JP5277473B2

JP5277473B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP5277473B2
Application number: JP2008546871A
Authority: JP
Inventors: 愼二仲上; 博彦中野
Original assignee: Samco Inc
Current assignee: Samco Inc
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: TWI422287B; WO2008065744A1; CN101543141B; JP5561812B2; CN101543141A; US8314560B2; CN103347360B; TW200833180A; WO2008065745A1; JPWO2008065744A1; US20100066251A1; JPWO2008065745A1; CN103347360A

Description

本発明は、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマクリーニング処理装置等のプラズマ処理装置に関するものである。

昨今のプラズマ・プロセス技術は従来のように半導体分野に限られることなく、ナノテクノロジーに関連する分野、例えば光デバイス（半導体レーザ、ダイオード等）、MEMS（ジャイロスコープ、センサ等）、カーボンナノチューブ・医療分野・バイオ技術分野（マイクロメス、滅菌等）をはじめとする多岐に亘る分野において応用されている。

応用分野の拡大に伴い、生産性向上の要求も高まっており、プラズマ処理装置の高効率化も当然求められるようになってきた。この高効率化には試料（基板やウエハ）の大型化、処理の高速化、高形状制御性などが含まれている。そして、このような要求に応えるべく、これまで誘導結合プラズマ装置には、誘導コイルの大型化、並列化などの様々な改良がなされてきている。とりわけこうした要求のうち、現在プラズマ処理装置側に強く求められている課題は、大型試料に対応するためのプラズマの均一化である。

プラズマ処理装置において誘導コイルに電流を流すと磁界が誘導され、コイルに電位差を与えたことによって副次的にコイルに静電ポテンシャルが分布し、これが真空中に浮遊する。プラズマに含まれる電子は外部から与えられたポテンシャルをシールドする働きがあるため、コイルとプラズマを隔てている誘電体のポテンシャルの高い部分に集まり、この箇所の電位を下げる作用を及ぼす。これが二次的に正イオンを引きつける要因を作り、誘電体のスパッタが生じる。

しかし、コイルに沿って発生したポテンシャルには対称性が無いため、プラズマ組成は空間的に非対称に分布する。このため、基板処理の際に高い処理均一性を実現することが困難である。このような誘導コイルが副次的に生み出すポテンシャルの問題はコイルの端部効果として知られており、プラズマ装置によって生産されるデバイスの性能を左右する重要な問題として捉えられている。

このコイルの端部効果を解消するための一つの策として、ファラデーシールドと呼ばれる静電シールドが利用されることがある。これは薄い導電性金属のシートであり、プラズマと誘導コイルの間に、つまり誘電体に隣接するように配置される。ファラデーシールドを配置したプラズマ処理装置において誘導コイルに電流を供給すると、誘導電磁場はファラデーシールドを透過してプラズマ中に浸透するが、一方、ポテンシャルはファラデーシールドによって遮蔽され、プラズマ中に及ばないという効果が得られる。

しかしながらファラデーシールドには、シールド材中に渦電流を生じ、誘導コイルによって与えたエネルギーの損失が発生するという問題がある。これを防止することを目的として、シールド材に小窓を多数設けることによって渦電流の流路を切断することが行われているが、シールド効果と電力の損失はトレードオフの関係にあるという問題が依然として残る。また、小窓に関して、その開口比や形状の最適化が面倒で労力が掛かるという問題もある。

端部効果を解消するための他のアプローチとして、端部効果を低減させる効果を狙ったコイルが開発・開示されている。例えば特許文献１において開示されている誘導コイルは、２以上の同一形状のコイル要素を回路的に並列に接続して構成される。前記コイル要素は、その中心が被処理物の中心と一致するように配置されると共に、360°をコイル要素の数で割った角度おきに前記コイル要素の入力端が配置される。また、前記コイル要素は任意の断面形状を有する円環の表面に沿って径方向と高さ方向にずれて立体的に配置される。特許文献１によれば、このようなコイル構成によりコイルの周方向のプラズマ均一性が向上するという効果が得られる。

