(57)【要約】【課題】処理室の内部のプラズマ密度の分布を任意に調整すると共に、コストの上昇を抑制することができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１０は、チャンバ１１の外部において載置台１２と対向するように配置されてチャンバ１１の内部へ高周波電力を供給するＩＣＰアンテナ１３と、チャンバ１１の天井部の一部を構成し、載置台１２及びＩＣＰアンテナ１３の間に介在する、導電体からなる窓部材１４とを備え、窓部材１４は高周波電力を該窓部材１４の厚み方向に透過させる多数の透過ユニット１９を有し、透過ユニット１９の各々は、窓部材１４を厚み方向に貫通し、幅が調整可能なスリット２４を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理室と、該処理室の内部に配置されて前記基板を載置する載置台と、前記処理室の外部において前記載置台と対向するように配置されて前記処理室の内部へ高周波電力又はマイクロ波を供給する印加アンテナとを備えるプラズマ処理装置において、
前記処理室の壁部の一部を構成し、前記載置台及び前記印加アンテナの間に介在する、導電体からなる窓部材をさらに備え、
前記窓部材は前記高周波電力又はマイクロ波を該窓部材の厚み方向に透過させる複数の透過機構を有し、
前記透過機構の各々は、前記窓部材を厚み方向に貫通するスリットと、該スリットの幅を調整する幅調整機構とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記印加アンテナは高周波電源に接続された環状のコイルを有し、各前記透過機構は前記コイルに沿うように配置されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記幅調整機構は、前記窓部材を厚み方向に貫通する貫通穴と、該貫通穴に挿嵌される導電体からなる挿入部材とを有し、
前記スリットは、前記貫通穴及び該貫通穴に挿嵌された前記挿入部材の隙間で構成され、
前記スリットの幅は、前記貫通穴へ挿嵌される前記挿入部材の大きさを変更することによって調整されることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記スリットに密封部材が存在することを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記貫通穴は円筒穴であり、前記挿入部材は円柱部材であり、前記密封部材はＯリングであり、前記スリット内において前記Ｏリング及び前記処理室の内部の間に誘電体からなる環状部材が存在することを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。  
【請求項６】
前記窓部材における前記処理室の内部に面する表面を覆う被覆板状部材をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記載置台には高周波電源が接続され、前記被覆板状部材は導電体又は半導体によって構成されて電極板として機能し、前記載置台及び前記電極板は平行平板電極を構成することを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記被覆板状部材は、該被覆板状部材を厚み方向に貫通する複数の他のスリットを有することを特徴とする請求項６又は７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記窓部材における各前記スリットは、前記被覆板状部材における各前記他のスリットと位置をずらして配置されることを特徴とする請求項８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、高周波電流又はマイクロ波を処理室の内部に導入してプラズマを発生させるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チャンバの外に配置されたＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma）アンテナを備えるプラズマ処理装置では、高周波電源に接続されたＩＣＰアンテナからの高周波電力が導電体を透過しないため、ＩＣＰアンテナと対向するチャンバの天井部が誘電体、例えば、石英で構成される誘電体窓からなり、ＩＣＰアンテナに印加される高周波電力が、誘電体窓を透過してチャンバの内部に供給される。チャンバの内部に供給された高周波電力は処理ガスを励起してプラズマを生成させる。
【０００３】
誘電体窓は減圧環境であるチャンバの内部と大気圧環境であるチャンバの外部とを仕切るため、圧力差に耐えうる剛性が確保できる厚みが必要である。また、今後さらなる半導体ウエハの大口径化が進展するため、半導体ウエハと対向する誘電体窓も大口径化される必要があり、大口径化された際の剛性を確保する必要があることから、誘電体窓をさらに厚くする必要がある。
【０００４】
ところが、誘電体窓が厚くなればなるほど、透過する高周波電力は減衰してチャンバの内部におけるプラズマの生成効率が低下する。また、誘電体窓の石英は高価であるため、誘電体窓が厚くなればなるほど、プラズマ処理装置のコストが上昇する。
【０００５】
