(57)【要約】  プラズマエッチング装置は、減圧可能なチャンバー１、チャンバー１内で被処理物２を支持する載置部３、チャンバー１の上部開口を封止する誘電体部材５、誘電体部材５の外に設けられたコイル４を備える。コイル４は、誘導結合によりチャンバー１内にプラズマ６を発生させて被処理物２をエッチングする。誘電体部材５には、互いに不連続な凹部５ｃが設けられている。誘電体部材５の凹部５ｃ以外の部分は厚肉部５ｂとする。凹部５ｃの誘電体部材５の厚みは厚肉部５ｂよりも小さい。コイル４を構成する導体の分布密度に応じて凹部５ｃが配置されている。
2008129844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧可能なチャンバーと、
前記チャンバーの内部の下側に設けられ被処理物を保持する載置部と、
前記チャンバーの上部開口に臨むように配置され、交流電力が印加されてチャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化し、前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするための第１の電極と、
前記チャンバーの前記上部開口部を封止して前記コイルの下方に位置し、前記コイルの分布密度に応じて第１の厚みを有するように形成された互いに独立する複数の凹部と、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みを有する前記複数の凹部以外の連続する厚肉部とを有する誘電体部材と
を備える、プラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記第１の電極と前記誘電体部材との間に配置され、厚み方向に貫通すると共に前記第１の電極の長手方向と実質的に直交する方向に延びる高周波透過部が前記凹部と対応する箇所に形成された第２の電極をさらに備える、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記凹部と前記高周波透過部とは、前記第１の電極側から見た前記チャンバーの平面視方向において、少なくとも一部が重なるように配置されている、請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記凹部は、前記耐圧誘電体部材の上面に形成され、
前記第１の電極の一部が前記凹部内に入り込む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
前記第１の電極はコイルであり、
前記凹部は、前記コイルの巻き密度が高い部分での前記コイルの長手方向に実質的に直交する方向に連続または不連続に設けられ、かつ耐圧誘電部材の中央部側から周辺部側へ少なくとも放射状に配置された請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
前記コイルは、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域が高密度分布域となるように設けている請求項５に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項７】
前記コイルは、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐し、または分岐しないで設けられて、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域で高密度分布域をなしている請求項５に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項８】
前記コイルは、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐しまたは分岐しないで設けられて周辺部側環状域で高密度分布域をなす大径コイルと、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐しまたは分岐しないで設けられて周辺部側環状域よりも内側の１つの中央部側環状域で高密度分布域をなした小径コイルとを有している請求項５に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項９】
前記大径コイルと前記小径コイルとは共通の中央支持軸を通じて電力が印加される請求項８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
前記コイルは、中央側から交流電力が印加され、前記コイルの中央部側の低密度分布域を高密度分布域よりも耐圧誘電体部材から遠ざけて設けてある請求項５に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１１】
減圧可能なチャンバーと、
前記チャンバーの内部の下側に設けられ被処理物を保持する載置部と、
前記チャンバーの上部開口に臨むように配置され、交流電力が印加されてチャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化し、前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするためのコイルと、
前記コイルの下方に位置する誘電体部材と
を備え、
前記コイルは、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域が高密度分布域となるように設けているプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマエッチング装置に関する。詳しくは、本発明は、耐圧誘電体部材を介して誘導結合あるいは、誘導結合及び容量結合によりチャンバー内で反応ガスのプラズマを発生させてエッチングを行う電極を備えるプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなプラズマエッチング装置は既に知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。【０００３】
特許文献１に開示された装置は、複数の貫通窓を形成した金属製の梁ないし枠体と、この枠体で支持されてチャンバーを封止する誘電体とを備える。特許文献１は、以下のように教示している。この構成により、誘電体の厚みを小さくして誘電損失を低減しつつ、金属製の梁ないし枠体の支持によって耐圧強度を確保できる。その結果、コイルからの誘電結合等により高真空で大面積にわたり高密度プラズマを発生させることが可能で、耐久性と印加電力効率に優れた低価格のプラズマ処理が実現される。【０００４】
特許文献２に開示された装置は、板状部と１つ又は複数の梁とを一体したハニカム構造の誘電体部材を備える。この誘電体部材はチャンバーの上部開口に枠体を介することなく直接的に載置されている。特許文献２は、ハニカム構造により誘電体部材自体で面強度を確保しつつ、金属製の枠体をなくすことでコイルからの高周波の損失や遮断を解消できると教示している。【０００５】
特許文献３に開示された装置は、チャンバー側の面とその反対側の面の少なくとも一方に凹部が形成された誘電体製の天板を備える。この凹部における天板の厚みは、天板の他の部分における厚みよりも小さい。具体的には、凹部における天板の厚みは、高周波が天板を伝搬するときの波長の１／２倍以下に設定されている。特許文献３は以下のように教示している。天板は薄い部分と同時に厚い部分を有することで機械的強度を十分に確保できる。また、高周波が凹部を通過する際、側方へ向かう成分が凹部の側壁で反射されるために下方に向かう指向性が強まる。凹部をチャンバーとは反対側の面に形成する場合、プラズマ発生面を被処理物から遠ざけないので指向性を高められる。指向性向上の結果、被処理物の近傍でのプラズマやラジカルの密度が改善される。【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７７８２号公報
【特許文献２】特開２０００−２００６９８号公報
【特許文献３】特開２００４−１４２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された装置は、誘電体とは別の梁または枠体を必要とするので構造が複雑で、部品製作及び組み立てのコストが高価である。また、金属製の梁ないし枠体がプラズマ発生部の近くに位置して、高密度のプラズマにさらされる。梁はアルミニウムやステンレス鋼のような金属製であるので、特に金属コンタミネーションが発生しやすい。また、ウエハを量産する時に、プラズマエッチングにより発生した反応生成物が梁ないし枠体に付着するとチャンバー内壁側に梁ないし枠体からなる凹凸がある為、付着した反応生成物が剥がれ易くなりパーティクルが発生する為にメンテナンスサイクルが短くなる。【０００８】
特許文献２、３に開示された装置は、誘電体の薄い部分と厚い部分を一体に形成した簡易な梁構造にて機械的強度を確保している点、及び誘電体に薄い部分を設けることで高周波等を通しやすくできる点でほぼ共通する。特許文献２に開示された装置は、中央から周辺へ巻き広がるコイルが格子状の梁の全てを貫通する構成を採用している。この構成により、コイル全体が、梁の影響なく、より低い位置に、つまり誘電体下面により近く配置される。従って、コイルのどの部分に対しても高周波の損失や遮断に有利であるものの、構造や組立が複雑で高価につくものとなっている。【０００９】
一方、プラズマ処理の対象物である半導体ウエハは、大径化の一途をたどり、現時点でも２００ｍｍ、３００ｍｍと大きくなり、これを取り扱うチャンバーの内径は３２０ｍｍ、４５０ｍｍとさらに大型化している。また、エッチングは高精度化し、エッチング深さも増大している。これらの要求を満足するには、プラズマを広域に、より均等に、より旺盛に発生させる必要がある【００１０】
また、耐圧誘電体部材下面への反応生成物の堆積量の増大が場合により問題になる。特に、不揮発材料のプラズマエッチングを行った場合、反応生成物及び／あるいは、スパッタ等の不揮発材料が耐圧誘電部材に付着する為に、コイルからの高周波誘導電界ないしは誘導結合パワーの透過率の低下及び／あるいは透過する場所が乱される為に、プラズマ密度の低下や均一性の低下が起こる。これに対し、反応生成物の除去や付着防止の面から容量結合用の電極を耐圧誘電体部材とコイルとの間に配置して対応すると、この電極はコイルから耐圧誘電体部材を介しチャンバー内に透過する高周波の損失や遮断を招くので、これを回避する必要がある。【００１１】
しかし、特許文献３に開示された装置は、耐圧誘電体部材単体による低コストで耐久性のよいチャンバー封止構造であるが、特許文献１、２の開示と組み合わせても、均等かつ旺盛なプラズマを広域に発生させられる構成は実現しない。まして、電極からの容量結合作用を反応生成物の堆積防止や除去に有効利用しながら、広域に均一で旺盛なプラズマを発生させることは実現できない。【００１２】
本発明の目的は、耐圧誘電体部材単体による低コストで耐久性のよいチャンバー封止構造にて、コイルからの誘電結合作用によって広域に均一で旺盛なプラズマを発生させることができ、必要に応じて、前記プラズマ発生状態を確保して電極による容量結合作用をも有効利用できるプラズマエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、減圧可能なチャンバーと、前記チャンバーの内部の下側に設けられ被処理物を保持する載置部と、前記チャンバーの上部開口に臨むように配置され、交流電力が印加されてチャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化し、前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするための第１の電極と、前記チャンバーの前記上部開口部を封止して前記コイルの下方に位置し、前記コイルの分布密度に応じて第１の厚みを有するように形成された互いに独立する複数の凹部と、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みを有する前記複数の凹部以外の連続する厚肉部とを有する誘電体部材とを備える、プラズマエッチング装置を提供する。凹部の深さ、すなわち凹部の部分での耐圧誘電体の厚みである第１の厚みは、第２の厚みよりも薄く設定されていれば必ずしも一定である必要はない。具体的には、個々の凹部について第１の厚みに分布があってもよく、凹部間で第１の厚みが異なっていてもよい。【００１４】
このような本発明の第１の態様の特徴によれば、耐圧誘電体部材は単体でチャンバーの上部開口を封止するものでありながら、部分的に独立した凹部の底で、それ以外の領域に連続した厚肉部を残してこの連続した厚肉部よりも厚みの小さな部分を、前記第１の電極の分布密度に対応してなし、連続した厚肉部よりも厚みが小さい分だけ、前記第１の電極からのその分布密度に対応した高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの損失を低減して、印加電力効率を高められる。しかも、凹部以外の領域が凹部底よりも大きな厚みで独立した凹部を囲うように凹部との一体構造により、シールや浮きによる受圧面積増大等の問題なく凹部の大きさに見合った小さな受圧面積を保証して凹部底での厚みが小さいことによる耐圧強度低下の回避を伴い、耐圧誘電体部材全体の耐圧強度を十分に確保することができる。【００１５】
好ましくは、プラズマエッチング装置は、前記第１の電極と前記誘電体部材との間に配置され、厚み方向に貫通すると共に前記第１の電極の長手方向と実質的に直交する方向に延びる高周波透過部が前記凹部と対応する箇所に形成された第２の電極をさらに備える。【００１６】
この構成によれば、第２の電極は耐圧誘電体部材と前記第１の電極との間に位置して、容量結合作用にて、プラズマ発生に伴う前記チャンバーを封止する耐圧誘電体部材の内面側への反応生成物の付着防止や除去を行いながら、前記耐圧誘電体部材の前記凹部と対応し、かつ、少なくともコイルの長手方向に実質的に直交して、コイルからの高周波誘導磁界の広がり向きと一致する高周波透過部を有して、前記コイルからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過を妨げないので、必要な前記印加電力効率を確保することができる。【００１７】
前記凹部と前記高周波透過部とは、前記第１の電極側から見た前記チャンバーの平面視方向において、少なくとも一部が重なるように配置されていることが好ましい。【００１８】
この構成によれば、前記高周波透過部が前記凹部との第１の電極側からの平面視方向において、少なくとも一部が重なるように配置することにより、コイルからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーを損失させたり遮断したりしないで、耐圧誘電体部材の厚み方向に対し損失少なく透過する高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの作用域を確保することができる。【００１９】
前記凹部は、前記耐圧誘電体部材の上面に形成され、前記第１の電極の一部が前記凹部内に入り込むことが好ましい。【００２０】
この構成によれば、前記凹部が耐圧誘電体部材の上面にあって、前記第１の電極の対応部分が入り込んで、耐圧誘電体部材内側のプラズマ発生域により近くなる分だけ、前記コイルから反応ガスに働く高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過率が向上し、使用電力に対する割合が増大する【００２１】
前記第１の電極がコイルである場合、前記凹部は、前記コイルの巻き密度が高い部分での前記コイルの長手方向に実質的に直交する方向に連続または不連続に設けられ、かつ耐圧誘電部材の中央部側から周辺部側へ少なくとも放射状に配置されていることが好ましい。【００２２】
この構成によれば、凹部が対応するコイルの長手方向に実質的に直交する方向性を有することによって、コイルに実質的に直交する方向に広がって発生する高周波誘導磁界の透過に対して、効率的な方向に耐圧誘電部材の凹部を形成し、無駄な広がりのない耐圧誘電体部材の強度保証に有利な条件で高めて、損失を低減し、印加電力効率を高められる。それには、実質的な直交範囲は直交角度に対し例えば±１５°程度として有効である。また、このような働きは、容量結合用の電極を併用している場合でもその前記凹部に対応した前記コイルの長手方向に実質的に直交する高周波透過部によって高周波誘導磁界の透過が邪魔されないし、凹部及び高周波透過部の前記コイルの長手方向に実質的に直交した配列によって、前記コイルからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーと、前記電極からの容量結合パワーとを、反応ガスに対して前記コイルの長手方向に実質的に規則的に配分して働かせることができる。【００２３】
また、このような配置のコイルの長手方向にほぼ直交する向きの凹部は周方向に並んで多数設けられる上、耐圧誘電部材の中央部側から周辺部側へ少なくとも放射状に配置されているので、凹部間の厚肉部は耐圧誘電体部材の変形方向に沿ってその強度を高めやすい。【００２４】
さらに、前記コイルは、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域が高密度分布域となるように設けていることが好ましい。【００２５】
この構成によれば、前記コイルが高密度となっている周辺部側環状域を有することで、プラズマ発生域に対し有効な周辺寄り局部位置から、その分布密度に応じて設けた凹部を通じ、無駄なく、かつ凹部の配列に応じた配分によって周方向に均等に働かせることができ、前記コイルが、前記周辺部側環状域に加え、１つまたは複数の環状域を有していると、プラズマ発生域が大きい周辺部側環状域の内側でのプラズマ発生作用が弱くても、１つまたは複数の中央部側環状域に高密度なコイルを周辺部領域環状域とは別に設けてあるのでプラズマ密度の均一性を良化することができる。【００２６】
