JP5851681B2

JP5851681B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP5851681B2
Application number: JP2010215113A
Authority: JP
Inventors: 山澤　陽平; 陽平山澤; 輿水　地塩; 地塩輿水; 昌司斉藤; 一樹傳寳; 山涌　純; 山涌　　純
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Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2016-02-03
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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。したがって、プロセスレシピで圧力が変更されても、それに追従して基板上のプラズマ密度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、簡易な補正コイル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型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、誘電体の窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の外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、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、前記補正コイルの電流路に設けられるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を所望のデューテイ比でパルス幅変調によりオン／オフ制御するスイッチング制御部とを有する。

上記第１の観点によるプラズマ処理装置においては、上記のような構成により、特に上記補正コイルと上記スイッチング素子と上記スイッチング制御部と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磁界に対する補正コイルの作用（コイル導体と重なる位置辺りで誘導結合により生成されるコアなプラズマの密度を局所的に低減させる効果）を定型的かつ安定に得ることが可能である。さらには、そのような補正コイル効果（コアなプラズマの密度を局所的に低減させる効果）の度合いを略リニアに制御することもできる。これによって、基板保持部上の基板の近傍でプラズマ密度分布を任意かつ精細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、天井に誘電体の窓を有する処理容器と、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、両端がギャップを介して開放している環状のコイル導体を有し、径方向において前記ＲＦアンテナの内周と外周との間で電磁誘導により結合可能な位置で前記ＲＦアンテナの上に配置される補正コイルと、前記補正コイルのギャップに設けられる可変抵抗と、前記可変抵抗の抵抗値を所望の値に制御する抵抗制御部とを有する。

上記第２の観点によるプラズマ処理装置においては、上記のような構成により、特に上記補正コイルと上記可変抵抗と上記抵抗制御部と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磁界に対する補正コイルの作用（コイル導体と重なる位置辺りで誘導結合により生成されるコアなプラズマの密度を局所的に低減させる効果）を定型的かつ安定に発揮させることが可能である。さらには、そのような補正コイル効果（コアなプラズマの密度を局所的に低減させる効果）の度合いを略リニアに制御することもできる。これによって、基板保持部上の基板の近傍でプラズマ密度分布を任意かつ精細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３の観点におけるプラズマ処理装置は、誘電体窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の外に配置される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、前記ＲＦアンテナから独立したループを有し、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、前記補正コイルのループ内に設けられる開閉器とを有し、前記補正コイルは、両端の閉じた単巻コイルまたは複巻コイルからなり、前記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体が前記ＲＦアンテナの内周と外周との間に位置するようなコイル径を有する。

上記第３の観点によるプラズマ処理装置においては、上記のような構成により、特に上記補正コイルと上記開閉器とを備える構成により、そして上記補正コイルが、両端の閉じた単巻コイルまたは複巻コイルからなり、上記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、径方向において上記コイル導体が上記ＲＦアンテナの内周と外周との間に位置するようなコイル径を有する構成により、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磁界に対する補正コイルの作用（コイル導体と重なる位置辺りで誘導結合により生成されるコアなプラズマの密度を局所的に低減させる効果）を選択的に得ることが可能である。

本発明の第４の観点におけるプラズマ処理装置は、誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記誘電体窓の外に配置される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、それぞれ前記ＲＦアンテナから独立したループを有し、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される第１および第２の補正コイルと、前記第１および第２の補正コイルのループ内にそれぞれ設けられる第１および第２の開閉器とを有し、前記誘電体窓が前記処理容器の天井を構成し、前記ＲＦアンテナは前記誘電体窓の上に配置され、前記第１および第２の補正コイルは前記ＲＦアンテナと平行に配置され、前記第１および第２の補正コイルは同心状に配置される。

上記第４の観点によるプラズマ処理装置においては、上記のような構成により、特に上記第１および第２の補正コイルと上記第１および第２の開閉器とを備える構成により、そして、上記誘電体窓が上記処理容器の天井を構成し、上記ＲＦアンテナは上記誘電体窓の上に配置され、上記第１および第２の補正コイルは上記ＲＦアンテナと平行に配置され、上記第１および第２の補正コイルが同心状に配置される構成により、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磁界に対する各補正コイルの作用（コイル導体と重なる位置辺りで誘導結合により生成されるコアなプラズマの密度を局所的に低減させる効果）を選択的に得ることが可能であり、さらには第１の補正コイルと第２の補正コイルとの組み合わせで補正コイル全体の作用形態（プロファイル）を多種多様に選択することもできる。