そこで、図１１に示すように、ＩＣＰアンテナ１１０と対向するチャンバ１１５の天井部１１１を比較的安価且つ高剛性の導電体、例えば、アルミの板状部材によって構成して天井部１１１を貫通する複数のスリット１１２を設け、各スリット１１２を誘電体窓１１３で覆うことにより、各誘電体窓１１３を介してＩＣＰアンテナ１１０を部分的にチャンバ１１５内と対向させるプラズマ処理装置１１４が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
このプラズマ処理装置１１４では、各誘電体窓１１３はスリット１１２を覆うのみなので、各誘電体窓１１３の大きさを小さくすることができ、もって、誘電体窓１１３を剛性確保のために厚くする必要が無くなる。
【０００７】
また、平行平板電極とＩＣＰアンテナを併用するプラズマ処理装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。具体的には、図１２に示すように、プラズマ処理装置１２０は、下部電極として機能する載置台１２１及び上部電極として機能するシャワーヘッド１２２によって構成される平行平板電極と、シャワーヘッド１２２を囲むように配置された環状の誘電部材からなる誘電体窓１２３とを備え、チャンバ１２４の中央部では平行平板電極が供給する高周波電力によって処理ガスからプラズマを生成し、チャンバ１２４の周縁部ではＩＣＰアンテナ１２５が誘電体窓１２３を介して供給する高周波電力によって処理ガスからプラズマを生成する。このプラズマ処理装置１２０では、チャンバ１２４の全部を誘電体窓１２３で構成する必要がないため、誘電体窓１２３の大きさを小さくすることができ、もって、誘電体窓１２３を剛性確保のために厚くする必要が無くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許４１９３２５５号公報
【特許文献２】特許３１９２３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の特許文献１に係るプラズマ処理装置１１４では、高周波電力が各スリット１１２のみを通過するため、チャンバ１１５内において各スリット１１２に対向する部分のプラズマ密度が高くなり、プラズマ密度の分布が不均一となる。また、各スリット１１２は天井部１１１の複数箇所において該天井部１１１を厚み方向に穴を貫通させることによって形成されるため、各スリット１１２の位置、大きさは変更不可能であり、チャンバ１１５内のプラズマ密度の分布調整の制約となっている。
【００１０】
また、上述の特許文献２に係るプラズマ処理装置１２０では、ＩＣＰアンテナ１２５の環状コイルの全周の位置、大きさは変更不可能であり、チャンバ１２４内のプラズマ密度の分布調整の制約となっている。
【００１１】
本発明の目的は、処理室の内部のプラズマ密度の分布を任意に調整すると共に、コストの上昇を抑制することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、基板を収容する処理室と、該処理室の内部に配置されて前記基板を載置する載置台と、前記処理室の外部において前記載置台と対向するように配置されて前記処理室の内部へ高周波電力又はマイクロ波を供給する印加アンテナとを備えるプラズマ処理装置において、前記処理室の壁部の一部を構成し、前記載置台及び前記印加アンテナの間に介在する、導電体からなる窓部材をさらに備え、前記窓部材は前記高周波電力又はマイクロ波を該窓部材の厚み方向に透過させる複数の透過機構を有し、前記透過機構の各々は、前記窓部材を厚み方向に貫通するスリットと、該スリットの幅を調整する幅調整機構とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記印加アンテナは高周波電源に接続された環状のコイルを有し、各前記透過機構は前記コイルに沿うように配置されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置において、前記幅調整機構は、前記窓部材を厚み方向に貫通する貫通穴と、該貫通穴に挿嵌される導電体からなる挿入部材とを有し、前記スリットは、前記貫通穴及び該貫通穴に挿嵌された前記挿入部材の隙間で構成され、前記スリットの幅は、前記貫通穴へ挿嵌される前記挿入部材の大きさを変更することによって調整されることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項３記載のプラズマ処理装置において、前記スリットに密封部材が存在することを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項４記載のプラズマ処理装置において、前記貫通穴は円筒穴であり、前記挿入部材は円柱部材であり、前記密封部材はＯリングであり、前記スリット内において前記Ｏリング及び前記処理室の内部の間に誘電体からなる環状部材が存在することを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記窓部材における前記処理室の内部に面する表面を覆う被覆板状部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記載置台には高周波電源が接続され、前記被覆板状部材は導電体又は半導体によって構成されて電極板として機能し、前記載置台及び前記電極板は平行平板電極を構成することを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項６又は７記載のプラズマ処理装置において、前記被覆板状部材は、該被覆板状部材を厚み方向に貫通する複数の他のスリットを有することを特徴とする。
