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JP5694721B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特に誘導結合型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造におけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等のプロセスでは、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマがよく利用されている。従来より、この種のプラズマ処理には、ＭＨｚ領域の高周波放電によるプラズマが多く用いられている。高周波放電によるプラズマは、より具体的（装置的）なプラズマ生成法として、容量結合型プラズマと誘導結合型プラズマとに大別される。
一般に、誘導結合型のプラズマ処理装置は、処理容器の壁部の少なくとも一部（たとえば天井）を誘電体の窓で構成し、その誘電体窓の外に設けたコイル状のＲＦアンテナに高周波電力を供給する。処理容器は減圧可能な真空チャンバとして構成されており、チャンバ内の中央部に被処理基板（たとえば半導体ウエハ、ガラス基板等）が配置され、誘電体窓と基板との間に設定される処理空間に処理ガスが導入される。ＲＦアンテナに流れるＲＦ電流によって、磁力線が誘電体窓を貫通してチャンバ内の処理空間を通過するようなＲＦ磁界がＲＦアンテナの周りに発生し、このＲＦ磁界の時間的な変化によって処理空間内で方位角方向に誘導電界が発生する。そして、この誘導電界によって方位角方向に加速された電子が処理ガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。
チャンバ内に大きな処理空間が設けられることによって、上記ドーナツ状のプラズマは効率よく四方（特に半径方向）に拡散し、基板上ではプラズマの密度がかなり均される。しかしながら、通常のＲＦアンテナを用いるだけでは、基板上に得られるプラズマ密度の均一性は大抵のプラズマプロセスにおいて不十分である。誘導結合型のプラズマ処理装置においても、基板上のプラズマ密度の均一性を向上させることは、プラズマプロセスの均一性・再現性ひいては製造歩留まりを左右することから、最重要課題の一つとなっており、これまでにもこの関係の技術が幾つか提案されている。
従来の代表的なプラズマ密度均一化の技術は、ＲＦアンテナを複数のセグメントに分割するものである。このＲＦアンテナ分割方式には、各々のアンテナ・セグメントに個別の高周波電力を供給する第１の方式（たとえば特許文献１）と、各々のアンテナ・セグメントのインピーダンスをコンデンサ等の付加回路で可変して１つの高周波電源より全部のアンテナ・セグメントにそれぞれ分配されるＲＦ電力の分割比を制御する第２の方式（たとえば特許文献２）とがある。
また、単一のＲＦアンテナを使用し、このＲＦアンテナの近くに受動アンテナを配置する技法（特許文献３）も知られている。この受動アンテナは、高周波電源から高周波電力の供給を受けない独立したコイルとして構成され、ＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に対して、受動アンテナのループ内の磁界強度を減少させると同時に受動アンテナのループ外近傍の磁界強度を増加させるように振る舞う。それによって、チャンバ内のプラズマ発生領域中のＲＦ電磁界の半径方向分布が変更されるようになっている。
米国特許第５４０１３５０号 米国特許第５９０７２２１号 特表２００５−５３４１５０
しかしながら、上記のようなＲＦアンテナ分割方式のうち、上記第１の方式は、複数の高周波電源のみならず同数の整合器を必要とし、高周波給電部の煩雑化と著しいコスト高が大きなネックになっている。また、上記第２の方式は、各アンテナ・セグメントのインピーダンスには他のアンテナ・セグメントだけでなくプラズマのインピーダンスも影響するため、付加回路だけで分割比を任意に決めることができず、制御性に難があり、あまり用いられていない。
また、上記特許文献３に開示されるような受動アンテナを用いる従来方式は、受動アンテナの存在によってＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に影響を与え、それによってチャンバ内のプラズマ発生領域中のＲＦ電磁界の半径方向分布を変更できることを教示しているが、受動アンテナの作用に関する考察・検証が不十分であり、受動アンテナを用いてプラズマ密度分布を自在かつ高精度に制御するための具体的な装置構成をイメージできてない。
今日のプラズマプロセスは、基板の大面積化とデバイスの微細化に伴って、より低圧で高密度かつ大口径のプラズマを必要としており、基板上のプロセスの均一性は以前にも増して困難な課題になっている。
この点、誘導結合型のプラズマ処理装置は、ＲＦアンテナに近接する誘電体窓の内側でプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを基板に向けて四方に拡散させるようにしているが、チャンバ内の圧力によってプラズマの拡散する形態が変化し、基板上のプラズマ密度分布が変わりやすい。したがって、プロセスレシピで圧力が変更されても、それに追従して基板上のプラズマ密度の均一性を保てるように、ＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に補正をかけることができなければ、今日のプラズマ処理装置に要求される多様かつ高度なプロセス性能を適えることはできない。
本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、プラズマ生成用のＲＦアンテナや高周波給電系統に特別な細工を必要とせずに、簡易な補正コイルを用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる誘導結合型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。
本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、前記ＲＦアンテナに対して前記補正コイルを平行に保ちつつ、前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間の距離間隔を可変制御するアンテナ−コイル間隔制御部とを有し、前記補正コイルは、両端の閉じた単巻コイルまたは複巻コイルからなり、前記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体が前記ＲＦアンテナの内周と外周との間に位置するようなコイル径を有する。
また、本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、前記ＲＦアンテナに対して前記補正コイルを平行に保ちつつ、前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間の距離間隔を可変制御するアンテナ−コイル間隔制御部とを有し、前記補正コイルは、両端の開放した単巻コイルまたは複巻コイルからなり、前記補正コイルの両開放端の間にコンデンサが設けられている。
上記第１または第２の観点によるプラズマ処理装置においては、上記のような構成により、特に上記補正コイルと上記アンテナ−コイル間隔制御部とを備える構成により、高周波給電部よりＲＦアンテナに高周波電力を供給したときに、ＲＦアンテナを流れる高周波電流によってアンテナ導体の周りに発生するＲＦ磁界に対する補正コイルの作用（コイル導体と重なる位置辺りで誘導結合により生成されるコアなプラズマの密度を局所的に低減させる作用効果）を定型的かつ安定に得ることが可能であり、しかもそのような補正コイル効果（コアなプラズマの密度を局所的に低減させる効果）の度合いを略リニアに制御することもできる。これによって、基板保持部上の基板の近傍でプラズマ密度分布を任意かつ精細に制御することが可能であり、プラズマプロセスの均一性の向上も容易に達成できる。
さらに、上記第１の観点のプラズマ処理装置においては、補正コイルをＲＦアンテナに対して同軸に配置し、径方向においてＲＦアンテナの内周と外周との間に補正コイルのコイル導体が位置する条件の下で、補正コイルの高さ位置を可変制御することにより、プラズマ密度分布制御の自由度および精度を大きく向上させることができる。また、上記第２の観点のプラズマ処理装置においては、コンデンサ付きの補正コイルの高さ位置を可変制御することにより、プラズマ密度分布制御の自由度および精度を一層大きく向上させることができる。