前記コイルは、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐し、または分岐しないで設けられて、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域で高密度分布域をなしていることが好ましい。【００２７】
この構成によれば、前記コイルは中央部側から周辺部側への種々な態様での巻き広がりにより、周方向に実質的に同等の分布密度を得ながら、径方向の分布密度を自由に変えられ、径方向に高密度部を形成しての均一なプラズマ発生に寄与しやすいのに併せ、このように配置したコイルの長手方向に実質的に直交する向きの凹部は周方向に並んで多数設けられる上、凹部間の厚肉部は耐圧誘電体部材の変形方向に沿ってその強度を高めやすい。【００２８】
前記コイルは、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐し、または分岐しないで設けられて周辺部側環状域で高密度分布域をなす大径コイルと、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐し、または分岐しないで設けられて周辺部側環状域よりも内側の１つの中央部側環状域で高密度分布域をなした小径コイルとを有していることが好ましい。【００２９】
この構成によれば、前記コイルは中央部側から周辺部側への種々な態様での巻き広がりにより、周方向にほぼ同等の分布密度を得ながら、径方向の分布密度を自由に変えられるが、特に、周辺部側環状域と中央部側環状域とを大径コイルと小径コイルとによって個別に形成することで、その自由度がさらに高まり、径方向に高密度部を形成しての均一なプラズマ発生により寄与しやすいのに併せ、このような配置のコイルの長手方向にほぼ直交する向きの凹部は周方向に並んで多数設けられる上、凹部間の厚肉部は耐圧誘電体部材の変形方向に沿ってその強度を高めやすい。【００３０】
大径コイルと小径コイルとは共通の中央支持軸を通じて電力が印加されることが好ましい。【００３１】
この構成によれば、本発明の第８の態様に加え、さらに、２つのコイルに分けて設けながら、コイルの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの印加点及びその近傍は印加電圧が高く、チャンバー内に発生したプラズマと印加点の高い印加電圧とが容量結合し、耐圧誘電部材に対する削れがより多く発生し、印加電圧が高い印加点による耐圧誘電部材の消耗がおこる為、高周波の印加点が耐圧誘電部材より離れるようにコイルを立体的に構成する共通の中央支持軸に支持して高周波電力を印加することができ、支持、電力印加が共に安定化し、かつ必要構造が簡略化する。【００３２】
前記コイルは、中央側から交流電力が印加され、前記コイルの中央部側の低密度分布域を高密度分布域よりも耐圧誘電体部材から遠ざけて設けてあることが好ましい。【００３３】
この構成によれば、前記コイルの局部的な高密度分布域は耐圧誘電体部材の近接位置から有効に作用させながら、高い印加電圧の中央側の印加点側に位置する低密度分布域は、高密度分布域より耐圧誘電体部材から遠ざけて、コイルの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの印加点及びその近傍の高い印加電圧により、チャンバー内に発生したプラズマと印加点の高い印加電圧が容量結合し、耐圧誘電体部材に対する削れがより多く発生して耐圧誘電体部材の消耗が起こることを抑制する。【００３４】
本発明の第２の対応は、減圧可能なチャンバーと、前記チャンバーの内部の下側に設けられ被処理物を保持する載置部と、前記チャンバーの上部開口に臨むように配置され、交流電力が印加されてチャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化し、前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするためのコイルと、前記コイルの下方に位置する誘電体部材とを備え、前記コイルは、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域が高密度分布域となるように設けているプラズマエッチング装置を提供する。【００３５】
本発明のそれ以上の目的及び特徴は以下の詳細な説明及び図面によって明らかになる。また、本発明の特徴はそれ単独で、あるいは可能な範囲で複合して採用することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、耐圧誘電体部材は単体で部分的に独立した凹部とそれ以外の領域に連続した厚肉部とを有して十分な耐圧強度を確保してチャンバーの上部開口を封止した構造が簡単で低コストなものとしながら、凹部の底部分がまわりの厚肉部よりも厚みが小さい分だけ、前記第１の電極からのその分布密度に対応した高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの損失が低減して印加電力効率が高まるので、コイルの密度分布の選択による所定域への均一なプラズマ発生と、低い印加電力での旺盛なプラズマ発生とが実現し、処理の高速性、低コスト性を得ながら高密度で深いエッチング処理に適したものとなる。【００３７】
また、さらに必要に応じて、前記第１の電極と前記誘電体部材との間に配置され、厚み方向に貫通すると共に前記第１の電極の長手方向と実質的に直交する方向に延びる高周波透過部が前記凹部と対応する箇所に形成された第２の電極を設けることにより、それに対応する前記耐圧誘電体部材の前記凹部での前記コイルからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過を妨げず前記印加電力効率の高まりを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態のプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【図２Ａ】コイル、耐圧誘電体部材、及び電極を示す分解斜視図。
【図２Ｂ】耐圧誘電体部材及び電極を示す斜視図。
【図２Ｃ】耐圧誘電体部材に設けた凹部を示す断面図。
【図３】誘導結合用の電極（コイル）への同じ印加電力に対する耐圧誘電体部材の厚みとチャンバー内への透過により発生するプラズマ密度との相関性を示すグラフ。
【図４Ａ】第１実施形態の第１の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図４Ｂ】第１実施形態の第１の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略斜視図。
【図４Ｃ】第１実施形態の第１の変形例におけるコイルを示す概略図。
【図５Ａ】第１実施形態の第２の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図５Ｂ】第１実施形態の第２の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略斜視図。
【図６Ａ】第１実施形態の第３の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図６Ｂ】第１実施形態の第３の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略斜視図。
【図７】第１実施形態の第４の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図８】第１実施形態の第５の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図９】第１実施形態の第５の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略斜視図。
【図１０Ａ】本発明の第２実施形態のプラズマエッチング装置を示す部分概略断面図。
【図１０Ｂ】コイル、耐圧誘電体部材、及び電極を示す概略平面図。
【図１０Ｃ】第１の代案のコイル、耐圧誘電体部材、及び電極を示す概略平面図。
【図１０Ｄ】第２の代案のコイル、耐圧誘電体部材、及び電極を示す概略平面図。
【図１１Ａ】第２実施形態の変形例におけるコイルと耐圧誘電部材を示す概略平面図。
【図１１Ｂ】第２実施形態の変形例におけるコイルと耐圧誘電部材を示す概略斜視図。
【図１１Ｃ】第２実施形態の変形例におけるコイルを示す概略図。
【図１２】本発明の第３実施形態のプラズマエッチング装置を示す部分概略断面図。
【図１３】本発明の第３実施形態の変形例のプラズマエッチング装置を示す部分概略断面図。
【図１４Ａ】本発明の第１の変形例におけるコイル、電極、及び耐圧誘電体部材を示す概略分解斜視図。
【図１４Ｂ】本発明の第１の変形例におけるコイル、電極、及び耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図１５】本発明の第２の変形例のプラズマエッチング装置を示す部分概略斜視図。
【図１６】本発明の第３の変形例における耐圧誘電体部材とカバーを示す部分概略断面図。
【図１７Ａ】第１から第３実施形態における凹部の深さの設定を示す概略部分断面図。
【図１７Ｂ】第４の変形例における凹部の深さの設定を示す概略部分断面図。
【図１７Ｃ】第５の変形例における凹部の深さの設定を示す概略部分断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１  チャンバー
２  被処理物
３  載置部、下部電極
４  コイル（誘導結合用）
５  耐圧誘電体部材
５ｂ  厚肉部
５ｃ、５ｃ１〜５ｃ６  凹部
６  プラズマ
７  電極（容量結合用）
７ａ  高周波透過部
１００  中央支持軸
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明のプラズマエッチング装置に係る実施の形態について説明する。しかし、以下の説明は本発明の具体例であって特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。【００４１】
（第１実施形態）
図１から図２Ｂは、本発明の第１実施形態にかかるプラズマエッチング装置を示す。このプラズマエッチング装置は、減圧可能で供給口１ａから反応ガス１０を供給して排気ガス２０を排気口１ｂから排気するチャンバー１と、このチャンバー１の内部の下側に設けられ、載置した被処理物２を静電吸着あるいはクランプ（図示せず）等により保持する載置部３と、チャンバー１の上部開口を封止する隔壁をなす耐圧誘電体部材５とを備える。また、このプラズマエッチング装置は、耐圧誘電体部材５の上部に載置部３に対向するように設けられ、チャンバー１内の反応ガス１０を誘導結合によりプラズマ６化して、載置部３に保持された被処理物２に働かせエッチング等のプラズマ処理を行わせる誘導結合用のコイル４を備える。さらに、このプラズマエッチング装置は、耐圧誘電体部材５とコイル４との間に設けられて、容量結合作用にて、プラズマ発生に伴うチャンバー１の上部開口を封止する耐圧誘電体部材５の内表面５ａに反応生成物が付着するのを防止及び／あるいは除去する、容量結合用の電極７を備える。【００４２】
コイル４は誘導結合コイル（ＩＣＰコイル）であって高周波アンテナをなし、耐圧誘電体部材５を介しチャンバー１内にプラズマ６を発生させ、このプラズマ６が載置部３上の被処理物２の表面に働くことによってエッチング等のプラズマ処理を行わせる。また、電極７は交流電力が印加されるファラデーシールド電極（ＦＳ電極）であって、チャンバー１のコイル４側に位置する耐圧誘電体部材５の内表面５ａに沿う一様な電界を形成してプラズマ処理時に生じる反応生成物が付着するのを防止する。耐圧誘電体部材５がなす内表面５ａへの反応生成物の付着量の増大による被処理物２の異物汚染、内表面５ａへの付着異物の不均一に起因した耐圧誘電体部材５の不均一な削れ等の不具合は、被処理物２である半導体ウエハの大径化によるプラズマ発生域の増大、エッチング処理の高精度化、エッチング深さの増大に対応して、印加電力の増大によるプラズマのより旺盛な発生を見込む場合に生じやすい。これらの不具合に対して、コイル４による誘導結合作用と電極７により容量結合作用の併用は有効である。反応生成物の堆積量の増大は、特に、被処理物２が不揮発材料とした場合（不揮発材料として、例えば、金、白金、イリジュウム等やそれらの酸化物、化合物を含む貴金属材料やPZT,SBT,STO等の強誘電材料が挙げられる。）に問題となる。具体的には、不揮発性材料からなる被処理物２のプラズマエッチングを行った時、反応生成物及び／あるいは、スパッタ等の不揮発材料が耐圧誘電部材に付着する為に、コイルからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過率の低下及び／あるいは透過する場所が乱される為に、プラズマ密度の低下や均一性の低下が起こやすい。このような問題を有する被処理物２が不揮発材料の場合に、コイル４による誘導結合作用と電極７により容量結合作用の併用がより有効となる。【００４３】
高速のプラズマ処理プロセスのために、載置部３には下部電極が構成され、この下部電極には、バイアス電力の印加として電源１５から整合器としてのコンデンサ１６等を介し交流電力、主として高周波電力を供給し、プラズマ６を被処理物２側に働かせるようにする。【００４４】
誘導結合作用のためのコイル４には、電源１１から主として高周波電力を整合器としての可変コンデンサ１２等を介して供給し、所定のエッチレートでプラズマ処理できるようにする。また、コイル４は後に詳述する立体的な配置形態等も含めプラズマ６が被処理物２の表面に一様な密度分布をもって発生するように調整され、被処理物２の表面が設定したエッチレートにて均一にプラズマ処理されるようにする。高周波電力は一般に３０ｋＨｚ〜３００ＧＨｚ程度の交流電力とされるのに対し、プラズマ発生装置に適用される高周波範囲は通常ＨＦと称される３〜３０ＭＨｚ程度の狭い範囲の交流電力である。【００４５】
容量結合作用のための電極７には、電源１３から整合器としての可変コンデンサ１４等を介してコイル４の場合と同様な高周波、あるいはそれ以下の低周波の交流電力を供給し、可変コンデンサ１４の調整によってチャンバー１のコイル４側（上部開口側）に位置する耐圧誘電体部材５の内表面５ａに反応生成物が付着するのを防止及び／あるいは付着した反応生成物を除去できる。【００４６】
以下、コイル４について詳細に説明する。【００４７】
図１及び図２Ａを参照すると、本実施形態では、コイル４の周辺部４ｆ側は平板電極間の間隔が狭く高密度分布であり、中央部４ｇ側は周辺部４ｆ側よりも平板電極間の間隔が広く低密度分布である。低密度分布であるコイル４の中央部４ｇに交流電力が印加される。具体的には、コイル４は、中央部４ｇ側から周辺部４ｆ側へ円形に巻き広がる多条（４条）の平板状電極（導体）で構成され、周辺部側での巻き数、つまり平板状電極の配置密度が、中央部側よりも高くなるようにしている。また、高周波電力の印加は中央の支持軸１００に放射状に設けた電極印加片１０１を通じて行い、分岐している複数のコイルの電極の外周端をアースに接続している。コイル４の側方視の形状としては、周辺部４ｆ側が中央部４ｇ側よりもチャンバーの上部開口を封止する耐圧誘電体部材５の上面に近づくように構成されている。言い換えれば、コイル４の周辺部４ｆ側は中央部４ｇ側よりも高さが低い。【００４８】
コイル４は、周辺部４ｆ側が中央部４ｇ側よりも高密度である配置密度と、周辺部４ｆ側が中央部４ｇ側よりも低い側方視での形状とを有することにより、チャンバー１内の周辺環状域に誘導結合パワーを集中させ、それによってチャンバー１の周壁上部に設けた供給口１ａから矢印で示すように供給される反応ガスを励起することにより発生するプラズマ６がチャンバー１内の被処理物２の上面に均等に及ぶようにしている。言い換えれば、チャンバー１の周辺側環状域に集中して大きな領域で働くようにしたコイル４と、少なくとも周辺側環状域側の側壁から反応ガスが供給されるチャンバー１との組み合わせによって、被処理物２の上面にプラズマ６が均等に及ぶようにしている。詳細には、チャンバー１内では、大きな領域である周辺側環状域側の側壁の供給口１ａからの供給される反応ガスに、チャンバー１の側壁に沿った環状域に注入されながら減圧された中央部へと満ち広がる挙動が与えられる一方、コイル４は反応ガスの環状な注入域に対しこれに対応した分、直近に位置する周辺部４ｆ側から大きな領域で前記集中した誘導結合作用を効率よくかつ均一に与えるので、旺盛にむらなくプラズマ化して中央部にまで充満させることになり、より広域に均一で旺盛なプラズマを発生させることができる。【００４９】
特に、本実施形態では、図１に示すようにチャンバー１の側壁の上部から反応ガスを供給しているので、反応ガスの環状の注入域がコイル４に対し平面方向に加え、高さ方向でも直近となり、誘導結合作用の効率をさらに高められ、反応ガスがプラズマ化して減圧されたチャンバー１の中央部に加え、下部へも充満する。従って、反応ガスの供給口１ａを上下に配列することは必須とならない。しかし、供給口１ａはチャンバー１の周方向には前記環状な注入域での反応ガスが周方向に過不足やむらが生じない均等にするといった配列条件を満足するのが好適である。【００５０】
前述のように、コイル４の中央部４ｇは、周辺部４ｆよりも低密度であり、かつ周辺部４ｆよりも高い位置にある。そして、このコイル４の中央部４ｇ側に支軸１００から高周波電力が印加される。言い換えれば、コイル４は、高周波電力の印加点での密度が低く、かつ印加点が耐圧誘電部材（チャンバー１のプラズマ発生域）５から離れるように、立体的に構成されている。このコイル４の立体的構成により、コイル４の高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの印加点及びその近傍の高い印加電圧により、チャンバー１内に発生したプラズマと印加点側の高い印加電圧とが容量結合し、耐圧誘電部材５に対する削れがより多く発生して耐圧誘電部材５の消耗が起こることを抑制する。従って、発生したプラズマが被処理物２の被処理面に均等に作用しやすく処理むらのない高精度なプラズマエッチングができる。【００５１】
