[go: up one dir, main page]

JP2014112644A - 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

Info

Publication number
JP2014112644A
JP2014112644A JP2013161875A JP2013161875A JP2014112644A JP 2014112644 A JP2014112644 A JP 2014112644A JP 2013161875 A JP2013161875 A JP 2013161875A JP 2013161875 A JP2013161875 A JP 2013161875A JP 2014112644 A JP2014112644 A JP 2014112644A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
magnetic field
chamber
processing chamber
processing apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013161875A
Other languages
English (en)
Inventor
Jun Yoshikawa
潤 吉川
Tamao Susa
圭雄 須佐
Naoki Matsumoto
直樹 松本
Peter L G Ventzek
ヴェンツェ、ピ−ター、エル・ジー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2013161875A priority Critical patent/JP2014112644A/ja
Priority to KR20130130260A priority patent/KR101490628B1/ko
Priority to US14/071,717 priority patent/US9659754B2/en
Publication of JP2014112644A publication Critical patent/JP2014112644A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32669—Particular magnets or magnet arrangements for controlling the discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32678—Electron cyclotron resonance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

【課題】印加する磁場を適正化することにより、プラズマを均一に生成するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の提供。
【解決手段】チャンバー１と、マイクロ波電力を出力するマイクロ波発生装置３９と、前記マイクロ波電力をチャンバー１内部の特定のプラズマ生成位置に供給するアンテナ３１と、チャンバー１の外部に設けられ、少なくとも前記特定のプラズマ生成位置に磁場を形成するコイル５２と、チャンバー１の内部にて生成されたプラズマの電子衝突周波数ｆｅ及びサイクロトロン周波数ｆｃがｆｃ＞ｆｅとなるようにコイル５２により形成される前記磁場を制御する制御部７０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
ラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna）装置等のプラズマ処理装置は、プラズマを生成し、プラズマの作用によりウェハや基板等の被処理体に微細加工を施すことで、半導体デバイスを製造する。プラズマ処理装置では、プラズマを均一に生成することが重要である。特に、近似、ＬＳＩの高集積化及び高速化の要請から微細化が進んでいる。また、被処理体が大型化している。このような状況下、被処理体を良好に微細加工するためにプラズマの均一性は更に重要になっている。
そこで、プラズマの電子密度や均一性を向上させ、素子のダメージを抑制するための機構を備えたラジアルラインスロットアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１によれば、ラジアルラインスロットアンテナ装置に設けられた、マイクロ波を導入するためのアンテナの上方に磁界形成部を有し、当該磁界形成部により形成される磁界によってマイクロ波により処理容器内に生成されるガスのプラズマ特性を制御する。
国際公開第２００８／１０８２１３号パンフレット
しかしながら、特許文献１では、スロットの位置や印加する磁場が適正化されておらず、被処理体の半径方向にてプラズマの均一性に偏りが生じるという課題を解決するには至っていない。
特に、５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）以下の低圧条件では、プラズマ処理装置の中心側のプラズマの電子密度は、外周側のプラズマの電子密度より高くなる傾向があり、中心側へのプラズマの電子密度の偏りによりプラズマ分布の制御がより困難になっている。
上記課題に対して、本発明は、印加する磁場を適正化することにより、プラズマ分布の制御性を高めることが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の一の態様によれば、
処理室と、
高周波電力を出力する発振器と、
前記高周波電力を特定のプラズマ生成位置から前記処理室の内部に供給する電力供給手段と、
前記処理室の外部に設けられ、少なくとも前記特定のプラズマ生成位置に磁場を形成する磁場形成手段と、
前記処理室の内部にて生成されたプラズマの電子衝突周波数ｆｅ及びサイクロトロン周波数ｆｃがｆｃ＞ｆｅとなるように前記磁場形成手段により形成される前記磁場を制御する制御部と、
を有することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、
プラズマとなるガスが導入される処理室と、
前記処理室の外部に設けられ、該処理室の内部に載置された被処理体に対して垂直方向に磁場を形成する磁場形成手段と、
高周波電力を出力する発振器と、
前記処理室に設けられ、前記発振器により出力された高周波電力を通して該処理室に供給するアンテナ部と、
前記処理室の内部にて生成されたプラズマの電子衝突周波数ｆｅ及びサイクロトロン周波数ｆｃがｆｃ＞ｆｅとなるように前記磁場形成手段により形成される前記磁場を制御する制御部と、
を有することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、
前記高周波電力を特定のプラズマ生成位置から処理室内に供給する工程と、
前記処理室の外部に設けられ、少なくとも前記特定のプラズマ生成位置に磁場を形成する工程と、
前記処理室の内部にて生成されたプラズマの電子衝突周波数ｆｅ及びサイクロトロン周波数ｆｃがｆｃ＞ｆｅとなるように前記磁場を制御する工程と、
を含むことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
本発明の一実施形態によれば、印加する磁場を適正化することにより、プラズマ分布の制御性を高めることができる。
第１実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置の縦断面図。 第１実施形態に係るアンテナの平面図。 第１実施形態に係るスロット位置とプラズマの電子密度を説明するための図。 第１実施形態に係る磁場とプラズマの電子密度分布を示した図。 第１及び第２実施形態に係るプラズマの電子衝突周波数とサイクロトロン周波数とを示した図。 第１実施形態に係る磁場によるプラズマ制御のシミュレーションに使用する磁場の強度分布を示した図。 第１実施形態に係る縦磁場によるプラズマの電子密度分布のシミュレーション結果。 第１実施形態に係る縦磁場によるプラズマ分布の制御性を示した図。 第１実施形態に係る横磁場によるプラズマの電子密度分布のシミュレーション結果。 第１実施形態に係るパルス状の磁場によるプラズマの電子密度分布のシミュレーション結果。 第２実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置のアンテナ部を示した縦断面図。 第２実施形態において形成される磁場を示した図。 第２実施形態において磁場の状態を等高線で示した図。 第２実施形態において電子密度及び電子温度を等高線で示した図。 第２実施形態において電子密度及び電子温度を示した図。 第２実施形態においてプラズマ生成位置からのパワー出力比に応じた電子密度及び電子温度を等高線で示した図（磁場なし）。 第２実施形態においてプラズマ生成位置からのパワー出力比に応じた電子密度及び電子温度を等高線で示した図（磁場あり）。 第２実施形態においてプラズマ生成位置からのパワー出力比に応じた電子密度及び電子温度を等高線で示した他図（磁場あり）。 第２実施形態においてプラズマ生成位置からのパワー出力比に応じた電子密度を示した図（磁場あり）。 第２実施形態においてプラズマ生成位置からのパワー出力比に応じた電子温度を示した図（磁場あり）。 第２実施形態における磁石の配置と磁場発生例。 図２１の磁石を用いたプロセスにてプラズマ生成位置とエッチングレートとの関係を示した図。 図２１の磁石を用いたプロセスにてエッチングレートの圧力依存を示した図。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
＜第１実施形態＞
［ラジアルラインスロットアンテナ装置の全体構成］
まず、本発明の第１実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置の縦断面図である。ラジアルラインスロットアンテナ装置１００では、複数のスロットを有する平面上のアンテナ、例えばラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna）を通して処理室内にマイクロ波を導入する。ラジアルラインスロットアンテナ装置１００においてマイクロ波により励起されるプラズマは、アンテナ直下の誘電体とプラズマとの界面に沿って伝播する表面波を利用して励起する表面波プラズマ（Surface Wave Plasma：SWP）である。表面波プラズマは、アンテナ直下の広い領域に亘って高いプラズマの電子密度を有している。このため、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。また、表面波プラズマは、低電子温度であるため、素子へのダメージを小さくすることができる。
ラジアルラインスロットアンテナ装置１００は、接地された略円筒状のチャンバー（処理室）１を有する。チャンバー１内には、気密に保持された状態でウェハＷが搬入される。チャンバー１は、ハウジング部２と、その上に配置された円筒状チャンバーウォール３とを有している。ハウジング部２とチャンバーウォール３は、アルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料で作製されている。また、チャンバー１の上部には、処理空間にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入部３０が開閉可能に設けられている。