本発明の第３の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間で相対的な昇降移動、平行姿勢、傾斜姿勢または周期的起伏運動を行わせるハンドリング機構とを有し、前記補正コイルは、両端の閉じた単巻コイルまたは複巻コイルからなり、前記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体が前記ＲＦアンテナの内周と外周との間に位置するようなコイル径を有する。
また、本発明の第４の観点におけるプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間で相対的な昇降移動、平行姿勢、傾斜姿勢または周期的起伏運動を行わせるハンドリング機構とを有し、前記補正コイルは、両端の開放した単巻コイルまたは複巻コイルからなり、前記補正コイルの両開放端の間にコンデンサが設けられている。
上記第３または第４の観点によるプラズマ処理装置においては、上記のような構成により、特にＲＦアンテナと補正コイルとの間で相対的な昇降移動、平行姿勢、傾斜姿勢または周期的起伏運動を行わせる構成により、上記第１または第２の観点によるプラズマ処理装置と同様の作用効果が得られるだけでなく、補正コイル効果（コアなプラズマの密度を局所的に低減させる効果）の度合いあるいは基板近傍のプラズマ密度分布を方位角方向において一層容易かつ精細に均一化し、あるいは任意に制御することができる。
本発明のプラズマ処理方法は、天井に誘電体窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と有するプラズマ処理装置において前記基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記処理容器の外に前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な補正コイルを前記ＲＦアンテナと平行に配置し、前記ＲＦアンテナに対して前記補正コイルを平行に保ちつつ、１枚の被処理基板に対するプラズマ処理の中で、プロセス条件の変更、変化または切り換えに応じて、前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間の距離間隔を可変制御して、前記基板上のプラズマ密度分布を制御する。
本発明のプラズマ処理方法においては、上記のような技法により、特に処理容器の外にＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な補正コイルをＲＦアンテナと平行に配置し、ＲＦアンテナに対して補正コイルを平行に保ちつつ、１枚の被処理基板に対するプラズマ処理の中で、プロセス条件の変更、変化または切り換えに応じて、前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間の距離間隔を可変制御することにより、高周波給電部よりＲＦアンテナに高周波電力を供給したときに、ＲＦアンテナを流れる高周波電流によってアンテナ導体の周りに発生するＲＦ磁界に対する補正コイルの作用（コイル導体と重なる位置辺りで誘導結合により生成されるコアなプラズマの密度を局所的に低減させる作用効果）を定型的かつ安定に得ることが可能であり、しかもそのような補正コイル効果（コアなプラズマの密度を局所的に低減させる効果）の度合いを略リニアに制御することもできる。これによって、基板保持部上の基板の近傍でプラズマ密度分布を任意かつ精細に制御することが可能であり、プラズマプロセスの均一性の向上も容易に達成できる。
本発明のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によれば、上記のような構成および作用により、プラズマ生成用のＲＦアンテナや高周波給電部に特別な細工を必要とせずに、簡易な補正コイルを用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる。
本発明の第１の実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。 スパイラルコイル状のＲＦアンテナの一例を示す斜視図である。 同心円コイル状のＲＦアンテナの一例を示す斜視図である。 補正コイルをＲＦアンテナから遠く離して配置したときの電磁界的な作用の一例を模式的に示す図である。 補正コイルをＲＦアンテナの近くに配置したときの電磁界的な作用の一例を模式的に示す図である。 補正コイルをＲＦアンテナから遠く離して配置したときの電磁界的な作用の別の例を模式的に示す図である。 補正コイルをＲＦアンテナの近くに配置したときの電磁界的な作用の別の例を模式的に示す図である。 補正コイルとＲＦアンテナの距離間隔を変えたときの誘電体窓の近くの処理空間における電流密度分布の変化を示す図である。 多層レジスト法の工程を段階的に示す図である。 多層レジスト法によるマルチステップのエッチングプロセスにおいて補正コイルの高さ位置を可変制御する方法を示す図である。 プラズマ着火性を考慮して補正コイルの高さ位置を可変制御する方法を示す図である。 第２の実施形態における固定コンデンサ付き補正コイルの構成およびＲＦアンテナとの配置関係とを模式的に示す斜視図である。 固定コンデンサ付き補正コイルの高さ位置に依存して誘導結合プラズマ内の半径方向の電流密度分布が変化する様子を示す図である。 第２の実施形態における可変コンデンサ付き補正コイルの構成およびＲＦアンテナとの配置関係とを模式的に示す斜視図である。 コンデンサ付き補正コイルの一構成例を示す図である。 補正コイルにコンデンサを一体に作り込む一構成例を示す斜視図である。 一構成例における補正コイルの巻線構造を示す平面図である。 補正コイルを回転移動または回転変位させる機構を備える一実施例の装置構成を示す縦断面図である。 図１５のコイル回転機構により補正コイルが回転移動または回転変位する様子を示す斜視図である。 図１５のコイル回転機構により補正コイルが回転移動または回転変位する様子を示す斜視図である。 補正コイルを空冷放式で冷却する実施例を示す図である。 補正コイルを冷媒を介して冷却する一実施例を示す図である。 補正コイルに昇降移動、水平姿勢、任意の傾斜姿勢または周期的起伏運動を行わせるためのコイルハンドリング機構の構成を示す断面図である。 上記コイルハンドリング機構の取付構成を示す上面図である。 ３相の電導アクチエータによって補正コイルに周期的起伏運動を行わせる場合の位相−振幅の特性を表わす図である。 周期的起伏運動における各位相での補正コイルの姿勢を示す斜視図である。 周期的起伏運動における各位相での補正コイルの姿勢を示す斜視図である。
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
［実施形態１］
図１〜図８につき、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１に、第１の実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置の構成を示す。この誘導結合型プラズマ処理装置は、平面コイル形のＲＦアンテナを用いるプラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は、保安接地されている。
先ず、この誘導結合型プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係しない各部の構成を説明する。
チャンバ１０内の下部中央には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が高周波電極を兼ねる基板保持台として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部１４に支持されている。
絶縁性筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の上部または入口に環状のバッフル板２０が取り付けられるとともに、底部に排気ポート２２が設けられている。チャンバ１０内のガスの流れをサセプタ１２上の半導体ウエハＷに対して軸対象に均一にするためには、排気ポート２２を円周方向に等間隔で複数設ける構成が好ましい。
各排気ポート２２には排気管２４を介して排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁の外には、半導体ウエハＷの搬入出口２７を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。
