7399421 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-08

(45)【発行日】2023-12-18

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20231211BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20231211BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 L

H01L21/302 101C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020043783

(22)【出願日】2020-03-13

(65)【公開番号】P2021144892

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-03-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000002428

【氏名又は名称】芝浦メカトロニクス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】500433225

【氏名又は名称】学校法人中部大学

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(72)【発明者】

【氏名】イヴァン ペトロフ ガナシェフ

(72)【発明者】

【氏名】中野 晴香

(72)【発明者】

【氏名】中村 圭二

【審査官】大門 清

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５１６４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６７６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０７９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３５３６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１４２５５６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

略円筒状を呈するチャンバと、
前記チャンバの内部にガスを供給可能なガス供給部と、
前記チャンバの内部に設けられ、処理物が載置可能な載置部と、
前記チャンバの内部を減圧可能な減圧部と、
前記チャンバの、前記載置部と対向する位置に設けられ、誘電体材料を含む窓と、
前記窓を介して前記チャンバの外側に設けられ、少なくとも１つの導体を有する円形のアンテナと、
前記アンテナに電力を印加する電源と、
を備え、
前記アンテナの中心は、前記チャンバの中心軸から離隔した位置に設けられ、
前記チャンバの内径に対する前記アンテナの外径の比により、プラズマ中の高周波誘導電流の分布の、前記チャンバの内壁に近い側が、前記チャンバの内壁に流れる高周波誘導電流により相殺されるようにしたプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記チャンバの内径に対する前記アンテナの外径の比は、０．６２以上、０．６８以下である請求項１記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記窓の外側に、前記アンテナと並べて設けられた検出ヘッドをさらに備えた請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記検出ヘッドに接続された処理プロセスモニタをさらに備えた請求項３記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記処理プロセスモニタは、反射率測定用の分光器である請求項４記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記処理物の処理面には、処理の観察が容易な検出領域が設けられ、前記検出ヘッドは、前記検出領域に略垂直な方向に位置している請求項３～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記処理面の上にはレジストが設けられ、前記検出領域は前記レジストから露出している請求項６記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記検出領域は、前記処理物の周縁領域に設けられている請求項６または７に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

高周波電力を印加することで発生させるプラズマに誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）がある。誘導結合型プラズマは、広い領域に高密度なプラズマを発生させることができるため各種のプラズマ処理に広く用いられている。

【0003】

誘導結合型プラズマを発生可能なプラズマ処理装置には、チャンバと、チャンバの内部に設けられ、処理物を載置する載置部と、チャンバの外部の、処理物の処理面に対向する位置に設けられたプラズマ励起用のアンテナと、が設けられている。
また、プラズマ処理装置には、処理物の処理状態やプラズマの状態を検出する検出部が設けられている。例えば、処理物に光を照射し、処理物からの反射光と照射する光との干渉光の変化に基づいて処理の終点（エンドポイント）を検出している。

【0004】

ここで、処理レート（例えば、エッチングレート）の面内分布を小さくすることを考慮すると、平面視において、発生したプラズマの中心が、処理物の処理面の中心からずれないようにすることが好ましい。一般的には、プラズマはアンテナの直下に発生するので、平面視において、アンテナの中心は、チャンバの中心軸（載置部の中心）と重なるようにしている。

【0005】

また、検出部は、チャンバの外部の、処理物の処理面に対向する位置に設けることが好ましい。ところが、チャンバの外部の、処理物の処理面に対向する位置にはアンテナが設けられている。

【0006】

この場合、アンテナを避けて検出部を設けると、処理面の所望の位置における検出ができない場合が生じる。なお、処理面とは反対の側から処理物の状態を検出することも考えられるが、光が透過しない処理物の場合には検出が困難となる。
一方、前述したように、一般的には、プラズマはアンテナの直下に発生するので、検出部を避けてアンテナを設けると、発生したプラズマの中心がアンテナをずらした分だけ、処理面の中心からずれてしまう。そのため、処理レートの面内分布の均一性が悪化するおそれがある。

【0007】

そこで、平面視において、アンテナの中心がチャンバの中心軸（載置部の中心）から離隔していても、発生したプラズマの中心が処理物の処理面の中心からずれるのを抑制することができるプラズマ処理装置の開発が望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１７－１５２４４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明が解決しようとする課題は、平面視において、アンテナの中心がチャンバの中心軸から離隔していても、発生したプラズマの中心が処理物の処理面の中心からずれるの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である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

実施形態に係るプラズマ処理装置は、略円筒状を呈するチャンバと、前記チャンバの内部にガスを供給可能なガス供給部と、前記チャンバの内部に設けられ、処理物が載置可能な載置部と、前記チャンバの内部を減圧可能な減圧部と、前記チャンバの、前記載置部と対向する位置に設けられ、誘電体材料を含む窓と、前記窓を介して前記チャンバの外側に設けられ、少なくとも１つの導体を有する円形のアンテナと、前記アンテナに電力を印加する電源と、を備えている。前記アンテナの中心は、前記チャンバの中心軸から離隔した位置に設けられ、前記チャンバの内径に対する前記アンテナの外径の比により、プラズマ中の高周波誘導電流の分布の、前記チャンバの内壁に近い側が、前記チャンバの内壁に流れる高周波誘導電流により相殺されるようにしている。

