(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧可能な反応室を有する容器と、
前記反応室内で被処理物を支持する下部電極と、
前記容器の開口を塞ぐとともに前記被処理物と対向する誘電体部材と、
前記誘電体部材の前記反応室に対して外側に設置され、前記反応室内にプラズマを発生させるコイルと、
前記下部電極と前記誘電体部材との間に、前記誘電体部材から離間して配置されるカバーと、を備え、
前記誘電体部材の前記反応室側の面に、第１電極パターンと、前記第１電極パターンを被覆する第１絶縁膜と、が形成されており、
前記第１絶縁膜の表面に、第２電極パターンと、前記第２電極パターンを被覆する第２絶縁膜と、が形成されており、
前記第１電極パターンが、前記誘電体部材を加熱するための電熱ヒータであり、前記第２電極パターンが、前記誘電体部材に高周波電力を印加することにより前記反応室内のプラズマと容量結合させるための平板電極である、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第１電極パターンおよび前記第２電極パターンの少なくともいずれか一方が、溶射により形成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記誘電体部材を、前記誘電体部材に対して垂直な方向から見たとき、前記電熱ヒータが前記平板電極からはみ出さないように配置されている、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記誘電体部材の前記反応室側の面が、平坦部を有しており、
前記電極パターンが、前記平坦部に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記誘電体部材の前記反応室に対して外側の面に溝が形成されており、
前記コイルの少なくとも一部が、前記溝の中に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記溝が、前記コイルの中心と同じ中心を有する環状である、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記溝が、前記中心から外側に向かって連続的または段階的に深くなっている、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記コイルを形成する長さＬの導体を、中心から０．５Ｌまでの中心側部分と、残りの外周側部分とに区分するとき、中心側部分が前記溝の中に配置される割合よりも、外周側部分が前記溝の中に配置される割合が大きい、請求項５〜７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記中心側部分のコイル密度よりも、前記外周側部分のコイル密度が大きい、請求項８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、誘導結合プラズマ型のプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のプラズマ処理装置においては、高周波電源からコイルに高周波電力を印加することにより誘導磁場を発生させ、プロセスガスが導入された反応室内に誘導結合プラズマを発生させる。このプラズマ中のイオンやラジカルと被処理物との間における物理化学的反応によって、被処理物がエッチングされる。
【０００３】
被処理物が不揮発性材料を含む場合、プラズマ中のイオンやラジカルと被処理物との反応により生成する不揮発性物質が、反応容器の開口を塞ぐ誘電体部材や誘電体部材をプラズマから保護するために設けられたカバーに付着する場合がある。誘電体部材および／またはカバーに付着した不揮発性物質は、誘導磁場の形成を妨げるため、プラズマの発生も妨げられる。さらに、誘電体部材および／またはカバーに付着した不揮発性物質は、プラズマ処理のプロセス中に剥離し易く、反応室内を浮遊することがある。これにより、被処理物が汚染される可能性がある。
【０００４】