サセプタ１２には、ＲＦバイアス用の高周波電源３０が整合器３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。この高周波電源３０は、半導体ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定周波数（１３．５６ＭＨｚ以下）の高周波ＲＦLを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器３２は、高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（主にサセプタ、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。その整合回路の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
サセプタ１２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック３６が設けられ、静電チャック３６の半径方向外側に半導体ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリング３８が設けられる。静電チャック３６は導電膜からなる電極３６ａを一対の絶縁膜３６ｂ，３６ｃの間に挟み込んだものであり、電極３６ａには高圧の直流電源４０がスイッチ４２および被覆線４３を介して電気的に接続されている。直流電源４０より印加される高圧の直流電圧により、静電力で半導体ウエハＷを静電チャック３６上に吸着保持することができる。
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室または冷媒流路４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット（図示せず）より配管４６，４８を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水ｃｗが循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック３６上の半導体ウエハＷの処理中の温度を制御できる。これと関連して、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５０を介して静電チャック３６の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハＷのローディング／アンローディングのためにサセプタ１２を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構（図示せず）等も設けられている。
次に、この誘導結合型プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。
チャンバ１０の天井には、サセプタ１２から比較的大きな距離間隔を隔てて、たとえば石英板からなる円形の誘電体窓５２が気密に取り付けられている。この誘電体窓５２の上には、通常はチャンバ１０またはサセプタ１２と同軸に、コイル状のＲＦアンテナ５４が水平に配置されている。このＲＦアンテナ５４は、好ましくは、たとえばスパイラルコイル（図２Ａ）または各一周内で半径一定の同心円コイル（図２Ｂ）の形体を有しており、絶縁体からなるアンテナ固定部材（図示せず）によって誘電体窓５２の上に固定されている。
ＲＦアンテナ５４の一端には、プラズマ生成用の高周波電源５６の出力端子が整合器５８および給電線６０を介して電気的に接続されている。ＲＦアンテナ５４の他端は、図示省略するが、アース線を介して電気的にグランド電位に接続されている。
高周波電源５６は、高周波放電によるプラズマの生成に適した一定周波数（１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波ＲＦHを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器５８は、高周波電源５６側のインピーダンスと負荷（主にＲＦアンテナ、プラズマ、補正コイル）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。
チャンバ１０内の処理空間に処理ガスを供給するための処理ガス供給部は、誘電体窓５２より幾らか低い位置でチャンバ１０の側壁の内部（または外）に設けられる環状のマニホールドまたはバッファ部６２と、円周方向に等間隔でバッファ部６２からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス吐出孔６４と、処理ガス供給源６６からバッファ部６２まで延びるガス供給管６８とを有している。処理ガス供給源６６は、流量制御器および開閉弁（図示せず）を含んでいる。
この誘導結合型プラズマエッチング装置は、チャンバ１０内の処理空間に生成される誘導結合プラズマの密度分布を径方向で可変制御するために、チャンバ１０の天板つまり誘電体窓５４の上に設けられた大気圧空間のアンテナ室内に、ＲＦアンテナ５４と電磁誘導により結合可能な補正コイル７０と、この補正コイル７０をＲＦアンテナ５４に対して平行に（つまり水平に）保ちつつ、ＲＦアンテナ５４と補正コイル７０との間の距離間隔を可変制御するためのアンテナ−コイル間隔制御部７２とを備えている。補正コイル７０およびアンテナ−コイル間隔制御部７２の詳細な構成および作用は後に説明する。
主制御部７４は、たとえばマイクロコンピュータを含み、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２６、高周波電源３０，５６、整合器３２，５８、静電チャック用のスイッチ４２、処理ガス供給源６６、アンテナ−コイル間隔制御部７２、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。
この誘導結合型プラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３６の上に載置する。そして、ゲートバルブ２８を閉めてから、処理ガス供給源６６よりガス供給管６８、バッファ部６２および側壁ガス吐出孔６４を介してエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源５６をオンにしてプラズマ生成用の高周波ＲＦHを所定のＲＦパワーで出力させ、整合器５８，給電線６０を介してＲＦアンテナ５４に高周波ＲＦHの電流を供給する。一方、高周波電源３０をオンにしてイオン引き込み制御用の高周波ＲＦLを所定のＲＦパワーで出力させ、この高周波ＲＦLを整合器３２および給電棒３４を介してサセプタ１２に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック３６と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、スイッチ４２をオンにして静電チャック３６の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。
側壁ガス吐出孔６４より吐出されたエッチングガスは、誘電体窓５２の下の処理空間に均一に拡散する。ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦHの電流によって、磁力線が誘電体窓５２を貫通してチャンバ内のプラズマ生成空間を通過するようなＲＦ磁界がＲＦアンテナ５４の周りに発生し、このＲＦ磁界の時間的な変化によって処理空間の方位角方向にＲＦ誘導電界が発生する。そして、この誘導電界によって方位角方向に加速された電子がエッチングガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。このドーナツ状プラズマのラジカルやイオンは広い処理空間で四方に拡散し、ラジカルは等方的に降り注ぐようにして、イオンは直流バイアスに引っぱられるようにして、半導体ウエハＷの上面（被処理面）に供給される。こうしてウエハＷの被処理面にプラズマの活性種が化学反応と物理反応をもたらし、被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。
