(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内で被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に設けられ、被処理基板が載置される載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内の真空排気を行う排気部と、
前記載置台に対向して誘電体窓を介して配置され、前記処理容器内に供給された処理ガスを誘導結合によってプラズマ化するための高周波アンテナを備えたプラズマ発生部と、
前記高周波アンテナが配置される空間を囲むシールド部材と、
高周波電力を供給すると共に、前記高周波電力の周波数を変化させることが可能な高周波電源と、を備え、
前記プラズマ発生部は、
両端に開放端を持つ渦巻きコイルからなり、これら開放端の間の線路の中央部に、前記高周波電源から供給される前記高周波電力の供給点と、接地点と、を備え、前記高周波電力の周波数に対応する共振周波数を持つ高周波アンテナと、
前記高周波アンテナにも前記高周波電源にも接続されることなく配置される環状コイルと、
前記高周波電力の周波数を変化させながらインピーダンス調整を行うように構成されたインピーダンス調整部と、を備え、
前記高周波アンテナは、一方の開放端から前記高周波電力の供給点までの第１の高周波アンテナ素子と、他方の開放端から前記接地点までの第２の高周波アンテナ素子とを有し、
前記環状コイルは、前記第１の高周波アンテナ素子と前記第２の高周波アンテナ素子との間に配置され、
前記インピーダンス調整部は、前記環状コイルに挿入された第１の可変コンデンサを有する、プラズマ処理装置。
【請求項２】
処理容器内で被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に設けられ、被処理基板が載置される載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内の真空排気を行う排気部と、
前記載置台に対向して誘電体窓を介して配置され、前記処理容器内に供給された処理ガスを誘導結合によってプラズマ化するための高周波アンテナを備えたプラズマ発生部と、
前記高周波アンテナが配置される空間を囲むシールド部材と、
高周波電力を供給すると共に、前記高周波電力の周波数を変化させることが可能な高周波電源と、を備え、
前記プラズマ発生部は、
両端に開放端を持つ渦巻きコイルからなり、これら開放端の間の線路の中央部に、前記高周波電源から供給される前記高周波電力の供給点と、接地点と、を備え、前記高周波電力の周波数に対応する共振周波数を持つ高周波アンテナと、
前記高周波アンテナにも前記高周波電源にも接続されることなく配置される環状コイルと、
前記高周波電力の周波数を変化させながらインピーダンス調整を行うように構成されたインピーダンス調整部と、を備え、
前記高周波アンテナは、一方の開放端から前記高周波電力の供給点までの第１の高周波アンテナ素子と、他方の開放端から前記接地点までの第２の高周波アンテナ素子とを有し、
前記環状コイルは、前記第１の高周波アンテナ素子、前記第２の高周波アンテナ素子との相互作用によって、前記第１の高周波アンテナ素子、前記第２の高周波アンテナ素子、及び前記環状コイルに前記高周波電源から供給される前記高周波電力が分配されることが可能な位置に配置され、
前記インピーダンス調整部は、前記環状コイルに挿入された第１の可変コンデンサを有する、プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記高周波電源から前記高周波アンテナ側を見たときの回路は、前記高周波電力の周波数を変えていったときに、前記第１の可変コンデンサの調整に応じた第１の共振周波数及び第２の共振周波数が現れるように構成されている、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第１の高周波アンテナ素子と、第２の高周波アンテナ素子とは、｛λ（λは前記高周波電力の波長）／４｝＋｛ｎ（ｎは自然数）λ／２｝に短縮率を乗じた線路長を有する、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記インピーダンス調整部は、更に前記高周波電源に接続される第２の可変コンデンサを含み、
前記高周波電源から前記高周波アンテナ側を見たときの回路は、前記高周波電力の周波数を変えていったときに、前記第１の可変コンデンサ及び／又は前記第２の可変コンデンサの調整に応じた第１の共振周波数及び第２の共振周波数が現れるように構成される、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記環状コイルは、前記高周波アンテナと同じ高さ位置に配置されている、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記環状コイルは、前記高周波アンテナと異なる高さ位置に配置されている、請求項１〜５のうち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】
本発明は、処理ガスを励起させて被処理基板に対して処理を行う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として処理ガスをプラズマ化してエッチング、成膜処理などを行うプラズマ処理がある。例えば枚葉式のプラズマ処理装置においては、その処理種別により、基板の面方向におけるプラズマ密度分布を適切なものに調整できるようにすることが要求されている。この要求は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り、このため、プラズマ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密度分布に差をつけることなども挙げられる。
