(57)【要約】【課題】  回路調整が容易で高密度のプラズマを安定的に発生させるＩＣＰ回路を提供する。【解決手段】  本発明に係るＩＣＰ回路は、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で回路動作を行うＩＣＰ回路であって、高周波電流が供給される高周波コイルと、前記高周波コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力されるＩＣＰ電源１８と、前記高周波コイルの他端に接続され、前記高周波電流の周波数及び前記高周波コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサ２０と、を具備することを特徴とする。【選択図】      図２
2006278219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振条件又は共振条件の許容動作範囲で回路動作を行うＩＣＰ回路であって、
高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力される高周波電源と、
前記コイルの他端に接続され、前記高周波電流の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、
を具備することを特徴とするＩＣＰ回路。
【請求項２】
共振条件又は共振条件の許容動作範囲で回路動作を行うＩＣＰ回路であって、
高周波電圧が供給されるコイルと、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧が出力される高周波電源と、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、
を具備することを特徴とするＩＣＰ回路。
【請求項３】
共振条件又は共振条件の許容動作範囲で誘導結合プラズマを発生させて被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理体が保持される保持機構と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内に配置され、高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力される高周波電源と、
前記コイルの他端に接続され、前記高周波電流の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３において、前記共振条件の許容動作範囲は、前記高周波電流の周波数をｆ（単位：Ｈｚ）とし、前記コイルのインダクタンスをａ（単位：Ｈ）とし、前記共振コンデンサの容量をｂ（単位：Ｆ）とした場合、下記式を満たす範囲であることを特徴とするプラズマ処理装置。
０．９／（２πｆ）２ａ≦ｂ≦１．１／（２πｆ）２ａ
【請求項５】
共振条件又は共振条件の許容動作範囲で誘導結合プラズマを発生させて被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理体が保持される保持機構と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内に配置され、高周波電圧が供給されるコイルと、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧が出力される高周波電源と、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
共振条件又は共振条件の許容動作範囲で誘導結合プラズマを発生させて被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理体が保持される保持機構と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内に配置され、高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力される高周波電源と、
前記コイルの他端に接続された可変コンデンサと、
前記コイルに流れる高周波電流を測定する電流計と、
を具備し、
処理中に、前記電流計によって前記コイルに流れている高周波電流を測定し、この測定結果から前記高周波電流の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量となるように前記可変コンデンサを調整することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項６において、前記共振条件の許容動作範囲は、前記高周波電流の周波数をｆ（単位：Ｈｚ）とし、前記コイルのインダクタンスをａ（単位：Ｈ）とし、前記可変コンデンサの容量をｂ（単位：Ｆ）とした場合、下記式を満たす範囲であることを特徴とするプラズマ処理装置。
０．９／（２πｆ）２ａ≦ｂ≦１．１／（２πｆ）２ａ
【請求項８】
共振条件又は共振条件の許容動作範囲で誘導結合プラズマを発生させて被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理体が保持される保持機構と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内に配置され、高周波電圧が供給されるコイルと、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧が出力される高周波電源と、
前記コイルに並列に接続された可変コンデンサと、
前記コイルに印加される高周波電圧を測定する電圧計と、
を具備し、