【発明の効果】

【0011】

本発明の実施形態によれば、平面視において、アンテナの中心がチャンバの中心軸から離隔していても、発生したプラズマの中心が処理物の処理面の中心からずれるのを抑制することができるプラズマ処理装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。

【図2】（ａ）は、アンテナを例示するための模式図である。（ｂ）は、他の実施形態に係るアンテナを例示するための模式図である。

【図3】複数の導体を有する円形のアンテナの中心が、チャンバの中心軸からずれた場合を例示するための模式図である。

【図4】アンテナの中心（円周の中心）のずれ量と、プラズマの移動量（ずれ量）との関係を例示するためのグラフである。

【図5】アンテナの中心がチャンバの中心軸から６０ｍｍずれている場合のアンテナの外径と、プラズマの移動量（ずれ量）との関係を例示するためのグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１を例示するための模式断面図である。 図１に示すように、プラズマ処理装置１には、チャンバ２、窓３、載置部４、電源５、電源６、ゲートバルブ７、ガス供給部８、減圧部９、検出部１０、アンテナ１１、ファラデーシールド１２、カバー１３、およびコントローラ１４を設けることができる。

【0014】

チャンバ２は、両端が閉塞された略円筒形状を呈している。チャンバ２は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な気密構造を有している。チャンバ２は、例えば、アルミニウム合金などの金属から形成することができる。また、チャンバ２は、接地することができる。チャンバ２の内部には、プラズマＰが発生する領域２ａが設けられている。

【0015】

チャンバ２は、側面、天板２ｃ、および底面２ｅを有することができる。チャンバ２の側面には、処理物１００を搬入搬出するための搬入搬出口２ｂを設けることができる。搬入搬出口２ｂは、ゲートバルブ７により気密に閉鎖することができる。

【0016】

チャンバ２の天板２ｃには、厚み方向を貫通する孔２ｃ１を設けることができる。孔２ｃ１の中心は、チャンバ２の中心軸２ｄ上に設けることができる。孔２ｃ１は、電磁場を透過させることができる。

【0017】

窓３は、板状を呈し、チャンバ２の天板２ｃに設けることができる。窓３は、孔２ｃ１を塞ぐように設けることができる。窓３は、チャンバ２の、載置部４と対向する位置に設けられている。つまり、窓３は、載置部４の載置面と対向している。窓３は、例えば、光と電磁場を透過させることができ、且つ、エッチング処理を行った際にエッチングされにくい材料から形成することが好ましい。窓３は、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。

【0018】

載置部４は、チャンバ２の内部であって、プラズマＰが発生する領域２ａの下方（例えば、チャンバ２の底面２ｅ）に設けることができる。載置部４は、例えば、電極４ａ、絶縁部４ｂ、および台座４ｃを有することができる。
電極４ａは、金属などの導電性材料から形成することができる。電極４ａは、例えば、台座４ｃに取り付けることができる。電極４ａの上面は、処理物１００を載置するための載置面とすることができる。載置部４に載置された処理物１００の中心の位置は、チャンバ２の中心軸２ｄ上となるようにされる。

【0019】

なお、処理物１００は、例えば、フォトマスク、マスクブランク、ウェーハ、ガラス基板などとすることができる。ただし、処理物１００は、例示をしたものに限定されるわけではない。

【0020】

絶縁部４ｂは、電極４ａと台座４ｃとの間に設けられている。絶縁部４ｂは、電極４ａと台座４ｃとの間を絶縁する。絶縁部４ｂは、誘電体材料（例えば、石英など）などから形成することができる。

【0021】

台座４ｃは、例えば、チャンバ２の底面２ｅに取り付けることができる。台座４ｃは、例えば、アルミニウム合金などの金属から形成することができる。
また、載置部４には、ピックアップピンや温度制御部などを設けることもできる。

【0022】

電源５は、整合器５ａを介して、アンテナ１１と電気的に接続することができる。電源５は、プラズマＰを発生させるための高周波電源とすることができる。電源５は、チャンバ２の内部の、プラズマＰが発生する領域２ａにおいて高周波放電を生じさせてプラズマＰを発生させる。電源５は、例えば、１００ＫＨｚ～１００ＭＨｚ程度の周波数を有する高周波電力をアンテナ１１に印加することができる。この場合、電源５は、プラズマＰの発生に適した比較的高い周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を有する高周波電力をアンテナ１１に印加することができる。

【0023】

整合器５ａは、電源５側のインピーダンスと、プラズマＰ側のインピーダンスとの間で整合をとるために設けられている。整合器５ａは、インピーダンスの整合を取るための整合回路などを有することができる。

【0024】

電源６は、整合器６ａを介して、載置部４の電極４ａに電気的に接続することができる。電源６は、いわゆるバイアス制御用の高周波電源とすることができる。電源６は、載置部４に載置された処理物１００に引き込むイオンのエネルギーを制御するために設けることができる。電源６は、イオンを引き込むのに適した比較的低い周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ以下）を有する高周波電力を電極４ａに印加することができる。