【００２０】
請求項９記載のプラズマ処理装置は、請求項８記載のプラズマ処理装置において、前記窓部材における各前記スリットは、前記被覆板状部材における各前記他のスリットと位置をずらして配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、窓部材は導電体からなり、高周波電力又はマイクロ波を該窓部材の厚み方向に透過させる複数の透過機構の各々は窓部材を厚み方向に貫通するスリットと、該スリットの幅を調整する幅調整機構とを有する。導電体は比較的安価な材料が多いため、窓部材、引いてはプラズマ処理装置のコストの上昇を抑制することができる。また、高周波電力やマイクロ波はスリットを通過して処理室の内部へ供給されるが、幅調整機構がスリットの幅を調整するので、処理室の内部へ供給される高周波電力の値やマイクロ波の強さは変更可能であり、処理室の内部において各スリットに対向する部分のプラズマ密度を調整することができ、結果として処理室の内部のプラズマ密度の分布を任意に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図であり、図１（Ａ）はプラズマ処理装置の断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＩＣＰアンテナのコイルの配置形態を示す斜視図である。
【図２】図１における窓部材を図１中の矢印に沿って眺めた場合を示す底面図である。
【図３】図２における透過ユニットの構成を概略的に示す拡大断面図である。
【図４】図１のプラズマ処理装置によるプラズマ密度分布の調整を説明するための図であり、図４（Ａ）は各透過ユニット及び各環状コイルの位置関係を示す底面図であり、図４（Ｂ）はスリットの幅の調整前後におけるプラズマ密度分布の形態を示すグラフである。
【図５】図１のプラズマ処理装置の第１の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】図１のプラズマ処理装置の第２の変形例における透過ユニット近傍の構成を概略的に示す拡大断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図８】図７のプラズマ処理装置におけるプラズマの密度分布の重畳を説明するための図である。
【図９】図７のプラズマ処理装置の変形例の構成を概略的に示す図であり、図９（Ａ）はプラズマ処理装置の断面図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）におけるＩＣＰアンテナのコイルの配置形態を示す斜視図である。
【図１０】プラズマの発生源としてＲＬＳＡを用いたプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１１】従来のプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１２】従来の他のプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図であり、図１（Ａ）はプラズマ処理装置の断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＩＣＰアンテナのコイルの配置形態を示す斜視図である。
【００２６】
図１（Ａ）において、プラズマ処理装置１０は、基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを収容する略円筒状のチャンバ１１（処理室）と、該チャンバ１１の底部に配置されてウエハＷを上面に載置する略円柱状の載置台１２と、チャンバ１１の外部においてチャンバ１１の内部の載置台１２と対向するように配置されるＩＣＰアンテナ１３（印加アンテナ）と、チャンバ１１の天井部を構成し、載置台１２及びＩＣＰアンテナ１３の間に介在する窓部材１４と、該窓部材１４におけるチャンバ１１の内部に面する表面（以下、「底面」という。）を覆うカバープレート１５（被覆板状部材）とを備える。
【００２７】
チャンバ１１の内部は減圧環境であり、チャンバ１１の外部は大気圧環境であり、窓部材１４はチャンバ１１の内部と外部とを仕切る。窓部材１４及びカバープレート１５は円板状部材からなり、特に、窓部材１４は導電体、例えば、アルミ等の金属によって構成される。窓部材１４及びカバープレート１５は少なくとも載置台１２に載置されたウエハＷの全面を覆うことが可能な大きさを有する。また、窓部材１４の内部には後述する処理ガス拡散室１８が形成される。チャンバ１１の外部に配置された処理ガス供給装置（図示しない）から処理ガス拡散室１８へ供給された処理ガスは、該処理ガス拡散室１８内で拡散し、その後、チャンバ１１の内部へ供給される。
【００２８】
ＩＣＰアンテナ１３は、図１（Ｂ）に示すように、略同心円状に配置された三重の環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃの各々と個別に接続される高周波電源１７とを有する。各環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、該環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃを全て含む平面が、窓部材１４、カバープレート１５及び載置台１２に載置されたウエハＷと平行となるように、窓部材１４の上に配置される。
【００２９】
