(57)【要約】【課題】異常放電を抑制しつつ、プラズマの密度の分布をきめ細かく調整する。【解決手段】プラズマ処理装置１０は、ガス噴射部４１と、アンテナ５４とを備える。ガス噴射部４１は、チャンバ１１の上部からチャンバ１１内に処理ガスを供給する。アンテナ５４は、内側コイル５４２と、外側コイル５４１とを有する。内側コイル５４２は、ガス噴射部４１の周囲に設けられる。外側コイル５４１は、ガス噴射部４１および内側コイル５４２の周囲に設けられる。また、外側コイル５４１は、外側コイル５４１を構成する線路の両端が開放され、当該線路の中点またはその近傍に高周波電源６１から給電され、当該中点の近傍で接地され、高周波電源６１から供給された高周波電力の１／２波長で共振する。また、内側コイル５４２は、内側コイル５４２を構成する線路の両端がコンデンサを介して互いに接続されており、外側コイル５４１と誘導結合する。【選択図】図１
2019067503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバの上部を構成する誘電体窓と、
前記チャンバの上部から前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバの上方であって前記ガス供給部の周囲に設けられ、前記チャンバ内に高周波を供給することにより前記チャンバ内に前記処理ガスのプラズマを生成するアンテナと、
前記アンテナに高周波電力を供給する電力供給部と
を備え、
前記アンテナは、
前記ガス供給部を囲むように前記ガス供給部の周囲に設けられた内側コイルと、
前記ガス供給部および前記内側コイルを囲むように前記ガス供給部および前記内側コイルの周囲に設けられた外側コイルと
を有し、
前記内側コイルおよび前記外側コイルのうち、いずれか一方のコイルは、
前記一方のコイルを構成する線路の両端が開放され、前記線路の中点またはその近傍に前記電力供給部から給電され、前記中点の近傍で接地され、前記電力供給部から供給された高周波電力の１／２波長で共振するように構成されており、
前記内側コイルおよび前記外側コイルのうち、いずれか他方のコイルは、
前記他方のコイルを構成する線路の両端がコンデンサを介して接続されており、前記一方のコイルと誘導結合することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記一方のコイルは、２周以上略円形の渦巻き状に形成されており、
前記他方のコイルは、略円形のリング状に形成されており、
前記一方のコイルと前記他方のコイルとは、前記一方のコイルの外形と前記他方のコイルの外形とが、同心円となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給部は、略円筒状に形成されており、
前記一方のコイルと前記他方のコイルとは、前記一方のコイルの外形の中心と前記他方のコイルの外形の中心とが、前記ガス供給部の中心軸上に位置するように配置されることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記一方のコイルおよび前記他方のコイルは、前記誘電体窓の内部または前記誘電体窓の上方に配置され、
前記一方のコイルを含む平面と前記誘電体窓の下面との間の距離と、前記他方のコイルを含む平面と前記誘電体窓の下面との間の距離とは異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記一方のコイルは、外側コイルであり、
前記他方のコイルは、内側コイルであり、
前記内側コイルを含む平面と前記誘電体窓の下面との間の距離は、前記外側コイルを含む平面と前記誘電体窓の下面との間の距離より短いことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電力供給部は、前記アンテナに供給される高周波電力の周波数を変更可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記他方のコイルに設けられた前記コンデンサは、可変容量コンデンサであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記ガス供給部の内部には、前記チャンバに供給される前記処理ガスが流通する流路が設けられており、
前記流路内の圧力は、前記チャンバ内の圧力よりも高いことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記ガス供給部は、
前記ガス供給部の下部であって、前記誘電体窓の下面からチャンバ内に突出している突出部と、
前記突出部に設けられ、前記処理ガスを下方向へ噴射する第１の噴射口と、
前記突出部に設けられ、前記処理ガスを横方向または斜め下方向へ噴射する第２の噴射口と
を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記ガス供給部には、前記処理ガスが通過する空間を囲むように導電性のシールド部材が設けられていることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記シールド部材の下端は、前記誘電体窓の下面よりも下方に位置することを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記シールド部材は、板状に形成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記シールド部材は、前記ガス供給部の外側壁、または、前記処理ガスが通過する前記ガス供給部内の空間の側壁に形成された金属膜であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記シールド部材は、棒状に形成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記ガス供給部内において処理ガスが通過する空間は、前記第１の噴射口および前記第２の噴射口から前記ガス供給部の上端に至る直線経路が形成されないように、少なくとも一部が屈曲していることを特徴とする請求項９から１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバの上部を構成する誘電体窓と、
前記チャンバの上部から前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバの上方であって前記ガス供給部の周囲に設けられ、前記チャンバ内に高周波を供給することにより前記チャンバ内に前記処理ガスのプラズマを生成するアンテナと、
前記アンテナに高周波電力を供給する電力供給部と
を備え、
前記アンテナは、
前記ガス供給部を囲むように前記ガス供給部の周囲に設けられ、前記アンテナを構成する線路の両端が開放され、前記線路の中点またはその近傍に前記電力供給部から給電され、前記中点の近傍で接地され、前記電力供給部から供給された高周波電力の１／２波長で共振するように構成されており、
前記ガス供給部には、前記処理ガスが通過する空間を囲むように導電性のシールド部材が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記シールド部材の下端は、前記誘電体窓の下面よりも下方に位置することを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記シールド部材は、板状に形成されていることを特徴とする請求項１６または１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記シールド部材は、前記ガス供給部の外側壁、または、前記処理ガスが通過する前記ガス供給部内の空間の側壁に形成された金属膜であることを特徴とする請求項１６または１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記シールド部材は、棒状に形成されていることを特徴とする請求項１６または１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記ガス供給部は、
前記ガス供給部の下部であって、前記誘電体窓の下面からチャンバ内に突出している突出部と、
前記突出部に設けられ、前記処理ガスを下方向へ噴射する第１の噴射口と、
前記突出部に設けられ、前記処理ガスを横方向または斜め下方向へ噴射する第２の噴射口と
を有し、