【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。例えば特許文献１には、高周波を出力する高周波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、各アンテナにより夫々円形電場が形成されるため、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が、内側アンテナと外側アンテナとに夫々高周波電源を設ける必要がある。
【０００４】
また、特許文献２には、プラズマを発生させるための平面コイル状のＲＦアンテナと、このＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置に、ＲＦアンテナの発生するＲＦ磁界に対して電磁界的な補正をかけるためのフローティングコイルを設けたプラズマ処理装置が記載されている。しかしながら、特許文献２には、共通の高周波電源に対して互いに並列に接続されたモノポールアンテナに対する高周波電力の分配を調整する技術は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２２７２４５号公報：段落００５５〜００６２、図３〜６
【特許文献２】特開２０１１−１１９６５９号公報：段落００４５、図１、２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波アンテナを利用してプラズマを発生させ、被処理基板に対して処理を行うプラズマ処理装置において、プラズマ密度の面内分布を調整することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るプラズマ処理装置は、処理容器内で被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に設けられ、被処理基板が載置される載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内の真空排気を行う排気部と、
前記載置台に対向して誘電体窓を介して配置され、前記処理容器内に供給された処理ガスを誘導結合によってプラズマ化するための高周波アンテナを備えたプラズマ発生部と、
前記高周波アンテナが配置される空間を囲むシールド部材と、
高周波電力を供給すると共に、前記高周波電力の周波数を変化させることが可能な高周波電源と、を備え、
前記プラズマ発生部は、
両端に開放端を持つ渦巻きコイルからなり、これら開放端の間の線路の中央部に、前記高周波電源から供給される前記高周波電力の供給点と、接地点と、を備え、前記高周波電力の周波数に対応する共振周波数を持つ高周波アンテナと、
前記高周波アンテナにも前記高周波電源にも接続されることなく配置される環状コイルと、
前記高周波電力の周波数を変化させながらインピーダンス調整を行うように構成されたインピーダンス調整部と、を備え、
前記高周波アンテナは、一方の開放端から前記高周波電力の供給点までの第１の高周波アンテナ素子と、他方の開放端から前記接地点までの第２の高周波アンテナ素子とを有し、
前記環状コイルは、前記第１の高周波アンテナ素子と前記第２の高周波アンテナ素子との間に配置され、
前記インピーダンス調整部は、前記環状コイルに挿入された第１の可変コンデンサを有する。
また、他の発明に係るプラズマ処理装置は、処理容器内で被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に設けられ、被処理基板が載置される載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内の真空排気を行う排気部と、
前記載置台に対向して誘電体窓を介して配置され、前記処理容器内に供給された処理ガスを誘導結合によってプラズマ化するための高周波アンテナを備えたプラズマ発生部と、
前記高周波アンテナが配置される空間を囲むシールド部材と、
高周波電力を供給すると共に、前記高周波電力の周波数を変化させることが可能な高周波電源と、を備え、
前記プラズマ発生部は、
両端に開放端を持つ渦巻きコイルからなり、これら開放端の間の線路の中央部に、前記高周波電源から供給される前記高周波電力の供給点と、接地点と、を備え、前記高周波電力の周波数に対応する共振周波数を持つ高周波アンテナと、
前記高周波アンテナにも前記高周波電源にも接続されることなく配置される環状コイルと、
前記高周波電力の周波数を変化させながらインピーダンス調整を行うように構成されたインピーダンス調整部と、を備え、
前記高周波アンテナは、一方の開放端から前記高周波電力の供給点までの第１の高周波アンテナ素子と、他方の開放端から前記接地点までの第２の高周波アンテナ素子とを有し、
前記環状コイルは、前記第１の高周波アンテナ素子、前記第２の高周波アンテナ素子との相互作用によって、前記第１の高周波アンテナ素子、前記第２の高周波アンテナ素子、及び前記環状コイルに前記高周波電源から供給される前記高周波電力が分配されることが可能な位置に配置され、
前記インピーダンス調整部は、前記環状コイルに挿入された第１の可変コンデンサを有する。
【０００８】
前記プラズマ処理装置は以下の特徴を備えていてもよい。  
（ａ）前記高周波電源から前記高周波アンテナ側を見たときの回路は、前記高周波電力の周波数を変えていったときに、前記第１の可変コンデンサの調整に応じた第１の共振周波数及び第２の共振周波数が現れるように構成されていること。