プラズマ処理装置１０では、各環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃがチャンバ１１の内部へ高周波電力を供給する。このとき、高周波電力は窓部材１４を厚み方向に透過してチャンバ１１の内部へ到達し、処理ガスを励起してプラズマを生成させ、該プラズマによってウエハＷへ所望のプラズマ処理、例えば、ドライエッチング処理を施す。
【００３０】
窓部材１４は、上述したように、アルミ等の金属によって構成されるため、安価に製造できる反面、環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの高周波電力を透過させない。そこで、本実施の形態では、窓部材１４がその厚み方向に、高周波電力を透過させるための多数の透過ユニット１９（複数の透過機構）を有する。
【００３１】
図２は、図１における窓部材を図１中の矢印に沿って眺めた場合を示す底面図である。なお、図２中、環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃは一点鎖線で示され、処理ガス拡散室１８は破線で示される。
【００３２】
図２において、窓部材１４は三重の同心円状に配置された透過ユニット１９を有する。各透過ユニット１９は、円周毎に内側透過ユニット群２０ａ、中央透過ユニット２０ｂ及び外側透過ユニット群２０ｃに分けられ、内側透過ユニット群２０ａにおいて各透過ユニット１９は環状コイル１６ａに沿うように配置され、中央透過ユニット群２０ｂにおいて各透過ユニット１９は環状コイル１６ｂに沿うように配置され、外側透過ユニット群２０ｃにおいて各透過ユニット１９は環状コイル１６ｃに沿うように配置される。
【００３３】
また、内側透過ユニット群２０ａの内側には円板状空間からなる処理ガス拡散室１８が形成され、内側透過ユニット群２０ａ及び中央透過ユニット群２０ｂの間、並びに、中央透過ユニット群２０ｂ及び外側透過ユニット群２０ｃの間には環状空間からなる処理ガス拡散室１８が形成される。各処理ガス拡散室１８は内側透過ユニット群２０ａ、中央透過ユニット群２０ｂ及び外側透過ユニット群２０ｃと同心円状に配置される。窓部材１４の底面には、各処理ガス拡散室１８及びチャンバ１１の内部を連通する多数の処理ガス供給穴２１が設けられ、各処理ガス供給穴２１は各処理ガス供給穴２１の周方向に沿って均等に配置される。これにより、各処理ガス拡散室１８からチャンバ１１の内部へ均等に処理ガスが供給される。
【００３４】
図３は、図２における透過ユニットの構成を概略的に示す拡大断面図である。
【００３５】
図３において、透過ユニット１９は、窓部材１４を厚み方向に貫通する円筒状の貫通穴２２と、該貫通穴２２に挿嵌される円柱状部材からなる挿入栓２３（挿入部材）とを有する。挿入栓２３の直径は貫通穴２２の直径よりも小さく設定されるので、挿嵌された挿入栓２３と貫通穴２２との間には窓部材１４を厚み方向に貫通する隙間で構成されるスリット２４が形成される。本実施の形態では、挿嵌される挿入栓２３の直径を変更する、具体的には、貫通穴２２において直径が異なる挿入栓２３を入れ替えることにより、スリット２４の幅を調整する。
【００３６】
貫通穴２２では、窓部材１４の底面とは反対側の面（以下、「上面」という。）に向けて途中から直径が拡大されて段差２２ａが形成され、該段差２２ａには環状の誘電部材からなる下方誘電リング２５（環状部材）が載置され、該下方誘電リング２５にはＯリング２６（密封部材）が載置され、Ｏリング２６には環状の誘電部材からなる上方誘電リング２７が載置される。Ｏリング２６は、例えば、耐熱ゴムからなり、挿入栓２３の側面を囲むように取り付けられ、挿入栓２３が貫通穴２２へ挿嵌された際に貫通穴２２の内壁面へ均等に当接することにより、挿入栓２３を貫通穴２２と同軸に位置させる。
【００３７】
また、窓部材１４の上面には各透過ユニット１９に対応して板状のフランジ２８が配置され、各フランジ２８は上方誘電リング２７を介してＯリング２６を圧縮する。圧縮されたＯリング２６は変形して挿入栓２３の側面や貫通穴２２の内壁面により密着するので、スリット２４を介してチャンバ１１の内部がチャンバ１１の外部と連通するのを防止することができ、もって、チャンバ１１の内部の減圧状態を維持することができる。さらに、フランジ２８は挿入栓２３をカバープレート１５へ向けて押圧し、挿入栓２３はカバープレート１５に当接して位置が固定される。
【００３８】
透過ユニット１９では、挿入栓２３が導電体、例えば、アルミ等の金属によって構成されるため、環状コイル１６ａ（１６ｂ，１６ｃ）から印加された高周波電力は、挿入栓２３を透過することなくスリット２４を通過することにより、窓部材１４を厚み方向に透過する。なお、スリット２４には、上方誘電リング２７、Ｏリング２６及び下方誘電リング２５が介在するが、それぞれの厚さは窓部材１４の厚さに比べて極端に小さいので、上方誘電リング２７、Ｏリング２６及び下方誘電リング２５を透過する際、高周波電力はさほど減衰しない。したがって、透過ユニット１９はスリット２４によって高周波電力を効率よくチャンバ１１の内部へ供給することができる。
【００３９】
また、窓部材１４において各透過ユニット１９は処理ガス拡散室１８から離れて配置され、スリット２４を通過する高周波電力と、処理ガス拡散室１８から処理ガス供給穴２１を介して供給される処理ガスとは、チャンバ１１の内部において接触するため、処理ガス拡散室１８内において処理ガスが励起されることがなく、励起された処理ガスから発生するプラズマによって処理ガス拡散室１８の内面が損傷することがない。