前記ガス供給部内において処理ガスが通過する空間は、前記第１の噴射口および前記第２の噴射口から前記ガス供給部の上端に至る直線経路が形成されないように、少なくとも一部が屈曲していることを特徴とする請求項１６から２０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面および実施形態は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスの一つを実行する処理装置として、処理ガスをプラズマ化してエッチングや成膜処理などを行うプラズマ処理が知られている。例えば枚葉式のプラズマ処理装置では、その処理種別により、基板の面方向におけるプラズマの密度分布を適切なものに調整できるようにすることが求められる。具体的には処理容器内の構造に基づく場合や後処理における基板面内の処理の偏りに対応する場合などがある。そのため、プラズマの密度分布を基板の面内全体で均一に処理することに限らず、基板の中央部と周縁部との間でプラズマの密度分布に意図的に差をつける場合もある。
【０００３】
プラズマ処理装置におけるプラズマの発生手法の一つとしては、例えばアンテナに高周波電力を供給し、処理容器内に誘導電界を発生させて処理ガスを励起させる手法がある（例えば、下記特許文献１参照）。この手法では、高周波を出力するアンテナとしてコイル状の内側アンテナと、内側アンテナと同心となるコイル状の外側アンテナとを設け、各アンテナを夫々高周波の１／２波長の周波数で共振させる構成が記載されている。このプラズマ処理装置によれば、各アンテナに供給される高周波電力を独立に制御することにより、プラズマの密度の面内分布をきめ細かく調整することができる。
【０００４】
また、ＩＣＰ（Inductively  Coupled  Plasma）方式のプラズマ処理装置において、チャンバ内に供給される処理ガスを、アンテナが設けられた誘電体ウィンドウの中心から供給する技術が知られている（例えば、下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５８３２４号公報
【特許文献２】特開２００５−５０７１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された技術では、内側アンテナは、外側アンテナよりも半径の短い円形状の領域に配置されるため、内側アンテナは、あまり長くすることができない。また、上記特許文献１に記載された技術では、各アンテナは、供給される高周波の１／２波長の周波数で共振するように構成される。そのため、プラズマ処理装置の大きさによっては、内側アンテナに供給される高周波の周波数は、外側アンテナに供給される高周波の周波数よりも高くせざるを得ない場合がある。アンテナに供給される高周波の周波数が高くなると、アンテナから放射される高周波の電力が増加する傾向にある。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載された技術において、処理ガスの供給を、上記特許文献２に記載されているように、アンテナが設けられた誘電体ウィンドウの中心からチャンバ内に供給することが考えられる。この場合、処理ガスが供給されるガス管の近傍には、内側アンテナが配置されることになる。また、内側アンテナからは、高い電力の高周波が放射される。そのため、誘電体ウィンドウの中心に配置されたガス管内で、異常放電が発生する場合がある。異常放電が発生すると、ガス管の内部が損傷し、ガス管が劣化する。また、ガス管の内部が損傷すると、異常放電によりガス管の内部から剥離した部材がパーティクルとしてチャンバ内に漂い、被処理基板に付着する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面は、プラズマ処理装置であって、チャンバと、ガス供給部と、アンテナと、電力供給部とを備える。チャンバは、被処理基板を収容する。ガス供給部は、チャンバの上部からチャンバ内に処理ガスを供給する。アンテナは、チャンバの上方であってガス供給部の周囲に設けられ、チャンバ内に高周波を供給することによりチャンバ内に処理ガスのプラズマを生成する。電力供給部は、アンテナに高周波電力を供給する。アンテナは、内側コイルと、外側コイルとを有する。内側コイルは、ガス供給部を囲むようにガス供給部の周囲に設けられる。外側コイルは、ガス供給部および内側コイルを囲むようにガス供給部および内側コイルの周囲に設けられる。また、外側コイルは、外側コイルを構成する線路の両端が開放され、当該線路の中点またはその近傍に電力供給部から給電され、当該中点の近傍で接地され、電力供給部から供給された高周波電力の１／２波長で共振するように構成されている。また、内側コイルは、内側コイルを構成する線路の両端がコンデンサを介して互いに接続されており、外側コイルと誘導結合する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の種々の側面および実施形態によれば、異常放電を抑制しつつ、プラズマの密度の分布をきめ細かく調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、プラズマ処理装置の概略の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、アンテナの一例を示す概略斜視部である。
【図３】図３は、内側コイルおよび外側コイルの配置の一例を示す図である。
【図４】図４は、内側コイルのコンデンサの容量を変更した場合の内側コイルに流れる電流と外側コイルに流れる電流の変化の一例を示す図である。
【図５】図５は、内側コイルに流れる電流の向きと外側コイルに流れる電流の向きの一例を示す図である。
【図６】図６は、ウエハ上のイオン電流の分布の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施例１におけるガス噴射部の構造の一例を示す断面図である。
【図８】図８は、比較例において、放電の有無を調べた実験結果の一例を示す図である。
【図９】図９は、実施例１において、放電の有無を調べた実験結果の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、ガス噴射部から噴射されるガスの流れのシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、ウエハ上の反応副生成物の質量含有率の分布の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、実際にチャンバ内において、エッチング用の処理ガスのプラズマを生成しウエハをエッチングした時の、ガスの流量に対する反応副生成物のデポジションレートの分布の変化の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、ガス噴射部の構造の他の例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施例２におけるガス噴射部の構造の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、棒状のシールド部材の配置の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、シールド部材によるガス噴射部内の電界減少率の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、実施例２において、放電の有無を調べた実験結果の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、シールド部材の配置の他の例を示す図である。
【図１９】図１９は、シールド部材の配置の他の例を示す図である。
