JP7534235B2 - フィルタ回路及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、フィルタ回路及びプラズマ処理装置に関する。

例えば、特許文献１は、上部電極にプラズマ生成用の高周波（ＲＦ）の電力を印加する際に、フィルタを介して直流（ＤＣ）電圧を重畳するプラズマ処理装置を提案する。

特開２００６－２７００１７号公報

電極に印加する電力の周波数が、１００ＭＨｚ程度又はそれ以上になると、フィルタ内のコイルから生じる磁場の影響でプラズマ密度分布に偏りが生じる場合がある。

本開示は、プラズマ密度分布の偏りをなくし、エッチング特性を改善することができるフィルタ回路及びプラズマ処理装置を提供する。

本開示の一の態様によれば、電極と、前記電極の背面の中心部に接続される給電体と、を有し、高周波電力を印加することによってプラズマを生成するプラズマ処理装置に用いられる高周波電力のフィルタ回路であって、前記フィルタ回路は、前記プラズマ処理装置に設けられた導電性部材と、前記導電性部材に直流の電力又は４００ｋＨｚ未満の周波数の電力を供給する電源と、の間の配線に設けられ、前記配線に直列に接続されたコイルと、前記配線とグランドとの間に接続されたコンデンサと、を有する直列共振回路を有し、前記コイルの中心軸と前記給電体の中心軸とが一致する、フィルタ回路が提供される。

一の側面によれば、プラズマ密度分布の偏りをなくし、エッチング特性を改善することができる。

実施形態に係るプラズマ処理装置を含むプラズマ処理システムの一例を示す図。 実施形態のフィルタ回路の構成とプラズマ密度の特異点の例を示す図。 実施形態のコイルの配置によるエッチングレートの制御を説明するための図。 実施形態に係るフィルタ回路の変形例１，２を示す図。 実施形態に係る遮蔽板の変形例３を示す図。 実施形態に係るフィルタ回路の変形例４を示す図。 実施形態に係るフィルタ回路のコイルの駆動方法１を示す図。 実施形態に係るフィルタ回路のコイルの駆動方法２を示す図。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。

［プラズマ処理システム］
プラズマ処理システムは、容量結合のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３とプラズマ処理チャンバ１０との間は、絶縁部材１６により絶縁されている。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材１１１ｅを含む。基台の導電性部材１１１ｅは下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材１３ｅを含む。シャワーヘッド１３の導電性部材１３ｅは上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材１１１ｅ及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材１３ｅに供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材１１１ｅに供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材１１１ｅ及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材１３ｅに結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材１１１ｅ及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材１３ｅに供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材１１１ｅに結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材１１１ｅに供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

なお、本実施形態では、ソースＲＦ信号は、１００ＭＨｚの周波数の電力を、プラズマ処理装置１内のシャワーヘッド１３の導電性部材１３ｅに印加する。また、本実施形態では、バイアスＲＦ信号は、１３ＭＨｚの周波数の電力を、プラズマ処理装置１内の基板支持部１１の導電性部材１１１ｅに印加する。ただし、これに限らない。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材１１１ｅに接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材１１１ｅに印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材１３ｅに接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、シャワーヘッド１３の導電性部材１３ｅに印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。なお、シャワーヘッド１３にＤＣ成分の電圧を印可するため、第２のＤＣ生成部３２ｂの代わりに４００ｋＨｚ未満の周波数の電力を印可してもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

導電性部材１３ｅと、導電性部材１３ｅに直流の電力（第２のＤＣ信号）を供給する電源３０との間の配線１２には、フィルタ回路５０が設けられている。また、フィルタ回路５０は、シャワーヘッド１３の背面の中心部に接続される給電体１４に接続されている。フィルタ回路５０は、後述するように、第１のＲＦ生成部３１ａからのソースＲＦ信号としての高周波をトラップするフィルタ機能を有する。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