本発明のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によれば、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部に特別な細工を必要とせずに、簡易な補正コイル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処理装置の構成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。完全無端型の補正コイルをＲＦアンテナから遠く離して配置したときの電磁界的な作用の一例を模式的に示す図である。完全無端型補正コイルをＲＦアンテナの近くに配置したときの電磁界的な作用の一例を模式的に示す図である。完全無端型補正コイルをＲＦアンテナから遠く離して配置したときの電磁界的な作用の別の例を模式的に示す図である。完全無端型補正コイルをＲＦアンテナの近くに配置したときの電磁界的な作用の別の例を模式的に示す図である。完全無端型補正コイルとＲＦアンテナの距離間隔を変えたときの誘電体窓の近くの処理空間における電流密度分布の変化を示す図である。第１の実施形態における補正コイルおよびスイッチング機構の一構成例を示す図である。上記スイッチング機構の具体的構成例を示す図である。上記スイッチング機構によるＰＷＭ制御を示す図である。多層レジスト法の工程を段階的に示す図である。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補正コイルの通電デューティ・レシオを可変制御する方法を示す図である。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補正コイルおよび抵抗可変機構の一構成例を示す図である。上記抵抗可変機構の具体的構成例を示す図である。上記抵抗可変機構における一抵抗ポジションを示す図である。上記抵抗可変機構における別の抵抗ポジションを示す図である。上記抵抗可変機構における別の抵抗ポジションを示す図である。第１の実施形態の一変形例における補正コイルおよびスイッチング機構の一構成例を示す図である。第２の実施形態の一変形例における補正コイルおよび抵抗可変機構の一構成例を示す図である。図１５または図１６の構成例における作用の一例を示す図である。図１５または図１６の構成例における作用の一例を示す図である。図１５または図１６の構成例における作用の一例を示す図である。第３の実施形態における補正コイルおよび開閉機構の一構成例を示す図である。一変形例における補正コイルおよび開閉機構の一構成例を示す図である。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単一型補正コイルに設けられる開閉器の開閉状態を制御する方法を示す図である。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双子型補正コイルに設けられる２つの開閉器の開閉状態を制御する方法を示す図である。別の実施形態における補正コイルおよび切替スイッチ回路網を示す図である。別の実施形態における補正コイルおよび切替スイッチ回路網を示す図である。補正コイルを空冷放式で冷却する実施例を示す図である。補正コイルを冷媒を介して冷却する一実施例を示す図である。

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１０につき、本発明の第１の実施形態を説明する。

図１に、第１の実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置の構成を示す。この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ＲＦ_L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または冷媒流路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ｃｗ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２Ａ）または各一周内で半径一定の同心円コイル（図２Ｂ）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の他端は、図示省略するが、アース線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ＲＦ_H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、補正コイル）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の天板の上に設けられる大気圧空間のアンテナ室内でＲＦアンテナ５４と電磁誘導により結合可能な補正コイル７０と、この補正コイル７０に誘導電流が流れる通電のデューティ・レシオを可変制御するためのスイッチング機構１１０とを備えている。補正コイル７０およびスイッチング機構１１０の構成および作用は後に詳細に説明する。

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、スイッチング機構１１０、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。

この誘導結合型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を閉めてから、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ＲＦ_Hを所定のＲＦパワーで出力させ、整合器５８，給電線６０を介してＲＦアンテナ５４に高周波ＲＦ_H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ＲＦ_Lを所定のＲＦパワーで出力させ、この高周波ＲＦ_L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の下の処理空間に均一に拡散する。ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦ_H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ＲＦ_H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ＲＦ_H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ＲＦ_Hのパワーやチャンバ１０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。

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磁界に対して補正リング７０により電磁界的な補正をかけるとともに、プロセス条件（チャンバ１０内の圧力等）に応じてスイッチング機構１１０により補正コイル７０の通電デューティ・レシオを可変するようにしている。

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補正リング７０およびスイッチング機構１１０の構成および作用を説明する。

より詳しくは、補正コイル７０は、図６に示すように両端が適度なギャップｇを挟んで開放した円環状の単巻コイル（または複巻コイル）からなり、径方向においてコイル導体がＲＦアンテナ５４の内周と外周との間（好ましくは真ん中付近）に位置するようにＲＦアンテナ５４に対して同軸に配置され、ＲＦアンテナ５４に近接した一定の高さ位置で絶縁性のコイル保持部材（図示せず）により水平に保持されている。補正コイル７０の材質は、導電率の高いたとえば銅系の金属が好ましい。

なお、本発明において「同軸」とは、複数のコイルまたはアンテナのそれぞれの中心軸線が互いに重なっている位置関係であり、それぞれのコイル面またはアンテナ面が軸方向または縦方向で互いにオフセットしている場合だけでなく同一面上で一致している場合（同心状の位置関係）も含む。