【００４０】
ところで、スリット２４を通過する高周波電力の値はスリット２４の幅に応じて変化する。具体的には、スリット２４の幅が拡大すると該スリット２４を通過してチャンバ１１の内部に供給される高周波電力の値は大きくなる。さらに、供給される高周波電力の値が大きくなると、処理ガスの励起が促進されてより多くのプラズマが発生してプラズマの密度が高まる。本実施の形態では、スリット２４の幅を調整することにより、スリット２４を通過してチャンバ１１の内部へ供給される高周波電力の値を変更する。これにより、チャンバ１１の内部において各透過ユニット１９に対向する部分のプラズマの密度を調整し、結果としてチャンバ１１の内部におけるプラズマ密度の分布を任意に調整することができる。
【００４１】
通常、ＩＣＰアンテナ１３の環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、周方向に沿って一様に高周波電力を印加せず、周方向に沿って印加される高周波電力の値がばらつくため、例えば、環状コイル１６ｂから印加される高周波電力によって発生するプラズマの密度分布は、周方向ＡＢＣ（図４（Ａ）参照。）に沿うものの、図４（Ｂ）における破線に示すように、ばらつくことがある。本実施の形態では、環状コイル１６ｂの周方向に沿うプラズマの密度分布のばらつきを解消するために、中央透過ユニット群２０ｂにおける各透過ユニット１９のうち、プラズマ密度が高い部分に対向する透過ユニット１９のスリット２４の幅を縮小し、プラズマ密度が低い部分に対向する透過ユニット１９のスリット２４の幅を拡大する。これにより、プラズマ密度が高い部分へ供給される高周波電力の値を小さくしてプラズマ密度を低下させることができるとともに、プラズマ密度が低い部分へ供給される高周波電力の値を大きくしてプラズマ密度を上昇させることができ、もって、図４（Ｂ）における実線で示すように、プラズマの密度分布のばらつきを解消することができる。
【００４２】
すなわち、各透過ユニット１９は、環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃのそれぞれの周方向に沿うように配置されるので、環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃのそれぞれから印加される高周波電力の値を周方向に沿って変更することができ、もって、チャンバ１１の内部において環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃのそれぞれに沿って発生するプラズマの密度の分布を適切に調整することができる。
【００４３】
また、環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃのそれぞれの周方向長さに対する内側透過ユニット群２０ａ、中央透過ユニット群２０ｂ、外側透過ユニット群２０ｃのそれぞれにおける各スリット２４の幅Ｔ（図４（Ａ）参照。）の積算値が大きいほどチャンバ１１の内部へ供給される高周波電力の積算値が大きくなり、各スリット２４の幅Ｔの積算値が小さいほどチャンバ１１の内部へ供給される高周波電力の積算値が小さくなる。本発明者は、本発明に先立つ実験により、例えば、内側透過ユニット群２０ａにおける各スリット２４の幅Ｔの積算値が環状コイル１６ａの周方向長さの２５％以上であれば、環状コイル１６ａからのチャンバ１１の内部への高周波電力の供給効率が約７０％であり、各スリット２４の幅Ｔの積算値が環状コイル１６ａの周方向長さの３４％以上であれば、高周波電力の供給効率が約９０％であることを確認した。チャンバ１１の内部への高周波電力の供給効率は７０％以上であれば十分に高効率であるため、内側透過ユニット群２０ａ、中央透過ユニット群２０ｂ、外側透過ユニット群２０ｃのそれぞれにおける各スリット２４の幅Ｔの積算値は、環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃのそれぞれの周方向長さに対して２５％以上に設定される。
【００４４】
なお、各透過ユニット１９のスリット２４の幅の調整は、必ずしも環状コイル１６ａ（１６ｂ，１６ｃ）に沿って調整する必要はなく、任意の場所の透過ユニット１９のスリット２４の幅を個別に調整して各透過ユニット１９が透過させる高周波電力の値を任意に変更することにより、チャンバ１１の内部におけるプラズマの密度分布を任意に調整することができる。
【００４５】
例えば、環状コイル１６の始点、終点近傍（図４（Ａ）におけるＡやＣの近傍）では、供給される高周波電力が安定しないため、環状コイル１６の始点、終点近傍のプラズマの密度分布も安定しない。このような箇所では、当該箇所に配置された透過ユニット１９のスリット２４の幅が０ｍｍとなるように、貫通穴２２の直径と同じ直径の挿入栓２３を貫通穴２２へ挿嵌する。これにより、当該箇所に配置された透過ユニット１９を高周波電力によって透過させず、環状コイル１６の始点、終点近傍においてプラズマを発生させず、ウエハＷに施されるプラズマ処理において、環状コイル１６の始点、終点近傍における不安定な密度のプラズマによる悪影響を排除することができる。
【００４６】