［フィルタ回路］
次に、図２（ａ）及び（ｂ）を参照してフィルタ回路５０、１５０について説明する。図２（ｃ）はフィルタ回路１５０を配線１２の図２（ａ）の位置に設けた場合のプラズマ処理空間１０ｓにおけるプラズマ密度の特異点の例を示す。図２（ｄ）はフィルタ回路５０を配線１２の図２（ｂ）の位置に設けた場合のプラズマ処理空間１０ｓにおけるプラズマ密度の特異点の例を示す。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、シャワーヘッド１３の背面の中心部に接続される給電体１４を介して第１のＲＦ生成部３１ａからシャワーヘッド１３にソースＲＦ信号としての高周波の電力が印加される。

図２（ａ）に示すフィルタ回路１５０は、プラズマ処理装置１に設けられた導電性部材１３ｅと、導電性部材１３ｅに直流の電力を供給する第２のＤＣ生成部３２ｂと、の間の配線１２に配置されている。これにより、第２のＤＣ生成部３２ｂからの直流の電力がフィルタ回路１５０を介して給電体１４に供給される。

フィルタ回路１５０は、配線１２に直列に接続されたコイル１５１と、コイル１５１よりも第２のＤＣ生成部３２ｂ側の配線１２とグランドとの間に接続されたコンデンサ１５２と、を有する直列共振回路である。フィルタ回路１５０のこれらの構成により、第１のＲＦ生成部３１ａからのソースＲＦ信号としての高周波がトラップされる。

同様に、図２（ｂ）に示すフィルタ回路５０は、プラズマ処理装置１に設けられた導電性部材１３ｅと、導電性部材１３ｅに直流の電力を供給する第２のＤＣ生成部３２ｂと、の間の配線１２に配置されている。これにより、第２のＤＣ生成部３２ｂからの直流の電力がフィルタ回路５０を介して給電体１４に供給される。

フィルタ回路５０は、配線１２に直列に接続されたコイル５１と、コイル５１よりも第２のＤＣ生成部３２ｂ側の配線１２とグランドとの間に接続されたコンデンサ５２と、を有する直列共振回路である。フィルタ回路５０のこれらの構成により、第１のＲＦ生成部３１ａからのソースＲＦ信号としての高周波がトラップされる。フィルタ回路５０は、整合器の内部に設けられてもよいし、整合器の外部に設けられてもよい。

第１のＲＦ生成部３１ａは、給電体１４を介してシャワーヘッド１３に１００ＭＨｚ程度又はそれ以上の周波数の電力を印加する場合がある。このように、給電体１４に１００ＭＨｚ以上の周波数の高周波が印加される場合、図２（ａ）の構成では、給電体１４からフィルタ回路１５０までの配線１２が長いために、配線１２のインダクタンス（Ｌ成分）や浮遊容量（Ｃ成分）が大きくなる。この結果、インダクタンスや浮遊容量の影響を受けてプラズマ密度分布に偏りが生じるおそれがある。

また、図２（ｃ）に示すように、プラズマ処理チャンバ１０の天井部の中心部に配置された給電体１４から径方向にずれた位置にフィルタ回路１５０が配置されている。このため、フィルタ回路１５０に含まれるコイル１５１の影響を受けてフィルタ回路１５０が配置された位置の下方にてプラズマ密度分布の特異点Ｃが生じ、プラズマ密度分布を均一にできない。

これに対して、フィルタ回路５０では、コイル５１の中心軸は、給電体１４の中心軸ＣＬと一致する。「コイル５１の中心軸は、給電体１４の中心軸ＣＬと一致する」とは、コイル５１の中心軸と給電体１４の中心軸ＣＬとが完全に一致する場合だけでなく概ね一致する場合を含む。コイル５１は、給電体１４の外周に位置し、給電体１４の外周に巻かれている。コイル５１の一端は、シャワーヘッド１３側にあり、コイル５１よりもシャワーヘッド１３側の給電体１４又はシャワーヘッド１３に接続され、コイル５１の他端は、配線１２に接続されている。また、コイル５１からコンデンサ５２までの距離を極力短くするようにフィルタ回路５０を給電体１４の近くに配置する。