ハウジング部２の下部には、ハウジング部２の底板の中央部に形成された開口部１０と連通するように排気室１１が設けられている。これにより、チャンバー１の内部は均一に排気される。
ハウジング部２内にはプラズマ処理の対象となるウェハＷを水平に支持するサセプタ５が設けられている。具体的には、サセプタ５は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材４により支持されている。サセプタ５および支持部材４は、石英やＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス材料により作製してもよい。特に、熱伝導性の良好なＡｌＮでサセプタ５および支持部材４を作製することが好ましい。サセプタ５の外縁部にはウェハＷをガイドするためのガイドリング８が設けられている。また、サセプタ５には、抵抗加熱型のヒータ６ａが埋め込まれており、ヒータ電源６から給電されることによりサセプタ５を加熱し、その熱でサセプタ５に支持されるウェハＷが加熱される。サセプタ５の温度は、サセプタ５に挿入された熱電対２０によって測定される。制御部２１は、測定値に基づき、ヒータ電源６からヒータへ供給される電流を制御する。例えば、ヒータ６ａの温度は、室温から１０００℃までの範囲で調整される。
また、サセプタ５には、ウェハＷを支持して昇降させるためのウェハ支持ピン（図示せず）が設けられている。ウェハ支持ピンは、サセプタ５よりも上方へ突出し、サセプタ５よりも下方に退避することができる。サセプタ５の外側には、チャンバー１内を均一排気するためのバッフルプレート７が環状に設けられている。バッフルプレート７は、複数の支柱７ａにより支持されている。チャンバー１の内周には石英で作製される円筒状のライナー４２が設けられている。ライナー４２は、金属材料で作製されるチャンバー１からの金属汚染を防止する役割を有している。ライナー４２は、石英に代わり、セラミックス（Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３等）で作製されてもよい。
排気室１１の側面には排気管２３が接続されている。この排気管２３には高速真空ポンプを含む排気装置２４が接続されている。排気装置２４を作動させることによりチャンバー１内のガスは、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、さらに排気管２３を介して排気される。これによりチャンバー１内の圧力を、所定の真空度、例えば２．６７Ｐａ程度にまで高速に下げることができる。
ハウジング部２には、その側壁に、ウェハＷの搬入出を行うための搬入出口と、この搬入出口を開閉するゲートバルブとが設けられている（いずれも図示せず）。チャンバー１には、チャンバー１内に処理ガスを導入するためのガス導入路が形成されている。具体的には、ハウジング部２の側壁の上端に形成された段部１８と、後述するチャンバーウォール３の下端に形成された段部１９とにより、環状通路１３が形成されている。
チャンバーウォール３の上端部は、例えばＯリングなどのシール部材９ｃを介してマイクロ波導入部３０と係合する。チャンバーウォール３の下端部は、例えばＯリングなどのシール部材９ａ，９ｂを介してハウジング部２の上端と接合する。これによりチャンバーウォール３とマイクロ波導入部３０の間、チャンバーウォール３とハウジング部２との間の気密状態が保たれる。また、チャンバーウォール３の内部には、ガス通路１４が形成されている。
チャンバーウォール３の下端部には、下方に袴状（スカート状）に延びる環状の突出部１７が形成されている。突出部１７は、チャンバーウォール３とハウジング部２との境界（接面部）を覆い、比較的低い耐プラズマ性を有するシール部材９ｂがプラズマに直接に晒されるのを防止している。また、チャンバーウォール３の下端には、ハウジング部２の段部１８と組み合わせて環状通路１３が形成されるように段部１９が設けられている。
さらにチャンバーウォール３の上部には、複数個（例えば３２個）のガス導入口１５ａが内周に沿って均等に設けられている。ガス導入口１５ａは、チャンバーウォール３の内部で水平に延びる導入路１５ｂを介してチャンバーウォール３内で鉛直方向に延びるガス通路１４と連通している。
ガス通路１４は、ハウジング部２の上部とチャンバーウォール３の下部との接面部に、段部１８と段部１９によって形成された溝からなる環状通路１３に接続している。この環状通路１３は、処理空間を囲むように略水平方向に環状に形成されている。また、環状通路１３は、ハウジング部２内の任意の箇所（例えば均等な４箇所）において、ハウジング部２の側壁内で垂直方向に延びるように形成された通路１２と接続され、通路１２はガス供給装置１６と接続されている。環状通路１３は、各ガス通路１４へガスを均等に供給するガス分配部としての機能を有している。これにより、特定のガス導入口１５ａから多量の処理ガスが処理空間へ供給されることが防止される。
このように本実施形態では、ガス供給装置１６からのガスを、通路１２、環状通路１３、各ガス通路１４を介して３２個のガス導入口１５ａから均一にチャンバー１内に導入できるので、チャンバー１内のプラズマの均一性を高めることができる。
上述のとおり、チャンバー１はハウジング部２とその上に配置される円筒状のチャンバーウォール３とから構成されるため、チャンバー１は上向きに開口している。この開口は、マイクロ波導入部３０により気密に閉じられている。ただし、マイクロ波導入部３０は、図示しない開閉機構により開閉可能である。
マイクロ波導入部３０は、透過板２８と、透過板２８の上方に配置されるアンテナ３１と、アンテナ３１の上面に配置される遅波材３３とを有している。これらは、シールド部材３４によって覆われている。また、透過板２８、アンテナ３１、及び遅波材３３は、支持部材３６を介して断面視Ｌ字形をした環状の押えリング３５によりＯリングを介してアッパープレート２７の支持部材に固定されている。マイクロ波導入部３０が閉じられた場合、チャンバー１の上端とアッパープレート２７とはシール部材９ｃによりシールされる。さらに、アンテナ３１、及び遅波材３３は、透過板２８を介してアッパープレート２７に支持されている。
透過板２８は、誘電体、具体的には石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、サファイヤ、ＳｉＮ等のセラミックスで作製される。透過板２８は、マイクロ波を透過してチャンバー１内の処理空間に導入するマイクロ波導入窓（誘電体窓）として機能する。透過板２８の下面（サセプタ５の対向面）は平坦状に限らず、マイクロ波を均一化してプラズマを安定化させるため、例えば凹部や溝を形成してもよい。透過板２８には、大気圧と処理容器の内圧との差圧が加わるため、その厚みは平坦状の場合２０〜３０ｍｍ程度必要であるが、ドーム状とすることによりその厚みを１０〜２０％程度薄くすることができる。
透過板２８の下面は、その外周部において、シール部材２９を介して、アッパープレート２７から内向きに放射状に延びる環状の突部２７ａにより支持されている。これにより、マイクロ波導入部３０が閉じられたとき、チャンバー１内を気密に保持することが可能となる。
アンテナ３１は、円板形状を有している。また、アンテナ３１は、透過板２８の上方において、シールド部材３４の内周面に係止されている。このアンテナ３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板またはアルミニウム板からなる。アンテナ３１には、アンテナ３１を貫通する内周側のスロット孔３２ａ（以下、スロット１とも称する。）及び外周側のスロット孔３２ｂ（以下、スロット２とも称する。）が所定のパターンで形成されている。スロット孔３２ａ、３２ｂは、マイクロ波などの電磁波を放射する。
図２に示したように、第１実施形態では、アンテナ３１に形成されるスロット孔３２ａ、３２ｂは、隣接する２つのスロット孔が組み合わされて「Ｔ」字を形成している。これら複数のスロット孔３２ａ、３２ｂは、図２に示すように同心円状に配置されている。なお、スロット孔３２ａ、３２ｂの形状はこれに限られず、リング状、円弧状、螺旋状であってもよい。
遅波材３３は、アンテナ３１の上面に設けられている。遅波材３３は、真空の誘電率よりも大きい誘電率を有しており、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されている。これにより、遅波材３２では、マイクロ波の波長は、真空中でのマイクロ波の波長よりも短くなる。すなわち、遅波材３２はプラズマの伝播を調整する機能を有している。なお、透過板２８とアンテナ３１とは、互いに密着してもいても離れていても良い。また、アンテナ３１と遅波材３３とは、互いに密着していても離れていてもよい。
シールド部材３４には、冷却水流路（図示せず）が形成されており、そこに冷却水を流すことにより、シールド部材３４、遅波材３３、アンテナ３１、透過板２８、アッパープレート２７を冷却することができる。これにより、これらの部材の変形や破損が防止され、安定したプラズマを生成することが可能である。なお、シールド部材３４は接地されている。
シールド部材３４の中央部の開口には、導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介してアンテナ３１へ伝播される。マイクロ波の周波数は、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等でもよい。
導波管３７は、シールド部材３４の開口部から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、内導体４１は、その下端部においてアンテナ３１の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、アンテナ３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。
チャンバー１の外部には、チャンバー１の側壁の近傍にて、磁界を生成するためのコイル５２がチャンバー１の半径方向に巻かれている。コイル５２には、電源５３が接続され、電源５３からの電流がコイル５２に流れると、チャンバー１内にチャンバー１に対して垂直方向（縦方向）の磁場（以下、単に縦磁場という。）が形成される。電源５３からの電流値を変化させることで磁場の大きさと上下方向の向きを変えることができる。第１実施形態では、チャンバー１に対して水平方向（横方向）の磁場（以下、単に横磁場という。）は不要である。
なお、コイル５２に替えて永久磁石を設けてもよい。その場合、上下でＮ，Ｓ極に分極した棒状の永久磁石を複数、チャンバー１の側壁の近傍に立てるように配置してもよいし、チャンバー１の外部であってチャンバー１の天井部と底部のいずれか一方にＮ極、いずれか他方にＳ極の永久磁石を配置してもよい。これによっても、チャンバー１内にて縦磁場を形成することができる。
制御部７０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＣＰＵはこれらの記憶領域に格納された各種レシピに従ってプラズマ処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、処理室内温度（上部電極温度、処理室の側壁温度、ＥＳＣ温度など）、圧力（ガスの排気）、各種プロセスガス流量などが記載されている。例えば、制御部７０は、チャンバー１内に形成される縦磁場を制御するために、電源５３の出力を制御する。なお、制御部７０の機能は、ソフトウエアを用いて動作することにより実現されてもよく、ハードウエアを用いて動作することにより実現されてもよい。