本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、上述したように、各透過ユニット１９のスリット２４の幅を調整することによってチャンバ１１の内部におけるプラズマ密度の分布を任意に調整することができるだけでなく、窓部材１４は導電体からなり、導電体は比較的安価な材料が多いため、窓部材１４、引いてはプラズマ処理装置１０のコストの上昇を抑制することができる。
【００４７】
上述したプラズマ処理装置１０では、各透過ユニット１９のスリット２４の幅は、貫通穴２２へ挿嵌される挿入栓２３の直径を変更することによって調整されるので、スリット２４を通過してチャンバ１１の内部へ供給される高周波電力の値を簡便に変更することができる。
【００４８】
上述したプラズマ処理装置１０では、貫通穴２２及び挿入栓２３の隙間で構成されるスリット２４に密封部材としてのＯリング２６が存在するので、スリット２４の幅を円周方向に沿って一定に保つことができる。また、スリット２４内においてＯリング２６及びチャンバ１１の内部の間に下方誘電リング２５が存在するので、チャンバ１１の内部のプラズマがＯリング２６へ到達することがなく、Ｏリング２６がプラズマによって早期に消耗するのを防止することができる。なお、下方誘電リング２５や上方誘電リング２７の内径及び外径を調整することによってスリット２４の幅を円周方向に沿って一定に保ってもよく、下方誘電リング２５や上方誘電リング２７は、石英やセラミックス、若しくは、樹脂材料、例えば、テフロン（登録商標）やポリイミドによって構成されるのが好ましい。
【００４９】
上述したプラズマ処理装置１０では、貫通穴２２は円筒状であったが、貫通穴２２の形状はこれに限られず、四角柱状や楕円柱状であってもよく、窓部材１４の厚み方向に沿って断面形状が変化してもよい。また、貫通穴２２に挿嵌される挿入栓２３の形状も円柱状に限られず、貫通穴２２の形状に応じて変更してもよい。さらに、スリット２４を通過する高周波電力の値はスリット２４の最小幅によって決定されるため、スリット２４の最小幅のみを所望の値に設定すれば、スリット２４の幅は窓部材１４の厚み方向に沿って一定である必要はない。また、挿入栓２３の高さは貫通穴２２の深さと同じにする必要が無く、少なくとも貫通穴２２へ挿嵌された際に貫通穴２２との間にスリット２４を構成することができるだけの値に設定されていればよい。
【００５０】
上述したプラズマ処理装置１０では、窓部材１４において各処理ガス拡散室１８が分散して配置されたが、プラズマ処理装置は１つの処理ガス拡散室のみを備えていてもよい。例えば、図５に示すように、プラズマ処理装置２９のチャンバ３０の天井部に１つの平板状の処理ガス拡散室３１を設け、処理ガス拡散室３１及びチャンバ３０の内部の間に窓部材３２及びカバープレート１５を配置してもよい。この場合、絶縁体の円筒部材からなる複数の導波管３３を環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃのそれぞれに対応して配置し、ＩＣＰアンテナ１３の各環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃが印加する高周波電力に各導波管３３内を通過させて窓部材３２の各透過ユニット１９へ到達させるようにするのが好ましい。これにより、高周波電力が処理ガス拡散室３１内において処理ガスと接触することがなく、もって、処理ガス拡散室３１内でプラズマが発生するのを防止することができる。なお、プラズマ処理装置２９はプラズマ処理装置１０と基本的に同様の構成を有する。
【００５１】
また、上述したプラズマ処理装置１０では、窓部材１４の底面はカバープレート１５によって覆われるので、窓部材１４からチャンバ１１の内部へ向けての異常放電の発生を防止できるとともに、プラズマ処理において発生した反応生成物が窓部材１４へ付着するのを防止することができる。カバープレート１５は、石英やセラミックス等の誘電体、金属等の導電体、又はシリコン等の半導体によって構成されてもよく、導電体で構成される場合、チャンバ１１の内部のプラズマとの間における異常放電発生防止の観点から、表面がアルマイトやイットリア等の絶縁被膜で覆われるのが好ましい。
【００５２】
上述したプラズマ処理装置１０では、カバープレート１５は各処理ガス供給穴２１に対応して配置され且つ厚み方向に貫通する複数の処理ガス供給穴３４（図３参照。）を有するが、この他、各スリット２４に対応して配置され且つ厚み方向に貫通するスリット３５を有してもよい（図６参照。）。この場合、各スリット２４を通過した高周波電力はカバープレート１５を透過することなく、積極的に各スリット３５を通過するため、チャンバ１１の内部への高周波電力の供給効率を向上することができる。なお、カバープレート１５にスリット３５を設ける際には、各スリット３５が窓部材１４の各スリット２４と位置をずらして配置されるのが好ましい。これにより、チャンバ１１の内部のプラズマがスリット３５を介してスリット２４へ逆流するのを防止することができ、もって、スリット２４内における異常放電の発生を防止することができる。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。
【００５４】
本第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１０と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
【００５５】
図７は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００５６】
