プラズマ処理装置
【課題】ＩＣＰプラズマ処理装置における誘導磁場分布を調整し試料上でのプラズマ分布を補正して、試料に対して均一なプラズマ処理を行う。
【解決手段】ＩＣＰプラズマ処理装置において、誘導コイル４と誘電体窓１ａの間に、誘導コイルに沿って少なくとも誘導コイルの周方向の一部に併設された導体１２を設け、誘導コイルから導体の表面までの最短距離をＬｒとし、誘導コイルから誘電体窓直下のプラズマまでの最短距離をＬｐとし、誘導コイルからの誘導磁場強度を弱めたい箇所で、Ｌｐ≧Ｌｒの関係を満たす位置に導体を設置する。
【解決手段】ＩＣＰプラズマ処理装置において、誘導コイル４と誘電体窓１ａの間に、誘導コイルに沿って少なくとも誘導コイルの周方向の一部に併設された導体１２を設け、誘導コイルから導体の表面までの最短距離をＬｒとし、誘導コイルから誘電体窓直下のプラズマまでの最短距離をＬｐとし、誘導コイルからの誘導磁場強度を弱めたい箇所で、Ｌｐ≧Ｌｒの関係を満たす位置に導体を設置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置に係り、特に誘導結合型プラズマ源を用いた装置に好適なプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造分野においては、試料のエッチングや表面処理に誘導結合型（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）のプラズマ装置も利用されている。従来のＩＣＰプラズマ処理装置としては、特許文献１に記載のような、真空処理室の一部を構成するとともに処理ガスの吹き出し口を備えたガスリングと、ガスリングの上部を被って真空処理室を形成するベルジャと、ベルジャ上部に配置され、真空処理室内に高周波電界を供給してプラズマを生成するアンテナと、真空処理室内にウエハを載置する載置台と、アンテナとベルジャ間に配置されるとともに高周波バイアス電圧が付与されるファラデーシールドとを備えるＩＣＰプラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
このようなＩＣＰプラズマ処理装置では、特許文献２に記載のように、外部磁場の影響によるプラズマの不均一に対して、プラズマ処理室全体を磁性体で囲み、磁場の遮蔽を行うことによってプラズマの均一性を向上させる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５８３７３号公報
【特許文献２】特開２００４−２２９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、ＩＣＰプラズマ源を用いたプラズマ処理装置では、誘導コイルの電流分布が不均一になることは避けられず、誘導コイルの周方向に沿ってプラズマが不均一になることが知られている。これにより、ウエハ上に拡散したプラズマの中心軸が誘導コイルの中心軸とずれるというプラズマの偏芯を生じる。また、誘導コイルの給電部においても、誘導コイルの周方向のプラズマ分布が不均一になる。ウエハ上でのプラズマの偏芯は、プラズマ処理室内の排気偏芯によっても発生し得る。
【０００６】
また、発明者らも、ウエハ上に拡散したプラズマの分布に偏芯が発生することを実験的に確認した。実験では、磁場による偏芯を模擬し、プラズマ処理室の外側に約０.４ｍＴの磁石を設置してプラズマ処理を行った。この結果、磁石が持つ０.４ｍＴの微小な磁場によって、ウエハ上に拡散したプラズマの分布が大きく変動することが判明した。このことから、プラズマは、地磁気程度の微小な磁場であっても影響を受ける可能性があることがわかる。さらに、装置に搭載される真空圧力計やモーターの磁場によっても同様の現象が起きる可能性がある。上述のウエハ上に拡散したプラズマの偏芯は、プラズマ処理室内であって誘導コイル近傍に発生したプラズマがプラズマ処理室内下方に拡散する際に、微小な磁場の作用によって斜めに拡散し、ウエハ上でプラズマを偏芯させることがわかった。ウエハ上でプラズマが偏芯したままエッチングを行うと、エッチング処理の均一性やエッチング形状の垂直性等が悪化する。このため、現在、エッチング処理の高精度化や高速化の要求が高まっている中、安定したエッチング処理を行うには、磁場の影響は無視できないものとなってきた。
【０００７】
なお、上記特許文献２には磁場の影響を解決する手段を開示しているが、実用性の点で十分に配慮されているとは言えず、以下、三つの問題がある。一つは、性能上の問題である。プラズマ処理室には、被処理物の搬送口や処理ガスの排気口などの開口が必要であり、実質的に磁場を遮蔽することは不可能である。また、磁性体で囲うことによって、誘導コイルから発生する誘導磁場が磁性体内部で誘導損失を起こし、プラズマ生成能力が低下する。二つ目は、実装上の問題である。磁性体で覆うための大幅な設計変更が必要であり、組立時も重量物を扱う機会が増えるため、作業の危険度も増す。三つ目は、コスト上の問題である。プラズマ処理室全体を覆う磁性体が必要となり、莫大なコストがかかる。これら三つの問題は、量産装置にとって非常に深刻な問題となってしまう。
【０００８】
本発明の目的は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、誘導磁場分布を調整し試料上でのプラズマ分布を補正して、試料に対して均一なプラズマ処理を行うことのできるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、試料をプラズマ処理する真空処理室と、真空処理室の上面を形成する誘電体窓と、真空処理室内にガスを導入するガス導入手段と、真空処理室内に配置され前記試料を載置する試料台と、誘電体窓の上方に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、誘導コイルと前記誘電体窓との間に設置され、誘導電流を形成可能に電気的に一周つながるとともに誘導コイルに沿って少なくとも誘導コイルの円周方向の一部に併設された導体を有し、誘導コイルから導体の表面までの最短距離をＬｒとし、誘導コイルから誘電体窓直下のプラズマまでの最短距離をＬｐとし、誘導コイルからの誘導磁場強度を弱めたい箇所で、Ｌｐ≧Ｌｒの関係を満たす位置に導体を設置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、誘導コイルによる誘導磁場分布を調整することができるので、試料上のプラズマ分布を補正することができ、所望の処理性能を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２】図１をＡから見た平面図である。
【図３】図１をＢから見た誘導コイルの詳細を示す矢視図である。
【図４】図１のＣ部の詳細を示す縦断面図である。
【図５】導体リングの位置による誘導磁場分布を示すシミュレーション図である。
【図６】無磁場状態でのプラズマの拡散を示す図である。
【図７】誘導磁場以外の磁場がある場合のプラズマの拡散を示す図である。
【図８】図７に示す装置に導体リングを適用した場合のプラズマの拡散を示す図である。
【図９】エッチングレートの試料面内分布を示す図である。
【図１０】本発明のプラズマ処理装置における導体リングの取付け位置の他の実施例を示す断面図である。
【図１１】本発明のプラズマ処理装置における導体リングの形状の他の実施例を示す図である。