コイル４の巻き構成は、１条とすることができるし、途中１段階または複数段階にて２以上の複数条に並列になるように分岐するようにしてもよい。巻き形状は矩形であってもよく、コイル４の電極の長手方向に対する断面形状は、平板状電極に代えて線状電極としてもよい。【００５２】
以下、耐圧誘電体部材５について説明する。【００５３】
一般に、本実施形態のように石英等の材質の耐圧誘電体部材５単体でチャンバー１を封止する単純構造では、耐圧強度を高めるために耐圧誘電体部材５の厚みが大きくなって、コイル４からの耐圧誘電部材５を介してチャンバー１内への高周波誘導磁界ないし誘導結合パワーの透過の損失を高めてしまい、コイル４に対する印加電力効率が低下する問題がある。これを特許文献１に記載のように誘電体とこれを支持する梁または枠体とで構成するのでは構造が複雑になってコスト上昇の原因になってしまうし、メンテナンスにも分解部品数、組み立て部品数、手間が増大してしまう。【００５４】
そこで、本実施形態では、チャンバー１の上部開口を単体で封止する耐圧誘電体部材５において、耐圧強度を低下させないでコイル４の印加電力効率を高めるため、図２Ａに最も明瞭に示すように、耐圧誘電体部材５の上面にコイル４の分布密度に応じて、互いに不連続ないし互いに独立した複数の凹部５ｃを設けて、それ以外の連続する厚肉部５ｂとしている。凹部５ｃの部分における耐圧誘電体部材５の厚みは、厚肉部５ｂにおける耐圧誘電体部材５の厚みよりも小さく、この凹部５ｃの底部をコイル４が発生する高周波誘導電磁界が通過するので、凹部５ｃの部分では、コイル４からの高周波誘導電磁界ないしは誘導結合パワーの透過率が高まる。コイル４からの高周波誘導電磁界ないしは誘導結合パワーは、コイル４の巻き密度である分布密度に対応している。すなわち、コイル４の分布密度が高い程、高周波誘導電磁界ないしは誘導結合パワーも強い。従って、凹部５ｃをコイル４の分布密度に応じた密度で設けることが好ましい。具体的には、耐圧誘電体部材５の凹部５ｃは、コイル４の中央部４ｇ側より周辺部４ｆ側の方が個数あるいはその面積をより多く配置することが好ましい。凹部５ｃをコイル４の分布密度に応じた密度で設けることにより、コイル４から耐圧誘電体部材５を介してチャンバー１内の反応ガス１０に働く高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの耐圧誘電体部材５による損失がより効果的に低減され、コイル４に対して交流電力の印加電力効率が高まる。【００５５】
凹部５ｃ以外の連続する厚肉部５ｂは、凹部５ｃの底の厚みよりも大きな厚みを有した領域であり、独立した凹部５ｃを囲うように凹部５ｃとの一体構造をなしている。言い換えれば、凹部５ｃと厚肉部５ｂは、一体構造（本実施形態では円板状）の耐圧誘電体部材５の別の部位に過ぎない。従って、凹部５ｃと厚肉部５ｂとの間では、シールや浮きによる受圧面積増大等による機械的強度や耐久性の低下の問題が生じる余地がなく、厚肉部５ｂによって凹部５ｃの個数と面積に見合った受圧面積を確保できる。このように、連続した厚肉部５ｂを設けることにより、凹部５ｃで厚みが小さいことによる耐圧強度低下の回避しつつ、耐圧誘電体部材５全体の耐圧強度を十分に確保できる。【００５６】
凹部５ｃは、耐圧誘電体部材５が石英等の自然物であれば穴ぐり加工によって簡単に形成できるし、耐圧誘電体部材５が成形品であれば成形時に一挙に形成することができる。また、耐圧誘電体部材５は梁ないし枠体等の他の構造物を介することなくチャンバー１の側壁に直接的に載置されて上部開口を封止する点で、構造が簡単でメンテナンス性もよく、低コストである。【００５７】
以上のように、コイル４の側のチャンバー１の上部開口を封止している耐圧誘電体部材５がコイルの巻き密度の分布密度に対応して設けられた互いに独立した凹部５ｃとそれ以外の領域に連続した厚肉部５ｂとを有する構造は、十分な耐圧強度を確保でき、簡単な構造でメンテナンス性もよく、低コストであるだけでなく、コイル４の巻き密度の分布密度に対応しているコイル４からの高周波誘導電界ないしは高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの損失を低減して交流電力の印加効率できるので、コイル４による所定域への均一なプラズマ発生と、低い印加電力での旺盛なプラズマ発生とを実現できる。その結果、処理の高速性、低コスト性を確保しつつ、高密度で深いエッチング処理を実現できる。【００５８】
凹部５ｃの形状、寸法、配置を適切に設定することで、耐圧誘電体部材５の連続する厚肉部５ｂの厚みを凹凸のない単なる板状の耐圧誘電体部材と同じ厚みに設定しても、十分な耐圧強度が得られる。高周波誘導電界ないしは誘導結合パワーの損失低減の面では、凹部５ｃの深さは連続する厚肉部５ｂの厚みに対して深いほど好適であるが、凹部５ｃの形状パターンや大きさ、配列パターンによって許容度が異なる。【００５９】
以下、コイル４の分布密度と凹部５ｃとの関係について説明する。【００６０】
本実施形形態では、前述のようにコイル４は耐圧誘電体部材５の中央から周辺へ平板電極が円形に巻き広がる配置とし、周辺部側での巻き数、つまり配置密度が高くなるようにしている。配置密度に応じてコイル４の周辺部４ｆ側で高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの分布が集中して生じるので、コイル４の周辺部４ｆ側と対向する耐圧誘電体部材５の周辺部の環状域５ｄ１（図２Ｂ参照）に凹部５ｃを集中配置することで、高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワー損失少なく透過させて印加電力効率を高めている。具体的には、凹部５ｃはコイル４の長手方向にほぼ直交する向きに延び、耐圧誘電体部材５の周方向に並んで多数設けられている。また、凹部５ｃは耐圧誘電部材５の中央部側から周辺部側へ向かう方向に放射状に配置されているので、凹部５ｃ間の厚肉部５ｂは耐圧誘電体部材５の変形方向に沿ってその強度が向上する。以下、これらの特徴について詳細に説明する。【００６１】
図１及び図２Ａに示すように、コイル４からの電磁界は、平板電極間の間隔が狭く高密度分布であるコイル４の周辺側においてコイル４（平板電極）の長手方向に実質的に直交する方向に発生し環状に広がる。この電磁界の分布に対応して、凹部５ｃはコイル４の長手方向に実質的に直交する方向に延びるように設けており、これにより印加電力効率を高めている。凹部５ｃが対応するコイル４に実質的に直交する方向性を有することによって、コイル４に実質的に直交する方向に広がって発生する電磁界の透過の損失を低減し、高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過の低下を抑制できるので、必要な印加電力効率を高めることができる。【００６２】
チャンバー１の上部開口部の内側に位置する受部の部分が実質的に耐圧誘電体部材５を支持している。この受部で支持されている部位には、特にチャンバー１内の真空発生により、大きなせん断力が発生する。本実施形態では、凹部５ｃの外側の端部と上部開口部の内側の受部と間隔が開けられている。言い換えれば、凹部５ｃは、チャンバー１の上部開口部の内側の受部にかからない構成としている。この構成により、耐圧誘電部材５の必要な耐変形性、耐久性を確保できる。【００６３】
また、凹部５ｃは耐圧誘電体部材５のほぼ径方向に延びており、放射状に配置されているので、耐圧誘電体部材５の耐圧強度を確保できる。具体的には、本実施形態のように円形の耐圧誘電体部材５の周辺部がチャンバー１で支持される場合、チャンバー１内の真空の受圧による耐圧誘電体部材５の面内応力は中央部から周辺部に向けて増大し、各半径位置での内部応力は周方向に均等になる。凹部５ｃは耐圧誘電体部材５の中央部から周辺部側（チャンバー１による受部側）へ向かう方向に延びており放射状に配置されているので、前述のように高い面内応力が作用する耐圧誘電体部材５の周辺部側では、凹部５ｃの周方向配列ピッチが中央部側と比較して広くなるので、耐圧誘電体部材５の耐圧強度を確保できる。本実施形態のように凹部５ｃを長円型の細長な溝形状とすることで、凹部５ｃが耐圧誘電体部材５の径方向に延びるように放射状に配置されていることによる耐圧強度確保の効果を最大限発揮できる。なお、前記実質的な直交の角度範囲は、例えば、直交角度に対し例えば±１５°程度として有効である。【００６４】
図２Ａに示すように、コイル４の平板電極間の間隔が広く低密度である耐圧誘電体部材５の中央部側では凹部５ｃ設けていないので、穴ぐり加工等の凹部５ｃを形成するための加工が不要であり、加工の手間が省ける。また、このように耐圧誘電体部材５の中央部側では凹部５ｃを省略することによって、耐圧誘電体部材５の全体の耐圧強度を高めることもできる。【００６５】
以下、本実施形態における凹部５ｃの形状、配置等についてさらに具体的に説明する。【００６６】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本実施形態における凹部５ｃには、２種類の凹部５ｃ１，５ｃ２が含まれる。一方の凹部５ｃ１は耐圧誘電体部材５の周辺部側に位置する１つの環状域５ｄ１で中央部側から周辺部側へ向かう方向で放射状に配列された細長い形状を有する。他方の凹部５ｃ２は環状域５ｄ１よりも内周側の環状域５ｄ２から周辺部側へ向かう方向で放射状に配列された細長い形状を有する。言い換えれば、凹部５ｃ１は、外側の端部は耐圧誘電体部材５の周辺部に位置し、内側の端部は環状域５ｄ１，５ｄ２の境界に位置するが、凹部５ｃ２は、外側の端部が耐圧誘電体部材５の周辺部に位置し、内側の端部が環状域５ｄ２内に位置している。つまり、本実施形態における凹部５ｃは、周辺の環状域５ｄ１にのみ存在する凹部５ｃ１と周辺の環状領域５ｄ１と内側の環状域５ｄ２の両方に存在する凹部５ｃ２とにより構成されている。また、凹部５ｃ１と凹部５ｃ２を周方向に交互に設けている。これらの凹部５ｃ１，５ｃ２によってチャンバー１内に対するコイル４の高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過の損失を低減し、印加電力効率を高めるようにしている。また、細長い凹部５ｃ１、５ｃ２を高密度で配置することによる誘電損失の低減度、印加電力効率向上を達成しつつ、凹部５ｃ１、５ｃ２の特に周方向での密集度を低減して耐圧誘電体部材５全体の強度を有利に確保できる。【００６７】
各環状域５ｄ１、５ｄ２において、凹部５ｃ１、５ｃ２が周方向に交互に配置されている。細長い凹部５ｃ１、５ｃ２の相互の接近度を抑えながら配列密度を高めて誘電損失の低減度、印加電力効率をさらに高められる。また、内周側の環状域５ｄ２まで延びている凹部５ｃ２は、周辺の環状域５ｄ１において凹部５ｃ１に対して周方向から見て部分的に重畳している。この凹部５ｃ１、５ｃ２の配置により、外側の環状域５ｄ１よりも円周距離が小さくなる内周側環状域５ｄ２における周方向の凹部５ｃ間の接近度を抑えながら凹部５ｃの配列密度を高め、コイル４からの耐圧誘電体部材５を介したチャンバー１内への高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過の損失の低減度、印加電力効率をさらに高められる。つまり、印加電流効率を高めて、しかも円周距離が外周側の環状域５ｄ１に対し小さくなる内周側の環状域５ｄ２において凹部５ｃ１、５ｃ２等が徒に密集して耐圧誘電体部材５の耐圧強度が低下することを抑制している。【００６８】
凹部５ｃの面積域での高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過の損失の低減効果は、厚肉部５ｂに対して肉圧が薄い度合いに比例して高まるので、このような面からは凹部５ｃの深さは大きいほど好適といえる。しかし、あまりにも深く凹部５ｃでの肉厚が薄くなりすぎると耐圧誘電体部材５の耐圧強度や削れに対する寿命に影響するので、限度がある。本実施形態では、図２Ｃに示すように、石英よりなる耐圧誘電体部材５の厚みにおいて、厚肉部５ｂが２５ｍｍであるのに対し、凹部５ｃでの底の肉部の厚みを１０ｍｍにして十分な耐圧強度、削れ寿命を満足した。具体的には、図３に示すような、コイル４への印加電力を同じにしたときの耐圧誘電体部材５の肉厚の厚みとチャンバー１内に得られるプラズマ密度Ｎｅ（ｃｍ-3）との相関性から、プラズマ密度Ｎｅ（ｃｍ-3）は、例えば従来の厚み２５ｍｍでは
３×１０10ｃｍ-3であるのに対し、凹部５ｃでの厚み１０ｍｍでは
１．２×１０11と約４倍となる。なお、凹部５ｃの底部のコーナ部は図２Ｂに示すようなアール面とすることで、角張ることによる応力の集中を緩和し、凹部５ｃの耐圧誘電体部材５の耐圧強度に対する悪影響を低減している。また、凹部５ｃどうしの近接部での凹部５ｃの角張り度合を低く抑えておくことが耐圧上有利である。【００６９】
次に、電極７について説明する。【００７０】
耐圧誘電体部材５とコイル４との間に位置する電極７は、コイル４からの高周波誘導磁界ないし誘導結合パワーを透過させない静電遮蔽をなすので、少なくとも耐圧誘電体部材５に設けた凹部５ｃに対応する範囲、好ましくは凹部５ｃ周辺におけるコイル４からの有効作用域を含む範囲で、図２Ｂに示すような高周波透過部７ａを形成している。本実施形態では、高周波透過部７ａは電極７の外周縁から中心に向けて延びる厚み方向に貫通したスリットないし切り込みである。しかし、高周波透過部７ａは、厚み方向に関するように形成された窓部であってもよい。高周波透過部７ａは、コイル４の長手方向に実質的に直交する方向に延びており、この高周波透過部７ａが延びる方向は、コイル５からの電磁界の広がり向きと一致する。
凹部５ｃと電極７の高周波透過部７ａとは、コイル４側から見たチャンバー１の平面視方向において少なくとも一部が重なり、図２Ｂに示すように凹部５ｃと高周波透過部７ａとが上下に対応するように配置すればよい。【００７１】
電極７は耐圧誘電体部材５とコイル４との間に位置して、容量結合作用にてプラズマ発生に伴う耐圧誘電体部材５の内表面５ａへの反応生成物の付着防止ないし除去できる。また、コイル４の分布密度に応じた密度で耐圧誘電体部材５に設けた凹部５ｃと対応して（コイル４側からの平面視方向において少なくとも一部が凹部５ｃと重なるように）電極７に高周波透過部７ａを設け、かつ高周波透過部７ａはコイル４からの電磁界の広がり向きと一致する向きに延びているので、コイル４からの電磁界ないしは誘導結合パワーの透過を電極７が妨げず、その結果、高い印加電力効率を確保することができる。言い換えれば、凹部５ｃと高周波透過部７ａを重ねて配置したことにより、耐圧誘電体部材５の厚み方向に対し損失少なく透過する高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの作用域を確保できる。このように、電極７に高周波透過部７ａを設けたことにより、コイル４からの誘導結合パワーの損失を抑制しつつ、容量結合作用による耐圧誘電体部材５の内表面５ａへの反応生成物の付着防止ないし除去を実現できる。【００７２】
図４Ａから図９は、第１実施形態の種々の変形例を示す。【００７３】
図４Ａ及び４Ｂに示す変形例では、主として内周側の方向に短い凹部５ｃ１と内周側の方向に長い凹部５ｃ２とを周方向に交互に多数設けて配置し、内周側に対する凹部５ｃ１の径方向長さを凹部５ｃ２の径方向長さよりも短くすることで、内周側の環状域の周方向での近接度を低減し、コイル４からの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの誘電損失をより低減して印加電力効率を増大させながら、耐圧誘電体部材５の耐圧強度の低下を抑えられる。また、図４Ａ及び４Ｂに示す例では、第１実施形態と同様に、耐圧誘電部材５の周辺部側環状域に対応する外周端に高密度に巻き数を増大させたコイル４を、耐圧誘電体部材５の凹部５ｃ１、５ｃ２双方と対応させるように組み合わせている。【００７４】
図４Ａ及び図４Ｂの例では、特に、凹部５ｃは、チャンバーの上部開口を封止する耐圧誘電体部材５のコイル４側の上面に位置させたことを利用して、コイル４の耐圧誘電体部材５の凹部５ｃとの対応部分する部分を凹部５ｃ内に嵌り込ませることにより凹部の溝部内にコイル４が入り込むように配置し、それによって誘導結合対象であるチャンバー１内の反応ガス１０との距離をさらに短くして、印加電力効率を高めるようにしている。このように、コイル４からのチャンバー１内への耐圧誘電体部材５を介した高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過損失を低減する凹部５ｃを、耐圧誘電体部材５のコイル４側の上面に設けることにより、この凹部５ｃを利用して対応するコイル系４ａ及び／あるいは４ｂを凹部５ｃ内に受け入れ誘導結合距離を小さくでき、その小さくできている分だけチャンバー１内の反応ガス１０に働く誘導結合パワーを高めて印加電力効率を高められる。なお、本例のコイル４は、凹部５ｃへの嵌り込みのための下向きに途中屈曲部を形成する関係上、屈曲変形が容易な線材である断面円形な丸線のような線状電極を用いるのが好適である。【００７５】
図５Ａ及び５Ｂに示す例では、特に、耐圧誘電部材５の凹部５ｃを、コイル４のコイルの巻き密度が高いコイルラインとの直交方向に対し、±１５°内で傾けることによって実質的な直交条件を満足して、コイル４からの高周波誘導電磁界ないしは誘導結合パワーの損失の低減に有利な方向性を活かしながら、周方向の凹部５ｃ間の接近ないしは密集度を低減できるようにして耐圧誘電体部材５の耐圧強度低下を抑えられる。凹部５ｃのコイルラインの直交線に対する傾きを符号θで示す。コイル４の耐圧誘電体部材５の凹部５ｃとの対応部分する部分を凹部５ｃ内に嵌り込ませることにより凹部の溝部内にコイル４が入り込むように配置している点は、図４Ａ及び４Ｂの例と同様である。【００７６】