図７において、プラズマ処理装置３６は、窓部材１４の底面を覆う天井電極板３７（被覆板状部材）と、該天井電極板３７に接続される高周波電源３８と、載置台１２に接続される高周波電源３９とを備え、天井電極板３７は載置台１２の上面と平行に配置される。また、載置台１２は導電体によって構成され、天井電極板３７は導電体又は半導体によって構成されるため、載置台１２及び天井電極板３７は平行平板電極を構成し、載置台１２及び／又は天井電極板３７がチャンバ１１の内部へ高周波電力を供給して処理ガスを励起し、プラズマを生成する。
【００５７】
ところで、平行平板電極を用いてプラズマを生成する場合、チャンバ１１の内部へ供給される高周波電力の周波数が高いと、高周波電力によって生じる高周波電流が載置台１２の中心近傍に集まる傾向があり、結果として、チャンバ１１の内部で生成されるプラズマの密度に関し、チャンバ１１の内部におけるウエハＷの中心に対向する領域（以下、「中心領域」という。）のプラズマ密度が、チャンバ１１の内部におけるウエハＷの周縁に対向する領域（以下、「周縁領域」という。）のプラズマ密度に比べて高くなることが知られている。
【００５８】
本実施の形態では、平行平板電極が供給する高周波電力に起因して発生するプラズマの密度分布と、窓部材１４を透過する高周波電力に起因して発生するプラズマの密度分布とを重畳してチャンバ１１の内部におけるプラズマの密度分布を均一化する。
【００５９】
図８は、図７のプラズマ処理装置におけるプラズマの密度分布の重畳を説明するための図である。
【００６０】
図８において、プラズマ処理装置３６では、平行平板電極が供給する高周波電力に起因してチャンバ１１の内部で発生するプラズマ（以下、「平行平板電極起因のプラズマ」という。）の密度は中心領域で高くなり、且つ周縁領域で低くなる（図中破線で示す。）。一方、窓部材１４において中心領域に対向する各透過ユニット１９のスリット２４の幅を縮小し、且つ周縁領域に対向する各透過ユニット１９のスリット２４の幅を拡大する。これにより、ＩＣＰアンテナ１３の各環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃが印加する高周波電力に起因してチャンバ１１の内部で発生するプラズマ（以下、「ＩＣＰアンテナ起因のプラズマ」という。）の密度は中心領域で低くなり、且つ周縁領域で高くなる（図中一点鎖線で示す。）。その結果、平行平板電極起因のプラズマの密度分布とＩＣＰアンテナ起因のプラズマの密度分布とを重畳すると、チャンバ１１の内部において均一なプラズマの密度分布（図中実線で示す。）を得ることができる。
【００６１】
すなわち、本実施の形態に係るプラズマ処理装置３６によれば、平行平板電極起因のプラズマの密度分布において密度の低い部分に対向する各透過ユニット１９のスリット２４の幅を拡大し、且つ平行平板電極起因のプラズマの密度分布において密度の高い部分に対向する各透過ユニット１９のスリット２４の幅を縮小することにより、平行平板電極起因のプラズマの密度分布のばらつきを補完するようにＩＣＰアンテナ起因のプラズマを発生させることができ、もって、チャンバ１１の内部において均一なプラズマの密度分布を得ることができる。
【００６２】
ところで、高周波電源３９では天井電極板３７を半導体であるシリコンで構成するのが好ましいが、シリコンの抵抗率は温度依存性があるため、天井電極板３７の温度を一定の範囲に維持するのが好ましい。具体的に、シリコンの抵抗率は２００℃〜３００℃で比較的一定に保たれるので、天井電極板３７の温度も２００℃〜３００℃に保つのがよい。天井電極板３７の温度を２００℃〜３００℃に保つために、プラズマ処理装置３６では、天井電極板３７の温度を調整する温度調整機構を備えるのが好ましく、温度調整機構としては、例えば、チャンバ１１の天井部に配置される抵抗加熱ヒータ、ランプヒータ、電磁波ヒータや、チャンバ１１の天井部に埋設される加熱媒体（気体又は液体）の循環路（いずれも図示しない）が用いられる。
【００６３】
また、プラズマ処理装置３６では、各透過ユニット１９が各環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃから印加される高周波電力の全てを透過させる訳ではないので、各環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃの近傍において余剰の高周波電力が生じる。このような余剰の高周波電力を吸収するために、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、各環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃの間のそれぞれに環状の導電体からなる吸収コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃを配置してもよい。具体的に、環状コイル１６ａの内側に吸収コイル４０ａが配置され、環状コイル１６ａ及び環状コイル１６ｂの間に吸収コイル４０ｂが配置され、環状コイル１６ｂ及び環状コイル１６ｃの間に吸収コイル４０ｃが配置され、各環状コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、各吸収コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃとは同心円状に配置される。なお、図９（Ｂ）において各吸収コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃは破線で示される。