【図１２】本発明のプラズマ処理装置におけるファラデーシールドの形状の他に実施例を示す図である。
【図１３】本発明のプラズマ処理装置における誘導コイルとファラデーシールドとの組み合わせ例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のプラズマ処理装置の一実施例を図１ないし図９により説明する。
【００１３】
図１は誘導結合タイプのプラズマ処理装置の縦断面図を示す。円筒状の処理容器１ｂの上部開口部には内部を気密に保持可能な天板である誘電体窓１ａが取付けられ、真空処理室１を構成する。誘電体窓１ａは、電磁波を透過可能な絶縁材料、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミック等の非導電性材料から成る。真空処理室１の外側上面となる誘電体窓１ａの上方には誘導アンテナが配置されている。この場合、誘導アンテナは、図２に示すように内径の異なる１ターンから成る誘導コイル４ａないし４ｄが同芯上に配置されてなる。誘導コイル４ａないし４ｄはそれぞれに両端に給電端（電源が交流のため両側が給電端となる）を有し、一方の給電端を始点として１周より長く巻回され一部が重なりを有して他端に給電端を設けた形状となっている。これは、円周上にコイルの不連続部ができ誘導磁場が弱まるのを防止するためである。後ほど詳述するが、弱い誘導磁場は強くできないが、強い誘導磁場は干渉部材を設けることで調整可能なので、一部重なり部を設け誘導磁場が弱まるのを防いでいる。誘導コイル４は、重なり部での接触を防ぐために、図３に示すように給電端部の立ち上がりも含め絶縁材で被覆してある。誘導コイル４は整合器７を介して第一の高周波電源８に接続されている。第一の高周波電源８は、例えば、１３.５６ＭＨｚ又は２７.１２ＭＨｚの高周波電力を発生させる。
【００１４】
誘導コイル４と誘電体窓１ａとの間にはファラデーシールド６が配置される。この場合、ファラデーシールド６は誘電体窓１ａの上面に取付けてある。ファラデーシールド６は金属導体から成り、図２に示すように中央部と外周部とにおいてそれぞれに円周方向に繋がり、中央部と外周部との間の領域に放射状のスリットを有して形成されている。誘電体窓１ａとファラデーシールド６と誘導コイル４とは同芯上で且つ所定の間隔で平行に取付けられている。また、この場合、ファラデーシールド６の誘電体窓１ａ側の反対側であるファラデーシールド６の上面には、ファラデーシールド６の中心と位置をずらし偏芯させて、すなわち、誘導コイル４の中心に対し偏芯させた板状の導体リング１２が取付けてある。後述するが、導体リング１２は誘導コイル４に対し偏芯することで効果がある。
【００１５】
導体リング１２は、図２に示すリング状の形状で、例えば、アルミニウム，ステンレスのような導体から製作されている。この場合、導体リング１２の幅と厚さは、幅１０mm，厚さ５mmであるが、本発明の効果は、この寸法に限定されるものではない。導体リング１２は、図４に示すようにファラデーシールド６と電気的に導通するように接触させて設けられ、誘導コイル４から所定の間隔（Ｌｒ）を取って配置される。
【００１６】
誘電体窓１ａの真空処理室内側には図示を省略した処理ガスの供給路が形成されており、ガス供給装置９が接続してある。真空処理室１内には、試料台３が図示を省略した支持部材により処理容器１ｂに支持されて設置されている。試料台３の上面には試料載置面が形成され、図示を省略した搬送装置により試料２が配置され、試料２を静電吸着等により保持可能となっている。試料台３上面に配置された試料２には、試料の処理中にバイアス電圧を印加可能に第二の高周波電源１１が接続されている。第二の高周波電源１１は、例えば、８００ＫＨｚ又は４ＭＨｚの第一の高周波電源の周波数よりも低い周波数の高周波電力を発生させる。処理容器１ｂの下面には真空処理室１内を減圧排気する排気装置１０が取付けられている。
【００１７】
上述のように構成されたプラズマ処理装置では、まず排気装置１０によって真空処理室１内を減圧排気するとともにガス供給装置９によって流量制御された処理ガスを誘電体窓１ａを介して真空処理室１内に供給し、真空処理室１内を所定の圧力にする。次に第一の高周波電源８によって整合器７を介して誘導コイル４ａないし４ｄに高周波電力を供給する。
【００１８】
これにより、真空処理室１内に処理ガスのプラズマが生成される。誘導コイル４ａないし４ｄには図示を省略された制御装置により真空処理室１内のプラズマ分布に基づいてそれぞれに供給される電力を調整可能となっている。
【００１９】
誘導コイル４から放射される誘導磁場は、導体リング１２およびファラデーシールド６の作用を受け誘電体窓１ａを透過して真空処理室１内に伝播される。ファラデーシールド６が誘導コイル４による静電容量成分をカットすることは知られるところであるが、導体リング１２と電気的に接触させて構成することにより、プラズマの生成密度分布を調整することが可能となる。
【００２０】
すなわち、リング状の電気伝導体である導体リング１２が、誘導コイル４とファラデーシールド６との間にあるため、図２に示すように導体リング１２の円周上に、導体リング１２に沿って誘導コイル４から発生した誘導磁場を打ち消す方向の誘導電流１３ａが流れる。さらに、導体リング１２はファラデーシールド６と導通しているため、誘導電流１３ａと同様の誘導電流１３ｂがファラデーシールド６の各スリットの周りに流れる。このため、誘導コイル４から放射される誘導磁場を弱めたい位置に、誘導電流１３ａおよび誘導電流１３ｂが流れるように導体リング１２を配置することによりプラズマの発生密度分布を調整することができる。
【００２１】
ここで、図３および図５により導体リング１２が及ぼす作用について説明する。導体リング１２は前述のようにファラデーシールド６上に設けられ、誘導コイル４から導体リング１２の表面までの最短距離をＬｒとし、誘導コイル４から誘電体窓１ａの直下に生成されるプラズマ５までの最短距離をＬｐとすると、誘導磁場強度を弱めたい箇所では、Ｌｐ≧Ｌｒを満たす位置に導体リング１２を設置する。導体リング１２の位置を誘導コイル４に対してＬｐ≧Ｌｒを満たす位置にすることにより、誘導コイル４とプラズマ間の相互インダクタンスを局所的に変化させることができる。
【００２２】
距離Ｌｐ，Ｌｒの関係を以下、シミュレーション結果を用いて導体リング１２の設置位置と誘導磁場強度分布とによって説明する。図５は、誘導コイル４に１０Ａ／ｍの電流を一定に流したときに誘導コイル４から発生する誘導磁場分布を等高線で示した図である。図５の等高線は、色が薄い部分ほど誘導磁場強度が弱く（最も誘導磁場強度の弱い部分は、ハッチング表示）、逆に色が濃い部分ほど誘導磁場強度が強いことを示す。通常、誘導コイル４から発生した誘導磁場は、誘導コイル４から同心円状に広がりながら、誘電体窓１ａを透過し、真空処理室１内に到達する。ほぼ図５（ｃ）に示した誘導磁場強度の等高線に似た分布となる。
【００２３】
図５（ａ）に、導体リング１２がＬｐ＞Ｌｒを満たす位置に設置された場合のシミュレーション結果を示す。導体リング１２が設置された位置では、誘導コイル４から発生した誘導磁場が導体リング１２によって遮蔽され、導体リング１２の内側、すなわち、誘導コイル４が存在する側の誘導磁場だけが誘電体窓１ａ側に達する。これは、前述したとおり、導体リング１２がプラズマ生成面までの距離Ｌｐよりも誘導コイル４に近い距離Ｌｒで配置されているため、プラズマ生成に用いられる誘導磁場を、導体リング１２に発生する誘導電流の作用によって、導体リング１２近傍の領域の誘導磁場を弱めてしまうことによるものである。