以上、本実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置１００の全体構成について説明した。かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ装置１００において、マイクロ波がチャンバー１内に導入されると、導入されたマイクロ波の電界エネルギーによりガスが励起され、マイクロ波プラズマが発生する。ラジアルラインスロットアンテナ装置１００では、特定のプラズマ生成位置は、高周波電力を通す誘電体窓として機能する透過板２８の直下近傍にあり、透過板直下のプラズマの電子密度が、前記高周波電力の周波数カットオフ密度よりも高い場合、マイクロ波はプラズマ内に入り込むことができず、透過板２８の下面とプラズマとの間を伝搬し、その一部がプラズマに吸収され、プラズマの維持に使われる。
上記プラズマ生成の原理により、マイクロ波プラズマは、容量結合型プラズマ(ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）と比べると、プラズマの電子密度Ｎｅが高く、電子温度Ｔｅが低いため、高速でダメージの少ないプラズマ処理で高品質な製品を製造することができる。
［プラズマの電子密度］
（スロット位置による制御）
図３に示したように、マイクロ波は、導波管３７(同軸導波管３７ａ)を伝播し、遅波材３３から複数のスロット孔３２ａ、３２ｂに通され、透過板２８を透過してチャンバー１内に導入される。マイクロ波は透過板２８で定在波となる。定在波は、スロット孔３２ａ、３２ｂの下方が最大電界強度となるような電界強度分布を形成する。よって、プラズマ空間Ｕ中に形成されるプラズマの電子密度は、スロット孔３２ａ、３２ｂの下方で最も高い分布となる。
本実施形態では、スロット孔３２ｂは、チャンバー１の中心位置から半径１６ｃｍの位置に設けられ、スロット孔３２ａは、チャンバー１の中心位置から半径９ｃｍの位置に設けられている。本実施形態では、ウェハＷの径は３００ｍｍであり、スロット孔３２ｂの位置は言い換えればウェハＷの外縁部より外側に位置している。しかし、各スロット位置はこれに限らない。スロット孔３２ｂは、チャンバー１の半径に対して、チャンバー１の中心位置から５０％以上の位置に配置されていればよく、スロット孔３２ａは、チャンバー１の半径に対して、チャンバー１の中心位置から５０％以下の位置に配置されていればよい。
アンテナ３１がスロット孔３２ｂのみを有する場合、生成されるプラズマの電子密度のピークは、スロット孔３２ｂの下方、つまり、チャンバー１の中心位置から５０％以上の位置になる。アンテナ３１がスロット孔３２ａのみを有する場合、生成されるプラズマの電子密度のピークは、スロット孔３２ａの下方、つまり、チャンバー１の中心位置から５０％以下の位置になる。よって、スロット孔３２ｂを設けた場合のプラズマの電子密度のピークは、スロット孔３２ａを設けた場合のプラズマの電子密度のピークより外周側に存在する。このようにして、スロット孔を１または複数設ける位置により、プラズマの電子密度分布を制御することができる。
（磁場による制御）
また、縦磁場によってもプラズマの電子密度分布を制御することができる。例えば、図４は、チャンバー１の中心から半径方向へのプラズマの電子密度分布のシミュレーション結果を等高線で示した図である。図４（ａ）は縦磁場を印加しなかった場合、図４（ｂ）は縦磁場を印加した場合である。
シミュレーションを実行する前提条件として、プロセス条件は、ガス種がアルゴンガス（Ａｒ）であり、チャンバー１内の圧力は２０ｍＴ（２．６７Ｐａ）、縦磁場の大きさを１０Ｇ（１０−３Ｔ）に設定した。
その結果、図４（ａ）に示した磁場を印加しなかった場合のプラズマの電子密度Ｎｅは、チャンバー１の中心側が外周側より高くなる分布を有している。この結果、エッチレートも中心側が外周側より高くなり、例えばプラズマエッチング等のプロセスの均一性に欠ける結果を生じさせる。
特に、５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）以下の低圧条件においては、プラズマの電子密度Ｎｅが中心側で高く、外周側で低くなる傾向が顕著になり、例えばプラズマエッチングの均一性が悪化する。特に低圧条件において、プラズマの電子密度Ｎｅが中心側で高くなる理由は、低圧状態では、プラズマ中の電子やイオンの衝突が起こりにくく、プラズマが拡散しやすいためである。その結果としてプラズマの電子密度Ｎｅが高い領域が中心側へ偏り、プラズマ分布の制御をより困難にする。
これに対して、図４（ｂ）に示した縦磁場Ｂを印加した場合のプラズマの電子密度Ｎｅでは、プラズマの電子密度Ｎｅが高い領域が中心側から外周側に移動している。以上の結果から、縦磁場Ｂを印加することにより、プラズマの電子密度分布を変動させることができることがわかった。
このようにスロットの位置と縦磁場の印加により、プラズマの電子密度Ｎｅが高い領域を中心側から外周側に移動させることで、プラズマ分布の制御性を高めることができる。ここで、プラズマ分布の制御性が高いとは、プロセス条件を適正化することにより、プラズマを均一にすることができることを意味する。プラズマの電子密度Ｎｅが高い領域が中心側に偏っている場合、プラズマを均一にするためのプロセス条件の適正化は難しい。これに対して、プラズマの電子密度Ｎｅが高い領域が外周側（少なくともチャンバー１の半径の５０％以上の領域）に位置する場合、プラズマを均一にするためのプロセス条件の適正化は容易になる。
以上に説明したように、スロットをチャンバー１の中心側から少なくともチャンバー１の半径の５０％以上に位置させた状態で、チャンバー１に対して主に縦磁場Ｂを１０Ｇ（１０−３Ｔ）程度又はそれ以上印加することが好ましい。その際、ウェハＷと透過板２８との間のギャップ長は、チャンバー１の半径以下であることが好ましい。
さらに、少なくともサイクロトロン周波数が電子の衝突周波数より大きくなるようにプロセス条件を設定する必要がある。以下では、サイクロトロン周波数と電子の衝突周波数との関係について説明する。
［サイクロトロン周波数とプラズマの電子衝突周波数］
図５は、アルゴン（Ａｒ）ガスから生成したプラズマの電子衝突周波数ｆｅとサイクロトロン周波数ｆｃとの関係を示したグラフである。図５は、横軸がプラズマの電子温度、縦軸が衝突周波数を示す。図５の結果は、以下のシミュレーション条件及びプロセス条件に基づくシミュレーションにより求められる。
＜シミュレーション条件＞
本実施形態で行ったシミュレーションでは、２次元の両極性拡散近似を用いたプラズマ計算法（２Ｄ ｑｕａｓｉ ｎｅｕｔｒａｌ ｐｌａｓｍａ ｍｏｄｅｌ）を使用した。例えば、２次元の両極性拡散近似を用いたプラズマ計算法としては、以下の文献１，２に開示された方法を用いることができる。
文献１:
A.Tsuji, Y.Yasaka, S.Y.Kang, T.Morimoto, I.Sawada,Thin Solid Films 516,4368, 2008
文献２:
J.Brcka and S.Y.Kang, Plasma Process. Polym.6,S776, 2009
＜プロセス条件＞
チャンバー１内圧力 ２０ｍＴ（２．６７Ｐａ）、２００ｍＴ（２６．７Ｐａ）、２Ｔ（２６７Ｐａ）
マイクロ波電力 ３ｋＷ
ガス種／ガス流量 アルゴンガス（Ａｒ） １０００ｓｃｃｍ
縦磁場 １Ｇ〜５０Ｇ（１０−４Ｔ〜５０−３Ｔ）
プラズマの電子衝突周波数ｆｅは、電子がチャンバー１内の粒子（この場合アルゴン粒子）と衝突する頻度で表すことができる。上記シミュレーションでは、プラズマの電子衝突周波数ｆｅは、近似的にアルゴンガスのレートコンスタント（電子と中性粒子（この場合アルゴン粒子）の弾性衝突における反応速度定数）にガスの密度を乗算することにより算出される。アルゴンガスのレートコンスタントは、次式（１）を用いて算出する。

ここで、式（１）のＴｅ[ｋ]は、プラズマの電子温度である。
上記シミュレーションの結果に基づき、２０ｍＴ、２００ｍＴ、２Ｔのときのアルゴンプラズマの電子衝突周波数ｆｅと、１Ｇ（１０−４Ｔ）、５Ｇ（５０−４Ｔ）、５０Ｇ（５０−３Ｔ）のときの３パターンのサイクロトロン周波数ｆｃとを図５に示した。
図５のシミュレーション結果によれば、プラズマの電子衝突周波数ｆｅは、圧力及びプラズマの電子温度によって変化することがわかる。具体的には、圧力が高くなるほどプラズマの電子衝突周波数ｆｅは大きくなる。これは、圧力が高くなるほどプラズマ空間中に存在する電子の数が多くなるため、電子の衝突頻度が高まるからである。
また、プラズマの電子温度が高くなるほどプラズマの電子衝突周波数ｆｅは大きくなる。これは、プラズマの電子温度が高くなるほど電子の移動スピードが速くなるため、電子の衝突頻度が高まるからである。なお、プラズマの電子衝突周波数ｆｅは、ガス種によっても変わる。
一方、図５のサイクロトロン周波数ｆｃは、印加する縦磁場の大きさによって変化することがわかる。具体的には、縦磁場が大きくなるほどサイクロトロン周波数ｆｃは大きくなる。しかしながら、サイクロトロン周波数ｆｃは、プラズマの電子温度の大きさによっては変化しない。サイクロトロン周波数ｆｃは、次式（２）を用いて算出する。

ここで、ｑは、エレメンタリーチャージ、ｍｅは電子の質量、Ｂは磁場である。
縦磁場の印加及び縦磁場と横磁場を含む磁場の印加が、プラズマ分布の制御性に影響を与えるためには、「縦磁場を印加したときのサイクロトロン周波数ｆｃがプラズマの電子衝突周波数ｆｅよりも大きい」という条件を満たす必要がある。その理由を説明する。プラズマ中の電子の動きで見ると、電子衝突周波ｆｅがサイクロトロン周波数ｆｃより大きい場合、電子がチャンバー１内の粒子と衝突する頻度が相対的に高くなり、縦磁場を印加しても縦磁場の影響を受けて電子が移動する確率は相対的に低くなる。つまり、電子衝突周波ｆｅがサイクロトロン周波数ｆｃより大きい場合、電子がチャンバー１内の粒子と衝突する方が支配的になり、縦磁場によって電子を制御することは困難となる。よって、電子衝突周波ｆｅがサイクロトロン周波数ｆｃより大きい場合には、プラズマの電子密度が高い領域を中心側から外周側にシフトさせることは困難である。
一方、サイクロトロン周波数ｆｃが電子衝突周波ｆｅより大きい場合、電子がチャンバー１内の粒子と衝突する頻度が相対的に低くなり、印加した縦磁場の影響を受けて電子が移動する確率が相対的に高くなる。つまり、サイクロトロン周波数ｆｃが電子衝突周波ｆｅより大きい場合、縦磁場の影響を受けて電子が移動する方が支配的になり、縦磁場によって電子を制御することが可能になる。よって、サイクロトロン周波数ｆｃが電子衝突周波ｆｅより大きい場合、には、プラズマの電子密度が高い領域を中心側から外周側にシフトさせることができる。これにより、プラズマ分布の制御性を高めることができる。
実際に、サイクロトロン周波数ｆｃがプラズマの電子衝突周波数ｆｅより大きくなる条件を満たすためには、縦磁場、圧力、プラズマの電子温度等を適正化する必要がある。例えば、制御部７０により制御される縦磁場によって、サイクロトロン周波数ｆｃがプラズマの電子衝突周波数ｆｅより大きくなる条件を満たすようにすることができる。
前述したように、磁場を印加しない場合、低圧のときほどプラズマ分布の制御性が悪くなる傾向がある。しかしながら、図５のシミュレーション結果によれば、サイクロトロン周波数ｆｃがプラズマの電子衝突周波数ｆｅより大きくなる条件を満たすためには、高圧ほど大きな縦磁場を印加しなければならない。それとは反対に、低圧ほど小さな縦磁場でも上記条件を満たすことができる。よって、本実施形態の縦磁場を用いたプラズマ制御では、低圧の場合に効果的にプラズマ分布を制御できる点が特徴の一つである。