これにより、図２（ｂ）の構成では、給電体１４からコイル５１までの配線１２をなくし、コンデンサ５２までの配線１２を図２（ａ）の構成よりも短くできる。この結果、インダクタンスや浮遊容量の影響が小さくなり、プラズマ密度分布の偏りが生じ難くなる。

また、図２（ｂ）の構成では、プラズマ処理チャンバ１０の中央に接続された給電体１４にコイル５１が巻かれている。このため、図２（ｄ）に示すように、フィルタ回路５０のコイル５１が配置された位置の下方にてプラズマ密度分布の特異点Ｃが生じる。このため、プラズマ処理チャンバ１０の中心部に特異点Ｃを設けることで、図２（ｃ）に示すような周方向のプラズマの偏りを回避し、周方向のプラズマ密度分布を均一にできる。径方向のプラズマ密度の均一性のための制御は、周方向のプラズマ密度の均一性のための制御よりも容易である。例えば以下に説明する補正方法及びその他の補正方法を使って径方向のプラズマ密度を均一にすることができる。これにより、プラズマ密度分布を制御できる。

なお、図２および後述する図３、図４において、第１のＲＦ生成部３１ａは給電体１４を介してシャワーヘッド１３の導電性部材１３ｅに結合された場合を示しているが、これに限定されるものではなく、第１のＲＦ生成部３１ａが基板支持部１１の導電性部材１１１ｅに結合されている場合も、同様な効果を示すものと考えられる。

［コイルの配置によるエッチングレートの制御］
次に、フィルタ回路５０のコイル５１の配置によるエッチングレートの制御とその効果について、図３を参照しながら説明する。図３は、実施形態のコイル５１の配置によるエッチングレートの制御を説明するための図である。

コイル５１の中心軸は、給電体１４の中心軸ＣＬと一致し、コイル５１は給電体１４の周囲を囲むように巻かれている。よって、第１のＲＦ生成部３１ａから給電体１４に例えば１００ＭＨｚの周波数の高周波の電力が印加されると、コイル５１に流れ込む高周波電流により電磁誘導が生じ、コイル５１を貫く磁場が生成される。発生した磁場の磁力強度によりプラズマ処理空間１０ｓに中央から外周側へ向けて磁界が広がる。このため、プラズマ処理空間１０ｓにおける電子が磁界に沿ってサイクロトロン運動を行う。この電子のサイクロトロン運動によってプラズマ密度がプラズマ処理空間１０ｓの外周領域でより強くなり、プラズマ処理空間１０ｓの外周領域におけるエッチングレートを上げ、プラズマ処理空間１０ｓの中央領域におけるエッチングレートを下げることができる。

上部電極にプラズマ生成用の高周波の電力を印加する場合、下部電極にプラズマ生成用の高周波の電力を印加する場合よりもプラズマ処理空間１０ｓの中央領域のエッチングレートが外周領域のエッチングレートよりも高くなり易い。特に上部電極に１００ＭＨｚ又はそれ以上の周波数の電力を印加する場合にプラズマ処理空間１０ｓの中央領域にてエッチングレートが高くなる傾向が顕著になる。

そこで、実施形態に係るフィルタ回路５０では、コイル５１を給電体１４の外周に巻回し、コイル５１に流れる高周波電流に応じて発生する電磁誘導を制御し、プラズマの生成を制御する。すなわち、上記電磁誘導の作用によりプラズマ処理空間１０ｓの外周領域におけるエッチングレートを上げ、プラズマ処理空間１０ｓの中央領域におけるエッチングレートを下げるように制御する。これにより、給電体１４に１００ＭＨｚ以上の周波数の電力を印加した場合においても、周方向だけでなく、径方向においてもプラズマ密度分布を均一化でき、プラズマ処理空間１０ｓにおけるエッチングレートの均一性を制御できる。