【0025】

整合器６ａは、電源６側のインピーダンスと、プラズマＰ側のインピーダンスとの間で整合をとるために設けられている。整合器６ａは、インピーダンスの整合を取るための整合回路などを有することができる。

【0026】

ゲートバルブ７は、Ｏ（オー）リングなどのシール部材を備えた扉を有することができる。扉は、開閉機構により開閉することができる。扉が閉まった時には、シール部材が搬入搬出口２ｂの周囲に押しつけられ、搬入搬出口２ｂが気密に閉鎖される。

【0027】

ガス供給部８は、チャンバ２の内部のプラズマＰが発生する領域２ａにガスＧを供給することができる。ガス供給部８は、ガス収納部８ａ、ガス制御部８ｂ、および開閉弁８ｃを有することができる。ガス収納部８ａ、ガス制御部８ｂ、および開閉弁８ｃは、チャンバ２の外部に設けることができる。

【0028】

ガス収納部８ａは、ガスＧを収納し、収納したガスＧをチャンバ２の内部に供給することができる。ガス収納部８ａは、例えば、ガスＧを収納した高圧ボンベなどとすることができる。ガス収納部８ａとガス制御部８ｂは、配管を介して接続することができる。

【0029】

ガス制御部８ｂは、ガス収納部８ａからチャンバ２の内部に供給するガスＧの流量や圧力などを制御することができる。ガス制御部８ｂは、例えば、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）などとすることができる。ガス制御部８ｂと開閉弁８ｃは、配管を介して接続することができる。

【0030】

開閉弁８ｃは、配管を介して、チャンバ２に設けられたノズル２ｆに接続することができる。なお、ノズル２ｆを複数設け、プラズマＰが発生する領域２ａに複数の方向から均等にガスＧを供給してもよい。開閉弁８ｃは、ガスＧの供給と停止を制御することができる。開閉弁８ｃは、例えば、２ポート電磁弁などとすることができる。なお、開閉弁８ｃの機能をガス制御部８ｂに持たせることもできる。

【0031】

ガスＧは、プラズマＰにより励起、活性化された際に、所望のラジカルやイオンが生成されるものとすることができる。例えば、プラズマ処理がエッチング処理である場合には、ガスＧは、処理物１００の処理面１００ａをエッチングすることができるラジカルやイオンが生成されるものとすることができる。この場合、ガスＧは、例えば、塩素を含むガス、フッ素を含むガスなどとすることができる。ガスＧは、例えば、塩素ガスと酸素ガスの混合ガス、ＣＨＦ_３、ＣＨＦ_３とＣＦ_４の混合ガス、ＳＦ_６とヘリウムガスの混合ガスなどとすることができる。なお、処理の種類やガスＧの成分は例示をしたものに限定されるわけではない。

【0032】

減圧部９は、チャンバ２の内部が所定の圧力となるように減圧する。減圧部９は、ポンプ９ａ、および圧力制御部９ｂを有することができる。ポンプ９ａ、および圧力制御部９ｂは、チャンバ２の外部に設けることができる。
ポンプ９ａは、チャンバ２の内部にある気体を排気することができる。ポンプ９ａは、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）などとすることができる。なお、バックポンプとして、ルーツ型ドライポンプをターボ分子ポンプに接続することもできる。

【0033】

圧力制御部９ｂは、配管を介してポンプ９ａと接続することができる。圧力制御部９ｂは、チャンバ２の内圧を検出する真空計などの出力に基づいて、チャンバ２の内圧が所定の圧力となるように制御することができる。なお、真空計は、ダイヤフラム式のキャパシタンスマノメータなどとすることができる。圧力制御部９ｂは、例えば、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）などとすることができる。

【0034】

検出部１０は、プラズマ処理の最中に生じる光学的な変化に基づいて、処理物１００の処理状態やプラズマの状態を検出することができる。例えば、検出部１０は、プラズマ処理の終点を検出することができる。

【0035】

検出部１０は、検出ヘッド１０ａ、および制御部１０ｂを有することができる。検出ヘッド１０ａ、および制御部１０ｂは、チャンバ２の外部に設けることができる。
検出ヘッド１０ａは、窓３を介して、載置部４に載置された処理物１００の処理面１００ａ（上面）に対向させることができる。検出ヘッド１０ａは、窓３の外側に、アンテナ１１と並べて設けることができる。

【0036】

制御部１０ｂは、例えば、光ファイバなどを介して検出ヘッド１０ａに接続することができる。制御部１０ｂは、例えば、光学的な変化を解析する処理プロセスモニタなどとすることができる。処理プロセスモニタは、例えば、反射率測定用の分光器とすることができる。分光器が設けられていれば、所定の波長を有する光を抽出することができるので、検出精度の向上を図ることができる。また、制御部１０ｂには、処理の状態を表示するモニタなどを設けることもできる。制御部１０ｂは、解析結果をコントローラ１４に送信することができる。