ところで、プラズマ処理のプロセスを安定化させるために、誘電体部材を所定の温度域にまで加熱することが行われている。誘電体部材の加熱は、誘電体部材とコイルとの間にヒータ等を配置ことにより行われている（特許文献１）。誘電体部材の加熱は、不揮発性物質の誘電体部材および／またはカバーへの付着の抑制にも寄与する。
【０００５】
また、誘電体部材とコイルとの間にファラデーシールド電極（以下、ＦＳ電極と称する）を設け、誘電体部材および／またはカバーに付着する不揮発性物質を積極的に除去することも行われている（特許文献２および３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２６８５７号公報
【特許文献２】特開２００８−１３０６５１号公報
【特許文献３】特開２０１３−３３８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、ヒータは誘電体部材とコイルとの間に配置されているため、誘電体部材を大気側から加熱する。誘電体部材を加熱することによって不揮発性物質の付着を抑制しようとする場合、誘電体部材の反応室側の面が十分に加熱されていることが望ましい。よって、効果的に不揮発性物質の付着を抑制するためには、高い電力を投入してヒータを昇温させ、誘電体部材の反応室側の面の温度を高める必要がある。
【０００８】
また、特許文献１および２においても、誘電体部材とコイルとの間、つまり、反応室の外側（大気側）にＦＳ電極を設けている。この方法では、高周波電源から大気側にあるＦＳ電極に高周波を供給し、反応室の内側（真空側）にバイアス電圧を発生させている。そのため不揮発性膜を除去するだけのバイアス効果を得るためには、やはり、高い電力を投入する必要がある。
【０００９】
本発明は、誘電体部材への不揮発性物質の付着を効果的に抑制し、かつ構造が簡易でメンテナンス性に優れたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一局面は、減圧可能な反応室を有する容器と、前記反応室内で被処理物を支持する下部電極と、前記容器の開口を塞ぐとともに前記被処理物と対向する誘電体部材と、前記誘電体部材の前記反応室に対して外側に設置され、前記反応室内にプラズマを発生させるコイルと、前記下部電極と前記誘電体部材との間に、前記誘電体部材から離間して配置されるカバーと、を備え、前記誘電体部材の前記反応室側の面に、第１電極パターンと、前記第１電極パターンを被覆する第１絶縁膜と、が形成されており、前記第１絶縁膜の表面に、第２電極パターンと、前記第２電極パターンを被覆する第２絶縁膜と、が形成されており、前記第１電極パターンが、前記誘電体部材を加熱するための電熱ヒータであり、前記第２電極パターンが、前記誘電体部材に高周波電力を印加することにより前記反応室内のプラズマと容量結合させるための平板電極である、プラズマ処理装置に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置によれば、誘電体部材の反応室側に、電熱ヒータおよび／または平板電極の電極パターンが配置されているため、不揮発性物質の付着が効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係る誘電体部材および電極パターンの構成を模式的に示す縦断面図（ａ）と、これを縦方向に拡大した縦断面図（ｂ）である。
【図３】第１実施形態に係る第１電極パターン（電熱ヒータ）の平面図である。
【図４】第１実施形態に係る第２電極パターン（平板電極）の平面図である。
【図５】第１実施形態に係る誘電体部材とコイルの配置を模式的に示す縦断面図（ａ）および同誘電体部材の平面図（ｂ）である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る誘電体部材および電極パターンの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る誘電体部材とコイルの配置を模式的に示す縦断面図（ａ）および同誘電体部材の平面図（ｂ）である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る誘電体部材とコイルの配置を模式的に示す縦断面図（ａ）および同誘電体部材の平面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置である誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置１０の構成を示す。ドライエッチング装置１０は、減圧可能な反応室１ａを有する容器１と、反応室１ａ内で被処理物である基板１５を支持する下部電極２と、容器１の開口を塞ぐとともに被処理物１５と対向する誘電体部材３と、誘電体部材３の反応室１ａに対して外側に設置され、反応室１ａ内にプラズマを発生させるコイル４とを備える。