（ｂ）前記第１の高周波アンテナ素子と、第２の高周波アンテナ素子とは、｛λ（λは前記高周波電力の波長）／４｝＋｛ｎ（ｎは自然数）λ／２｝に短縮率を乗じた線路長を有すること。
（ｃ）前記インピーダンス調整部は、更に前記高周波電源に接続される第２の可変コンデンサを含み、前記高周波電源から前記高周波アンテナ側を見たときの回路は、前記高周波電力の周波数を変えていったときに、前記第１の可変コンデンサ及び／又は前記第２の可変コンデンサの調整に応じた第１の共振周波数及び第２の共振周波数が現れるように構成されること。
（ｄ）前記環状コイルは、前記高周波アンテナと同じ高さ位置に配置されていること。または前記環状コイルは、前記高周波アンテナと異なる高さ位置に配置されていること。
【発明の効果】
【０００９】
高周波電源から高周波が供給される高周波アンテナと、前記高周波アンテナにも前記高周波電源にも接続されることなく配置され、両端に第１の可変コンデンサが接続される環状コイルとを用いることにより、高周波アンテナに高周波電力を分配することができる。この結果、処理容器内に形成されるプラズマ密度分布を調整し、ウエハＷの処理の進行を面内で調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の縦断側面図である。
【図２】前記プラズマ処理装置に設けられているプラズマ発生部の模式図である。
【図３】吸収コイルを備えないヘリカルアンテナの説明図である。
【図４】前記プラズマ発生部の変形例を示す模式図である。
【図５】プラズマ発生部の周波数特性図である。
【図６】プラズマ発生部を用いて発生させたプラズマの密度分布を示す説明図である。
【図７】プラズマ発生部を用いて発生させたプラズマの状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置について説明する。図１には、被処理基板であるウエハＷのエッチングを行うプラズマエッチング装置に、本発明のプラズマ処理装置を適用した例を示している。  
プラズマエッチング装置は、接地されたアルミニウムやステンレスなどの導電体製の処理容器１０を備え、処理容器１０の側面にはゲートバルブ１０２によって開閉され、ウエハＷの搬入出が行われる搬入出口１０１が設けられている。
【００１２】
処理容器１０の底面側の中央部には、処理対象のウエハＷが載置される載置台と、プラズマ中のイオンの引き込み用（バイアス用）の電極とを兼ね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、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と共に、給電棒３１及び整合器３２を介してバイアス用の高周波電源３０が接続されている。高周波電源３０からは、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。
【００１３】
サセプタ２１の上面には、ウエハＷを静電吸着力で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の周囲を囲むフォーカスリング２４が設けられている。
【００１４】
またサセプタ２１の内部には、冷媒たとえば冷却水（Ｃ．Ｗ．）を通流させてウエハＷの温度制御を行うための冷媒流路２１２が設けられている。冷媒流路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却水が供給される。さらにサセプタ２１の内部には、静電チャック２３とウエハＷとの間に、伝熱ガスとして例えばＨe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、その末端は静電チャック２３の上面に開口している。  
これらに加え、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の上面から突没して外部の搬送アーム（不図示）との間でウエハＷの受け渡しを行うための不図示の昇降ピンが設けられている。
【００１５】
またバッフル板１１の周囲と処理容器１０の内壁との間には、多数のパンチ孔が形成されたパンチングプレートからなる環状のバッフル板１１が設けられている。このバッフル板１１の下方側に位置する処理容器１０の底面には排気口１２が形成され、排気口１２は排気管１３を介して真空排気機構１４に接続されている。これら排気口１２や排気管１３、真空排気機構１４は、本実施の形態の排気部を構成する。
【００１６】
次いで、搬入出口１０１の上方側の処理容器１０の側壁内には、当該側壁の周方向に沿って処理ガス供給路４１が形成されている。処理ガス供給路４１が形成されている領域の処理容器１０の内壁面には、当該処理ガス供給路４１に連通する複数の処理ガス供給孔４２が、互いに間隔を開けて形成されている。さらに前記処理ガス供給路４１には、処理ガス供給管４３を介して、例えばＣＦ４ガスやＣ４Ｆ８ガス、塩素ガスなどのエッチングガスである処理ガスを供給するための処理ガス供給機構４４が接続されている。処理ガス供給路４１、処理ガス供給孔４２、処理ガス供給管４３や処理ガス供給機構４４は、本実施の形態の処理ガス供給部に相当する。
【００１７】
処理容器１０の天板部分には、例えば石英板などの誘電体で構成された誘電体窓５３が気密に設けられている。誘電体窓５３の上方側の空間は、導電体製の容器であるシールドボックス５１によって覆われ、これら誘電体窓５３とシールドボックス５１とで囲まれた空間は、プラズマ発生用のアンテナ５４１、５４２を収容するアンテナ室５２となる。処理容器１０上に配置されたシールドボックス５１は、当該処理容器１０を介して接地されている。