図６Ａ及び図６Ｂに示す例では、特に、凹部５ｃを周方向に長く形成した構成では、コイル４の周方向に、より長く連続して誘導結合パワーの誘電損失を低減できるようにして、印加電力効率の増大に有利としながら、その分、同一径上の周方向の隣接する凹部５ｃの配置間隔を大きく空けて、周方向に長い凹部５ｃによる耐圧誘電体部材５の耐圧強度低下への悪影響を抑えられるようにしてある。また、コイル４のコイルの巻き密度が高い外周端側領域に対する外周側方向の凹部５ｃ３と内周側方向の凹部５ｃ４とを周方向交互に配置した千鳥状の配列とすることで、周方向に長い凹部５ｃの同一径上の周方向間での接近を軽減し、これらにより、周方向の凹部５ｃによる耐圧誘電体部材５の耐圧強度低下への悪影響を抑制する。コイル４の耐圧誘電体部材５の凹部５ｃとの対応部分する部分を凹部５ｃ内に嵌り込ませることにより凹部の溝部内にコイル４が入り込むように配置している点は、図４Ａ及び４Ｂの例と同様である。【００７７】
図７に示す例では、特に、図５Ａ及び５Ｂに示す周方向の凹部５ｃ３、５ｃ４に代えて、周方向に長い凹部５ｃ３、５ｃ４に対して、周方向に短い形状の円形などの凹部５ｃ５を周方向に等間隔で配列して、凹部５ｃの周方向全域での連続性を緩和し、耐圧誘電体部材５の耐圧強度低下への影響を抑えている。この場合も、周方向に等間隔で配列としたが、凹部５ｃ５は外周側方向寄りのものと、内周側方向寄りのものとの千鳥状の配置にすることもできる。【００７８】
凹部５ｃは耐圧誘電体部材５の耐圧強度を損なわない範囲でボリュームを小さくして軽量化するので、組立てやメンテナンス時の取り扱いが容易になる。このような面からは総配置面積は多いほど好適となる。そこで、図８示す例では、コイル４の周辺部側環状域の外周端側での高密度分布に対応した高密度配置を踏襲しながらも、高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの分布やコイル４の低密度分布の領域に関係なく千鳥状配置とする等して耐圧誘電体部材５をいわゆるハニカム構造の形態に形成することで、耐圧強度とコイル４からの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの誘電損失の低減とそれによる印加電力効率の向上を十分に図った上で、限度一杯の軽量化が図れる。図８に示す例では、千鳥状に配置した凹部５ｃにより耐圧誘電体部材５が前記したハニカム構造となるようにするため、正八角形としているが、これに限られることはなく、六角形、楕円、円形など自由であり、応力の集中を避けるために凹部内隅のコーナの形状はアール形状が好ましい。また、図８に示す例では、コイル４が配置されているのに最外周部で正八角形の凹部５ｃが配置できない領域にも、正八角形の一部分の形状となる凹部５ｃ６を配置して耐圧誘電体部材５の周辺側の環状域にコイル４の巻き密度であるコイル分布密度に対応した凹部５ｃの配置密度を高め、コイル４からチャンバー１内への耐圧誘電体部材５を介した高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過損失の低減を有利にしている。【００７９】
図９に示す例では、コイル４の渦巻状に巻回した先端部分を円形の凹部５ｃ内に嵌り込ませることにより、凹部５ｃの溝部内にコイル４が入り込むように配置し、それよって誘導結合対象であるチャンバー１内の反応ガス１０との距離をさらに短くして、印加電力効率を高めるようにしている。【００８０】
（第２実施形態）【００８１】
図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明の第２実施形態にかかるプラズマエッチング装置を示す。【００８２】
プラズマ処理の対象物である半導体ウエハは、大径化の一途をたどり、現時点でも２００ｍｍ、３００ｍｍと大きくなり、これを取り扱うチャンバーの内径は３２０ｍｍ、４５０ｍｍとさらに大型化している。また、エッチングは高精度化し、エッチング深さも増大している。これを満足するにはプラズマを広域に、より均等に、より旺盛に発生させる必要があり、そのためにはチャンバー内への反応ガスの供給に対応して耐圧誘電部材の周辺部側の周辺部側環状域のコイルの高密度分布域から高い高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーを働かせるのが有効であるが、広いプラズマ発生域に対応した大径コイルでは、その中央部側でのプラズマ発生が弱くなる。そこで、プラズマ密度の均一性を良化する為に、耐圧誘電部材５より上に位置する電極（誘導結合用）である上部電極（コイル）４及び耐圧誘電部材５と被処理物２を保持する載置部３とのチャンバーの高さ方向における間隔を広げることにより、チャンバー内の周辺部側に発生したプラズマがその中央部側へ拡散することで均一性を保つ必要がある。しかし、この場合はチャンバー容量が大きくなるため、必然的にプラズマ密度の低下を招き、大面積で高均一なプラズマと高度なプラズマを発生させることがともに成り立ち難くなる。【００８３】
これに対し、本実施形態では、チャンバー１の周辺部側環状域だけでなくその内側の中央部側の１つまたは複数の環状域にもコイル４の巻き数を増大させた高密度な配置域を持たせてプラズマ６を均一化している。【００８４】
具体的には、本実施形態では、コイル４は、耐圧誘電体部材５の周辺部の環状域５ｄ１（図２Ａ参照）で巻き数を増大させて分布密度を高めたコイル系４ａと、耐圧誘電体板５の環状域５ｄ２（図２Ａ参照）よりも内周側の環状域５ｄ２で巻き数を増大させて分布密度を高めたコイル系４ｂとから構成されている。いずれのコイル４ａ、４ｂも同一平面視上でそれぞれの外周端側で高密度になるように巻き数を増大させている。このように、コイル４は、耐圧誘電体部材５の外周縁付近と、耐圧誘電体部材５の中心と外周縁の中間領域とで分布密度を高めている。コイル系４ａ，４ｂは中央支持軸１００の実質的な共通の高さ位置から分岐させており、共通の電源１１から高周波電力が供給される。【００８５】
いずれのコイル系４ａ，４ｂも、チャンバー１の上部開口を封止する耐圧誘電体部材５の上面側に位置する中央部から周辺部に向け斜め下向きに巻き広がらせて、既述したように高密度分布域を低密度分布域よりもチャンバーの上部開口を封止する耐圧誘電体部材の上面に近づくように、高さ方向にて低く構成されている。換言すると、いずれのコイル系４ａ，４ｂも、周辺部側の高密度分布域をプラズマ発生域に近づけ、コイル４の中央部側の高周波電力の印加点が耐圧誘電部材より離れるようにコイルを立体的に構成している。【００８６】
このような周辺部側と中央部側の２つの環状域に巻き数を増大させてコイル４の分布密度を高めた巻き形態では、コイル４が高密度となっている周辺部側環状域の外周端側寄り局部位置からの集中的な誘導結合作用にて、より広域でのプラズマの発生に対応しながら、周辺部側環状域のプラズマ発生域の増大に起因して周辺部側環状域の内側でのプラズマ発生に不足が生じることがある場合に、コイル４が、周辺部側環状域に加え、１つまたは複数の中央部側環状域を有していることにより、周辺部側環状域同様の高密度の局部からの集中した有利な働きを踏襲して、前記不足を補うことでき、より大径なウエハの処理に好適である。【００８７】
図１０Ｂに示すように、本実施形態における耐圧誘電体部材５の上面５ａに形成された凹部５ｃは、環状域５ｄ１（図２Ａ参照）において耐圧誘電体部材５の径方向に延びる凹部５ｃ３と、耐圧誘電体板５の環状域５ｄ２（図２Ａ参照）よりも内周側の環状域５ｄ２で耐圧誘電体部材５の径方向に延びる凹部５ｃ４とを備える。凹部５ｃ３はコイル系４ａの外周部の分布密度を高めた部分に対応して形成されており、凹部５ｃ４はコイル系４ｂの外周部の分布密度を高めた部分に対応して形成されている。耐圧誘電体部材５の周方向に見ると、凹部５ｃ３に対して１個置きに凹部５ｃ４が耐圧誘電体部材５の径方向に一列配置されている。【００８８】
図１０Ｂに示すように、本実施形態における電極７には、２種類の高周波透過部７ａ１，７ａ２が形成されている。一方の高周波透過部７ａ１は、一列配置された凹部５ｃ３，５ｃ４に対応して設けられており、電極７の外周縁から中央付近まで延びる厚み方向に貫通するスリットないし切欠である。他方の高周波透過部７ａ２は、凹部５ｃ４と一列配置されていない凹部５ｃ３に対応して設けられており、電極７の外周縁から中央付近まで延びる厚み方向に貫通するスリットないし切欠であるが、高周波透過部７ａ１よりも短い。言い換えれば、高周波透過部７ａ１は耐圧誘電体部材５の環状領域５ｄ１，５ｄ２（図２Ａ参照）の両方にわたって形成されているが、高周波透過部７ａ２は耐圧誘電体部材５の外側の環状領域５ｄ１（図２Ａ参照）にのみ形成されている。【００８９】
図１０Ｃに示すように、外側の凹部５ｃ３に対応して電極７の外周縁から延びるスリットないし切欠である高周波透過部７ａ３と、内側の凹部５ｃ４に対応して電極７の外周と中央の中間（誘電体部材５の環状領域５ｄ１）に形成された窓部である高周波透過部７ａ４とを電極７に設けてもよい。また、図１０Ｄに示すように、外側と内側の凹部５ｃ３，５ｃ４にそれぞれ対応して窓部である高周波透過部７ａ５，７ａ６を電極７に設けてもよい。【００９０】
図１１Ａから１１Ｃは、第２実施形態の変形例を示す。【００９１】
この例では、第２実施形態と同様に、周辺部側環状域で巻き数を増大させるコイル系４ａと、中央部側環状域で巻き数を増大させるコイル系４ｂとを、中央から巻き広がる１つのコイル材により形成したコイル４にて形成し、周辺部側環状域でのコイル系４ａとを、耐圧誘電体部材５に形成された第１実施形態と同様の形状及び配置の凹部５ｃ１、５ｃ２（図２Ａ及び図２Ｂ参照）に対応させている。中央部側環状域でのコイル系４ｂは凹部５ｃ２に対応させるように組み合わせ、凹部５ｃ２が凹部５ｃ１よりも中央側に長くしたことを利用してコイル系４ｂが凹部５ｃ２に対応し、コイル系４ｂからの電界の透過を高めている。その結果、中央部側環状域での反応ガスに及ぼす高周波誘導磁界ないしは誘電結合パワーを高め、より広域でのプラズマの発生に対応しながら、より大径なウエハの処理に好適であるように均一化が図れる。【００９２】
このように、コイル４を周辺部側のコイルの高密度環状域の内周側に１箇所ないしは複数箇の高密度な中央部側環状域を設ける場合には、その１箇所ないしは複数箇の高密度な中央部側環状域にも対応して凹部５ｃを集中配置することにより、それら１箇所ないしは複数箇の高密度な中央部側環状域からの集中した高周波誘導磁界ないしは誘電結合パワーを損失少なくチャンバー１内に透過させることができる。【００９３】
（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態にかかるプラズマエッチング装置を示す。【００９４】
本実施形態では、周辺部側環状域で巻き数を増大させるコイル系４ａと、中央部側環状域で巻き数を増大させるコイル系４ｂとを、共通の中央支持軸１００を通じてそれぞれ異なった高さから巻き広がるよう上下２段に個別配置し、いずれのコイル系４ａ、４ｂも同一平面上で巻き数を増大させている。また、スプリッタ１９を設けることにより共通の電源１１から個々のコイル系４ａ、４ｂに対して別個に高周波電力を供給している。これにより個々のコイル系４ａ、４ｂ毎に、すなわち耐圧誘電体部材５の径方向の領域に応じて高周波電力の供給量を調整できるのでチャンバー１内に発生するプラズマをより均一化できる。コイル４ａ、４ｂは別個の平板電極を個別に巻回して形成しているが、少なくとも絶縁性材料を含む共通の中央支持軸１００で支持されている。この点で、コイル４ａ，４ｂの支持構造が簡略である。【００９５】
スプリッタ１９を使用せずに、別個の２つの電源から個々のコイル系４ａ，４ｂに対してそれぞれ高周波電力を供給してもよい。また、コイル系４ａ，４ｂに対して共通の電源から同一の高周波電力を供給する構成も可能である。この場合、共通の中央支軸１００は導電性材料で構成され、同一の高周波電力を印加する。【００９６】
外側のコイル系４ａと内側のコイル系４ｂとの間には、接地された金属製のフードないし囲いであるシールド２００が配置されている。このシールド２０１を設けることにより、コイル系４ａが発生する電磁界とコイル系４ｂが発生する電磁界との干渉を防止できるので、電源から供給される高周波電力に対する個々のコイル系４ａ，４ｂが発生する高周波誘導電磁界ないし誘導結合パワーの発生効率を向上できる。【００９７】
図１３は、第３実施形態の変形例を示す。この図１３の例は、内側のコイル系４ａを立体形状とせずに、平面構造としている点が第３実施形態と異なる。【００９８】
図１４Ａから図１７Ｃを参照して、本発明の種々の変形例を説明する。【００９９】
図１４及び図１４Ｂは電極７の変形例を示す。この電極７は、中央部７ｂから径方向に放射状に延びる複数の主枝状部７ｃを備える。個々の主枝状部７ｃの基端と先端の間の部分からは主枝状７ｄよりも十分に短い副枝状部７ｄが分岐している。径方向に互いに隣接する主枝状部７ｃ間の隙間が高周波透過部７ａとして機能する。個々の高周波透過部７ａは耐圧誘電体部材５の凹部５ｃに対応して設けられている。【０１００】
図１５に示す変形例では、誘導結合のための電極３０１はコイル状ではなく同一平面上でジクザグ状の屈曲させた１本の導体からなる。具体的には、電極３０１は同一平面上で互いに間隔をあけて平行に配置された複数の長尺部３０１ａと、隣接する長尺部３０１ａとを接続する短尺部３０１ｂとを備える。耐圧誘電体部材５は円板状ではなく矩形板状であり、電極３０１の長尺部３０１ａに対応する位置に平面視で矩形状の凹部５ｃが上面に形成されている。また、ＦＳ電極である電極７も矩形板状であり、耐圧誘電体部材５の凹部５ｃと対応する位置に、平面視で矩形状である窓部からなる高周波透過部７ａが厚み方向に貫通するように形成されている。さらに、隣接する長尺部３０１ａの間には接地された金属製の平板であるシールド２０１が配置されている。電磁界は長尺部３０１が延びる方向に対して直交する平面上に発生する。隣接する長尺部３０１が発生する電磁界間の干渉は、板状のシールド２０１によって防止される。シールド２０１は、すべての３０１部３０１ａ及び３０１部３０１ｂを覆うフードないしは囲いの形態としてもよい。【０１０１】
図１６に示すように、耐圧誘電体部材５の下に別体のカバー２１を備えることで、耐圧誘電体部材５の消耗を防ぐことができる。例えば、カバー２１の材質は、反応ガスとしてＣｌ系ガスを用いる場合は石英、ＳｉＮ、ＳｉＣ等を用い、Ｆ（フッ素）ガスを用いる場合はＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3等を用いることで、カバー２１の消耗を軽減することができる。【０１０２】
図１７Ａに示すように、第１から第３実施形態では、耐圧誘電体板５に設けられた凹部５ｃは深さが一定であり、凹部５ｃの部分での耐圧誘電体板５の厚み（第１の厚み）は一定である。しかし、凹部５ｃの部分での耐圧誘電体板５の厚みは、コイル４の分布密度に応じて種々の設定が可能である。例えば、図１７Ｂに示すように、コイル４の導体間の間隔が狭い部分、すなわちコイル４の分布密度が高い部分４ｉが耐圧誘電体板５の平坦な上面に対して斜めに形成されている場合、凹部５ｃの底面を斜めにし、凹部５ｃの部分での耐圧誘電体板５に分布を持たせてもよい。図１７Ｂでは、コイル４の分布密度が高い部分４ｉから耐圧誘電体板５までの距離が離れる程、耐圧誘電体板５の厚みが小さくなるように、凹部５ｃの底部の傾斜をさせている。コイル４がチャンバー１から離れるほど、コイル４からの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーが低下する。しかし、図１７Ｂの構成では、コイル４がチャンバー１から離れるほど耐圧誘電体板５の厚みが小さくなり、コイル４からの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過効率が高くなるので、チャンバー１からの距離が増大することよる高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの低下を透過効率の相違により相殺できる。つまり、図１７Ｂの構成により、コイル４の高分布密度の部分４ｉが耐圧誘電体板５の平坦な上面に対して斜めに形成されていても、この部分４ｉからチャンバー１に作用する高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーを均一化できる。【０１０３】
凹部５ｃの寸法により、コイル４からの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーを調整できる。例えば、図１７Ｃに示すように、コイル４の外側の高分布密度の部分４ｊに対応する凹部５ｃ’コイル４の内側の高分布密度の部分４ｋに対応する凹部５ｃ’’よりも幅を大きくし、かつ深さを大きく（耐圧誘電体板５の厚みを小さく）設定することにより、部分４ｊからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーを部分４ｋからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーに対して相対的に高めることができる。【０１０４】
本発明はプラズマ用の電極と反応生成物の付着防止電極とを用いるプラズマエッチング装置において、耐圧誘電体部材単体による低コストなチャンバー封止構造にて、耐久性と印加電力高効率化に優れたものとすることができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
2008129844.tif 000032