また、端部効果を低減させるために開発された誘導コイルの他の例として、特許文献２に示されているものもある。特許文献２にて開示されている誘導コイルは、一端にはＲＦ電源が印加される電源端が形成され、他端には接地された接地端が形成されており、少なくとも２つのループ型アンテナが電気的に並列に設けられて構成されている。各ループ型アンテナの電源端と接地端は当該アンテナの中心に対して対称位置に配置される。また、各ループ型アンテナは、その電源端と接地端がチャンバから遠い位置に配置され、各ループ型アンテナの中間部がチャンバから近い位置に配置されるように相互に平行に且つ交差して設置される。

特許文献２によれば、上記構成の誘導コイルを使用することにより、誘導コイルの全区域に亘る均一な電圧分布が可能となり、チャンバ内部におけるプラズマの密度分布を回転方向について対称且つ均一に発生させる効果が得られる。

特開2005-303053号公報（図6）特表2004-537839号公報（図3）

しかし、特許文献１や特許文献２にて開示されているものを含め、これまでに開示されてきたプラズマ処理装置の誘導コイルでは、プラズマの均一性が未だ十分であるとは言えず、改良の余地が残されていた。このような現状を踏まえ、本発明者は大口径なプラズマを、従来より一層均一に生成可能なプラズマ処理装置に想到した。

上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ処理装置の第一の形態は、
被処理物の上方に、同一形状を有するｎ個（ｎは２以上）のコイル要素が被処理物の表面の法線を軸とする回転対称に配置されて成り、且つ、各コイル要素が電気的に並列に接続されて成る誘導コイルを備えており、
前記誘電コイルの各コイル要素は、
被処理物への投影面における同一箇所の下側に接地端、上側に給電端を有するように前記軸を周回しており、
一端に接地端を備えた所定の幅を有する弧状であり、該弧の中心角が360°/nである下面部と、
一端に給電端を備えた所定の幅を有する弧状であり、前記下面部より上側に設けられ、該下面部と電気的に接続されてなる給電部と、
を有する
ことを特徴とする。

また、本発明に係るプラズマ処理装置の第二の形態は、
被処理物の上方に、同一形状を有するｎ個（ｎは２以上）のコイル要素が被処理物の表面の法線を軸とする回転対称に配置されて成り、且つ、各コイル要素が電気的に並列に接続されて成る誘導コイルを備えており、
前記誘電コイルの各コイル要素は、
一端に接地端を備えた所定の幅を有する弧状であり、該弧の中心角が360°/nである下面部と、
一端に給電端を備えた所定の幅を有する弧状であり、前記下面部より上側に設けられ、該下面部と電気的に接続されてなる給電部と、
を有しており、
前記誘導コイルは、被処理物への投影面における同一箇所に、コイル要素の接地端と他のコイル要素の給電端とが位置するようにｎ個のコイル要素が配置されて成る
ことを特徴とする。

本発明に係るプラズマ処理装置によれば、その特徴的なコイルの構成により以下のような効果が達成される。

まず、複数個のコイル要素が回転対称に配置されているため、コイル全体として電圧降下の影響を避けることができ、プラズマの軸対称性を高く保つことができる。従って、端部効果の影響を低減させることができる。また、このことにより、大口径のプラズマを均一に生成することができるようになる。特に、周方向の均一性が高いプラズマを生成することができる。

また、各コイル要素において給電端の下側（被処理物側）に接地端が来るから、コイル要素の接地端がプラズマとコイルの給電端の間に割って入る。従って、プラズマとコイルを絶縁している誘電体のスパッタが生じにくいという効果ももたらされる。

プラズマ処理装置の一実施例であるＩＣＰエッチング装置の概略構成図。第一の形態に係る誘導コイルの概略図。第二の形態に係る誘導コイルの概略図。第三の形態に係る誘導コイルの概略斜視図(H-1)、概略底面図（H-2）。第三の形態に係る誘導コイルの他の例を示す概略斜視図。第三の形態に係る誘導コイルを用いたＩＣＰエッチング装置の実施例の概略構成図。誘導コイルの電気回路図。第１誘導コイルのみに高周波電力を印加したときのエッチングレートの測定結果を示す図。第２誘導コイルのみに高周波電力を印加したときのエッチングレートの測定結果を示す図。第１及び第２誘導コイルに均等に高周波電力を印加したときのエッチングレートの測定結果を示す図。第１誘導コイルに印加する高周波電力の比率を小さくしたときのエッチングレートの測定結果を示す図。第１誘導コイルに印加する高周波電力の比率を小さくしたときのエッチングレートの測定結果を示す図。コイル要素２１の下面部の幅が給電部の幅よりも広いコイル要素の例。 (J)２個、(K)３個のコイル要素から成る誘導コイルの下面部の正面図。下面部が勾玉型である誘導コイルの概略図。 (L)２周回のコイル要素、(M)１．５周回のコイル要素から成る誘導コイルの概略図。被処理物に向かって拡径するプラズマ生成容器を有するプラズマ処理装置の概略構成図。