【００１４】
容器１は、上部が開口した概ね円筒状であり、上部開口は蓋体である誘電体部材３により密閉される。反応室１ａ内は、所定の排気装置（図示せず）により排気され、減圧雰囲気に維持される。容器１には基板１５を搬入出するためのゲート（図示せず）が設けられている。下部電極２には、バイアス電圧が印加される。下部電極２には、基板１５を静電吸着により保持する機能や、冷媒の循環流路を設けることができる。
【００１５】
容器１の側壁上端には、カバー５を支持する第１ホルダ１７が支持され、第１ホルダ１７上に第２弾性リング１４を介してカバー５が支持されている。カバー５の周縁部は、誘電体部材３を支持する第２ホルダ１８により固定される。第２ホルダ１８上には、第１弾性リング１３を介して、誘電体部材３が支持されている。カバー５は、誘電体部材３の反応室１ａ側の表面をプラズマから保護する役割を果たす。
【００１６】
第２ホルダ１８には、所定のガス供給源からプラズマの原料ガス（プロセスガス）を反応室１ａ内に導入するためのガス導入口８が設けられている。プロセスガスは、誘電体部材３とカバー５との間に形成される微小な隙間８ａに滞留した後、カバー５に設けられた複数のガス噴出口９から反応室１ａ内に噴出される。複数のガス噴出口９は、例えば同心円状に分布させることが好ましい。
【００１７】
容器１、第１ホルダ１７、第２ホルダ１８などを構成する材料としては、アルミニウムやステンレス鋼（ＳＵＳ）のように、十分な剛性を有する金属材料や、表面をアルマイト加工したアルミニウムなどを使用できる。また、誘電体部材３、カバー５などを構成する材料としては、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、石英（ＳｉＯ2）などの誘電体材料を使用できる。
【００１８】
誘電体部材３は、容器１の開口形状に沿った、概ね円形の板状である。誘電体部材３の反応室１ａ側には、所定の電極パターンと、これを被覆する絶縁膜とが形成されている。以下、電極パターンとこれを被覆する絶縁膜とを含む層を、電極層１９と称す。
【００１９】
電極パターンは導電性材料により形成される。電極パターンは、誘電体部材３の大気側（コイル側）ではなく、反応室側に形成されるため、後述するように、誘電体部材３にコイルの少なくとも一部を配置するための溝を形成することができる。そのため、コイルと反応室との距離をより近づけることが可能となり、プラズマの高密度化が容易となる。
【００２０】
絶縁膜は、セラミックス（例えば、ホワイトアルミナ）などの誘電体材料により形成すればよい。絶縁膜は、電極パターンを被覆するため、反応室内に電極パターンを構成する金属に由来する金属汚染やパーティクルの発生を抑制することができる。さらに、絶縁膜は、プロセスガスやプラズマによる電極パターンの損傷を抑制する。
【００２１】
電極パターンは、例えば、誘電体部材３を加熱するための電熱ヒータ６、または、誘電体部材３に高周波電力を印加することにより反応室内のプラズマと容量結合させるための平板電極７を含むことが好ましい。プラズマ処理により被処理物から生成する物質が揮発性材料の場合には、電熱ヒータを含む電極層のみを配置してもよい。電極層は、複数層の電極パターンと絶縁膜との積層体でもよい。この場合、電極パターンは、電熱ヒータ６および平板電極７を含むことが好ましい。
【００２２】
図２（ａ）は、本実施形態に係る誘電体部材３と電極層１９の構成を模式的に示す縦断面図である。図２（ｂ）には、理解を容易にするために、誘電体部材３および電極層１９の縦方向（厚さ方向）の寸法を拡大して示す。なお、これらは、図４のＢ−Ｂ線における断面図である。
【００２３】