処理中に、前記電圧計によって前記コイルに印加されている高周波電圧を測定し、この測定結果から前記高周波電圧の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量となるように前記可変コンデンサを調整することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項３乃至８のいずれか一項において、前記コイルが１ターンコイルであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記１ターンコイルがセラミックス膜で覆われていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項３乃至１０のいずれか一項において、前記被処理体に高周波電流又は直流電流を供給する電源をさらに具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項３乃至１１のいずれか一項において、前記ガスは有機金属を含むＣＶＤ用の原料ガスであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
被処理体を処理室内に保持し、
前記処理室内にガスを導入しながら、前記処理室内に配置されたＩＣＰ回路のコイルに高周波電流を供給することにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で前記ガスの誘導結合プラズマを発生させて前記被処理体をプラズマ処理する方法であって、
前記ＩＣＰ回路は、
高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力される高周波電源と、
前記コイルの他端に接続され、前記高周波電流の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、を具備することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１４】
請求項１３において、前記共振条件の許容動作範囲は、前記高周波電流の周波数をｆ（単位：Ｈｚ）とし、前記コイルのインダクタンスをａ（単位：Ｈ）とし、前記共振コンデンサの容量をｂ（単位：Ｆ）とした場合、下記式を満たす範囲であることを特徴とするプラズマ処理方法。
０．９／（２πｆ）２ａ≦ｂ≦１．１／（２πｆ）２ａ
【請求項１５】
被処理体を処理室内に保持し、
前記処理室内にガスを導入しながら、前記処理室内に配置されたＩＣＰ回路のコイルに高周波電圧を供給することにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で前記ガスの誘導結合プラズマを発生させて前記被処理体をプラズマ処理する方法であって、
前記ＩＣＰ回路は、
高周波電圧が供給されるコイルと、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧が出力される高周波電源と、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、を具備することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１６】
被処理体を処理室内に保持し、
前記処理室内にガスを導入しながら、前記処理室内に配置されたＩＣＰ回路のコイルに高周波電流を供給することにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で前記ガスの誘導結合プラズマを発生させて前記被処理体をプラズマ処理する方法であって、
前記被処理体をプラズマ処理する際、前記コイルに流れている高周波電流を測定し、この測定結果から前記高周波電流の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量となるように前記ＩＣＰ回路の可変コンデンサを調整するものであり、
前記ＩＣＰ回路は、
高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力される高周波電源と、
前記コイルの他端に接続された可変コンデンサと、を具備することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１７】
被処理体を処理室内に保持し、
前記処理室内にガスを導入しながら、前記処理室内に配置されたＩＣＰ回路のコイルに高周波電圧を供給することにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で前記ガスの誘導結合プラズマを発生させて前記被処理体をプラズマ処理する方法であって、
前記被処理体をプラズマ処理する際、前記コイルに印加されている高周波電圧を測定し、この測定結果から前記高周波電圧の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量となるように前記ＩＣＰ回路の可変コンデンサを調整するものであり、
前記ＩＣＰ回路は、
高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧が出力される高周波電源と、
前記コイルに並列に接続された可変コンデンサと、を具備することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)回路、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に係わり、特に、高密度のプラズマを安定的に発生させるＩＣＰ回路、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ処理装置の代表的なものとして、高周波コイルによる高周波放電により処理ガスのプラズマを発生させる装置が知られている。そして、このような誘導型のプラズマ処理装置は、高周波コイルが真空容器の外に配置されている形式のものと、中に配置されている形式のものとに大別されている。