また、図５のシミュレーション結果によれば、低電子温度の領域でサイクロトロン周波数ｆｃがプラズマの電子衝突周波数ｆｅより大きくなる条件を満たす。よって、本実施形態では、より低電子温度の領域で効果的にプラズマ分布を制御できる点も特徴の一つとなっている。本実施形態にてプラズマ処理を行うラジアルラインスロットアンテナ装置１００は、低電子温度のプラズマを生成できるため、本実施形態のプラズマ制御と相性がよいことも特徴の一つである。
以上に説明したように、本実施形態に係るプラズマ制御によれば、スロットの位置や印加する縦磁場の適正化により、ある程度低い強度の縦磁場を用いてイオンフラックスに大きな影響を与えることなく、特に低圧状態においてプラズマの電子密度が高い領域を中心側から外周側にエッジシフトさせることができる。これにより、プラズマ分布の制御性を高めることができる。
ここで、ある程度低い強度の縦磁場とは、１Ｇ〜５０Ｇ（１０−４Ｔ〜５０−３Ｔ）程度の縦磁場をいう。プロセス中のウェハＷへの磁場による影響を考慮すると、それ以上の強度の縦磁場をプロセス中に印加することは好ましくない。本実施形態に係るプラズマ制御は、１Ｇ〜５０Ｇ（１０−４Ｔ〜５０−３Ｔ）程度の小さな縦磁場によるプラズマ制御をプロセスに影響を与えずに実行できる点においても優れている。
ただし、１Ｇ〜５０Ｇ（１０−４Ｔ〜５０−３Ｔ）の範囲の縦磁場を印加したときに、サイクロトロン周波数ｆｃがプラズマの電子衝突周波数ｆｅより大きくなる条件を満たす圧力帯は、ガス種及びプラズマの電子温度によって異なる。図５のアルゴンガスから生成したプラズマでは、サイクロトロン周波数ｆｃがプラズマの電子衝突周波数ｆｅより大きくなる条件を満たすためには、プラズマの電子温度は、０．５ｅＶ〜５ｅＶであることが好ましく、チャンバー内の圧力は、２０ｍＴ〜２００ｍＴ（２．６７Ｐａ〜２６．７Ｐａ）に制御することが好ましい。
［スロット位置及び磁場の適正化］
次に、スロット位置（スロット１、スロット２）の適正化、及び磁場（縦磁場、横磁場）の適正化を図るために行ったシミュレーション結果について説明する。シミュレーションには、２次元の両極性拡散近似を用いたプラズマ計算法を使用した。スロット１は、図３に示したスロット孔３２ａであり、チャンバー１の中心位置から半径９ｃｍの位置に形成された貫通口である。スロット２は、図３に示したスロット孔３２ｂであり、チャンバー１の中心位置から半径１６ｃｍの位置に形成された貫通口である。
図６は、シミュレーション条件として、
（ａ）チャンバーの半径方向に対して磁場を一様に印加する場合、
（ｂ）チャンバーの半径方向に対してチャンバーの中心から外周側へ向かうほど、強い磁場を印加する場合（以下、傾斜させて印加した場合という。）、
の２通りについて、縦磁場をチャンバーに印加した際のシミュレーション結果を算出した。その結果を図７に示す。
具体的には、図７（ａ）は、図６の（ａ）に示したように縦磁場を一様に印加した場合であって、アンテナ３１にスロット１（図３の中心側のスロット孔３２ａ）を設けた場合の半径方向のプラズマの電子密度Ｎｅを示す。
図７（ｂ）は、図６の（ａ）に示したように縦磁場を一様に印加した場合であって、アンテナ３１にスロット２（図３の外周側のスロット孔３２ｂ）を設けた場合の半径方向のプラズマの電子密度Ｎｅを示す。
図７（ｃ）は、図６の（ｂ）に示したように縦磁場を傾斜させて印加した場合であって、アンテナ３１にスロット１（図３の中心側のスロット孔３２ａ）を設けた場合の半径方向のプラズマの電子密度Ｎｅを示す。
図７（ｄ）は、図６の（ｂ）に示したように縦磁場を傾斜させて印加した場合であって、アンテナ３１にスロット２（図３の外周側のスロット孔３２ｂ）を設けた場合の半径方向のプラズマの電子密度Ｎｅを示す。
その結果、図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照すると、縦磁場を印加した場合（１Ｇ（１０−４Ｔ），５Ｇ（５０−４Ｔ），１０Ｇ（１０−３Ｔ），５０Ｇ（５０−３Ｔ））には、磁場を印加しない場合（Ｂ＝０）と比較して、プラズマの電子密度Ｎｅのピークを中心側から外周側に移動させることができることがわかる。その際、縦磁場を印加した場合（１Ｇ，５Ｇ，１０Ｇ，５０Ｇ）は、磁場を印加しない場合（Ｂ＝０）と比較して、プラズマの電子密度分布の変動幅が大きいほど、磁場によるプラズマ分布の制御性が高いことを示す。
この観点から図７（ａ）〜図７（ｄ）を考察すると、図７（ｂ）及び図７（ｄ）に示したスロット２の位置では、図７（ａ）及び図７（ｃ）に示したスロット１の位置より、プラズマ分布の制御性が高いことがわかる。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）の「一様に縦磁場を印加した場合」は、図７（ｃ）及び図７（ｄ）の「傾斜した縦磁場を印加した場合」よりプラズマ分布の制御性が高いことがわかる。
以上から、チャンバー内に縦磁場を印加すると、次の効果を得ることができることがわかった。
（１）縦磁場を印加すると、磁場を印加しない場合（Ｂ＝０）と比較して、プラズマの電子密度Ｎｅが高い領域を中心側から外周側へ移動させることができ、プラズマ分布の制御性を高めることができる。
（２）外周側のスロット２を設けた場合、中心側のスロット１を設けた場合と比較して、縦磁場によるプラズマの電子密度Ｎｅへの影響を大きくすることができ、プラズマの電子密度Ｎｅが高い領域を中心側から外周側へより大きく移動させることができ、プラズマ分布の制御性をより高めることができる。
（３）一様な磁場を印加した場合、一様でない磁場を印加した場合と比較して、プラズマの電子密度Ｎｅのピークを中心側から外周側へより大きく移動させることができ、プラズマ分布の制御性をより高めることができる。
よって、スロットの位置を、スロット２のように外周側（チャンバーの中心位置から５０％以上の位置）に設け、一様な縦磁場をチャンバーに印加した場合に、特にプラズマ分布の制御性を高めることができることがわかった。
上記結果をプラズマ分布の制御性として数値化し、図８に示した。プラズマ分布の制御性は、次式（３）を用いて算出する。

ここで、式（３）中のｎｅは、プラズマの電子密度を示す。位置ｒは、ウェハＷの中心からウェハＷの外縁（ウェハのエッジ）までのウェハの半径の位置を示す。つまり、式（３）は、プラズマの電子密度ｎｅとその位置ｒとの積を、ウェハの半径方向に０ｍｍ〜１５０ｍｍまで積分した値である。
式（３）では、ウェハＷの外周側のプラズマの電子密度ｎｅが高いほど、プラズマ分布の制御性が高くなる。
図８を参照すると、前述したとおり、最も制御性が高いのは、図８の「（ａ）スロット２」に示した、スロットの位置を外周側のスロット２に設け、一様な縦磁場を印加した場合であった。２番目に制御性が高いのは、図８の「（ｂ）スロット２」に示した、スロットの位置を外周側のスロット２に設け、縦磁場を傾斜させて印加した場合であった。
３番目に制御性が高いのは、図８の「（ａ）スロット１」に示した、スロットの位置を内周側のスロット１に設け、一様な縦磁場を印加した場合であった。最も制御性が低いのは、図８の「（ｂ）スロット１」に示した、スロットの位置を内周側のスロット１に設け、縦磁場を傾斜させて印加した場合であった。以上、スロット位置及び縦磁場のプラズマ分布の制御性への影響について検証した。
次に、印加する磁場が横磁場の場合について、スロット位置及び横磁場のプラズマ分布の制御性への影響について検証する。具体的には、図９（ａ）は、図６の（ａ）に示したように横磁場を一様に印加した場合であって、アンテナ３１にスロット１（図３の中心側のスロット孔３２ａ）を設けた場合の半径方向のプラズマの電子密度Ｎｅを示す。
図９（ｂ）は、図６の（ａ）に示したように横磁場を一様に印加した場合であって、アンテナ３１にスロット２（図３の外周側のスロット孔３２ｂ）を設けた場合の半径方向のプラズマの電子密度Ｎｅを示す。
図９（ａ）及び図９（ｂ）によれば、横磁場を印加した場合（１Ｇ，５Ｇ，１０Ｇ，５０Ｇ）は、横磁場を印加しない場合（Ｂ＝０）と比較して、横磁場がプラズマの電子密度Ｎｅの分布にほとんど影響を及ぼしていないことがわかる。具体的には、横磁場を印加しても、外周側にプラズマの電子密度Ｎｅのピークが移動せず、磁場を印加していない場合と同様に、中心側のプラズマの電子密度Ｎｅが高く、外周側のプラズマの電子密度Ｎｅが低くなっている。つまり、横磁場を印加しても、中心側にプラズマの電子密度Ｎｅの偏りがあるため、プラズマに均一性がなく、プラズマ分布の制御性が低いことがわかる。
以上のシミュレーション結果から、本実施形態においてプラズマ分布の制御に使用する磁場は、チャンバーの縦方向に印加される縦磁場であることが必要であり、横磁場を印加しても意味がないことがわかった。
フレミングの左手の法則によれば、横磁場が印加され、外側に力が働くと、電子は上下方向へ移動し、左右方向への移動は拘束される。つまり、チャンバーの半径方向への電子の移動は拘束される。よって、横磁場を印加しても、プラズマの電子密度は中心側から外周側へシフトしない。したがって、横磁場を印加してもプラズマ分布の制御性を高めることは困難である。一方、縦磁場が印加され、外側に力が働くと、電子は左右方向へ移動し、上下方向への移動は拘束される。つまり、チャンバーの半径方向への電子の移動は拘束されない。よって、縦磁場を印加すると、プラズマの電子密度は中心側から外周側へシフトする。したがって、縦磁場を印加するとプラズマ分布の制御性を高めることができる。以上から本実施形態によるプラズマ分布の制御では、縦磁場を印加する必要がある。
［縦磁場のパルス制御］
最後に、縦磁場をパルス状に印加した場合のシミュレーション結果について説明する。シミュレーションには、２次元の両極性拡散近似を用いたプラズマ計算を用いた。スロットは、スロット２の位置に設けられ、磁場をオンしているときには、１０Ｇの縦磁場を印加した。
その結果を図１０に示す。図１０の横軸は、ウェハの半径方向の距離を示し、縦軸は、プラズマの電子密度Ｎｅを示す。「Ｂ ｏｎ」の曲線は、１０Ｇの縦磁場を連続的に印加した場合のプラズマの電子密度Ｎｅを示し、「Ｂ＝０」の曲線は、磁場を印加しない場合のプラズマの電子密度Ｎｅを示す。「Ｂ パルス」の曲線は、縦磁場のオン、オフを時分割制御することで、縦磁場のオン、オフを繰り返すパルス状の縦磁場を印加した場合のプラズマの電子密度Ｎｅを示す。
「Ｂ パルス」の曲線は、「Ｂ ｏｎ」の曲線と「Ｂ＝０」の曲線との時間平均的な分布として、より平らなプラズマの電子密度分布Ｎｅとなる。つまり、パルス状の縦磁場を印加した場合、連続的に縦磁場を印加した場合に比べて、より均一性の高いプラズマの電子密度分布が得られる。また、パルス状の縦磁場を印加した場合（「Ｂ パルス」の曲線）は、プラズマの電子密度Ｎｅの高い領域をより外周側にシフトすることができ、プラズマ分布の制御性をより向上させることができる。なお、このような縦磁場のパルス制御は、制御部７０により実行される。制御部７０は、縦磁場の印加のオン及びオフを時分割で切り替えて、該磁場をパルス制御する。
＜第２実施形態＞
従来の手法では、１ｍＴｏｒｒ（０．１３３Ｐａ）〜５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）の低圧条件において、プラズマ分布を制御することは困難であった。前記低圧条件においてプラズマ分布を制御するための一案としては、ウェハの上面からチャンバー１の天井部の下面までの距離であるギャップを狭くすることが考えられる。しかし、この場合、プラズマ照射によりウェハの温度が高くなりプロセス中にウェハにダメージが与えられる可能性は高くなる。また、表面波プラズマ特有の定在波の分布が、例えばエッチングレートの不均一等ウェハの処理に影響を与えるため得策ではない。