【0037】

検出部１０が、干渉光に基づいて、処理面１００ａの処理状態を検出するものの場合には、図１に示すように、検出ヘッド１０ａから処理面１００ａに光を照射する。処理面１００ａからの反射光は、検出ヘッド１０ａに入射する。検出ヘッド１０ａが、処理面１００ａに対向していれば、検出ヘッド１０ａから照射された光が、処理面１００ａに垂直な方向から処理面１００ａに入射する。また、処理面１００ａからの反射光が検出ヘッド１０ａに直接入射する。そのため、処理物１００の処理状態（例えば、プラズマ処理の終点）を検出するのが容易となる。

【0038】

また、検出部１０は、プラズマＰの発光スペクトルに基づいて、処理物１００の処理状態（例えば、プラズマ処理の終点）を検出することもできる。例えば、エッチングされることで処理面１００ａから放出された原子や分子は、プラズマＰ中で電子と衝突し、励起される。励起状態から基底状態の戻るときに光が放出される。放出された光には、各原子、各分子に特異の発光スペクトルがある。発光スペクトルの中から所望の材料に関係のあるスペクトルラインに注目すれば、そのスペクトルラインの変動で、処理物１００の処理状態（例えば、プラズマ処理の終点）を検出することができる。

【0039】

この様な場合には、プラズマＰからの光を検出ヘッド１０ａに入射させる必要がある。検出ヘッド１０ａが処理面１００ａに対向していれば、検出ヘッド１０ａがプラズマＰに対向していることになるので、プラズマＰからの光が検出ヘッド１０ａに直接入射する。そのため、処理物１００の処理状態（例えば、プラズマ処理の終点）を検出するのが容易となる。

【0040】

すなわち、検出部１０は、処理面１００ａからの反射光を用いるものであってもよいし、プラズマＰからの光を用いるものであってもよい。
ただし、プラズマ中で励起されるガスによって、発光スペクトルがブロードとなり、検出が難しくなる場合がある。また、処理面１００ａの大部分がレジストで覆われているときには、エッチングされる処理面１００ａの割合が少なくなる。そのため、処理面１００ａの材料が発光スペクトルに与える影響が少なくなり、検出がさらに困難となる。

【0041】

プラズマＰの発光スペクトルに対して、反射光のスペクトルは、材料によって大きく異なるので、反射率測定用の分光器（内部発光源で光を出して、戻ってきた光を測定する分光器）で測定すれば、比較的簡単にプラズマ処理の終点を検出できる。さらに、処理面１００ａの大部分がレジストで覆われていても、光を当てる領域にレジストが無ければ、レジストによりプラズマ処理の終点の検出が妨げられることがない。そのため、検出部１０は、処理面１００ａからの反射光を用いるものとすることがより好ましい。

【0042】

アンテナ１１は、チャンバ２の外部に設けることができる。アンテナ１１は、窓３の外側に設けることができる。
図２（ａ）は、アンテナ１１を例示するための模式図である。
図２（ｂ）は、他の実施形態に係るアンテナ１１０を例示するための模式図である。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、アンテナ１１、１１０には、複数の導体１１ａを設けることができる。複数の導体１１ａのインダクタンスＬは、同じ値とすることができる。なお、インダクタンスＬの値には、多少のばらつきがあってもよい。例えば、インダクタンスＬの値は、製造時における誤差の範囲内でばらついていてもよい。

【0043】

複数の導体１１ａは、円周上に配置することができる。複数の導体１１ａは、等間隔で配置することができる。複数の導体１１ａは、互いに回転対称となる位置に設けることができる。複数の導体１１ａは、電源５に並列接続されている。すなわち、複数の導体１１ａの一方の端部のそれぞれは、電源５の端子５ｂ１に電気的に接続されている。複数の導体１１ａの他方の端部のそれぞれは、接地することができる。

【0044】

この様な構成を有するアンテナ１１、１１０を設ければ、円周上に配置された複数の導体１１ａの中心（アンテナ１１、１１０の中心）に対して、互いに回転対称となる位置に電磁場を導入することができる。また、複数の導体１１ａは、並列接続され、且つ、インダクタンスＬは同じ値となっている。そのため、チャンバ２の内部の互いに回転対称となる位置に同じ強さの電磁場を導入することができる。すなわち、プラズマＰ中の互いに回転対称となる位置に同じ強さの電磁場を導入することができる。

【0045】

その結果、均一な密度のプラズマＰを発生させることが容易となり、また、均一な密度のプラズマＰの維持が容易となる。また、処理物１００の面内における処理の均一性（例えば、エッチングレートの均一性など）を向上させることができる。

【0046】

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の導体１１ａには電流Ｉが流れる。複数の導体１１ａは並列接続されているので、電源５に流れる電流の値が大きくなり過ぎるおそれがある。そのため、電源５には、位相を制御する位相調整部５ｃを並列接続することができる。位相調整部５ｃのサセプタンスの絶対値は、導体１１ａのサセプタンスの絶対値とほぼ同じとすることができる。

