the plasma etching processing apparatus includes a processing container 21 composed of a vacuum chamber, and a mounting table 3 disposed at the center of the bottom surface in the processing container 21.
  • the processing container 21 is electrically grounded, and an exhaust port 22 is formed at a side position of the mounting table 3 on the bottom surface of the processing container 21.
  • the exhaust port 22 is connected to a vacuum exhaust means 23 including a vacuum pump or the like via an exhaust pipe 24 provided with a pressure adjustment valve 24a which is a pressure adjustment means.
  • a transfer port 25 for carrying in and out the wafer W is provided on the side wall of the processing vessel 21, and the transfer port 25 is configured to be opened and closed by a gate valve 26.
  • the mounting table 3 includes a lower electrode 31 and a support 32 that supports the lower electrode 31 from below, and is disposed on the bottom surface of the processing vessel 21 via an insulating member 33.
  • An electrostatic chuck 34 is provided on the top of the mounting table 3, and a voltage is applied to the electrostatic chuck 34 from a high-voltage DC power source 35 via a switch 35 a, so that the wafer W is statically placed on the mounting table 3. Electroadsorbed. Inside the mounting table 3, a temperature control channel 37 through which the temperature control medium flows is formed, and the temperature of the wafer W is adjusted by this temperature control medium.
  • a gas flow path 38 for supplying a thermally conductive gas as a backside gas to the back surface of the wafer W is formed inside the mounting table 3, and this gas flow path 38 is formed on the upper surface of the mounting table 3. It communicates with openings provided at a plurality of locations.
  • the aforementioned electrostatic chuck 34 has a plurality of through holes 34a communicating with the gas flow path 38, and the backside gas is supplied to the back side of the wafer W through the through holes 34a. Is done.
  • a bias high frequency power supply 31a having a frequency of 13.56 MHz and a power of 0 to 4000 W is connected to the lower electrode 31 via a matching unit 31b.
  • the high-frequency bias supplied from the high-frequency power supply 31a is for attracting ions in the plasma toward the wafer W, as will be described later.
  • the high frequency supplied to the lower electrode 31 can be the same as the high frequency supplied to the gas shower head 4 described later.
  • a so-called single-frequency excitation type plasma etching apparatus that applies high-frequency power only to the upper electrode without providing the high-frequency power supply 31a may be used.
  • a focus ring 39 is disposed on the outer peripheral edge of the lower electrode 31 so as to surround the electrostatic chuck 34, and the plasma is configured to converge on the wafer W on the mounting table 3 through the focus ring 39. Has been.
  • a gas shower head 4 is disposed on the top wall of the processing vessel 21 as an upper electrode and a processing gas supply unit so as to face the mounting table 3.
  • the gas shower head 4 is made of an electrode portion 42 made of a conductive member such as aluminum having a circular depression on the lower surface, and a conductive member provided so as to cover the lower surface of the electrode portion 42 such as polycrystalline silicon.
  • a support member 43 forming a disc-shaped shower plate.
  • the conductive member may be a semiconductor as in this example, but may be a conductor (good conductor) such as a metal.
  • a space defined by the electrode portion 42 and the support member 43 forms a gas diffusion space 41 in which the processing gas diffuses.
  • the region between the wafer W on the mounting table 3 and the gas shower head 4 forms a processing region.
  • the gas shower head 4 is connected to a first high-frequency power supply unit 4a having an output frequency of 40 MHz and power of 500 to 3000 W, for example, for forming an electric field for generating plasma in the processing region via a matching unit 4b. Yes.
  • a processing gas supply path 45 communicating with the gas diffusion space 41 is formed at the center of the electrode part 42.
  • a processing gas supply system 49 is connected to the upstream side of the processing gas supply path 45 via a gas supply pipe 48.
  • the processing gas supply system 49 is for supplying a processing gas to the wafer W.
  • an etching gas for performing an etching process such as a fluorocarbon gas, a chlorine (Cl 2 ) gas, one Carbon oxide (CO) gas, hydrogen bromide (HBr) gas, O 3 (ozone) gas, or the like can be supplied into the processing vessel 21 together with a diluent gas such as Ar (argon) gas.
  • the processing gas supply system 49 is connected to each of a plurality of branch passages provided with valves and flow rate adjusters, and the above-described etching gas and the like. And a gas source in which a dilution gas is stored, and is configured so that a predetermined etching gas or Ar gas can be supplied at a desired flow rate ratio in accordance with the type of film to be etched.
  • the support member 43 is airtightly pressure-bonded to the electrode portion 42 via, for example, a seal member (not shown) provided on the periphery of the upper surface thereof.
  • a seal member (not shown) provided on the periphery of the upper surface thereof.
  • gas discharge holes 44 are arranged in the support member 43 so that gas can be supplied from the gas diffusion space 41 to the wafer W with high in-plane uniformity.
  • a temperature control fluid passage (not shown) is formed in the gas shower head 4, and the temperature of the gas shower head 4 can be adjusted by the temperature control fluid flowing through the temperature control fluid passage. ing.
  • the ring-shaped region surrounding the gas shower head 4 described above in the top wall portion of the processing vessel 21 forms the outer top plate 60 and is made of a dielectric material such as quartz.
  • the outer top plate 60 and the gas shower head 4 are airtightly pressure-bonded via a seal member (not shown) formed in a ring shape on the inner peripheral end of the outer top plate 60, for example.
  • the outer top plate 60 and the gas shower head 4 are fixed so as to have the same height as the lower surfaces of both.
  • the outer top plate 60 is supported by the side wall of the processing container 21 at the outer peripheral end thereof.
  • the lower surface of the outer peripheral end of the outer top plate 60 is at a higher position than the lower surface of the inner peripheral portion of the outer top plate 60, so that the top wall (the gas shower head 4 and the outer top plate 60) of the processing container 21 is in the processing container.
  • the gas shower head 4 and the mounting table 3 come close to each other.
  • a ring-shaped groove 61 is formed in the upper end surface of the side wall of the processing container 21 in the circumferential direction, and a sealing member 62 such as an O-ring is accommodated in the groove 61.
  • the induction coil 70 which is an induction conductor in which a plurality of conductive wires made of metal, for example, are wound around the outer top plate 60, is equally spaced at a plurality of locations, for example, eight locations in the circumferential direction. Is provided.
  • the axis of each induction coil 70 substantially coincides with an arc along the outer edge of the wafer W.
  • Each induction coil 70 has a rectangular cross section, and the upper and lower surfaces thereof are parallel to the surface of the wafer W on the mounting table 3. As shown in FIG. 1, the induction coil 70 is actually provided so that the lower side enters the inside of the outer top plate 60. In FIG. 2 and FIG. It is drawn.
  • induction coils 70 are electromagnetically induced through the outer top plate 60 in the region below the induction coil 70 in the processing container 21, that is, in the peripheral region surrounding the lower space (processing region) of the gas shower head 4.
  • a second electric field E2 extending radially (amplifies) in the lateral direction is formed along the line connecting the sidewall of the processing chamber 21 and the upper region of the central portion of the wafer W over the circumferential direction.
  • the plurality of induction coils 70 have, for example, a common output frequency of 40 MHz which is the same as the output frequency of the first high frequency power supply unit 4a described above and a power of 200 to 1200 W.
  • Each of the second high frequency power supply units 71 is connected in parallel via a conductive path 72.
  • these induction coils In addition, in order to align the phase of the second electric field E2 that repeats the amplitude between the direction from the center side toward the outer periphery side and the direction from the outer periphery side toward the center portion side in the circumferential direction, these induction coils
  • the plurality of conductive paths 72 that connect between 70 and the second high-frequency power supply unit 71 have the same length. Further, in order to make the magnitudes of the electric fields E2 formed by the induction coils 70 uniform, the plurality of conductive paths 72 have, for example, the same diameter so that the impedances are uniform. In FIG. 3, only one induction coil 70 is shown enlarged for convenience. In addition, although the illustration is simplified in FIGS. 2 and 3, the induction coil 70 is wound many times.
  • FIG. 1 described above shows a longitudinal sectional view when the processing vessel 21 is cut along the line AA in FIG.
  • the high frequency power from the first high frequency power supply unit 4a is supplied to the upper electrode (gas shower head 4), an electric field is formed between the gas shower head 4 and the lower electrode (mounting table 3).
  • a first electric field E1 is formed between the region near the lower surface of the gas shower head 4 in the processing container 21 and the side wall of the processing container 21 in the horizontal direction (oscillating in the horizontal direction). More specifically, the direction of the first electric field E1 is along a line extending radially from the central portion of the processing vessel 21 when viewed from above.
  • the second electric field E2 formed in the processing container 21 by supplying high-frequency power to the induction coil 70 by the second high-frequency power supply unit 71 In order to adjust the strength of the combined electric field of the first electric field E1, the phases of the electric fields E1 and E2 are adjusted.
  • the output frequencies of the first high frequency power supply unit 4a and the second high frequency power supply unit 71 are set to the same value, and the high frequency output from the first high frequency power supply unit 4a and the second high frequency power supply unit 71
  • the system is configured so that the phase difference from the output high frequency can be adjusted. An example of a method for adjusting such a phase difference is given below.
  • Each of the first high-frequency power supply unit 4a and the second high-frequency power supply unit 71 is configured to generate a high frequency based on a clock input from the outside.
  • a clock generation source 92 is provided outside, and a signal line (signal path 95) is distributed from the clock generation source 92 to the first high-frequency power supply unit 4a and the second high-frequency power supply unit 71, and any one of the distribution signal lines is distributed.
  • the phase shifter 91 is interposed at 95. The phase shifter 91 adjusts the phase of the clock signal based on an analog signal or a digital signal from the controller, whereby the phase difference between the first electric field E1 and the second electric field E2 is a desired value, for example, the same phase.
  • phase difference of each high frequency of the 1st high frequency power supply part 4a and the 2nd high frequency power supply part 71 is adjusted so that it may become a reverse phase.
  • setting the electric fields E1 and E2 to the same phase or opposite phases means that the phase difference between the high frequencies output from the first and second high frequency power supply units 4a and 71 is, for example, the same phase or the opposite phase. This can be achieved.
  • the plasma density is higher on the peripheral side than on the central side of the processing region.
  • the reverse phase it is understood that the plasma density is higher on the central side than on the peripheral side of the processing region.
  • a controller 7 is connected to the plasma etching apparatus.
  • the control unit 7 includes a CPU 11, a program 12, a work memory 13 for work, and a memory 14 as a storage unit.