なお、プラズマ処理空間１０ｓの中央領域において外周領域よりもよりプラズマ密度が高くなる場合、図７及び図８にて後述するコイル５１を可動させる等の他の補正方法を使って径方向のプラズマ密度を均一にすることができる。このように径方向のプラズマ密度を均一にする制御は、周方向のプラズマ密度を均一にする制御よりも容易である。従って、実施形態に係るフィルタ回路５０によれば、プラズマ密度分布の偏りをなくし、エッチングレート等のエッチング特性を改善することができる。また、径方向のプラズマ密度を均一にする手法としては、圧力の調整や磁石の設置などの補正方法を使ってもよく、組み合わせてもよい。また、プラズマ密度分布の偏りに合わせて、ガス導入方法として、プラズマ処理空間１０ｓの外周領域に導入するガスの量より中央領域に導入するガスの量を増減するような調整を行うことによって、エッチングレート等を均一にしてもよい。

［変形例］
次に、実施形態に係るフィルタ回路５０の変形例について、図４～図６を参照しながら説明する。図４～図６は、実施形態に係るフィルタ回路５０の変形例１～４を示す図である。

（変形例１）
図４（ａ）は、実施形態に係るフィルタ回路５０の変形例１を示す図である。変形例１では、フィルタ回路５０のコイル５１が給電体１４の内部に配置されている点で、図２（ｂ）及び図３の実施形態に係るコイル５１が給電体１４の周囲に巻かれている構成と異なる。他の構成については変形例１と実施形態とは同一である。

具体的には、変形例１では、給電体１４の内部は空洞になっている。第１のＲＦ生成部３１ａから供給される高周波電流は給電体１４の表層を流れ、シャワーヘッド１３に供給される。このため、給電体１４の内部を空洞とすることができる。変形例１では、コイル５１は、給電体１４の内部の空洞に位置する。ただし、これに限らず、給電体１４の内部が空洞であってもコイル５１を給電体１４の外周に巻回してもよい。

（変形例２）
図４（ｂ）は、実施形態に係るフィルタ回路５０の変形例２を示す図である。変形例２では、シャワーヘッド１３内に遮蔽板５６が埋設されている点で、図２（ｂ）及び図３に示すように遮蔽板５６がない実施形態の構成と異なる。他の構成については変形例２と実施形態とは同一である。

変形例２では、給電体１４が接続されるシャワーヘッド１３の背面寄りのシャワーヘッド１３の内部に磁場を遮蔽するための遮蔽板５６が埋設されている。変形例２においてもフィルタ回路５０のコイル５１を給電体１４の外周に巻回し、コイル５１に流れる高周波電流により発生する電磁誘導によりコイル５１を貫く磁場が生成される。

発生した磁場の磁力強度によりプラズマ処理空間１０ｓに中央から外周側へ向けて磁界が広がる。シャワーヘッド１３内に電磁的な遮蔽を行う遮蔽板５６を埋設することで、遮蔽板５６を挟んで給電体１４の反対側のシャワーヘッド１３及びプラズマ処理空間１０ｓに磁力が届かないように遮蔽できる。これにより、プラズマ処理空間１０ｓの中央領域におけるプラズマ密度を下げ、中央から外周側へ向けてプラズマ密度が均一になるように制御できる。

なお、遮蔽板５６は、シャワーヘッド１３の内部に埋め込むことが好ましい。高周波電流はシャワーヘッド１３の表面を流れる。このため、シャワーヘッド１３の表面に遮蔽板５６を配置すると、遮蔽板５６が抵抗になって高周波電流が流れ難くなり、プラズマ生成に寄与するエネルギー効率を低下させることになる。これに対して、シャワーヘッド１３内に遮蔽板５６を埋め込めば、遮蔽板５６によってシャワーヘッド１３の高周波電流の流れを阻害せずに、磁束を吸収する磁気シールド効果を得ることができる。

遮蔽板５６は、透磁率の高い材料であって、かつ発熱しないように抵抗値の低い材料が好ましい。例えば遮蔽板５６は、パーマロイ、方向性ケイ素鋼、センダスト等の軟磁性金属材料、又はフェライト等の軟磁性の電子セラミック材料で形成することができる。