【0047】

位相調整部５ｃにおける位相は、導体１１ａにおける位相と逆にすることができる。この様にすれば、電源５には、導体１１ａに流れる電流Ｉと同様の振幅で逆位相の電流を流すことができる。そのため、合計のサセプタンスが減り、電源５に流れる合計電流が抑制される。その結果、電源５の過熱を抑えることができる。

【0048】

また、図２（ｂ）に示すように、複数の導体１１ａのそれぞれに直列接続されたコンデンサ１１ｂを設けることができる。コンデンサ１１ｂは、導体１１ａの接地側の端部に接続することができる。複数のコンデンサ１１ｂの容量Ｃは、同じ値とすることができる。なお、容量Ｃの値には、多少のばらつきがあってもよい。例えば、容量Ｃの値は、製造時における誤差の範囲内でばらついていてもよい。

【0049】

コンデンサ１１ｂを導体１１ａの接地側の端部に接続すれば、複数の導体１１ａのリアクタンスとコンデンサ１１ｂのリアクタンスが部分的または完全に相殺させることができる。そのため、アンテナ１１のインピーダンスが低下し、アンテナ電位の最大値を低下させることができる。アンテナ電位の最大値を低下させることができれば、異常放電により窓３などが損傷するのを抑制することができる。

【0050】

図１に示すように、アンテナ１１の中心（円周の中心１１ｃ）は、チャンバ２の中心軸２ｄから離隔した位置に設けられている。また、チャンバ２の内径２ｇに対するアンテナ１１の外径１１ｄの比は、例えば、０．６２以上、０．６８以下とすることができる。比の値をこの範囲内とすることで、発生したプラズマＰの中心がチャンバ２の中心軸２ｄからずれるのを抑制することができる。
なお、プラズマＰの移動（ずれ）を抑制できる理由などに関する詳細は後述する。

【0051】

ファラデーシールド１２は、アンテナ１１と窓３の間に設けることができる。ファラデーシールド１２が設けられていれば、アンテナ１１による高周波電界の方向と同一方向に電流経路が形成されるのを抑制することができる。そのため、チャンバ２の内部に高周波電界を発生させることができるとともに、アンテナ１１とプラズマＰとの間の容量結合を抑制することができる。その結果、アンテナ１１から導入される電磁場のエネルギーをプラズマＰの発生に効率よく利用することができる。

【0052】

また、アンテナ１１とプラズマＰとの間の容量結合を抑制することができるので、プラズマ処理中に窓３などに負のバイアスがかかることを抑制することができる。そのため、窓３にプラズマＰ中のイオンが衝突することを抑制することができるので、窓３の損傷を抑制することができる。

【0053】

カバー１３は、箱状を呈し、チャンバ２の、窓３が設けられた側を覆っている。カバー１３の内部には、アンテナ１１、ファラデーシールド１２、および検出部１０の検出ヘッド１０ａなどを設けることができる。

【0054】

コントローラ１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算素子と、半導体メモリなどの記憶素子を備えたものとすることができる。コントローラ１４は、例えば、コンピュータとすることができる。コントローラ１４は、記憶素子に格納されている制御プログラムに基づいて、プラズマ処理装置１に設けられた各要素の動作を制御することができる。

【0055】

ここで、前述したように、複数の導体１１ａは、窓３を介して、電磁場をチャンバ２の内部に導入する。そのため、一般的には、チャンバ２の内部に均一な密度のプラズマＰを発生させるために、複数の導体１１ａが、チャンバ２の中心軸２ｄを中心として円形に配置される。

【0056】

図３は、複数の導体１１ａを有する円形のアンテナ１１の中心１１ｃが、チャンバ２の中心軸２ｄからずれた場合を例示するための模式図である。
図３に示すように、一般的には、複数の導体１１ａが設けられた円周の中心１１ｃが、チャンバ２の中心軸２ｄからずれると、発生したプラズマＰの中心がアンテナ１１の中心１１ｃ側にずれることになる。発生したプラズマＰの中心がチャンバ２の中心軸２ｄからずれると、発生したプラズマＰの中心が処理物１００の中心からずれることになるので、処理レートの面内分布の均一性が悪化するおそれがある。

【0057】

そのため、一般的には、複数の導体１１ａが設けられた円周の中心１１ｃと、チャンバ２の中心軸２ｄとを厳格に合わせる必要があり、製造コストの増加や生産性の低下を招いていた。

【0058】

またさらに、近年においては、処理パターンの微細化が進み、例えば、形成される凹凸や孔などの開口率が極めて小さくなっている。この様な場合には、処理される材料の量が少なくなるため、光の変化量が微小となる。また、前述の処理パターンは、一般的に処理物１００の中央領域に形成される。そのため、中央領域の大部分がレジストで覆われる。したがって、中央領域ではレジストから露出する材料が減少する傾向にあり、光の変化量に基づいた検出がさらに困難となってきている。