前者は、真空容器を誘電体で形成するか、または、金属のような導電体で形成した場合には、真空容器と高周波コイルとの間に絶縁のための誘電体層を介在させる必要がある。この結果、高周波コイルとプラズマとの間には、真空容器が存在するので、これらの間の結合は弱くなり、プラズマ発生効率は低くなる。また、上述したように、真空容器を誘電体で形成したり、例え金属で形成しても、誘電体層を必要としたりして、経済的ではない。
【０００３】
後者、即ち高周波コイルを真空容器内に配置した形式のプラズマ処理装置の一例としては、プラズマを使用して処理される被処理体が収容され、少なくとも一部が導電性材料で形成された真空容器と、この真空容器中に処理ガスを供給する手段と、この真空容器内に配設され、前記処理ガスのプラズマを発生させる１ターンコイルと、この１ターンコイルに高周波電流を供給する給電回路とを具備し、この給電回路は、高周波コイルから真空容器に高周波電流が流れるのを防止するようにバラン回路を有するものである。バラン回路は、リング状の磁性体と、この磁性体に巻き回された一次コイルと二次コイルとからなっている。これらのコイルは、一次コイルに流れる電流と、二次コイルに流れる電流とが、磁気回路中に作る磁場が互いに打ち消しあうように、ほぼ同じ巻き数で反対方向に巻かれている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０７２９９号公報（第２、第５、第１１段落、図４〜５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、高周波コイルを真空容器外に配置した前者の形式のものの場合、真空容器は石英チャンバーで形成されるが、石英チャンバーは割れ易いので、チャンバーの大きさを大きくするにも限界がある。例えばプラズマ処理装置をスパッタリング装置として用いる場合、チャンバー内に配置するスパッタリングターゲットが大きいので、大きなチャンバーが必要となってしまい、石英チャンバーでは適さない。
【０００６】
また、高周波コイルを真空容器内に配置した後者の形式のものは、バラン回路を用いているため、回路調整が非常に難しい。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、回路調整が容易で高密度のプラズマを安定的に発生させるＩＣＰ回路、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るＩＣＰ回路は、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で回路動作を行うＩＣＰ回路であって、
高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力される高周波電源と、
前記コイルの他端に接続され、前記高周波電流の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、
を具備することを特徴とする。
本発明に係るＩＣＰ回路は、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で回路動作を行うＩＣＰ回路であって、
高周波電圧が供給されるコイルと、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧が出力される高周波電源と、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るプラズマ処理装置は、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で誘導結合プラズマを発生させて被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理体が保持される保持機構と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内に配置され、高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力される高周波電源と、
前記コイルの他端に接続され、前記高周波電流の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、
を具備することを特徴とする。
【００１０】
上記プラズマ処理装置によれば、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で回路動作を行うことにより、高密度の誘導結合プラズマを安定的に発生させることができる。
【００１１】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記共振条件の許容動作範囲は、前記高周波電流の周波数をｆ（単位：Ｈｚ）とし、前記コイルのインダクタンスをａ（単位：Ｈ）とし、前記共振コンデンサの容量をｂ（単位：Ｆ）とした場合、下記式を満たす範囲であることが好ましい。
０．９／（２πｆ）２ａ≦ｂ≦１．１／（２πｆ）２ａ
本発明に係るプラズマ処理装置は、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で誘導結合プラズマを発生させて被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理体が保持される保持機構と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内に配置され、高周波電圧が供給されるコイルと、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧が出力される高周波電源と、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、