【００２４】
図５（ｂ）に導体リング１２をＬｐ＝Ｌｒを満たす位置に設置した場合のシミュレーション結果を示す。また、図５（ｃ）に導体リング１２をＬｐ＜Ｌｒを満たす位置に設置した場合のシミュレーション結果を示す。図５（ｂ），図５（ｃ）においても、導体リング１２が設置された位置では、図５（ａ）と同様に誘導磁場を遮蔽するための誘導電流は発生する。しかしながら、図５（ｂ），図５（ｃ）に示すように誘導コイル４から導体リング１２を遠ざけるに従い、真空処理室１内に到達する誘導磁場の領域が広がっていることがわかる。
【００２５】
このことより、導体リング１２の取付け位置によって真空処理室１内に形成されるプラズマの生成密度分布が変化することがわかる。言い換えると、導体リング１２の位置を調整することによりプラズマの生成密度分布を調整することができる。また、導体リング１２の位置がＬｐ＜Ｌｒの関係にある場合は、誘導コイル４の最も外側の誘導コイル４ｄの位置にもよるが、本実施例のようにほぼ外側まである場合（処理室内径（直径Ｄ）−誘導コイル径（直径ｄ）の値が約２Ｌｐ以内の場合）には有効に作用しない。このため、誘導コイル４の位置はＬｐ≧Ｌｒを満たす位置に設置することが効果的であり、誘電体窓１ａ直下に生成されるプラズマの生成密度分布を調整可能となるので、このため、導体リング１２は、Ｌｐ≧Ｌｒを満たす位置に設置することが望ましい。
【００２６】
次に、上述の導体リング１２の作用を用いた本実施例のプラズマ偏芯位置補正について図６ないし図８により説明する。
【００２７】
図６は、誘導コイル４より発生する誘導磁場以外に他の磁場による影響がない場合のプラズマの拡散を示す。この場合は、誘電体窓１ａ直下に生成されたプラズマ５ａは、試料台３の下方にある同心の排気装置による流れに基づいて、真っ直ぐに試料２上に拡散し、プラズマの偏芯は見られない。これに対し、図７に示すように誘導コイル４による誘導磁場以外に外部磁場（ここでは、紙面に対して左から右方向の水平磁場Ｂ（以下、「外部ＤＣ磁場」という））がある場合には、その外部ＤＣ磁場の影響を受ける。
【００２８】
図７はこの場合のプラズマの拡散を示す。真空処理室１内の水平磁場Ｂが作用する領域の荷電粒子は、ローレンツ力により、水平磁場に対して螺旋運動を行う。このため、誘電体窓１ａ直下に生成されたプラズマ５ａは、水平磁場Ｂにより斜め方向（図面上、右下方向）に拡散する。そのため、試料２上に拡散したプラズマは試料２の中心から偏芯する。
【００２９】
図８は、図７に示す誘導コイル４の誘導磁場以外の外部ＤＣ磁場が作用する状態であって、本実施例の導体リング１２を有する場合のプラズマの拡散を示す。導体リング１２がない図７の場合には、水平磁場Ｂにより、試料２上に拡散したプラズマは、図面右側に偏芯をしている。これに対し、図８に示すように導体リング１２を図面中心軸より左側にずらして設置することによって、誘導コイル４の誘導磁場に対し導体リング１２に発生する周回電流（誘導電流１３ａ）の作用により、図面右側の誘導コイル４から発生する誘導磁場、すなわち、導体リング１２に近い領域での誘導コイル４からの誘導磁場が弱められる。このため、誘電体窓１ａ直下の図面右側には密度の小さいプラズマしか発生せず、実質的に誘電体窓１ａの中心に対して図面左側に偏芯した密度の高いプラズマが生成される。水平磁場Ｂの影響がある場合、誘電体窓１ａ直下のこの図面右側の密度が小さいプラズマの拡散は、密度が小さいプラズマの領域を徐々に図面右側に移動しながら試料２上まで拡散していく。これにより、試料２上では水平磁場が作用した場合でも、密度の高いプラズマの偏芯を相殺できる。
【００３０】
このように、誘導コイル４からの誘導磁場に対向して誘導電流が流れる手段（誘導磁場減衰手段）を設けることにより、誘導コイル４からの誘導磁場の強度を減衰させることができ、誘電体窓１ａに透過される誘導磁場の分布を調整することができる。誘導磁場減衰手段の設置は、誘電体窓１ａ上部に限られるものではなく、誘電体窓１ａ内に形成されても良く、誘電体窓１ａ下面に設けても良い。すなわち、誘導コイル４とプラズマ生成面までの間に配置されれば良い。
【００３１】
上述した図６ないし図８における作用をエッチングレートにより確認した結果を図９により説明する。エッチングレートの測定は、プラズマの偏芯が見られたφ２００mm用誘導結合プラズマエッチング装置を用い、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の薄膜試料を塩素系ガス（Ｃｌ2ガスとＢＣｌ3ガスの混合ガス）でエッチングし測定した。図９はそのときのエッチングレートの試料面内分布を示す。なお、エッチングレートの試料面内分布は、試料上の指定されたポイントを膜厚測定機を用いて処理前後で測定し、エッチングレートの試料面内分布を等高線で示したものである。この等高線は、色が薄い部分ほどエッチングレートが速く、逆に濃い部分はエッチングレートが遅いことを示す。また、本実施例による効果は、エッチングレートの試料面内各点の平均値，エッチングレートの試料面内均一性，偏芯率をそれぞれ算出して確認した。なお、偏芯率は、試料２上に拡散したプラズマの偏芯の度合いを表す指標であり、偏芯率が小さい値であるほど、偏芯していないことを示す。
【００３２】
まず、導体リング１２は適用せず、強制外部ＤＣ磁場も設けていないプラズマ処理装置では、図９（ａ）に示すように、エッチングレートの試料面内分布は図右下のレート速度が速い。これは、誘導磁場以外の何らかのＤＣ磁場（例えば、地磁気）の影響により、プラズマが右下に偏芯したためであると考えられる。次に、導体リング１２は適用せず、プラズマ処理装置の外周に磁石を設置した場合のエッチングレートの試料面内分布を図９（ｂ）に示す。図の左上および右下の箇所にそれぞれＳ極とＮ極の磁石（０.４ｍＴ）を設置して、エッチングレート測定を実施した結果、エッチングレートの速い箇所は右上に移動した。強制的に磁石を設置することにより、プラズマ中にＤＣ磁場が加えられたためである。また、上述した通り、あらゆる箇所に誘導磁場以外のＤＣ磁場が発生した場合でも、エッチングレートの試料面内分布の結果から試料２上に拡散したプラズマの偏芯位置を推定できる。
【００３３】
この結果から上記図９（ａ）の偏芯位置の推定結果を基に導体リング１２を設置することで、試料２上に拡散したプラズマの偏芯を改善可能である。次に、本実施例の導体リング１２を適用した場合のエッチングレートの試料面内分布の結果は、図９（ｃ）に示す。これによれば、試料２の全面でほぼ均等なエッチングレートの面内分布となり、偏芯率が図９（ａ）の８.６％から２.７％に改善された。この改善に伴ってエッチングレートの試料面内均一性も図９（ａ）の８.３％から５.８％へと改善することができた。
【００３４】
以上、本実施例によれば、導体リングを誘導コイルに対して、誘導コイルとプラズマ生成面までの距離より短い距離にある所定の位置にずらして設けることにより、誘電体窓１ａ直下の誘導磁場分布を調整して試料２上面での拡散プラズマの偏芯を補正し所望のエッチング性能を得ることができるという効果がある。すなわち、本実施例のプラズマ処理装置は、試料２上に拡散したプラズマの偏芯を補正するプラズマ５ｂを発生させることができるため、試料２上に拡散したプラズマの偏芯を改善できる（なお、上記の試料２上に拡散したプラズマの偏芯を補正したプラズマとは、斜めに拡散したときに試料２上のプラズマが偏芯しないように、予め上記偏芯分を補正できるようなプラズマのことである。）。