ここで、補正コイル７０にギャップｇが無い構成を完全無端型の補正コイル７０'と称し、この完全無端型補正コイル７０'の高さ位置を変えた場合の作用を説明する。

先ず、図３Ａに示すように、完全無端型補正コイル７０'の高さ位置を上限値付近に設定したときは、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦ_H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は、完全無端型補正コイル７０'から何の影響も受けずに誘電体窓５２の下の処理空間を半径方向に通過するループ状の磁力線を形成する。

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ＲＦ_Hの電流の大きさに関係なく常に零であり、半径方向においてＲＦアンテナ５４の内周と外周のちょうど中間辺り（以下、「アンテナミドル部」と称する。）と重なる位置で極大になり、高周波ＲＦ_H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の近くでＲＦアンテナ５４と同軸に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３Ａ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と対応する位置で高く（極大のままで）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３Ｂに示すように、完全無端型補正コイル７０'の高さ位置をたとえば下限値付近まで下げると、図示のように、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦ_H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は、完全無端型補正コイル７０'により電磁誘導の反作用の影響を受ける。この電磁誘導の反作用は、完全無端型補正コイル７０'のループ内を貫く磁力線（磁束）の変化に逆らおうとする作用であり、完全無端型補正コイル７０'のループに誘導起電力が発生して電流が流れる。

こうして、完全無端型補正コイル７０'からの電磁誘導の反作用により、完全無端型補正コイル７０'のコイル導体（特にアンテナミドル部）の略真下の位置で、誘電体窓５２近くの処理空間における磁束密度の半径方向（水平）成分Ｂｒが局所的に弱められ、それによって方位角方向の誘導電界の強度も、磁束密度Ｂｒと同様にアンテナミドル部と対応する位置で局所的に弱められる。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。

図３Ａに示すようなプラズマの拡散形態は一例であり、たとえば圧力が低いときは、チャンバ１０の中心部にプラズマが集まりすぎて、図４Ａに示すようにサセプタ１２近傍の電子密度（プラズマ密度）が相対的に中心部で極大となるような山形のプロファイルを示す場合がある。

このような場合でも、図４Ｂに示すように、完全無端型補正コイル７０'をたとえば下限値付近まで下げると、図示のように、完全無端型補正コイル７０'のコイル導体と重なるミドル部の位置で、誘電体窓５２近くの処理空間における磁束密度の半径方向（水平）成分Ｂｒが局所的に弱められ、それによってチャンバ中心部ヘのプラズマの集中が弱まり、サセプタ１２近傍のプラズマ密度が径方向でほどよく均一化される。

本発明者は、上記のような完全無端型補正コイル７０'の作用を電磁界シミュレーションにより検証した。すなわち、ＲＦアンテナ５４に対する完全無端型補正コイル７０'の相対的高さ位置（距離間隔）をパラメータとし、パラメータの値を５ｍｍ、１０ｍ、２０ｍｍ、無限大（補正コイル無し）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５に示すような検証結果が得られた。

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、完全無端型補正コイル７０'の内周半径および外周半径をそれぞれ１００ｍｍ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、円盤形状の抵抗体で模擬し、この抵抗体の直径を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ＲＦ_Hの周波数は１３．５６ＭＨｚとした。

図５から、ＲＦアンテナ５４と電磁誘導で結合する高さ位置に完全無端型補正コイル７０'を配置すると、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度は補正コイル７０のコイル導体と重なる位置（図示の例ではアンテナミドル部と重なる位置）付近で局所的に低減することと、ＲＦアンテナ５４に完全無端型補正コイル７０'を近づけるほどその局所的低減の度合いが略リニアに大きくなることがわかる。

この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置（図１）は、上記のような完全無端型補正コイル７０'を用いる代わりに、図６に示すように、両端が適度なギャップｇを挟んで開放した単巻コイル（または複巻コイル）からなる補正コイル７０を使用し、この補正コイル７０の両開放端の間にスイッチング素子１１２を接続している。

スイッチング機構１１０は、このスイッチング素子１１２をパルス幅変調（ＰＷＭ）により一定周波数（たとえば１〜１００ｋＨｚ）でオン／オフ制御またはスイッチング制御するスイッチング制御回路１１４を有している。

図７に、スイッチング機構１１０の具体的な一構成例を示す。この構成例では、スイッチング素子１１２として、一対のトランジスタ（たとえばＩＧＢＴまたはＭＯＳトランジスタ）１１２Ａ，１１２Ｂを互いに逆向きで並列に接続し、各々のトランジスタ１１２Ａ，１１２Ｂと直列に逆バイアス保護用のダイオード１１６Ａ，１１６Ｂを接続している。