  • the memory 14 includes a type of a film to be etched (film to be etched), a type of etching gas, a gas flow rate, a processing pressure, a magnitude of electric power of the first high frequency power supply unit 4 a supplied to the gas shower head 4, and An area in which processing conditions such as the magnitude of the electric power of the second high frequency power supply 71 supplied to the induction coil 70 and the high frequency phase adjusted by the phase shifter 91 are written is provided for each recipe.
  • the type of etching gas differs for each film, Also, the processing conditions such as the flow rate of etching gas and processing pressure are different for each film. For this reason, depending on the processing conditions, the plasma concentration distribution may vary in the radial direction of the wafer W, as shown in the examples described later.
  • the plasma concentration is made uniform in the radial direction.
  • the plasma concentration is high on the central side
  • the plasma is extended to the peripheral side
  • the plasma concentration is high on the peripheral side
  • the plasma is pushed into the central side.
  • the phase of the first electric field E1 formed (amplified) in the processing region is shown in FIG.
  • FIG. 5B when the plasma concentration on the peripheral edge side of the wafer W increases, the second electric field E2 in the peripheral area is in phase with the same phase.
  • the phase of the high frequency (voltage) supplied to the second high frequency power supply unit 71 by the phase shifter 91 is set for each film (processing condition) so that the second electric field E2 has an opposite phase to the electric field E1. It is adjusting. Since the electric fields E1 and E2 are oscillating in the horizontal direction in FIG. 5, the directions (phases) of the electric fields E1 and E2 at a certain moment are schematically shown in FIG. Moreover, the arrow shown in the induction coil 70 has shown the direction of the high frequency which is flowing through the said induction coil 70, when this electric field E2 is formed.
  • the memory 14 stores an appropriate value of the factor obtained by, for example, performing experiments and calculations in advance for each recipe (for example, for each etching target film and for each processing condition).
  • the program 12 reads the above-described recipe from the memory 14 to the work memory 13 for work for each film to be etched, and sends control signals to each part of the plasma etching apparatus according to the recipe. Instructions are incorporated so that the etching process is performed by advancing each step described below.
  • This program (including programs related to processing parameter input operations and display) 12 is stored in a storage medium 8 such as a hard disk, a compact disk, a magnetic optical disk, or a memory card, and is installed in the control unit 7 from this storage medium 8.
  • a storage medium 8 such as a hard disk, a compact disk, a magnetic optical disk, or a memory card
  • a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) W which is a substrate to be processed, will be briefly described.
  • This wafer W is, for example, a photoresist mask patterned with a predetermined pattern, for example, an antireflection film made of an organic substance, an amorphous A laminated film composed of a carbon film, an insulating film (SiO 2 film or SiCOH film) or a Poly-Si (polycrystalline silicon) film and an etching stop film made of, for example, an inorganic film is laminated on the silicon film in this order from the top. It is configured.
  • a recipe corresponding to the film to be etched formed on the surface of the wafer W is read from the memory 14 to the work memory 13.
  • the film to be etched on the surface layer is, for example, an antireflection film
  • a recipe corresponding to this film is read out.
  • the wafer W is loaded into the processing container 21 from the vacuum transfer chamber maintained in a vacuum atmosphere by the substrate transfer means (none of which is shown), placed on the mounting table 3 and sucked and held, and then the gate valve 26. Close.
  • the inside of the processing vessel 21 is fully opened by, for example, the pressure adjusting valve 24a by the vacuum exhaust means 23, and the temperature is adjusted to a predetermined temperature from the temperature adjusting channel 37 and the gas channel 38.
  • the medium and the backside gas are supplied to adjust the wafer W to a predetermined temperature.
  • the control unit 7 outputs a control signal to a controller (not shown), whereby the controller adjusts the phase shifter 91 so that the phase shift amount stored in the recipe is obtained.
  • high frequency power of 40 MHz is output from the first high frequency power supply unit 4a and the second high frequency power supply unit 71 with a phase difference corresponding to the adjusted phase shift amount.
  • a high-frequency electric field is formed between the gas shower head 4 and the mounting table 3, but the first electric field E1 in the lateral (radial) direction is also generated as described above.
  • a second electric field E ⁇ b> 2 that vibrates along a line extending in the lateral (radial) direction and roughly speaking radially is formed in the peripheral region of the processing vessel 21. It is formed.
  • a high frequency for bias having a frequency of, for example, 13.56 MHz and a power of, for example, 500 W is supplied to the mounting table 3 from the high frequency power supply 31a.
  • the processing gas is a combined electric field of the first electric field E1 and the second electric field E2, in other words, the first electric field E1 whose magnitude is adjusted by the second electric field E2 contributes to the generation of plasma. To do.
  • the plasma concentration in the processing region is closer to the center side than the peripheral side as shown in FIG.
  • the phase shifter 91 is adjusted so that the electric field E1 and the electric field E2 have the same phase as shown in FIG. For this reason, a combined electric field spread toward the peripheral edge side is formed, that is, the apparent electric field E1 is apparently spread toward the peripheral edge side, and the plasma concentration is made uniform over the processing region.
  • an electric field E2 is formed in the peripheral region, and the strength of each of the electric fields E1 and E2 is adjusted by appropriately adjusting the respective high-frequency power supplied from the high-frequency power sources 4a and 71 as described above. Therefore, the electric field E1 pushed outward is overlapped with the electric field E2, and uniform plasma is formed over the surface as shown in FIG.
  • the phase shifter 91 is adjusted so that the electric fields E1 and E2 have opposite phases.
  • the plasma concentration is made uniform over the processing region, and the intensity of the electric fields E1 and E2 is adjusted appropriately, so that plasma with a uniform concentration is formed over the surface. It will be.
  • FIGS. 7 and 9 the portion where the plasma concentration is high is hatched. When the plasma comes into contact with the processing gas, the processing gas is also converted into plasma, and plasma is sequentially generated.
  • the etching process with high perpendicularity proceeds. Then, the antireflection film is etched until the amorphous carbon film under the antireflection film is exposed.
  • the supply of the processing gas is stopped, and the high-frequency supply to the induction coil 70 and the gas shower head 4 is stopped.
  • the inside of the processing container 21 is evacuated, and then a recipe corresponding to the amorphous carbon film to be etched is read from the memory 14 and the amorphous carbon film is etched. Thereafter, the recipe is sequentially read out and etched in the same manner for the lower layer of the amorphous carbon film.
  • the induction coil 70 is disposed so as to surround the gas shower head 4 connected to the first high-frequency power supply unit 4 a when viewed from above, and is induced by the second high-frequency power supply unit 71.
  • a high frequency power is supplied to the coil 70 to form a horizontal electric field E2 in the processing container 21 along a line connecting the side wall of the processing container 21 and the upper region of the central portion of the wafer W.
  • a combined electric field is formed by a horizontal (diameter) electric field E1 formed in the vicinity of the gas shower head 4 by one high-frequency power supply unit 4a.
  • the electric field E1 can be pushed into the central portion side or extended toward the peripheral portion side, so that the plasma concentration distribution in the radial direction can be made uniform according to the processing recipe. Therefore, since the plasma concentration can be made uniform over the surface, plasma processing with high in-plane uniformity can be performed on the wafer W, in this example, etching processing. Further, since the plasma concentration in the processing region can be adjusted simply by adjusting the phase of the high frequency supplied to the second high frequency power supply unit 71, the plasma concentration can be easily adjusted according to the film (recipe) to be etched. .
  • the amount of plasma that is extended to the peripheral side or pushed into the central side can be adjusted, Since the plasma concentration in the processing region and the peripheral region can be made uniform, the plasma concentration can be made uniform over the entire surface.
  • each induction coil 70 is formed in an arc shape, and is formed in a square shape so that the upper and lower surfaces of each induction coil 70 are horizontal.
  • the electric field E2 in the lateral (diameter) direction is formed. For example, it may be formed in a circular shape.
  • the gas shower head 4 is connected to the first high-frequency power supply unit 4a to form a single-frequency excitation type plasma etching processing apparatus using only the upper electrode, or the mounting table 3
  • a high frequency power source 31a is connected to the upper electrode and the lower electrode to form a dual frequency excitation plasma etching apparatus.
  • the first high frequency power supply unit 4a may be connected to the mounting table 3 so as to be a one-frequency excitation type or two-frequency excitation type device using only the lower electrode.
  • the dielectric member 101 is disposed around the mounting table 3 in the circumferential direction, and the induction coil 70 is disposed below the dielectric member 101. become.
  • the exhaust port 22 is formed on the top wall of the processing vessel 21, for example, the outer top plate 60 or the side wall of the processing vessel 21.
  • the outer top plate 60 is made of a conductor, it is preferable to provide a ring-shaped insulating member 102 between the outer top plate 60 and the gas shower head 4.
  • the plasma etching process is performed similarly to the above example, and the same effect can be obtained.
  • the rectangular induction coil 70 has been described.
  • the second embodiment in order to form the second electric field E2, for example, as shown in FIG.
  • a plurality of conductive wires 111 are arranged radially over the circumferential direction.
  • a plurality of conductors are provided in a ring-shaped flat plate 112 made of, for example, a dielectric so that the inner and outer peripheral ends of the conductor 111 are exposed.
  • 111 is embedded, and this flat plate 112 is installed on the outer top plate 60 together with the plurality of conductive wires 111.
  • the conductive path 72 may be disposed.
  • the second high frequency power supply unit 71 is provided above the gas shower head 4 and one conductive path 72 extending from the second high frequency power supply unit 71 as shown in FIG. Are branched into two, and each of the two conductive paths 72 is similarly branched into two, thus sequentially branching the conductive paths 72 to form a plurality of conductive paths 72 each having the same length. .
  • the end portions of the plurality of conductive paths 72 are connected to one end side, for example, the outer peripheral end of each conductive wire 111, and similarly, as shown in FIG. 13B, the other end side of the conductive wire 111, for example, the inner peripheral end.
  • the second high frequency power supply unit 71 is connected to a plurality of other conductive paths 72 each having the same length, and the second high frequency power supply unit 71 and each of the conductive wires 111 have the same length. Will be connected.
  • the conductive wire 111 is schematically shown in a linear shape, and in FIG. 13, the number of the conductive wires 111 drawn is smaller than the actual number.
  • the drawing of the flat plate 112 is omitted.
  • the conductive path 72 is connected to both ends of all the conductive wires 111.
  • the conductive path 72 is drawn separately in FIGS. 13 (a) and 13 (b). ing.
  • the same effect is obtained by performing the plasma etching process in the same manner.