【００３５】
なお、上述の実施例では導体リング１２を誘導コイル４とファラデーシールド６の間のファラデーシールド６上に配置したが、必ずしも導体リング１２は誘導コイル４とファラデーシールド６の間に設置されている必要はなく、図１０（ａ）に示すように導体リング１２がファラデーシールド６と誘電体窓１ａの間に設置されても良い。また、本実施例では、導体リング１２をファラデーシールド６と導通させているが、通常、電流は閉回路に流れるため、誘導電流が流れるための閉回路を形成できるものと導通していれば良い。このため、例えば、処理容器１ｂ，整合器７のカバー等と導通させても良い。また、導体リング１２だけで閉回路を形成できれば、上述したものと導通させることは必須ではない。
【００３６】
さらに、ファラデーシールド６の作用を必要としない場合には、図１０（ｂ）に示すようにファラデーシールドをなくし、誘電体窓１ａの上面に導体リング１２を設置するだけでも良い。つまり、導体リング１２は、誘導コイル４と誘電体窓１ａの間に設置されていれば、誘導コイル４から発生する誘導磁場の分布を補正することができる。ここで、導体リング１２は誘導電流が流れるための閉回路を形成できれば、必ずしも接地された装置本体、例えば、処理容器１ｂと電気的に接続する必要はない。すなわち、電気的に浮遊状態でも良い。
【００３７】
また、導体リング１２の形状は、図２（図１１（ａ））に示した形状に限定されるものではなく、例えば、図１１（ｂ）に示すような櫛歯形状の導体リングでも良いし、楕円形のリング、円周上で幅の異なるリングでも良く、すなわち、所望の誘導磁場分布が得られる形状に変形させれば良い。また、本実施例の導体リング１２は、ファラデーシールド６と導通させているため、必ずしもリング状の形状でなくても良い。つまり、本発明の特徴は、誘導コイル４から発生する誘導磁場分布を、局所的に発生させる周回電流によって、局所的に補正することである。よって、ファラデーシールド６に接触させて設けるのであれば、図１１（ｃ）に示すようなリング状の導体リングを、例えば、４分の１に分割した円弧状の導体板であっても良い。
【００３８】
また、複数あるいは複種類の導体リングを同時に使用してもよい。また、導体リング１２は、プラズマ分布のあらゆる偏芯位置に対応できるように独立で配置できる。これにより、導体リングのみの設置が容易となり、プラズマ処理装置間の機差に応じた調整が可能となる。
【００３９】
さらに、本実施例ではファラデーシールド６と導体リング１２とを別々に設けているが、ファラデーシールドと導体リングの機能を合わせた一体のものとしても良い。例えば、図１２（ｅ）に示す放射状のスリットを有するファラデーシールドを図１２（ａ）ないし（ｄ）のように半径方向の長さを変えた変形スリットを形成し導体部の形状を変えたものでも良い。
【００４０】
図１２（ａ）は少なくとも一つのスリットを半径方向で分割し中間領域を導体としたファラデーシールド。図１２（ｂ）は任意の箇所に少なくとも一つのスリットを設けない形状のファラデーシールド。図１２（ｃ）は少なくとも一つのスリットの半径方向の長さを変え、中心側を短くして中心側の導体の領域を広げたファラデーシールド。図１２（ｄ）は図１２（ｃ）の逆で外側の導体の領域を広げたファラデーシールド。これら径方向の長さを変えた、言い換えると、スリットの任意の領域を塞いだファラデーシールドを誘導磁場分布に応じて適宜選択して用いることにより、複数のスリットと交わる方向に、導体板を配置したものと同等になり、誘導磁場分布を補正することができる。
【００４１】
図１３に、本実施例の誘導コイル４の給電端における誘導磁場分布の補正を可能とする一体型ファラデーシールドの取付け例を説明する。本実施例での誘導コイル４の給電端部は一部重なっているので、円周方向で最も誘導磁場の強度が強い箇所となる。ここで、弱い誘導磁場を強くすることはできないが、強い磁場強度を弱くすることは本実施例で述べた局所的な周回電流を形成させることにより可能となる。図１３に示すように誘導コイルの給電部に対向する箇所のスリットを塞ぐことにより、給電部の強い磁場強度を遮断し、誘導コイルの周方向のプラズマ不均一性を改善することができる。なお、本実施例では１周巻の誘導コイルを用いたが、複数巻の誘導コイルであっても良い。
【００４２】
以上、上述した通り、本実施例によれば、誘導コイルより発生する誘導磁場分布を補正することができるので、試料上面の拡散したプラズマの不均一、すなわち、誘導磁場以外のＤＣ磁場の影響またはプラズマ処理室内の排気偏芯による試料上に拡散したプラズマの偏芯、または誘導コイル給電部起因の誘導コイル周方向のプラズマ不均一等を改善できる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 真空処理室
１ａ 誘電体窓
１ｂ 処理容器
２ 試料
３ 試料台
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 誘導コイル
５ プラズマ
６ ファラデーシールド
７ 整合器
８ 第一の高周波電源
９ ガス供給装置
１０ 排気装置
１１ 第二の高周波電源
１２ 導体リング
１３ａ，１３ｂ 誘導電流
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置に係り、特に誘導結合型プラズマ源を用いた装置に好適なプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造分野においては、試料のエッチングや表面処理に誘導結合型（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）のプラズマ装置も利用されている。従来のＩＣＰプラズマ処理装置としては、特許文献１に記載のような、真空処理室の一部を構成するとともに処理ガスの吹き出し口を備えたガスリングと、ガスリングの上部を被って真空処理室を形成するベルジャと、ベルジャ上部に配置され、真空処理室内に高周波電界を供給してプラズマを生成するアンテナと、真空処理室内にウエハを載置する載置台と、アンテナとベルジャ間に配置されるとともに高周波バイアス電圧が付与されるファラデーシールドとを備えるＩＣＰプラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
このようなＩＣＰプラズマ処理装置では、特許文献２に記載のように、外部磁場の影響によるプラズマの不均一に対して、プラズマ処理室全体を磁性体で囲み、磁場の遮蔽を行うことによってプラズマの均一性を向上させる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５８３７３号公報
【特許文献２】特開２００４−２２９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、ＩＣＰプラズマ源を用いたプラズマ処理装置では、誘導コイルの電流分布が不均一になることは避けられず、誘導コイルの周方向に沿ってプラズマが不均一になることが知られている。これにより、ウエハ上に拡散したプラズマの中心軸が誘導コイルの中心軸とずれるというプラズマの偏芯を生じる。また、誘導コイルの給電部においても、誘導コイルの周方向のプラズマ分布が不均一になる。ウエハ上でのプラズマの偏芯は、プラズマ処理室内の排気偏芯によっても発生し得る。
【０００６】