【図２０】図２０は、実施例３におけるガス噴射部の構造の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、実施例３において、放電の有無を調べた実験結果の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、ガスの流路の構造の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、チャンバと、誘電体窓と、ガス供給部と、アンテナと、電力供給部とを備える。チャンバは、被処理基板を収容する。誘電体窓は、チャンバの上部を構成する。ガス供給部は、チャンバの上部からチャンバ内に処理ガスを供給する。アンテナは、チャンバの上方であってガス供給部の周囲に設けられ、チャンバ内に高周波を供給することによりチャンバ内に処理ガスのプラズマを生成する。電力供給部は、アンテナに高周波電力を供給する。アンテナは、内側コイルと、外側コイルとを有する。内側コイルは、ガス供給部を囲むようにガス供給部の周囲に設けられる。外側コイルは、ガス供給部および内側コイルを囲むようにガス供給部および内側コイルの周囲に設けられる。内側コイルおよび外側コイルのうち、いずれか一方のコイルは、一方のコイルを構成する線路の両端が開放され、当該線路の中点またはその近傍に電力供給部から給電され、当該中点の近傍で接地され、電力供給部から供給された高周波電力の１／２波長で共振するように構成されている。また、内側コイルおよび外側コイルのうち、いずれか他方のコイルは、他方のコイルを構成する線路の両端がコンデンサを介して互いに接続されており、一方のコイルと誘導結合する。
【００１２】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、一方のコイルは、２周以上略円形の渦巻き状に形成されていてもよく、他方のコイルは、略円形のリング状に形成されていてもよい。また、一方のコイルと他方のコイルとは、一方のコイルの外形と他方のコイルの外形とが、同心円となるように配置されていてもよい。
【００１３】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、ガス供給部は、略円筒状に形成されていてもよく、一方のコイルと他方のコイルとは、一方のコイルの外形の中心と他方のコイルの外形の中心とが、ガス供給部の中心軸上に位置するように配置されていてもよい。
【００１４】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、一方のコイルおよび他方のコイルは、誘電体窓の内部または誘電体窓の上方に配置されてもよく、一方のコイルを含む平面と誘電体窓の下面との間の距離と、他方のコイルを含む平面と誘電体窓の下面との間の距離とは異なっていてもよい。
【００１５】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、一方のコイルは、外側コイルであってもよく、他方のコイルは、内側コイルであってもよい。また、内側コイルを含む平面と誘電体窓の下面との間の距離は、外側コイルを含む平面と誘電体窓の下面との間の距離より短くてもよい。
【００１６】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、電力供給部は、アンテナに供給される高周波電力の周波数を変更可能であってもよい。
【００１７】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、他方のコイルに設けられたコンデンサは、可変容量コンデンサであってもよい。
【００１８】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、ガス供給部の内部には、チャンバに供給される処理ガスが流通する流路が設けられており、当該流路内の圧力は、チャンバ内の圧力よりも高くてもよい。
【００１９】
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、ガス供給部は、ガス供給部の下部であって、誘電体窓の下面からチャンバ内に突出している突出部と、突出部に設けられ、処理ガスを下方向へ噴射する第１の噴射口と、突出部に設けられ、処理ガスを横方向または斜め下方向へ噴射する第２の噴射口とを有していてもよい。
【００２０】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、ガス供給部には、処理ガスが通過する空間を囲むように導電性のシールド部材が設けられていてもよい。
【００２１】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、シールド部材の下端は、誘電体窓の下面よりも下方に位置してもよい。
【００２２】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、シールド部材は、板状に形成されていてもよい。
【００２３】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、シールド部材は、ガス供給部の外側壁、または、処理ガスが通過するガス供給部内の空間の側壁に形成された金属膜であってもよい。
【００２４】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、シールド部材は、棒状に形成されていてもよい。
【００２５】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、ガス供給部内において処理ガスが通過する空間は、第１の噴射口および第２の噴射口からガス供給部の上端に至る直線経路が形成されないように、少なくとも一部が屈曲していてもよい。
【００２６】
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、チャンバと、誘電体窓と、ガス供給部と、アンテナと、電力供給部とを備える。チャンバは、被処理基板を収容する。誘電体窓は、チャンバの上部を構成する。ガス供給部は、チャンバの上部からチャンバ内に処理ガスを供給する。アンテナは、チャンバの上方であってガス供給部の周囲に設けられ、チャンバ内に高周波を供給することによりチャンバ内に処理ガスのプラズマを生成する。電力供給部は、アンテナに高周波電力を供給する。アンテナは、ガス供給部を囲むようにガス供給部の周囲に設けられ、アンテナを構成する線路の両端が開放され、線路の中点またはその近傍に電力供給部から給電され、中点の近傍で接地され、電力供給部から供給された高周波電力の１／２波長で共振するように構成されている。また、ガス供給部には、処理ガスが通過する空間を囲むように導電性のシールド部材が設けられている。
【００２７】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、シールド部材の下端は、誘電体窓の下面よりも下方に位置してもよい。
【００２８】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、シールド部材は、板状に形成されていてもよい。
【００２９】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、シールド部材は、ガス供給部の外側壁、または、処理ガスが通過するガス供給部内の空間の側壁に形成された金属膜であってもよい。
【００３０】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、シールド部材は、棒状に形成されていてもよい。
【００３１】
また、開示するプラズマ処理装置の１つの実施形態において、ガス供給部は、ガス供給部の下部であって、誘電体窓の下面からチャンバ内に突出している突出部と、突出部に設けられ、処理ガスを下方向へ噴射する第１の噴射口と、突出部に設けられ、処理ガスを横方向または斜め下方向へ噴射する第２の噴射口とを有してもよく、ガス供給部内において処理ガスが通過する空間は、第１の噴射口および第２の噴射口からガス供給部の上端に至る直線経路が形成されないように、少なくとも一部が屈曲していてもよい。
【００３２】
以下に、開示するプラズマ処理装置の実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施例により、開示されるプラズマ処理装置が限定されるものではない。また、各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００３３】
［プラズマ処理装置１０の構成］
図１は、プラズマ処理装置１０の概略の一例を示す断面図である。プラズマ処理装置１０は、アルミニウム等の導電体により形成されたチャンバ１１を備える。チャンバ１１の側面には、被処理基板の一例であるウエハＷを搬入および搬出するための開口１１０が設けられており、ゲートバルブ１１１により開閉可能となっている。チャンバ１１は接地されている。