  • the impedance of each conducting wire 111 is smaller than when the square induction coil 70 is provided, plasma can be generated efficiently.
  • the conducting wire 111 may be installed in the lower part of the processing vessel 21 as in FIG.
  • a ring body 200 made of a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu) may be provided on the outer top plate 60 as shown in FIG. .
  • reference numeral 211 denotes slits formed at a plurality of locations from the inner peripheral side of the ring body 200 toward the radial direction (outer side), and 212 supplies current between the inner peripheral side and the outer peripheral side of the ring body 200. A plurality of contact points. By supplying a high-frequency current between these contacts 212 and 212, a radial electric field E2 is formed in the radial direction in the same manner as the conductive wire 111 described above.
  • a high frequency is supplied from the common second high frequency power supply unit 71 to the plurality of induction coils 70.
  • the second high frequency power supply unit 71 is connected to each induction coil 70.
  • each conductive path 72 is set to have the same length so that the impedance between each second high-frequency power source 71 and each induction coil 70 has the same value.
  • a common phase shifter 91 is connected to the plurality of second high frequency power supply units 71, and the impedance between the phase shifter 91 and the plurality of second high frequency power supply units 71 is the same value.
  • the signal path 95 is set to the same length.
  • plasma etching may be performed in the same manner as in the above examples.
  • the plasma concentration distribution in the circumferential direction of the wafer W May be configured to be uniform.
  • the high-frequency power or transfer supplied from the above-described processing conditions and the high-frequency power supply unit 4a for each recipe, the high-frequency power or transfer supplied from the above-described processing conditions and the high-frequency power supply unit 4a.
  • the magnitude of each high-frequency power supplied to each induction coil 70 is stored so that the plasma concentration in the circumferential direction of the wafer W is made uniform. An area is provided.
  • the high-frequency power supplied to each induction coil 70 is obtained by conducting experiments and calculations in advance.
  • the plasma concentration is made uniform in the circumferential direction in addition to the plasma concentration in the radial direction, and the etching process is highly perpendicular throughout the surface. Will be done.
  • a common phase shifter 91 is connected to each second high frequency power supply unit 71, but a separate phase shifter 91 is connected to each second high frequency power supply unit 71. It may be provided.
  • the induction coil 70 may be installed on the lower side of the processing vessel 21 as shown in FIG. 11, and a plurality of conductors 111 are used as the induction coil 70 as shown in FIGS. And a plurality of second high frequency power supply units 71 may be connected to the plurality of conducting wires 111, respectively.
  • a DC power supply 53 for applying a negative DC voltage of 0 to ⁇ 2000 V, for example, is connected to the electrode section 42 described above as a negative voltage supply means via a switch 52.
  • the DC power source 53 is for forming a sheath 121 having a thickness corresponding to the magnitude of voltage in a region below the gas shower head 4 when plasma is generated.
  • the sheath 121 can draw the electric field E2 formed (induced) by the induction coil 70 at the peripheral edge of the processing region toward the center of the processing region. Accordingly, in the memory 14 described above, as shown in FIG.
  • the processing conditions the magnitude of the high frequency voltage supplied from the high frequency power sources 4a and 71, the phase of the high frequency adjusted by the phase shifter 91, etc.
  • the magnitude of the negative DC voltage applied to the DC power supply 53 is stored.
  • the magnitude of the negative DC voltage is also obtained by conducting experiments and calculations in advance.
  • the sheath 121 is used to center the processing vessel 21. Since the electric field E2 drawn to the part side is also adjusted, the density of the electric field is further uniformed in the plane, so that the amount of plasma is also uniformed in the plane and the etching process is uniform. Can be done.
  • the induction coil 70 may be provided in the lower part of the processing vessel 21 as shown in FIG. 11, or the conductive wire 111 is arranged instead of the induction coil 70 as shown in FIGS.
  • the second high frequency power supply unit 71 may be individually connected to the plurality of induction coils 70 or the plurality of conductive wires 111.
  • FIG. 20A a processing vessel 21 and a gas shower head 4 having a square shape when viewed from above are used. Further, the induction coil 70 is wound around an axis extending linearly along the outer edge of the LCD substrate G as viewed from above.
  • a horizontal electric field is formed along a line connecting the side wall of the processing vessel 21 and the upper region in the center of the LCD substrate G.
  • the above-mentioned line refers to a line that extends from the side wall of the processing container 21 in a horizontal and orthogonal manner to either the vertical or horizontal side of the LCD substrate G. Even in such a rectangular LCD substrate G, the etching process is uniformly performed similarly to the wafer W described above, and the same effect can be obtained.
  • the processing of corner portions may vary.
  • an induction coil 70a may be arranged so as to face the corner portion.
  • the induction coil 70 may be disposed below the processing container 21 as described above, or instead of the induction coil 70.
  • the conducting wire 111 may be provided, a plurality of second high frequency power supply units 71 may be individually connected to the plurality of induction coils 70 and the conducting wire 111, or the negative DC power supply 53 may be provided.
  • the induction coil 70 is also supplied with high frequency. Since the energy supplied into the processing vessel 21 is increased as compared with the case where no 70 is provided, plasma can be easily obtained.
  • the phase shifter 91 is interposed between the clock generation source 92 and the second high frequency power supply unit 71 in adjusting the high frequency phase.
  • the phase shifter 91 is interposed between the clock generation source 92 and the first high frequency power supply unit 4a without being provided between the clock generation source 92 and the second high frequency power supply unit 71, so that the first You may make it adjust the phase of the high frequency supplied to the high frequency power supply part 4a.
  • the high frequency power supplied to the gas shower head 4 may be shared by a plurality of recipes, and the plasma concentration in the radial direction may be adjusted by the high frequency power supplied to the induction coil 70.
  • phase shifter 91 is provided between the clock generation source 92 and the first high frequency power supply unit 4a and the second high frequency power supply unit 71, and each of the high frequency phases supplied to the respective high frequency power supplies 4a and 71 is provided. May be adjusted. Furthermore, although a high frequency is supplied from the common clock generation source 92 to the first high frequency power supply unit 4a and the second high frequency power supply unit 71, different clock generation sources 92 and 92 may be connected to each other. .
  • a phase shifter 91 may be provided between each of the clock generation source 92 and the first high-frequency power supply unit 4a and the second high-frequency power supply unit 71, or one high-frequency power supply 4a (71 ) And the other high-frequency power supply 71 (4a) are obtained in advance, and a phase shifter 91 is provided only in one high-frequency power supply 4a (71), and the other high-frequency power supply 71 (4a) is provided.
  • the phase of one high-frequency power supply 4a (71) with respect to () may be adjusted.
  • the frequency of the high frequency supplied to the gas shower head 4 and the induction coil 70 is not limited to the above 40 MHz, and may be another frequency, for example, 13.56 MHz or 100 MHz used in the embodiments described later. Alternatively, other frequencies such as 60 MHz may be used.
  • the high frequency supplied from the first high frequency power supply unit 4a and the second high frequency power supply unit 71 has the same phase (phase difference: 0 degree) or opposite phase (phase difference: 180 degree). However, you may adjust the phase shifter 91 so that it may become another phase difference, for example, 45 degree
  • the induction coil 70 (the conductive wire 111) is installed outside the internal space of the processing vessel 21, but the outer top plate 60 (the dielectric member 101) is divided into an upper portion and a lower portion.
  • the body may be configured as a body (none of which is shown), and a plurality of concave portions may be formed in the lower portion at regular intervals, for example, in the circumferential direction, and the induction coil 70 (conductor 111) may be accommodated in the concave portions. . Further, for example, the induction coil 70 (conductor 111) may be installed in the internal space of the processing container 21.
  • the plasma processing apparatus of the present invention may be applied to, for example, a film formation processing apparatus using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using plasma, or may be applied to an ashing apparatus.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the magnitude of the high frequency power supplied from the high frequency power supplies 4a and 71 and the phase of the high frequency adjusted by the phase shifter 91 according to the processing conditions such as the type of film forming gas, the gas flow rate, and the pressure are adjusted.
  • the film is stored in the recipe, and the film forming process is performed at a uniform film forming speed within the surface.
  • Example 1 When high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 4a to the gas shower head 4 to turn the processing gas into plasma without supplying high frequency to the induction coil 70, how the plasma (electrons) in the surface is distributed according to the processing conditions. An experiment was conducted to confirm whether to do this. The experiment was performed at a low pressure (2.7 Pa (20 mTorr)) and a high pressure (13.3 Pa (100 mTorr)), and the plasma density from the center to the periphery of the inner space of the processing vessel 21 was measured using a Langmuir probe. It was measured.
  • FIG. 21A shows a result obtained when the pressure in the processing container 21 is low, for example.
  • Example 2 Therefore, an experiment was conducted to check how the plasma density changes by supplying high frequency from the high frequency power source 4a to the gas shower head 4 and supplying high frequency to the induction coil 70.
  • the processing conditions first high frequency power supply unit 4a: 13.45 MHz, 50 V
  • the processing conditions were adjusted so that the plasma concentration in the processing vessel 21 was uniform without using the induction coil 70.
  • a high frequency having the same frequency as the first high frequency power supply unit 4a (13.56 MHz) and a voltage of 20V is supplied from the second high frequency power supply unit 71 to the induction coil 70, and the distribution of this plasma is determined. How it changes.
  • FIG. 22A shows the plasma density to be compared.
  • FIG. 22B and FIG. 23A show the electric field E2 in reverse phase with respect to the electric field E1, and FIG. 22C and FIG. ) Shows the plasma density distribution when the phase of the high frequency is adjusted so that the electric field E1 and the electric field E2 have the same phase.
  • the plasma is pushed into the central portion, that is, the electric field E1 is confined to the central portion.
  • the plasma is attracted to the peripheral edge side, but the plasma absorbed by the side wall of the processing vessel 21 is hardly seen, so that the energy loss of the plasma is almost not. I knew it was not happening. Therefore, by adjusting the phase of the high frequency supplied to the induction coil 70 so that the electric field E1 and the electric field E2 have the same phase or opposite phases, the plasma density can be adjusted so that the plasma concentration becomes uniform in the plane. I understood.
  • Example 4 A result obtained by changing the frequency of the high frequency supplied to the gas shower head 4 and the induction coil 70 to 40 MHz (FIG. 25) and 100 MHz (FIG. 26) using the same numerical simulation as in Experimental Example 3 above will be shown. As a result, it has been found that the same result can be obtained without depending on the frequency of the high frequency supplied to the gas shower head 4 and the induction coil 70.