を具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るプラズマ処理装置は、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で誘導結合プラズマを発生させて被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理体が保持される保持機構と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内に配置され、高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力される高周波電源と、
前記コイルの他端に接続された可変コンデンサと、
前記コイルに流れる高周波電流を測定する電流計と、
を具備し、
処理中に、前記電流計によって前記コイルに流れている高周波電流を測定し、この測定結果から前記高周波電流の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量となるように前記可変コンデンサを調整することを特徴とする。
【００１３】
上記プラズマ処理装置によれば、処理中に、共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量となるように前記可変コンデンサを調整することにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲内から外れることを防止し、より安定的に高密度なプラズマ処理を行うことができる。
【００１４】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記共振条件の許容動作範囲は、前記高周波電流の周波数をｆ（単位：Ｈｚ）とし、前記コイルのインダクタンスをａ（単位：Ｈ）とし、前記可変コンデンサの容量をｂ（単位：Ｆ）とした場合、下記式を満たす範囲であることが好ましい。
０．９／（２πｆ）２ａ≦ｂ≦１．１／（２πｆ）２ａ
本発明に係るプラズマ処理装置は、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で誘導結合プラズマを発生させて被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理体が保持される保持機構と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内に配置され、高周波電圧が供給されるコイルと、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧が出力される高周波電源と、
前記コイルに並列に接続された可変コンデンサと、
前記コイルに印加される高周波電圧を測定する電圧計と、
を具備し、
処理中に、前記電圧計によって前記コイルに印加されている高周波電圧を測定し、この測定結果から前記高周波電圧の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量となるように前記可変コンデンサを調整することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記コイルが１ターンコイルであることが好ましい。
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記１ターンコイルがセラミックス膜で覆われていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記被処理体に高周波電流又は直流電流を供給する電源をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記ガスは有機金属を含むＣＶＤ用の原料ガスであることも可能である。
【００１７】
本発明に係るプラズマ処理方法は、被処理体を処理室内に保持し、
前記処理室内にガスを導入しながら、前記処理室内に配置されたＩＣＰ回路のコイルに高周波電流を供給することにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で前記ガスの誘導結合プラズマを発生させて前記被処理体をプラズマ処理する方法であって、
前記ＩＣＰ回路は、
高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力される高周波電源と、
前記コイルの他端に接続され、前記高周波電流の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、を具備することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るプラズマ処理方法において、前記共振条件の許容動作範囲は、前記高周波電流の周波数をｆ（単位：Ｈｚ）とし、前記コイルのインダクタンスをａ（単位：Ｈ）とし、前記共振コンデンサの容量をｂ（単位：Ｆ）とした場合、下記式を満たす範囲であることが好ましい。
０．９／（２πｆ）２ａ≦ｂ≦１．１／（２πｆ）２ａ
本発明に係るプラズマ処理方法は、被処理体を処理室内に保持し、
前記処理室内にガスを導入しながら、前記処理室内に配置されたＩＣＰ回路のコイルに高周波電圧を供給することにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で前記ガスの誘導結合プラズマを発生させて前記被処理体をプラズマ処理する方法であって、
前記ＩＣＰ回路は、
高周波電圧が供給されるコイルと、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧が出力される高周波電源と、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有する共振コンデンサと、を具備することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るプラズマ処理方法は、被処理体を処理室内に保持し、