【００３４】
チャンバ１１の底面側の略中央には、アルミニウム等の導電性の材料で構成され、処理対象のウエハＷが載置される円板形状のサセプタ２１が設けられている。サセプタ２１は、プラズマ中のイオンの引き込み用（バイアス用）の電極としても機能する。サセプタ２１は、絶縁体からなる円筒形状のサセプタ支持部２２によって支持される。本実施例において、サセプタ支持部２２によって支持されるサセプタ２１の中心軸をＺ軸と定義する。
【００３５】
また、サセプタ２１には、給電棒３２および整合回路３１を介してバイアス用の高周波電源３０が接続されている。サセプタ２１には、高周波電源３０から、例えば１３ＭＨｚの周波数の高周波電力が供給される。高周波電源３０からサセプタ２１に供給される高周波電力の周波数および電力は、後述する制御装置１００によって制御される。
【００３６】
サセプタ２１の上面には、静電吸着力によりウエハＷを保持するための静電チャック２３が設けられ、静電チャック２３の外周側には、ウエハＷの周囲を囲むようにフォーカスリング２４が設けられている。略円板状のウエハＷは、中心軸がＺ軸に一致するように静電チャック２３上に載置される。
【００３７】
また、サセプタ２１の内部には、例えば冷却水（Ｃ．Ｗ．）等の冷媒を通流させてウエハＷの温度制御を行うための流路２１２が形成されている。流路２１２は、配管２１３を介して不図示のチラーユニットと接続され、当該チラーユニットから温度調節された冷媒が配管２１３を介して流路２１２内に供給される。チラーユニットにおける冷媒の温度は、後述する制御装置１００によって制御される。
【００３８】
サセプタ２１の内部には、静電チャック２３の上面とウエハＷの下面との間に、例えばＨｅガス等の伝熱ガスを供給するためのガス供給路２１４が設けられている。ガス供給路２１４は、静電チャック２３を貫通し、ガス供給路２１４の上端は、静電チャック２３の上面で開口している。
【００３９】
また、サセプタ２１には、サセプタ２１を上下方向に貫通し、静電チャック２３の上面から突没可能に設けられ、不図示の搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しを行うための昇降ピンが設けられている。昇降ピンの上下方向への移動は、後述する制御装置１００によって制御される。
【００４０】
また、サセプタ支持部２２の外側壁とチャンバ１１の内側壁との間には、多数の貫通孔が形成された環状のバッフル板１２が設けられている。また、チャンバ１１の底面には、排気口１３が形成されており、排気口１３は、排気管１４を介して排気装置１５に接続されている。排気装置１５は、後述する制御装置１００によって制御される。
【００４１】
チャンバ１１の上部には、例えば石英等の誘電体により円板状に形成された誘電体窓５３が設けられている。誘電体窓５３の上方側の空間は、アルミニウム等の導電体により円筒状に形成されたシールドボックス５１によって覆われている。シールドボックス５１は、チャンバ１１を介して接地されている。シールドボックス５１および誘電体窓５３の中央には開口が形成されており、当該開口には、チャンバ１１内に処理ガスを供給するためのガス噴射部４１が設けられている。ガス噴射部４１の外形は、略円筒形状であり、中心軸がＺ軸に一致するようにシールドボックス５１および誘電体窓５３の中央の開口に設けられている。ガス噴射部４１は、ガス供給部の一例である。
【００４２】
ガス噴射部４１の上部には、ガス噴射部４１内に処理ガスを導入するための導入口４２ａおよび４２ｂが設けられている。ガス噴射部４１の下部は、誘電体窓５３の下面から下方に突出している。ガス噴射部４１の下部には、処理ガスをＺ軸に沿って下方に噴射する噴射口４３ａと、処理ガスを横方向、すなわち、Ｚ軸から離れる方向へ噴射する噴射口４３ｂとが形成されている。噴射口４３ａは、第１の噴射口の一例であり、噴射口４３ｂは、第２の噴射口の一例である。
【００４３】
導入口４２ａには、バルブ４６ａおよびＭＦＣ（Mass  Flow  Controller）４５ａを介してガス供給源４４ａが接続されている。また、導入口４２ｂには、バルブ４６ｂおよびＭＦＣ４５ｂを介してガス供給源４４ｂが接続されている。
【００４４】
ＭＦＣ４５ａは、ガス供給源４４ａから供給される処理ガスの流量を制御する。バルブ４６ａは、ＭＦＣ４５ａによって流量が制御された処理ガスのガス噴射部４１への供給および供給停止を制御する。導入口４２ａを介してガス噴射部４１内に導入された処理ガスは、下方へ向けて噴射口４３ａからチャンバ１１内に噴射される。
【００４５】
ＭＦＣ４５ｂは、ガス供給源４４ｂから供給される処理ガスの流量を制御する。バルブ４６ｂは、ＭＦＣ４５ｂによって流量が制御された処理ガスのガス噴射部４１への供給および供給停止を制御する。導入口４２ｂを介してガス噴射部４１内に導入された処理ガスは、横へ向けて噴射口４３ｂからチャンバ１１内に噴射される。ＭＦＣ４５ａおよび４５ｂ、ならびに、バルブ４６ａおよびバルブ４６ｂは、後述する制御装置１００によってそれぞれ独立に制御される。
【００４６】
本実施例において、ガス供給源４４ａおよび４４ｂは、処理ガスとして、例えばＣＦ4ガスや塩素ガス等のエッチング用の処理ガスをチャンバ１１内に供給する。なお、ガス供給源４４ａおよび４４ｂは、それぞれ別々の処理ガスをチャンバ１１内に供給してもよい。
【００４７】
チャンバ１１の上方であって、誘電体窓５３とシールドボックス５１とで囲まれた空間には、プラズマ発生用のアンテナ５４が収容されている。アンテナ５４は、外側コイル５４１および内側コイル５４２を有する。内側コイル５４２は、ガス噴射部４１を囲むようにガス噴射部４１の周囲に設けられている。外側コイル５４１は、ガス噴射部４１および内側コイル５４２を囲むようにガス噴射部４１および内側コイル５４２の周囲に設けられている。外側コイル５４１および内側コイル５４２は、誘電体窓５３から離れて誘電体窓５３の上方に配置されるように、図示しない支持機構によって支持されている。なお、外側コイル５４１および内側コイル５４２は、誘電体窓５３から離れていることに限定されず、外側コイル５４１および内側コイル５４２のいずれか一方もしくは両方が、誘電体窓５３の上面に接していてもよい。また、外側コイル５４１および内側コイル５４２のいずれか一方もしくは両方が、誘電体窓５３の内部に形成されていてもよい。
【００４８】
［アンテナ５４の構造］
図２は、アンテナ５４の一例を示す概略斜視部である。外側コイル５４１は、例えば図２に示すように、２周以上、略円形の渦巻き状に形成されており、外側コイル５４１の外形の中心軸がＺ軸に一致するように、誘電体窓５３の上方に配置されている。内側コイル５４２は、例えば図２に示すように、略円形のリング状に形成されており、内側コイル５４２の中心軸がＺ軸に一致するように、誘電体窓５３の上方に配置されている。
【００４９】
本実施例において、外側コイル５４１および内側コイル５４２は、平面コイルであり、静電チャック２３上に載置されるウエハＷの面と略平行となるように、プラズマ生成空間との境界面である誘電体窓５３の下面よりも上方に配置される。また、本実施例において、外側コイル５４１と誘電体窓５３の下面との間の距離と、内側コイル５４２と誘電体窓５３の下面との間の距離とは、異なっている。例えば、内側コイル５４２と誘電体窓５３の下面との間の距離は、外側コイル５４１と誘電体窓５３の下面との間の距離より短い。なお、他の例として、外側コイル５４１と誘電体窓５３の上面との間の距離と、内側コイル５４２と誘電体窓５３の上面との間の距離とは、同じ距離であってもよい。また、外側コイル５４１と誘電体窓５３の上面との間の距離は、内側コイル５４２と誘電体窓５３の上面との間の距離より長くてもよい。また、外側コイル５４１と誘電体窓５３の下面との間の距離、および、内側コイル５４２と誘電体窓５３の下面との間の距離は、図示しない駆動部によりそれぞれ独立に変更可能となるように構成されてもよい。
【００５０】
図３は、内側コイル５４２および外側コイル５４１の配置の一例を示す図である。図３には、Ｚ軸に沿う向きから見た場合の内側コイル５４２および外側コイル５４１の配置の一例が示されている。内側コイル５４２は、半径ｒ３の円状に形成され、円の中心がＺ軸と一致するように配置されている。本実施例において、半径ｒ３は、例えば７５ｍｍ以下の長さである。
【００５１】