両トランジスタ１１２Ａ，１１２Ｂは、スイッチング制御回路１１４からのＰＷＭ制御信号ＳＷによって同時にオン／オフする。オン期間中、高周波の前半の半周期で補正コイル７０を正方向に流れる正極性の誘導電流ｉ₊は第１のトランジスタ１１２Ａおよび第１のダイオード１１６Ａを流れ、高周波の後半の半周期で補正コイル７０を逆方向に流れる負極性の誘導電流ｉ_-は第２のトランジスタ１１２Ｂおよび第２のダイオード１１６Ｂを流れるようになっている。

スイッチング制御回路１１４は、図示省略するが、たとえば上記一定周波数の三角波信号を発生する三角波発生回路と、所望のデューティ・レシオ（一周期のパルスのオン期間の比率）に対応する可変の電圧レベルで電圧信号を発生する可変電圧信号発生回路と、上記三角波信号と上記可変電圧信号のそれぞれの電圧レベルを比較してその大小関係に応じた２値のＰＷＭ制御信号ＳＷを生成するコンパレータと、両トランジスタ１１２Ａ，１１２ＢをＰＷＭ制御信号ＳＷで駆動する駆動回路とを有している。ここで、所望のデューティ・レシオは、主制御部７４より所定の制御信号Ｓ_Dを通じてスイッチング制御回路１１４に与えられる。

この実施形態によれば、上記のような構成のスイッチング機構１１０により、プラズマプロセス中に補正コイル７０の通電デューティ・レシオをＰＷＭ制御により制御し、図８に示すように、その通電デューティ・レシオを０％〜１００％の範囲内で任意に可変制御することができる。

ここで重要なことは、上記のようなＰＷＭ制御により補正コイル７０に誘導電流ｉを流す通電のデューティ・レシオを０％〜１００％の範囲で任意に可変することは、上述したような完全無端型補正コイル７０'の高さ位置を上限位置付近のホームポジションＨ_PとＲＦアンテナ５４に近接した下限位置との間で任意に可変することと機能的に等価であるということである。別な見方をすれば、スイッチング機構１１０により、補正コイル７０をＲＦアンテナ５４近傍の高さ位置に固定したままで、図５の特性を装置的に実現することが可能である。これによって、プラズマ密度分布制御の自由度および精度の向上を簡便に達成することができる。

したがって、プロセスレシピでプロセス条件の全部または一部が変わる度毎に、スイッチング機構１１０を通じて補正コイル７０の通電デューティ・レシオを可変制御することで、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦ_H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に対する補正コイル７０の作用、つまり補正コイル７０のコイル導体と重なる位置辺り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）を任意かつ精細に調節することができる。

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９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９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９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９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９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、補正コイル７０を全然機能（通電）させない場合は、第１および第２ステップのプロセス（圧力１０mTorr以下）では図４Ａ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、補正コイル７０の通電デューティ・レシオ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方式のエッチングプロセスを実行する際に、主制御部７４が通電デューティ・レシオを表わすデータをメモリから読み出し、各ステップ毎にスイッチング機構１１０を通じて補正コイル７０の通電デューティ・レシオを設定値に合わせる。

たとえば、図９のような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を実施する場合は、図１０に示すように、第１ステップ（１０mTorr）では比較的大きいデューティ・レシオＤ₁に、第２ステップ（５mTorr）では更に大きいデューティ・レシオＤ₂に、第３ステップ（５０mTorr）では比較的小さいデューティ・レシオＤ₃に、補正コイル７０の通電デューティ・レシオをステップ毎に切り換える。

また、プラズマ着火性の観点から、各ステップのプロセス開始直後は、補正コイル７０の通電を強制的にオフ状態に保持してプラズマを安定確実に着火させ、プラズマの着火後に設定値の通電デューティ・レシオに合わせる手法も効果的である。

［第２の実施形態］

次に、図１１〜図１４につき、本発明の第２の実施形態を説明する。

図１１に、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。

この第２の実施形態の特徴は、上述した第１の実施形態と対比すると、スイッチング機構１１０の代わりに抵抗可変機構１２０を備える構成にある。

より詳しくは、補正コイル７０は、両端が適度なギャップｇを挟んで開放した円環状の単巻コイルまたは複巻コイルからなり、径方向においてコイル導体がＲＦアンテナ５４の内周と外周との間（好ましくは真ん中付近）に位置するようにＲＦアンテナ５４に対して同軸に配置され、ＲＦアンテナ５４に近接した高さ位置で絶縁性のコイル保持部材（図示せず）により水平に保持されている。

抵抗可変機構１２０は、図１２に示すように、補正コイル７０の両開放端に接続される可変抵抗１２２と、この可変抵抗１２２の抵抗値を所望の値に制御する抵抗制御部１２４とを有している。