また、発明者らも、ウエハ上に拡散したプラズマの分布に偏芯が発生することを実験的に確認した。実験では、磁場による偏芯を模擬し、プラズマ処理室の外側に約０.４ｍＴの磁石を設置してプラズマ処理を行った。この結果、磁石が持つ０.４ｍＴの微小な磁場によって、ウエハ上に拡散したプラズマの分布が大きく変動することが判明した。このことから、プラズマは、地磁気程度の微小な磁場であっても影響を受ける可能性があることがわかる。さらに、装置に搭載される真空圧力計やモーターの磁場によっても同様の現象が起きる可能性がある。上述のウエハ上に拡散したプラズマの偏芯は、プラズマ処理室内であって誘導コイル近傍に発生したプラズマがプラズマ処理室内下方に拡散する際に、微小な磁場の作用によって斜めに拡散し、ウエハ上でプラズマを偏芯させることがわかった。ウエハ上でプラズマが偏芯したままエッチングを行うと、エッチング処理の均一性やエッチング形状の垂直性等が悪化する。このため、現在、エッチング処理の高精度化や高速化の要求が高まっている中、安定したエッチング処理を行うには、磁場の影響は無視できないものとなってきた。
【０００７】
なお、上記特許文献２には磁場の影響を解決する手段を開示しているが、実用性の点で十分に配慮されているとは言えず、以下、三つの問題がある。一つは、性能上の問題である。プラズマ処理室には、被処理物の搬送口や処理ガスの排気口などの開口が必要であり、実質的に磁場を遮蔽することは不可能である。また、磁性体で囲うことによって、誘導コイルから発生する誘導磁場が磁性体内部で誘導損失を起こし、プラズマ生成能力が低下する。二つ目は、実装上の問題である。磁性体で覆うための大幅な設計変更が必要であり、組立時も重量物を扱う機会が増えるため、作業の危険度も増す。三つ目は、コスト上の問題である。プラズマ処理室全体を覆う磁性体が必要となり、莫大なコストがかかる。これら三つの問題は、量産装置にとって非常に深刻な問題となってしまう。
【０００８】
本発明の目的は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、誘導磁場分布を調整し試料上でのプラズマ分布を補正して、試料に対して均一なプラズマ処理を行うことのできるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、試料をプラズマ処理する真空処理室と、真空処理室の上面を形成する誘電体窓と、真空処理室内にガスを導入するガス導入手段と、真空処理室内に配置され前記試料を載置する試料台と、誘電体窓の上方に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、誘導コイルと前記誘電体窓との間に設置され、誘導電流を形成可能に電気的に一周つながるとともに誘導コイルに沿って少なくとも誘導コイルの円周方向の一部に併設された導体を有し、誘導コイルから導体の表面までの最短距離をＬｒとし、誘導コイルから誘電体窓直下のプラズマまでの最短距離をＬｐとし、誘導コイルからの誘導磁場強度を弱めたい箇所で、Ｌｐ≧Ｌｒの関係を満たす位置に導体を設置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、誘導コイルによる誘導磁場分布を調整することができるので、試料上のプラズマ分布を補正することができ、所望の処理性能を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２】図１をＡから見た平面図である。
【図３】図１をＢから見た誘導コイルの詳細を示す矢視図である。
【図４】図１のＣ部の詳細を示す縦断面図である。
【図５】導体リングの位置による誘導磁場分布を示すシミュレーション図である。
【図６】無磁場状態でのプラズマの拡散を示す図である。
【図７】誘導磁場以外の磁場がある場合のプラズマの拡散を示す図である。
【図８】図７に示す装置に導体リングを適用した場合のプラズマの拡散を示す図である。
【図９】エッチングレートの試料面内分布を示す図である。
【図１０】本発明のプラズマ処理装置における導体リングの取付け位置の他の実施例を示す断面図である。
【図１１】本発明のプラズマ処理装置における導体リングの形状の他の実施例を示す図である。
【図１２】本発明のプラズマ処理装置におけるファラデーシールドの形状の他に実施例を示す図である。
【図１３】本発明のプラズマ処理装置における誘導コイルとファラデーシールドとの組み合わせ例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のプラズマ処理装置の一実施例を図１ないし図９により説明する。
【００１３】
図１は誘導結合タイプのプラズマ処理装置の縦断面図を示す。円筒状の処理容器１ｂの上部開口部には内部を気密に保持可能な天板である誘電体窓１ａが取付けられ、真空処理室１を構成する。誘電体窓１ａは、電磁波を透過可能な絶縁材料、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミック等の非導電性材料から成る。真空処理室１の外側上面となる誘電体窓１ａの上方には誘導アンテナが配置されている。この場合、誘導アンテナは、図２に示すように内径の異なる１ターンから成る誘導コイル４ａないし４ｄが同芯上に配置されてなる。誘導コイル４ａないし４ｄはそれぞれに両端に給電端（電源が交流のため両側が給電端となる）を有し、一方の給電端を始点として１周より長く巻回され一部が重なりを有して他端に給電端を設けた形状となっている。これは、円周上にコイルの不連続部ができ誘導磁場が弱まるのを防止するためである。後ほど詳述するが、弱い誘導磁場は強くできないが、強い誘導磁場は干渉部材を設けることで調整可能なので、一部重なり部を設け誘導磁場が弱まるのを防いでいる。誘導コイル４は、重なり部での接触を防ぐために、図３に示すように給電端部の立ち上がりも含め絶縁材で被覆してある。誘導コイル４は整合器７を介して第一の高周波電源８に接続されている。第一の高周波電源８は、例えば、１３.５６ＭＨｚ又は２７.１２ＭＨｚの高周波電力を発生させる。
【００１４】
誘導コイル４と誘電体窓１ａとの間にはファラデーシールド６が配置される。この場合、ファラデーシールド６は誘電体窓１ａの上面に取付けてある。ファラデーシールド６は金属導体から成り、図２に示すように中央部と外周部とにおいてそれぞれに円周方向に繋がり、中央部と外周部との間の領域に放射状のスリットを有して形成されている。誘電体窓１ａとファラデーシールド６と誘導コイル４とは同芯上で且つ所定の間隔で平行に取付けられている。また、この場合、ファラデーシールド６の誘電体窓１ａ側の反対側であるファラデーシールド６の上面には、ファラデーシールド６の中心と位置をずらし偏芯させて、すなわち、誘導コイル４の中心に対し偏芯させた板状の導体リング１２が取付けてある。後述するが、導体リング１２は誘導コイル４に対し偏芯することで効果がある。
【００１５】
導体リング１２は、図２に示すリング状の形状で、例えば、アルミニウム，ステンレスのような導体から製作されている。この場合、導体リング１２の幅と厚さは、幅１０mm，厚さ５mmであるが、本発明の効果は、この寸法に限定されるものではない。導体リング１２は、図４に示すようにファラデーシールド６と電気的に導通するように接触させて設けられ、誘導コイル４から所定の間隔（Ｌｒ）を取って配置される。
【００１６】