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Abstract

　基板を載置する載置台に対向するように、下面に多数のガス吐出孔が形成されたガスシャワーヘッドを処理容器の天壁に設けると共に、このガスシャワーヘッドの周囲における処理容器の天壁を誘電体により構成し、この誘電体上にコイルを設置して、基板の上方の処理領域とこの処理領域を囲む周縁領域とにおける電界が同位相あるいは逆位相となるようにガスシャワーヘッド及びコイルに供給する高周波の位相を調整する。

Description

プラズマ処理装置
　本発明は、基板に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置に関する。
　半導体装置やＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）の製造工程においては、半導体ウェハ（以下、ウェハという）やＬＣＤ用のガラス板（以下、ＬＣＤ基板という）などの基板に対して、例えばエッチング処理や成膜処理などのプラズマ処理を行う工程がある。エッチング処理を行う場合には、例えば基板の表面にパターンマスクを形成し、このパターンマスクを介して下層膜（例えば上記のウェハの場合には反射防止膜、アモルファスカーボン膜、シリコン酸化膜及びエッチングストップ膜などの互いに組成の異なる膜が上側からこの順番で積層された積層膜）に対して処理を行っている。また、このように多層の膜からなる積層膜に対してエッチング処理を行う場合には、各々の膜毎にエッチングガスを切り替えると共に、このエッチングガスの流量や圧力などの処理条件を調整するようにしている。そのため、面内において各々の膜を均一にエッチングするためには、各々の膜の処理条件に応じて、ウェハの上方の処理領域における濃度分布が面内において均一となるように処理ガスを供給すると共に、この処理ガスを均一にプラズマ化する必要がある。
　処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行う装置として、平行平板型のプラズマ処理装置が知られている。この装置では、ウェハを処理容器内の載置台に載置すると共に、下面に多数のガス吐出孔が形成された金属製のガスシャワーヘッドから下方側のウェハに向けて処理ガスを供給し、載置台とガスシャワーヘッドとの間に高周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化している。この装置では、上記のようにガスシャワーヘッドを用いているのでウェハに対して処理ガスを均一に供給できるが、載置台とガスシャワーヘッドとの間に流れる電流の経路が複雑であるため、処理条件によっては、例えばウェハの径方向において、プラズマの分布が不均一になりやすい。
　また、プラズマ処理装置として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）方式を用いた装置も知られている。この装置では、処理容器の天壁を誘電体例えば石英により構成すると共に、載置台上のウェハと同心円状に複数周あるいは渦巻き状に巻回したコイルを天壁上に設置して、このコイルに高周波電圧を供給して処理容器内にウェハの周方向に沿って電界を形成することによって処理ガスをプラズマ化している。そのため、この装置はコイルの巻回位置を変更することにより電界強度分布（プラズマの濃度分布）を容易に調整できるが、誘電体からなる天壁を用いているのでガスシャワーヘッドを設けることができない。即ち、誘電体は加工が難しいためこの誘電体によりガスシャワーヘッドを構成するのは現実的には困難であるし、また金属製のガスシャワーヘッドを天壁上に設けると、コイルの電界がガスシャワーヘッドにより遮断されてしまう。そのため、この装置では処理容器の天壁の例えば中央にガス吐出孔を設けて、このガス吐出孔から処理ガスを供給しているので、処理ガスの分布が不均一になりやすい。
　そこで、例えば特開平０９－０７４０８９（その図３を参照）に記載されているように、底部コンデンサ電極上のウェハに対向するように頂部コンデンサ電極を設けると共に、この頂部コンデンサ電極の周囲の天壁を誘電体により構成し、この誘電体上に周方向に巻回した誘導コイルを設置する技術が知られている。この技術では、ウェハの中心部側の領域では底部コンデンサ電極と頂部コンデンサ電極との間に供給する高周波電流により処理ガスをプラズマ化し、ウェハの周縁部側では誘導コイルの電界により処理ガスをプラズマ化できる。そのため、例えばこの頂部コンデンサ電極の下面に多数のガス吐出孔を形成して、この頂部コンデンサ電極から処理ガスを供給することにより、面内に亘って処理ガスの濃度分布を均一化すると共に、ウェハの径方向におけるプラズマの濃度分布を調整できると考えられる。
　しかし、更にプラズマの濃度分布を均一化する手法が求められており、例えば既述のパターンマスクの開口径が小さくなるに従って処理の面内均一性が重要になっていくことから、配線構造の微細化が進むにつれてプラズマをより均一化する技術が必要になる。更にまた、現在の３００ｍｍ（１２インチ）サイズのウェハに代えて、４５０ｍｍ（１８インチ）といった大型のウェハが採用される場合が想定され、またＬＣＤ基板のさらなる大型化も想定される。このような大きい基板のサイズに合わせた大きなプラズマを形成する際には、プラズマを更に均一に形成する必要がある。また、上述の大口径のウェハでは、周方向においてもプラズマ処理のばらつくおそれがあるので、径方向におけるプラズマの分布に加えて、周方向のプラズマの分布についても均一化する技術が必要とされる可能性がある。更に、大型のＬＣＤ基板では、中央部側に比べてエッジ部分においてプラズマ処理のばらつくおそれがあるので、このようなエッジ部においても良好なプラズマ処理が行われるようにプラズマの分布を均一化する必要がある。
　本発明は、基板に対してプラズマ処理を行うにあたり、面内均一性の高い処理を行うことのできるプラズマ処理装置を提供することにある。
　本発明のプラズマ処理装置は、処理容器と、前記処理容器内に設けられた下部電極である載置台と上部電極でありかつ処理ガスの供給部をなすガスシャワーヘッドとを備え、前記下部電極と前記上部電極との間にプラズマ発生用の高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより前記載置台上の基板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、前記上部電極及び下部電極の一方の電極に接続され、前記プラズマ発生用の高周波電力を出力するための第１の高周波電源部と、この第１の高周波電源部の出力周波数と同じ出力周波数に設定される第２の高周波電源部と、前記第１の高周波電源部に接続される前記一方の電極を上から見たときに当該一方の電極を囲むように配置され、前記第２の高周波電源部から供給される高周波電力により前記処理容器内に当該処理容器の側壁と前記基板の中央部の上方領域との間を結ぶラインに沿って横方向の電界を形成するための誘導コイルと、第１の高周波電源部からの高周波電力が供給されることにより前記処理容器内における前記一方の電極付近に発生する横方向の電界と前記誘導コイルにより形成される前記横方向の電界とを合成した電界の強度を調整するために、第１の高周波電源部及び第２の高周波電源部から出力される各々の高周波の互いの位相差を調整するための位相差調整手段と、を備えたことを特徴とする。
　合成した電界の強度の調整作業は、前記第１の高周波電源部により形成される前記横方向の電界と第２の高周波電源部により形成される前記横方向の電界とを同位相または逆位相に設定する作業であることが好ましい。前記誘導コイルは、処理容器の周方向に沿って複数配置され、当該複数の誘導コイルの各々と前記第２の高周波電源部とを接続する各導電路の長さが互いに同じであることが好ましい。また、このプラズマ処理装置は、前記ガスシャワーヘッドに接続され、前記誘導コイルにより誘導された前記電界を前記処理容器の中央部側に引き込むための負電圧供給手段を備えたていても良い。前記位相差調整手段は、前記第１の高周波電源部により形成される前記横方向の電界と第２の高周波電源部により形成される前記横方向の電界との位相差を調整するための制御信号を出力する制御部を備えていることが好ましい。
　前記制御部は前記第１の高周波電源部により形成される前記横方向の電界と第２の高周波電源部により形成される前記横方向の電界とを同位相に調整するための制御信号と逆位相に調整するための制御信号とを選択的に出力する機能を備えていることが好ましい。また、このプラズマ処理装置は、基板に対して行われる処理のレシピと、前記位相差調整手段による位相の調整量と、を対応づけて記憶した記憶部を備え、前記制御部は、この記憶部から前記レシピに応じた前記調整量を読み出して制御信号を出力することが好ましい。
　本発明は、平行平板型のプラズマ処理装置において、上から見たときに第１の高周波電源部に接続される上部電極または下部電極を囲むように誘導コイルを配置し、第２の高周波電源部により誘導コイルに高周波電力を供給して処理容器内にこの処理容器の側壁と基板の中央部の上方領域とを結ぶラインに沿って横方向の電界を形成し、この電界と第１の高周波電源部により上部電極または下部電極の一方の電極付近に形成される横方向の電界とにより合成電界を形成している。そして、両者の横方向の電界の位相差を調整することで前記合成電界の大きさを調整しているので、プラズマの発生に関与する制御因子が一つ増えたことになり、このためプラズマの密度分布の調整の自由度が大きくなり、結果として基板に対するプラズマ処理の均一性を向上させることに寄与する効果がある。
本発明のプラズマエッチング処理装置の一例を示す縦断面図である。 上記のプラズマエッチング処理装置のガスシャワーヘッドを上面から見た平面図である。 上記のガスシャワーヘッドを切り欠いて当該ガスシャワーヘッド上のコイルを示した斜視図である。 上記のプラズマエッチング処理装置の制御部を示した概略図である。 上記のプラズマエッチング処理装置においてエッチングガスがプラズマ化されていく様子を表した模式図である。 上記のプラズマエッチング処理装置においてエッチングガスがプラズマ化されていく様子を表した模式図である。 上記のプラズマエッチング処理装置においてエッチングガスがプラズマ化されていく様子を表した模式図である。 上記のプラズマエッチング処理装置においてエッチングガスがプラズマ化されていく様子を表した模式図である。 上記のプラズマエッチング処理装置においてエッチングガスがプラズマ化されていく様子を表した模式図である。 上記のプラズマエッチング処理装置においてエッチングガスがプラズマ化されていく様子を表した模式図である。 上記のプラズマエッチング処理装置の他の例を示す縦断面図である。 上記のコイルの他の例を示すガスシャワーヘッドのコイルの模式図である。 上記のコイルを示す斜視図である。 上記のコイルの他の例を示すガスシャワーヘッドのコイルの模式図である。 上記のコイルの他の例を示すガスシャワーヘッドの上面図である。 上記の他の例における制御部の一例を示す概略図である。 上記のプラズマエッチング処理装置の他の例を示す縦断面図である。 上記の他の例においてエッチングガスがプラズマ化されていく様子を示す模式図である。 上記の他の例における制御部の一例を示す概略図である。 上記のコイルの他の例を示すガスシャワーヘッドの上面図である。 本発明の実施例で得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例で得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例で得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例で得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例で得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例で得られた結果を示す特性図である。