前記処理室内にガスを導入しながら、前記処理室内に配置されたＩＣＰ回路のコイルに高周波電流を供給することにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で前記ガスの誘導結合プラズマを発生させて前記被処理体をプラズマ処理する方法であって、
前記被処理体をプラズマ処理する際、前記コイルに流れている高周波電流を測定し、この測定結果から前記高周波電流の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量となるように前記ＩＣＰ回路の可変コンデンサを調整するものであり、
前記ＩＣＰ回路は、
高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルの一端に接続され、前記高周波電流が出力される高周波電源と、
前記コイルの他端に接続された可変コンデンサと、を具備することを特徴とする。
本発明に係るプラズマ処理方法は、被処理体を処理室内に保持し、
前記処理室内にガスを導入しながら、前記処理室内に配置されたＩＣＰ回路のコイルに高周波電圧を供給することにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲で前記ガスの誘導結合プラズマを発生させて前記被処理体をプラズマ処理する方法であって、
前記被処理体をプラズマ処理する際、前記コイルに印加されている高周波電圧を測定し、この測定結果から前記高周波電圧の周波数及び前記コイルのインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量となるように前記ＩＣＰ回路の可変コンデンサを調整するものであり、
前記ＩＣＰ回路は、
高周波電流が供給されるコイルと、
前記コイルに並列に接続され、前記高周波電圧が出力される高周波電源と、
前記コイルに並列に接続された可変コンデンサと、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、回路調整が容易で高密度のプラズマを安定的に発生させるＩＣＰ回路、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるプラズマ処理装置を概略的に示す構成図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置を２−２線方向から見た断面図である。図３は、図２に示す３−３線に沿った断面図である。
【００２２】
図１に示すプラズマ処理装置は、ステンレススチール、アルミ等の金属よりなる導電性材料で形成された処理室としての真空容器１０を有している。この真空容器１０の周壁の一部には、真空容器１０内に処理ガスを供給するガス供給ポート１１が設けられている。このガス供給ポート１１は図示しない処理ガス源、例えば、エッチングガス源に接続されている。
【００２３】
また、真空容器１０の底壁の内面には、電気絶縁板１２が装着されており、この上には、被処理体、例えば、半導体ウエハ１３を載置するためのサセプタ１４が真空容器１０とは電気的に絶縁されて設けられている。サセプタ１４の上面（半導体ウエハを載置する載置面）の形状は略円形とされている。また、真空容器１０の底壁には、真空容器内を一定の圧力に減圧可能な排気ポート１５が設けられている。この排気ポート１５は図示せぬ真空ポンプなどの真空装置に接続されている。
【００２４】
サセプタ１４にはマッチングボックス２１を介して高周波電源（ＲＦ）２２が接続されている。この高周波電源２２によって高周波電流を、サセプタ１４を介して半導体ウエハ１３に印加するようになっている。尚、本実施の形態では、半導体ウエハに高周波電流を印加するようになっているが、これに限らず、サセプタ１４に直流電源を接続し、この直流電源によって直流電流を、サセプタを介して半導体ウエハに印加することも可能である。
【００２５】
真空容器１０内のサセプタ１４の上方には高周波コイル（ＩＣＰ電極）１６が配設されている。この高周波コイル１６は、図２及び図３に示すように、金属フレキシブル・チューブや網組線のような可撓性のある部材により形成された１ターンのコイルにより構成されており、図３に示すように内部が中空となっている。高周波コイル１６は、サセプタ１４に載置された半導体ウエハ表面の略中心から該表面に対して垂直上に伸ばした線に対して略同心円状に１ターンのコイルが巻かれたものである。尚、本実施の形態では、高周波コイルとして１ターンコイルを用いているが、これに限定されるものではなく、高周波コイルとして複数回ターンコイルを用いることも可能であり、また１ターンコイルの形状を変更したものを用いることも可能である。
【００２６】
高周波コイル１６は、真空容器１０内では、処理ガスに直接晒されないようにセラミックスで形成された鞘１９で覆われている。真空容器１０内には、サセプタ１４に載置された半導体ウエハ表面の略中心からの垂線と略同軸的に鞘１９が配設されており、この鞘１９中に高周波コイル１６が挿入されている。このセラミックス製の鞘１９は、例えば、溶融石英やアルミナのように、化学的に安定でかつイオン衝撃によるスパッタリング率の低い材料で形成されていることが好ましい。
尚、本実施の形態では、高周波コイル１６をセラミックスで形成された鞘１９で覆っているが、高周波コイルをセラミックス膜で被覆することも可能である。
【００２７】
このようなセラミックス製の鞘１９中に、高周波コイル１６を収容するためには、例えば、上述したように、高周波コイル１６を可撓性のある部材で構成し、予め形成された鞘１９に高周波コイル１６を挿入しても良い。また、高周波コイル１６の表面にセラミックス材を塗布し、これを焼結させるようにしても良い。この鞘１９は高周波コイル１６と接触していると放電が生じて破損する恐れがあるので、鞘の内面が高周波コイル１６の外面と接触しないように、鞘１９の内径を、高周波コイル１６の外形よりも少し大きく設定することが好ましい。