誘電体窓１ａの真空処理室内側には図示を省略した処理ガスの供給路が形成されており、ガス供給装置９が接続してある。真空処理室１内には、試料台３が図示を省略した支持部材により処理容器１ｂに支持されて設置されている。試料台３の上面には試料載置面が形成され、図示を省略した搬送装置により試料２が配置され、試料２を静電吸着等により保持可能となっている。試料台３上面に配置された試料２には、試料の処理中にバイアス電圧を印加可能に第二の高周波電源１１が接続されている。第二の高周波電源１１は、例えば、８００ＫＨｚ又は４ＭＨｚの第一の高周波電源の周波数よりも低い周波数の高周波電力を発生させる。処理容器１ｂの下面には真空処理室１内を減圧排気する排気装置１０が取付けられている。
【００１７】
上述のように構成されたプラズマ処理装置では、まず排気装置１０によって真空処理室１内を減圧排気するとともにガス供給装置９によって流量制御された処理ガスを誘電体窓１ａを介して真空処理室１内に供給し、真空処理室１内を所定の圧力にする。次に第一の高周波電源８によって整合器７を介して誘導コイル４ａないし４ｄに高周波電力を供給する。
【００１８】
これにより、真空処理室１内に処理ガスのプラズマが生成される。誘導コイル４ａないし４ｄには図示を省略された制御装置により真空処理室１内のプラズマ分布に基づいてそれぞれに供給される電力を調整可能となっている。
【００１９】
誘導コイル４から放射される誘導磁場は、導体リング１２およびファラデーシールド６の作用を受け誘電体窓１ａを透過して真空処理室１内に伝播される。ファラデーシールド６が誘導コイル４による静電容量成分をカットすることは知られるところであるが、導体リング１２と電気的に接触させて構成することにより、プラズマの生成密度分布を調整することが可能となる。
【００２０】
すなわち、リング状の電気伝導体である導体リング１２が、誘導コイル４とファラデーシールド６との間にあるため、図２に示すように導体リング１２の円周上に、導体リング１２に沿って誘導コイル４から発生した誘導磁場を打ち消す方向の誘導電流１３ａが流れる。さらに、導体リング１２はファラデーシールド６と導通しているため、誘導電流１３ａと同様の誘導電流１３ｂがファラデーシールド６の各スリットの周りに流れる。このため、誘導コイル４から放射される誘導磁場を弱めたい位置に、誘導電流１３ａおよび誘導電流１３ｂが流れるように導体リング１２を配置することによりプラズマの発生密度分布を調整することができる。
【００２１】
ここで、図３および図５により導体リング１２が及ぼす作用について説明する。導体リング１２は前述のようにファラデーシールド６上に設けられ、誘導コイル４から導体リング１２の表面までの最短距離をＬｒとし、誘導コイル４から誘電体窓１ａの直下に生成されるプラズマ５までの最短距離をＬｐとすると、誘導磁場強度を弱めたい箇所では、Ｌｐ≧Ｌｒを満たす位置に導体リング１２を設置する。導体リング１２の位置を誘導コイル４に対してＬｐ≧Ｌｒを満たす位置にすることにより、誘導コイル４とプラズマ間の相互インダクタンスを局所的に変化させることができる。
【００２２】
距離Ｌｐ，Ｌｒの関係を以下、シミュレーション結果を用いて導体リング１２の設置位置と誘導磁場強度分布とによって説明する。図５は、誘導コイル４に１０Ａ／ｍの電流を一定に流したときに誘導コイル４から発生する誘導磁場分布を等高線で示した図である。図５の等高線は、色が薄い部分ほど誘導磁場強度が弱く（最も誘導磁場強度の弱い部分は、ハッチング表示）、逆に色が濃い部分ほど誘導磁場強度が強いことを示す。通常、誘導コイル４から発生した誘導磁場は、誘導コイル４から同心円状に広がりながら、誘電体窓１ａを透過し、真空処理室１内に到達する。ほぼ図５（ｃ）に示した誘導磁場強度の等高線に似た分布となる。
【００２３】
図５（ａ）に、導体リング１２がＬｐ＞Ｌｒを満たす位置に設置された場合のシミュレーション結果を示す。導体リング１２が設置された位置では、誘導コイル４から発生した誘導磁場が導体リング１２によって遮蔽され、導体リング１２の内側、すなわち、誘導コイル４が存在する側の誘導磁場だけが誘電体窓１ａ側に達する。これは、前述したとおり、導体リング１２がプラズマ生成面までの距離Ｌｐよりも誘導コイル４に近い距離Ｌｒで配置されているため、プラズマ生成に用いられる誘導磁場を、導体リング１２に発生する誘導電流の作用によって、導体リング１２近傍の領域の誘導磁場を弱めてしまうことによるものである。
【００２４】
図５（ｂ）に導体リング１２をＬｐ＝Ｌｒを満たす位置に設置した場合のシミュレーション結果を示す。また、図５（ｃ）に導体リング１２をＬｐ＜Ｌｒを満たす位置に設置した場合のシミュレーション結果を示す。図５（ｂ），図５（ｃ）においても、導体リング１２が設置された位置では、図５（ａ）と同様に誘導磁場を遮蔽するための誘導電流は発生する。しかしながら、図５（ｂ），図５（ｃ）に示すように誘導コイル４から導体リング１２を遠ざけるに従い、真空処理室１内に到達する誘導磁場の領域が広がっていることがわかる。
【００２５】
このことより、導体リング１２の取付け位置によって真空処理室１内に形成されるプラズマの生成密度分布が変化することがわかる。言い換えると、導体リング１２の位置を調整することによりプラズマの生成密度分布を調整することができる。また、導体リング１２の位置がＬｐ＜Ｌｒの関係にある場合は、誘導コイル４の最も外側の誘導コイル４ｄの位置にもよるが、本実施例のようにほぼ外側まである場合（処理室内径（直径Ｄ）−誘導コイル径（直径ｄ）の値が約２Ｌｐ以内の場合）には有効に作用しない。このため、誘導コイル４の位置はＬｐ≧Ｌｒを満たす位置に設置することが効果的であり、誘電体窓１ａ直下に生成されるプラズマの生成密度分布を調整可能となるので、このため、導体リング１２は、Ｌｐ≧Ｌｒを満たす位置に設置することが望ましい。
【００２６】
次に、上述の導体リング１２の作用を用いた本実施例のプラズマ偏芯位置補正について図６ないし図８により説明する。
【００２７】
図６は、誘導コイル４より発生する誘導磁場以外に他の磁場による影響がない場合のプラズマの拡散を示す。この場合は、誘電体窓１ａ直下に生成されたプラズマ５ａは、試料台３の下方にある同心の排気装置による流れに基づいて、真っ直ぐに試料２上に拡散し、プラズマの偏芯は見られない。これに対し、図７に示すように誘導コイル４による誘導磁場以外に外部磁場（ここでは、紙面に対して左から右方向の水平磁場Ｂ（以下、「外部ＤＣ磁場」という））がある場合には、その外部ＤＣ磁場の影響を受ける。
【００２８】
図７はこの場合のプラズマの拡散を示す。真空処理室１内の水平磁場Ｂが作用する領域の荷電粒子は、ローレンツ力により、水平磁場に対して螺旋運動を行う。このため、誘電体窓１ａ直下に生成されたプラズマ５ａは、水平磁場Ｂにより斜め方向（図面上、右下方向）に拡散する。そのため、試料２上に拡散したプラズマは試料２の中心から偏芯する。
【００２９】
図８は、図７に示す誘導コイル４の誘導磁場以外の外部ＤＣ磁場が作用する状態であって、本実施例の導体リング１２を有する場合のプラズマの拡散を示す。導体リング１２がない図７の場合には、水平磁場Ｂにより、試料２上に拡散したプラズマは、図面右側に偏芯をしている。これに対し、図８に示すように導体リング１２を図面中心軸より左側にずらして設置することによって、誘導コイル４の誘導磁場に対し導体リング１２に発生する周回電流（誘導電流１３ａ）の作用により、図面右側の誘導コイル４から発生する誘導磁場、すなわち、導体リング１２に近い領域での誘導コイル４からの誘導磁場が弱められる。このため、誘電体窓１ａ直下の図面右側には密度の小さいプラズマしか発生せず、実質的に誘電体窓１ａの中心に対して図面左側に偏芯した密度の高いプラズマが生成される。水平磁場Ｂの影響がある場合、誘電体窓１ａ直下のこの図面右側の密度が小さいプラズマの拡散は、密度が小さいプラズマの領域を徐々に図面右側に移動しながら試料２上まで拡散していく。これにより、試料２上では水平磁場が作用した場合でも、密度の高いプラズマの偏芯を相殺できる。