図１３に、抵抗可変機構１２０の具体的構成例を示す。この構成例における可変抵抗１２２は、補正コイル７０の両開放端の間のギャップｇを塞ぐように絶縁体１２６を介して挿入された抵抗率の高い金属系または炭素系の抵抗体１２８と、補正コイル７０上で一定の距離間隔を隔てた２点間を短絡する架橋型短絡導体１３０とを有している。架橋型短絡導体１３０の材質は、導電率の高いたとえば銅系の金属が好ましい。

抵抗制御部１２４は、架橋型短絡導体１３０を支持しつつ補正コイル７０上でスライド移動させるためのスライド機構１３２と、このスライド機構１３２を通じて架橋型短絡導体１３０の位置を所望の抵抗ポジションに合わせる抵抗ポジション制御部１３４とを有している。

より詳細には、スライド機構１３２は、ボールネジ機構からなり、一定の位置で水平に延びる送りネジ１３６を回転するためのステッピングモータ１３８と、送りネジ１３６と螺合するナット部（図示せず）を有し、送りネジ１３６の回転によってその軸方向に水平移動するスライダ本体１４０と、このスライダ本体１４０と架橋型短絡導体１３０と結合する圧縮コイルバネ１４２および鉛直方向で摺動可能に嵌合する一対の円筒体１４４，１４６とで構成されている。ここで、外側の円筒体１４４はスライダ本体１４０に固定され、内側の円筒体１４６は架橋型短絡導体１３０に固定されている。圧縮コイルバネ１４２は、弾性力によって架橋型短絡導体１３０を補正コイル７０に押し付ける。

抵抗ポジション制御部１３４は、ステッピングモータ１３８の回転方向および回転量を通じて架橋型短絡導体１３０の位置を制御する。架橋型短絡導体１３０の目標位置は、主制御部７４（図１１）より所定の制御信号Ｓ_Rを通じて抵抗ポジション制御部１３４に与えられる。

ここで、図１３および図１４Ａ〜１４Ｃにつき抵抗可変機構１２０の作用を説明する。

先ず、架橋型短絡導体１３０を図１３に示す位置にセットしたときは、補正コイル７０のコイル導体の両端が、抵抗体１２８を介さずに架橋型短絡導体１３０によりバイパスして短絡される。これによって、可変抵抗１２２の抵抗値が最も低い値（実質的に零）になり、それによって補正コイル７０全体のコイル抵抗値が最も低い値になる。

図１３の状態から、架橋型短絡導体１３０を図の右方にスライド移動させて図１４Ａに示す位置に位置決めしたとする。この位置では、架橋型短絡導体１３０の一端（右端）のコンタクト部１３０Ｒはコイル導体の一端（右端）部に接続したままであるが、他端（左端）のコンタクト部１３０Ｌはコイル導体の他端（左端）を超えて抵抗体１２８の区間内に入っている。これによって、可変抵抗１２２の抵抗値が零ではない有意の値になり、補正コイル７０全体のコイル抵抗値が図１３のときよりも高くなる。

図１４Ａの状態から、架橋型短絡導体１３０を更に図の右方にスライド移動させると、補正コイル７０の電流路に占める抵抗体１２８の区間長が増大して、可変抵抗１２２の抵抗値がそのぶん更に高くなり、補正コイル７０全体のコイル抵抗値が図１４Ａのときよりも更に高くなる。

そして、図１４Ｂに示すように、架橋型短絡導体１３０の左端のコンタクト部１３０Ｌを抵抗体１２８の絶縁体１２６側の他端まで移動させたときは、補正コイル７０の電流路に占める抵抗体１２８の区間長が最大になる。これによって、可変抵抗１２２の抵抗値が最大になり、補正コイル７０全体のコイル抵抗値が最大になる。

また、図１４Ｂの状態から、架橋型短絡導体１３０を更に図の右方にスライド移動させて、図１４Ｃに示すように、架橋型短絡導体１３０の左端のコンタクト部１３０Ｌを絶縁体１２６を越えて右側のコイル導体まで移動させると、補正コイル７０は絶縁体１２６によって電気的に切断され、実質的に両端開放状態となる。別な見方をすれば、可変抵抗１２２の抵抗値が無限大になる。

このように、この実施形態においては、抵抗可変機構１２０により可変抵抗１２２の抵抗値を可変制御し、上記のように、補正コイル７０全体のコイル抵抗を両端の閉じたコイルと同等の最小の抵抗値（図１３）から抵抗体１２８の全区間を含む最大の抵抗値（図１４Ａ，図１４Ｂ）まで連続的に可変することが可能であり、さらには補正コイル７０が無いのと等価なコイル切断状態（図１４Ｃ）も選択できるようになっている。