なお、給電体１４については、透磁率が低く、かつ抵抗値の低いアルミニウム等の材料が好ましい。これにより、コイル５１にて電磁誘導により形成される磁力を給電体１４側に集中させず、給電体１４の外周側に広がるようにすることができる。

（変形例３）
なお、図５に示すように、図２（ａ）の示す構成に対して、遮蔽板５６を、シャワーヘッド１３の内部に埋め込んでもよい。フィルタ回路１５０に含まれるコイル１５１によって発生した磁場の磁力強度によりプラズマ処理空間１０ｓに向けて磁界が発生するが、シャワーヘッド１３内に電磁的な遮蔽を行う遮蔽板５６を埋設することで、遮蔽板５６を挟んで給電体１４の反対側のシャワーヘッド１３及びプラズマ処理空間１０ｓに磁力が届かないように遮蔽できる。これにより、フィルタ回路１５０が配置された位置の下方にてプラズマ密度分布の特異点Ｃを抑制し、プラズマ密度が均一になるように制御できる。

（変形例４）
図６（ａ）は、実施形態に係るフィルタ回路５０のコイル５１を示す図である。これに対して、図６（ｂ）及び（ｃ）は、実施形態に係るフィルタ回路５０の変形例４を示す図である。変形例４では、図６（ａ）に示す実施形態に係るコイル５１よりも、給電体１４の中心軸ＣＬに対して下側に向かって広がるように構成される点が異なる。すなわち、変形例４では、コイル５１がシャワーヘッド１３に向かって広がるように構成される。他の構成については変形例４と実施形態とは同一である。

変形例４では、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、給電体１４に巻かれているコイル５１の直径が、下部に向かうほど給電体１４の中心軸ＣＬに対して大きくなり、コイル５１がラッパ型に広がる。図６（ｃ）は、コイル５１の上部ではコイル５１の直径が図６（ｂ）と同じ直径であるが、下部では図６（ｂ）よりも更にコイル５１の直径が大きくなっている。

これによれば、図６（ａ）～（ｃ）の下側のグラフに示しように、図６（ａ）～（ｃ）のいずれの形状のコイル５１を給電体１４に配置した場合も、給電体１４の中心軸ＣＬにて磁場Ｈが最も強く、外周側に向かって広がる。図６（ｂ）のコイル５１の形状では、図６（ａ）のコイル５１の形状よりも、給電体１４の中心軸ＣＬにおける磁場Ｈの強さは弱く、外周側への磁場Ｈの広がりが大きい。また、図６（ｃ）のコイル５１の形状では、図６（ｂ）のコイル５１の形状よりも、給電体１４の中心軸ＣＬにおける磁場Ｈの強さは更に弱く、外周側への磁場Ｈの広がりが更に大きい。すなわち、コイル５１の形状をシャワーヘッド１３側の下部が上部よりも大きくなるようにラッパ型にすることで、プラズマ処理空間１０ｓの中央領域の磁界を弱くできる。これにより、プラズマ処理空間１０ｓの中央領域において局所的にエッチングレートが高くなることを緩和できる。

［コイルの駆動方法］
以下では、コイル５１を可動させることでプラズマ密度分布を制御し、プラズマ密度を均一にするためのコイル５１の駆動方法について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７及び図８に示すコイルの駆動方法は、実施形態及び各変形例に係るフィルタ回路５０のコイル５１のいずれも使用することができる。この場合、コイル５１は、給電体１４の中心軸ＣＬに沿って可動である。

（コイルの駆動方法１）
図７は、コイル５１の駆動方法１を示す図である。駆動方法１では、コイル５１は、上下駆動機構５８に接続され、上下駆動機構５８によりコイル５１の高さ方向に上下動可能である。