外側コイル５４１は、半径ｒ１の円と半径ｒ２の円の間の領域に、略円形の渦巻き状に形成される。外側コイル５４１は、半径ｒ１の円の中心と半径ｒ２の円の中心とがＺ軸と一致するように配置される。即ち、外側コイル５４１と内側コイル５４２とは、外側コイル５４１の外形と内側コイル５４２の外形とが、同心円となるように配置されている。本実施例において、半径ｒ１は、例えば１４０ｍｍであり、半径ｒ２は、例えば２１０ｍｍである。
【００５２】
外側コイル５４１を構成する線路の両端は開放されている。また、外側コイル５４１を構成する線路の中点またはその近傍には、高周波電源６１が接続されており、外側コイル５４１には、高周波電源６１から高周波電力が供給される。高周波電源６１は、電力供給部の一例である。また、外側コイル５４１を構成する線路の中点の近傍は接地される。外側コイル５４１は、高周波電源６１から供給された高周波電力の波長λに対し、λ／２で共振するように構成されている。即ち、外側コイル５４１は、平面型ヘリカルレゾネータとして機能する。外側コイル５４１を構成する線路に発生する電圧は、線路の中点付近で最小となり、線路の両端で最大となるように分布する。また、外側コイル５４１を構成する線路に発生する電流は、線路の中点付近で最大となり、線路の両端で最小となるように分布する。外側コイル５４１に高周波電力を供給する高周波電源６１は、周波数および電力の変更が可能である。高周波電源６１から外側コイル５４１に供給される高周波電力の周波数および電力は、後述する制御装置１００によって制御される。
【００５３】
内側コイル５４２は、内側コイル５４２を構成する線路の両端がコンデンサ５４３を介して接続されている。本実施例において、コンデンサ５４３は可変容量コンデンサである。なお、コンデンサ５４３は、固定の容量を有するコンデンサであってもよい。内側コイル５４２は外側コイル５４１と誘導結合し、内側コイル５４２には、外側コイル５４１に流れる電流によって発生した磁界を打ち消す向きの電流が流れる。コンデンサ５４３の容量を制御することによって、外側コイル５４１に流れる電流に対して内側コイル５４２に流れる電流の向きや大きさを制御することができる。コンデンサ５４３の容量は、後述する制御装置１００によって制御される。
【００５４】
外側コイル５４１に流れる電流と、内側コイル５４２に流れる電流とによって、Ｚ軸方向に磁界が発生し、発生した磁界により、チャンバ１１内に誘導電界が発生する。チャンバ１１内発生した誘導電界により、ガス噴射部４１からチャンバ１１内に供給された処理ガスがプラズマ化する。そして、プラズマに含まれるイオンや活性種によって、静電チャック２３上のウエハＷに対して、エッチング等の所定の処理が施される。
【００５５】
ここで、外側コイル５４１の内側（ガス噴射部４１側）に、内側コイル５４２に代えて、内側コイル５４２と同程度の大きさの平面型ヘリカルレゾネータを配置することを考える。外側コイル５４１の内側の領域は、外側コイル５４１が配置される領域よりも狭いため、外側コイル５４１の内側の領域には、外側コイル５４１を構成する線路と同じ長さの線路を配置することが難しい。そのため、外側コイル５４１の内側の領域に配置される平面型ヘリカルレゾネータ（以下、内側レゾネータと記載する）を構成する線路は、外側コイル５４１を構成する線路よりも短くせざるを得ない。線路が短くなると、共振周波数が高くなるため、内側レゾネータの共振周波数は、外側コイル５４１の共振周波数よりも高くせざるを得ない。周波数が高くなると、コイルから放射される電磁波のエネルギーが大きくなる。
【００５６】
また、内側レゾネータの内側には、ガス噴射部４１が配置されており、内側レゾネータとガス噴射部４１とは近接している。そのため、処理ガスが流通するガス噴射部４１内の空間には、内側レゾネータから放射される電磁波が侵入する。内側レゾネータの共振周波数が高くなると、内側レゾネータから放射される電磁波のエネルギーが大きくなるため、処理ガスが流通するガス噴射部４１内の空間には、さらに大きなエネルギーの電磁波が侵入する。そのため、処理ガスが流通するガス噴射部４１内の空間において、異常放電が発生する場合がある。
【００５７】
内側レゾネータをガス噴射部４１から離すことにより、内側レゾネータからガス噴射部４１内の空間に侵入する電磁波のエネルギーを抑えることも考えられる。しかし、内側レゾネータをＺ軸から離して配置すると、Ｚ軸近傍の領域のプラズマと、Ｚ軸から遠い領域のプラズマとを独立に制御することが難しくなる。そのため、Ｚ軸近傍のプラズマの制御に寄与する内側レゾネータは、ガス噴射部４１の近傍に配置せざるを得ない。そのため、内側レゾネータを用いる場合、処理ガスが流通するガス噴射部４１内の空間において発生する異常放電を回避することが難しい。
【００５８】
これに対し、本実施例では、外側コイル５４１の内側（ガス噴射部４１側）に、平面型ヘリカルレゾネータではなく、両端がコンデンサ５４３により接続されたループ状の内側コイル５４２が配置される。内側コイル５４２は、直接給電される高周波電力により共振するのではなく、外側コイル５４１に流れる電流によって発生した磁界に応じた誘導電流を発生させる。そのため、内側コイル５４２には、内側コイル５４２を構成する線路の長さによらず、外側コイル５４１に流れる電流の周波数と同一の周波数の電流が流れる。そのため、内側コイル５４２を構成する線路の長さが外側コイル５４１を構成する線路の長さよりも短い場合であっても、内側コイル５４２には、外側コイル５４１に流れる電流の周波数と同一の周波数の電流を発生させることができる。
【００５９】
外側コイル５４１が配置される領域は、外側コイル５４１の内側の領域よりも広いため、外側コイル５４１を構成する線路としては、比較的長い線路を用いることができる。そのため、平面型ヘリカルレゾネータとして機能する外側コイル５４１は、比較的低い周波数で共振させることができる。そのため、内側コイル５４２には、外側コイル５４１に流れる電流の周波数と同一の比較的低い周波数の電流が発生する。これにより、内側コイル５４２から放射される電磁波のエネルギーが抑制され、ガス噴射部４１内に侵入する電磁波のエネルギーが抑制される。これにより、ガス噴射部４１内の空間における異常放電を抑制することができる。
【００６０】
図１に戻って説明を続ける。プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理装置１０の各部を制御する制御装置１００を有する。制御装置１００は、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）またはＲＡＭ（Random  Access  Memory）等のメモリと、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等のプロセッサとを有する。制御装置１００内のメモリには、レシピ等のデータやプログラム等が格納されている。制御装置１００内のプロセッサは、制御装置１００内のメモリに格納されたプログラムを読み出して実行し、制御装置１００内のメモリに格納されたレシピ等のデータに基づいてプラズマ処理装置１０の各部を制御する。
【００６１】
［外側コイル５４１および内側コイル５４２に流れる電流］
図４は、内側コイル５４２のコンデンサ５４３の容量を変更した場合の内側コイル５４２および外側コイル５４１に流れる電流の変化の一例を示す図である。図４には、１０ｐＦから１００ｐＦまでのコンデンサ５４３の容量の範囲を、ステッピングモータにより０から１９２００ステップで変化させた場合の内側コイル５４２および外側コイル５４１のそれぞれに流れる電流の変化が示されている。
【００６２】
図４に示した実験結果の主な条件は以下の通りである。
チャンバ１１内の圧力：１００ｍＴ
処理ガス：Ａｒ／ＣＦ４＝７０／１０sccm
外側コイル５４１に供給される高周波電力：１０００Ｗ
外側コイル５４１に供給される高周波電力の周波数：２７ＭＨｚ
【００６３】
例えば図４に示されるように、１０ｐＦ（０ステップに対応する容量）からコンデンサ５４３の容量が増加するのに伴い、外側コイル５４１から電磁誘導により内側コイル５４２に供給されるエネルギーが増加し、内側コイル５４２に流れる電流が増加している。一方、内側コイル５４２に供給されるエネルギーが増加するのに伴い、外側コイル５４１のエネルギーが減少するため、外側コイル５４１に流れる電流が減少している。そして、コンデンサ５４３の容量が１２２００ステップに対応する容量付近になった場合、内側コイル５４２に流れる電流が最大となり、外側コイル５４１に流れる電流は、内側コイル５４２に流れる電流と同程度となった。