符号の説明

１０・・・ＩＣＰエッチング装置
１１・・・反応室
１２・・・下部電極
１３・・・気体導入口
１４・・・真空ポンプ
１５・・・石英板
１７・・・プラズマ用高周波電源
１８・・・セルフバイアス用高周波電源
１９・・・被処理物
２０，３０・・・誘導コイル
２１・・・コイル要素
２２・・・接続部
２３・・・給電端
２４・・・接地端
２５・・・給電部
２６・・・下面部
３１・・・第１誘導コイル
３２・・・第２誘導コイル
３５・・・マッチング回路
３８・・・電力分割回路

図１は、本実施例に係るプラズマ処理装置の一実施例であるＩＣＰエッチング装置の概略構成図である。図１のＩＣＰエッチング装置１０は、反応室１１、下部電極１２、気体導入口１３、及び真空ポンプ１４等を備える。下部電極１２の上にはシリコンウエハ等の被処理物１９が載置される。また、反応室１１の上部（外部）には、石英板１５を介して、誘導コイル２０が設けられる。誘導コイル２０は、給電端がプラズマ用高周波電源１７に接続され接地端が接地される。誘導コイル２０の詳細な構成については後述する。また、下部電極１２はセルフバイアス用高周波電源１８に接続されており、反応室１１全体は接地されている。

本発明に係るプラズマ処理装置は、図１に示すようなプラズマ処理装置における誘導コイル２０の構成に特徴を有するものである。そこで以下、誘導コイル２０について詳細に説明を行う。

本発明において、誘導コイル２０は同一形状を有する複数のコイル要素が組み合わされることにより構成される。本発明のプラズマ処理装置は、各コイル要素の巻数が一周回のものと、巻数が一周回以下であるものと、の二種類に大別することができる。本明細書では前者を第一の形態（本発明に係るプラズマ処理装置の第一の形態）、後者を第二の形態（本発明に係るプラズマ処理装置の第二の形態）と呼ぶ。

[第一の形態]
図２は第一の形態に係る誘導コイル２０の概略図であり、図２(A-1)は２個のコイル要素２１が組み合わされて成る誘導コイル２０を示している。また、図２(A-2)は、図２(A-1)の誘導コイル２０を構成するコイル要素２１の模式図である。コイル要素は実際には所定の幅を有するが、図２においては簡略化して描いている。

図２(A-1)に示されているように、誘導コイル２０は同一形状を有する２個のコイル要素２１が、被処理物１９の表面の法線Ｌ（以下「軸Ｌ」とも呼ぶ。図１参照）を共通の軸として回転対称に配置されている。
コイル要素２１は、被処理物へ投影した際に、給電端２３と接地端２４が同一箇所となるように、軸Ｌを一周回するように構成されている。ここで「同一箇所」とは、好ましくは全く同一であるが、複数のコイル要素を組み合わせる際に互いに接することがないように構成する必要があること等の理由から、設計上設けざるを得ない若干のずれも許容するという意味であるものとする。

コイル要素２１は一端が接地端２４となる、所定の幅を有する下面部２６を有している。下面部２６は弧状であり、図２(A-1)に示される、２個のコイル要素２１が組み合わされて成る誘導コイル２０の場合、その中心角は180°である。
下面部２６は接続部２２によって、下面部２６より上側に設けられた給電部２５と電気的に接続されている。給電部２５の接続部２２と反対側の端部は上述したように、プラズマ用高周波電源１７に接続される。図２の例では接続部２２は傾斜して描かれているが、本発明において接続部２２の構成は特に問わない。