【図１７Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月24日(2009.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマエッチング装置に関する。詳しくは、本発明は、耐圧誘電体部材を介して誘導結合あるいは、誘導結合及び容量結合によりチャンバー内で反応ガスのプラズマを発生させてエッチングを行う電極を備えるプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなプラズマエッチング装置は既に知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された装置は、複数の貫通窓を形成した金属製の梁ないし枠体と、この枠体で支持されてチャンバーを封止する誘電体とを備える。特許文献１は、以下のように教示している。この構成により、誘電体の厚みを小さくして誘電損失を低減しつつ、金属製の梁ないし枠体の支持によって耐圧強度を確保できる。その結果、コイルからの誘電結合等により高真空で大面積にわたり高密度プラズマを発生させることが可能で、耐久性と印加電力効率に優れた低価格のプラズマ処理が実現される。
【０００４】
特許文献２に開示された装置は、板状部と１つ又は複数の梁とを一体したハニカム構造の誘電体部材を備える。この誘電体部材はチャンバーの上部開口に枠体を介することなく直接的に載置されている。特許文献２は、ハニカム構造により誘電体部材自体で面強度を確保しつつ、金属製の枠体をなくすことでコイルからの高周波の損失や遮断を解消できると教示している。
【０００５】
特許文献３に開示された装置は、チャンバー側の面とその反対側の面の少なくとも一方に凹部が形成された誘電体製の天板を備える。この凹部における天板の厚みは、天板の他の部分における厚みよりも小さい。具体的には、凹部における天板の厚みは、高周波が天板を伝搬するときの波長の１／２倍以下に設定されている。特許文献３は以下のように教示している。天板は薄い部分と同時に厚い部分を有することで機械的強度を十分に確保できる。また、高周波が凹部を通過する際、側方へ向かう成分が凹部の側壁で反射されるために下方に向かう指向性が強まる。凹部をチャンバーとは反対側の面に形成する場合、プラズマ発生面を被処理物から遠ざけないので指向性を高められる。指向性向上の結果、被処理物の近傍でのプラズマやラジカルの密度が改善される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７７８２号公報
【特許文献２】特開２０００−２００６９８号公報
【特許文献３】特開２００４−１４２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された装置は、誘電体とは別の梁または枠体を必要とするので構造が複雑で、部品製作及び組み立てのコストが高価である。また、金属製の梁ないし枠体がプラズマ発生部の近くに位置して、高密度のプラズマにさらされる。梁はアルミニウムやステンレス鋼のような金属製であるので、特に金属コンタミネーションが発生しやすい。また、ウエハを量産する時に、プラズマエッチングにより発生した反応生成物が梁ないし枠体に付着するとチャンバー内壁側に梁ないし枠体からなる凹凸がある為、付着した反応生成物が剥がれ易くなりパーティクルが発生する為にメンテナンスサイクルが短くなる。
【０００８】
特許文献２、３に開示された装置は、誘電体の薄い部分と厚い部分を一体に形成した簡易な梁構造にて機械的強度を確保している点、及び誘電体に薄い部分を設けることで高周波等を通しやすくできる点でほぼ共通する。特許文献２に開示された装置は、中央から周辺へ巻き広がるコイルが格子状の梁の全てを貫通する構成を採用している。この構成により、コイル全体が、梁の影響なく、より低い位置に、つまり誘電体下面により近く配置される。従って、コイルのどの部分に対しても高周波の損失や遮断に有利であるものの、構造や組立が複雑で高価につくものとなっている。
【０００９】
一方、プラズマ処理の対象物である半導体ウエハは、大径化の一途をたどり、現時点でも２００ｍｍ、３００ｍｍと大きくなり、これを取り扱うチャンバーの内径は３２０ｍｍ、４５０ｍｍとさらに大型化している。また、エッチングは高精度化し、エッチング深さも増大している。これらの要求を満足するには、プラズマを広域に、より均等に、より旺盛に発生させる必要がある
【００１０】
また、耐圧誘電体部材下面への反応生成物の堆積量の増大が場合により問題になる。特に、不揮発材料のプラズマエッチングを行った場合、反応生成物及び／あるいは、スパッタ等の不揮発材料が耐圧誘電部材に付着する為に、コイルからの高周波誘導電界ないしは誘導結合パワーの透過率の低下及び／あるいは透過する場所が乱される為に、プラズマ密度の低下や均一性の低下が起こる。これに対し、反応生成物の除去や付着防止の面から容量結合用の電極を耐圧誘電体部材とコイルとの間に配置して対応すると、この電極はコイルから耐圧誘電体部材を介しチャンバー内に透過する高周波の損失や遮断を招くので、これを回避する必要がある。
【００１１】
しかし、特許文献３に開示された装置は、耐圧誘電体部材単体による低コストで耐久性のよいチャンバー封止構造であるが、特許文献１、２の開示と組み合わせても、均等かつ旺盛なプラズマを広域に発生させられる構成は実現しない。まして、電極からの容量結合作用を反応生成物の堆積防止や除去に有効利用しながら、広域に均一で旺盛なプラズマを発生させることは実現できない。
【００１２】
本発明の目的は、耐圧誘電体部材単体による低コストで耐久性のよいチャンバー封止構造にて、コイルからの誘電結合作用によって広域に均一で旺盛なプラズマを発生させることができ、必要に応じて、前記プラズマ発生状態を確保して電極による容量結合作用をも有効利用できるプラズマエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、減圧可能なチャンバーと、前記チャンバーの内部の下側に設けられ被処理物を保持する載置部と、前記チャンバーの上部開口に臨むように配置され、交流電力が印加されてチャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化し、前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするための第１の電極と、前記チャンバーの前記上部開口部を封止して前記コイルの下方に位置し、前記コイルの分布密度に応じて第１の厚みを有するように形成された互いに独立する複数の凹部と、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みを有する前記複数の凹部以外の連続する厚肉部とを有する誘電体部材とを備える、プラズマエッチング装置を提供する。凹部の深さ、すなわち凹部の部分での耐圧誘電体の厚みである第１の厚みは、第２の厚みよりも薄く設定されていれば必ずしも一定である必要はない。具体的には、個々の凹部について第１の厚みに分布があってもよく、凹部間で第１の厚みが異なっていてもよい。
【００１４】
このような本発明の第１の態様の特徴によれば、耐圧誘電体部材は単体でチャンバーの上部開口を封止するものでありながら、部分的に独立した凹部の底で、それ以外の領域に連続した厚肉部を残してこの連続した厚肉部よりも厚みの小さな部分を、前記第１の電極の分布密度に対応してなし、連続した厚肉部よりも厚みが小さい分だけ、前記第１の電極からのその分布密度に対応した高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの損失を低減して、印加電力効率を高められる。しかも、凹部以外の領域が凹部底よりも大きな厚みで独立した凹部を囲うように凹部との一体構造により、シールや浮きによる受圧面積増大等の問題なく凹部の大きさに見合った小さな受圧面積を保証して凹部底での厚みが小さいことによる耐圧強度低下の回避を伴い、耐圧誘電体部材全体の耐圧強度を十分に確保することができる。
【００１５】
好ましくは、プラズマエッチング装置は、前記第１の電極と前記誘電体部材との間に配置され、厚み方向に貫通すると共に前記第１の電極の長手方向と実質的に直交する方向に延びる高周波透過部が前記凹部と対応する箇所に形成された第２の電極をさらに備える。
【００１６】
この構成によれば、第２の電極は耐圧誘電体部材と前記第１の電極との間に位置して、容量結合作用にて、プラズマ発生に伴う前記チャンバーを封止する耐圧誘電体部材の内面側への反応生成物の付着防止や除去を行いながら、前記耐圧誘電体部材の前記凹部と対応し、かつ、少なくともコイルの長手方向に実質的に直交して、コイルからの高周波誘導磁界の広がり向きと一致する高周波透過部を有して、前記コイルからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過を妨げないので、必要な前記印加電力効率を確保することができる。
【００１７】
前記凹部と前記高周波透過部とは、前記第１の電極側から見た前記チャンバーの平面視方向において、少なくとも一部が重なるように配置されていることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、前記高周波透過部が前記凹部との第１の電極側からの平面視方向において、少なくとも一部が重なるように配置することにより、コイルからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーを損失させたり遮断したりしないで、耐圧誘電体部材の厚み方向に対し損失少なく透過する高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの作用域を確保することができる。
【００１９】
前記凹部は、前記耐圧誘電体部材の上面に形成され、前記第１の電極の一部が前記凹部内に入り込むことが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、前記凹部が耐圧誘電体部材の上面にあって、前記第１の電極の対応部分が入り込んで、耐圧誘電体部材内側のプラズマ発生域により近くなる分だけ、前記コイルから反応ガスに働く高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過率が向上し、使用電力に対する割合が増大する
【００２１】
前記第１の電極がコイルである場合、前記凹部は、前記コイルの巻き密度が高い部分での前記コイルの長手方向に実質的に直交する方向に連続または不連続に設けられ、かつ耐圧誘電部材の中央部側から周辺部側へ少なくとも放射状に配置されていることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、凹部が対応するコイルの長手方向に実質的に直交する方向性を有することによって、コイルに実質的に直交する方向に広がって発生する高周波誘導磁界の透過に対して、効率的な方向に耐圧誘電部材の凹部を形成し、無駄な広がりのない耐圧誘電体部材の強度保証に有利な条件で高めて、損失を低減し、印加電力効率を高められる。それには、実質的な直交範囲は直交角度に対し例えば±１５°程度として有効である。また、このような働きは、容量結合用の電極を併用している場合でもその前記凹部に対応した前記コイルの長手方向に実質的に直交する高周波透過部によって高周波誘導磁界の透過が邪魔されないし、凹部及び高周波透過部の前記コイルの長手方向に実質的に直交した配列によって、前記コイルからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーと、前記電極からの容量結合パワーとを、反応ガスに対して前記コイルの長手方向に実質的に規則的に配分して働かせることができる。
【００２３】
また、このような配置のコイルの長手方向にほぼ直交する向きの凹部は周方向に並んで多数設けられる上、耐圧誘電部材の中央部側から周辺部側へ少なくとも放射状に配置されているので、凹部間の厚肉部は耐圧誘電体部材の変形方向に沿ってその強度を高めやすい。
【００２４】
さらに、前記コイルは、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域が高密度分布域となるように設けていることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、前記コイルが高密度となっている周辺部側環状域を有することで、プラズマ発生域に対し有効な周辺寄り局部位置から、その分布密度に応じて設けた凹部を通じ、無駄なく、かつ凹部の配列に応じた配分によって周方向に均等に働かせることができ、前記コイルが、前記周辺部側環状域に加え、１つまたは複数の環状域を有していると、プラズマ発生域が大きい周辺部側環状域の内側でのプラズマ発生作用が弱くても、１つまたは複数の中央部側環状域に高密度なコイルを周辺部領域環状域とは別に設けてあるのでプラズマ密度の均一性を良化することができる。
【００２６】
前記コイルは、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐し、または分岐しないで設けられて、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域で高密度分布域をなしていることが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、前記コイルは中央部側から周辺部側への種々な態様での巻き広がりにより、周方向に実質的に同等の分布密度を得ながら、径方向の分布密度を自由に変えられ、径方向に高密度部を形成しての均一なプラズマ発生に寄与しやすいのに併せ、このように配置したコイルの長手方向に実質的に直交する向きの凹部は周方向に並んで多数設けられる上、凹部間の厚肉部は耐圧誘電体部材の変形方向に沿ってその強度を高めやすい。
【００２８】
前記コイルは、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐し、または分岐しないで設けられて周辺部側環状域で高密度分布域をなす大径コイルと、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐し、または分岐しないで設けられて周辺部側環状域よりも内側の１つの中央部側環状域で高密度分布域をなした小径コイルとを有していることが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、前記コイルは中央部側から周辺部側への種々な態様での巻き広がりにより、周方向にほぼ同等の分布密度を得ながら、径方向の分布密度を自由に変えられるが、特に、周辺部側環状域と中央部側環状域とを大径コイルと小径コイルとによって個別に形成することで、その自由度がさらに高まり、径方向に高密度部を形成しての均一なプラズマ発生により寄与しやすいのに併せ、このような配置のコイルの長手方向にほぼ直交する向きの凹部は周方向に並んで多数設けられる上、凹部間の厚肉部は耐圧誘電体部材の変形方向に沿ってその強度を高めやすい。
【００３０】
大径コイルと小径コイルとは共通の中央支持軸を通じて電力が印加されることが好ましい。
【００３１】
この構成によれば、本発明の第８の態様に加え、さらに、２つのコイルに分けて設けながら、コイルの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの印加点及びその近傍は印加電圧が高く、チャンバー内に発生したプラズマと印加点の高い印加電圧とが容量結合し、耐圧誘電部材に対する削れがより多く発生し、印加電圧が高い印加点による耐圧誘電部材の消耗がおこる為、高周波の印加点が耐圧誘電部材より離れるようにコイルを立体的に構成する共通の中央支持軸に支持して高周波電力を印加することができ、支持、電力印加が共に安定化し、かつ必要構造が簡略化する。
【００３２】
前記コイルは、中央側から交流電力が印加され、前記コイルの中央部側の低密度分布域を高密度分布域よりも耐圧誘電体部材から遠ざけて設けてあることが好ましい。
【００３３】
この構成によれば、前記コイルの局部的な高密度分布域は耐圧誘電体部材の近接位置から有効に作用させながら、高い印加電圧の中央側の印加点側に位置する低密度分布域は、高密度分布域より耐圧誘電体部材から遠ざけて、コイルの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの印加点及びその近傍の高い印加電圧により、チャンバー内に発生したプラズマと印加点の高い印加電圧が容量結合し、耐圧誘電体部材に対する削れがより多く発生して耐圧誘電体部材の消耗が起こることを抑制する。
【００３４】
本発明の第２の態様は、減圧可能なチャンバーと、前記チャンバーの内部の下側に設けられ被処理物を保持する載置部と、前記チャンバーの上部開口に臨むように配置され、交流電力が印加されてチャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化し、前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするためのコイルと、前記コイルの下方に位置する誘電体部材とを備え、前記コイルは、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域が高密度分布域となるように設けているプラズマエッチング装置を提供する。
【００３５】
本発明のそれ以上の目的及び特徴は以下の詳細な説明及び図面によって明らかになる。また、本発明の特徴はそれ単独で、あるいは可能な範囲で複合して採用することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、耐圧誘電体部材は単体で部分的に独立した凹部とそれ以外の領域に連続した厚肉部とを有して十分な耐圧強度を確保してチャンバーの上部開口を封止した構造が簡単で低コストなものとしながら、凹部の底部分がまわりの厚肉部よりも厚みが小さい分だけ、前記第１の電極からのその分布密度に対応した高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの損失が低減して印加電力効率が高まるので、コイルの密度分布の選択による所定域への均一なプラズマ発生と、低い印加電力での旺盛なプラズマ発生とが実現し、処理の高速性、低コスト性を得ながら高密度で深いエッチング処理に適したものとなる。
【００３７】