【００１８】
以下、図２を参照しながら、処理ガスをプラズマ化するアンテナ５４１、５４２を備えたプラズマ発生部の構成について説明する。  
高周波アンテナであるヘリカルアンテナ５４１は、同一平面内で導線を渦巻き状（図２の例では上面側から見て反時計回り）に捲回してなる面状の渦巻きコイルから構成される。
【００１９】
図３（ａ）、（ｂ）を参照しながら前記ヘリカルアンテナ５４１の構成、及び作用の概略について説明しておく。図３（ａ）は、後述するインピーダンス調整用の可変コンデンサ６２〜６４を省略したヘリカルアンテナ５４１の模式図を示している。  
ヘリカルアンテナ５４１は、渦巻きコイルの内側部分を成す内側アンテナ素子５４１ａと、上面側から見たとき内側アンテナ素子５４１ａの外側に配置され、前記渦巻きコイルの外側部分を成す外側アンテナ素子５４１ｂとを接続した構造となっている。
【００２０】
内側アンテナ素子５４１ａの内終端を一端部と呼ぶとき、当該一端部は開放端となっている一方、外側アンテナ素子５４１ｂと接続される他端部側には高周波電源６１が接続されている。これに対して外側アンテナ素子５４１ｂの外周端を一端部と呼ぶとき、当該一端部は開放端となっている一方、内側アンテナ素子５４１ａと接続される他端部側は接地されている（図３においては、シールドボックス５１を介して接地された状態を示している）。
【００２１】
これら内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂは、高周波電源６１から印加される周波数ｆの高周波の波長λに対し、「（λ／４）＋ｎ・（λ／２）、但し、ｎは０を含む自然数」の線路長を有している。なお、図２や図３（ａ）などにおいては、図示の便宜上、内側アンテナ素子５４１ａと外側アンテナ素子５４１ｂとの線路長が異なって見えるが、実際には上述の要件を満たす線路長となっている。  
また、内側アンテナ素子５４１ａと外側アンテナ素子５４１ｂとの他端部側同士は、渦巻きコイルの一部を構成する導線である接続部５４１ｃを介して接続されている。
【００２２】
上述の構成を備えたヘリカルアンテナ５４１に対して、高周波電源６１から波長λの高周波を印加すると、内側アンテナ素子５４１ａとシールドボックス５１との間、外側アンテナ素子５４１ｂとシールドボックス５１との間に各々容量結合Ｃが発生する。この結果、高周波電源６１から供給される高周波電力の波長λ（周波数ｆ）の近傍に共振周波数を持ち、高周波電源６１に対して並列接続されたモノポールアンテナが構成される（図３（ｂ）、同図にはｎ＝０の場合（λ／４）を示してある）。
【００２３】
ここで、実際のアンテナ素子５４１ａ、５４１ｂの線路長は、厳密にλ／４の値と一致していなくてもよい。アンテナ設計において、モノポールアンテナの線路長は、電磁波の波長に対して短縮率を乗じた値に設定される。本実施の形態において、短縮率は、渦巻きコイルの巻き方やアンテナ素子５４１ａ、５４１ｂが配置される周囲の状況の影響を受けて変化する。従って、本実施の形態においてアンテナ素子５４１ａ、５４１ｂが「λ／４に対応する線路長を有する」とは、短縮率の影響を考慮して線路長が概ねλ／４に設定された結果、アンテナ素子５４１ａ、５４１ｂが、波長λに対応する共振周波数を有している場合を含んでいる。
【００２４】
ここで、内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂと、接地板を成すシールドボックス５１との距離（例えばシールドボックス５１の天板との距離）ｈは、モノポールアンテナである内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂの短縮率を調整する変数となる。従って、この距離ｈを調節することにより、内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂの共振周波数を変化させることができる。  
また、高周波電源６１と接地端との間に配置される接続部５４１ｃの線路長は、反射率を調整する変数となる。従って、接続部５４１ｃは、整合回路としての役割を果たしている。
【００２５】
そして、真空排気された処理容器１０内に処理ガスを供給し、高周波電源６１からヘリカルアンテナ５４１（内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂ）に高周波電力を印加すると、共振周波数にて内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂに効率よく高周波電力が供給される。この結果、誘電体窓５３を介して処理容器１０内に高周波磁界が形成され、この磁界の形成に伴って誘起される高周波電界によって処理ガスがプラズマ化する。  
以上に説明した観点において、ヘリカルアンテナ５４１は本実施の形態の高周波アンテナを構成する。また内側アンテナ素子５４１ａは、第１の高周波アンテナ素子を構成し、外側アンテナ素子５４１ｂは第２の高周波アンテナ素子を構成している。
【００２６】
以上に説明した構成によれば、並列接続されたモノポールアンテナとしてヘリカルアンテナ５４１を作用させ、処理容器１０内にプラズマを形成することができる。一方で、ヘリカルアンテナ５４１においては内側アンテナ素子５４１ａ及び外側アンテナ素子５４１ｂへの高周波電力の分配比が固定されてしまうので、サセプタ２１上に載置されたウエハＷに対して、プラズマ密度の分布を調節することができない。
【００２７】