［第１の実施の形態：角型コイル、電源共通］
　本発明のプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置に適用した第１の実施の形態について、図１～図４を参照して説明する。このプラズマエッチング処理装置は、真空チャンバからなる処理容器２１と、この処理容器２１内の底面中央に配設された載置台３と、を備えている。処理容器２１は電気的に接地されており、またこの処理容器２１の底面における載置台３の側方位置には排気口２２が形成されている。この排気口２２には、圧力調整手段である圧力調整バルブ２４ａを備えた排気管２４を介して真空ポンプ等を含む真空排気手段２３が接続されている。処理容器２１の側壁には、ウェハＷの搬入出を行うための搬送口２５が設けられており、この搬送口２５はゲートバルブ２６により開閉可能に構成されている。
　載置台３は、下部電極３１とこの下部電極３１を下方側から支持する支持体３２とからなり、処理容器２１の底面に絶縁部材３３を介して配設されている。載置台３の上部には静電チャック３４が設けられており、この静電チャック３４に高圧直流電源３５からスイッチ３５ａを介して電圧が印加されることによって、載置台３上にウェハＷが静電吸着される。載置台３の内部には、温調媒体が通流する温調流路３７が形成されており、この温調媒体によってウェハＷの温度が調整される。また、載置台３の内部には、熱伝導性ガスをバックサイドガスとしてウェハＷの裏面に供給するためのガス流路３８が形成されており、このガス流路３８は載置台３の上面の複数箇所に設けられた開口に連通している。既述の静電チャック３４には、このガス流路３８に連通する複数の貫通孔３４ａが形成されており、上記のバックサイドガスは、この貫通孔３４ａを介してウェハＷの裏面側に供給される。
　下部電極３１には、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚ、電力が０～４０００Ｗのバイアス用の高周波電源３１ａが整合器３１ｂを介して接続されている。この高周波電源３１ａから供給される高周波バイアスは、後述するように、プラズマ中のイオンをウェハＷ側に引き寄せるためのものである。なお、この下部電極３１に供給する高周波の周波数は、後述のガスシャワーヘッド４に供給する高周波の周波数と同じとすることができる。これに代えて、高周波電源３１ａを設けないで上部電極のみに高周波電力を印加するいわゆる１周波励起（single frequency excitation）方式のプラズマエッチング処理装置として構成してもよい。この下部電極３１の外周縁上には、静電チャック３４を囲むようにフォーカスリング３９が配置されており、このフォーカスリング３９を介してプラズマが載置台３上のウェハＷに収束するように構成されている。
　また、この載置台３に対向するように、処理容器２１の天壁にはガスシャワーヘッド４が上部電極及び処理ガスの供給部として配置されている。このガスシャワーヘッド４は、下面に円形の窪みを有する例えばアルミニウムなどの導電性部材からなる電極部４２と、この電極部４２の下面を覆うように設けられた導電性部材例えば多結晶シリコンからなる円板状のシャワープレートをなす支持部材４３と、から構成されている。導電性部材は、この例のように半導体であっても良いが、導体（良導体）例えば金属であっても良い。この電極部４２と支持部材４３とにより区画される空間は、処理ガスが拡散するガス拡散空間４１をなす。また、載置台３上のウェハＷとガスシャワーヘッド４との間の領域は処理領域をなす。このガスシャワーヘッド４には、処理領域にプラズマ生成用の電界を形成するための例えば出力周波数が４０ＭＨｚ、電力が５００～３０００Ｗの第１の高周波電源部４ａが整合器４ｂを介して接続されている。
　電極部４２の中央部には、ガス拡散空間４１と連通する処理ガス供給路４５が形成されている。この処理ガス供給路４５の上流側には、ガス供給管４８を介して処理ガス供給系４９が接続されている。この処理ガス供給系４９は、ウェハＷに対して処理ガスを供給するためのものであり、この例では処理ガスとしてエッチング処理を行うためのエッチングガス例えばフロロカーボンガス、塩素（Ｃｌ２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、臭化水素（ＨＢｒ）ガスあるいはＯ３（オゾン）ガスなどをＡｒ（アルゴン）ガスなどの希釈ガスと共に処理容器２１内に供給できるように構成されている。また、この処理ガス供給系４９は、図示を省略しているが、例えばバルブや流量調整部が介設された複数の分岐路と、これらの分岐路の各々に接続され、上記のエッチングガスや希釈ガスが貯留されたガス源と、を備えており、エッチング処理を行う被エッチング膜の種類に応じて、所定のエッチングガスやＡｒガスを所望の流量比で供給できるように構成されている。
　支持部材４３は、例えばその上面の周縁に設けられた図示しないシール部材などを介して電極部４２に気密に圧着されている。また、支持部材４３には、ガス拡散空間４１からウェハＷに対して高い面内均一性をもってガスを供給できるように、多数のガス吐出孔４４が配列されている。ガスシャワーヘッド４内には、図示しない温調流体通流路が形成されており、この温調流体通流路を通流する温調流体により当該ガスシャワーヘッド４を温度調整できるように構成されている。
　処理容器２１の天壁部における既述のガスシャワーヘッド４を囲むリング状の領域は、外側天板６０をなし、誘電体例えば石英などにより構成されている。この外側天板６０とガスシャワーヘッド４とは、例えば当該外側天板６０の内周端にリング状に形成された図示しないシール部材を介して気密に圧着されている。外側天板６０とガスシャワーヘッド４とは、両者の下面の高さと同じになるように固定されている。外側天板６０は、その外周端において処理容器２１の側壁により支持されている。外側天板６０の外周端の下面は外側天板６０の内周部の下面よりも高い位置にあり、これにより処理容器２１の天壁（ガスシャワーヘッド４及び外側天板６０）が当該処理容器２１内に入り込んでガスシャワーヘッド４と載置台３とが近接するようになっている。また、処理容器２１の側壁の上端面には、周方向に亘ってリング状の溝６１が形成されており、この溝６１内には、例えばＯリングなどのシール部材６２が収納されている。そして、例えば処理容器２１内の雰囲気が既述の真空排気手段２３により真空引きされると、外側天板６０が処理容器２１側に引きつけられて、シール部材６２を介して処理容器２１の内部空間が気密に密閉される。
　外側天板６０上には、図２及び図３にも示すように、例えば金属からなる導線が複数周巻回された誘導導体である誘導コイル７０が周方向に複数箇所例えば８カ所に等間隔に設けられている。上方から見て、各誘導コイル７０の軸線はウェハＷの外縁に沿った円弧に概ね一致している。また、各誘導コイル７０は四角形断面を有しており、その上面および下面は、載置台３上にあるウェハＷの表面と平行である。なお、図１に示すように、誘導コイル７０は実際には下側が外側天板６０の内部に入り込むように設けられているが、この図２及び図３では図面の簡略化のため模式的に描かれている。
　これらの誘導コイル７０は、処理容器２１内における当該誘導コイル７０の下方側の領域、すなわちガスシャワーヘッド４の下方空間（処理領域）を囲む周縁領域において、外側天板６０を介して電磁誘導により、周方向に亘って、処理容器２１の側壁とウェハＷの中心部の上方領域との間を結ぶラインに沿って放射状に横方向に伸びる（振幅する）第２の電界Ｅ２を形成する。このような第２の電界Ｅ２を形成するため、上記複数の誘導コイル７０は、例えば出力周波数が既述の第１の高周波電源部４ａの出力周波数と同じ４０ＭＨｚ、電力が２００～１２００Ｗの共通の第２の高周波電源部７１に各々導電路７２を介して並列に接続されている。
　また、中心部側から外周側に向かう方向と外周側から中心部側に向かう方向との間において振幅を繰り返すこの第２の電界Ｅ２の位相を周方向に亘って揃えるために、これらの誘導コイル７０と第２の高周波電源部７１との間を接続する複数本の導電路７２は、同じ長さのものが用いられている。また、各々の誘導コイル７０により形成される各々の電界Ｅ２の大きさを揃えるために、各々のインピーダンスが揃うように、複数本の導電路７２は例えば同じ径となっている。また、図３においては、便宜上一つの誘導コイル７０だけを拡大して示している。また、図２及び図３では図示を簡略化しているが、この誘導コイル７０は多数周巻回されている。既述の図１は、図２におけるＡ－Ａ線で処理容器２１を切断した時の縦断面図を示している。
　ここで、第１の高周波電源部４ａからの高周波電力を上部電極（ガスシャワーヘッド４）に供給した時に、ガスシャワーヘッド４と下部電極（載置台３）との間に電界が形成されるが、同時に処理容器２１内におけるガスシャワーヘッド４の下面近傍領域と処理容器２１の側壁との間でその向きが横方向である（横方向に振動する）第１の電界Ｅ１も形成される。この第１の電界Ｅ１の向きはより詳しくは上から見ると処理容器２１の中央部から径方向に放射状に伸びるラインに沿っている。そして、この実施の形態では、第２の高周波電源部７１により誘導コイル７０に高周波電力を供給することにより処理容器２１内に形成される横方向（径方向）の第２の電界Ｅ２と、前記第１の電界Ｅ１と、の合成電界の強さを調整するために、これら電界Ｅ１、Ｅ２の位相を調整するようにしている。そのために、第１の高周波電源部４ａと第２の高周波電源部７１との出力周波数が同じ値に設定され、第１の高周波電源部４ａから出力される高周波と第２の高周波電源部７１から出力される高周波との位相差を調整できるようにシステムが構成されている。このような位相差の調整方法の一例を以下に挙げる。