【００６４】
また、１２２００ステップに対応する容量からコンデンサ５４３の容量をさらに増加させ、１２４００ステップに対応する容量になると、内側コイル５４２に流れる電流の極性が反転し、逆向きに大きな電流が流れる。これは、０ステップから１２２００ステップ付近の容量では、例えば図５（ａ）に示されるように、外側コイル５４１に流れる電流の向きと内側コイル５４２に流れる電流の向きとが同じ（同相）であるためであり、１２４００ステップ付近から１９２００ステップまでの容量では、例えば図５（ｂ）に示されるように、外側コイル５４１に流れる電流の向きと内側コイル５４２に流れる電流の向きがとが逆（同相）であるためである。
【００６５】
図６は、ウエハＷ上のイオン電流の分布の一例を示す図である。イオン電流は、平面型ラングミュアプローブを用いて、ウエハＷの中心位置からウエハＷの外周部に向かって径方向に測定された。図６では、各ステップに対応するコンデンサ５４３の容量に対するイオン電流の分布が、ウエハＷの中心位置のイオン電流を１に規格化して示されている。ウエハＷ上のイオン電流の大きさは、ウエハＷ上のプラズマの密度と相関がる。そのため、ウエハＷ上におけるイオン電流の分布は、ウエハＷ上のプラズマ密度の分布に対応する。
【００６６】
図６を参照すると、０ステップに対応するコンデンサ５４３の容量では、ウエハＷの中心からやや外側のイオン電流がやや大きくなっている。そして、コンデンサ５４３の容量が増加するに伴い、ウエハＷの中心付近のイオン電流が相対的に大きくなっている。これは、例えば図５（ａ）に示されるように、外側コイル５４１に流れる電流と内側コイル５４２に流れる電流とが同じ向き（同位相）となっている状態であり、互いのコイルから発生した磁界によって発生した誘導電界が強めあうため、ウエハＷの中心付近のイオン電流が増加したものと考えられる。
【００６７】
一方、コンデンサ５４３の容量が１２４００ステップに対応する容量となった場合、ウエハＷの中心付近のイオン電流が相対的に小さくなっている。これは、例えば図５（ｂ）に示したように、外側コイル５４１に流れる電流と内側コイル５４２に流れる電流とが逆向き（逆位相）となっている状態であり、互いのコイルから発生した磁界によって発生した誘導電界が弱めあうため、ウエハＷの中心付近のイオン電流が減少したものと考えられる。
【００６８】
このように、内側コイル５４２に接続されたコンデンサ５４３の容量を制御することにより、ウエハＷ上において、Ｚ軸を中心とする径方向のプラズマ密度の分布を制御することができる。これにより、ウエハＷに対するプロセスの精度を向上させることができる。
【００６９】
［ガス噴射部４１の構造］
図７は、実施例１におけるガス噴射部４１の構造の一例を示す断面図である。ガス噴射部４１は、例えばセラミックや石英等の誘電体により形成され、略円筒状の外形を有する。ガス噴射部４１は、シールドボックス５１および誘電体窓５３の中央に形成された開口に嵌め込まれ、ネジ４１１により誘電体窓５３に固定される。ガス噴射部４１は、中心軸がＺ軸に一致するように誘電体窓５３に固定される。ガス噴射部４１の下部４１０は、誘電体窓５３の下面よりも誘電体窓５３の下方に突出している。ガス噴射部４１の下部４１０は、突出部の一例である。
【００７０】
ガス噴射部４１の下部４１０には、複数の噴射口４３ａおよび複数の４３ｂが形成されている。複数の噴射口４３ａは、ガス噴射部４１の下面であってＺ軸を中心とする円周上に形成され、下方に向けて処理ガスを噴射する。また、複数の噴射口４３ｂは、ガス噴射部４１の下部４１０の側壁に形成され、横方向に向けて処理ガスを噴射する。
【００７１】
導入口４２ａを介して供給された処理ガスは、Ｚ軸を中心軸とする略円筒状の空間４３０ａを通って噴射口４３ａから下方向へ噴射される。また、導入口４２ｂを介して供給された処理ガスは、空間４３０ａの周囲に設けられた空間４３０ｂを通って複数の噴射口４３ｂからＺ軸を中心として放射状に噴射される。空間４３０ａおよび空間４３０ｂは、チャンバ１１に供給される処理ガスが流通する流路の一例である。
【００７２】
また、ガス噴射部４１の上部には、石英等により形成された透明な窓４２１が設けられている。窓４２１により、空間４３０ａ内における放電の有無を検出することができる。また、窓４２１により、空間４３０ａおよびそれぞれの噴射口４３ａを介して、チャンバ１１内のプラズマから発せられる光の強度や波長等を観測することもができる。
【００７３】
［実験結果］
次に、チャンバ１１内にプラズマを発生させた場合のガス噴射部４１内での異常放電の発生について、実験を行った。図８は、比較例において、放電の有無を調べた実験結果の一例を示す図である。図８（ａ）は、チャンバ１１内の圧力が１０ｍＴの場合の実験結果を示しており、図８（ｂ）は、チャンバ１１内の圧力が１００ｍＴの場合の実験結果を示しており、図８（ｃ）は、チャンバ１１内の圧力が４００ｍＴの場合の実験結果を示している。比較例では、内側コイル５４２に代えて、内側コイル５４２の位置に内側レゾネータを配置して実験を行った。なお、実験では、外側コイル５４１に高周波電力は印加されていない。
【００７４】
比較例における実験の主な条件は以下の通りである。
チャンバ１１内の圧力：１０〜４００ｍＴ
使用ガス：Ａｒ＝１００〜１５００sccm
内側レゾネータに供給される高周波電力：１００〜６５０Ｗ
内側レゾネータに供給される高周波電力の周波数：６０ＭＨｚ
【００７５】
図８では、異常放電が発生しなかった条件が○で表され、異常放電が発生した条件が×で表されている。図８に示されるように、内側コイル５４２に代えて内側レゾネータを用いた比較例では、ほぼ全ての条件において、ガス噴射部４１内で異常放電が発生していた。なお、ガス噴射部４１の空間４３０ａおよび４３０ｂ内の圧力は、チャンバ１１内の圧力よりもずっと高く、３から２５Ｔｏｒｒの間の圧力となっていた。
【００７６】
図９は、実施例１において、放電の有無を調べた実験結果の一例を示す図である。図９（ａ）は、チャンバ１１内の圧力が１０ｍＴの場合の実験結果を示しており、図９（ｂ）は、チャンバ１１内の圧力が１００ｍＴの場合の実験結果を示しており、図９（ｃ）は、チャンバ１１内の圧力が４００ｍＴの場合の実験結果を示している。
【００７７】
図９に示す実験結果の主な条件は以下の通りである。
チャンバ１１内の圧力：１０〜４００ｍＴ
使用ガス：Ａｒ＝１００〜１５００sccm
外側コイル５４１に供給される高周波電力：１００〜２０００Ｗ
外側コイル５４１に供給される高周波電力の周波数：２７ＭＨｚ
なお、内側コイル５４２に接続されたコンデンサ５４３については、図４に示した１２２００ステップに対応する容量に設定して実験を行った。
【００７８】
例えば図９に示されるように、実施例１では、全ての条件において、ガス噴射部４１内で異常放電が発生しなかった。このように、外側コイル５４１の内側に内側コイル５４２を配置することにより、ガス噴射部４１内での異常放電を抑制することができる。また、図６に示したように、内側コイル５４２のコンデンサ５４３の容量を制御することにより、ウエハＷ上のプラズマ密度の分布を調整することができる。
【００７９】
［ガス噴射部４１から噴射されるガスの流れのシミュレーション］
なお、本実施例では、例えば図７に示したように、ガス噴射部４１の下部４１０には、下方向にガスを噴射する複数の噴射口４３ａと、横方向にガスを噴射する複数の噴射口４３ｂとが設けられている。図１０は、ガス噴射部４１から噴射されるガスの流れのシミュレーション結果の一例を示す図である。図１０（ａ）は、複数の噴射口４３ａから下方向に噴射されたガスの流れのシミュレーション結果を示しており、図１０（ｂ）は、複数の噴射口４３ｂから横方向に噴射されたガスの流れのシミュレーション結果を示している。
【００８０】
シミュレーションの主な条件は、以下の通りである。
チャンバ１１内の圧力：５０ｍＴ
使用ガス：Ａｒ＝５００sccm
反応副生成物：ＳｉＣｌ4＝５０sccm（ウエハＷの全面）
なお、反応副生成物とは、ウエハＷがエッチング処理される際、エッチング用の処理ガスのプラズマから生成される粒子とウエハＷが反応して副次的に生成される物質である。シミュレーションでは、反応副生成物は、ウエハＷに含まれるシリコンとエッチング用の処理ガスに含まれるハロゲンとの化合物であるＳｉＣｌ4を仮定し、ウエハＷの全面からチャンバ１１内へ均一的に供給されることとした。