ここで発明者らは、並列接続されたモノポールアンテナである内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂの間に、電気的に浮いた状態の吸収アンテナ（吸収コイル）５４２を配置し、インピーダンス調整を行うことにより、これら内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂへの高周波電力の分配を変化させることが可能となることを見出した。  
以下、吸収アンテナ５４２及びインピーダンス調整用の可変コンデンサ群を備えるプラズマ発生部の構成について図２を参照しながら説明する。
【００２８】
図２に示すように、本例のヘリカルアンテナ５４１においては、高周波電源６１に接続された内側アンテナ素子５４１ａの他端部と、接地された外側アンテナ素子５４１ｂの他端部とが、渦巻きの径方向にずれた位置に配置されている。この結果、内側アンテナ素子５４１ａと外側アンテナ素子５４１ｂとは、径方向に離れた位置に配置され、その間には吸収アンテナ５４２を配置するためのスペースが形成される。そして、これらの他端部同士は、前記径方向に伸びる線路部を有する接続部５４１ｃによって接続されている。
【００２９】
高周波電源６１は、例えば中心周波数が２７ＭＨｚであり、インピーダンス調整に応じて±１ＭＨｚの範囲で周波数を変化させることができる。さらに高周波電源６１側には、高周波電源６１と内側アンテナ素子５４１ａとの間に直列に接続された可変コンデンサ６２、及び高周波電源６１の接地端と可変コンデンサ６２との間に、高周波電源６１と並列に接続された可変コンデンサ６３とが設けられている。
【００３０】
また、外側アンテナ素子５４１ｂの他端は、図３（ａ）に示したシールドボックス５１に替えて、可変コンデンサからなる可変コンデンサ６４を介して接地されている。
以上に説明した可変コンデンサ６２〜６４（可変コンデンサ群）は、本実施の形態の第２の可変コンデンサを構成している。本例においては、インピーダンス調整部を構成する可変コンデンサ６２〜６４は、主として反射調整用の整合回路として用いられる。
【００３１】
前記高周波電源６１の中心周波数の波長λに対応して、各アンテナ素子５４１ａ、５４１ｂは、λ／４に対応する線路長を備える。アンテナ素子５４１ａ、５４１ｂの巻き数は、各アンテナ素子５４１ａ、５４１ｂの配置領域の面積などに応じて、適宜、調整してよい。  
以上の説明をまとめておくと、ヘリカルアンテナ５４１は内側と外側とに開放端を持ち、高周波電源６１から供給される高周波の周波数に対応する共振周波数を持つ渦巻きコイルから構成される。そして高周波電源６１からの高周波の供給点と、可変コンデンサ６４を介して接地される接地点とは、２つの開放端の間の線路の中央部に設けられている。
【００３２】
またヘリカルアンテナ５４１を上面側から見たとき、内側の開放端から高周波の供給点までの内側アンテナ素子５４１ａは第１の高周波アンテナ素子に相当し、外側の開放端から接地点までの外側アンテナ素子５４１ｂは第２の高周波アンテナ素子に相当する。  
なお、第１、第２の高周波アンテナ素子の配置は、この例に限定されるものではない。例えば、図２において高周波の供給点と接地点とを入れ替え、外側の開放端から高周波の供給点までの外側アンテナ素子５４１ｂを第１の高周波アンテナ素子、内側の開放端から接地点までの内側アンテナ素子５４１ａを第２の高周波アンテナ素子としてもよい。
【００３３】
径方向に離れた位置に配置された内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂの間には、これらのアンテナ素子５４１ａ、５４１ｂへの高周波電力の分配を調節するための吸収アンテナ５４２が配置されている。吸収アンテナ５４２は、同一平面内で導線を円環状に捲回してなる環状コイルから構成される。
【００３４】
上述の吸収アンテナ５４２を構成する環状コイルの一端及び他端は、当該環状コイルの中心からの距離がほぼ等しくなるように構成されている。  
但し、本実施の形態において吸収アンテナ５４２として利用可能なコイルは、巻き数が１の環状コイルに限定されるものではない。巻き数が１より大きい渦巻き状（例えば上面側から見て時計回り）に導線を捲回してなる面状の渦巻きコイルを用いてもよい。  
本発明における「面状の渦巻きコイル」には、巻き数が１の環状コイル及び巻き数が１より大きい渦巻きコイルの双方を含んでいる。
【００３５】
吸収アンテナ５４２の一端及び他端は、共通の可変コンデンサ６５（第１の可変コンデンサ）に接続されている。そして、これら吸収アンテナ５４２及び可変コンデンサ６５によって形成される回路は、ヘリカルアンテナ５４１及び可変コンデンサ６４を含む回路とは回路上の接点を持たず、電気的に浮いた状態となっている。可変コンデンサ６５はプラズマ発生部のインピーダンス調整部の一部を構成している。本例においては、インピーダンス調整部を構成する可変コンデンサ６５は、主として共振周波数調整用に用いられる。
【００３６】
上述の構成を備えたプラズマ発生部において、インピーダンス調整部を成す可変コンデンサ６２〜６５の各容量を適切に調節し、共通の高周波電源６１から供給される高周波電力の周波数を変化させていくと、互いに異なる２つの共振周波数が現れることが分かった（後述の実施例参照）。これらの共振周波数が現れる位置は、インピーダンス調整部の各容量の設定によって調整することができる。
【００３７】