図示例の電極層１９は、誘電体部材３の反応室１ａ側の面に形成された第１電極層６と、第１電極層６の反応室１ａ側の面に形成された第２電極層７とを具備する積層構造である。第１電極層６は、誘電体部材３の表面に形成された第１電極パターン６ｂと、これを被覆する第１絶縁膜６ｃとを具備する。同様に、第２電極層７は、第２電極パターン７ｂと、これを被覆する第２絶縁膜７ｃとを具備する。
【００２４】
以下、第１電極パターン６ｂが電熱ヒータであり、第２電極パターン７ｂが平板電極である場合について説明する。
【００２５】
電熱ヒータ６ｂは、誘電体部材３の反応室１ａ側の面に配置されているため、少ない電力で効率的に誘電体部材３の反応室側の面を加熱することができる。よって、不揮発性物質の誘電体部材３およびカバー５への付着の抑制を、少ない電力で効果的に行うことができる。
【００２６】
ここで、上記のように、誘電体部材３の近傍にファラデーシールド（ＦＳ）を形成することにより、誘電体部材３およびカバー５への不揮発性物質の付着を抑制することができる。平板電極７ｂに高周波電力を印加することにより、誘電体部材３およびカバー５とプラズマの間にバイアス電圧が生じ、平板電極７ｂはＦＳ電極として機能する。平板電極７ｂもまた、誘電体部材３の反応室１ａ側の面に配置されているため、反応室１ａのより近くで平板電極７ｂによるバイアス効果が得られる。つまり、平板電極７ｂに供給する電力を低く抑えつつ、誘電体部材３およびカバー５に付着した不揮発性物質を、容易に除去することができる。
【００２７】
上記構成は例示に過ぎず、誘電体部材３の反応室１ａ側の面に、電熱ヒータを含む電極層のみを配置したり、平板電極を含む電極層のみを配置したりしてもよい。あるいは、上記構成とは逆に、平板電極を第１電極パターンとして設け、電熱ヒータを第２電極パターンとして設けてもよい。なかでも、誘電体部材３に近い第１電極パターンが電熱ヒータであり、第２電極パターンが平板電極であることが好ましい。誘電体部材３の加熱が効率よく行われるためである。
【００２８】
図３に、電熱ヒータ６ｂの一例を平面図で示す。電熱ヒータ６ｂは、高抵抗の金属からなるライン状のパターンを含む。ライン状のパターンは、例えば、サーペンタイン型の形状に描かれる。電熱ヒータ６ｂは、誘電体部材３を貫通するヒータ端子６ａと接続されており、ヒータ端子６ａは交流電源１６と電気的に接続されている。交流電源１６からヒータ端子６ａに電力を供給することにより、第１電極パターン６ｂが発熱する。高抵抗の金属としては、例えばタングステン（Ｗ）を用いることが好ましい。
【００２９】
図４に、平板電極７ｂの一例を平面図で示す。平板電極７ｂは、幅広の金属薄膜からなる平面的なパターンを含む。平板電極７ｂにも、タングステン（Ｗ）を用いることができる。平板電極７ｂは、例えば、電熱ヒータの電極パターンを覆い、かつ、誘電体部材３の反応室１ａ側の面の、例えば５０％以上を覆うように形成することが好ましい。これにより、誘電体部材３およびカバー５の大半をシールドすることが可能となる。平板電極７ｂには、第１高周波電源１１およびコイル４から出力される高周波パワーを透過させるための複数のスリット３ｓが放射状に設けられている。
【００３０】
平板電極７ｂは、誘電体部材３の中央付近で誘電体部材３を貫通するＦＳ端子７ａと接続されており、ＦＳ端子７ａは第２高周波電源１２と電気的に接続されている。第２高周波電源１２からＦＳ端子７ａに電力を供給することにより、第２電極パターン７ｂの近傍にバイアス電圧が生じ、不揮発性物質の誘電体部材３およびカバー５への付着が抑制される。
【００３１】
なお、図１では、コイル４には第１高周波電源１１が接続され、第２電極層７（平板電極７ｂ）には第２高周波電源１２が接続されているが、コイル４と平板電極７ｂとを並列に、可変チョークまたは可変コンデンサを介して、同じ高周波電源に接続してもよい。また、コイル４には第１高周波電源１１を接続し、平板電極７ｂには可変チョークまたは可変コンデンサを接続し、第１高周波電源１１から発振された電力をコイル４から空気を介して平板電極７ｂに重畳させ、コイル４および平板電極７ｂに印加される電力比を可変チョークまたは可変コンデンサで調整してもよい。
【００３２】