また、さらに必要に応じて、前記第１の電極と前記誘電体部材との間に配置され、厚み方向に貫通すると共に前記第１の電極の長手方向と実質的に直交する方向に延びる高周波透過部が前記凹部と対応する箇所に形成された第２の電極を設けることにより、それに対応する前記耐圧誘電体部材の前記凹部での前記コイルからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過を妨げず前記印加電力効率の高まりを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態のプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【図２Ａ】コイル、耐圧誘電体部材、及び電極を示す分解斜視図。
【図２Ｂ】耐圧誘電体部材及び電極を示す斜視図。
【図２Ｃ】耐圧誘電体部材に設けた凹部を示す断面図。
【図３】誘導結合用の電極（コイル）への同じ印加電力に対する耐圧誘電体部材の厚みとチャンバー内への透過により発生するプラズマ密度との相関性を示すグラフ。
【図４Ａ】第１実施形態の第１の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図４Ｂ】第１実施形態の第１の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略斜視図。
【図４Ｃ】第１実施形態の第１の変形例におけるコイルを示す概略図。
【図５Ａ】第１実施形態の第２の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図５Ｂ】第１実施形態の第２の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略斜視図。
【図６Ａ】第１実施形態の第３の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図６Ｂ】第１実施形態の第３の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略斜視図。
【図７】第１実施形態の第４の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図８】第１実施形態の第５の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図９】第１実施形態の第５の変形例におけるコイルと耐圧誘電体部材を示す概略斜視図。
【図１０Ａ】本発明の第２実施形態のプラズマエッチング装置を示す部分概略断面図。
【図１０Ｂ】コイル、耐圧誘電体部材、及び電極を示す概略平面図。
【図１０Ｃ】第１の代案のコイル、耐圧誘電体部材、及び電極を示す概略平面図。
【図１０Ｄ】第２の代案のコイル、耐圧誘電体部材、及び電極を示す概略平面図。
【図１１Ａ】第２実施形態の変形例におけるコイルと耐圧誘電部材を示す概略平面図。
【図１１Ｂ】第２実施形態の変形例におけるコイルと耐圧誘電部材を示す概略斜視図。
【図１１Ｃ】第２実施形態の変形例におけるコイルを示す概略図。
【図１２】本発明の第３実施形態のプラズマエッチング装置を示す部分概略断面図。
【図１３】本発明の第３実施形態の変形例のプラズマエッチング装置を示す部分概略断面図。
【図１４Ａ】本発明の第１の変形例におけるコイル、電極、及び耐圧誘電体部材を示す概略分解斜視図。
【図１４Ｂ】本発明の第１の変形例におけるコイル、電極、及び耐圧誘電体部材を示す概略平面図。
【図１５】本発明の第２の変形例のプラズマエッチング装置を示す部分概略斜視図。
【図１６】本発明の第３の変形例における耐圧誘電体部材とカバーを示す部分概略断面図。
【図１７Ａ】第１から第３実施形態における凹部の深さの設定を示す概略部分断面図。
【図１７Ｂ】第４の変形例における凹部の深さの設定を示す概略部分断面図。
【図１７Ｃ】第５の変形例における凹部の深さの設定を示す概略部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明のプラズマエッチング装置に係る実施の形態について説明する。しかし、以下の説明は本発明の具体例であって特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。
【００４０】
（第１実施形態）
図１から図２Ｂは、本発明の第１実施形態にかかるプラズマエッチング装置を示す。このプラズマエッチング装置は、減圧可能で供給口１ａから反応ガス１０を供給して排気ガス２０を排気口１ｂから排気するチャンバー１と、このチャンバー１の内部の下側に設けられ、載置した被処理物２を静電吸着あるいはクランプ（図示せず）等により保持する載置部３と、チャンバー１の上部開口を封止する隔壁をなす耐圧誘電体部材５とを備える。また、このプラズマエッチング装置は、耐圧誘電体部材５の上部に載置部３に対向するように設けられ、チャンバー１内の反応ガス１０を誘導結合によりプラズマ６化して、載置部３に保持された被処理物２に働かせエッチング等のプラズマ処理を行わせる誘導結合用のコイル４を備える。さらに、このプラズマエッチング装置は、耐圧誘電体部材５とコイル４との間に設けられて、容量結合作用にて、プラズマ発生に伴うチャンバー１の上部開口を封止する耐圧誘電体部材５の内表面５ａに反応生成物が付着するのを防止及び／あるいは除去する、容量結合用の電極７を備える。
【００４１】
コイル４は誘導結合コイル（ＩＣＰコイル）であって高周波アンテナをなし、耐圧誘電体部材５を介しチャンバー１内にプラズマ６を発生させ、このプラズマ６が載置部３上の被処理物２の表面に働くことによってエッチング等のプラズマ処理を行わせる。また、電極７は交流電力が印加されるファラデーシールド電極（ＦＳ電極）であって、チャンバー１のコイル４側に位置する耐圧誘電体部材５の内表面５ａに沿う一様な電界を形成してプラズマ処理時に生じる反応生成物が付着するのを防止する。耐圧誘電体部材５がなす内表面５ａへの反応生成物の付着量の増大による被処理物２の異物汚染、内表面５ａへの付着異物の不均一に起因した耐圧誘電体部材５の不均一な削れ等の不具合は、被処理物２である半導体ウエハの大径化によるプラズマ発生域の増大、エッチング処理の高精度化、エッチング深さの増大に対応して、印加電力の増大によるプラズマのより旺盛な発生を見込む場合に生じやすい。これらの不具合に対して、コイル４による誘導結合作用と電極７により容量結合作用の併用は有効である。反応生成物の堆積量の増大は、特に、被処理物２が不揮発材料とした場合（不揮発材料として、例えば、金、白金、イリジュウム等やそれらの酸化物、化合物を含む貴金属材料やPZT,SBT,STO等の強誘電材料が挙げられる。）に問題となる。具体的には、不揮発性材料からなる被処理物２のプラズマエッチングを行った時、反応生成物及び／あるいは、スパッタ等の不揮発材料が耐圧誘電部材に付着する為に、コイルからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過率の低下及び／あるいは透過する場所が乱される為に、プラズマ密度の低下や均一性の低下が起こやすい。このような問題を有する被処理物２が不揮発材料の場合に、コイル４による誘導結合作用と電極７により容量結合作用の併用がより有効となる。
【００４２】
高速のプラズマ処理プロセスのために、載置部３には下部電極が構成され、この下部電極には、バイアス電力の印加として電源１５から整合器としてのコンデンサ１６等を介し交流電力、主として高周波電力を供給し、プラズマ６を被処理物２側に働かせるようにする。
【００４３】
誘導結合作用のためのコイル４には、電源１１から主として高周波電力を整合器としての可変コンデンサ１２等を介して供給し、所定のエッチレートでプラズマ処理できるようにする。また、コイル４は後に詳述する立体的な配置形態等も含めプラズマ６が被処理物２の表面に一様な密度分布をもって発生するように調整され、被処理物２の表面が設定したエッチレートにて均一にプラズマ処理されるようにする。高周波電力は一般に３０ｋＨｚ〜３００ＧＨｚ程度の交流電力とされるのに対し、プラズマ発生装置に適用される高周波範囲は通常ＨＦと称される３〜３０ＭＨｚ程度の狭い範囲の交流電力である。
【００４４】
容量結合作用のための電極７には、電源１３から整合器としての可変コンデンサ１４等を介してコイル４の場合と同様な高周波、あるいはそれ以下の低周波の交流電力を供給し、可変コンデンサ１４の調整によってチャンバー１のコイル４側（上部開口側）に位置する耐圧誘電体部材５の内表面５ａに反応生成物が付着するのを防止及び／あるいは付着した反応生成物を除去できる。
【００４５】
以下、コイル４について詳細に説明する。
【００４６】
図１及び図２Ａを参照すると、本実施形態では、コイル４の周辺部４ｆ側は平板電極間の間隔が狭く高密度分布であり、中央部４ｇ側は周辺部４ｆ側よりも平板電極間の間隔が広く低密度分布である。低密度分布であるコイル４の中央部４ｇに交流電力が印加される。具体的には、コイル４は、中央部４ｇ側から周辺部４ｆ側へ円形に巻き広がる多条（４条）の平板状電極（導体）で構成され、周辺部側での巻き数、つまり平板状電極の配置密度が、中央部側よりも高くなるようにしている。また、高周波電力の印加は中央の支持軸１００に放射状に設けた電極印加片１０１を通じて行い、分岐している複数のコイルの電極の外周端をアースに接続している。コイル４の側方視の形状としては、周辺部４ｆ側が中央部４ｇ側よりもチャンバーの上部開口を封止する耐圧誘電体部材５の上面に近づくように構成されている。言い換えれば、コイル４の周辺部４ｆ側は中央部４ｇ側よりも高さが低い。
【００４７】
コイル４は、周辺部４ｆ側が中央部４ｇ側よりも高密度である配置密度と、周辺部４ｆ側が中央部４ｇ側よりも低い側方視での形状とを有することにより、チャンバー１内の周辺環状域に誘導結合パワーを集中させ、それによってチャンバー１の周壁上部に設けた供給口１ａから矢印で示すように供給される反応ガスを励起することにより発生するプラズマ６がチャンバー１内の被処理物２の上面に均等に及ぶようにしている。言い換えれば、チャンバー１の周辺側環状域に集中して大きな領域で働くようにしたコイル４と、少なくとも周辺側環状域側の側壁から反応ガスが供給されるチャンバー１との組み合わせによって、被処理物２の上面にプラズマ６が均等に及ぶようにしている。詳細には、チャンバー１内では、大きな領域である周辺側環状域側の側壁の供給口１ａからの供給される反応ガスに、チャンバー１の側壁に沿った環状域に注入されながら減圧された中央部へと満ち広がる挙動が与えられる一方、コイル４は反応ガスの環状な注入域に対しこれに対応した分、直近に位置する周辺部４ｆ側から大きな領域で前記集中した誘導結合作用を効率よくかつ均一に与えるので、旺盛にむらなくプラズマ化して中央部にまで充満させることになり、より広域に均一で旺盛なプラズマを発生させることができる。
【００４８】
特に、本実施形態では、図１に示すようにチャンバー１の側壁の上部から反応ガスを供給しているので、反応ガスの環状の注入域がコイル４に対し平面方向に加え、高さ方向でも直近となり、誘導結合作用の効率をさらに高められ、反応ガスがプラズマ化して減圧されたチャンバー１の中央部に加え、下部へも充満する。従って、反応ガスの供給口１ａを上下に配列することは必須とならない。しかし、供給口１ａはチャンバー１の周方向には前記環状な注入域での反応ガスが周方向に過不足やむらが生じない均等にするといった配列条件を満足するのが好適である。
【００４９】
前述のように、コイル４の中央部４ｇは、周辺部４ｆよりも低密度であり、かつ周辺部４ｆよりも高い位置にある。そして、このコイル４の中央部４ｇ側に支軸１００から高周波電力が印加される。言い換えれば、コイル４は、高周波電力の印加点での密度が低く、かつ印加点が耐圧誘電部材（チャンバー１のプラズマ発生域）５から離れるように、立体的に構成されている。このコイル４の立体的構成により、コイル４の高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの印加点及びその近傍の高い印加電圧により、チャンバー１内に発生したプラズマと印加点側の高い印加電圧とが容量結合し、耐圧誘電部材５に対する削れがより多く発生して耐圧誘電部材５の消耗が起こることを抑制する。従って、発生したプラズマが被処理物２の被処理面に均等に作用しやすく処理むらのない高精度なプラズマエッチングができる。
【００５０】
コイル４の巻き構成は、１条とすることができるし、途中１段階または複数段階にて２以上の複数条に並列になるように分岐するようにしてもよい。巻き形状は矩形であってもよく、コイル４の電極の長手方向に対する断面形状は、平板状電極に代えて線状電極としてもよい。
【００５１】
以下、耐圧誘電体部材５について説明する。
【００５２】
一般に、本実施形態のように石英等の材質の耐圧誘電体部材５単体でチャンバー１を封止する単純構造では、耐圧強度を高めるために耐圧誘電体部材５の厚みが大きくなって、コイル４からの耐圧誘電部材５を介してチャンバー１内への高周波誘導磁界ないし誘導結合パワーの透過の損失を高めてしまい、コイル４に対する印加電力効率が低下する問題がある。これを特許文献１に記載のように誘電体とこれを支持する梁または枠体とで構成するのでは構造が複雑になってコスト上昇の原因になってしまうし、メンテナンスにも分解部品数、組み立て部品数、手間が増大してしまう。
【００５３】
そこで、本実施形態では、チャンバー１の上部開口を単体で封止する耐圧誘電体部材５において、耐圧強度を低下させないでコイル４の印加電力効率を高めるため、図２Ａに最も明瞭に示すように、耐圧誘電体部材５の上面にコイル４の分布密度に応じて、互いに不連続ないし互いに独立した複数の凹部５ｃを設けて、それ以外の連続する厚肉部５ｂとしている。凹部５ｃの部分における耐圧誘電体部材５の厚みは、厚肉部５ｂにおける耐圧誘電体部材５の厚みよりも小さく、この凹部５ｃの底部をコイル４が発生する高周波誘導電磁界が通過するので、凹部５ｃの部分では、コイル４からの高周波誘導電磁界ないしは誘導結合パワーの透過率が高まる。コイル４からの高周波誘導電磁界ないしは誘導結合パワーは、コイル４の巻き密度である分布密度に対応している。すなわち、コイル４の分布密度が高い程、高周波誘導電磁界ないしは誘導結合パワーも強い。従って、凹部５ｃをコイル４の分布密度に応じた密度で設けることが好ましい。具体的には、耐圧誘電体部材５の凹部５ｃは、コイル４の中央部４ｇ側より周辺部４ｆ側の方が個数あるいはその面積をより多く配置することが好ましい。凹部５ｃをコイル４の分布密度に応じた密度で設けることにより、コイル４から耐圧誘電体部材５を介してチャンバー１内の反応ガス１０に働く高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの耐圧誘電体部材５による損失がより効果的に低減され、コイル４に対して交流電力の印加電力効率が高まる。
【００５４】
凹部５ｃ以外の連続する厚肉部５ｂは、凹部５ｃの底の厚みよりも大きな厚みを有した領域であり、独立した凹部５ｃを囲うように凹部５ｃとの一体構造をなしている。言い換えれば、凹部５ｃと厚肉部５ｂは、一体構造（本実施形態では円板状）の耐圧誘電体部材５の別の部位に過ぎない。従って、凹部５ｃと厚肉部５ｂとの間では、シールや浮きによる受圧面積増大等による機械的強度や耐久性の低下の問題が生じる余地がなく、厚肉部５ｂによって凹部５ｃの個数と面積に見合った受圧面積を確保できる。このように、連続した厚肉部５ｂを設けることにより、凹部５ｃで厚みが小さいことによる耐圧強度低下の回避しつつ、耐圧誘電体部材５全体の耐圧強度を十分に確保できる。
【００５５】
凹部５ｃは、耐圧誘電体部材５が石英等の自然物であれば穴ぐり加工によって簡単に形成できるし、耐圧誘電体部材５が成形品であれば成形時に一挙に形成することができる。また、耐圧誘電体部材５は梁ないし枠体等の他の構造物を介することなくチャンバー１の側壁に直接的に載置されて上部開口を封止する点で、構造が簡単でメンテナンス性もよく、低コストである。
【００５６】
以上のように、コイル４の側のチャンバー１の上部開口を封止している耐圧誘電体部材５がコイルの巻き密度の分布密度に対応して設けられた互いに独立した凹部５ｃとそれ以外の領域に連続した厚肉部５ｂとを有する構造は、十分な耐圧強度を確保でき、簡単な構造でメンテナンス性もよく、低コストであるだけでなく、コイル４の巻き密度の分布密度に対応しているコイル４からの高周波誘導電界ないしは高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの損失を低減して交流電力の印加効率できるので、コイル４による所定域への均一なプラズマ発生と、低い印加電力での旺盛なプラズマ発生とを実現できる。その結果、処理の高速性、低コスト性を確保しつつ、高密度で深いエッチング処理を実現できる。
【００５７】
凹部５ｃの形状、寸法、配置を適切に設定することで、耐圧誘電体部材５の連続する厚肉部５ｂの厚みを凹凸のない単なる板状の耐圧誘電体部材と同じ厚みに設定しても、十分な耐圧強度が得られる。高周波誘導電界ないしは誘導結合パワーの損失低減の面では、凹部５ｃの深さは連続する厚肉部５ｂの厚みに対して深いほど好適であるが、凹部５ｃの形状パターンや大きさ、配列パターンによって許容度が異なる。
【００５８】
以下、コイル４の分布密度と凹部５ｃとの関係について説明する。
【００５９】
本実施形形態では、前述のようにコイル４は耐圧誘電体部材５の中央から周辺へ平板電極が円形に巻き広がる配置とし、周辺部側での巻き数、つまり配置密度が高くなるようにしている。配置密度に応じてコイル４の周辺部４ｆ側で高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの分布が集中して生じるので、コイル４の周辺部４ｆ側と対向する耐圧誘電体部材５の周辺部の環状域５ｄ１（図２Ｂ参照）に凹部５ｃを集中配置することで、高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワー損失少なく透過させて印加電力効率を高めている。具体的には、凹部５ｃはコイル４の長手方向にほぼ直交する向きに延び、耐圧誘電体部材５の周方向に並んで多数設けられている。また、凹部５ｃは耐圧誘電部材５の中央部側から周辺部側へ向かう方向に放射状に配置されているので、凹部５ｃ間の厚肉部５ｂは耐圧誘電体部材５の変形方向に沿ってその強度が向上する。以下、これらの特徴について詳細に説明する。