このプラズマエッチング装置は、上記のようにＲＦアンテナ５４に近接する誘電体窓５２の下で誘導結合のプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを広い処理空間内で分散させて、サセプタ１２近傍（つまり半導体ウエハＷ上）でプラズマの密度を平均化するようにしている。ここで、ドーナツ状プラズマの密度は、誘導電界の強度に依存し、ひいてはＲＦアンテナ５４に供給される高周波ＲＦHのパワー（より正確にはＲＦアンテナ５４を流れる電流）の大きさに依存する。すなわち、高周波ＲＦHのパワーを高くするほど、ドーナツ状プラズマの密度が高くなり、プラズマの拡散を通じてサセプタ１２近傍でのプラズマの密度は全体的に高くなる。一方で、ドーナツ状プラズマが四方（特に径方向）に拡散する形態は主にチャンバ１０内の圧力に依存し、圧力を低くするほど、チャンバ１０の中心部にプラズマが多く集まって、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布が中心部で盛り上がる傾向がある。また、ＲＦアンテナ５４に供給される高周波ＲＦHのパワーやチャンバ１０内に導入される処理ガスの流量等に応じてドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布が変わることもある。
ここで「ドーナツ状のプラズマ」とは、チャンバ１０の径方向内側（中心部）にプラズマが立たず径方向外側にのみプラズマが立つような厳密にリング状のプラズマに限定されず、むしろチャンバ１０の径方向内側より径方向外側のプラズマの体積または密度が大きいことを意味する。また、処理ガスに用いるガスの種類やチャンバ１０内の圧力の値等の条件によっては、ここで云う「ドーナツ状のプラズマ」にならない場合もある。
この誘導結合型プラズマエッチング装置では、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で均一化するうえで、ＲＦアンテナ５４の発生するＲＦ磁界に対して補正コイル７０により電磁界的な補正をかけるとともに、プロセス条件（チャンバ１０内の圧力等）に応じてアンテナ−コイル間隔制御部７２により補正コイル７０の高さ位置を可変するようにしている。
以下、このプラズマエッチング装置における主要な特徴部分である補正コイル７０およびアンテナ−コイル間隔制御部７２の構成および作用を説明する。
補正コイル７０は、両端の閉じた円環状の単巻コイルまたは複巻コイルからなり、ＲＦアンテナ５４に対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体がＲＦアンテナ５４の内周と外周との間（好ましくは真ん中付近）に位置するようなコイル径を有する。補正コイル７０の材質は、導電率の高いたとえば銅系の金属が好ましい。
なお、本発明において「同軸」とは、複数のコイルまたはアンテナのそれぞれの中心軸線が互いに重なっている位置関係であり、それぞれのコイル面またはアンテナ面が軸方向または縦方向で互いにオフセットしている場合だけでなく同一面上で一致している場合（同心状の位置関係）も含む。
アンテナ−コイル間隔制御部７２は、補正コイル７０を保持する絶縁性の水平支持板７４と、この水平支持板７４にボールネジ７６を介して作動結合され、ボールネジ７６の送りネジ７６ａを回転させて補正コイル７０の高さ位置を可変するステッピングモータ７８と、このステッピングモータ７８およびボールネジ７６を通じて補正コイル７０の高さ位置を可変制御するコイル高さ制御部８０と、水平支持板７４を水平に保ったまま上下（鉛直）方向に案内するためのガイド棒８２とを有している。
より詳しくは、補正コイル７０は、絶縁性のコイル固定部材（図示せず）によって水平支持板７４に水平に取り付けられている。水平支持板７４には、送りネジ７６ａと螺合するナット部７６ｂが取り付けられており、ガイド棒８２を摺動可能に通す貫通孔８４も形成されている。ボールネジ７６の送りネジ７６ａは、鉛直方向に延びて、ステッピングモータ７８の回転軸に直接または減速機構（図示せず）を介して結合されている。
ステッピングモータ７８が作動して送りネジ７６ａを回転させると、ボールネジ７６のナット部７６ｂ側の水平支持板７４が送りネジ７６ａに沿って昇降移動し、補正コイル７０は水平支持板７４と一体に水平姿勢を保ったまま鉛直方向で移動する。コイル高さ制御部８０は、主制御部７４より補正コイル７０の高さ位置（目標値または設定値）を指示する信号を受け取り、ステッピングモータ７８の回転方向および回転量を制御して、水平支持板７４の昇降量を制御し、補正コイル７０の高さ位置を目標値に合わせる。
図示の構成例では、水平支持板７４に複数箇所で作動結合される複数のボールネジ７６を複数のステッピングモータ７８によりそれぞれ個別に駆動している。別の構成例として、１つのステッピングモータ７８によりプーリやベルト機構を介してそれら複数のボールネジ７６を同時に駆動する構成も可能である。
この実施形態では、補正コイル７０の高さ位置を実測して、その実測値Ｓｈ70をコイル高さ制御部８０にフィードバックするリニアスケール８４も備えている。このリニアスケール８４は、水平支持板７４に取り付けられた鉛直方向に延びる目盛部８６と、この目盛部８６の目盛を光学的に読み取るためにチャンバ１０の本体または延長部に取り付けられた目盛読取部８８とで構成されている。コイル高さ制御部８０は、補正コイル７０の目標高さ位置をリニアスケール８４で得られる実測値Ｓｈ70に一致させることもできるようになっている。
アンテナ−コイル間隔制御部７２は、上記のような構成により、水平に配置されたＲＦアンテナ５４に対して補正コイル７０を平行（水平）に保ちつつ、ＲＦアンテナ５４に対する補正コイル７０の相対的な高さ位置を一定の範囲（たとえば１ｍｍ〜５０ｍｍ）内で任意かつ精細に可変できるようになっている。好ましくは、補正コイル７０の高さ位置の上限値は、ＲＦアンテナ５４の発生するＲＦ磁界に対して実質的な影響を与えないほど、つまり補正コイル７０が無い場合と同等の遠い位置に設定されてよい。また、補正コイル７０の高さ位置の下限値は、ＲＦアンテナ５４に接触しない限りでＲＦアンテナ５４の発生するＲＦ磁界に対する影響度が最大になるような接近位置に設定されてよい。
ここで、補正コイル７０の基本的な作用を説明する。
先ず、図３Ａに示すように、補正コイル７０の高さ位置を上限値付近に設定したときは、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦHの電流によってアンテナ導体の周りに発生するＲＦ磁界Ｈは、補正コイル７０から何の影響も受けずに誘電体窓５２の下の処理空間を半径方向に通過するループ状の磁力線を形成する。
処理空間における磁束密度の半径方向（水平）成分Ｂｒは、チャンバ１０の中心（Ｏ）と周辺部では高周波ＲＦHの電流の大きさに関係なく常に零であり、半径方向においてＲＦアンテナ５４の内周と外周のちょうど中間辺り（以下、「アンテナミドル部」と称する。）と重なる位置で極大になり、高周波ＲＦHの電流が大きいほどその極大値が高くなる。ＲＦ磁界Ｈによって生成される方位角方向の誘導電界の強度分布も、半径方向において磁束密度Ｂｒと同様のプロファイルになる。こうして、誘電体窓５２の近くでＲＦアンテナ５４と同軸にドーナツ状プラズマが形成される。
そして、このドーナツ状プラズマが処理空間で四方（特に半径方向）に拡散する。上述したように、その拡散形態はチャンバ１０内の圧力に依存するが、一例として図３Ａに示すように、サセプタ１２近傍の径方向で電子密度（プラズマ密度）が相対的にアンテナミドル部と対応する位置で高く（極大のままで）中心部と周辺部で落ち込むようなプロファイルを示す場合がある。
このような場合に、図３Ｂに示すように、補正コイル７０の高さ位置をたとえば下限値付近まで下げると、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦHの電流によってアンテナ導体の周りに発生するＲＦ磁界Ｈは、補正コイル７０により電磁誘導の反作用の影響を受ける。この電磁誘導の反作用は、補正コイル７０のループ内を貫く磁力線（磁束）の変化に逆らおうとする作用であり、補正コイル７０のループ内に誘導起電力が発生して電流が流れる。
こうして、補正コイル７０からの電磁誘導の反作用により、補正コイル７０のコイル導体（特にアンテナミドル部）の略真下の位置で、誘電体窓５２近くの処理空間における磁束密度の半径方向（水平）成分Ｂｒが局所的に弱められ、それによって方位角方向の誘導電界の強度も、磁束密度Ｂｒと同様にアンテナミドル部と対応する位置で局所的に弱められる。結果として、サセプタ１２近傍で電子密度（プラズマ密度）が径方向でほどよく均一化される。