制御部２は、上下駆動機構５８を使用してコイル５１の位置（高さ）を制御する。例えば、図７に示すように、制御部２は、上下駆動機構５８を使用してコイル５１の位置をコイル５１の初期位置Ｈ０から位置Ｈ１（Ｈ１＞Ｈ０）まで上昇させるように制御してもよい。これにより、コイル５１下のプラズマ処理空間１０ｓに到達する磁界を弱め、コイル５１下のプラズマ処理空間１０ｓにおける電界を弱めることができる。

一方、制御部２は、上下駆動機構５８を使用してコイル５１の位置をコイル５１の初期位置Ｈ０から位置Ｈ２（Ｈ２＜Ｈ０）まで下降させるように制御してもよい。これにより、コイル５１下のプラズマ処理空間１０ｓに到達する磁界を強め、コイル５１下のプラズマ処理空間１０ｓにおける電界を強めることができる。これにより、コイル５１下のプラズマ処理空間１０ｓにおけるプラズマ密度分布を制御し、プラズマ処理空間１０ｓの中央領域におけるエッチングレートの制御性を高めることができる。

（コイルの駆動方法２）
図８は、コイル５１の駆動方法２を示す図である。駆動方法２では、コイル５１は、伸縮調節機構５９に接続され、伸縮調節機構５９により給電体１４の中心軸ＣＬに沿って伸縮可能である。

制御部２は、伸縮調節機構５９を使用してコイル５１の長さを制御する。例えば、コイル５１は基底位置に固定されてもよい。図８に示すように、制御部２は、伸縮調節機構５９を使用してコイル５１の長さを初期長さＴ０よりも伸ばした長さＴ１（Ｔ１＞Ｔ０）に制御してもよい。このように、コイル５１の長さをコイル５１の初期長さＴ０から伸縮させるように制御することにより、コイル５１下のプラズマ処理空間１０ｓにおける磁界の強さを変えることができる。これにより、コイル５１下のプラズマ処理空間１０ｓにおける電界の分布を変え、プラズマ密度を制御し、プラズマ処理空間１０ｓの中央領域におけるエッチングレートの制御性を高めることができる。

ただし、コイル５１を伸縮させることによって、フィルタ回路５０のインダクタンスが変わる。よって、コイル５１を伸縮させる場合、インダクタンスの変化に応じて、フィルタ回路５０のコンデンサ５２を操作し、コンダクタンスを変化させることでフィルタ回路５０としての機能を維持できる。

図３では、コイル５１を給電体１４の周囲に巻回し、コイル５１に流れる高周波電流により発生する電磁誘導によりプラズマの生成を制御し、プラズマ処理空間１０ｓの中央領域と外周領域におけるプラズマ密度分布を制御できるメカニズムについて説明した。これに対して、コイル５１の駆動方法１，２によれば、コイル５１を可動することで、更にプラズマ密度分布を制御することができる。なお、上下駆動機構５８及び伸縮調節機構５９を組み合わせてコイル５１を駆動してもよい。

以上に説明したように、実施形態及び各変形例のフィルタ回路５０及びフィルタ回路５０を有するプラズマ処理装置１によれば、プラズマ密度分布の偏りをなくし、エッチング特性を改善することができる。

以上の説明では、実施形態及び各変形例に係るフィルタ回路５０を構成するコイル５１を給電体１４に巻きつけ、当該フィルタ回路５０を構成するコンデンサ５２を第２のＤＣ生成部３２ｂと給電体１４とを接続する配線１２に設けた。しかしながら、フィルタ回路５０のコイル５１及びコンデンサ５２の設置はこれに限らない。