［装置構成の概要］
これに対して、第２実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置１００では、縦磁場と横磁場の両成分を有する１Ｇ（１０−４Ｔ）〜５０Ｇ（５０−３Ｔ）程度の比較的小さな磁場を印加する。これにより、１ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒの低圧条件においてもプラズマ分布の制御を行うことができる方法を見出した。以下では、第２実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置１００の構成及び本装置を用いたプラズマ分布の制御について説明する。
第２実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置１００の基本的な構成は、図１に示した第１実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置１００の構成と同じである。
第１実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置１００と構成上で異なる部分は、第１実施形態で設けられたスロット孔３２ａ、３２ｂが第２実施形態では設けられていない点である。第２実施形態では、その替わりに、図１１に示したように、ラジアルラインスロットアンテナ装置１００の天井部に設けられた透過板２８の下面の外周側に凹部２８ｂが設けられている。
第２実施形態におけるアンテナ部１３０は、透過板２８を含み、内導体４１の表面を伝播するマイクロ波をチャンバー１内に供給する。なお、第１実施形態におけるアンテナ部は、アンテナ３１と透過板２８とを含み、内導体４１の表面を伝播するマイクロ波をチャンバー１内に供給する。各実施形態における電力供給手段は、高周波電力を特定のプラズマ生成位置からチャンバー１内に供給するアンテナ部に相当する。
マイクロ波は、アンテナ部１３０の中心から透過板２８を透過する際、凹部２８ｂの形成によって定まる伝播経路を通ってチャンバー１内に導入される。つまり、透過板２８の下面の外周側に凹部２８ｂを形成することで、透過板２８を透過するマイクロ波は、凹部２８ｂの内部中央及び凹部２８ｂの中心側の端部近傍２８ａが主な伝播経路となり、それらの位置から主にチャンバー１内に出力される。よって、凹部２８ｂの内部中央及び凹部２８ｂの中心側の端部近傍２８ａの電界強度は、透過板２８の下面の他の部分の電界強度よりも高くなる。この結果、凹部２８ｂの内部中央及び凹部２８ｂの中心側の端部近傍２８ａの位置が、主なプラズマのパワー吸収位置となる。以下、凹部２８ｂの中心側の端部近傍２８ａの位置の直下を内側のプラズマ生成位置１３２ａとし、凹部２８ｂの内部中央の位置の直下を外側のプラズマ生成位置１３２ｂとする。内側のプラズマ生成位置１３２ａの下方ではプラズマ生成領域１（Ｒｅｇｉｏｎ１）が形成され、外側のプラズマ生成位置１３２ｂの下方ではプラズマ生成領域２（Ｒｅｇｉｏｎ２）が形成される。
以上のマイクロ波の伝播経路及びチャンバー１内への出力の状態から、第１実施形態のスロット孔と第２実施形態の凹部とは同等の機能を有する。
凹部２８ｂは、チャンバー１の直径に対してチャンバー１の中心位置から５０％以上の位置に配置される。本実施形態では、特定のプラズマ生成位置は、少なくとも外側のプラズマ生成位置１３２ｂを含む。つまり、外側のプラズマ生成位置１３２ｂは特定のプラズマ生成位置の一例であり、チャンバー１の直径に対してチャンバー１の中心位置から５０％以上の位置に配置されればよく、内側のプラズマ生成位置１３２aの位置はいずれの位置でもよい。本実施形態では、内側のプラズマ生成位置１３２aは、チャンバー１の直径に対してチャンバー１の中心位置から５０％以下の位置に配置される。特定のプラズマ生成位置は、本実施形態の外側のプラズマ生成位置１３２ｂの位置に限られず、チャンバー１の直径に対してチャンバー１の中心位置から５０％以上の位置に１又は２以上設けられてもよい。更に、特定のプラズマ生成位置は、チャンバー１内に載置されたウェハの外縁部より外側に形成されていることがより好ましい。
本実施形態では、電磁石５４が、チャンバー１の外部であってアンテナ部１３０の側壁にてチャンバー１を囲むようにリング状に設けられている。ただし、電磁石５４の配置や形状はこれに限られず、チャンバー１の天井部の上部又は側部であってチャンバー１の外周側であればいずれの位置に設けられてもよい。チャンバー１の外周側とは、チャンバー１の直径に対してチャンバー１の中心位置から５０％以上の位置である。特に、電磁石５４は、チャンバー１の天井部の外周端部付近に設けることが好ましい。また、電磁石５４は、プラズマ生成位置の近傍に設けることが好ましい。これにより、図１２に示されるように、チャンバー１の天井部の外周端部付近の電磁石５４を軸とした同心円状の磁場Ｂが発生する。電磁石５４は、チャンバー１の内部に垂直方向の成分とチャンバー１の径方向に外側に向かう成分を含む磁界を形成する。なお、図１２に示した反時計周りの磁場の他、図１２に示した磁場と逆向きの磁場、つまり、時計回りの磁場を形成しても、電子がチャンバー１の外周側に移動する効果を得ることができる。その場合には、図１２に示した電磁石５４に逆向きの電流を流すことで図１２に示した磁場と逆向きの磁場を形成することができる。
電磁石５４は、チャンバー１の外部に設けられ、少なくとも特定のプラズマ生成位置に少なくとも垂直方向の磁場を含む磁場を形成する磁場形成手段の一例である。磁場形成手段は、永久磁石であってもよい。第１実施形態のコイル５２も前記磁場形成手段の一例であるが、第１実施形態の磁場形成手段が形成する磁場には、チャンバー１の径方向の磁場（横磁場）は含まない。一方、第２実施形態の磁場形成手段が形成する磁場には、垂直方向の成分と径方向に外側に向かう成分とが含まれる。
更に、本実施形態では、電磁石５４により形成された磁場がウェハＷに到達しないように、チャンバー１の天井部からウェハＷまでのギャップが設定される。本実施形態では、図１１に示すように、ウェハＷの上面から天井部の下面までのギャップ（Ｇａｐ）は２４５ｍｍである。ギャップは、電磁石５４により形成された磁場がウェハＷに到達しない距離であればよい。
なお、第１実施形態にて図５を参照しながらプラズマの電子衝突周波数ｆｅ及びサイクロトロン周波数ｆｃの関係を説明したが、第２実施形態においても同様にチャンバー１内にて生成されたプラズマの電子衝突周波数ｆｅ及びサイクロトロン周波数ｆｃがｆｃ＞ｆｅとなるように磁場が制御される。
以上、第２実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置１００の構成について説明した。
［磁場］
（磁場によるプラズマ制御）
次に、かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ装置１００において、電磁石５４の有無及び磁束密度の大きさによってプラズマ生成領域でのプラズマの状態がどのように変化するかのシミュレーションを行った。図１３は、シミュレーションに用いた磁場の等高線を示す。本シミュレーションでは、比較的小さな磁場として２Ｇ〜８Ｇ（２×１０−４Ｔ〜８×１０−４Ｔ）の磁場、３．８Ｇ〜１７Ｇ（３．８×１０−４Ｔ〜１．７×１０−３Ｔ）の磁場、７Ｇ〜３３Ｇ（７×１０−４Ｔ〜３．３×１０−３Ｔ）の磁場の３種類の磁場を形成した場合と磁場を形成しない場合とを、磁場に関するシミュレーションの条件とした。
そのシミュレーション結果としてプラズマの電子密度Ｎｅ及び電子温度Ｔｅを等高線で図１４に示す。磁場の有無で天井面の下に形成されるプラズマの電子密度Ｎｅ（１／ｍ３）及び電子温度Ｔｅ（ｅＶ）に変化が見られる。
電磁石５４がない（磁場がない）最左図の電子密度Ｎｅと比較して、それ以外の図が示す電磁石５４がある（磁場がある）場合の電子密度Ｎｅの分布では、電子は、基本的に図１２に示した磁場の方向に追従して移動していることがわかる。つまり、本実施形態では、電磁石５４によってチャンバー１の内部にて垂直方向の磁場と径方向に外側に向かう磁場とを含む磁場を形成することで、プラズマの分布をウェハの中心側から外周側に移動させるように制御することができる。
また、磁束密度が大きい程、磁場の方向に追従する電子が多くなる。よって、磁束密度が大きい程、プラズマの分布をより外周側に移動させる効果が高くなる。右端図は、シミュレーション対象の３種類の磁場のうち最も磁束密度が大きい場合のシミュレーション結果を示す。この場合、プラズマの電子密度Ｎｅの分布のピークが、最もチャンバー１の外周側に移動していることがわかる。
更に、電磁石５４がある場合（磁場がある場合）には、磁場がない場合よりもウェハの上方の電子温度Ｔｅを低くすることができる。つまり、本実施形態では、チャンバー１の内部にて垂直方向の磁場と径方向に外側に向かう磁場とを含む磁場を形成することで電子がチャンバー１の外側に移動することを利用して、チャンバー１の中心側に載置されているウェハ上の温度が高温になることを抑制できる。これにより、プラズマ処理時にウェハにダメージが与えられることを回避できる。
図１５は、以上のシミュレーション結果に基づきウェハの表面から５ｍｍ上方の位置におけるプラズマの電子密度Ｎｅ及び電子温度Ｔｅを示したグラフである。図１５の（ａ）は、ウェハの径方向の距離に対する電子密度Ｎｅを示す。横軸の「０」は、ウェハの中心位置を示す。図１５の（ｂ）は、図１５の（ａ）の電子密度Ｎｅを、ウェハの中心位置の電子密度Ｎｅを「１」として規格化したグラフである。図１５の（ｃ）は、ウェハの径方向の距離に対する電子温度Ｔｅを示す。図１５の（ｄ）は、図１５の（ｃ）の電子温度Ｔｅを、ウェハの中心位置の電子温度Ｔｅを「１」として規格化したグラフである。
これによれば、本実施形態では、チャンバー１の内部にて垂直方向の磁場と径方向に外側に向かう磁場とを含む磁場を形成することで、磁場がない場合と比較してウェハの外周側での電子密度Ｎｅを上昇させ、ウェハの径方向にて電子密度Ｎｅがより均一なプラズマを生成できる。また、磁場が低い（２〜８Ｇ）場合よりも、磁場が高い（７〜３３Ｇ）場合の方がよりウェハの外周側での電子密度Ｎｅが高くなり、プラズマ分布の制御性が高くなることがわかる。
また、本実施形態では、チャンバー１の内部にて垂直方向の磁場と径方向に外側に向かう磁場とを含む磁場を形成することで、磁場がない場合と比較してプラズマの電子温度Ｔｅが低くなる。特に、本実施形態の磁場を形成することで、磁場がない場合と比較してウェハの中心側で電子温度Ｔｅが低くなり、ウェハの径方向に電子温度Ｔｅがより均一なプラズマを生成できる。これにより、プラズマ処理時のウェハへのダメージを少なくすることができる。
（プラズマ生成位置と磁場によるプラズマ制御）
次に、磁場によるプラズマへの影響がプラズマ生成位置との関係でどのように変化するかについてのシミュレーションを行った。この結果を、図１６〜図１８を参照しながら説明する。図１６〜図１８は、第２実施形態においてプラズマ生成位置からのパワー出力比に応じた電子密度Ｎｅ及び電子温度Ｔｅを等高線で示した図である。図１６は磁場がない場合、図１７及び図１８は磁場がある場合を示す。図１７では、磁場の範囲は５〜１０Ｇ（５×１０−４Ｔ〜１０−３Ｔ）であり、図１８では、磁場の範囲は５〜２０Ｇ（５×１０−４Ｔ〜２×１０−３Ｔ）である。