これによって、ＲＦアンテナ５４に高周波ＲＦ_Hの電流を流した時に、電磁誘導により補正コイル７０に流れる電流の電流値（振幅値または尖頭値）を０％〜１００％の範囲内で任意に可変制御することができる。ここで、電流値１００％はコイル短絡状態の位置（図１３）で流れるときの電流値に相当し、電流値０％はコイル切断状態の位置（図１４Ｃ）で流れるときの電流値に相当する。

ここで重要なことは、上記のような補正コイル７０の抵抗可変制御により補正コイル７０に流す電流の電流値を０％〜１００％の範囲で任意に可変することは、上述したような完全無端型補正コイル７０'の高さ位置を上限位置付近のホームポジションＨ_PとＲＦアンテナ５４に近接した下限位置との間で任意に可変することと機能的に等価であるということである。別な見方をすれば、抵抗可変機構１２０により、補正コイル７０をＲＦアンテナ５４近傍の高さ位置に固定したままで、図５の特性を装置的に実現することが可能であり、上記第１の実施形態と同様により簡便にプラズマ密度分布制御の自由度および精度の向上を達成することができる。

したがって、プロセスレシピで所定のプロセスパラメータの値が変わる度毎に、抵抗可変機構１２０を通じて補正コイル７０に流れる電流の振幅値を可変制御することで、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦ_H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に対する補正コイル７０の作用、つまり補正コイル７０のコイル導体と重なる位置辺り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）を任意かつ精細に調節することができる。これにより、全ステップを通じてサセプタ１２近傍のプラズマ密度を径方向で均一に保ち、多層レジスト法におけるエッチングプロセスの均一性を向上させることができる。

たとえば、図９のような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を実施する場合は、図示省略するが、第１ステップ（１０mTorr）では比較的低い抵抗値（抵抗ポジション）Ｒ₁に、第２ステップ（５mTorr）では更に低い抵抗値（抵抗ポジション）Ｒ₂に、第３ステップ（５０mTorr）では比較的高い抵抗値（抵抗ポジション）Ｒ₃に、可変抵抗１２２の抵抗値（抵抗ポジション）をステップ毎に切り換えればよい。

また、プラズマ着火性の観点から、各ステップのプロセス開始直後は、補正コイル７０を電気的切断状態（図１４Ｃ）に保持しておいてプラズマを安定確実に着火させ、プラズマの着火後に可変抵抗１２２を予設定の抵抗値（抵抗ポジション）に合わせる手法も効果的である。

［変形例］

図１５に、上記第１の実施形態における補正コイル７０およびスイッチング機構１１０の一変形例を示す。この実施形態は、コイル径の異なる複数（たとえば２つ）の補正コイル７０Ａ，７０Ｂを同心円状（または同軸状）に配置して、それらの補正コイル７０Ａ，７０Ｂのループ内にスイッチング素子１１２Ａ，１１２Ｂをそれぞれ設ける。そして、個別のスイッチング制御回路１１４Ａ，１１４Ｂによりスイッチング素子１１２Ａ，１１２Ｂをそれぞれ独立に任意の通電デューティ・レシオでＰＷＭ制御によりオン／オフ制御する構成としている。

図１６に、上記第２の実施形態における補正コイル７０および抵抗可変機構１２０の一変形例を示す。この実施形態は、コイル径の異なる複数（たとえば２つ）の補正コイル７０Ａ，７０Ｂを同心円状（または同軸状）に配置して、それらの補正コイル７０Ａ，７０Ｂのループ内に可変抵抗１２２Ａ，１２２Ｂをそれぞれ設ける。そして、個別の抵抗制御部１２４Ａ，１２４Ｂにより可変抵抗１２２Ａ，１２２Ｂの抵抗値をそれぞれ独立かつ任意に可変制御する構成としている。

図１５のスイッチング機構１１０においても、また図１６の抵抗可変機構１２０においても、２つの補正コイル７０Ａ，７０Ｂに流す誘導電流の値（通電デューティ・レシオまたは尖頭値）の組み合わせは任意かつ多種多様に選択可能であり、プラズマ密度分布制御の自由度を一層大きく拡張することができる。

また、図１７Ａに示すように、補正コイル７０Ｂを非作動（非通電）状態に保持して補正コイル７０Ａだけを作動（通電）させることも可能である。あるいは図１７Ｂに示すように、補正コイル７０Ａを非作動（非通電）状態に保持して補正コイル７０Ｂだけを作動（通電）させることも可能である。また、図１７Ｃに示すように、両補正コイル７０Ａ，７０Ｂを同時に作動（通電）させることも可能である。