誘電体部材３をこれに対して垂直な方向から見たとき、電熱ヒータ６ｂは、図４に破線で示すように、平板電極７ｂからはみ出さないように配置されていることが好ましい。これにより、スリット３ｓを透過する高周波パワーの損失を抑制することができる。
【００３３】
次に、電極層１９の製造方法の一例について説明する。
まず、一方の表面（第一表面）に溝３ａが形成された円盤状の誘電体部材３を準備する。誘電体部材３において、溝３ａの無い部分の厚みは例えば１０〜４０ｍｍである。
【００３４】
誘電体部材３は、反応室側の面に平坦部を有しており、電極層１９がこの平坦部に形成されていることが好ましい。電極層１９を誘電体部材３の平坦部に形成する場合、比較的簡単な工程で形成可能であり、複数の電極層１９を積層することもできる。また、平坦部に形成することで、電極パターンの断線や電極パターンを被覆する絶縁膜の被覆不良による電極パターンの短絡などの不具合が発生しにくくなる。また、誘電体部材３の反応室側の面をフラットにすることができ、誘電体部材３の反応室側の面を覆うカバー５もまたフラットな構造にすることができる。これにより、プラズマの分布が均一になりやすく、エッチングの均一性がより向上する。さらに、メンテナンスし易い。
【００３５】
電極層１９は、誘電体部材３の他方の表面（第二表面）に以下の要領で形成される。
【００３６】
誘電体部材３には、所定数の貫通穴が形成される。貫通穴に導体を充填または導体を通過させることにより、ヒータ端子６ａとＦＳ端子７ａとが形成される。
【００３７】
次に、第二表面に電熱ヒータ６ｂを形成する。電熱ヒータ６ｂは、第１電極パターンに対応するマスクを介在させて、タングステンのような高抵抗の金属を第二表面に溶射することにより形成できる。溶射パターンの厚さは、例えば１０〜３００μｍである。あるいは、タングステン線を第１電極パターンの形状に屈曲させ、その後、タングステン線を第二表面に固定してもよい。このとき、溶射パターンあるいはその他の手法を用いて形成した電極パターンは、ヒータ端子６ａと電気的に接続される。
【００３８】
次に、電熱ヒータ６ｂを完全に覆うように第１絶縁膜６ｃが形成される。第１絶縁膜６ｃの材料としては、ホワイトアルミナが好適である。ホワイトアルミナを溶射により第二表面に吹き付けることで第１絶縁膜６ｃが形成される。ホワイトアルミナを溶射する前に、誘電体部材３と第１絶縁膜６ｃとの密着性を高めるために、イットリアのような密着層を第二表面に溶射してもよい。第１電極層６の厚さは、例えば１０〜３００μｍである。
【００３９】
続いて、第１電極層６の表面に、平板電極７ｂを形成する。平板電極７ｂは、第２電極パターンに対応するマスクを介在させて、金属を第１電極層６の表面に溶射することにより形成できる。このとき、平板電極７ｂは、放射状に配置された複数のスリット３ｓを有する形状に形成される。平板電極７ｂの厚さは、例えば１０〜３００μｍである。あるいは、金属箔もしくは金属板から第２電極パターンの形状の平板電極７ｂを成形し、その後、平板電極７を第１電極層６の表面に固定してもよい。平板電極７ｂは、第１絶縁膜６ｃを介して、電熱ヒータ６ｂを完全に覆うように配置され、ＦＳ端子７ａと電気的に接続される。
【００４０】
最後に、平板電極７ｂを完全に覆うように第２絶縁膜７ｃが形成される。第２絶縁膜７ｃの材料としてもホワイトアルミナが好適である。ホワイトアルミナを溶射により第１電極層６の表面に吹き付けることで第２絶縁膜７ｃが形成される。第２電極層７の厚さは、例えば１０〜３００μｍである。第１および第２絶縁膜の成膜方法は特に限定されず、例えば、スパッタ、化学気相成長（ＣＶＤ）、蒸着、塗布などが挙げられる。
【００４１】
本実施形態によれば、このように簡単な方法により、電極層１９を有する誘電体部材を形成することができる。また、誘電体部材３と電極層１９とが一体的な構造であるため、カバー５を一枚の平板状の構造にすることができ、その交換作業が容易となる。
【００４２】
誘電体部材３の反応室１ａに対して外側の面には、誘電体部材３を部分的に薄くするために溝３ａが形成されていることが好ましい。溝３ａの中には、コイル４の少なくとも一部を配置することができる。これにより、コイル４の溝３ａの中に配置された部分は、反応室との距離が近くなる。よって、高周波パワーの損失を抑制することができる。一方、溝３ａは、板状の誘電体部材３の一表面に部分的に形成することができるため、誘電体部材３の機械的強度の低下は抑制される。
