【手続補正書】
【提出日】平成29年11月1日(2017.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、を備え、
前記プラズマ発生部は、
両端に開放端を持つとともに、これら開放端の間の線路の中央部に、高周波電源から供給される高周波の供給点と、接地点と、を備え、前記高周波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、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、を備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
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、高周波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に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記高周波アンテナは、一方の開放端から前記高周波の供給点までの第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は高周波の波長）／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または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生部は、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、高周波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１〜３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１〜４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異なる高さ位置に配置されている、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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、を備え、
前記プラズマ発生部は、
両端に開放端を持つとともに、これら開放端の間の線路の中央部に、高周波電源から供給される高周波の供給点と、接地点と、を備え、前記高周波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、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、を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、高周波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）前記高周波アンテナは、一方の開放端から前記高周波の供給点までの第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は高周波の波長）／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）前記プラズマ発生部は、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、高周波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。
（ｃ）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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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