【００２８】
本実施の形態では、使用中に高周波コイル１６が過度に加熱されるのを防止するために、上述したように高周波コイル１６の内部を中空としており、高周波コイル１６の内部を冷媒、例えば冷却水が循環可能となっている。
【００２９】
図２及び図３に示すように、高周波コイル１６の一端は、マッチングボックス１７を介してＩＣＰ電源１８に接続されている。また、高周波コイル１６の他端は、共振コンデンサ２０を介して接地電位に接続されている。この共振コンデンサ２０は、ＩＣＰ電源１８から出力される高周波電流の周波数及び高周波コイル１６のインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有している。
【００３０】
つまり、ＩＣＰ電源１８によって、例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電流を、マッチングボックス１７を介して高周波コイル１６に供給すると、共振条件で高周波コイルに高周波電流が流れるため、その高周波電流が前記周波数の場合の最大電流となる。このような最大高周波電流が高周波コイル１６を流すことにより、高周波コイル１６から大きな磁場を発生させ、この磁場によって高周波コイルの内側に大きな電界を発生させる。その結果、真空容器１０内の半導体ウエハ１３の上方に位置する高周波コイルの内側及びその近傍に処理ガスの誘導結合プラズマを極めて高密度で発生させることができる。
【００３１】
換言すれば、本実施の形態の重要な特徴としては、１ターンコイル（１巻コイル）を減圧した真空容器内に入れ、１ターンコイルと直列に共振コンデンサを接続し、使用周波数で共振するようにそれらの定数（１ターンコイルのインダクタンス、高周波電流の周波数、共振コンデンサの容量）を選択した共振回路（ＩＣＰ回路）を構成するため、下記（１）、（２）のような工学的な利点を有する。
（１）コイルの浮遊容量が極めて小さく、放電初期に起こる容量結合放電（ＣＣＤ：capacitive coupling discharge）が殆ど無視でき、誘導結合放電（ＩＣＤ：inductive coupling discharge）によってプラズマが作られる。このため、プラズマは安定であり、高密度である。
（２）コイルと生成プラズマの磁気的結合が強く、上記共振回路のＱ値（後述する）は低く、回路定数の許容誤差は緩く、単純な回路であるにも関わらず、回路の動作は安定で、運転が容易である。
【００３２】
尚、共振コンデンサの容量を共振条件の許容動作範囲に設定している場合は、高周波コイルに高周波電流を供給した際、共振条件に近い条件で高周波コイルに高周波電流が流れるため、その高周波電流が最大電流に近い電流となる。従って、この場合も高周波コイルの内側及びその近傍に処理ガスの誘導結合プラズマを高密度で発生させることができる。以下に共振条件及び共振条件の許容動作範囲について説明する。
【００３３】
共振条件を達成するには、ＩＣＰ電源１８の周波数をｆ（単位：Ｈｚ）とし、高周波コイルのインダクタンスをａ（単位：Ｈ（ヘンリー））とし、共振コンデンサの容量をｂ（単位：Ｆ（farad））とした場合、下記式（１）が成立する必要がある。
ω＝２πｆ＝（ａｂ）−１／２      ・・・（１）
【００３４】
上記式（１）より、下記式（２）が成り立つ。
ｂ＝１／（２πｆ）２ａ      ・・・（２）
従って、共振条件を達成する共振コンデンサ２０の容量ｂは、１／（２πｆ）２ａに設定する必要がある。
【００３５】
上記式（１）について、両辺の自然対数を取ると、
ｌｎ２π＋ｌｎｆ＝−１／２（ｌｎａ＋ｌｎｂ）
両辺の微分を取ると、
δｆ／ｆ＝−１／２（δａ／ａ＋δｂ／ｂ）
両辺の絶対値を取ると、右辺の符号は＋になる。
従って、δａ／ａ＝δｂ／ｂ＝０．１とすれば、
δｆ／ｆ＝０．１となり、これはＱ値１０に相当する。
それ故、コイルとコンデンサの誤差は最大で１０％まで許される。
【００３６】
上記計算のように、高周波コイルとプラズマの結合を十分に良くすれば、高周波コイルのインダクタンスの誤差と共振コンデンサの容量の誤差は十分大きくとることができると考えられ、両者を合わせて１０％程度の誤差は許容できると考えられる。そこで、１０％の誤差を高周波コイル１６と共振コンデンサ２０の誤差に等配分すれば、共振コンデンサの誤差は１０％許容できると考えられる。従って、共振コンデンサ２０の容量ｂは下記式（３）の範囲に設定することも可能であり、より好ましくは、下記式（４）の範囲に設定することである。
０．９／（２πｆ）２ａ≦ｂ≦１．１／（２πｆ）２ａ      ・・・（３）
０．９５／（２πｆ）２ａ≦ｂ≦１．０５／（２πｆ）２ａ      ・・・（４）
【００３７】
上記式（２）及び（４）に具体例を入れて説明する。例えば、ｆ＝１３．５６ＭＨｚ、ａ＝１μＨとすると、下記に示すように、共振コンデンサの容量は１３１．１ｐＦ以上１４４．９ｐＦ以下の範囲とすることが好ましく、より好ましい共振コンデンサの容量は１３８ｐＦであり、このような共振コンデンサの入手は容易である。
ｂ＝１／（６．２８×１３．５６×Ｅ６）２×１×Ｅ−６
＝１．３８×１０−１０（farad）
＝１３８ｐＦ
ｂ（下限値）＝１３８×０．９５
＝１３１．１ｐＦ
ｂ（上限値）＝１３８×１．０５
＝１４４．９ｐＦ
【００３８】
上述したような構成のプラズマ処理装置においては、例えば、処理ガスとしてエッチングガスを減圧した真空容器１０内に供給し、ＩＣＰ電極１６に高周波電流を流すことにより、エッチングガスによるプラズマを半導体ウエハ１３の上方に発生させながら、半導体ウエハに高周波電流を流して該半導体ウエハにバイアスを印加することにより、前記高密度のプラズマによって生成されたイオン、ラジカル等によりウエハのエッチングが行われる。