【００４３】
本実施形態によれば、電極層を誘電体部材の反応室側の面に形成するため、誘電体部材の反応室に対して外側の面に、コイルの少なくとも一部を配置する溝３ａを形成することができる。よって、不揮発性物質の付着を効果的に抑制しながら、高周波パワーの損失が抑制されるようにコイルを配置することができる。
【００４４】
図５（ａ）は、本実施形態に係る誘電体部材３とコイル４の配置を模式的に示している。コイル４を誘電体部材３（の面方向）に対して垂直な方向から見るとき、コイル４は、中心から外周側に向けて螺旋状に延びる導体４ａにより形成されている。導体４ａは、例えば、リボン状の金属板であってもよいし、金属線であってもよい。コイル４を形成する導体４ａの数は特に限定されず、コイル４の形状も特に限定されない。例えば、１本の導体４ａからなるシングルスパイラル型のコイルであってもよいし、複数の導体４ａからなるコイルを並列に接続したマルチスパイラル型のコイルであってもよい。また、誘電体部材３の面と平行な同一平面内で導体４ａを螺旋状に延ばして形成した平面型のコイルであってもよいし、導体４ａを螺旋状に延ばしながら誘電体部材３の面と垂直方向にも変化を持たせた立体型のコイルであってもよい。コイル４は、マッチング回路（図示せず）などを介して第１高周波電源１１と電気的に接続されている。図１、５では、コイル４の中心付近の誘電体部材３からの距離が外周側よりも大きくなるように形成されているが、コイル４と誘電体部材３との位置関係は、これに限定されない。
【００４５】
図５（ｂ）に示すように、溝３ａは、コイル４の中心と同じ中心を有する環状であることが好ましい。これにより、コイル４を溝３ａの中に配置することが容易となる。なお、コイル４と環状の溝３ａの中心が同じであるとは、必ずしもそれぞれの中心が一致することを意味しない。ここでは、コイル４と環状の溝３ａの中心が同じであるとは、誘電体部材３およびコイル４を、誘電体部材３に対して垂直な方向から見たときに、それぞれの中心が半径１００ｍｍの円内に存在していることを意味する。なお、図５（ｂ）では、便宜上、導体４ａを省略している。
【００４６】
溝３ａの深さは、特に限定されない。溝３ａの深さが小さくても、高周波パワーの損失を抑制する相応の効果は得られる。ただし、溝３ａを形成する前の均一な厚さの板状の誘電体部材３の厚さをＴとするとき、溝３ａの最大深さＤは、Ｄ＝０．２５Ｔ〜０．４５Ｔとなるように形成することが好ましい。このとき、強度確保の観点から、誘電体部材３の溝３ａが形成される表面の面積Ｓのうち、溝３ａが掘られる面積ｓの割合（１００ｓ／Ｓ（％））は、２〜５０％とすることが好ましい。
【００４７】
溝３ａは、両面が平坦で均一な厚さの板状の誘電体部材の一方の面を、切削などの機械加工することにより形成することができる。
【００４８】
基板１５の表面において面内均一性の良好なプラズマを得るためには、反応室内上部において、外周部のプラズマ密度が中心付近のプラズマ密度より高い分布（ドーナツ状の分布）を有するプラズマを生成し、これを基板上に拡散させることが好ましい。ドーナツ状の分布を持つプラズマを反応室内上部に形成するため、中心付近においては、コイル４と反応室１ａの距離を離すことにより、プラズマとの結合の程度を低くすることができる。よって、コイル４の中心側は、溝３ａの中に配置しなくてもよい。よって、図１、５に示すように、少なくともコイル４の中心に対応する部分は完全に溝３ａの外側に配置してもよい。
【００４９】
一方、外周部においては、コイル４を溝３ａの中に配置することで、コイル４と反応室１ａの距離を相対的に近づけ、コイル４とプラズマとの結合の度合いを高くすることができる。よって、コイル４を形成する長さＬの導体４ａを、中心から０．５Ｌまでの中心側部分と、残りの外周側部分とに区分するとき、中心側部分が溝３ａの中に配置される割合よりも、外周側部分が溝３ａの中に配置される割合を大きくすることが好ましい。また、少なくともコイル４の最外周に対応する部分は、その少なくとも一部を溝３ａの中に配置することが好ましい。更には、少なくとも最外周の端部（巻き終わり）から０．３Ｌまでの外周側部分は、溝３ａの中にその少なくとも一部を配置することが好ましい。