【0059】

一方、処理物１００の周縁領域は、前述の処理パターンが形成されない領域とすることができる。そのため、図１に示すように、処理物１００の周縁領域に、レジストで覆われない比較的広い検出領域１００ｂを設けることができる。すなわち、処理面１００ａの上にはレジストが設けられているが、検出領域１００ｂはレジストから露出している。検出領域１００ｂには、処理物１００の処理面１００ａを露出させることができるので、処理される材料の量を多くすることができる。処理される材料の量が多くなれば、光の変化量が大きくなるので、プラズマの状態や処理物の状態を検出するのが容易となり、検出精度を向上させることができる。

【0060】

ところが、前述したように、一般的には、複数の導体１１ａが、チャンバ２の中心軸２ｄを中心とする円周上に配置される。またさらに、アンテナ１１には複数のコンデンサ１１ｂが設けられたり、アンテナ１１と窓３の間にはファラデーシールド１２が設けられたりする場合もある。

【0061】

つまり、従来の通りアンテナを配置すると、検出領域１００ｂが設けられた処理物１００の周縁領域と、導体１１ａ、コンデンサ１１ｂ、ファラデーシールド１２などが平面視において重なってしまうことがある。導体１１ａ、コンデンサ１１ｂ、ファラデーシールド１２などが処理物１００の周縁領域の上方に設けられていると、検出ヘッド１０ａを検出領域１００ｂの上方に設けることが困難となる。

【0062】

この場合、検出領域１００ｂに対して傾斜した方向に検出ヘッド１０ａを設けるという方法が考えられる。しかし、この方法では、反射光が検出ヘッド１０ａに入射し難くなる。そのため、反射光を用いた検出（干渉光の変化に基づいた検出）の精度が低下するおそれがある。

【0063】

そこで、本発明者は、アンテナ１１の中心１１ｃをチャンバ２の中心軸２ｄからずらすことで、プラズマＰの中心がどのように移動するのか鋭意調査を行った。

【0064】

まず、本発明者は、外径１１ｄが２４０ｍｍであるアンテナ１１を用いて調査を行った。すると、アンテナ１１をチャンバ２の中心軸２ｃから移動させたとき（例えば左側）、プラズマＰの中心がアンテナ１１の移動方向と同じ方向（左側）へシフトすることを見出した。この結果は、図３に示した結果と同じ傾向であった。
なお、アンテナ１１の外径１１ｄとは、平面視において、アンテナ１１の中心１１ｃを通り対向する位置にある導体１１ａの外側端を結ぶ線分の長さである（図１参照）。

【0065】

次に、本発明者は、外径１１ｄが２７０ｍｍであるアンテナ１１を用いて調査を行った。すると、アンテナ１１をチャンバ２の中心軸２ｃから移動させたとき（例えば左側）、プラズマＰの中心がアンテナ１１と逆の方向（右側）へシフトすることを見出した。この結果は、図３に示した結果とは異なる傾向であった。

【0066】

本発明者は、上記二つの知見から、アンテナ１１をチャンバ２の中心軸２ｃから移動させても、プラズマＰの中心がシフトすることが無いアンテナの外径１１ｄの範囲が有るのではないかと考察し、さらに調査を行った。

【0067】

図４は、アンテナ１１の中心（円周の中心１１ｃ）のずれ量と、プラズマＰの移動量（ずれ量）との関係を例示するためのグラフである。
なお、図４および後述する図５中の縦軸である「プラズマＰの移動量」の負の値は、アンテナ中心１１ｃのずれる方向とは逆方向にプラズマが移動することを意味する。また、図４中の、２４０ｍｍ～２７０ｍｍは、アンテナ１１の外径１１ｄである。また、図４および後述する図５は、チャンバ２の内径２ｇが４００ｍｍの場合である。

【0068】

図４から分かるように、本発明者は、アンテナ１１の外径１１ｄを２６０ｍｍとすれば、アンテナ１１の中心１１ｃがチャンバ２の中心軸２ｄから６０ｍｍずれたとしても、プラズマＰの移動量（ずれ量）をほぼ０（ゼロ）にすることができることを見出した。

【0069】

プラズマＰの移動量（ずれ量）を抑制できる原因は必ずしも明らかではないが以下の様に考えることができる。
アンテナ１１に高周波電流を流すと、チャンバ２の内部のプラズマ化されたガスに渦状の高周波電界が誘導される。渦状の誘導電界は、プラズマPの内部に渦状の高周波電流を流す。円形となるよう窓３を介してチャンバ２の外側に配置された複数の導体１１ａと、渦状の高周波電流とが、高周波誘導器の一次コイルと二次コイルの役割を果たす。

【0070】

ここで、例えば、アンテナ１１を左側にずらすと、以下の２つのことが生じると考えられる。
（１）まず、プラズマＰ中の高周波誘導電流が、チャンバ２の内壁に近づいた左側では増え、チャンバ２の内壁から離れた右側では減る。
（２）一方、アンテナ１１がチャンバ２の左側の内壁に近づいたことによって、左側の内壁に流れている誘導電流が増え、右側の内壁に流れている誘導電流が減る。この場合、左側の内壁では、内壁に流れる誘導電流が増えた分で、同じ側のプラズマＰ中で流れている誘導電流は減る。反対に、右側の内壁では、内壁に流れる誘導電流が減った分、プラズマＰ中で流れている誘導電流は増える。このため、結果的に左側のプラズマＰ中の誘導電流が減り、右側のプラズマＰ中の誘導電流が増える。