これらの共振周波数につき、内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂに供給される高周波電力の損失を少なくする観点では、共振周波数間の周波数差を小さくすることが好ましい。また、各内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂへの高周波電力の分配比は、例えば接続部５４１ｃにおける反射率を調整することによって制御できる。さらに、吸収アンテナ５４２に設けられた可変コンデンサ６５は、吸収アンテナ５４２を流れる電流の大きさや流れる向きを調整する役割を果たす。内側アンテナ素子５４１ａと外側アンテナ素子５４１ｂとにおいては、電流の大きさに若干の差異があるため、吸収アンテナ５４２を流れる電流との相互作用により、これらのアンテナ素子５４１ａ、５４１ｂによって形成されるプラズマ密度分布を変化させることもできる。
【００３８】
以上に述べた吸収アンテナ５４２を利用すれば、共通の高周波電源６１に接続されたヘリカルアンテナ５４１を構成する内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂ、及び吸収アンテナ５４２に対して分配される高周波電力を変化させ、処理容器１０内に形成されるプラズマ密度分布を調節することができる。
【００３９】
ここで、高周波電源６１から供給された高周波電力が内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂ、及び吸収アンテナ５４２へ分配される原理の詳細は明らかでないが、内側アンテナ素子５４１ａと吸収アンテナ５４２との間や、外側アンテナ素子５４１ｂと吸収アンテナ５４２との間に容量結合が形成される結果ではないかと考えられる。  
なお実験結果でも説明するように、２つの共振周波数のうち、いずれの共振周波数が２つのアンテナ素子５４１ａ、５４１ｂのどちらに対応するものであるかを特定することはできない。
【００４０】
例えば、高周波電源６１から周波数２７±１ＭＨｚの高周波電力を供給するとき、可変コンデンサ６２〜６５（インピーダンス調整部）の各容量を調整することにより、２つの共振周波数が現れる位置を調節することが可能となる。これらの可変コンデンサ６２〜６５の調整法としては、吸収アンテナ５４２側の可変コンデンサ６５の容量を変化させて共振周波数を変化させつつ、可変コンデンサ６２〜６４にて反射を調節する例が挙げられる。  
またここで、２つの共振周波数が現れる位置を調整することが可能であれば、インピーダンス調整部の構成は上述の例に限られない。例えばヘリカルアンテナ５４１（内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂ）とシールドボックス５１との距離を変えることで両者間の容量が変わるので、これらの距離を変化させることにより２つの共振周波数を調整してもよい。その場合には、昇降機構を含むヘリカルアンテナ５４１の高さ調整機構を設けてこれらの距離を変化させてもよい。また、シールドボックス５１に電気的に接続された昇降機構付きのプレートを付設し、当該プレートとヘリカルアンテナ５４１との距離を変化させてもよい。
【００４１】
プラズマエッチング装置の説明に戻ると、図１に示すようにプラズマエッチング装置は、全体の動作を統括制御する制御部７と接続されている。制御部７は不図示のＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部にはプラズマエッチング装置の作用、即ち処理容器１０内へのウエハＷの搬入出や真空排気、処理ガスの供給量調節や、高周波電源６１からの高周波電力の供給、インピーダンス調整部の容量設定などの動作についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００４２】
以上の構成を備えたプラズマエッチング装置の作用について説明する。  
例えば処理容器１０に隣接して設けられた真空搬送室内の搬送アームにより、搬入出口１０１を介して処理対象のウエハＷが処理容器１０内に搬入されると、不図示の昇降ピンを上昇させて、搬送アームから昇降ピンにウエハＷを受け取る。処理容器１０内から搬送アームが退避すると、ゲートバルブ１０２が閉じられ、また昇降ピンを降下させて静電チャック２３にウエハＷが載置される。
【００４３】
静電チャック２３に直流電力を供給すると、ウエハＷが吸着保持される。このとき、冷媒流路２１２には温度調節された冷却水が通流しており、ガス供給路２１４からウエハＷの裏面に供給された伝熱ガスを介してウエハＷの温度調整が実行される。また、処理容器１０内は、真空排気機構１４によって排気口１２を介して真空排気が行われる。
【００４４】
処理容器１０内が所定の圧力となったら、真空排気機構１４による真空排気を継続しつつ、処理ガス供給機構４４から処理容器１０内に処理ガスを供給する。また、高周波電源６１からヘリカルアンテナ５４１に高周波電力を供給する。さらに、サセプタ２１に対しては、高周波電源３０からバイアス用の高周波電力を供給する。  
ヘリカルアンテナ５４１に高周波電力を供給すると、吸収アンテナ５４２の作用を受けつつ内側アンテナ素子５４１ａと外側アンテナ素子５４１ｂとに電力が分配され、誘電体窓５３を介して、これら内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂ、吸収アンテナ５４２の下方側にＩＣＰプラズマが形成される。
【００４５】
このとき、高周波電源６１からヘリカルアンテナ５４１に供給される高周波電力の周波数、可変コンデンサ６２〜６５の容量は、処理レシピなどによって予め設定されている。この結果、内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂ、及び吸収アンテナ５４２の下方側には、これらの設定値に対応した所望のプラズマ密度分布が形成され、当該プラズマ密度分布に対応して、処理ガスのイオンなどの活性種の濃度分布が形成される。
【００４６】