図３Ａに示すようなプラズマの拡散形態は一例であり、たとえば圧力が低いときは、チャンバ１０の中心部にプラズマが集まりすぎて、図４Ａに示すようにサセプタ１２近傍の電子密度（プラズマ密度）が相対的に中心部で極大となるような山形のプロファイルを示す場合がある。
このような場合でも、図４Ｂに示すように、補正コイル７０をたとえば下限値付近まで下げると、図示のように、補正コイル７０のコイル導体と重なるミドル部の位置で、誘電体窓５２近くの処理空間における磁束密度の半径方向（水平）成分Ｂｒが局所的に弱められ、それによってチャンバ中心部ヘのプラズマの集中が弱まり、サセプタ１２近傍のプラズマ密度が径方向でほどよく均一化される。
本発明者は、上記のような補正コイル７０の作用を電磁界シミュレーションにより検証した。すなわち、ＲＦアンテナ５４に対する補正コイル７０の相対的高さ位置（距離間隔）をパラメータとし、パラメータの値を５ｍｍ、１０ｍ、２０ｍｍ、無限大（補正コイル無し）の４通りに選んで、ドーナツ状プラズマ内部（上面から５ｍｍの位置）の半径方向の電流密度分布（プラズマ密度分布に相当）を求めたところ、図５に示すような検証結果が得られた。
この電磁界シミュレーションでは、ＲＦアンテナ５４の外径（半径）を２５０ｍｍに設定し、補正コイル７０の内周半径および外周半径をそれぞれ１００ｍｍおよび１３０ｍｍに設定した。ＲＦアンテナ５４の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、円盤形状の抵抗体で模擬し、この抵抗体の直径を５００ｍｍ、抵抗率を１００Ωcm、表皮厚さを１０ｍｍに設定した。プラズマ生成用の高周波ＲＦHの周波数は１３．５６ＭＨｚとした。
図５から、ＲＦアンテナ５４と電磁誘導で結合する高さ位置に補正コイル７０を配置すると、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度は補正コイル７０のコイル導体と重なる位置（図示の例ではアンテナミドル部と重なる位置）付近で局所的に低減することと、ＲＦアンテナ５４に補正コイル７０を近づけるほどその局所的低減の度合いが略リニアに大きくなることがわかる。
この実施形態では、上記のように、補正コイル７０をＲＦアンテナ５４に対して同軸に配置し、径方向においてＲＦアンテナ５４の内周と外周との間に（好ましくはアンテナミドル部と対向して）補正コイル７０のコイル導体が位置するように構成している。そして、アンテナ−コイル間隔制御部７２により、水平のＲＦアンテナ５４に対して補正コイル７０を平行（水平）に保ちつつ、ＲＦアンテナ５４に対する補正コイル７０の相対的高さ位置を一定の範囲（たとえば１ｍｍ〜５０ｍｍ）内で任意かつ精細に可変できるように構成しているので、電磁界シミュレーションで検証した図５の特性を装置的に実現し、プラズマ密度分布制御の自由度および精度を大きく向上させることができる。
この実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置は、たとえば、基板表面の多層膜を複数のステップで連続的にエッチング加工するアプリケーションに好適に適用できる。以下、図６に示すような多層レジスト法に係る本発明の実施例について説明する。
図６において、加工対象の半導体ウエハＷの主面には、本来の被加工膜（たとえばゲート用のＳi膜）１００の上に最下層（最終マスク）としてＳiＮ層１０２が形成され、その上に中間層として有機膜（たとえばカーボン）１０４が形成され、その上にＳi含有の反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０６を介して最上層のフォトレジスト１０８が形成される。ＳiＮ層１０２、有機膜１０４および反射防止膜１０６の成膜にはＣＶＤ（化学的真空蒸着法）あるいはスピンオンによる塗布膜が用いられ、フォトレジスト１０８のパターニングにはフォトリソグラフィが用いられる。
最初に、第１ステップのエッチングプロセスとして、図６の（Ａ）に示すようにパターニングされたフォトレジスト１０８をマスクとしてＳi含有反射防止膜１０６をエッチングする。この場合、エッチングガスにはＣＦ4／Ｏ2の混合ガスが用いられ、チャンバ１０内の圧力は比較的低く、たとえば１０mTorrに設定される。
次に、第２ステップのエッチングプロセスとして、図６の（Ｂ）に示すようにフォトレジスト１０８および反射防止膜１０６をマスクとして有機膜１０４をエッチング加工する。この場合、エッチングガスにはＯ2の単ガスが用いられ、チャンバ１０内の圧力は更に低く、たとえば５mTorrに設定される。
最後に、第３ステップのエッチングプロセスとして、図６の（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、パターニングされた反射防止膜１０６および有機膜１０４をマスクとしてＳiＮ膜１０２をエッチング加工する。この場合、エッチングガスにはＣＨＦ3／ＣＦ4／Ａｒ／Ｏ2の混合ガスが用いられ、チャンバ１０内の圧力は比較的高く、たとえば５０mTorrに設定される。
上記のようなマルチステップのエッチングプロセスにおいては、ステップ毎にプロセス条件の全部または一部（特にチャンバ１０内の圧力）が切り換わり、それによって処理空間内でドーナツ状プラズマの拡散する形態が変化する。ここで、補正コイル７０を全然機能（通電）させない場合は、第１および第２ステップのプロセス（圧力１０mTorr以下）では図４Ａのようにサセプタ１２近傍の電子密度（プラズマ密度）が相対的に中心部で顕著に盛り上がるような急峻な山形のプロファイルが現れ、第３ステップのプロセス（圧力５０mTorr）では中心部がわずかに盛り上がるような緩やかな山形のプロファイルが現れるものとする。
この実施形態によれば、たとえばプロセスレシピにおいて、通常のプロセス条件（高周波のパワー、圧力、ガス種、ガス流量等）に追加する仕方で、またはそれらと連関させる仕方で、補正コイル７０の高さ位置をレシピ情報またはプロセスパラメータの１つとして設定する。そして、上記のようなマルチステップ方式のエッチングプロセスを実行する際に、主制御部７４が補正コイル７０の高さ位置設定値を表すデータをメモリから読み出し、各ステップ毎にコイル高さ制御部８０を通じて補正コイル７０の高さ位置を設定値（目標値）に合わせる。
したがって、上記のような多層レジスト法のエッチングプロセス（図６）においては、図７に示すように、第１ステップ（１０mTorr）では比較的低い設定位置ｈ1に、第２ステップ（５mTorr）では更に低い位置ｈ2に、第３ステップ（５０mTorr）では比較的高い位置ｈ3に、補正コイル７０の高さ位置をステップ毎に切り換える。
このように、一枚の半導体ウエハＷに対する単一または一連のプラズマ処理を行う中で、プロセス条件の変更、切り換えまたは変化に応じて補正コイル７０の高さ位置を可変調整することが可能である。このことにより、枚葉プラズマプロセスの全処理時間または全ステップを通じて、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦHの電流によってアンテナ導体の周りに発生するＲＦ磁界Ｈに対する補正コイル７０の作用（電磁界的な反作用）、つまり補正コイル７０のコイル導体と重なる位置辺りでドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を局所的に低減させる効果の度合い（強弱）を任意・精細・リニアに調節することが可能であり、これによって、サセプタ１２近傍のプラズマ密度を径方向で均一に保つことも可能である。したがって、プラズマプロセスの均一性を向上させることができる。
なお、マルチステップ方式において、エッチングプロセスを行わない間は、図７に示すように、補正コイル７０の高さ位置を実質的に補正コイル７０が無い場合に等しい上限値付近のホームポジションｈPに戻しておいてよい。
また、各ステップのプロセスを開始する時は、つまりＲＦアンテナ５４に高周波ＲＦHの電流が流れ始める時は、補正コイル７０に大きな誘導電流が流れて、プラズマ側にパワーが入り難くなり、プラズマの着火が困難になることもある。そのような場合には、図８に示すように、各ステップのプロセス開始時は、補正コイル７０をホームポジションＨPにいったん退避させておいてプラズマを安定確実に着火させ、プラズマの着火後（たとえばプロセス開始から一定時間ＴSの経過後）に予設定の高さ位置ｈn（ｎ＝１，２，３）まで昇降移動させるようにしてよい。
このように、本発明によれば、プラズマ処理の開始前はＲＦアンテナ５４に対して補正コイル７０を十分離しておいて、チャンバ１０内でプラズマが着火してから所定時間の経過後に、両者が近づくように補正コイル７０（および／またはＲＦアンテナ５４）を昇降移動させてその距離間隔を予設定の値に調節する手法を好適に採ることができる。