［第３の実施形態］

別の実施形態として、上記第１の実施形態において、スイッチング機構１１０を図１８に示すような開閉機構１５０に置き換える構成も可能である。この開閉機構１５０は、補正コイル７０の両開放端に導体を介して接続される開閉器１５２と、主制御部７４からの指示に基づいて開閉器１５２の開閉（オン／オフ）状態を切替制御する開閉制御回路１５４とを有している。

この開閉機構１５０において、開閉器１５２を開（オフ）状態に切り換えている時は、補正コイル７０に誘導電流は流れないため、補正コイル７０が無い場合と等価になる。開閉器１５２を閉（オン）状態に切り替えている時は、補正コイル７０は両端の閉じたコイルと等価になり、ＲＦアンテナ５４に高周波ＲＦ_Hの電流を流すと補正コイル７０に誘導電流が流れる。

図１９に示すように、このような開閉機構１５０を複数の補正コイル７０Ａ，７０Ｂを同心円状に配置する構成にも適用できる。すなわち、コイル径の異なる複数（たとえば２個）の補正コイル７０Ａ，７０Ｂを同心円状に配置して、それらの補正コイル７０Ａ，７０Ｂに開閉器１５２Ａ，１５２Ｂをそれぞれ挿入接続する。そして、個別の開閉制御回路１５４Ａ，１５４Ｂにより開閉器１５２Ａ，１５２Ｂをそれぞれ独立に開閉制御することができる。このような開閉器方式においても、制御の自由度はある程度制限されるが、図１７Ａ〜１７Ｃのような電流密度（ドーナツ状プラズマの密度）分布の可変制御を行うことができる。

また、上記のような開閉機構１５０を設ける場合は、１枚の被処理基板に対するプラズマ処理の中で、プロセス条件の変更、変化または切り替えに応じて、開閉器１５０（１５２Ａ，１５２Ｂ）の開閉状態を制御する手法を好適に採ることができる。

たとえば、上記のような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（図９）において、図１８のような単一型の補正コイル７０（開閉器１５２）を用いる場合は、図２０に示すように、第１ステップでは開閉器１５２を開（オフ）状態に切り替え、第２ステップでは開閉器１５２を閉（オン）状態に切り替え、第３ステップでは開閉器１５２を開（オフ）状態に切り替える。

また、図１９のような双子型の補正コイル７０Ａ，７０Ｂ（開閉器１５２Ａ，１５２Ｂ）を用いる場合は、図２１に示すように、第１ステップでは開閉器１５２Ａ，１５２Ｂを共に開（オフ）状態に切り替え、第２ステップでは開閉器１５２Ａ，１５２Ｂを共に閉（オン）状態に切り替え、第３ステップでは開閉器１５２Ａを開（オフ）状態，開閉器１５２Ｂを閉（オン）状態にそれぞれ切り替える。

また、図２２に示すように、複数（たとえ３個）の補正コイル７０Ａ，７０Ｂ，７０ｃを縦方向に並べて同軸状に配置する構成にも、上記と同様の開閉器１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃおよび開閉制御回路１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃ（図示省略）を適用できる。

補正コイル７０に関する別の実施例として、図２３に示すように、複数（たとえば３つ）のコイル導体７０(1)，７０(2)，７０(3)をそれぞれ個別の補正コイルとして機能させる単独モードと、電気的に直列に接続された１つの補正コイルとして機能させる連結モードとを選択的に切り替えられる構成も可能である。

図２３において、各々のコイル導体７０(1)，７０(2)，７０(3)は、両端が適度なギャップを挟んで開放した円環状の単巻コイル（または複巻コイル）からなり、それらのギャップが３つの切替スイッチ１６０，１６２，１６４と１つの開閉スイッチ１６６とを介して電気的に複数種類のモードで接続可能となっている。

第１の切替スイッチ１６０は、最も内側のコイル導体７０(1)の一端に接続される第１の固定接点１６０ａと、このコイル導体７０(1)の他端に接続される可動接点１６０ｂと、隣の中間のコイル導体７０(2)の一端に接続される第２の固定接点１６０ｃとを有している。

第２の切替スイッチ１６２は、中間コイル導体７０(2)の一端に接続される第１の固定接点１６２ａと、このコイル導体７０(2)の他端に接続される可動接点１６２ｂと、外側隣のコイル導体７０(3)の一端に接続される第２の固定接点１６２ｃとを有している。

第３の切替スイッチ１６４は、外側コイル導体７０(3)の一端に接続される第１の固定接点１６４ａと、このコイル導体７０(3)の他端に接続される可動接点１６４ｂと、開閉スイッチ１６６の可動接点１６６ｄに第２の固定接点１６４ｃとを有している。