こうして得られた活性種が、バイアス電力の作用により、サセプタ２１上のウエハＷに引き込まれ、ウエハＷの表面に到達してエッチング処理が実行される。このとき、上述のプラズマ密度分布に対応する活性種の供給濃度分布が形成されていることにより、ウエハＷの面内でエッチング処理の進行度合いを変化させることができる。
【００４７】
なお、内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂ、及び吸収アンテナ５４２により形成されるプラズマ密度分布は、ウエハＷの面内で不均一になるように調節する場合に限定されない。例えば、モノポールアンテナを並列接続した、内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂによって形成されるＩＣＰプラズマのプラズマ密度がウエハＷの中央部側と外周側との間で不均一になる場合に、吸収アンテナ５４２を用いて各プラズマ素子５４１ａ、５４１ｂ間の高周波電力の分配を調節することにより、内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂのみを用いた場合のプラズマ密度分布の不均一さを解消して、ウエハＷの面内で均一な処理を行ってもよいことは勿論である。
【００４８】
所定の時間だけウエハＷのエッチング処理を実行したら、処理ガス供給孔４２からの処理ガスの供給、及び高周波電源６１、３０からの高周波電力の供給を停止する。しかる後、処理容器１０内の圧力調整を行い、次いでゲートバルブ１０２を開いて搬入時とは反対の順序で搬送アームにウエハＷを受け渡し、処理後のウエハＷを処理容器１０から搬出する。
【００４９】
本実施の形態に係るプラズマエッチング装置（プラズマ処理装置）によれば以下の効果がある。ヘリカルアンテナ（高周波アンテナ）５４１を構成する内側アンテナ素子５４１ａと外側アンテナ素子５４１ｂとの間に吸収アンテナ（環状コイル）５４２配置し、これらのアンテナ素子５４１ａ、５４１ｂが互いに異なる共振周波数を持つように、インピーダンス調整部を用いて調節することにより、各高周波アンテナ素子５４１ａ、５４１ｂに供給される高周波電力の分配を変化させることができる。この結果、処理容器１０内に形成されるプラズマ密度分布を変化させ、ウエハＷの処理の進行を面内で調整することができる。
【００５０】
ここでヘリカルアンテナ５４１（内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂ）と吸収アンテナ５４２とは、同じ高さ位置に配置する場合に限定されない。例えば図４に示すように、ヘリカルアンテナ５４１の上方側に吸収アンテナ５４２を配置してもよいし、図４に示す例とは反対にヘリカルアンテナ５４１の下方側に吸収アンテナ５４２を配置してもよい。このように、ヘリカルアンテナ５４１と吸収アンテナ５４２とを上下にずらして、互いに干渉せずに配置する場合には、吸収アンテナ５４２を配置するスペースを設けることも必須ではない。例えば内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂの各他端部が径方向にずれることなく、接続部５４１ｃを介して連続的に接続された渦巻きコイルからなるヘリカルアンテナ５４１の上方側、または下方側に吸収アンテナ５４２を配置してもよい。  
【００５１】
また、吸収アンテナ５４２をヘリカルアンテナ５４１の下方側に配置する場合には、誘電体窓５３とシールドボックス５１とで囲まれたアンテナ室５２内に吸収アンテナ５４２を設けることは必須の要件ではなく、例えば処理容器１０内に吸収アンテナ５４２を配置してもよい。この場合には、吸収アンテナ５４２と同じ材料からなる導電体製、または石英やアルミナなどの誘電体製、フッ素樹脂や芳香族ポリエーテルケトン樹脂（例えばＰＥＥＫ（polyetheretherketone））などの樹脂製のカバー内に吸収アンテナ５４２を収容してもよい。このとき、電位の高い箇所での異常放電の発生を抑えるため、カバー内は誘電体や樹脂を充填することが好ましい。この例においては、ヘリカルアンテナ５４１を収容する金属製の処理容器１０もシールドボックスとしての機能を果たしている。
【００５２】
ここで、図１〜３を用いて説明した各実施の形態においては、面状の渦巻きコイルにより、ヘリカルアンテナ５４１や吸収アンテナ５４２を構成した実施の形態について説明したが、これらのアンテナ５４１、５４２を構成する渦巻きコイルは面状に限定されない。
他の例を挙げると、軸線方向に伸びる、つる巻き線状の渦巻きコイルにて構成される内側アンテナ素子５４１ａを設け、この内側アンテナ素子５４１ａの外周側を囲むようにして、同じくつる巻き線状の外側アンテナ素子５４１ｂを二重管状に配置する。そして内側アンテナ素子５４１ａ側に設けられた高周波の供給点と、外側アンテナ素子５４１ｂ側に設けられた接地点との間を接続部５４１ｃにて接続してヘリカルアンテナ５４１を構成する。
【００５３】
このように、内外二重管状に配置された内側アンテナ素子５４１ａと外側アンテナ素子５４１ｂとの間の空間に、つる巻き線状の渦巻きコイルにより構成された吸収アンテナ５４２が挿入される。この吸収アンテナ５４２において、可変コンデンサ６５は、軸方向に伸びるつる巻き線の一端と他端との間を繋ぐ位置に設けられる。
【００５４】
また図１においては、本発明のプラズマ発生部をプラズマエッチング装置に適用した実施の形態について説明したが、当該プラズマ発生部を利用可能なプラズマ処理装置は、エッチング処理を行うものに限定されないことは勿論である。例えば、酸素ガスなどの処理ガスをプラズマによって活性化させて、ウエハＷに形成されたレジスト膜を除去するプラズマアッシング装置や、プラズマにより活性化させた成膜ガス（処理ガス）をウエハＷの表面で反応させてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）などの成膜を行うプラズマ成膜装置などにも、本発明のプラズマ発生部は適用することができる。