この実施形態では、上述したように、ＲＦアンテナ５４に対する補正コイル７０の離間距離または高さ位置を可変調整するためのアンテナ−コイル間隔制御部７２をボールネジ機構で構成した。しかし、ボールネジ機構の代わりに、たとえば回転体カムあるいはエンドカム等の立体カム機構を用いることも可能である。すなわち、詳細な構成は図示省略するが、アンテナ−コイル間隔制御部７２の別の実施例として、補正コイル７０をＲＦアンテナ５４と平行に保持する絶縁性のコイル保持体と、このコイル保持体に回転体を有する立体カム機構を介して結合され、この立体カム機構の回転体を回転させて補正コイル７０の高さ位置を可変するモータと、このモータの回転方向および回転量を制御して補正コイル７０の高さ位置を制御するコイル高さ制御部とを有する構成も可能である。
あるいは、アンテナ−コイル間隔制御部７２において補正コイル７０の高さ位置を可変調節するための別の実施例として、昇降機構にラック＆ピニオンやピストン等の非回転型昇降軸を用いることも可能である。また、昇降機構の駆動源としては、モータの他にも、たとえばエアシリンダを使用してもよい。駆動源にモータを用いる場合は、ステッピングモータに限らず、ＡＣモータ、ＤＣモータ、リニアモータ等でもよい。
補正コイル７０の任意の高さ位置を測定ないしフィードバックする手段としては、上記実施形態におけるリニアスケール８４の他にも、たとえばエンコーダを用いることができる。また、補正コイル７０を移動させて所定の高さ位置に位置決めする場合は、フォトセンサやリミットスイッチ等の位置センサを好適に使用することができる。

［実施形態２］
次に、図９〜図１４につき、本発明の第２の実施形態を説明する。
この第２の実施形態のプラズマエッチング装置では、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で均一化するうえで、ＲＦアンテナ５４の発生するＲＦ磁界に対してコンデンサ付きの補正コイル９０により電磁界的な補正をかけるとともに、アンテナ−コイル間隔制御部７２によりコンデンサ付き補正コイル９０の高さ位置を可変制御できるようにしている。
以下、この誘導結合型プラズマエッチング装置における主要な特徴部分であるコンデンサ付き補正コイル９０の構成および作用を説明する。
補正コイル９０は、図９に示すように、両端が切れ目（ギャップ）Ｇを挟んで開放した単巻コイルまたは複巻コイルからなり、その切れ目Ｇに固定コンデンサ９４を設けている。この固定コンデンサ９４は、後述するように、たとえばフィルムコンデンサあるいはセラミックコンデンサのような市販の汎用タイプでもよく、あるいは補正コイル９０に一体に作り込まれる特注品または一品製作品でもよい。
補正コイル９０は、好ましくは、ＲＦアンテナ５４に対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体がＲＦアンテナ５４の内周と外周との間（たとえばちょうど中間辺り）に位置するようなコイル径を有する。方位角方向における補正コイル９０の配置の向きは、たとえば図示のように、固定コンデンサ９４の位置（つまり切れ目Ｇの位置）がＲＦアンテナ５４のＲＦ入出力用の切れ目Ｇの位置と重なっている。補正コイル９０のコイル導体の材質は、導電率の高い金属、たとえば銀メッキの銅が好ましい。
ここで、固定コンデンサ９４付きの補正コイル９０の作用を説明する。本発明者は、この実施形態の誘導結合形プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。
すなわち、ＲＦアンテナ５４に対する補正コイル９０の相対的高さ位置（距離間隔）ｈをパラメータとし、パラメータｈの値を５ｍｍ、１０ｍ、２０ｍｍ、無限大（補正コイル無し）の４通りに選んで、チャンバ１０内のドーナツ状プラズマ内部（上面から５ｍｍの位置）の半径方向の電流密度分布（プラズマ密度分布に相当）を求めたところ、各コイル高さ位置で図１０に示すようなプロファイルが得られた。
この電磁界シミュレーションでは、ＲＦアンテナ５４の外径（半径）を２５０ｍｍに設定し、補正コイル９０の内径（半径）および外径（半径）をそれぞれ１００ｍｍおよび１３０ｍｍに設定し、補正コイル９０の容量（固定コンデンサ９４のキャパシタンス）を６００ｐＦに設定した。ＲＦアンテナ５４の下方のチャンバ内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図９に示すような円盤形状の抵抗体９５で模擬し、この抵抗体９５の直径を５００ｍｍ、抵抗率を１００Ωcm、表皮厚さを１０ｍｍに設定した。プラズマ生成用の高周波ＲＦHの周波数は１３．５６ＭＨｚとした。
なお、補正コイル９０の容量を無限大に設定し（固定コンデンサ９４を外して補正コイル９０の両端を短絡させた場合に相当する）、他はすべて上記と同じ条件の下で同様の電磁界シミュレーションを行うと、各コイル高さ位置で図５に示すようなプロファイルが得られる。
図１０の（ａ）に示すように、ＲＦアンテナ５４に補正コイル９０を近づけるほど、ドーナツ状プラズマのプラズマ密度分布は、補正コイル９０のコイル導体と重なる位置（r=110〜130mm）付近だけが局所的に高くなって、それよりも径方向の内側および外側の位置では補正コイル９０が無いときよりも低くなるような傾向を示す。そして、図１０の（ｂ）に示すように、この傾向は、ＲＦアンテナ５４から補正コイル９０を離すほど、弱まることがわかる。さらに、図１０の（ｃ）に示すように、ＲＦアンテナ５４に対して補正コイル９０を適度（ｈ＝２０ｍｍ）に遠ざけると、補正コイル９０のコイル導体と重なる位置（r=110〜130mm）を境に径方向の内側の領域（r=0〜110mm）よりも外側の領域（r=130〜250mm）の方がプラズマ密度は数段高くなることもわかる。
この実施形態では、アンテナ−コイル間隔制御部７２により、水平のＲＦアンテナ５４に対して補正コイル９０を平行（水平）に保ちつつ、ＲＦアンテナ５４に対する補正コイル９０の相対的高さ位置を一定の範囲（たとえば１ｍｍ〜５０ｍｍ）内で任意かつ精細に可変できるようにしているので、電磁界シミュレーションにより検証した図１０の特性を装置的に実現し、プラズマ密度分布制御の自由度および精度を大きく向上させることができる。
この第２の実施形態において、固定コンデンサ９４を可変コンデンサ９６で置き換える構成も可能である。その場合は、図１１に示すように、可変コンデンサ９６のキャパシタンスを可変制御するための容量可変機構９８も備えられる。可変コンデンサ９６は、たとえばバリコンまたはバリキャップのような市販の汎用タイプでもよく、あるいは補正コイル９０に一体に作り込まれる特注品または一品製作品でもよい。
容量可変機構９８は、補正コイル９０のループ内に設けられている上記可変コンデンサ９６と、この可変コンデンサ９６のキャパシタンスを典型的にはメカニカル的な駆動機構または電気的な駆動回路により可変制御する容量制御部１００とで構成される。
容量制御部１００は、可変コンデンサ９６のキャパシタンスに関して、主制御部７４より容量設定値または容量設定値の基になるレシピ情報あるいはプロセスパラメータ等を制御信号ＳCを通じて受け取る。さらに、容量制御部１００は、コイル容量可変制御用のモニタ信号またはフィードバック信号として、ＶPP検出器１０２（図１）からはＲＦアンテナ５４に入力される直前の高周波電圧の波高値ＶPPを表す信号ＳＶPPを受け取り、コイル電流測定器１０４からは補正コイル９０を流れる誘導電流ＩINDの電流値（実効値）を表す信号ＳＩINDを受け取る。さらには、ＲＦアンテナ５４を流れるアンテナ電流（ＲＦ電流）ＩRFの電流値（実効値）をＲＦ電流計１０５で測定し、その測定値ＳＩRFを容量制御部１００に与えてもよい。ＶPP検出器１０２は、整合器５８の出力電圧の波高値ＶPPを測定するために整合器５８に常備されているものを利用することができる。コイル電流測定器１０４は、一例として、電流センサ１０６と、この電流センサ１０６の出力信号に基づいてコイル電流ＩINDの電流値（実効値）を演算するコイル電流測定回路１０８とで構成される。
容量制御部１００は、好ましくはマイクロコンピュータを含み、たとえば電流比ＩIND／ＩRFまたはＶPPのコイル容量依存特性をテーブルメモリにマッピングしておくことも可能であり、主制御部７４から送られてくる容量設定値（目標値）あるいはプロセスレシピまたはプロセスパラメータ等の情報に基づいて、さらには上記電流モニタ部またはＶPPモニタ部を用いたフィードバック制御等により、当該プロセスに最も適した可変コンデンサ７４のキャパシタンスを選択し、あるいは動的に可変することができる。