第一の形態において、誘導コイル２０を構成するコイル要素２１の数は２個以上である。第一の形態の他の例として、図２(B-1)にはコイル要素２１が３個、図２(C-1)にはコイル要素２１が４個から成る誘導コイル２０の概略図を示す。また、図２(B-2)、及び(C-2)には１個のコイル要素２１のみをハイライトして示す。
ｎ個のコイル要素２１を用いる場合、各コイル要素２１の下面部２６の弧の中心角は360°/ｎとする。これにより、ｎ個のコイル要素を組み合わせた際に、それらの下面部２６全体によって一周が形成され、均一なプラズマ形成が可能となる。
図２に示されている例では、ｎ個のコイル要素２１を互いに接することなく組み合わせるために、誘導コイル２０は下面部２６と給電部２５とを含めてｎ階から成る階層構造となっている。ただし、第一の形態に係る誘導コイル２０は、ｎ階の階層構造に限定される必要はない。

また、絶縁耐圧を上げて、各コイル要素２１の間でスパーク放電を起こさないために、各コイル要素２１の間には絶縁体を設けることが望ましい。絶縁体の例としてはテフロン（登録商標）を好適に用いることができる。また、絶縁体は図２に示すように大気であっても良い。
さらに、組み合わされる各コイル要素２１の間の距離（上下方向の距離）はできる限り近い方が好ましい。これによって、アースシールド効果が誘導結合より強くなるためである。各コイル要素２１間の好適な距離は絶縁体の種類によって異なるが、テフロンの場合には3〜5mm、大気の場合には5〜10mmとするのがよい。
なお、プラズマ用高周波電源１７として13.56MHzを越える高周波電源を用いる場合には、各コイル要素間の距離が3mmより狭くてもスパーク放電が生じにくくなる傾向がある。

プラズマ用高周波電源１７に一般的な高周波電源（13.56MHz）を用いる場合には、プラズマが均一に対称性良く発生できる点で一巻きのコイル要素２１を用いることが好ましい。一方、13.56MHzを越える高周波電源を用いる場合には、コイル要素２１の長さを短くしてインダクタンスを下げることでプラズマを均一に対称性良く発生できるため、一巻きより巻き数の少ないコイル要素２１を用いることが好ましい。このような構成のコイル要素から成る誘導コイルに関して、以下、第二の形態として説明する。

[第二の形態]
図３は第二の形態に係る誘導コイル２０の概略図であり、図３(D-1)は３個のコイル要素２１が組み合わされて成る誘導コイル２０を示している。図３(D-2)は、図３(D-1)の誘導コイル２０を構成するコイル要素２１の模式図である。コイル要素は実際には所定の幅を有するが、図３においては簡略化して描いている。

図３(D-1)に示されているように、誘導コイル２０は同一形状を有する３個のコイル要素２１が、被処理物１９の表面の法線Ｌを共通の軸として回転対称に配置されている。
第二の形態においては、誘導コイル２０を構成するコイル要素２１の数は３個以上とする（コイル要素２１が２個の場合の構成は、上記第一の形態の構成に含まれる。）。
コイル要素２１は、その被処理物への投影像が軸Ｌを中心とする弧状となる。すなわち、コイル要素２１の巻数は一周回以下である。

第二の形態におけるコイル要素２１も、上記第一の形態における場合と同様に、一端が接地端２４となる、所定の幅を有する下面部２６を有している。下面部２６は弧状であり、その中心角は360°/ｎである。すなわち図３(D-1)に示す、３個のコイル要素２１から構成される誘導コイル２０の場合には、その中心角は120°となる。
下面部２６は接続部２２によって、下面部２６より上側に設けられた給電部２５と電気的に接続されている。給電部２５の接続部２２と反対側の端部は上述したように、プラズマ用高周波電源１７に接続される。

第二の形態では、このようなｎ個のコイル要素２１を、被処理物への投影面における同一箇所に、あるコイル要素２１の接地端２４と他のコイル要素２１の給電端２３とが位置するように、それぞれ回転対称となるように配置する。コイル要素が３個から成る場合（図３(D-1)）には、各コイル要素２１を120°ずつ回転させて配置することにより、接地端２４と給電端２３が投影面において同一箇所となる。なお、この「同一箇所」は、上記第一の形態において述べたものと同じ意味である。

第二の形態の他の例として、図３(E-1)にはコイル要素が４個、図３(F-1)にはコイル要素２１が５個、図３(G-1)にはコイル要素２１が６個から成る誘導コイル２０の概略図を示す。また、図３(E-2)、(F-2)、(G-2)にはそれぞ図３(E-1)、(F-1)、(G-1)の誘導コイル２０を構成する一つのコイル要素２１を示す。図３に示されている例ではｎ個のコイル要素２１を互いに接すること無く組み合わせるために、誘導コイル２０は下面部２６と給電部２５とを含めた二階層構造となっているが、第二の形態に係る誘導コイル２０は二階層構造に限定される必要はない。