【００６０】
図１及び図２Ａに示すように、コイル４からの電磁界は、平板電極間の間隔が狭く高密度分布であるコイル４の周辺側においてコイル４（平板電極）の長手方向に実質的に直交する方向に発生し環状に広がる。この電磁界の分布に対応して、凹部５ｃはコイル４の長手方向に実質的に直交する方向に延びるように設けており、これにより印加電力効率を高めている。凹部５ｃが対応するコイル４に実質的に直交する方向性を有することによって、コイル４に実質的に直交する方向に広がって発生する電磁界の透過の損失を低減し、高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過の低下を抑制できるので、必要な印加電力効率を高めることができる。
【００６１】
チャンバー１の上部開口部の内側に位置する受部の部分が実質的に耐圧誘電体部材５を支持している。この受部で支持されている部位には、特にチャンバー１内の真空発生により、大きなせん断力が発生する。本実施形態では、凹部５ｃの外側の端部と上部開口部の内側の受部と間隔が開けられている。言い換えれば、凹部５ｃは、チャンバー１の上部開口部の内側の受部にかからない構成としている。この構成により、耐圧誘電部材５の必要な耐変形性、耐久性を確保できる。
【００６２】
また、凹部５ｃは耐圧誘電体部材５のほぼ径方向に延びており、放射状に配置されているので、耐圧誘電体部材５の耐圧強度を確保できる。具体的には、本実施形態のように円形の耐圧誘電体部材５の周辺部がチャンバー１で支持される場合、チャンバー１内の真空の受圧による耐圧誘電体部材５の面内応力は中央部から周辺部に向けて増大し、各半径位置での内部応力は周方向に均等になる。凹部５ｃは耐圧誘電体部材５の中央部から周辺部側（チャンバー１による受部側）へ向かう方向に延びており放射状に配置されているので、前述のように高い面内応力が作用する耐圧誘電体部材５の周辺部側では、凹部５ｃの周方向配列ピッチが中央部側と比較して広くなるので、耐圧誘電体部材５の耐圧強度を確保できる。本実施形態のように凹部５ｃを長円型の細長な溝形状とすることで、凹部５ｃが耐圧誘電体部材５の径方向に延びるように放射状に配置されていることによる耐圧強度確保の効果を最大限発揮できる。なお、前記実質的な直交の角度範囲は、例えば、直交角度に対し例えば±１５°程度として有効である。
【００６３】
図２Ａに示すように、コイル４の平板電極間の間隔が広く低密度である耐圧誘電体部材５の中央部側では凹部５ｃ設けていないので、穴ぐり加工等の凹部５ｃを形成するための加工が不要であり、加工の手間が省ける。また、このように耐圧誘電体部材５の中央部側では凹部５ｃを省略することによって、耐圧誘電体部材５の全体の耐圧強度を高めることもできる。
【００６４】
以下、本実施形態における凹部５ｃの形状、配置等についてさらに具体的に説明する。
【００６５】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本実施形態における凹部５ｃには、２種類の凹部５ｃ１，５ｃ２が含まれる。一方の凹部５ｃ１は耐圧誘電体部材５の周辺部側に位置する１つの環状域５ｄ１で中央部側から周辺部側へ向かう方向で放射状に配列された細長い形状を有する。他方の凹部５ｃ２は環状域５ｄ１よりも内周側の環状域５ｄ２から周辺部側へ向かう方向で放射状に配列された細長い形状を有する。言い換えれば、凹部５ｃ１は、外側の端部は耐圧誘電体部材５の周辺部に位置し、内側の端部は環状域５ｄ１，５ｄ２の境界に位置するが、凹部５ｃ２は、外側の端部が耐圧誘電体部材５の周辺部に位置し、内側の端部が環状域５ｄ２内に位置している。つまり、本実施形態における凹部５ｃは、周辺の環状域５ｄ１にのみ存在する凹部５ｃ１と周辺の環状領域５ｄ１と内側の環状域５ｄ２の両方に存在する凹部５ｃ２とにより構成されている。また、凹部５ｃ１と凹部５ｃ２を周方向に交互に設けている。これらの凹部５ｃ１，５ｃ２によってチャンバー１内に対するコイル４の高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過の損失を低減し、印加電力効率を高めるようにしている。また、細長い凹部５ｃ１、５ｃ２を高密度で配置することによる誘電損失の低減度、印加電力効率向上を達成しつつ、凹部５ｃ１、５ｃ２の特に周方向での密集度を低減して耐圧誘電体部材５全体の強度を有利に確保できる。
【００６６】
各環状域５ｄ１、５ｄ２において、凹部５ｃ１、５ｃ２が周方向に交互に配置されている。細長い凹部５ｃ１、５ｃ２の相互の接近度を抑えながら配列密度を高めて誘電損失の低減度、印加電力効率をさらに高められる。また、内周側の環状域５ｄ２まで延びている凹部５ｃ２は、周辺の環状域５ｄ１において凹部５ｃ１に対して周方向から見て部分的に重畳している。この凹部５ｃ１、５ｃ２の配置により、外側の環状域５ｄ１よりも円周距離が小さくなる内周側環状域５ｄ２における周方向の凹部５ｃ間の接近度を抑えながら凹部５ｃの配列密度を高め、コイル４からの耐圧誘電体部材５を介したチャンバー１内への高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過の損失の低減度、印加電力効率をさらに高められる。つまり、印加電流効率を高めて、しかも円周距離が外周側の環状域５ｄ１に対し小さくなる内周側の環状域５ｄ２において凹部５ｃ１、５ｃ２等が徒に密集して耐圧誘電体部材５の耐圧強度が低下することを抑制している。
【００６７】
凹部５ｃの面積域での高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過の損失の低減効果は、厚肉部５ｂに対して肉圧が薄い度合いに比例して高まるので、このような面からは凹部５ｃの深さは大きいほど好適といえる。しかし、あまりにも深く凹部５ｃでの肉厚が薄くなりすぎると耐圧誘電体部材５の耐圧強度や削れに対する寿命に影響するので、限度がある。本実施形態では、図２Ｃに示すように、石英よりなる耐圧誘電体部材５の厚みにおいて、厚肉部５ｂが２５ｍｍであるのに対し、凹部５ｃでの底の肉部の厚みを１０ｍｍにして十分な耐圧強度、削れ寿命を満足した。具体的には、図３に示すような、コイル４への印加電力を同じにしたときの耐圧誘電体部材５の肉厚の厚みとチャンバー１内に得られるプラズマ密度Ｎｅ（ｃｍ-3）との相関性から、プラズマ密度Ｎｅ（ｃｍ-3）は、例えば従来の厚み２５ｍｍでは
３×１０10ｃｍ-3であるのに対し、凹部５ｃでの厚み１０ｍｍでは
１．２×１０11と約４倍となる。なお、凹部５ｃの底部のコーナ部は図２Ｂに示すようなアール面とすることで、角張ることによる応力の集中を緩和し、凹部５ｃの耐圧誘電体部材５の耐圧強度に対する悪影響を低減している。また、凹部５ｃどうしの近接部での凹部５ｃの角張り度合を低く抑えておくことが耐圧上有利である。
【００６８】
次に、電極７について説明する。
【００６９】
耐圧誘電体部材５とコイル４との間に位置する電極７は、コイル４からの高周波誘導磁界ないし誘導結合パワーを透過させない静電遮蔽をなすので、少なくとも耐圧誘電体部材５に設けた凹部５ｃに対応する範囲、好ましくは凹部５ｃ周辺におけるコイル４からの有効作用域を含む範囲で、図２Ｂに示すような高周波透過部７ａを形成している。本実施形態では、高周波透過部７ａは電極７の外周縁から中心に向けて延びる厚み方向に貫通したスリットないし切り込みである。しかし、高周波透過部７ａは、厚み方向に関するように形成された窓部であってもよい。高周波透過部７ａは、コイル４の長手方向に実質的に直交する方向に延びており、この高周波透過部７ａが延びる方向は、コイル５からの電磁界の広がり向きと一致する。凹部５ｃと電極７の高周波透過部７ａとは、コイル４側から見たチャンバー１の平面視方向において少なくとも一部が重なり、図２Ｂに示すように凹部５ｃと高周波透過部７ａとが上下に対応するように配置すればよい。
【００７０】
電極７は耐圧誘電体部材５とコイル４との間に位置して、容量結合作用にてプラズマ発生に伴う耐圧誘電体部材５の内表面５ａへの反応生成物の付着防止ないし除去できる。また、コイル４の分布密度に応じた密度で耐圧誘電体部材５に設けた凹部５ｃと対応して（コイル４側からの平面視方向において少なくとも一部が凹部５ｃと重なるように）電極７に高周波透過部７ａを設け、かつ高周波透過部７ａはコイル４からの電磁界の広がり向きと一致する向きに延びているので、コイル４からの電磁界ないしは誘導結合パワーの透過を電極７が妨げず、その結果、高い印加電力効率を確保することができる。言い換えれば、凹部５ｃと高周波透過部７ａを重ねて配置したことにより、耐圧誘電体部材５の厚み方向に対し損失少なく透過する高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの作用域を確保できる。このように、電極７に高周波透過部７ａを設けたことにより、コイル４からの誘導結合パワーの損失を抑制しつつ、容量結合作用による耐圧誘電体部材５の内表面５ａへの反応生成物の付着防止ないし除去を実現できる。
【００７１】
図４Ａから図９は、第１実施形態の種々の変形例を示す。
【００７２】
図４Ａ及び４Ｂに示す変形例では、主として内周側の方向に短い凹部５ｃ１と内周側の方向に長い凹部５ｃ２とを周方向に交互に多数設けて配置し、内周側に対する凹部５ｃ１の径方向長さを凹部５ｃ２の径方向長さよりも短くすることで、内周側の環状域の周方向での近接度を低減し、コイル４からの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの誘電損失をより低減して印加電力効率を増大させながら、耐圧誘電体部材５の耐圧強度の低下を抑えられる。また、図４Ａ及び４Ｂに示す例では、第１実施形態と同様に、耐圧誘電部材５の周辺部側環状域に対応する外周端に高密度に巻き数を増大させたコイル４を、耐圧誘電体部材５の凹部５ｃ１、５ｃ２双方と対応させるように組み合わせている。
【００７３】
図４Ａ及び図４Ｂの例では、特に、凹部５ｃは、チャンバーの上部開口を封止する耐圧誘電体部材５のコイル４側の上面に位置させたことを利用して、コイル４の耐圧誘電体部材５の凹部５ｃとの対応部分する部分を凹部５ｃ内に嵌り込ませることにより凹部の溝部内にコイル４が入り込むように配置し、それによって誘導結合対象であるチャンバー１内の反応ガス１０との距離をさらに短くして、印加電力効率を高めるようにしている。このように、コイル４からのチャンバー１内への耐圧誘電体部材５を介した高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過損失を低減する凹部５ｃを、耐圧誘電体部材５のコイル４側の上面に設けることにより、この凹部５ｃを利用して対応するコイル系４ａ及び／あるいは４ｂを凹部５ｃ内に受け入れ誘導結合距離を小さくでき、その小さくできている分だけチャンバー１内の反応ガス１０に働く誘導結合パワーを高めて印加電力効率を高められる。なお、本例のコイル４は、凹部５ｃへの嵌り込みのための下向きに途中屈曲部を形成する関係上、屈曲変形が容易な線材である断面円形な丸線のような線状電極を用いるのが好適である。
【００７４】
図５Ａ及び５Ｂに示す例では、特に、耐圧誘電部材５の凹部５ｃを、コイル４のコイルの巻き密度が高いコイルラインとの直交方向に対し、±１５°内で傾けることによって実質的な直交条件を満足して、コイル４からの高周波誘導電磁界ないしは誘導結合パワーの損失の低減に有利な方向性を活かしながら、周方向の凹部５ｃ間の接近ないしは密集度を低減できるようにして耐圧誘電体部材５の耐圧強度低下を抑えられる。凹部５ｃのコイルラインの直交線に対する傾きを符号θで示す。コイル４の耐圧誘電体部材５の凹部５ｃとの対応部分する部分を凹部５ｃ内に嵌り込ませることにより凹部の溝部内にコイル４が入り込むように配置している点は、図４Ａ及び４Ｂの例と同様である。
【００７５】
図６Ａ及び図６Ｂに示す例では、特に、凹部５ｃを周方向に長く形成した構成では、コイル４の周方向に、より長く連続して誘導結合パワーの誘電損失を低減できるようにして、印加電力効率の増大に有利としながら、その分、同一径上の周方向の隣接する凹部５ｃの配置間隔を大きく空けて、周方向に長い凹部５ｃによる耐圧誘電体部材５の耐圧強度低下への悪影響を抑えられるようにしてある。また、コイル４のコイルの巻き密度が高い外周端側領域に対する外周側方向の凹部５ｃ３と内周側方向の凹部５ｃ４とを周方向交互に配置した千鳥状の配列とすることで、周方向に長い凹部５ｃの同一径上の周方向間での接近を軽減し、これらにより、周方向の凹部５ｃによる耐圧誘電体部材５の耐圧強度低下への悪影響を抑制する。コイル４の耐圧誘電体部材５の凹部５ｃとの対応部分する部分を凹部５ｃ内に嵌り込ませることにより凹部の溝部内にコイル４が入り込むように配置している点は、図４Ａ及び４Ｂの例と同様である。
【００７６】
図７に示す例では、特に、図５Ａ及び５Ｂに示す周方向の凹部５ｃ３、５ｃ４に代えて、周方向に長い凹部５ｃ３、５ｃ４に対して、周方向に短い形状の円形などの凹部５ｃ５を周方向に等間隔で配列して、凹部５ｃの周方向全域での連続性を緩和し、耐圧誘電体部材５の耐圧強度低下への影響を抑えている。この場合も、周方向に等間隔で配列としたが、凹部５ｃ５は外周側方向寄りのものと、内周側方向寄りのものとの千鳥状の配置にすることもできる。
【００７７】
凹部５ｃは耐圧誘電体部材５の耐圧強度を損なわない範囲でボリュームを小さくして軽量化するので、組立てやメンテナンス時の取り扱いが容易になる。このような面からは総配置面積は多いほど好適となる。そこで、図８示す例では、コイル４の周辺部側環状域の外周端側での高密度分布に対応した高密度配置を踏襲しながらも、高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの分布やコイル４の低密度分布の領域に関係なく千鳥状配置とする等して耐圧誘電体部材５をいわゆるハニカム構造の形態に形成することで、耐圧強度とコイル４からの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの誘電損失の低減とそれによる印加電力効率の向上を十分に図った上で、限度一杯の軽量化が図れる。図８に示す例では、千鳥状に配置した凹部５ｃにより耐圧誘電体部材５が前記したハニカム構造となるようにするため、正八角形としているが、これに限られることはなく、六角形、楕円、円形など自由であり、応力の集中を避けるために凹部内隅のコーナの形状はアール形状が好ましい。また、図８に示す例では、コイル４が配置されているのに最外周部で正八角形の凹部５ｃが配置できない領域にも、正八角形の一部分の形状となる凹部５ｃ６を配置して耐圧誘電体部材５の周辺側の環状域にコイル４の巻き密度であるコイル分布密度に対応した凹部５ｃの配置密度を高め、コイル４からチャンバー１内への耐圧誘電体部材５を介した高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過損失の低減を有利にしている。
【００７８】
図９に示す例では、コイル４の渦巻状に巻回した先端部分を円形の凹部５ｃ内に嵌り込ませることにより、凹部５ｃの溝部内にコイル４が入り込むように配置し、それよって誘導結合対象であるチャンバー１内の反応ガス１０との距離をさらに短くして、印加電力効率を高めるようにしている。
【００７９】
（第２実施形態）
【００８０】
図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明の第２実施形態にかかるプラズマエッチング装置を示す。
【００８１】
プラズマ処理の対象物である半導体ウエハは、大径化の一途をたどり、現時点でも２００ｍｍ、３００ｍｍと大きくなり、これを取り扱うチャンバーの内径は３２０ｍｍ、４５０ｍｍとさらに大型化している。また、エッチングは高精度化し、エッチング深さも増大している。これを満足するにはプラズマを広域に、より均等に、より旺盛に発生させる必要があり、そのためにはチャンバー内への反応ガスの供給に対応して耐圧誘電部材の周辺部側の周辺部側環状域のコイルの高密度分布域から高い高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーを働かせるのが有効であるが、広いプラズマ発生域に対応した大径コイルでは、その中央部側でのプラズマ発生が弱くなる。そこで、プラズマ密度の均一性を良化する為に、耐圧誘電部材５より上に位置する電極（誘導結合用）である上部電極（コイル）４及び耐圧誘電部材５と被処理物２を保持する載置部３とのチャンバーの高さ方向における間隔を広げることにより、チャンバー内の周辺部側に発生したプラズマがその中央部側へ拡散することで均一性を保つ必要がある。しかし、この場合はチャンバー容量が大きくなるため、必然的にプラズマ密度の低下を招き、大面積で高均一なプラズマと高度なプラズマを発生させることがともに成り立ち難くなる。
【００８２】
これに対し、本実施形態では、チャンバー１の周辺部側環状域だけでなくその内側の中央部側の１つまたは複数の環状域にもコイル４の巻き数を増大させた高密度な配置域を持たせてプラズマ６を均一化している。
【００８３】
具体的には、本実施形態では、コイル４は、耐圧誘電体部材５の周辺部の環状域５ｄ１（図２Ａ参照）で巻き数を増大させて分布密度を高めたコイル系４ａと、耐圧誘電体板５の環状域５ｄ２（図２Ａ参照）よりも内周側の環状域５ｄ２で巻き数を増大させて分布密度を高めたコイル系４ｂとから構成されている。いずれのコイル４ａ、４ｂも同一平面視上でそれぞれの外周端側で高密度になるように巻き数を増大させている。このように、コイル４は、耐圧誘電体部材５の外周縁付近と、耐圧誘電体部材５の中心と外周縁の中間領域とで分布密度を高めている。コイル系４ａ，４ｂは中央支持軸１００の実質的な共通の高さ位置から分岐させており、共通の電源１１から高周波電力が供給される。
【００８４】