【００８１】
下方向へガスが噴射された場合、例えば図１０（ａ）に示されるように、ウエハＷの中心付近では、ウエハＷの中心からエッジへ向かってガスの強い流れが発生している。そのため、ウエハＷの中心付近では、発生した反応副生成物が効率良く除去されると考えられる。しかし、ウエハＷのエッジ付近ではガスの流れが弱く、エッジ付近での反応副生成物の除去効果は低いと考えられる。
【００８２】
一方、横方向へガスが噴射された場合、例えば図１０（ｂ）に示されるように、ウエハＷのエッジ付近でガスの強い流れが発生するが、ウエハＷの中心付近でのガスの流れは弱い。そのため、ウエハＷのエッジ付近では、発生した反応副生成物が効率良く除去されるが、ウエハＷの中心付近では反応副生成物の除去効果は低いと考えられる。
【００８３】
図１１は、ウエハＷ上の反応副生成物の質量含有率の分布の一例を示す図である。図１１（ａ）は、Ａｒガスの流量が５００sccmの場合のウエハＷ上の反応副生成物の質量含有率の分布を示しており、図１１（ｂ）は、Ａｒガスの流量が４５sccmの場合のウエハＷ上の反応副生成物の質量含有率の分布を示している。
【００８４】
例えば図１１（ａ）から明らかなように、噴射口４３ａから下方向にガスを噴射した場合、ウエハＷの中心付近ではエッジ付近よりも反応副生成物の含有率が低く、ウエハＷの中心付近の方が、エッジ付近よりも効率よく反応副生成物の除去が行われている。一方、噴射口４３ｂから横方向にガスを噴射した場合、ウエハＷのエッジ付近の方が中心付近よりも反応副生成物の含有率が若干低く、ウエハＷのエッジ付近の方が、中心付近よりも効率よく反応副生成物の除去が行われている。
【００８５】
図１１（ａ）の結果から、噴射口４３ａからの下方向へのガスの噴射と、噴射口４３ｂからの横方向へのガスの噴射とを組み合わせることにより、ウエハＷの中心付近およびエッジ付近の双方において、ガスの強い流れを発生させることができる。これにより、ウエハＷ上に発生した反応副生成物を効率よく除去することができる。なお、噴射されるガスの流量が少ない場合には、例えば図１１（ｂ）に示すように、ガスの噴射方向がいずれの場合でも、全体的に反応副生成物の含有率が多くなっており、反応副生成物の除去効果は低い。そのため、噴射口４３ａおよび４３ｂからは、大流量のガスを噴射する必要がある。
【００８６】
［ガス噴射部４１から噴射されるガスの流れによるプロセス影響］
図１２は、実際にチャンバ１１内において、エッチング用の処理ガスのプラズマを生成しウエハＷをエッチングした時の、ガスの流量に対する反応副生成物のデポジションレートの分布の変化の一例を示す図である。この時、ウエハＷの材質はシリコンであり、エッチング用の処理ガスとしては、Ｃｌ2、ＨＢｒ、Ａｒ、Ｏ2を用いており、反応副生成物はＳｉＯＣｌＢｒである。反応副生成物はエッチングによってウエハＷ表面からチャンバ１１内へ放出されるが、一部、ウエハＷに再付着する。そのため、反応副生成物のウエハＷへの再付着量をポジションレートとして測定している。図１２（ａ）は、下方向へガスを噴射した場合の反応副生成物のデポジションレートの分布を示しており、図１２（ｂ）は、横方向へガスを噴射した場合の反応副生成物のデポジションレートの分布を示している。なお、図１２（ｃ）には、比較例として、チャンバ１１の側壁からＺ軸へ向かってガスを噴射した場合の反応副生成物のデポジションレートの分布を示している。図１２に示した流量は、エッチング用の処理ガスの流量を示しており、基準流量は、５００sccmである。
【００８７】
下方向へ噴射されるガスの流量が増加すると、例えば図１２（ａ）に示されるように、ウエハＷの中心付近において反応副生成物のデポジションレートが大幅に低下するが、ウエハＷのエッジ付近における反応副生成物のデポジションレートはあまり変化していない。一方、横方向へ噴射されるガスの流量が増加すると、例えば図１２（ｂ）に示されるように、ウエハＷのエッジ付近において反応副生成物のデポジションレートが大幅に低下するが、ウエハＷの中心付近における反応副生成物のデポジションレートはあまり変化していない。
【００８８】
反応副生成物のデポジションレートはその付近に滞留する反応副生成物の残存量に比例するため、図１２（ａ）および（ｂ）の結果からも、噴射口４３ａからの下方向へのガスの噴射と、噴射口４３ｂからの横方向へのガスの噴射とを組み合わせることにより、ウエハＷの中心付近およびエッジ付近の双方において、反応副生成物を効率よく除去することができると考えられる。
【００８９】
なお、チャンバ１１の側壁からＺ軸へ向かってガスを噴射した場合、例えば図１２（ｃ）に示されるように、噴射されるガスの流量が少なければ、ウエハＷの中心付近とエッジ付近の中間におけるデポジションレートが高く、噴射されるガスの流量が多くなるに従い、ウエハＷのエッジ付近のデポジションレートが低くなると共に、中心付近のデポジションレートが高くなる。これは、チャンバ１１の側壁からガスが噴射されているため、ガスの流量が多くなるほど、ウエハＷのエッジ付近の反応副生成物がウエハＷの中央付近に押しやられるためであると考えられる。そのため、チャンバ１１の側壁からＺ軸へ向かってガスを噴射した場合には、ウエハＷ上の反応副生成物を全体的に効率よく除去することは難しい。
【００９０】
以上、実施例１について説明した。上記説明から明らかなように、本実施例のプラズマ処理装置１０によれば、異常放電を抑制しつつ、プラズマの密度の分布をきめ細かく調整することができる。また、本実施例では、チャンバ１１の上部中央に設けられたガス噴射部４１から下方向および横方向に処理ガスが噴射されるため、ウエハＷ上に発生した反応副生成物を効率よく除去することができる。
【００９１】
なお、上記した実施例１では、例えば図７に示したように、それぞれの噴射口４３ｂは、横方向に処理ガスを噴射するが、開示の技術はこれに限られない。それぞれの噴射口４３ｂは、例えば図１３に示されるように、Ｚ軸から離れる方向であって、斜め下方向に処理ガスを噴射するように構成されてもよい。図１３は、ガス噴射部４１の構造の他の例を示す図である。
【実施例２】
【００９２】
実施例１では、外側コイル５４１の内側に内側コイル５４２を設けることにより、ガス噴射部４１内での異常放電を抑制した。これに対し、本実施例２では、ガス噴射部４１内において処理ガスが流通する空間の周囲にシールド部材を配置することにより、ガス噴射部４１内での異常放電を抑制する。
【００９３】
［ガス噴射部４１の構造］
図１４は、実施例２におけるガス噴射部４１の構造の一例を示す図である。なお、図１４に示した部材のうち、図７に示した部材と同一の符号が付された部材は、以下に説明する点を除き、図７を用いて説明した部材と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。
【００９４】
本実施例におけるガス噴射部４１では、例えば図１４に示されるように、ガス噴射部４１内の空間４３０ａを構成する側壁に板状のシールド部材４２０が設けられる。シールド部材４２０は、チタン等の非磁性を有する導電性の金属により形成される。シールド部材４２０の下端は、誘電体窓５３の下面よりも下方まで延伸している。例えば、シールド部材４２０は、チタン等をガス噴射部４１内の空間４３０ａを構成する側壁に溶射することにより形成された金属膜である。ガス噴射部４１内の空間４３０ａは略円筒状であるため、シールド部材４２０は、筒状に形成される。
【００９５】
ガス噴射部４１内の空間４３０ａを構成する側壁にシールド部材４２０が設けられることにより、アンテナ５４から発生した電磁波の空間４３０ａ内へ侵入が抑制される。これにより、空間４３０ａ内での異常放電が抑制される。なお、図１４の例では、空間４３０ａを構成する側壁にシールド部材４２０が設けられているが、それぞれの空間４３０ｂの側壁にもシールド部材４２０が設けられてもよい。
【００９６】
また、図１４の例では、空間４３０ａを構成する側壁に板状のシールド部材４２０が設けられるが、他の例として、棒状に形成された複数のシールド部材４２０が、空間４３０ａの周囲に配置されてもよい。図１５は、棒状のシールド部材４２０の配置の一例を示す図である。図１５は、ガス噴射部４１をＺ軸の方向から見た場合の断面図である。図１５の例では、棒状に形成された８本のシールド部材４２０が隣接する空間４３０ｂの間に埋め込まれているが、８本以上のシールド部材４２０を空間４３０ａの周囲に配置されてもよい。８本以上のシールド部材４２０が空間４３０ａの周囲に配置される場合、シールド部材４２０は、隣接する空間４３０ｂの間に埋め込まれる他に、空間４３０ｂよりも外側の側壁内に埋め込まれてもよい。これにより、空間４３０ｂ内の異常放電も抑制させることができる。