【００６４】
各吸収コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃのそれぞれは高周波電源等に接続されず、系として閉じており、余剰の高周波電力を吸収して内部に高周波電流を生じさせる。このとき、生じた高周波電流は各吸収コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃの内部抵抗によって消費されて熱に変換される。これにより、各吸収コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃは発熱して天井電極板３７の温度を高温、例えば、２００℃〜３００℃に保つことができる。
【００６５】
以上、本発明について、各実施の形態を用いて説明したが、本発明は各実施の形態に限定されるものではない。
【００６６】
例えば、各実施の形態ではプラズマの発生源としてＩＣＰアンテナ１３が用いられたが、プラズマの発生源はこれに限られず、マイクロ波放射アンテナ、例えば、ＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）を用いてもよい。
【００６７】
図１０は、プラズマの発生源としてＲＬＳＡを用いたプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。本プラズマ処理装置４１では、窓部材１４がＲＬＳＡとして用いられる。なお、プラズマ処理装置４１は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１０と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
【００６８】
図１０において、プラズマ処理装置４１はチャンバ１１の外部においてチャンバ１１の内部の載置台１２と対向するように配置されるマイクロ波印加装置４２を備える。
【００６９】
マイクロ波印加装置４２は、ＲＬＳＡとして機能する窓部材１４と、該窓部材１４上に設けられる遅波板４３と、チャンバ１１の上に配置された導電性の中空円筒状容器によって構成される導波箱４４とを備え、導波箱４４は遅波板４３を収容し、窓部材１４は導波箱４４の底板として機能する。
【００７０】
マイクロ波印加装置４２では、導波箱４４の上部の中心に同軸導波管４５が接続され、同軸導波管４５の内部に配置されたケーブル４６が遅波板４３の中心の貫通孔４３ａを介して窓部材１４の中心部に接続される。同軸導波管４５は、モード変換器４７及び導波管４８を介して、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生器４９に接続されて窓部材１４へマイクロ波を伝搬する。なお、マイクロ波発生器４９が発生するマイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚに限られず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚであってもよい。また、遅波板４３にはマイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有する部材、例えば、窒化アルミからなる部材が用いられ、マイクロ波の波長を短くする。
【００７１】
窓部材１４では、マイクロ波発生器４９から伝搬されたマイクロ波が各透過ユニット１９のスリット２４を通過してチャンバ１１の内部へ供給される。チャンバ１１の内部へ供給されたマイクロ波は処理ガスを励起してプラズマを生成させる。
【００７２】
プラズマ処理装置４１においても、各透過ユニット１９のスリット２４の幅を調整することにより、スリット２４を通過してチャンバ１１の内部へ供給されるマイクロ波の強さを変更する。これにより、チャンバ１１の内部において各透過ユニット１９に対向する部分のプラズマ密度を調整し、結果としてチャンバ１１の内部におけるプラズマ密度の分布を任意に調整することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０，２９，３６  プラズマ処理装置
１１，３０  チャンバ
１２  載置台
１３  ＩＣＰアンテナ
１４，３２  窓部材
１５  カバープレート
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  環状コイル
１７，３８，３９  高周波電源
１９  透過ユニット
２２  貫通穴
２３  挿入栓
２４，３５  スリット
２５  下方誘電リング
２６  Ｏリング
３７  天井電極板
４２  マイクロ波印加装置
【図１】
2013191593.tif 000003
【図２】
2013191593.tif 000004
【図３】
2013191593.tif 000005
【図４】
2013191593.tif 000006
【図５】
2013191593.tif 000007
【図６】
2013191593.tif 000008
【図７】
2013191593.tif 000009
【図８】
2013191593.tif 000010
【図９】
2013191593.tif 000011
【図１０】
2013191593.tif 000012
【図１１】
2013191593.tif 000013
【図１２】
2013191593.tif 000014