【００５０】
以下、本実施形態のドライエッチング装置１０の動作の一例を説明する。
【００５１】
まず、反応室１ａ内が排気される。反応室１ａ内は減圧雰囲気であり、誘電体部材３には大気圧とほぼ同じ圧力が付与される。また、誘電体部材３は溝３ａを有し、溝３ａに対応する部分は薄肉である。ただし、機械的強度が十分に維持されるように溝３ａは環状に形成されているため、誘電体部材３が破損することはない。
【００５２】
その後、所定のガス供給源から、ガス導入口８を介してプロセスガスが反応室１ａ内に導入される。エッチングされる基板１５は、エッチングのパターンに応じたレジストマスクを有している。基板１５が例えばＳｉである場合、プロセスガスには例えばフッ素系ガス（ＳＦ6など）が使用される。また、基板１５がアルミニウムの場合、プロセスガスには例えば塩素系ガス（ＨＣｌなど）が使用される。
【００５３】
次に、第１高周波電源１１からコイル４に高周波電力が投入され、反応室１ａ内にプラズマが発生する。このとき、基板１５を保持する下部電極２にも、所定の高周波電源からバイアス電圧が印加される。これにより、プラズマ中のラジカルやイオンが基板１５の表面に輸送され、バイアス電圧により加速されて基板１５に衝突する。その結果、基板１５がエッチングされる。
【００５４】
ここで、コイル４を形成する導体４ａのうち、コイル密度の高い外周側部分は、誘電体部材３に形成された環状の溝３ａの中に配置されている。よって、比較的小さい電力の投入により、反応室１ａ側の誘電体部材３の近傍にドーナツ状の高密度プラズマが生成し、これが拡散プラズマとなって基板１５に到達する。
【００５５】
一方、誘電体部材３の反応室１ａ側の面に配置された平板電極７ｂには、第２高周波電源１２から電力が供給され、反応室内の平板電極近傍においてバイアス電圧が生じる。これにより、プラズマ中のイオンの一部は、バイアス電圧により加速され、誘電体部材３（もしくは電極層１９）およびカバー５に入射する。その結果、誘電体部材３（もしくは電極層１９）およびカバー５への不揮発性物質の付着が抑制される。
【００５６】
エッチングプロセスは、複数の基板１５に対して連続的に行われる。そこで、プロセスの安定性を確保するため、第３高周波電源１６から誘電体部材３の反応室１ａ側の面に設けられた電熱ヒータ６ｂに電力が投入され、誘電体部材３の加熱による温度管理が行われる。
【００５７】
（第２実施形態）
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、誘電体部材が、反応室側の面（第二表面）に、平坦な底面を有する凹部を有すること、および、電極層１９が、この凹部の中に形成されていること以外、第１実施形態と同様である。図６は、本実施形態に係る誘電体部材と電極層の構成を模式的に示す縦断面図であり、凹部は、図示されていない第２ホルダ１８と誘電体部材３との接触部分以外の部分に形成されている。第１実施形態の各要素に対応する本実施形態の各要素には、同じ符号を付している。
【００５８】
凹部は、誘電体部材３の第二表面を切削等することにより形成することができる。凹部の深さは特に限定されず、凹部内に電極層１９をすべて形成できる程度であってもよいし、電極層１９の一部のみを形成できる程度であってもよい。例えば０．２〜３．０ｍｍである。また、誘電体部材３は、第２ホルダ１８との接触部分以外の部分に、平坦な頂部を有する凸部を有していても良い。この場合、電極層１９は、この凸部に形成される。
【００５９】
いずれの場合であっても、誘電体部材３の反応室側の面の平坦な部分に電極層１９を形成することで、比較的簡単に電極層１９を形成可能である。さらに、電極パターンの断線や短絡などの不具合が発生しにくい。また、カバー５をフラットな構造にすることができる。これにより、プラズマの分布が均一になりやすく、エッチングの均一性がより向上する。
【００６０】
（第３実施形態）