各図で示したパーセンテージ（％）は、パワー出力比を示す。パワー出力比がｘ％のとき、内側のプラズマ生成位置１３２ａからｘ％のパワーが出力され、外側のプラズマ生成位置１３２ｂから（１００−ｘ）％のパワーが出力される。例えば、パワー出力比が１００％の場合には、内側のプラズマ生成位置１３２ａから１００％のパワーが出力される。例えば、パワー出力比が５０％の場合には、内側のプラズマ生成位置１３２ａから５０％のパワーが出力され、外側のプラズマ生成位置１３２ｂから５０，９０％のパワーが出力される。例えば、パワー出力比が１０％の場合には、内側のプラズマ生成位置１３２ａから１０％のパワーが出力され、外側のプラズマ生成位置１３２ｂから９０％のパワーが出力される。
図１６の磁場がない場合、チャンバー１の内部にて垂直方向の磁場と径方向に外側に向かう磁場とを含む磁場が形成されないため、電子がチャンバー１の外側に移動せず、電子密度Ｎｅの分布はウェハ上の中心側が密に外周側が粗になる。特に、内側のプラズマ生成位置１３２ａからのパワー出力比が高い程、電子密度Ｎｅの分布はウェハ上の中心側が高くなって、ウェハの径方向への均一性が悪くなる。
一方、図１７及び図１８の磁場がある場合、チャンバー１の内部にて垂直方向の磁場と径方向に外側に向かう磁場とを含む磁場が形成されるため、電子がチャンバー１の外側に移動し、ウェハの径方向における電子密度Ｎｅの分布はより均一になる。特に、内側のプラズマ生成位置１３２ａからのパワー出力比が低くなる程、電子密度Ｎｅの分布はウェハ上の外周側が高くなって、ウェハの径方向のプラズマの均一性が高まる。一方、内側のプラズマ生成位置１３２ａからのパワー出力比が高くなる程、電子密度Ｎｅの分布はウェハ上の中心側が高くなって、ウェハの径方向のプラズマの均一性が劣り、プラズマ分布の制御性は悪くなる。また、図１７に示した磁束密度（５〜１０Ｇ）の磁場の場合よりも図１８に示した磁束密度（５〜２０Ｇ）の磁場の場合の方が、ウェハ上の外周側においてより電子密度Ｎｅが高くなり、プラズマ分布の制御性は高まることがわかる。
以上のシミュレーション結果に基づきウェハの表面から５ｍｍ上方の位置におけるプラズマの電子密度Ｎｅを図１９のグラフに示し、電子温度Ｔｅを図２０のグラフに示した。図１９は、ウェハの径方向の距離に対する電子密度Ｎｅを示す。横軸の「０」は、ウェハの中心位置を示す。図１９の（ａ）及び（ｂ）は、磁束密度（５〜１０Ｇ）の場合の電子密度Ｎｅを示し、図１９の（ｃ）及び（ｄ）は、磁束密度（５〜２０Ｇ）の場合の電子密度Ｎｅを示す。図１９の（ｂ）は、図１９の（ａ）の電子密度Ｎｅを、ウェハの中心位置の電子密度Ｎｅを「１」として規格化したグラフである。図１９の（ｄ）は、図１９の（ｃ）の電子密度Ｎｅを、ウェハの中心位置の電子密度Ｎｅを「１」として規格化したグラフである。
図２０は、ウェハの径方向の距離に対する電子温度Ｔｅを示す。横軸の「０」は、ウェハの中心位置を示す。図２０の（ａ）及び（ｂ）は、磁束密度（５〜１０Ｇ）の場合の電子温度Ｔｅを示し、図２０の（ｃ）及び（ｄ）は、磁束密度（５〜２０Ｇ）の場合の電子温度Ｔｅを示す。図２０の（ｂ）は、図２０の（ａ）の電子温度Ｔｅを、ウェハの中心位置の電子温度Ｔｅを「１」として規格化したグラフである。図２０の（ｄ）は、図２０の（ｃ）の電子温度Ｔｅを、ウェハの中心位置の電子温度Ｔｅを「１」として規格化したグラフである。
図１９に示した電子密度Ｎｅのシミュレーション結果によれば、本実施形態では、チャンバー１の内部にて垂直方向の磁場と径方向に外側に向かう磁場とを含む磁場を形成することで、ウェハの外周側での電子密度Ｎｅが上昇し、ウェハの径方向に均一な電子密度Ｎｅの分布を有するプラズマを生成できる。特に、パワーの出力比が低い、つまり、外側のプラズマ生成位置からのパワー出力比が高いほうが、パワーの出力比が高い、つまり、外側のプラズマ生成位置からのパワー出力比が低い場合よりもウェハの外周側での電子密度Ｎｅの低下が少なく、ウェハの径方向に均一な電子密度Ｎｅ分布のプラズマを生成できる。つまり、プラズマ生成位置をウェハの外周側に設け程プラズマ分布の制御性は高くなることがわかる。また、磁束密度（５〜１０Ｇ）の磁場よりも磁束密度（５〜２０Ｇ）のより大きな磁場を発生する方が、プラズマの均一性が高くなり、更にプラズマ分布の制御性が高まることがわかる。
また、図２０に示した電子温度Ｔｅのシミュレーション結果によれば、本実施形態では、チャンバー１の内部にて垂直方向の磁場と径方向に外側に向かう磁場とを含む磁場を形成することで、ウェハの中心側で電子温度Ｔｅが低くなり、ウェハの径方向に電子温度Ｔｅが均一なプラズマを生成できる。特に、パワーの出力比が低い、つまり、外側のプラズマ生成位置からのパワー出力比が高いほうが、パワーの出力比が高い、つまり、外側のプラズマ生成位置からのパワー出力比が低い場合よりもウェハの外周側での電子温度Ｔｅがより低下する。また、磁束密度（５〜１０Ｇ）で磁場を発生するよりも磁束密度（５〜２０Ｇ）のより大きな磁場を発生する方が、ウェハの中心側で電子温度Ｔｅをより低下させることができる。よって、プラズマ処理時のウェハへのダメージをより低減できる。
［実験］
（磁場によるプラズマ分布の制御）
次に、電磁石５４の有無及び磁束密度の大きさによってプラズマ生成領域の状態がどのように変化するかの実験を行った。この実験では、図２１の（ａ）及び（ｂ）に示したように、ラジアルラインスロットアンテナ装置１００の天井部の上部の外周端部近傍に永久磁石５５を１２個、等間隔に配置した。このように、永久磁石５５は、チャンバー１の外部であってアンテナ部１３０の外周端部側に設けられ、それぞれがＳ極とＮ極を有することで、チャンバー１の内部に図１２に示される垂直方向の磁場と径方向に外側に向かう磁場とを含む磁場を形成する。
本実験では、１個の永久磁石５５は、２０ｍｍ×２０ｍｍであるが、大きさや形状はこれに限られず、チャンバー１内のアンテナ部１３０の下方に１Ｇ〜５０Ｇ程度の磁場を印加できればよい。図２１の（ｃ）には、電磁石５４の周りに４Ｇ〜１２Ｇ（４×１０−４Ｔ〜１．２×１０−３Ｔ）の磁場が印加されている様子が示されている。
図２１に示したように、本実験を行った第２実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置１００では、プラズマ生成位置１３２ｂを形成する凹みは、アンテナ部１３０の外周側に等間隔に７つ形成されている。しかしながら、凹みの位置や個数は、チャンバー１の中心位置から５０％以上の位置に形成されていれば、７個に限られない。
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ装置１００を使用して、プラズマ分布の制御性を実験した結果を図２２に示す。このときのプロセス条件は以下である。
＜プロセス条件＞
圧力 ２０ｍＴ（２．６７Ｐａ）
マイクロ波のパワー １７００Ｗ
高周波電力（サセプタに接続した図示しない高周波電源から印加）の周波数及びパワー １３．５６ＭＨｚ／２００Ｗ
ガス種及び流量 Ａｒ／ＣＦ４＝５００／１００（ｓｃｃｍ）
センター／エッジから導入するガス比率 ９５（％）／（５％）
サセプタ（静電チャック）温度 ３０℃
プラズマ照射時間 ６０秒
＜実験結果＞
図２２の上段は、内側のプラズマ生成位置１３２ａ（プラズマ生成領域１）におけるウェハの径方向のエッチングレートを、磁場なし及び磁場あり（４Ｇ〜１２Ｇ）の場合で比較した結果である。図２２の下段は、外側のプラズマ生成位置１３２ｂ（プラズマ生成領域２）におけるウェハの径方向のエッチングレートを、磁場なし及び磁場あり（４Ｇ〜１２Ｇ）の場合で比較した結果である。
この結果、磁場を印加した場合には、磁場を印加しない場合よりもウェハの径方向のエッチングレートの均一性が高くなることがわかる。また、外側のプラズマ生成位置１３２ｂにおけるウェハの径方向のエッチングレートの均一性は高いが、内側のプラズマ生成位置１３２ａではエッチングレートは不均一になっていることがわかる。以上から、プラズマ生成位置をウェハの外周側に形成し、磁場を印加するとプラズマ分布の制御性は高くなることがわかる。また、磁束密度（４Ｇ〜１２Ｇ）が比較的小さな磁場を印加することで、チャンバーの径方向のプラズマ分布を制御することができることがわかる。
以上から、本実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置１００によれば、ウェハ上のプラズマの電子温度Ｔｅを上昇させることなく、チャンバーの径方向にプラズマ分布を制御することができる。また、１Ｇ〜５０Ｇ程度の比較的小さな磁束密度の磁場を印加することで、チャンバーの径方向のプラズマ分布を制御することができる。よって、ウェハから天井部までのギャップを適正に設定することにより、磁場はウェハまで届かないため、磁場がウェハのプラズマ処理に影響を及ぼすことを回避できる。
（プラズマ分布の制御の圧力依存）
最後に、プラズマ分布の制御の圧力依存についての実験結果を、図２３を参照しながら説明する。このときのプロセス条件は、図２２の実験時に用いた上記プロセス条件と同じであり、圧力値のみ２０ｍＴ（２．６７Ｐａ）、３０ｍＴ（４．００Ｐａ）、５０ｍＴ（６．６６Ｐａ）、１００ｍＴ（１３３Ｐａ）と変動させた。
＜実験結果＞
図２３の上段は、磁場なしの場合の各圧力に対するウェハの径方向のエッチングレートを示し、下段は、磁場ありの場合の各圧力に対するウェハの径方向のエッチングレートを示す。
この結果から、チャンバー内圧力が５０ｍＴ（６．６６Ｐａ）以下では、磁場を印加した場合には、磁場がない場合と比較してチャンバーの径方向にエッチングレートの均一性が高くなることがわかる。特に、チャンバー内圧力が２０ｍＴや３０ｍＴの低圧側でエッチングレートの均一性が高い。ただし、チャンバー内圧力が１００ｍＴ程度の場合にも、磁場の大きさや配置を適正化することで、エッチングレートの均一性を改善する余地はあると考えられる。
以上に説明した、第２実施形態に係るラジアルラインスロットアンテナ装置１００によれば、チャンバー１内に縦磁場及びチャンバー１の径方向に外側に横方向の磁場を、プラズマ生成位置及びその近傍の領域に印加することによって、ウェハ上の外周側のプラズマの電子密度Ｎｅを高くすることができる。これにより、ウェハの径方向のプラズマの均一性を高めることができる。特に、第２実施形態では、縦方向の成分に加えてチャンバー１外側に向う横方向の成分を含む磁場を印加することで、縦方向の磁場を印加した第１実施形態の場合よりもウェハ上の電子温度Ｔｅを低下させることができる。更に、第２実施形態の場合には、第１実施形態の場合と比較して、ギャップが広い場合にもプラズマ分布を制御することができる。このように第２実施形態の場合では、ギャップの依存性が解消され、広範囲のギャップでプラズマ分布の制御が可能となる。
以上、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を上記実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。また、上記第１及び第２実施形態の開示内容は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば、本発明に係るプラズマを発生させる手段としては、ラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna）マイクロ波プラズマの他、ＳＰＡ（Slot Plane Antenna）プラズマを含むマイクロ波励起表面波プラズマ発生手段、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)発生手段、上記発生手段を用いたリモートプラズマ発生手段等を用いることができる。