　第１の高周波電源部４ａ及び第２の高周波電源部７１の各々は、外部から入力されるクロックに基づいて高周波を生成するように構成される。そして、外部にクロック発生源９２を設け、このクロック発生源９２から第１の高周波電源部４ａ及び第２の高周波電源部７１に信号ライン（信号路９５）を分配し、いずれかの分配信号ライン９５に移相器９１を介在させる。この移相器９１はコントローラからのアナログ信号あるいはデジタル信号に基づいてクロック信号の位相を調整し、これによって第１の電界Ｅ１と第２の電界Ｅ２との位相差が所望の値、例えば同位相あるいは逆位相となるように、第１の高周波電源部４ａ及び第２の高周波電源部７１の各高周波の位相差が調整される。なお、上述したように電界Ｅ１、Ｅ２を同位相あるいは逆位相とすることは、前記第１および第２の高周波電源部４ａ，７１から出力される高周波の位相差を例えば同位相または逆位相とすることで達成できる。ここで、後述のようにシミュレーションによって、第１の電界Ｅ１と第２の電界Ｅ２とが同位相の場合には処理領域の中央部側よりも周縁部側の方がプラズマ密度が高くなり、一方で逆位相の場合には処理領域の周縁部側よりも中央部側の方がプラズマ密度が高くなることが把握されている。
　また、図４にも示すように、このプラズマエッチング処理装置には制御部７が接続されている。この制御部７はＣＰＵ１１、プログラム１２、作業用のワークメモリ１３及び記憶部であるメモリ１４を備えている。このメモリ１４には、エッチング処理を行う膜（被エッチング膜）の種類、エッチングガスの種類、ガス流量、処理圧力、ガスシャワーヘッド４に供給する第１の高周波電源部４ａの電力の大きさ及び誘導コイル７０に供給する第２の高周波電源部７１の電力の大きさなどの処理条件と、移相器９１により調整される高周波の位相と、が書き込まれる領域がレシピ毎に設けられている。後述するように、ウェハＷ上には互いに種類の異なる多層の膜が積層されており、そのためこの多層膜に対してエッチング処理を行う場合には、各々の膜毎にエッチングガスの種類が異なり、また各々の膜毎にエッチングガスの流量や処理圧力などの処理条件も異なる。そのため、処理条件によっては、後述の実施例にも示すように、プラズマの濃度分布がウェハＷの径方向においてばらつく場合がある。
　そこで、本発明では、面内において均一にプラズマエッチング処理を行うために、ウェハＷの径方向においてプラズマの濃度分布がばらつく場合には、このプラズマの濃度が径方向において均一化させる。例えば中央部側においてプラズマの濃度が高くなる場合にはプラズマを周縁部側に引き延ばし、逆に、周縁部側においてプラズマの濃度が高くなる場合にはプラズマを中央部側に押し込むようにしている。具体的には、ウェハＷの中央部側のプラズマの濃度が高くなる場合には、処理領域において形成される（振幅する）第１の電界Ｅ１の位相に対して、図５（ａ）に示すように周縁領域の第２の電界Ｅ２の位相が同位相となるように、一方で、ウェハＷの周縁部側のプラズマの濃度が高くなる場合には図５（ｂ）に示すように第１の電界Ｅ１に対して第２の電界Ｅ２が逆位相になるように、移相器９１により第２の高周波電源部７１に供給する高周波（電圧）の位相を各々の膜（処理条件）毎に調整している。なお、電界Ｅ１、Ｅ２は図５中左右方向に振幅しているため、この図５中ではある瞬間の電界Ｅ１、Ｅ２の向き（位相）を模式的に示している。また、誘導コイル７０中に示した矢印は、この電界Ｅ２が形成されるときに当該誘導コイル７０を通流している高周波の向きを示している。
　また、第１の電界Ｅ１と第２の電界Ｅ２との合成電界の大きさを調整する因子として、移相器９１により調整する高周波の位相に加えて高周波電源４ａ、７１から供給する夫々の高周波の電力がある。メモリ１４には、各レシピ毎（例えばエッチング対象膜毎、処理条件毎）に例えば予め実験や計算を行うことにより求められた適切な上記因子の値が記憶されている。上記のプログラム１２は、エッチング処理を行う膜毎にＣＰＵ１１を介してメモリ１４から既述のレシピを作業用のワークメモリ１３に読み出して、このレシピに応じてプラズマエッチング処理装置の各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることでエッチング処理を行うように命令が組み込まれている。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）１２は、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体８に格納され、この記憶媒体８から制御部７にインストールされる。
　次に、上記のプラズマエッチング処理装置の作用について、図６～図１０を参照して説明する。ここで、被処理基板である半導体ウェハ（以下「ウェハ」という）Ｗについて簡単に説明すると、このウェハＷは、例えば所定のパターンがパターニングされたフォトレジストマスク、例えば有機物からなる反射防止膜、アモルファスカーボン膜、絶縁膜（ＳｉＯ２膜やＳｉＣＯＨ膜）あるいはＰｏｌｙ－Ｓｉ（多結晶シリコン）膜及び例えば無機膜からなるエッチングストップ膜などからなる積層膜が上側からこの順番でシリコン膜上に積層されて構成されている。
　先ず、ウェハＷの表面に形成された被エッチング膜に応じたレシピをメモリ１４からワークメモリ１３に読み出す。この例においては、表層の被エッチング膜が例えば反射防止膜であることから、この膜に応じたレシピを読み出しておく。そして、真空雰囲気に保たれた真空搬送室から基板搬送手段（いずれも図示せず）により処理容器２１内にウェハＷを搬入して載置台３に載置して吸着保持した後、ゲートバルブ２６を閉じる。次いで、真空排気手段２３により処理容器２１内を例えば圧力調整バルブ２４ａを全開にして引き切りの状態にすると共に、温調流路３７及びガス流路３８から所定の温度に温調された温調媒体及びバックサイドガスを供給してウェハＷを所定の温度に調整する。
　一方、制御部７はレシピを読み出した後、図示しないコントローラに制御信号を出力し、これにより当該コントローラはレシピに記憶された移相量となるように移相器９１を調整する。そして、この調整された移相量に応じた位相差で第１の高周波電源部４ａと第２の高周波電源部７１とから夫々例えば４０ＭＨｚの高周波電力が出力される。これによりガスシャワーヘッド４と載置台３との間に高周波電界が形成されるが、既述のように横（径）方向の第１の電界Ｅ１も発生する。また、誘導コイル７０に高周波電力が供給されることで、処理容器２１の周縁領域には横（径）方向に且つ概略的に言えば放射状に伸びるラインに沿って振動する第２の電界Ｅ２が形成される。また、載置台３に高周波電源３１ａから例えば周波数が１３．５６ＭＨｚ、電力が例えば５００Ｗのバイアス用の高周波を供給する。
　そして、処理ガス供給系４９から処理容器２１内に例えばエッチングガスとＡｒガスとからなる処理ガスを供給して処理容器２１内を所定の圧力に調整すると、この処理ガスが処理容器２１内に拡散してガスシャワーヘッド４と載置台３との間に供給される高周波電力によりプラズマ化されていく。また、処理ガスは第１の電界Ｅ１及び第２の電界Ｅ２の合成電界、別の言い方をすれば第２の電界Ｅ２によってその大きさが調整された第１の電界Ｅ１がプラズマの発生に寄与する。
　ここで、例えば移相器９１により位相を調整せずに第２の高周波電源部７１に高周波を供給した時の処理領域のプラズマ濃度が図７に示すように周縁部側よりも中央部側の方が高くなる場合には、既述の図５（ａ）に示すように電界Ｅ１と電界Ｅ２との同位相となるように移相器９１が調整される。このため、周縁部側に押し広げられた合成電界が形成され、即ち見かけ上電界Ｅ１が周縁部側に押し広げられて、プラズマの濃度が処理領域内に亘って均一化する。また、周縁領域には電界Ｅ２が形成されており、既述のように高周波電源４ａ、７１から供給する夫々の高周波の電力が適正に調整されることにより各電界Ｅ１、Ｅ２の強度が調整されていることから、外側に向かって押し広げられた電界Ｅ１とこの電界Ｅ２とが重なり合って、図８に示すように面内に亘って均一なプラズマが形成されることとなる。
　一方、位相を調整せずに第２の高周波電源部７１に高周波を供給した時のプラズマの濃度が図９に示すように中央部側よりも周縁部側の方が高くなる場合には、既述の図５（ｂ）のように、電界Ｅ１、Ｅ２が互いに逆位相となるように移相器９１が調整される。この場合も同様に、処理領域内に亘ってプラズマの濃度が均一化され、また電界Ｅ１、Ｅ２の強度が適正に調整されているので、面内に亘って均一な濃度のプラズマが形成されることになる。なお、これらの図７及び図９において、プラズマの濃度が高くなる部分には斜線を付してある。そして、このプラズマが処理ガスに接触すると、当該処理ガスもプラズマ化され、順次プラズマが生成されていくことになる。こうして生成されたプラズマ中のイオンが図１０に示すようにバイアス用の高周波により載置台３側に引き寄せられていくので、垂直性の高いエッチング処理が進行していくこととなる。そして、反射防止膜の下層のアモルファスカーボン膜が露出するまで、当該反射防止膜のエッチング処理を行う。
　その後、処理ガスの供給を停止すると共に、誘導コイル７０及びガスシャワーヘッド４への高周波の供給を停止する。そして、処理容器２１内を真空排気して、続いてエッチング処理対象のアモルファスカーボン膜に応じたレシピをメモリ１４から読み出し、このアモルファスカーボン膜のエッチング処理を行う。しかる後、アモルファスカーボン膜の下層側の膜に対して、同様に順次レシピを読み出してエッチング処理を行っていく。
　上述の実施の形態によれば、上から見たときに第１の高周波電源部４ａに接続されるガスシャワーヘッド４を囲むように誘導コイル７０を配置し、第２の高周波電源部７１により誘導コイル７０に高周波電力を供給して処理容器２１内にこの処理容器２１の側壁とウェハＷの中央部の上方領域とを結ぶラインに沿って横方向の電界Ｅ２を形成し、この電界Ｅ２と第１の高周波電源部４ａによりガスシャワーヘッド４付近に形成される横（径）方向の電界Ｅ１とにより合成電界を形成している。そして、両者の横方向の電界Ｅ１、Ｅ２の位相差を調整することで前記合成電界の大きさを調整しているので、プラズマの発生に関与する制御因子が一つ増えたことになり、このためプラズマの密度分布の調整の自由度が大きくなり、結果としてウェハＷに対するプラズマ処理の均一性を向上させることに寄与する効果がある。
　そのため、いわば電界Ｅ１を中央部側に押し込めたり周縁部側に引き延ばしたりすることができるので、処理のレシピに応じて径方向におけるプラズマの濃度分布を均一化することができる。従って、面内に亘ってプラズマの濃度を均一化することができるので、ウェハＷに対して面内均一性の高いプラズマ処理、この例ではエッチング処理を行うことができる。また、第２の高周波電源部７１に供給する高周波の位相を調整するだけで処理領域におけるプラズマの濃度を調整できることから、エッチング処理を行う膜（レシピ）に応じてプラズマの濃度を容易に調整できる。また、高周波電源４ａ、７１の各々から処理容器２１内に供給する高周波の各々の電力を調整することによって、周縁部側に引き延ばしたり或いは中央部側に押し込めたりするプラズマの量を調整できると共に、処理領域と周縁領域とにおけるプラズマの濃度についても均一化することができるので、更に面内に亘ってプラズマの濃度を均一化できる。