フィルタ回路５０のコイル５１は、基板支持部１１の導電性部材１１１ｅの背面の給電体に巻かれる構成としてもよい。具体的には、基板支持部１１の導電性部材１１１ｅの背面の中心部に接続した給電体にフィルタ回路５０のコイル５１を巻きつけ、第１のＲＦ生成部３１ａから基板支持部１１にソースＲＦ信号としての高周波の電力を印加してもよい。この場合、導電性部材１１１ｅの背面の中心部に接続した給電体と第１のＤＣ生成部３２ａとを接続する配線とグランドとの間にフィルタ回路５０のコンデンサ５２を接続し、直列共振回路を形成してもよい。あるいは、導電性部材１１１ｅの背面の中心部に接続した給電体と第２のＲＦ生成部３１ｂとを接続する配線とグランドとの間にフィルタ回路５０のコンデンサ５２を接続し、直列共振回路を形成してもよい。第２のＲＦ生成部３１ｂからは、４００ｋＨｚ未満の周波数の電力を供給する。

今回開示された実施形態に係るフィルタ回路及びプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

本開示のプラズマ処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

また、プラズマ処理装置は、基板に所定のプラズマ処理を施す装置であれば、エッチング装置に限らず、成膜装置、アッシング装置等の装置に適用できる。

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
１３ｄ 電極部
１３ｅ、１１１ｅ 導電性部材
１４ 給電体
２１ ガスソース
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３２ａ 第１のＤＣ生成部
３２ｂ 第２のＤＣ生成部
５０ フィルタ回路
５１ コイル
５２ コンデンサ
５６ 遮蔽板
１１１ 本体部
１１２ リングアセンブリ

Claims (11)

1. 電極と、前記電極の背面の中心部に接続される給電体と、を有し、高周波電力を印加することによってプラズマを生成するプラズマ処理装置に用いられる高周波電力のフィルタ回路であって、
   前記フィルタ回路は、
   前記プラズマ処理装置に設けられた上部電極と、前記上部電極に直流の電力又は４００ｋＨｚ未満の周波数の電力を供給する電源と、の間の配線に設けられ、
   前記配線に直列に接続されたコイルと、
   前記配線とグランドとの間に接続されたコンデンサと、を有する直列共振回路を有し、
   前記コイルの中心軸と前記給電体の中心軸とが一致する、フィルタ回路。
2. 前記コイルの一端は、前記コイルよりも前記電極側の給電体又は前記電極に接続されている、
   請求項１に記載のフィルタ回路。
3. 前記コイルは、前記給電体の外周に位置する、
   請求項１又は２に記載のフィルタ回路。
4. 前記給電体の内部は空洞であり、前記コイルは前記空洞の内部に位置する、
   請求項１又は２に記載のフィルタ回路。
5. 前記給電体を介して電極に４００ｋＨｚ以上の周波数の高周波電力を印加する、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のフィルタ回路。
6. 前記コイルは、前記給電体の中心軸に対して前記電極側に向かって広がるように構成される、
   請求項１～５のいずれか一項に記載のフィルタ回路。
7. 前記給電体が接続される前記電極の背面の下方であって前記電極の内部に、磁場を遮蔽する遮蔽板が埋設されている、
   請求項１～６のいずれか一項に記載のフィルタ回路。
8. 前記コイルは、前記給電体の中心軸に沿って可動する、
   請求項１～７いずれか一項に記載のフィルタ回路。
9. 前記コイルは、上下駆動機構に接続され、前記上下駆動機構によりコイルの高さ方向に上下動可能である、
   請求項１～８いずれか一項に記載のフィルタ回路。
10. 前記コイルは、伸縮調節機構に接続され、前記伸縮調節機構により伸縮可能である、
    請求項１～９いずれか一項に記載のフィルタ回路。
11. 電極と、前記電極の背面の中心部に接続される給電体と、高周波電力のフィルタ回路と、を有し、高周波電力を印加することによってプラズマを生成するプラズマ処理装置であって、
    前記フィルタ回路は、
    前記プラズマ処理装置に設けられた上部電極と、前記上部電極に直流の電力又は４００ｋＨｚ未満の周波数の電力を供給する電源と、の間の配線に設けられ、
    前記配線に直列に接続されたコイルと、
    前記配線とグランドとの間に接続されたコンデンサと、を有する直列共振回路を有し、
    前記コイルの中心軸と前記給電体の中心軸とが一致する、プラズマ処理装置。

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