このように、可変コンデンサ９６付きの補正コイル９０の高さ位置および容量をそれぞれ独立に可変制御することにより、プラズマ密度分布制御の自由度および精度を一層大きく向上させることができる。
図１２および図１３に、コンデンサ付き補正コイル９０の構成例を示す。図１２に示す構成例は、補正コイル９０に１つの切れ目Ｇを形成し、この場所に市販品の２端子型コンデンサ（９４，９６）を取り付ける。図１３に示す構成例は、補正コイル９０の切れ目Ｇをそのまま固定コンデンサ９４の電極間ギャップとして利用する例である。この切れ目Ｇに誘電体のフィルム（図示せず）を挿入してもよい。この構成例において、切れ目Ｇを介して向かい合うコイル導体の一対の開放端部はコンデンサ電極を構成する。このコンデンサ電極は、図１５Ｂに示すように上方（または横）に延びる拡張部１２０を一体に付けることで、電極面積を任意の大きさに調整することもできる。
また、補正コイル９０を複数設けることも可能である。たとえば、図１４に示すように、コイル径の異なる独立した２つの補正コイル９０Ａ，９０Ｂを同心状に並べて配置してもよい。
別の構成例として、図示省略するが、高さ位置の異なる独立した複数の補正コイル９０Ａ，９０Ｂ，・・・を同軸状に並べて配置することも可能である。

［他の実施形態］
本発明の補正コイル周りの構成または機能に関する別の実施形態として、図１５に示すように、コンデンサ付きの補正コイル９０をＲＦアンテナ５４と同軸上の位置で回転運動または回転変位させるためのコイル回転機構１８０を好適に具備することができる。このコイル回転機構１８０は、たとえば、補正コイル９０をＲＦアンテナ５４と同軸で水平に保持する絶縁性の基板保持板１８２と、この基板保持板１８２の中心部に鉛直の回転軸１８４を介して結合されたステッピングモータ１８６と、このステッピングモータ１８６を通じて補正コイル９０の回転方向、回転速度あるいは回転角を制御する回転制御部１８８とを有する。ステッピングモータ１８６と回転軸１８４との間に減速機構（図示せず）を設けてもよい。なお、アース線５５は、ＲＦアンテナ５４の他端（高周波出口端）を電気的にグランド電位に接続している。
この実施例によれば、上記のような構成のコイル回転機構１８０を備えることにより、たとえば図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、補正コイル９０をその中心軸線Ｎの回りで回転させ、回転方向、回転速度、回転角、往復運動等を任意に制御または選択することができる。
たとえば、ＲＦアンテナ５４ないしチャンバ１０内のプラズマに対する補正コイル９０の電磁界的な作用面で切れ目Ｇ付近が空間的な特異点を形成する場合には、コイル回転機構１８０により補正コイル９０を一定速度で連続回転させることにより、周回方向で特異点の位置を均し、切れ目の無い両端の閉じた補正コイルのようにすることができる。
また、本発明の補正コイルには大きな誘導電流（時にはＲＦアンテナに流れる電流以上の電流）が流れることもあり、補正コイルの発熱に留意することも大切である。
この観点から、図１７Ａに示すように、補正コイル９０の近傍に空冷ファンを設置して空冷式で冷却するコイル冷却部を好適に設けることができる。あるいは、図１７Ｂに示すように、補正コイル９０を中空の銅製チューブで構成し、その中に冷媒を供給して補正コイル９０の過熱を防止するコイル冷却部も好ましい。
図１４〜図１７Ｂに示した実施例はコンデンサ付きの補正コイル９０に係わるものであったが、コンデンサ無しの補正コイル７０にも同様の構成を適用することができる。
本発明の補正コイル周りの構成または機能に関する他の実施形態として、図１８に示すように、チャンバ１０の天板（誘電体窓）５２の上のアンテナ室内に、補正コイル７０（９０）の昇降移動のみならず水平姿勢および任意の傾斜姿勢ならびに周期的起伏（ウェービング）運動を可能とするコイルハンドリング機構２００を好適に備えることができる。
このコイルハンドリング機構２００は、周回方向に一定の間隔を置いて補正コイル７０（９０）に絶縁体の継手２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃを介して結合される棒状のコイル支持軸２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃと、これらのコイル支持軸２０４Ａ，２０４Ｂ，２０４Ｃを鉛直方向で伸縮または進退移動させる直動式の電動アクチエータ２０６Ａ，２０６Ｂ，２０６Ｃとを有している。
電動アクチエータ２０６Ａ，２０６Ｂ，２０６Ｃは、天板（誘電体窓）５２の上方で水平に架設された環状の支持板２０８に１２０°間隔で円周上に取り付けられている。ここで、支持板２０８は、たとえば、チャンバ１０に結合された環状のフランジ部２１０と、このフランジ部２１０にたとえば９０°間隔で円周上に取り付けられた４本の柱部材２１２と、これらの柱部材２１２と支持板２０８とを繋ぐ水平の梁部２１４とによって、チャンバ１０に固定されている。
電動アクチエータ２０６Ａ，２０６Ｂ，２０６Ｃは、主制御部７４の制御の下でコイル支持軸２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃの進退移動をそれぞれ任意のタイミング、速度およびストロークで独立に行えるようになっている。継手２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃは、補正コイル７０（９０）の傾斜姿勢に追従できる関節機能を有しており、補正コイル７０（９０）が姿勢を変える時にかかる応力を少なくしている。
このコイルハンドリング機構２００においては、コイル支持軸２０４Ａ，２０４Ｂ，２０４Ｃのストローク量（昇降量）を調節することにより、ＲＦアンテナ５４に対して補正コイル７０（９０）を平行姿勢にすることも、任意の角度および任意の向きで傾斜姿勢にすることも可能である。
さらには、たとえば図２０に示すように電動アクチエータ２０６Ａ，２０６Ｂ，２０６Ｃおよびコイル支持軸２０４Ａ，２０４Ｂ，２０４Ｃが一定の位相間隔および同一の振幅で周期的な進退移動を行うことにより、補正コイル７０（９０）に図２１Ａおよび図２１Ｂに示すような周期的起伏運動を行わせることもできる。図中、［Ａ］，［Ｂ］，［Ｃ］は、コイル支持軸２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃをそれぞれ模式的に表わしている。図示の例では、コイル支持軸２０４Ａ，２０４Ｂ，２０４Ｃの位相間隔を１２０°とし、振幅を±１５ｍｍとしている。なお、通常はこの例のように３相駆動でよいが、たとえば４相駆動とする場合は、位相間隔が９０°になる。
この周期的起伏運動では、補正コイル７０（９０）の中心Ｏが高さ基準値（零）の同一位置に固定または静止したまま、補正コイル７０（９０）の最も高い＋１５ｍｍのトップ位置ＨＰと最の低い−１５ｍｍのボトム位置ＬＰとが点対称の位置で向かい合ったまま周回方向に一定の速度で連続的に移動し、あたかも一定の傾斜姿勢を保って波状に回転しているように見える。図２１Ａおよび図２１Ｂにおける直線ＢＬは、補正コイル７０（９０）のボトム位置ＬＰを通る水平線を示し、同一の平面内で周期的に回転移動する。図中、［Ａ］，［Ｂ］，［Ｃ］に付している数値は、当該支持軸２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃのその時の振幅値を表わしている。たとえば、「＋７．５」は＋７．５ｍｍであり、「−１５」は−１５ｍｍである。
上記のような周期的起伏運動においては、コイル支持軸２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃのストローク量（昇降量）に違いを持たせることによって、補正コイル７０（９０）の中心Ｏ、トップ位置ＨＰおよびボトム位置ＨＰの高さを変えることも可能である。
補正コイル７０（９０）に上記のような周期的起伏運動を行わせることにより、補正コイル効果（コアなプラズマの密度を局所的に低減させる効果）の度合いあるいは基板近傍のプラズマ密度分布を方位角方向において一層容易かつ精細に均一化し、あるいは任意に制御することができる。
図１８の構成例ではＲＦアンテナ５４を固定しているが、ＲＦアンテナ５４についても上記コイルハンドリング機構２００と同様な構成のアンテナハンドリング機構（図示せず）を設けることにより、ＲＦアンテナ５４に昇降移動、水平姿勢、任意の傾斜姿勢または周期的起伏運動を行わせることもできる。
上述した実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成は一例であり、プラズマ生成機構の各部はもちろん、プラズマ生成に直接関係しない各部の構成も種種の変形が可能である。