【0071】

そして、アンテナ１１をずらした時のプラズマＰ中の誘導電流分布は、（１）と（２）の重ね合わせで決まると考えられる。誘導電流分布は、プラズマ密度分布に大きく影響する。したがって、プラズマＰの分布も（１）、（２）の重ね合わせで決まると考えられる。
さらに、（１）と（２）は、逆の作用となるので、重ね合わせの効果は、それらの定量的な関係で決まる。

【0072】

ここで、前述の外径１１ｄが２４０ｍｍであるアンテナ１１および外径１１ｄが２７０ｍｍであるアンテナ１１をチャンバ２の中心軸２ｃから移動させたときのプラズマＰの移動量（ずれ量）について、（１）と（２）を用いて説明する。

【0073】

まず、外径１１ｄが２４０ｍｍであるアンテナ１１をチャンバ２の中心軸２ｃから左側にずらしたとき、アンテナ１１の移動によるチャンバ２の左側の内壁周辺におけるプラズマＰ中の高周波誘導電流の増加量が、内壁に流れる高周波誘導電流の増加による高周波誘導電流の減少量よりも大きくなる。そして、アンテナ１１の移動によるチャンバ２の右側の内壁周辺におけるプラズマＰ中の高周波誘導電流の減少量が、内壁に流れる高周波誘導電流の減少による高周波誘導電流の増加量よりも大きくなる。つまり、（１）による影響が（２）による影響よりも大きくなると考えられる。そのため、アンテナ１１を左側へ動かすと、左側のプラズマ密度が増え、右側のプラズマ密度が減っているものと考えられる。そして、この現象の結果、プラズマ分布がアンテナ１１と同じ方向（左側）へシフトすると考えられる。

【0074】

一方、外径１１ｄが２７０ｍｍであるアンテナ１１をチャンバ２の中心軸２ｃから左側にずらしたとき、アンテナ１１の移動によるチャンバ２の左側の内壁周辺におけるプラズマＰ中の高周波誘導電流の増加量が、内壁に流れる高周波誘導電流の増加による高周波誘導電流の減少量よりも小さくなる。そして、アンテナ１１の移動によるチャンバ２の右側の内壁周辺におけるプラズマＰ中の高周波誘導電流の減少量が、内壁に流れる高周波誘導電流の減少による高周波誘導電流の増加量よりも小さくなる。つまり、（２）による影響が（１）による影響よりも大きくなると考えられる。そのため、アンテナ１１を左側へ動かすと、左側のプラズマ密度が減り、右側のプラズマ密度が増えているものと考えられる。そして、この現象の結果、プラズマ分布がアンテナ１１と逆の方向（右側）へシフトすると考えられる。

【0075】

この様に、（１）と（２）は、逆の作用となるので、重ね合わせの効果は、それらの定量的な関係で決まる。また、重ね合せの効果は、アンテナ１１の中心１１ｃとチャンバ２の中心軸２ｄとのずれ量およびアンテナ１１の外径１１ｄだけで決まるものではなく、チャンバ２の内径２ｇとアンテナ１１の外径１１ｄとの関係によっても変化すると考えられる。

【0076】

本発明者は上記の知見から、チャンバ２の内径２ｇと、アンテナ１１の外径１１ｄとの間の関係を所定の範囲内とすれば、複数の導体１１ａが設けられた円周の中心１１ｃが、チャンバ２の中心軸２ｄからずれたとしても、発生したプラズマＰの中心がチャンバ２の中心軸２ｄからずれるのを抑制することができることを見出した。

【0077】

ところで、処理の目的や仕様によっては、プラズマＰの移動量（ずれ量）が、±１０ｍｍ以内であれば、処理レート（例えば、エッチングレート）の面内分布を許容することができる。図４から分かるように、アンテナ１１の外径１１ｄが２６０ｍｍである場合を除き、アンテナ１１の中心１１ｃがチャンバ２の中心軸２ｄから離れれば離れるほど、プラズマＰの移動量（ずれ量）が大きくなる。
そこで、アンテナ１１の中心１１ｃがチャンバ２の中心軸２ｄから６０ｍｍずれている場合において、アンテナ１１の外径１１ｄと、プラズマＰの移動量（ずれ量）との関係を調査した。

【0078】

図５は、アンテナ１１の中心１１ｃがチャンバ２の中心軸２ｄから６０ｍｍずれている場合のアンテナ１１の外径１１ｄと、プラズマＰの移動量（ずれ量）との関係を例示するためのグラフである。
なお、図５は、チャンバ２の内径２ｇが４００ｍｍの場合である。また、下の横軸は、アンテナ１１の外径１１ｄの値を示し、上の横軸は、チャンバ２の内径２ｇに対するアンテナ１１の外径１１ｄの比（アンテナ１１の外径１１ｄ／チャンバ２の内径２ｇ）の値を示している。