また、本発明に係るプラズマ処理装置では、スロットは、少なくともチャンバーの半径に対してチャンバーの中心位置から５０％以上の位置に設けられていればよい。つまり、スロットは、チャンバーの半径に対してチャンバーの中心位置から５０％以上の位置のみに設けられてもよいし、チャンバーの半径に対してチャンバーの中心位置から５０％以内の位置と５０％以上の位置の両方に設けられてもよい。
また、本発明に係るプラズマ処理装置では、スロットは、サセプタに載置された被処理体の外縁部より外側に配置されてもよいし、サセプタに載置された被処理体の外縁部から１０％内側より外側に配置されてもよい。
また、本発明においてプラズマ処理を施される被処理体は、半導体ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ(FPD: Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
１：チャンバー、５：サセプタ、１６：ガス供給装置、２４：排気装置、２８：透過板、３１：アンテナ、３２ａ、３２ｂ：複数のスロット孔、３３：遅波材、３７ａ：同軸導波管、３７ｂ：矩形導波管、３７：導波管、３８：マッチング回路、３９：マイクロ波発生装置、４０：モード変換器、４１：内導体、５２：コイル、７０：制御部、１００：ラジアルラインスロットアンテナ装置、Ｗ：ウェハ、Ｂ：磁場、ｆｃ：サイクロトロン周波数、ｆｅ：プラズマの電子衝突周波数

Claims (18)

  1. 処理室と、
    高周波電力を出力する発振器と、
    前記高周波電力を特定のプラズマ生成位置から前記処理室の内部に供給する電力供給手段と、
    前記処理室の外部に設けられ、少なくとも前記特定のプラズマ生成位置に磁場を形成する磁場形成手段と、
    前記処理室の内部にて生成されたプラズマの電子衝突周波数ｆｅ及びサイクロトロン周波数ｆｃがｆｃ＞ｆｅとなるように前記磁場形成手段により形成される前記磁場を制御する制御部と、
    を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記磁場形成手段は、前記特定のプラズマ生成位置に垂直方向の磁場を含む磁場を形成する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記磁場形成手段は、前記処理室の天井部に設けられたアンテナ部の外周部又は側部に設けられる、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記特定のプラズマ生成位置は、前記処理室の天井部に設けられたアンテナ部の、前記処理室の中心位置から該処理室の径に対して５０％以上の位置に設けられる、
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記特定のプラズマ生成位置は、前記処理室の内部に載置された被処理体の外縁部より外側に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記特定のプラズマ生成位置は、前記アンテナ部に形成されたスロット孔の位置又は凹部に応じた位置の少なくともいずれかである、
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記磁場形成手段により形成された磁場が前記載置された被処理体に到達しないように、前記処理室の天井部と前記載置された被処理体とのギャップが設定される、
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記制御部は、前記処理室の圧力を５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）以下に制御する、
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. プラズマとなるガスが導入される処理室と、
    前記処理室の外部に設けられ、該処理室の内部に載置された被処理体に対して垂直方向に磁場を形成する磁場形成手段と、
    高周波電力を出力する発振器と、
    前記処理室に設けられ、前記発振器により出力された高周波電力を通して該処理室に供給するアンテナ部と、
    前記処理室の内部にて生成されたプラズマの電子衝突周波数ｆｅ及びサイクロトロン周波数ｆｃがｆｃ＞ｆｅとなるように前記磁場形成手段により形成される前記磁場を制御する制御部と、
    を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
  10. 前記アンテナ部は、複数のスロット孔を有し、導波管を伝播したマイクロ波を該複数のスロット孔に通して前記処理室に導入し、
    前記複数のスロット孔は、前記処理室の半径に対して該処理室の中心位置から５０％以上の位置に配置されている、
    ことを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記複数のスロット孔は、前記載置された被処理体の外縁部より外側に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１０項に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記制御部は、前記磁場形成手段により形成される磁場強度を１Ｇ〜５０Ｇ（１０−４Ｔ〜５０−３Ｔ）に制御する、
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記処理室に導入されるガスは、アルゴンガスであり、
    前記制御部は、前記処理室の内部にて生成されるプラズマの電子温度を、０．５ｅＶ〜５ｅＶに制御する、
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記制御部は、前記処理室の内部の圧力を、２０ｍＴ〜２００ｍＴ（２．６７Ｐａ〜２６．７Ｐａ）に制御する、
    ことを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記制御部は、前記磁場の印加のオン及びオフを時分割で切り替えて、該磁場をパルス制御する、
    ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記高周波電力を特定のプラズマ生成位置から処理室内に供給する工程と、
    前記処理室の外部に設けられ、少なくとも前記特定のプラズマ生成位置に磁場を形成する工程と、
    前記処理室の内部にて生成されたプラズマの電子衝突周波数ｆｅ及びサイクロトロン周波数ｆｃがｆｃ＞ｆｅとなるように前記磁場を制御する工程と、
    を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
  17. 前記磁場を制御する工程は、前記磁場の印加のオン及びオフを時分割で切り替えて、該磁場をパルス制御することを含む、
    ことを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理方法。
  18. 前記特定のプラズマ生成位置は、前記高周波電力を通す誘電体窓として機能する透過板の直下近傍にあり、前記透過板直下のプラズマの電子密度は、前記高周波電力の周波数カットオフ密度よりも高い、
    ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載のプラズマ処理方法。
JP2013161875A 2012-11-06 2013-08-02 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Pending JP2014112644A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013161875A JP2014112644A (ja) 2012-11-06 2013-08-02 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
KR20130130260A KR101490628B1 (ko) 2012-11-06 2013-10-30 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법
US14/071,717 US9659754B2 (en) 2012-11-06 2013-11-05 Plasma processing apparatus and plasma processing method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012244348 2012-11-06
JP2012244348 2012-11-06
JP2013161875A JP2014112644A (ja) 2012-11-06 2013-08-02 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014112644A true JP2014112644A (ja) 2014-06-19

Family

ID=50621403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013161875A Pending JP2014112644A (ja) 2012-11-06 2013-08-02 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9659754B2 (ja)
JP (1) JP2014112644A (ja)
KR (1) KR101490628B1 (ja)

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107454732A (zh) * 2016-05-16 2017-12-08 三星电子株式会社 天线、包括天线的微波等离子体源、和等离子体处理装置
WO2018061235A1 (ja) * 2016-09-28 2018-04-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
KR20190097910A (ko) * 2018-02-13 2019-08-21 한국기초과학지원연구원 환형 면방전 플라즈마 장치를 이용한 점상 식각 모듈 및 점상 식각 모듈의 식각 프로파일을 제어하는 방법
WO2022026127A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-03 Applied Materials, Inc. Plasma processing using pulsed-voltage and radio-frequency power
US11476145B2 (en) 2018-11-20 2022-10-18 Applied Materials, Inc. Automatic ESC bias compensation when using pulsed DC bias