　更に、上記のように誘導コイル７０に供給する高周波の位相を調整するにあたり、第２の高周波電源部７１と複数の誘導コイル７０の各々との間におけるインピーダンスが各々同じ値となるように、また各々の導電路７２を同じ長さにしているので、誘導コイル７０に供給される高周波の位相及び電界Ｅ２の大きさを周方向に亘って同じように調整することができる。なお、上記の例では各誘導コイル７０を円弧状に形成し、また各誘導コイル７０の上下面が水平となるように角形に形成したが、横（径）方向の電界Ｅ２が形成されるのであれば、例えば円形に形成しても良い。
　また、上記の実施形態ではガスシャワーヘッド４に第１の高周波電源部４ａを接続して上部電極のみによる１周波励起（single frequency excitation）方式のプラズマエッチング処理装置とするか、あるいは更に載置台３に高周波電源３１ａを接続して上部電極および下部電極による２周波励起方式（dual frequency excitation）のプラズマエッチング処理装置とすることとした。しかしながら、載置台３に第１の高周波電源部４ａを接続して下部電極のみによる１周波励起方式あるいは２周波励起方式の装置としても良い。この場合には、図１１に示すように、例えば載置台３の周囲に周方向に亘って誘電体部材１０１を配置して、この誘電体部材１０１の下方側に誘導コイル７０が配置されることになる。また、この場合には排気口２２は処理容器２１の天壁例えば外側天板６０あるいは処理容器２１の側壁などに形成される。なお、この場合に外側天板６０を導電体により構成する場合には、当該外側天板６０とガスシャワーヘッド４との間にリング状の絶縁部材１０２を設けることが好ましい。この装置においても、上記の例と同様にプラズマエッチング処理が行われ、同様の効果が得られる。
［第２の実施の形態：平板型コイル、電源共通］
　上記の第１の実施の形態においては、角形の誘導コイル７０について説明したが、この第２の実施の形態では、第２の電界Ｅ２を形成するために、例えば図１２に示すように、直線状の導線１１１を周方向に亘って放射状に複数本配置している。この第２の実施の形態においては、図１２（ｂ）に示すように、導線１１１の内周端と外周端とが露出するように例えば誘電体からなるリング状の平板１１２内に複数の導線１１１を埋設し、この平板１１２を複数の導線１１１と共に外側天板６０上に設置することになる。
　また、これらの複数の導線１１１に対して第２の高周波電源部７１との間のインピーダンスが各々同じ値となるように導電路７２を接続するためには、例えば図１３に示すように、当該導電路７２を配置すれば良い。具体的には、例えば第２の高周波電源部７１をガスシャワーヘッド４の上位置に設けると共に、図１３（ａ）に示すように、第２の高周波電源部７１から伸びる１本の導電路７２を２本に分岐させ、また当該２本の導電路７２の各々を同様に２本に分岐させ、こうして順次導電路７２を分岐させて各々が同じ長さの複数本の導電路７２を形成する。そして、これら複数本の導電路７２の端部を各々の導線１１１の一端側例えば外周端に接続し、また図１３（ｂ）に示すように、同様に導線１１１の他端側例えば内周端に第２の高周波電源部７１から伸びる各々が同じ長さの別の複数本の導電路７２を接続して、第２の高周波電源部７１と各々の導線１１１とが同じ長さの導電路７２により接続されることになる。
　なお、既述の図１２（ａ）では導線１１１を線状に模式化して示しており、また図１３においては描かれている導線１１１の数は実際の数より少ない。また、図１３では平板１１２の描画を省略している。また、実際には導電路７２は全ての導線１１１の両端に接続されているが、図が煩雑になるためこの図１３（ａ）と図１３（ｂ）とに分けて導電路７２を描画している。
　この第２の実施の形態においても、同様にプラズマエッチング処理が行われて同様の効果が得られる。また、角型の誘導コイル７０を設ける場合よりも、各々の導線１１１のインピーダンスが小さくなるので、効率的にプラズマを生成させることができる。この場合においても、既述の図１１と同様に処理容器２１の下部に導線１１１を設置しても良い。
　また、第２の電界Ｅ２を形成するためには、図１４に示すように、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの金属からなるリング体２００を外側天板６０上に設けても良い。この図１４中の２１１はリング体２００の内周側から径方向（外側）に向かって複数箇所に形成されたスリット、２１２はリング体２００の内周側と外周側との間に電流を供給するための複数の接点である。これらの接点２１２、２１２間に高周波電流を供給することによって、既述の導線１１１と同様に径方向に放射状の電界Ｅ２が形成されることとなる。
　［第３の実施の形態：角型コイル、複数の電源］
　既述の第１の実施の形態においては、共通の第２の高周波電源部７１から複数の誘導コイル７０に高周波を供給したが、この第３の実施の形態では、例えば図１５に示すように、各々の誘導コイル７０毎に第２の高周波電源部７１を接続している。この場合においても、各々の第２の高周波電源部７１と各々の誘導コイル７０との間におけるインピーダンスが同じ値となるように、各々の導電路７２が同じ長さに設定される。また、これらの複数の第２の高周波電源部７１には共通の移相器９１が接続され、移相器９１とこれらの複数の第２の高周波電源部７１との間におけるインピーダンスが同じ値となるように、信号路９５が同じ長さに設定される。
　この装置においては、上記の各例と同じようにプラズマエッチング処理を行うようにしても良いが、ウェハＷの径方向におけるプラズマの濃度分布に加えて、ウェハＷの周方向におけるプラズマの濃度分布についても均一化できるように構成しても良い。その場合には、具体的には既述の制御部７のメモリ１４には、図１６に示すように、各レシピ毎に、上記の処理条件や高周波電源部４ａから供給する高周波の電力あるいは移相器９１により調整する高周波の位相に加えて、ウェハＷの周方向におけるプラズマの濃度についても均一化するように、各々の誘導コイル７０に供給する高周波の電力の各々の大きさが記憶される領域が設けられている。各誘導コイル７０に供給する高周波の電力についても同様に、予め実験や計算を行うことにより求められることになる。
　そして、ウェハＷ上の被エッチング膜に対してエッチング処理を行うときには、径方向におけるプラズマの濃度に加えて周方向においてもプラズマの濃度が均一化され、面内に亘って垂直性の高いエッチング処理が行われることになる。この例においては、各々の第２の高周波電源部７１に対して共通の移相器９１を接続するようにしたが、各々の第２の高周波電源部７１に対して別々の移相器９１を設けても良い。この例においても、既述の図１１のように誘導コイル７０を処理容器２１の下方側に設置しても良いし、また図１２、図１３のようにこの誘導コイル７０として複数本の導線１１１を設けて、これらの複数本の導線１１１に対して各々複数の第２の高周波電源部７１を接続しても良い。
　［第４の実施の形態：角型コイル、ＤＣ］
　次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。既述の電極部４２には、図１７に示すように、スイッチ５２を介して例えば０～－２０００Ｖの負の直流電圧を印加するための直流電源５３が負電圧供給手段として接続されている。この直流電源５３は、図１８に示すように、プラズマの発生時にガスシャワーヘッド４の下方側の領域に電圧の大きさに応じた厚さのシース１２１を形成するためのものである。このシース１２１によって誘導コイル７０により処理領域の周縁部に形成（誘導）される電界Ｅ２を当該処理領域の中央部側に引き寄せることができる。従って、既述のメモリ１４には、図１９に示すように、レシピ毎に、処理条件や高周波電源４ａ、７１から供給する高周波電圧の大きさ及び移相器９１により調整する高周波の位相などに加えて、直流電源５３に印加する負の直流電圧の大きさが記憶されている。この負の直流電圧の大きさについても、予め実験や計算を行うことにより求められることになる。
　この実施の形態においてエッチング処理を行う時には、各高周波電源４ａ、７１から供給される高周波の電力の大きさ及び高周波電源７１から供給される高周波の位相に加えて、シース１２１により処理容器２１の中央部側に引き寄せられる電界Ｅ２についても調整されるので、面内に亘って電界の密度が更に均一化され、そのためプラズマの量についても面内に亘って均一化することになり、エッチング処理を均一に行うことができる。なお、この実施の形態においても、図１１のように誘導コイル７０を処理容器２１の下部に設けても良いし、図１２及び図１３のように誘導コイル７０に代えて導線１１１を配置しても良いし、更に複数の誘導コイル７０あるいは複数の導線１１１に個別に第２の高周波電源部７１を接続しても良い。
　［第５の実施の形態：角型基板］
　上記の各実施形態においては円形のウェハＷの処理のための構成について説明したが、この第５の実施の形態で説明するように、角型の基板例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）用のガラス基板（以下、ＬＣＤ基板という）Ｇの処理のために本発明を適用しても良い。
　この場合には、図２０（ａ）に示すように、上方から見たときの平面形状が角型の処理容器２１及びガスシャワーヘッド４が用いられる。また、誘導コイル７０は、上方から見て、ＬＣＤ基板Ｇの外縁に沿って直線状に伸びる軸の回りに巻回されることになる。この第５の実施形態においては、上から見たときに処理容器２１の側壁とＬＣＤ基板Ｇの中央の上方領域とを結ぶラインに沿って横方向の電界が形成されることになる。なお、ここで、上記のラインとは、処理容器２１の側壁からＬＣＤ基板Ｇの縦横のいずれかの辺に水平に直交して伸びるラインを言う。このような角型のＬＣＤ基板Ｇにおいても、既述のウェハＷと同様にエッチング処理が均一に行われ、同様の効果が得られる。
　角型のＬＣＤ基板Ｇのプラズマ処理においては、コーナー（角）部の処理がばらついてしまう場合がある。その場合には、同図２０（ｂ）に示すように、同２０図（ａ）に示す誘導コイル７０に加えて、当該コーナー部に臨むように誘導コイル７０ａを配置しても良い。このようにコーナー部に対して誘導コイル７０ａを配置することにより、更に面内均一性の高いエッチング処理を行うことができる。なお、このような角型のＬＣＤ基板Ｇを処理するためのプラズマ処理装置においても、既述のように処理容器２１の下方に誘導コイル７０を配置しても良いし、誘導コイル７０に代えて導線１１１を設けても良いし、複数の誘導コイル７０や導線１１１に対して複数の第２の高周波電源部７１を個別に接続したりあるいは負の直流電源５３を設けたりしても良い。
　上記の各実施形態においては、プラズマ生成用の第１の電界Ｅ１を形成するためにガスシャワーヘッド４に供給する高周波に加えて、誘導コイル７０にも高周波を供給しているので、この誘導コイル７０を設けない場合よりも処理容器２１内に供給されるエネルギーが増加するため、容易にプラズマを得ることができる。