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、誘電体部材の溝の形状と、誘電体部材とコイルの位置関係が異なること以外、第１実施形態と同様である。図７（ａ）は、本実施形態に係る誘電体部材とコイルの配置を模式的に示す縦断面図である。図７（ｂ）は、本実施形態に係る誘電体部材の平面図である。第１実施形態の各要素に対応する本実施形態の各要素には、同じ符号を付している。なお、図７（ｂ）では、便宜上、導体４ａを省略している。
【００６１】
誘電体部材３は、円形の板状であり、誘電体部材３のコイル４との対向面には、コイル４の中心と同じ中心を有する環状の溝３ａが形成されている。ただし、溝３ａは、外側のより深い第１溝部３ｘと、内側のより浅い第２溝部３ｙとで構成され、中心から外側に向かって２段階に深くなっている。第１溝部３ｘおよび第２溝部３ｙの中には、それぞれコイル４の一部が配置されている。この場合、溝３ａの幅が第１実施形態と同じであるとすると、誘電体部材３の平均的な厚さが、第１実施形態よりも大きくなる。これにより、誘電体部材３の強度を更に大きく維持することができる。
【００６２】
また、相対的に深い第１溝部３ｘを誘電体部材の外側に、浅い第２溝部３ｙを内側に配置することにより、誘電体部材３ａの外周側ほどコイルとプラズマとの誘導結合の度合いを強くすることができるため、より高密度のドーナツ状のプラズマを誘電体部材の近傍に生成させることができる。これにより、より高密度かつ均一な拡散プラズマを基板１５に到達させることが可能となる。溝３ａの深さを中心から外側に向かって段階的に深くする場合、深さを３段階以上に変化させてもよい。また、溝３ａの深さを中心から外側に向かって連続的に深くなるように変化させてもよい。
【００６３】
図７では、誘電体部材３とコイル４を形成する導体４との平均的な距離が、最外周から中心に向かって徐々に大きくなっている。このような場合には、溝３ａの深さを中心から外側に向かって段階的または連続的に深くすることが好ましい。
【００６４】
（第４実施形態）
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、コイルの形状、誘電体部材の溝の形状、並びに誘電体部材とコイルの位置関係が異なること以外、第１実施形態と同様である。図８（ａ）は、本実施形態に係る誘電体部材とコイルの配置を模式的に示す縦断面図である。図８（ｂ）は、本実施形態に係る誘電体部材の平面図であり、コイル４の位置が破線で示されている。第１実施形態の各要素に対応する本実施形態の各要素には、同じ符号を付している。なお、図８（ｂ）では、便宜上、導体４ａを省略している。
【００６５】
誘電体部材３は、円形の板状であり、誘電体部材３のコイル４との対向面には、螺旋状の溝３ａが形成されている。コイル４を形成する導体４ａは、溝３ａに沿って平面的かつ螺旋状に延び、コイル４のほぼ全体が溝３ａの中に配置されている。このように、コイル４の形状が平面的である場合には、溝３ａの形状を導体４ａの螺旋形状に対応させてもよい。これにより、溝３ａの幅を小さくすることができ、誘電体部材３の強度を確保することが更に容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のプラズマ処理装置は、簡易なメンテナンスと高密度プラズマが要求されるプロセスにおいて有用であり、ドライエッチング処理装置、プラズマＣＶＤ装置などを含む様々なプラズマ処理装置に適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１：容器、１ａ：反応室、２：下部電極、３：誘電体部材、３ａ：溝、３ｘ：第１溝部、３ｙ：第２溝部、３ｓ：スリット、４：コイル、４ａ：導体、５：カバー、６：第１電極層、６ａ：ヒータ端子、６ｂ：第１配線パターン（電熱ヒータ）、６ｃ：第１絶縁膜、７：第２電極層、７ａ：ＦＳ端子、７ｂ：第２配線パターン（平板電極）、７ｃ：第２絶縁膜、８：ガス導入口、８ａ：隙間、９：ガス噴出口、１０：ドライエッチング装置、１１：第１高周波電源、１２：第２高周波電源、１３第１弾性リング、１４：第２弾性リング、１５：基板、１６：交流電源、１７：第１ホルダ、１８：第２ホルダ、１９：電極層
【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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