【実施例】
【００５５】
（実験１）  
図１、図２を用いて説明したプラズマ発生部を用い、高周波電源６１から供給する高周波電力の周波数を変化させて共振周波数を調べた。
Ａ．実験条件  
巻き数２、共振周波数が２７ＭＨｚとなる線路長を有する内側アンテナ素子５４１ａと外側アンテナ素子５４１ｂとを備えたヘリカルアンテナ５４１を用い、シールドボックス５１内の同じ高さ位置にヘリカルアンテナ５４１と吸収アンテナ５４２とを配置した。可変コンデンサ６２〜６５の容量を所定の値に固定した条件下で高周波電源６１から供給される高周波電力の周波数を１０〜６０ＭＨｚの範囲で変化させ、高周波電源６１側から見た回路の反射率を観測した。
【００５６】
Ｂ．実験結果  
実験結果を図５に示す。図５の横軸は高周波電力の周波数、縦軸は高周波電源６１側から見た高周波電力の反射率を示している。図５によれば、内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂの共振周波数である２７ＭＨｚの近傍の２箇所に、反射率が急激に小さくなる周波数が観察された。これらは内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂを含む回路の共振周波数である。これら共振周波数が発生する位置は、各可変コンデンサ６２〜６５の容量によって種々、変化し、いずれの共振周波数が２つの高周波アンテナ素子５４１ａ、５４１ｂのどちらに対応するものであるか、特定することはできない。なお、３０ＭＨｚより高周波領域に現れている反射率の小さな低下は、周辺回路の固定パラメータ間での共振の影響と考えられ、ヘリカルアンテナ５４１、吸収アンテナ５４２を用いたＩＣＰプラズマ形成の観点においては無視できる。
【００５７】
（実験２）
実験１と同様のプラズマ発生部を用い、可変コンデンサ６５の容量を変化させたときに内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂ及び吸収アンテナ５４２によって形成されるＩＣＰプラズマの状態を観察した。
Ａ．実験条件
吸収アンテナ５４２に設けられた可変コンデンサ６５の容量を次第に大きくする一方、高周波電源６１から見た反射率が小さくなるように、可変コンデンサ６２〜６４の容量を調節してプラズマの状態を観察した。このとき、高周波電源６１から供給される高周波電力の周波数は、２７±１ＭＨｚ程度の範囲で変化した。プラズマの状態の観察は、プラズマ密度分布の計測、及び写真撮影（目視）により行った。
【００５８】
Ｂ．実験結果
図６にウエハＷの径方向に見たプラズマ密度の分布を示す。図６の横軸は、ウエハＷの中心に対応する位置からの径方向の距離を示し、縦軸は電子密度Ｎｅを電子密度の最大値ＮｅＭａｘで規格化した値を示している。図６において、黒塗りの丸のプロットは、吸収アンテナ５４２側の可変コンデンサ６５の容量（Ｃ４）が最も小さく、アスタリスクのプロットの可変コンデンサ６５の容量は最も大きく、バツ印のプロットの可変コンデンサ６５の容量は前２条件の中間状態となっている。また、図７（ａ）〜（ｃ）に示した写真においては、図７（ａ）は可変コンデンサ６５の容量が最も小さく、図７（ｂ）が中程度である。また、図７（ｃ）は、他の可変コンデンサ６２〜６４の調整と合わせて、プラズマを広げた状態を探索した結果となっている。なお、図６と図７との間で、可変コンデンサ６５の容量など、実験条件は同じではない。
【００５９】
図６に示した結果によれば、可変コンデンサ６５の容量を大きくするにつれて、規格化電子密度の高い領域がウエハＷの周縁部側へ移動する一方、中央部側では規格化電子密度が次第に小さくなっている。この傾向は、写真撮影の結果においても観察され、可変コンデンサ６５の容量を大きくするにつれて、プラズマの発光領域が周縁部側へ移動する一方、中央部側のプラズマは弱く（暗く）なっていることが分かる。  
このように、高周波電源６１に並列に接続されたモノポールアンテナを構成する内側アンテナ素子５４１ａ、外側アンテナ素子５４１ｂの間に電気的に浮いた状態の吸収アンテナ５４２を配置したことにより、２つの共振周波数を持つ回路を構成するプラズマ発生部を用いることにより、高周波電源６１が１つしかない場合であってもプラズマ密度分布を調整することが可能であることを確認できた。
【符号の説明】
【００６０】
Ｗ          ウエハ
１０        処理容器
１２        排気口
１４        真空排気機構
２１        サセプタ
４４        処理ガス供給機構
５１        シールドボックス
５３        誘電体窓
５４１      ヘリカルアンテナ
５４１ａ    内側アンテナ素子
５４１ｂ    外側アンテナ素子
５４１ｃ    接続部
５４２      吸収アンテナ
６１        高周波電源
６２        可変コンデンサ
６３        可変コンデンサ
６４        可変コンデンサ
６５        可変コンデンサ
７          制御部
【図１】
0006623511.tif 000002
【図２】
0006623511.tif 000003
【図３】
0006623511.tif 000004
【図４】
0006623511.tif 000005
【図５】
0006623511.tif 000006
【図６】
0006623511.tif 000007
【図７】
0006623511.tif 000008