【００３９】
また、上記プラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ(chemical vapor deposition)装置として使用する場合は、例えば処理ガスとして有機金属を含む原料ガスを用い、この原料ガスを減圧した真空容器１０内に供給し、高周波コイル１６に高周波電流を流すことにより半導体ウエハの上方に高密度のプラズマを安定的に発生させながら、半導体ウエハに高周波電流を流して該半導体ウエハにバイアスを印加することにより、前記高密度のプラズマによりＣＶＤ法による成膜が行われる。
【００４０】
有機金属を含む原料ガスを用いた場合、従来のプラズマＣＶＤ装置では、有機金属を分解することが容易でないため、成膜速度が低くなるのが通常であった。これに対し、本実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置では、高密度の誘導結合プラズマを発生させることができるため、有機金属を容易に分解することができ、その結果、成膜速度を高くすることができる。
【００４１】
上記実施の形態１によれば、ＩＣＰ電源１８の周波数をｆとし、高周波コイルのインダクタンスをａとした場合、共振コンデンサの容量ｂを、１／（２πｆ）２ａとするか、又は０．９／（２πｆ）２ａ≦ｂ≦１．１／（２πｆ）２ａの範囲とする。これにより、高周波電流を高周波コイル１６に供給した際に共振を起こさせることができ、それによって高周波電流値が最大に近くなり、高密度の誘導結合プラズマを安定的に発生させることができる。従って、被処理体である半導体ウエハに均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、高周波コイルを１ターンコイルとしているため、プラズマ処理装置の大きさを小さくすることができ、省スペース化を実現することができる。また、１ターンコイルを用いることにより、複数回巻いたコイルを用いた場合に比べてプラズマのコントロールが容易になる。
また、本実施の形態のＩＣＰ回路は、従来のプラズマ処理装置で用いたバラン回路に比べて回路調整が容易である。
【００４３】
また、本実施の形態では、被処理体である半導体ウエハに高周波電流を流して該半導体ウエハにバイアスを印加するため、例えばプラズマＣＶＤ法によって成膜された膜の質を良くすることができる。即ち、成膜された膜が緻密なものとなり、膜質を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、高周波コイル１６をセラミックスで形成された鞘１９で覆うことにより、高周波コイルが処理ガスに直接晒されることを防止している。その結果、真空容器内に発生されるプラズマに高周波コイルが晒されることを防止できる。従って、高周波コイルがプラズマにより生成された粒子によりスパッターされるのを防止することができる。これにより、より均一で不純物の混入の無い処理を被処理体である半導体ウエハに対して行うことができる。また、高周波コイルの寿命も長くなる。
【００４５】
次に、図１に示すプラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ装置として使用することにより、基板上にＤＬＣ(diamond like carbon)膜を成膜し、そのＤＬＣ膜の硬さを測定する実験を行った。以下、成膜条件及び測定結果などについて説明する。
【００４６】
ＳＵＳ３０４の基板をサセプタ１４に保持し、基板の温度を１５０℃に加熱し、原料ガスとしてトルエン（Ｃ６Ｈ５ＣＨ３）を処理室内に導入し、高周波電源２２のＲＦ出力を２００Ｗとし、１３．５６ＭＨｚのＩＣＰ電源１８の出力を３００Ｗとして基板上にプラズマを発生させることにより、プラズマＣＶＤ法により基板上にＤＬＣ膜を成膜した。成膜時間は６０分とした。尚、共振コンデンサの容量は１３８ｐＦとした。このような成膜条件で成膜されたＤＬＣ膜の硬さを、ヌープ微小硬度計を用い荷重１０ｇｆにて測定した。その測定結果は、１７００ＨＫであった。
【００４７】
また、ＩＣＰ電源１８の出力を０Ｗとした以外は上記の成膜条件と同様の条件で、基板上にＤＬＣ膜を成膜した。このＤＬＣ膜の硬さを、上記と同様の方法で測定した。その測定結果は、１２４０ＨＫであった。
【００４８】
上記の実験では、基板へのＲＦバイアスを２００Ｗと一定にし、ＩＣＰ出力を０Ｗとした場合と３００Ｗとした場合とにより、成膜されるＤＬＣ膜の硬さの変化を調べた。ＩＣＰ出力を３００Ｗとした方が０Ｗの場合に比べて硬いＤＬＣ膜を成膜できることが確認された。ＤＬＣ膜は、その硬さが硬い方が緻密な膜構造となっていると考えられる。従って、ＩＣＰ電極にＩＣＰ出力を印加することにより、膜質を向上させることができるといえる。
【００４９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２によるプラズマ処理装置の要部を示す断面図であり、図２と同様に図１に示すプラズマ処理装置を２−２線方向から見た断面図である。図４において、図２と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１と異なる部分についてのみ説明する。
【００５０】
本実施の形態は、実施の形態１によるプラズマ処理装置の共振コンデンサに代えて、可変コンデンサ２０ａを取り付け、高周波コイル１６を流れる高周波電流を測定する電流計２３を追加した構成となっている。
【００５１】
詳細には、高周波コイル１６の他端には可変コンデンサ２０ａが接続されており、この可変コンデンサ２０ａには電流計２３が接続されており、この電流計２３は接地電位に接続されている。電流計２３で測定された高周波コイル１６に流れる高周波電流の値は可変コンデンサ２０ａにフィードバックされるようになっており、図示せぬ制御部によって可変コンデンサ２０ａは次のように制御される。