なお、第二の形態においても、上記第一の形態において説明したのと同様に、各コイル要素２１間に絶縁体を設け、各コイル要素２１間の距離を出来る限り近くすることが望ましい。

周方向だけでなく径方向の均一性も高いプラズマを生成でき、全体として、より均一性が高いプラズマを生成できる点で、本発明のプラズマ処理装置は径の異なる２以上の誘導コイルを同心状に設けることが好ましい。これにより、より大口径化したウエハをプラズマ処理する場合であっても、ウエハの中心部分と周縁部分を均一にプラズマ処理することが可能となる。つまり、周方向及び径方向に均一なプラズマ処理ができる。
このような構成の誘導コイルに関して、以下、第三の形態として説明する。

[第三の形態]
図４は第三の形態に係る誘導コイル３０の一例を示す概略図である。第三の形態に係る誘導コイル３０は第１誘導コイル３１(アウターコイル)と、この第１誘導コイル３１の内周部に配置された、前記第１誘導コイル３１よりも半径が小さい第２誘導コイル３２(インナーコイル)から構成されている。第１及び第２誘導コイル３１，３２は被処理物１９（図１参照）の表面の法線Ｌを共通の軸として同心状に配置されている。

第１及び第２誘導コイル３１，３２は、上述した第一及び第二の形態の誘導コイルのいずれかから構成されている。各誘導コイル３１，３２は電気的に並列に接続されているが、電気的に独立していても構わない。
図４(H-1)及び(H-2)に示す誘導コイル３０は、第１及び第２誘導コイル３１，３２の両方が第一の形態の誘導コイルから構成された例を示している。図４では、第１誘導コイル３１と第２誘導コイル３２を区別するために、第２誘導コイル３２をハイライトで示している。

図４(H-1)及び(H-2)に示す例では、第１誘導コイル３１は、法線Ｌを共通の軸として回転対称に配置された同一形状を有する５個のコイル要素２１から構成され、第２誘導コイル３２は法線Ｌを共通の軸として回転対称に配置された同一形状を有する３個のコイル要素２１から構成されている。各誘導コイル３１，３２のコイル要素２１はそれぞれ電気的に並列に接続されている。

誘導コイルを５個のコイル要素２１から構成した場合は各コイル要素２１の弧状の下面部２６の中心角は72゜となり、誘導コイルを３個のコイル要素２１から構成した場合は下面部の中心角は120゜となる。図４（H-2)に示すように、第１及び第２誘導コイル３１，３２は、各コイル要素２１の下面部２６の接地端２４の位置が一致しないように配置されている。
尚、各コイル要素２１は実際には所定の幅を有するが、図４では簡略化して描いている。

第三の形態の他の例として、図５(I-1)には第１及び第２誘導コイル３１，３２の両方が第二の形態の誘導コイルからなる場合、図５(I-2)には第１誘導コイル３１が第一の形態の誘導コイルから成り、第２誘導コイル３２が第二の形態の誘導コイルから成る場合、図５(I-3)には第１誘導コイル３１が第二の形態の誘導コイルから成り、第２誘導コイル３２が第一の形態の誘導コイルから成る場合の誘導コイル３０の概略図を示す。いずれも第１誘導コイル３１は５個のコイル要素２１から成り、第２誘導コイル３２は３個のコイル要素から成るが、各誘導コイル３１，３２は適宜の数のコイル要素２１から構成することができる。

ただし、第１誘導コイル３１のコイル要素の数が第２誘導コイル３２のコイル要素の数と同じ又は少ない場合は、第２誘導コイル３２よりも第１誘導コイル３１の方が各コイル要素の下面部が長くなる。発明者の実験によると、第２誘導コイル３２の各下面部よりも第１誘導コイル３１の各下面部の方が長くなるとプラズマの均一性が低下する傾向が見られたことから、第１誘導コイルのコイル要素の数は第２誘導コイルのコイル要素の数よりも多いことが好ましい。
また、第三の形態の誘導コイル３０は、２個に限らず３個以上の誘導コイルから構成しても良い。