【００３０】
このように、誘導コイル４からの誘導磁場に対向して誘導電流が流れる手段（誘導磁場減衰手段）を設けることにより、誘導コイル４からの誘導磁場の強度を減衰させることができ、誘電体窓１ａに透過される誘導磁場の分布を調整することができる。誘導磁場減衰手段の設置は、誘電体窓１ａ上部に限られるものではなく、誘電体窓１ａ内に形成されても良く、誘電体窓１ａ下面に設けても良い。すなわち、誘導コイル４とプラズマ生成面までの間に配置されれば良い。
【００３１】
上述した図６ないし図８における作用をエッチングレートにより確認した結果を図９により説明する。エッチングレートの測定は、プラズマの偏芯が見られたφ２００mm用誘導結合プラズマエッチング装置を用い、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の薄膜試料を塩素系ガス（Ｃｌ2ガスとＢＣｌ3ガスの混合ガス）でエッチングし測定した。図９はそのときのエッチングレートの試料面内分布を示す。なお、エッチングレートの試料面内分布は、試料上の指定されたポイントを膜厚測定機を用いて処理前後で測定し、エッチングレートの試料面内分布を等高線で示したものである。この等高線は、色が薄い部分ほどエッチングレートが速く、逆に濃い部分はエッチングレートが遅いことを示す。また、本実施例による効果は、エッチングレートの試料面内各点の平均値，エッチングレートの試料面内均一性，偏芯率をそれぞれ算出して確認した。なお、偏芯率は、試料２上に拡散したプラズマの偏芯の度合いを表す指標であり、偏芯率が小さい値であるほど、偏芯していないことを示す。
【００３２】
まず、導体リング１２は適用せず、強制外部ＤＣ磁場も設けていないプラズマ処理装置では、図９（ａ）に示すように、エッチングレートの試料面内分布は図右下のレート速度が速い。これは、誘導磁場以外の何らかのＤＣ磁場（例えば、地磁気）の影響により、プラズマが右下に偏芯したためであると考えられる。次に、導体リング１２は適用せず、プラズマ処理装置の外周に磁石を設置した場合のエッチングレートの試料面内分布を図９（ｂ）に示す。図の左上および右下の箇所にそれぞれＳ極とＮ極の磁石（０.４ｍＴ）を設置して、エッチングレート測定を実施した結果、エッチングレートの速い箇所は右上に移動した。強制的に磁石を設置することにより、プラズマ中にＤＣ磁場が加えられたためである。また、上述した通り、あらゆる箇所に誘導磁場以外のＤＣ磁場が発生した場合でも、エッチングレートの試料面内分布の結果から試料２上に拡散したプラズマの偏芯位置を推定できる。
【００３３】
この結果から上記図９（ａ）の偏芯位置の推定結果を基に導体リング１２を設置することで、試料２上に拡散したプラズマの偏芯を改善可能である。次に、本実施例の導体リング１２を適用した場合のエッチングレートの試料面内分布の結果は、図９（ｃ）に示す。これによれば、試料２の全面でほぼ均等なエッチングレートの面内分布となり、偏芯率が図９（ａ）の８.６％から２.７％に改善された。この改善に伴ってエッチングレートの試料面内均一性も図９（ａ）の８.３％から５.８％へと改善することができた。
【００３４】
以上、本実施例によれば、導体リングを誘導コイルに対して、誘導コイルとプラズマ生成面までの距離より短い距離にある所定の位置にずらして設けることにより、誘電体窓１ａ直下の誘導磁場分布を調整して試料２上面での拡散プラズマの偏芯を補正し所望のエッチング性能を得ることができるという効果がある。すなわち、本実施例のプラズマ処理装置は、試料２上に拡散したプラズマの偏芯を補正するプラズマ５ｂを発生させることができるため、試料２上に拡散したプラズマの偏芯を改善できる（なお、上記の試料２上に拡散したプラズマの偏芯を補正したプラズマとは、斜めに拡散したときに試料２上のプラズマが偏芯しないように、予め上記偏芯分を補正できるようなプラズマのことである。）。
【００３５】
なお、上述の実施例では導体リング１２を誘導コイル４とファラデーシールド６の間のファラデーシールド６上に配置したが、必ずしも導体リング１２は誘導コイル４とファラデーシールド６の間に設置されている必要はなく、図１０（ａ）に示すように導体リング１２がファラデーシールド６と誘電体窓１ａの間に設置されても良い。また、本実施例では、導体リング１２をファラデーシールド６と導通させているが、通常、電流は閉回路に流れるため、誘導電流が流れるための閉回路を形成できるものと導通していれば良い。このため、例えば、処理容器１ｂ，整合器７のカバー等と導通させても良い。また、導体リング１２だけで閉回路を形成できれば、上述したものと導通させることは必須ではない。
【００３６】
さらに、ファラデーシールド６の作用を必要としない場合には、図１０（ｂ）に示すようにファラデーシールドをなくし、誘電体窓１ａの上面に導体リング１２を設置するだけでも良い。つまり、導体リング１２は、誘導コイル４と誘電体窓１ａの間に設置されていれば、誘導コイル４から発生する誘導磁場の分布を補正することができる。ここで、導体リング１２は誘導電流が流れるための閉回路を形成できれば、必ずしも接地された装置本体、例えば、処理容器１ｂと電気的に接続する必要はない。すなわち、電気的に浮遊状態でも良い。
【００３７】
また、導体リング１２の形状は、図２（図１１（ａ））に示した形状に限定されるものではなく、例えば、図１１（ｂ）に示すような櫛歯形状の導体リングでも良いし、楕円形のリング、円周上で幅の異なるリングでも良く、すなわち、所望の誘導磁場分布が得られる形状に変形させれば良い。また、本実施例の導体リング１２は、ファラデーシールド６と導通させているため、必ずしもリング状の形状でなくても良い。つまり、本発明の特徴は、誘導コイル４から発生する誘導磁場分布を、局所的に発生させる周回電流によって、局所的に補正することである。よって、ファラデーシールド６に接触させて設けるのであれば、図１１（ｃ）に示すようなリング状の導体リングを、例えば、４分の１に分割した円弧状の導体板であっても良い。
【００３８】
また、複数あるいは複種類の導体リングを同時に使用してもよい。また、導体リング１２は、プラズマ分布のあらゆる偏芯位置に対応できるように独立で配置できる。これにより、導体リングのみの設置が容易となり、プラズマ処理装置間の機差に応じた調整が可能となる。
【００３９】
さらに、本実施例ではファラデーシールド６と導体リング１２とを別々に設けているが、ファラデーシールドと導体リングの機能を合わせた一体のものとしても良い。例えば、図１２（ｅ）に示す放射状のスリットを有するファラデーシールドを図１２（ａ）ないし（ｄ）のように半径方向の長さを変えた変形スリットを形成し導体部の形状を変えたものでも良い。
【００４０】