【0079】

図５から分かるように、アンテナ１１の外径１１ｄを２４８ｍｍ以上、２７０ｍｍ以下とすれば、アンテナ１１の中心１１ｃがチャンバ２の中心軸２ｄから６０ｍｍずれたとしても、プラズマＰの移動量（ずれ量）が±１０ｍｍ以内となり好ましい。

【0080】

また、図５から分かるように、アンテナ１１の外径１１ｄを２５４ｍｍ以上、２６６ｍｍ以下とすれば、アンテナ１１の中心１１ｃがチャンバ２の中心軸２ｄから６０ｍｍずれたとしても、プラズマＰの移動量（ずれ量）が±５ｍｍ以内となり、より好ましい。

【0081】

また、図５から分かるように、アンテナ１１の外径１１ｄを２６０ｍｍとすれば、アンテナ１１の中心１１ｃがチャンバ２の中心軸２ｄから６０ｍｍずれたとしても、プラズマＰの移動量（ずれ量）をほぼ０（ゼロ）にすることができ、より好ましい。

【0082】

ここで、前述の通り、プラズマＰの移動量（ずれ量）は、アンテナ１１の外径１１ｄだけで決まるものではなく、チャンバ２の内径２ｇとアンテナ１１の外径１１ｄとの関係によって決まる。したがって、プラズマＰの移動量（ずれ量）を任意の値以下とする場合、チャンバ２の内径２ｇと、アンテナ１１の外径１１ｄとの間の関係を所定の範囲内とする必要がある。

【0083】

すなわち、図５に示すように、チャンバ２の内径２ｇに対するアンテナ１１の外径１１ｄの比（アンテナ１１の外径１１ｄ／チャンバ２の内径２ｇ）を、０．６２以上０．６８以下とすれば、アンテナ１１の中心１１ｃがチャンバ２の中心軸２ｄから６０ｍｍずれたとしても、プラズマＰの移動量（ずれ量）が、±１０ｍｍ以内となるようにすることができる。

【0084】

より好ましくは、チャンバ２の内径２ｇに対するアンテナ１１の外径１１ｄの比を０．６３以上、０．６６ｍｍ以下とする。チャンバ２の内径２ｇに対するアンテナ１１の外径１１ｄの比を上記範囲内とすれば、アンテナ１１の中心１１ｃがチャンバ２の中心軸２ｄから６０ｍｍずれたとしても、プラズマＰの移動量（ずれ量）が、±５ｍｍ以内となる。

【0085】

より好ましくは、チャンバ２の内径２ｇに対するアンテナ１１の外径１１ｄの比を０．６５とする。チャンバ２の内径２ｇに対するアンテナ１１の外径１１ｄの比を０．６５とすれば、アンテナ１１の中心１１ｃがチャンバ２の中心軸２ｄから６０ｍｍずれたとしても、プラズマＰの移動量（ずれ量）が、ほぼ０（ゼロ）とすることができる。

【0086】

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１とすれば、平面視において、アンテナ１１の中心（円周の中心１１ｃ）がチャンバ２の中心軸２ｄ（載置部４の中心）から離隔していても、発生したプラズマＰの中心が処理物１００の処理面１００ａの中心からずれるのを抑制することができる。そのため、処理レートの面内分布を小さくすることができる。

【0087】

また、複数の導体１１ａが設けられた円周の中心１１ｃと、チャンバ２の中心軸２ｄとを厳格に合わせる必要がないので、製造コストの低減や生産性の向上を図ることができる。

【0088】

また、アンテナ１１の中心（円周の中心１１ｃ）を、チャンバ２の中心軸２ｄからずらすことができれば、検出領域１００ｂの上方に、導体１１ａ、コンデンサ１１ｂ、ファラデーシールド１２などが設けられていないようにすることができる。そのため、検出ヘッド１０ａが、検出領域１００ｂに略垂直な方向に位置することができるので、処理物１００の処理状態（例えば、プラズマ処理の終点）を検出するのが容易となる。また、検出精度の向上を図ることもできる。

【0089】

以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、プラズマ処理装置１が備える構成要素の形状、材料、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
例えば、前述の実施形態ではアンテナ１１は、複数の導体１１ａから形成されているが、少なくとも１つの導体１１ａで形成されたアンテナとしてもよい。
また、前述の実施形態では、検出領域１００ｂはレジストから露出した部分となっているが、これに限定されない。例えば、レジストに代えてクロムなどの処理パターンに用いられる金属膜をマスクとして用いる場合、マスクから露出している部分を検出領域１００ｂとしてもよい。上記の場合、他の処理パターンより比較的大きいパターン領域や、入射・反射光の干渉が計算しやすく、デバイスとして使えないパターンなど、処理の観察が容易な部分を検出領域１００ｂとするとよい。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0090】

１ プラズマ処理装置、２ チャンバ、２ｄ 中心軸、２ｇ 内径、３ 窓、４ 載置部、５ 電源、６ 電源、１０ 検出部、１０ａ 検出ヘッド、１１ アンテナ、１１ａ 導体、１１ｃ 中心、１１ｄ 外径、１００ 処理物、１００ａ 処理面、１００ｂ 検出領域、１１０ アンテナ、Ｐ プラズマ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】