開閉スイッチ１６６の固定接点１６６ｅは、内側コイル導体７０(1)の一端に接続されている。

かかる構成において、上記単独モードを選択するときは、第１の切替スイッチ１６０の可動接点１６０ｂを第１の固定接点１６０ａに切り替え、第２の切替スイッチ１６２の可動接点１６２ｂを第１の固定接点１６２ａに切り替え、第３の切替スイッチ１６４の可動接点１６４ｂを第１の固定接点１６４ａに切り替え、開閉スイッチ１６６を開状態に切り替える。

上記連結モードを選択するときは、第１の切替スイッチ１６０の可動接点１６０ｂを第２の固定接点１６０ｃに切り替え、第２の切替スイッチ１６２の可動接点１６２ｂを第２の固定接点１６２ｃに切り替え、第３の切替スイッチ１６４の可動接点１６４ｂを第２の固定接点１６４ｃに切り替え、開閉スイッチ１６６を閉状態に切り替える。

この実施形態の一変形例として、たとえば３つのコイル導体７０(1)，７０(2)，７０(3)のうち、任意の２つのコイル導体を連結モードに選択して残りの１つを単独モードに選択できるようなスイッチ回路網の構成も可能である。

また、本発明の補正コイルには大きな誘導電流（時にはＲＦアンテナに流れる電流以上の電流）が流れることもあり、補正コイルの発熱に留意することも大切である。

この観点から、図２４Ａに示すように、補正コイル７０の近傍に空冷ファンを設置して空冷式で冷却するコイル冷却部を設けることができる。あるいは、図２４Ｂに示すように、補正コイル７０を中空の銅製チューブで構成し、その中に冷媒を供給して補正コイル７０の過熱を防止するコイル冷却部を設けることもできる。

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、上述した実施形態では補正コイル７０を１箇所に固定配置したが、補正コイル７０の位置を可変する構成、特にその高さ位置を任意に可変する構成を採ることも可能である。

また、補正コイル７０の電流路またはループ内に、上述したスイッチング素子１１２、抵抗１２２または開閉器１５２（１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ）に加えて、たとえばコンデンサ（図示せず）を設ける構成も可能である。

また、ＲＦアンテナ５４および補正アンテナ７０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。さらには、チャンバ１０の天井以外の箇所に設置されるタイプも可能であり、たとえばチャンバ１０の側壁の外に設置されるヘリカルタイプも可能である。

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、矩形の補正コイル構造も可能である。

また、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ＲＦ_L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。

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。

１０チャンバ
１２サセプタ
５６高周波電源
６６処理ガス供給源
７０補正コイル
１１０スイッチング機構
１１２スイッチング素子
１２０抵抗可変機構
１２２可変抵抗
１２４抵抗可変機構
１５０開閉機構
１５２，１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ開閉器

Claims

誘電体窓を有する処理容器と、
前記誘電体窓の外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、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、
前記補正コイルのループ内に設けられるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を所望のデューテイ比でパルス幅変調によりオン／オフ制御するスイッチング制御部と
を有するプラズマ処理装置。
天井に誘電体窓を有する処理容器と、
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、前記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、径方向において前記ＲＦアンテナの内周と外周との間に位置し、両端がギャップを介して開放している環状のコイル導体を有し、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な高さ位置で前記ＲＦアンテナの上に配置される補正コイルと、
前記補正コイルのギャップに設けられる可変抵抗と、
前記可変抵抗の抵抗値を所望の値に制御する抵抗制御部と
を有するプラズマ処理装置。
前記可変抵抗は、前記補正コイルのギャップに前記コイル導体と直列接続で設けられる抵抗体と、前記コイル導体と前記抵抗体との間に跨って前記補正コイルの周回方向に移動可能な架橋型の短絡導体を有し、前記短絡導体の位置によって所望の抵抗値を選択できる、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
誘電体窓を有する処理容器と、
前記誘電体窓の外に配置される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、前記ＲＦアンテナから独立したループを有し、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、
前記補正コイルのループ内に設けられる開閉器と
を有し、
前記補正コイルは、両端の閉じた単巻コイルまたは複巻コイルからなり、前記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体が前記ＲＦアンテナの内周と外周との間に位置するようなコイル径を有する、
プラズマ処理装置。
誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、
前記誘電体窓の外に配置される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、それぞれ前記ＲＦアンテナから独立したループを有し、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される第１および第２の補正コイルと、
前記第１および第２の補正コイルのループ内にそれぞれ設けられる第１および第２の開閉器と
を有し、
前記誘電体窓が、前記処理容器の天井を構成し、
前記ＲＦアンテナは、前記誘電体窓の上に配置され、
前記第１および第２の補正コイルは、前記ＲＦアンテナと平行に配置され、
前記第１および第２の補正コイルは同心状に配置される、
プラズマ処理装置。
前記第１および第２の補正コイルは、異なる高さ位置で同軸に配置される、請求項５に記載のプラズマ処理装置。