図６は、第三の形態に係る誘導コイル３０を石英板１５の上部に配置して成るＩＣＰエッチング装置１０の概略構成図を示している。図６では、気体導入部や真空ポンプ、冷却装置等の図示を省略している。
図６に示す誘導コイル３０は図４に示したものと同様の構成を有しており、５個のコイル要素から成る第１誘導コイル３１と、３個のコイル要素から成る第２誘導コイル３２から構成されている。第１及び第２誘導コイル３１，３２は、スペーサ３４によって各上面が同一平面上に位置するように石英板１５上に配置されている。

第１及び第２誘導コイル３１，３２は被処理物１９であるシリコンウエハの表面の法線のうち該シリコンウエハの中心軸Ｌを共通の軸として配置されている。第１及び第２誘導コイル３１，３２の半径はそれぞれ185ｍｍ及び125ｍｍに設定されている。各誘導コイル３１，３２のコイル要素２１は、一端が接地端２４となる約15ｍｍの幅を有する弧状の下面部２６を有している。また、各コイル要素２１は、一端が給電端２３となる15ｍｍの幅を有する弧状の給電部２５を有している。

第１及び第２誘導コイル３１，３２の各コイル要素２１間には厚さが3ｍｍのポリテトラフルオロエチレン（PTFE）が配置されており、以て各コイル要素２１間が絶縁されている。各コイル要素２１は同一の厚みを有することから、５個のコイル要素から成る第１誘導コイル３１は、３個のコイル要素から成る第２誘導コイル３２よりも高さ寸法が大きい。

図７は、図６に示すＩＣＰエッチング装置１０の第１及び第２誘導コイル３１，３２の電気回路図を示している。図７では、第１及び第２誘導コイル３１，３２を１本の曲線で示しているが、実際は５個のコイル要素及び３個のコイル要素から成る。
図７に示すように、第１及び第２誘導コイル３１，３２の給電端２３は共通のプラズマ用高周波電源１７に接続されている。高周波電源１７のインピーダンスと第１及び第２誘導コイル３１，３２の総インピーダンスを等しくするために、高周波電源１７と第１及び第２誘導コイル３１，３２の給電端２３の間にはマッチング回路３５が接続されている。マッチング回路３５は、高周波電源１７と第１及び第２誘導コイル３１，３２の間に直列に接続された可変コンデンサ３６及び並列に接続された可変コンデンサ３７から構成されている。

また、第１誘導コイル３１と第２誘導コイル３２に印加される高周波電力の比率を調整するために、マッチング回路３５と第１誘導コイル３１の間には電力分割回路３８が直列に接続されている。電力分割回路３８は、マッチング回路３５と第１誘導コイル３１の間に直列に接続された固定コンデンサ３９及び並列に接続された可変コンデンサ４０から構成されている。
尚、図示しないが、各コイル要素２１には、各誘導コイル３１，３２に印加された高周波電力が銅線ケーブルによって均等に印加されるようになっている。

図８〜図１２は、上述の誘導コイル３０を備えたＩＣＰエッチング装置１０を用いて直径が約300mm(１２インチ)のシリコンウエハをエッチングしたときのエッチングレートの測定結果を示している。エッチングは、エッチングガスとしてSF6を600sccmの流量で反応容器に導入し、該容器内の圧力を２Paとして行った。
エッチングレートの測定は、シリコンウエハの中心を通過してオリエンテーション・フラットに平行な方向（Hxis)と、シリコンウエハの中心を通過してオリエンテーション・フラットに垂直な方向（Axis)のそれぞれについて数箇所ずつ評価した。図８〜図１２において、横軸は中心からの距離（mm）を、縦軸はエッチングレート(μm/min)を示している。

まず、第１誘導コイル３１のみに13.56MHz、2000Wの高周波電力を供給したときのエッチングレートを測定した。図８はその結果を示している。図８に示すように、この場合はオリエンテーション・フラットに平行な方向及び垂直な方向のエッチングレートはほぼ一致し、且つ、左右対称な形状を示した。このことから、第１誘導コイル３１のみに高周波電力を供給すると、周方向の均一性が高いプラズマを生成できることが分かる。一方、シリコンウエハの中心付近のエッチングレートに比べて外周付近のエッチングレートの方が高くなる傾向が見られた。