いずれのコイル系４ａ，４ｂも、チャンバー１の上部開口を封止する耐圧誘電体部材５の上面側に位置する中央部から周辺部に向け斜め下向きに巻き広がらせて、既述したように高密度分布域を低密度分布域よりもチャンバーの上部開口を封止する耐圧誘電体部材の上面に近づくように、高さ方向にて低く構成されている。換言すると、いずれのコイル系４ａ，４ｂも、周辺部側の高密度分布域をプラズマ発生域に近づけ、コイル４の中央部側の高周波電力の印加点が耐圧誘電部材より離れるようにコイルを立体的に構成している。
【００８５】
このような周辺部側と中央部側の２つの環状域に巻き数を増大させてコイル４の分布密度を高めた巻き形態では、コイル４が高密度となっている周辺部側環状域の外周端側寄り局部位置からの集中的な誘導結合作用にて、より広域でのプラズマの発生に対応しながら、周辺部側環状域のプラズマ発生域の増大に起因して周辺部側環状域の内側でのプラズマ発生に不足が生じることがある場合に、コイル４が、周辺部側環状域に加え、１つまたは複数の中央部側環状域を有していることにより、周辺部側環状域同様の高密度の局部からの集中した有利な働きを踏襲して、前記不足を補うことでき、より大径なウエハの処理に好適である。
【００８６】
図１０Ｂに示すように、本実施形態における耐圧誘電体部材５の上面５ａに形成された凹部５ｃは、環状域５ｄ１（図２Ａ参照）において耐圧誘電体部材５の径方向に延びる凹部５ｃ３と、耐圧誘電体板５の環状域５ｄ２（図２Ａ参照）よりも内周側の環状域５ｄ２で耐圧誘電体部材５の径方向に延びる凹部５ｃ４とを備える。凹部５ｃ３はコイル系４ａの外周部の分布密度を高めた部分に対応して形成されており、凹部５ｃ４はコイル系４ｂの外周部の分布密度を高めた部分に対応して形成されている。耐圧誘電体部材５の周方向に見ると、凹部５ｃ３に対して１個置きに凹部５ｃ４が耐圧誘電体部材５の径方向に一列配置されている。
【００８７】
図１０Ｂに示すように、本実施形態における電極７には、２種類の高周波透過部７ａ１，７ａ２が形成されている。一方の高周波透過部７ａ１は、一列配置された凹部５ｃ３，５ｃ４に対応して設けられており、電極７の外周縁から中央付近まで延びる厚み方向に貫通するスリットないし切欠である。他方の高周波透過部７ａ２は、凹部５ｃ４と一列配置されていない凹部５ｃ３に対応して設けられており、電極７の外周縁から中央付近まで延びる厚み方向に貫通するスリットないし切欠であるが、高周波透過部７ａ１よりも短い。言い換えれば、高周波透過部７ａ１は耐圧誘電体部材５の環状領域５ｄ１，５ｄ２（図２Ａ参照）の両方にわたって形成されているが、高周波透過部７ａ２は耐圧誘電体部材５の外側の環状領域５ｄ１（図２Ａ参照）にのみ形成されている。
【００８８】
図１０Ｃに示すように、外側の凹部５ｃ３に対応して電極７の外周縁から延びるスリットないし切欠である高周波透過部７ａ３と、内側の凹部５ｃ４に対応して電極７の外周と中央の中間（誘電体部材５の環状領域５ｄ１）に形成された窓部である高周波透過部７ａ４とを電極７に設けてもよい。また、図１０Ｄに示すように、外側と内側の凹部５ｃ３，５ｃ４にそれぞれ対応して窓部である高周波透過部７ａ５，７ａ６を電極７に設けてもよい。
【００８９】
図１１Ａから１１Ｃは、第２実施形態の変形例を示す。
【００９０】
この例では、第２実施形態と同様に、周辺部側環状域で巻き数を増大させるコイル系４ａと、中央部側環状域で巻き数を増大させるコイル系４ｂとを、中央から巻き広がる１つのコイル材により形成したコイル４にて形成し、周辺部側環状域でのコイル系４ａとを、耐圧誘電体部材５に形成された第１実施形態と同様の形状及び配置の凹部５ｃ１、５ｃ２（図２Ａ及び図２Ｂ参照）に対応させている。中央部側環状域でのコイル系４ｂは凹部５ｃ２に対応させるように組み合わせ、凹部５ｃ２が凹部５ｃ１よりも中央側に長くしたことを利用してコイル系４ｂが凹部５ｃ２に対応し、コイル系４ｂからの電界の透過を高めている。その結果、中央部側環状域での反応ガスに及ぼす高周波誘導磁界ないしは誘電結合パワーを高め、より広域でのプラズマの発生に対応しながら、より大径なウエハの処理に好適であるように均一化が図れる。
【００９１】
このように、コイル４を周辺部側のコイルの高密度環状域の内周側に１箇所ないしは複数箇の高密度な中央部側環状域を設ける場合には、その１箇所ないしは複数箇の高密度な中央部側環状域にも対応して凹部５ｃを集中配置することにより、それら１箇所ないしは複数箇の高密度な中央部側環状域からの集中した高周波誘導磁界ないしは誘電結合パワーを損失少なくチャンバー１内に透過させることができる。
【００９２】
（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態にかかるプラズマエッチング装置を示す。
【００９３】
本実施形態では、周辺部側環状域で巻き数を増大させるコイル系４ａと、中央部側環状域で巻き数を増大させるコイル系４ｂとを、共通の中央支持軸１００を通じてそれぞれ異なった高さから巻き広がるよう上下２段に個別配置し、いずれのコイル系４ａ、４ｂも同一平面上で巻き数を増大させている。また、スプリッタ１９を設けることにより共通の電源１１から個々のコイル系４ａ、４ｂに対して別個に高周波電力を供給している。これにより個々のコイル系４ａ、４ｂ毎に、すなわち耐圧誘電体部材５の径方向の領域に応じて高周波電力の供給量を調整できるのでチャンバー１内に発生するプラズマをより均一化できる。コイル４ａ、４ｂは別個の平板電極を個別に巻回して形成しているが、少なくとも絶縁性材料を含む共通の中央支持軸１００で支持されている。この点で、コイル４ａ，４ｂの支持構造が簡略である。
【００９４】
スプリッタ１９を使用せずに、別個の２つの電源から個々のコイル系４ａ，４ｂに対してそれぞれ高周波電力を供給してもよい。また、コイル系４ａ，４ｂに対して共通の電源から同一の高周波電力を供給する構成も可能である。この場合、共通の中央支軸１００は導電性材料で構成され、同一の高周波電力を印加する。
【００９５】
外側のコイル系４ａと内側のコイル系４ｂとの間には、接地された金属製のフードないし囲いであるシールド２００が配置されている。このシールド２０１を設けることにより、コイル系４ａが発生する電磁界とコイル系４ｂが発生する電磁界との干渉を防止できるので、電源から供給される高周波電力に対する個々のコイル系４ａ，４ｂが発生する高周波誘導電磁界ないし誘導結合パワーの発生効率を向上できる。
【００９６】
図１３は、第３実施形態の変形例を示す。この図１３の例は、内側のコイル系４ａを立体形状とせずに、平面構造としている点が第３実施形態と異なる。
【００９７】
図１４Ａから図１７Ｃを参照して、本発明の種々の変形例を説明する。
【００９８】
図１４及び図１４Ｂは電極７の変形例を示す。この電極７は、中央部７ｂから径方向に放射状に延びる複数の主枝状部７ｃを備える。個々の主枝状部７ｃの基端と先端の間の部分からは主枝状７ｄよりも十分に短い副枝状部７ｄが分岐している。径方向に互いに隣接する主枝状部７ｃ間の隙間が高周波透過部７ａとして機能する。個々の高周波透過部７ａは耐圧誘電体部材５の凹部５ｃに対応して設けられている。
【００９９】
図１５に示す変形例では、誘導結合のための電極３０１はコイル状ではなく同一平面上でジクザグ状の屈曲させた１本の導体からなる。具体的には、電極３０１は同一平面上で互いに間隔をあけて平行に配置された複数の長尺部３０１ａと、隣接する長尺部３０１ａとを接続する短尺部３０１ｂとを備える。耐圧誘電体部材５は円板状ではなく矩形板状であり、電極３０１の長尺部３０１ａに対応する位置に平面視で矩形状の凹部５ｃが上面に形成されている。また、ＦＳ電極である電極７も矩形板状であり、耐圧誘電体部材５の凹部５ｃと対応する位置に、平面視で矩形状である窓部からなる高周波透過部７ａが厚み方向に貫通するように形成されている。さらに、隣接する長尺部３０１ａの間には接地された金属製の平板であるシールド２０１が配置されている。電磁界は長尺部３０１が延びる方向に対して直交する平面上に発生する。隣接する長尺部３０１が発生する電磁界間の干渉は、板状のシールド２０１によって防止される。シールド２０１は、すべての３０１部３０１ａ及び３０１部３０１ｂを覆うフードないしは囲いの形態としてもよい。
【０１００】
図１６に示すように、耐圧誘電体部材５の下に別体のカバー２１を備えることで、耐圧誘電体部材５の消耗を防ぐことができる。例えば、カバー２１の材質は、反応ガスとしてＣｌ系ガスを用いる場合は石英、ＳｉＮ、ＳｉＣ等を用い、Ｆ（フッ素）ガスを用いる場合はＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3等を用いることで、カバー２１の消耗を軽減することができる。
【０１０１】
図１７Ａに示すように、第１から第３実施形態では、耐圧誘電体板５に設けられた凹部５ｃは深さが一定であり、凹部５ｃの部分での耐圧誘電体板５の厚み（第１の厚み）は一定である。しかし、凹部５ｃの部分での耐圧誘電体板５の厚みは、コイル４の分布密度に応じて種々の設定が可能である。例えば、図１７Ｂに示すように、コイル４の導体間の間隔が狭い部分、すなわちコイル４の分布密度が高い部分４ｉが耐圧誘電体板５の平坦な上面に対して斜めに形成されている場合、凹部５ｃの底面を斜めにし、凹部５ｃの部分での耐圧誘電体板５に分布を持たせてもよい。図１７Ｂでは、コイル４の分布密度が高い部分４ｉから耐圧誘電体板５までの距離が離れる程、耐圧誘電体板５の厚みが小さくなるように、凹部５ｃの底部の傾斜をさせている。コイル４がチャンバー１から離れるほど、コイル４からの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーが低下する。しかし、図１７Ｂの構成では、コイル４がチャンバー１から離れるほど耐圧誘電体板５の厚みが小さくなり、コイル４からの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの透過効率が高くなるので、チャンバー１からの距離が増大することよる高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーの低下を透過効率の相違により相殺できる。つまり、図１７Ｂの構成により、コイル４の高分布密度の部分４ｉが耐圧誘電体板５の平坦な上面に対して斜めに形成されていても、この部分４ｉからチャンバー１に作用する高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーを均一化できる。
【０１０２】
凹部５ｃの寸法により、コイル４からの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーを調整できる。例えば、図１７Ｃに示すように、コイル４の外側の高分布密度の部分４ｊに対応する凹部５ｃ’コイル４の内側の高分布密度の部分４ｋに対応する凹部５ｃ’’よりも幅を大きくし、かつ深さを大きく（耐圧誘電体板５の厚みを小さく）設定することにより、部分４ｊからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーを部分４ｋからの高周波誘導磁界ないしは誘導結合パワーに対して相対的に高めることができる。
【０１０３】
本発明はプラズマ用の電極と反応生成物の付着防止電極とを用いるプラズマエッチング装置において、耐圧誘電体部材単体による低コストなチャンバー封止構造にて、耐久性と印加電力高効率化に優れたものとすることができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  チャンバー
２  被処理物
３  載置部、下部電極
４  コイル（誘導結合用）
５  耐圧誘電体部材
５ｂ  厚肉部
５ｃ、５ｃ１〜５ｃ６  凹部
６  プラズマ
７  電極（容量結合用）
７ａ  高周波透過部
１００  中央支持軸
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧可能なチャンバーと、
前記チャンバーの内部の下側に設けられ被処理物を保持する載置部と、
前記チャンバーの上部開口に臨むように配置され、交流電力が印加されてチャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化し、前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするための第１の電極と、
前記チャンバーの前記上部開口部を封止して前記コイルの下方に位置し、前記コイルの分布密度に応じて第１の厚みを有するように形成された互いに独立する複数の凹部と、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みを有する前記複数の凹部以外の連続する厚肉部とを有する誘電体部材と
を備える、プラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記第１の電極と前記誘電体部材との間に配置され、厚み方向に貫通すると共に前記第１の電極の長手方向と実質的に直交する方向に延びる高周波透過部が前記凹部と対応する箇所に形成された第２の電極をさらに備える、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記凹部と前記高周波透過部とは、前記第１の電極側から見た前記チャンバーの平面視方向において、少なくとも一部が重なるように配置されている、請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記凹部は、前記耐圧誘電体部材の上面に形成され、
前記第１の電極の一部が前記凹部内に入り込む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
前記第１の電極はコイルであり、
前記凹部は、前記コイルの巻き密度が高い部分での前記コイルの長手方向に実質的に直交する方向に連続または不連続に設けられ、かつ耐圧誘電部材の中央部側から周辺部側へ少なくとも放射状に配置された請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
前記コイルは、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域が高密度分布域となるように設けている請求項５に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項７】
前記コイルは、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐し、または分岐しないで設けられて、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域で高密度分布域をなしている請求項５に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項８】
前記コイルは、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐しまたは分岐しないで設けられて周辺部側環状域で高密度分布域をなす大径コイルと、前記耐圧誘電体部材の中央部側から周辺部側に巻き広がるように一条または多条に、途中分岐しまたは分岐しないで設けられて周辺部側環状域よりも内側の１つの中央部側環状域で高密度分布域をなした小径コイルとを有している請求項５に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項９】
前記大径コイルと前記小径コイルとは共通の中央支持軸を通じて電力が印加される請求項８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
前記コイルは、中央側から交流電力が印加され、前記コイルの中央部側の低密度分布域を高密度分布域よりも耐圧誘電体部材から遠ざけて設けてある請求項５に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１１】
減圧可能なチャンバーと、
前記チャンバーの内部の下側に設けられ被処理物を保持する載置部と、
前記チャンバーの上部開口に臨むように配置され、交流電力が印加されてチャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化し、前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするためのコイルと、
前記コイルの下方に位置する誘電体部材と
を備え、
前記コイルは、周辺部側環状域、あるいは周辺部側環状域及びその内側の１つまたは複数の環状域が高密度分布域となるように設けているプラズマエッチング装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２Ａ】
2008129844.tif 000035
【図２Ｂ】
2008129844.tif 000036
【図２Ｃ】
2008129844.tif 000037
【図３】
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【図４Ａ】
2008129844.tif 000039
【図４Ｂ】
2008129844.tif 000040
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
2008129844.tif 000042
【図５Ｂ】
2008129844.tif 000043
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
2008129844.tif 000046
【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
2008129844.tif 000049
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【国際調査報告】
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