図１２（ａ）は少なくとも一つのスリットを半径方向で分割し中間領域を導体としたファラデーシールド。図１２（ｂ）は任意の箇所に少なくとも一つのスリットを設けない形状のファラデーシールド。図１２（ｃ）は少なくとも一つのスリットの半径方向の長さを変え、中心側を短くして中心側の導体の領域を広げたファラデーシールド。図１２（ｄ）は図１２（ｃ）の逆で外側の導体の領域を広げたファラデーシールド。これら径方向の長さを変えた、言い換えると、スリットの任意の領域を塞いだファラデーシールドを誘導磁場分布に応じて適宜選択して用いることにより、複数のスリットと交わる方向に、導体板を配置したものと同等になり、誘導磁場分布を補正することができる。
【００４１】
図１３に、本実施例の誘導コイル４の給電端における誘導磁場分布の補正を可能とする一体型ファラデーシールドの取付け例を説明する。本実施例での誘導コイル４の給電端部は一部重なっているので、円周方向で最も誘導磁場の強度が強い箇所となる。ここで、弱い誘導磁場を強くすることはできないが、強い磁場強度を弱くすることは本実施例で述べた局所的な周回電流を形成させることにより可能となる。図１３に示すように誘導コイルの給電部に対向する箇所のスリットを塞ぐことにより、給電部の強い磁場強度を遮断し、誘導コイルの周方向のプラズマ不均一性を改善することができる。なお、本実施例では１周巻の誘導コイルを用いたが、複数巻の誘導コイルであっても良い。
【００４２】
以上、上述した通り、本実施例によれば、誘導コイルより発生する誘導磁場分布を補正することができるので、試料上面の拡散したプラズマの不均一、すなわち、誘導磁場以外のＤＣ磁場の影響またはプラズマ処理室内の排気偏芯による試料上に拡散したプラズマの偏芯、または誘導コイル給電部起因の誘導コイル周方向のプラズマ不均一等を改善できる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 真空処理室
１ａ 誘電体窓
１ｂ 処理容器
２ 試料
３ 試料台
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 誘導コイル
５ プラズマ
６ ファラデーシールド
７ 整合器
８ 第一の高周波電源
９ ガス供給装置
１０ 排気装置
１１ 第二の高周波電源
１２ 導体リング
１３ａ，１３ｂ 誘導電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料をプラズマ処理する真空処理室と、前記真空処理室の上面を形成する誘電体窓と、前記真空処理室内にガスを導入するガス導入手段と、前記真空処理室内に配置され前記試料を載置する試料台と、前記誘電体窓の上方に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、
前記誘導コイルと前記誘電体窓との間に設置され、誘導電流を形成可能に電気的に一周つながるとともに前記誘導コイルに沿って少なくとも前記誘導コイルの円周方向の一部に併設された導体を有し、前記誘導コイルから前記導体の表面までの最短距離をＬｒとし、前記誘導コイルから前記誘電体窓直下のプラズマまでの最短距離をＬｐとし、前記誘導コイルからの誘導磁場強度を弱めたい箇所で、Ｌｐ≧Ｌｒの関係を満たす位置に前記導体を設置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記導体はリング状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記リング状の導体は誘導コイルの中心に対して偏芯させて設けることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記導体はファラデーシールドに電気的に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記導体は放射状のスリットを有するファラデーシールドの一部のスリットの形状を変えて形成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記誘導コイルは、１周巻回されたコイルであり給電端が重なりを有する円形コイルであって、前記導体が前記誘導コイルの給電端の下方に位置することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
電磁波を透過可能な絶縁材でなる天板を有する真空容器と、前記天板に対向して配置された誘導アンテナとを有し、前記誘導アンテナからの誘導磁場を用いて前記真空容器内にプラズマが生成されるプラズマ処理装置において、前記天板の投下面内の任意の位置に配置され、前記誘導アンテナと前記天板直下のプラズマ面までの間に誘導磁場の一部を打ち消す誘導磁場減衰手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１】
試料をプラズマ処理する真空処理室と、前記真空処理室の上面を形成する誘電体窓と、前記真空処理室内にガスを導入するガス導入手段と、前記真空処理室内に配置され前記試料を載置する試料台と、前記誘電体窓の上方に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、
前記誘導コイルと前記誘電体窓との間に設置され、誘導電流を形成可能に電気的に一周つながるとともに前記誘導コイルに沿って少なくとも前記誘導コイルの円周方向の一部に併設された導体を有し、前記誘導コイルから前記導体の表面までの最短距離をＬｒとし、前記誘導コイルから前記誘電体窓直下のプラズマまでの最短距離をＬｐとし、前記誘導コイルからの誘導磁場強度を弱めたい箇所で、Ｌｐ≧Ｌｒの関係を満たす位置に前記導体を設置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記導体はリング状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記リング状の導体は誘導コイルの中心に対して偏芯させて設けることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記導体はファラデーシールドに電気的に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記導体は放射状のスリットを有するファラデーシールドの一部のスリットの形状を変えて形成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記誘導コイルは、１周巻回されたコイルであり給電端が重なりを有する円形コイルであって、前記導体が前記誘導コイルの給電端の下方に位置することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
電磁波を透過可能な絶縁材でなる天板を有する真空容器と、前記天板に対向して配置された誘導アンテナとを有し、前記誘導アンテナからの誘導磁場を用いて前記真空容器内にプラズマが生成されるプラズマ処理装置において、前記天板の投下面内の任意の位置に配置され、前記誘導アンテナと前記天板直下のプラズマ面までの間に誘導磁場の一部を打ち消す誘導磁場減衰手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２７３９８（Ｐ２０１２−２２７３９８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４６０１（Ｐ２０１１−９４６０１）
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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