　また、上記の各実施形態においては、高周波の位相を調整するにあたり、クロック発生源９２と第２の高周波電源部７１との間に移相器９１を介設した。しかしながら、クロック発生源９２と第２の高周波電源部７１との間には設けずにクロック発生源９２と第１の高周波電源部４ａとの間に移相器９１を介設し、第１の高周波電源部４ａに供給する高周波の位相を調整するようにしても良い。この場合には、例えばガスシャワーヘッド４に供給する高周波電力を複数のレシピで共通化して、誘導コイル７０に供給する高周波電力により径方向におけるプラズマの濃度を調整しても良い。更に、クロック発生源９２と第１の高周波電源部４ａ及び第２の高周波電源部７１との間に各々移相器９１を設けて、夫々の高周波電源４ａ、７１に供給する高周波の位相の各々を調整しても良い。更にまた、第１の高周波電源部４ａと第２の高周波電源部７１とに対して共通のクロック発生源９２から高周波を供給したが、夫々別のクロック発生源９２、９２を接続しても良い。その場合には、クロック発生源９２と第１の高周波電源部４ａ及び第２の高周波電源部７１との間の各々に移相器９１を設けても良いし、あるいは一方の高周波電源４ａ（７１）と他方の高周波電源７１（４ａ）とに供給される高周波の位相差を予め求めておき、一方の高周波電源４ａ（７１）にだけ移相器９１を設けて、他方の高周波電源７１（４ａ）に対する一方の高周波電源４ａ（７１）の位相を調整するようにしても良い。
　また、ガスシャワーヘッド４及び誘導コイル７０に供給する高周波の周波数は、上記の４０ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば後述の実施例で用いた１３．５６ＭＨｚや１００ＭＨｚなどであっても良いし、あるいはそれ以外の周波数例えば６０ＭＨｚであっても良い。また、上記各実施形態においては、第１の高周波電源部４ａ及び第２の高周波電源部７１から供給する高周波を同位相（位相差：０度）あるいは逆位相（位相差：１８０度）としたが、他の位相差例えば４５度となるように移相器９１を調整しても良い。
　上記の各実施形態においては、誘導コイル７０（導線１１１）を処理容器２１の内部空間の外側に設置したが、外側天板６０（誘電体部材１０１）を上側部分と下側部分との分割構造体（いずれも図示せず）として構成すると共に、この下側部分に例えば周方向に複数の凹部を等間隔に形成して、この凹部内に誘導コイル７０（導線１１１）を収納しても良い。また、例えば処理容器２１の内部空間内に誘導コイル７０（導線１１１）を設置するようにしても良い。なお、処理容器２１内に電界Ｅ２を形成するためには単相コイルに限らず、例えばスター結線あるいは△結線された三相コイルを処理容器２１の周方向に配置するようにしても良い。
　上記の各実施形態においては、プラズマ処理としてエッチング処理を例に挙げて説明した。本発明のプラズマ処理装置を例えばプラズマを用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を利用した成膜処理装置に適用しても良いし、アッシング装置に適用しても良い。例えば成膜装置においては、成膜ガスの種類やガス流量、圧力などの処理条件に応じて高周波電源４ａ、７１から供給される高周波電力の大きさや移相器９１において調整される高周波の位相がレシピに記憶され、面内において均一な成膜速度で成膜処理が行われることとなる。
　（実験例１）
　誘導コイル７０に高周波を供給せずに、高周波電源４ａからガスシャワーヘッド４に高周波を供給して処理ガスをプラズマ化した時に、面内におけるプラズマ（電子）が処理条件に応じてどのように分布するか確認する実験を行った。実験は低圧力（２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ））及び高圧力（１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ））にて行い、ラングミュアープローブ（Langmuir probe）を用いて処理容器２１内部空間の中央から周縁におけるプラズマ密度を測定した。そして、図２１（ａ）に例えば処理容器２１内の圧力が低い場合について、図２１（ｂ）に例えば処理容器２１内の圧力が高い場合について得られた結果を示す。この結果から、圧力が低い場合には、ガスシャワーヘッド４と対極（載置台３）とが電気的に結合し、統計（Stochastic）加熱となり、そのため中央部でのプラズマ密度が強くなり、逆に周縁部ではプラズマ密度が弱くなることが分かった。一方、圧力が高い場合には、ガスシャワーヘッド４と処理容器２１の側壁とが電気的に結合し、誘導（Ohmic）加熱となり、そのため中央部側よりも周縁部側においてプラズマの密度が強くなることが分かった。このような中央部側と周縁部側とにおけるプラズマ密度の偏析は、圧力だけでなく様々な処理条件の変化に起因して生じていた。従って、既述のように、面内に亘って均一にプラズマエッチング処理を行うためには、処理条件毎にプラズマ密度を均一化する必要のあることが分かった。
　（実験例２）
　そこで、ガスシャワーヘッド４に高周波電源４ａから高周波を供給すると共に、誘導コイル７０に高周波を供給することにより、プラズマ密度がどのように変化するかを確認する実験を行った。先ず、誘導コイル７０を用いずに処理容器２１内のプラズマの濃度が均一化するように処理条件（第１の高周波電源部４ａ：１３．４５ＭＨｚ、５０Ｖ）を調整した。そして、この処理条件において第１の高周波電源部４ａ（１３．５６ＭＨｚ）と同じ周波数で電圧が２０Ｖの高周波を第２の高周波電源部７１から誘導コイル７０に供給して、このプラズマの分布がどのように変化するか測定した。この時、電界Ｅ１に対して電界Ｅ２の向きが逆位相及び同位相となるように誘導コイル７０に供給する高周波の位相を夫々調整して、これらの例と誘導コイル７０に高周波を供給しなかった場合（比較対象）と比較した。この結果を図２２及び図２３に示す。
　図２２（ａ）は比較対象のプラズマ密度を示しており、図２２（ｂ）及び図２３（ａ）は電界Ｅ１に対して電界Ｅ２が逆位相となり、図２２（ｃ）及び図２３（ｂ）は電界Ｅ１と電界Ｅ２とが同位相となるように高周波の位相を調整したときのプラズマの密度分布を示している。その結果、電界Ｅ１に対して逆位相の電界Ｅ２を形成することによりプラズマが中央部側に押し込められ、いわば電界Ｅ１が中央部側に閉じこめられていることが分かる。一方、電界Ｅ１と同位相の電界Ｅ２を形成することによりプラズマが周縁部側に引き寄せられているが、処理容器２１の側壁に吸収されるプラズマはほとんど見られず、そのためプラズマのエネルギー損失はほとんど起こっていないことが分かった。従って、電界Ｅ１と電界Ｅ２とが同位相あるいは逆位相となるように誘導コイル７０に供給する高周波の位相を調整することにより、プラズマの濃度が面内において均一化するようにプラズマ密度を調整できることが分かった。
　（実験例３）
　次に、上記の実験２の各例について、数値シミュレーションを用いて処理容器２１内の全電流密度を計算した。この結果を図２４に示す。この結果からも、電界Ｅ１に対して電界Ｅ２が逆位相となることによりプラズマが中央部側に押し込まれ、逆に電界Ｅ１と電界Ｅ２とが同位相となることによりプラズマが周縁部側に引き寄せられていることが分かった。
　（実験例４）
　上記の実験例３と同じ数値シミュレーションを用いてガスシャワーヘッド４及び誘導コイル７０に供給する高周波の周波数を４０ＭＨｚ（図２５）及び１００ＭＨｚ（図２６）に変えて行った結果を示す。その結果、ガスシャワーヘッド４及び誘導コイル７０に供給する高周波の周波数に寄らずに同様の結果が得られることが分かった。

Claims (7)

  1. 　処理容器と、前記処理容器内に設けられた下部電極である載置台と上部電極でありかつ処理ガスの供給部をなすガスシャワーヘッドとを備え、前記下部電極と前記上部電極との間にプラズマ発生用の高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより前記載置台上の基板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、
    　前記上部電極及び下部電極の一方の電極に接続され、前記プラズマ発生用の高周波電力を出力するための第１の高周波電源部と、
    　前記第１の高周波電源部の出力周波数と同じ出力周波数の高周波電力を出力するように設定された第２の高周波電源部と、
    　前記第１の高周波電源部に接続される前記一方の電極を上から見たときに当該一方の電極を囲むように配置され、前記第２の高周波電源部から供給される高周波電力により前記処理容器内に当該処理容器の側壁と前記基板の中央部の上方領域との間を結ぶラインに沿って横方向の電界を形成するための誘導コイルと、
    　第１の高周波電源部からの高周波電力が供給されることにより前記処理容器内における前記一方の電極付近に発生する横方向の電界と前記誘導コイルにより形成される前記横方向の電界とを合成した電界の強度を調整するために、第１の高周波電源部及び第２の高周波電源部から出力される各々の高周波の互いの位相差を調整するための位相差調整手段と、
    を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 　合成した電界の強度の調整作業は、前記第１の高周波電源部により形成される前記横方向の電界と第２の高周波電源部により形成される前記横方向の電界とを同位相または逆位相に設定する作業であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記誘導コイルは、処理容器の周方向に沿って複数配置され、当該複数の誘導コイルの各々と前記第２の高周波電源部とを接続する各導電路の長さが互いに同じであることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記ガスシャワーヘッドに接続され、前記誘導コイルにより誘導された前記電界を前記処理容器の中央部側に引き込むための負電圧供給手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記位相差調整手段は、前記第１の高周波電源部により形成される前記横方向の電界と第２の高周波電源部により形成される前記横方向の電界との位相差を調整するための制御信号を出力する制御部を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記制御部は、前記第１の高周波電源部により形成される前記横方向の電界と第２の高周波電源部により形成される前記横方向の電界とを同位相に調整するための制御信号と逆位相に調整するための制御信号とを選択的に出力する機能を備えていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　基板に対して行われる処理のレシピと、前記位相差調整手段による位相の調整量と、を対応づけて記憶した記憶部を備え、前記制御部は、この記憶部から前記レシピに応じた前記調整量を読み出して制御信号を出力することを特徴とする請求項５または６に記載のプラズマ処理装置。
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