次に、第２誘導コイル３２のみに13.56MHz、2000Wの高周波電力を供給したときのエッチングレートを測定した。図９はその結果を示している。図９に示すように、この場合もオリエンテーション・フラットに平行な方向及び垂直な方向のエッチングレートはほぼ一致し、且つ、左右対称な形状を示した。従って、第２誘導コイル３２のみに高周波電力を供給した場合も、周方向の均一性が高いプラズマを生成できる。これに対して、シリコンウエハの中心付近のエッチングレートに比べて外周付近のエッチングレートの方が低くなった。これは、第２誘導コイル３２の方がシリコンウエハよりも直径寸法が小さいことに起因すると考えられる。

続いて、第１及び第２誘導コイル３１，３２に合計で2000Wの13.56MHzの高周波電力を供給したときのエッチングレートを測定した。図１０は電力分割回路３８に300pFの固定コンデンサ３９を用い、第１誘導コイル３１と第２誘導コイル３２に高周波電力が均等に印加されるように調整したときのエッチングレートを示している。また、図１１及び図１２は、第１誘導コイル３１に印加される高周波電力の比率を小さくするために、電力分割回路３８に400pF,500pFの固定コンデンサ３９を用いたときのエッチングレートを示している。

図１０〜図１２に示すように、いずれの場合もオリエンテーション・フラットに平行な方向及び垂直な方向のエッチングレートはほぼ一致しており、周方向の均一性が高いプラズマを生成できることが分かる。
一方、第１及び第２誘導コイル３１，３２に高周波電力を均等に印加した場合は、第１誘導コイル３１のみに高周波電力を印加したときよりは改善がみられるものの、シリコンウエハの中心付近よりも外周付近の方がエッチングレートが高くなった。この傾向は第１誘導コイル３１に印加される高周波電力の比率を小さくすることにより改善され、電力分割回路３８に500pFの固定コンデンサ３９を用いたときは、シリコンウエハの全体に亘ってほぼ同一のエッチングレートを示した（図１１及び図１２参照）。発明者の計算によると、500pFの固定コンデンサ３９を用いたときのエッチング均一性は±３％程度であった。

このように、第三の形態に係る誘導コイル３０は、第１及び第２誘導コイル３１，３２から構成したことから、シリコンウエハの全体に亘って均一なプラズマを生成することができる。また、第１及び第２誘導コイル３１，３２に印加する高周波電力の比率や両コイル３１，３２の直径寸法、第１誘導コイル３１の下面部に対する第２誘導コイル３２の下面部の高さ位置等を適宜、調整することにより、プラズマの周方向及び径方向の一層の均一化を図ることができる。

以上、本発明に係るプラズマ処理装置の第一〜第三の形態について説明を行ったが、上記は例に過ぎない。以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の他の形態を挙げる。なお、以下の形態は、上記第一〜第三の形態の誘導コイル２０のいずれにも適用可能である。

（変形例１）コイル要素２１の下面部２６の幅（軸方向への厚み）を、給電部２５の幅よりも広くする。図１３に、この構成を有するコイル要素２１の一例を示す。この構成により、一層均一なプラズマを生成することが可能となり、さらに大口径の試料を処理することが実現可能となる。

（変形例２）コイル要素２１の下面部２６の形状を勾玉型とする。なお、この形態では、複数のコイル要素２１を組み合わせたときに各コイル要素２１の下面部２６が重ならないようにする。
このような勾玉型形状を有する下面部２６の例として、図１４(J）に２個のコイル要素２１から成る誘導コイル２０の下面部２６の正面図、図１４(K)に３個のコイル要素２１から成る誘導コイル２０の下面部２６の正面図を示す。
また、図１５(J-1)に２個のコイル要素２１から成り、下面部２６が勾玉型である誘導コイル２０の概略図を示す。図１５(J-2)は図１５(J-1)に示した誘導コイル２０を構成するコイル要素２１の概略図である。

図１４及び図１５に示した例では、複数のコイル要素が組み合わされたとき、下面部２６によって下面の全てが覆われているが、下面の中央に空間が生じるように構成してももちろん構わない。
このような勾玉型の下面部とすることにより、均一性の高いプラズマ生成が可能となり、大型な試料の処理を高い均一性を以て行うことができる。