【００９７】
図１６は、シールド部材４２０によるガス噴射部４１の電界減少率の一例を示す図である。また、図１６では、シールド部材４２０が設けられていない場合の空間４３０ａおよび空間４３０ｂを含むガス噴射部４１の下部４１０の領域内に掛かる電界強度を基準として、各形態のシールド部材４２０が設けられた場合の電界強度の減少率のシミュレーション結果が示されている。また、図１６では、内側コイル５４２に代えて、内側レゾネータを用い、内側レゾネータに、６０ＭＨｚ、１ｋＷの高周波電力を供給し、１／２波長で共振させている。図１６に示された上部、中部、および下部は、それぞれ、ガス噴射部４１の下部４１０領域の上部、中部、および下部を示している。なお、図１６では、例えば図１４に例示された筒状のシールド部材４２０（筒状シールド）の厚さを０．５ｍｍ、例えば図１５に例示された棒状のシールド部材４２０（棒状シールド）の直径を２ｍｍとしてシミュレーションが行われた。
【００９８】
例えば図１６に示されるように、いずれの形態のシールド部材４２０においても、ガス噴射部４１の下部４１０の領域内に掛かる電界強度が減少しており、シールド効果がある。また、筒状シールドは、棒状シールドよりも全体的にシールド効果が高い。また、棒状シールドでは、本数が多くなるほど、即ち、棒状シールドの間隔が狭くなるほど、シールド効果が高くなっている。
【００９９】
図１７は、実施例２において、放電の有無を調べた実験結果の一例を示す図である。図１７（ａ）は、チャンバ１１内の圧力が１０ｍＴの場合の実験結果を示しており、図１７（ｂ）は、チャンバ１１内の圧力が１００ｍＴの場合の実験結果を示しており、図１７（ｃ）は、チャンバ１１内の圧力が４００ｍＴの場合の実験結果を示している。図１７に示した実験では、図１４に示した構造のガス噴射部４１が用いられ、内側コイル５４２に代えて、内側レゾネータが用いられた。なお、外側コイル５４１には高周波電力が印加されていない。
【０１００】
図１７に示す実験結果の主な条件は以下の通りである。
チャンバ１１内の圧力：１０〜４００ｍＴ
使用ガス：Ａｒ＝１００〜１５００sccm
内側レゾネータに供給される高周波電力：１００〜６５０Ｗ
内側レゾネータに供給される高周波電力の周波数：６０ＭＨｚ
【０１０１】
例えば図１７に示されるように、ガス噴射部４１の近傍に内側レゾネータが設けられた場合であっても、内部にシールド部材４２０が配置された実施例２のガス噴射部４１では、シールド部材４２０が配置されていないガス噴射部４１の実験結果（図８参照）に比べて、異常放電の発生が大幅に抑制された。このように、ガス噴射部４１内において処理ガスが流通する空間の周囲にシールド部材４２０を配置することにより、ガス噴射部４１の近傍に内側レゾネータが設けられた場合であっても、ガス噴射部４１内での異常放電を抑制することができる。また、内側レゾネータを内側コイル５４２に代えることにより、ガス噴射部４１内での異常放電をさらに抑制することもできる。
【０１０２】
なお、実施例２では、空間４３０ａの周囲に板状のシールド部材４２０（図１４参照）や棒状のシールド部材４２０（図１５参照）が配置されたが、シールド部材４２０の配置形態は、これに限られない。例えば、図１８に示されるように、板状のシールド部材４２０が、空間４３０ａおよび４３０ｂを囲むように、ガス噴射部４１の側壁に埋め込まれていてもよい。また、例えば、図１９に示されるように、ガス噴射部４１の外側壁にシールド部材４２０が設けられてもよい。また、例えば、シールド部材４２０を構成する金属がガス噴射部４１の側壁に溶射されることによりシールド部材４２０の金属膜が形成された後、シールド部材４２０の表面にセラミック等がさらに溶射されてもよい。
【実施例３】
【０１０３】
ガス噴射部４１内において処理ガスが流通する空間がＺ軸方向に直線的に広がっていると、Ｚ軸方向に電子が加速しやすくなり、ガス噴射部４１内の空間で異常放電が発生しやすくなる。そこで、実施例３では、ガス噴射部４１内の空間において、Ｚ軸方向に直線的に広がる長さが短くなるように、ガス噴射部４１内の空間が構成される。
【０１０４】
図２０は、実施例３におけるガス噴射部４１の構造の一例を示す図である。なお、図２０に示した部材のうち、図７に示した部材と同一の符号が付された部材は、以下に説明する点を除き、図７を用いて説明した部材と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。
【０１０５】
例えば図２０に示されるように、噴射口４３ａから噴射されるガスが流れる空間４３０ａは、噴射口４３ａからガス噴射部４１の上端に至る直線経路が形成されないように、少なくとも一部が屈曲している。同様に、噴射口４３ｂから噴射されるガスが流れる空間４３０ｂも、噴射口４３ｂからガス噴射部４１の上端に至る直線経路が形成されないように、少なくとも一部が屈曲している。空間４３０ａおよび４３０ｂは、いわゆるラビリンス構造となっている。
【０１０６】
図２１は、実施例３において、放電の有無を調べた実験結果の一例を示す図である。図２１（ａ）は、チャンバ１１内の圧力が１０ｍＴの場合の実験結果を示しており、図２１（ｂ）は、チャンバ１１内の圧力が１００ｍＴの場合の実験結果を示しており、図２１（ｃ）は、チャンバ１１内の圧力が４００ｍＴの場合の実験結果を示している。図２１に示した実験では、図２０に示した構造のガス噴射部４１が用いられ、内側コイル５４２に代えて、内側レゾネータが用いられた。なお、外側コイル５４１には高周波電力が印加されていない。
【０１０７】
図２１に示す実験結果の主な条件は以下の通りである。
チャンバ１１内の圧力：１０〜４００ｍＴ
使用ガス：Ａｒ＝１００〜１５００sccm
内側レゾネータに供給される高周波電力：１００〜６５０Ｗ
内側レゾネータに供給される高周波電力の周波数：６０ＭＨｚ
【０１０８】
例えば図２１に示されるように、ガス噴射部４１の近傍に内側レゾネータが設けられた場合であっても、ガス噴射部４１内の空間がラビリンス構造となっている本実施例のガス噴射部４１では、ガス噴射部４１内の空間がラビリンス構造となっていないガス噴射部４１（図７参照）の実験結果（図８参照）に比べて、異常放電の発生が大幅に抑制された。このように、ガス噴射部４１内において処理ガスが流通する空間をラビリンス構造とすることにより、ガス噴射部４１の近傍に内側レゾネータが設けられた場合であっても、ガス噴射部４１内での異常放電を抑制することができる。また、内側レゾネータを内側コイル５４２に代えることにより、ガス噴射部４１内での異常放電をさらに抑制することもできる。
【０１０９】
なお、ガス噴射部４１内において処理ガスが流通する空間４３０ａおよび４３０ｂは、例えば図２２に示すように、噴射口４３ａおよび噴射口４３ｂからガス噴射部４１の上端に至るガスの流通経路が螺旋状となるように形成されてもよい。
【０１１０】
［その他］
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【０１１１】
上記した各実施例では、誘電体窓５３の略中央に設けられたガス噴射部４１からチャンバ１１内に処理ガスが供給されるが、ガス噴射部４１に加えて、Ｚ軸へ向かって処理ガスを噴射する複数の噴射口がチャンバ１１の側壁に沿って周方向に設けられてもよい。
【０１１２】
また、上記した各実施例２および３においても、それぞれの噴射口４３ｂは、例えば図１３に示されたように、Ｚ軸から離れる方向であって、斜め下方向に処理ガスを噴射するように構成されてもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
Ｗ  ウエハ
１０  プラズマ処理装置
１００  制御装置
１１  チャンバ
２１  サセプタ
４１  ガス噴射部
４２０  シールド部材
４３ａ、４３ｂ  噴射口
４３０ａ、４３０ｂ  空間
５３  誘電体窓
５４  アンテナ
５４１  外側コイル
５４２  内側コイル
５４３  コンデンサ
６１  高周波電源
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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