たとえば、ＲＦアンテナ５４および補正アンテナ７０の基本形態として、平面形以外のタイプたとえばドーム形等も可能である。さらには、チャンバ１０の天井以外の箇所に設置されるタイプも可能であり、たとえばチャンバ１０の側壁の外に設置されるヘリカルタイプも可能である。
また、矩形の被処理基板に対するチャンバ構造、矩形のＲＦアンテナ構造、矩形の補正コイル構造も可能である。
また、処理ガス供給部においてチャンバ１０内に天井から処理ガスを導入する構成も可能であり、サセプタ１２に直流バイアス制御用の高周波ＲＦLを印加しない形態も可能である。一方で、複数のＲＦアンテナまたはアンテナ・セグメントを使用し、複数の高周波電源または高周波給電系統によりそれら複数ＲＦアンテナ（またはアンテナ・セグメント）にプラズマ生成用の高周波電力をそれぞれ個別に供給する方式のプラズマ装置にも本発明は適用可能である。
さらに、本発明による誘導結合型のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法は、プラズマエッチングの技術分野に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマプロセスにも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
１０ チャンバ
１２ サセプタ
２６ 排気装置
５６ 高周波電源
６６ 処理ガス供給源
７０ 補正コイル
７２ アンテナ−コイル間隔制御部
９０ コンデンサ付き補正コイル
２００ コイルハンドリング機構

Claims (12)

  1. 天井に誘電体窓を有する処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、
    前記ＲＦアンテナに対して前記補正コイルを平行に保ちつつ、前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間の距離間隔を可変制御するアンテナ−コイル間隔制御部と
    を有し、
    前記補正コイルは、両端の閉じた単巻コイルまたは複巻コイルからなり、前記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体が前記ＲＦアンテナの内周と外周との間に位置するようなコイル径を有する、
    プラズマ処理装置。
  2. 天井に誘電体窓を有する処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、
    前記ＲＦアンテナに対して前記補正コイルを平行に保ちつつ、前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間の距離間隔を可変制御するアンテナ−コイル間隔制御部と
    を有し、
    前記補正コイルは、両端の開放した単巻コイルまたは複巻コイルからなり、
    前記補正コイルの両開放端の間にコンデンサが設けられている、
    プラズマ処理装置。
  3. 前記補正コイルは、前記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体が前記ＲＦアンテナの内周と外周との間に位置するようなコイル径を有する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記ＲＦアンテナが、前記誘電体窓の上に配置され、
    前記アンテナ−コイル間隔制御部が、前記ＲＦアンテナまたは前記補正コイルの少なくとも一方を昇降移動させてその高さ位置を可変する、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記アンテナ−コイル間隔制御部が、
    前記補正コイルを前記ＲＦアンテナと平行に保持する絶縁性のコイル保持体と、
    前記コイル保持体にボールネジ機構を介して結合され、前記ボールネジ機構の送りネジを回転させて前記補正コイルの高さ位置を可変するモータと、
    前記モータの回転方向および回転量を制御して前記補正コイルの高さ位置を制御するコイル高さ制御部と
    を有する請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記アンテナ−コイル間隔制御部が、
    前記補正コイルを前記ＲＦアンテナと平行に保持する絶縁性のコイル保持体と、
    前記コイル保持体に回転体を有する立体カム機構を介して結合され、前記立体カム機構の回転体を回転させて前記補正コイルの高さ位置を可変するモータと、
    前記モータの回転方向および回転量を制御して前記補正コイルの高さ位置を制御するコイル高さ制御部と
    を有する請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  7. 天井に誘電体窓を有する処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、
    前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間で相対的な昇降移動、平行姿勢、傾斜姿勢または周期的起伏運動を行わせるハンドリング機構と
    を有し、
    前記補正コイルは、両端の閉じた単巻コイルまたは複巻コイルからなり、前記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体が前記ＲＦアンテナの内周と外周との間に位置するようなコイル径を有する、
    プラズマ処理装置。
  8. 天井に誘電体窓を有する処理容器と、
    前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
    前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と、
    前記処理容器内の前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置される補正コイルと、
    前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間で相対的な昇降移動、平行姿勢、傾斜姿勢または周期的起伏運動を行わせるハンドリング機構と
    を有し、
    前記補正コイルは、両端の開放した単巻コイルまたは複巻コイルからなり、
    前記補正コイルの両開放端の間にコンデンサが設けられている、
    プラズマ処理装置。
  9. 前記補正コイルは、前記ＲＦアンテナに対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体が前記ＲＦアンテナの内周と外周との間に位置するようなコイル径を有する、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記補正コイルを冷却するためのコイル冷却部を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. 天井に誘電体窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と有するプラズマ処理装置において前記基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
    前記処理容器の外に前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な補正コイルを前記ＲＦアンテナと平行に配置し、
    前記ＲＦアンテナに対して前記補正コイルを平行に保ちつつ、１枚の被処理基板に対するプラズマ処理の中で、プロセス条件の変更、変化または切り換えに応じて、前記ＲＦアンテナと前記補正コイルとの間の距離間隔を可変制御して、前記基板上のプラズマ密度分布を制御する、
    プラズマ処理方法。
  12. プラズマ処理の開始前は前記ＲＦアンテナに対して前記補正コイルを十分離しておいて、前記処理容器内でプラズマが着火してから所定時間の経過後に、前記ＲＦアンテナに対して前記補正コイルを相対的に近づけるように両者の少なくとも一方を移動させて、前記距離間隔を予設定の値に調整する、請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
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