【００５２】
プラズマ処理装置において、真空容器内に処理ガスを導入し、高周波コイルに高周波電流を供給し、共振条件又は共振条件の許容動作範囲内でガスの誘導結合プラズマを発生させてプラズマ処理を行っていると、真空容器内の圧力や処理ガスの種類などの処理条件によっては、高周波コイルとその周囲の雰囲気との結合状態が密になり、高周波コイルの周囲のガスなどのインダクタンスを含む高周波コイルの等価インダクタンスが変動することがある。この場合、共振条件も変動してしまう。そこで、処理中の高周波コイル１６に流れる電流値を電流計２３によって測定し、この測定した電流値から共振条件のずれを検出し、その検出結果を可変コンデンサ２０ａにフィードバックして共振条件に近づけるように可変コンデンサ２０ａの容量を調整する。これにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲内から外れることを防止し、より安定的に高密度なプラズマ処理を行うことができる。
【００５３】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３によるプラズマ処理装置の要部を示す断面図であり、図２と同様に図１に示すプラズマ処理装置を２−２線方向から見た断面図である。図５において、図２と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１と異なる部分についてのみ説明する。
【００５４】
高周波コイル１６にはマッチングボックス１７が並列に接続されている。また、高周波コイルには高周波電圧を印加するＩＣＰ電源１８が並列に接続されている。また、高周波コイルには共振コンデンサ２０ｂが並列に接続されている。また、高周波コイルには電圧計２４が並列に接続されている。前記共振コンデンサ２０ｂは、ＩＣＰ電源１８から出力される高周波電圧の周波数及び高周波コイル１６のインダクタンスに対して共振条件又は共振条件の許容動作範囲を満たす容量を有している。
【００５５】
つまり、ＩＣＰ電源１８によって、例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を、マッチングボックス１７を介して高周波コイル１６に供給すると、共振条件で高周波コイルに高周波電圧が流れるため、その高周波電圧が前記周波数の場合の最大電圧となる。このような最大高周波電圧が高周波コイル１６に印加されることにより、高周波コイル１６から大きな磁場を発生させ、この磁場によって高周波コイルの内側に大きな電界を発生させる。その結果、真空容器１０内の半導体ウエハ１３の上方に位置する高周波コイルの内側及びその近傍に処理ガスの誘導結合プラズマを極めて高密度で発生させることができる。
【００５６】
（実施の形態４）
本実施の形態においては実施の形態３と異なる部分についてのみ説明する。
本実施の形態は、実施の形態３によるプラズマ処理装置の共振コンデンサ２０ｂに代えて、可変コンデンサを取り付けた構成となっている。さらに、電圧計２４で測定された高周波コイル１６に印加される高周波電圧の値は可変コンデンサにフィードバックされるようになっており、図示せぬ制御部によって可変コンデンサは次のように制御される。
【００５７】
プラズマ処理装置において、真空容器内に処理ガスを導入し、高周波コイルに高周波電圧を供給し、共振条件又は共振条件の許容動作範囲内でガスの誘導結合プラズマを発生させてプラズマ処理を行っていると、真空容器内の圧力や処理ガスの種類などの処理条件によっては、高周波コイルとその周囲の雰囲気との結合状態が密になり、高周波コイルの周囲のガスなどのインダクタンスを含む高周波コイルの等価インダクタンスが変動することがある。この場合、共振条件も変動してしまう。そこで、処理中の高周波コイル１６に印加される電圧値を電圧計２４によって測定し、この測定した電圧値から共振条件のずれを検出し、その検出結果を可変コンデンサにフィードバックして共振条件に近づけるように可変コンデンサの容量を調整する。これにより、共振条件又は共振条件の許容動作範囲内から外れることを防止し、より安定的に高密度なプラズマ処理を行うことができる。
【００５８】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、プラズマ処理装置として、エッチング装置及びプラズマＣＶＤ装置を例として説明しているが、他の装置、例えば、他の成膜装置、コーティングもしくはアッシングのための装置として本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態によるプラズマ処理装置を概略的に示す構成図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置を２−２線方向から見た断面図である。
【図３】図２に示す３−３線に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２によるプラズマ処理装置の要部を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３によるプラズマ処理装置の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…真空容器
１１…ガス供給ポート
１２…
１３…半導体ウエハ
１４…サセプタ
１５…排気ポート
１６…高周波コイル（ＩＣＰ電極）
１７，２１…マッチングボックス
１８…ＩＣＰ電源
１９…鞘
２０，２０ｂ…共振コンデンサ
２０ａ…可変コンデンサ
２２…高周波電源（ＲＦ）
２３…電流計
２４…電圧計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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