(変形例３）各コイル要素２１の巻数を１周回よりも大きくする。図１６に、この構成を有するコイル要素２１の例を示す。図１６(L)及び図１６(M)は２個のコイル要素２１から成る誘導コイル２０において、コイル要素２１を２周回（L)、コイル要素２１を１．５周回（M)とした例の概略図を示す。図１６(L-1)及び図１６(M-1)では、１個のコイル要素２１のみをハイライトして示している。
図１６(L)の例では、各コイル要素の接地端と給電端とが、被処理物への投影面における同一箇所の下側と上側に位置する。図１６(M)の例では、各コイル要素の接地端と他のコイル要素の給電端とが、被処理物への投影面における同一箇所の下側と上側に位置する。

（誘導コイルの配置）
本発明に係るプラズマ処理装置は、図１に示したような石英板１５の直上に誘導コイル２０を配置するという構成に限定されることはなく、自由に誘導コイルの設置位置を変更することが可能である。例えば、生成するプラズマの形状をよりコントロールしやすくするために、図１７に示すような、被処理物に向かって拡径する円錐台形状に形成されたプラズマ生成容器を有するプラズマ処理装置が従来知られているが、本発明に係る誘導コイル２０をこのような生成容器の外側に設けてももちろん構わない（ただし、誘導コイル２０が上記変形例２の構成である場合は除く）。また、誘導コイル２０は、本発明に係るプラズマ処理装置において複数個、複数段に亘って設けられてもよい。図１７のプラズマ処理装置では、４個の誘導コイル２０が配置されている。なお、図１７ではプラズマ用高周波電源１７や接地の構成については省略してある。

プラズマ生成容器が円錐台形状であるときには、各コイル要素の内面部や給電部は、その幅（厚み）を上下方向（被処理物に対する垂線方向）に、又はプラズマ生成容器の外壁面に沿う上下方向に有するように構成するのが好ましい。

（コイル要素の数）
各誘導コイルのコイル要素の数は適宜設定することができる。ただし、コイル要素の数が少ないほど各コイル要素の下面部の中心角が大きくなり、当該下面部の両端の電圧差が大きくなる。下面部の両端の電圧差が大きいほどプラズマの均一性が損なわれるため、各誘導コイルのコイル要素の数は多い方が好ましい。ただし、製造困難性、発熱したコイルの冷却性の問題を考慮すると、コイル要素の数は７個程度までにすることが好適であると思われる。

Claims

被処理物の上方に、同一形状を有するｎ個（ｎは２以上）のコイル要素が被処理物の表面の法線を軸とする回転対称に配置されて成り、且つ、各コイル要素が電気的に並列に接続されて成る誘導コイルを備えており、
前記誘電コイルの各コイル要素は、
被処理物への投影面における同一箇所の下側に接地端、上側に給電端を有するように前記軸を周回しており、
一端に接地端を備えた所定の幅を有する弧状であり、該弧の中心角が360°/nである下面部と、
一端に給電端を備えた所定の幅を有する弧状であり、前記下面部より上側に設けられ、該下面部と電気的に接続されてなる給電部と、
を有する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
被処理物の上方に、同一形状を有するｎ個（ｎは２以上）のコイル要素が被処理物の表面の法線を軸とする回転対称に配置されて成り、且つ、各コイル要素が電気的に並列に接続されて成る誘導コイルを備えており、
前記誘電コイルの各コイル要素は、
一端に接地端を備えた所定の幅を有する弧状であり、該弧の中心角が360°/nである下面部と、
一端に給電端を備えた所定の幅を有する弧状であり、前記下面部より上側に設けられ、該下面部と電気的に接続されてなる給電部と、
を有しており、
前記誘導コイルは、被処理物への投影面における同一箇所に、コイル要素の接地端と他のコイル要素の給電端とが位置するようにｎ個のコイル要素が配置されて成る
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
誘導コイルを構成する各コイル要素間に絶縁体が設けられており、各コイル要素が互いに絶縁されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
前記各コイル要素の下面部の幅が給電部の幅よりも広いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記各コイル要素の下面部が勾玉型であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマ処理装置が、被処理物に向かって拡径する円錐台形状に形成されたプラズマ生成容器を備えており、前記誘導コイルが該プラズマ生成容器の外周側面の一部に巻き付けられて成る
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
径の異なる２以上の誘導コイルが同心状に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。