US11495470B1 (en) 2021-04-16 2022-11-08 Applied Materials, Inc. Method of enhancing etching selectivity using a pulsed plasma
WO2022240651A1 (en) * 2021-05-12 2022-11-17 Applied Materials, Inc. Automatic electrostatic chuck bias compensation during plasma processing
US11569066B2 (en) 2021-06-23 2023-01-31 Applied Materials, Inc. Pulsed voltage source for plasma processing applications
US11694876B2 (en) 2021-12-08 2023-07-04 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for delivering a plurality of waveform signals during plasma processing
US11699572B2 (en) 2019-01-22 2023-07-11 Applied Materials, Inc. Feedback loop for controlling a pulsed voltage waveform
US11776788B2 (en) 2021-06-28 2023-10-03 Applied Materials, Inc. Pulsed voltage boost for substrate processing
US11791138B2 (en) 2021-05-12 2023-10-17 Applied Materials, Inc. Automatic electrostatic chuck bias compensation during plasma processing
US11798790B2 (en) 2020-11-16 2023-10-24 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for controlling ion energy distribution
US11901157B2 (en) 2020-11-16 2024-02-13 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for controlling ion energy distribution
US11948780B2 (en) 2021-05-12 2024-04-02 Applied Materials, Inc. Automatic electrostatic chuck bias compensation during plasma processing
US11967483B2 (en) 2021-06-02 2024-04-23 Applied Materials, Inc. Plasma excitation with ion energy control
US11972924B2 (en) 2022-06-08 2024-04-30 Applied Materials, Inc. Pulsed voltage source for plasma processing applications
US12106938B2 (en) 2021-09-14 2024-10-01 Applied Materials, Inc. Distortion current mitigation in a radio frequency plasma processing chamber
WO2024210336A1 (ko) * 2023-04-03 2024-10-10 (주)아이씨디 자화된 유도 결합 플라즈마 처리 장치
US12198966B2 (en) 2017-09-20 2025-01-14 Applied Materials, Inc. Substrate support with multiple embedded electrodes
WO2025024021A1 (en) * 2023-07-26 2025-01-30 Tokyo Electron Limited Apparatus and method for plasma processing
US12261019B2 (en) 2021-08-24 2025-03-25 Applied Materials, Inc. Voltage pulse time-domain multiplexing
US12272524B2 (en) 2022-09-19 2025-04-08 Applied Materials, Inc. Wideband variable impedance load for high volume manufacturing qualification and on-site diagnostics
US12315732B2 (en) 2022-06-10 2025-05-27 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for etching a semiconductor substrate in a plasma etch chamber
US12525433B2 (en) 2021-06-09 2026-01-13 Applied Materials, Inc. Method and apparatus to reduce feature charging in plasma processing chamber

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150118416A1 (en) * 2013-10-31 2015-04-30 Semes Co., Ltd. Substrate treating apparatus and method
KR101598465B1 (ko) 2014-09-30 2016-03-02 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 방법
JP6698560B2 (ja) * 2017-02-01 2020-05-27 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ源、マイクロ波プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法
JP6909824B2 (ja) * 2019-05-17 2021-07-28 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
US11043362B2 (en) * 2019-09-17 2021-06-22 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatuses including multiple electron sources
CN113113280B (zh) * 2020-01-09 2022-06-10 江苏鲁汶仪器有限公司 等离子体处理系统及其开合法拉第组件
JP7531349B2 (ja) * 2020-08-28 2024-08-09 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4996077A (en) * 1988-10-07 1991-02-26 Texas Instruments Incorporated Distributed ECR remote plasma processing and apparatus
JP2581255B2 (ja) * 1990-04-02 1997-02-12 富士電機株式会社 プラズマ処理方法
JP3020580B2 (ja) * 1990-09-28 2000-03-15 株式会社日立製作所 マイクロ波プラズマ処理装置
US5234526A (en) * 1991-05-24 1993-08-10 Lam Research Corporation Window for microwave plasma processing device
US5342472A (en) * 1991-08-12 1994-08-30 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
JPH06251896A (ja) * 1992-12-28 1994-09-09 Hitachi Ltd プラズマ処理方法及び装置
US5824602A (en) * 1996-10-21 1998-10-20 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Helicon wave excitation to produce energetic electrons for manufacturing semiconductors
JP3582287B2 (ja) * 1997-03-26 2004-10-27 株式会社日立製作所 エッチング装置
US20030010453A1 (en) * 1998-03-18 2003-01-16 Jyunichi Tanaka Plasma processing apparatus and plasma processing method
US6085688A (en) * 1998-03-27 2000-07-11 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for improving processing and reducing charge damage in an inductively coupled plasma reactor
US6528752B1 (en) * 1999-06-18 2003-03-04 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP4563729B2 (ja) * 2003-09-04 2010-10-13 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP2006032272A (ja) 2004-07-21 2006-02-02 Hosoda Denki:Kk プラズマ処理装置
GB0517334D0 (en) * 2005-08-24 2005-10-05 Dow Corning Method and apparatus for creating a plasma
US8092605B2 (en) * 2006-11-28 2012-01-10 Applied Materials, Inc. Magnetic confinement of a plasma
KR101098314B1 (ko) 2007-03-08 2011-12-26 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법 및 기억 매체
JP4606508B2 (ja) * 2007-08-28 2011-01-05 東京エレクトロン株式会社 天板及びプラズマ処理装置
KR20100106602A (ko) * 2008-01-31 2010-10-01 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 마이크로파 플라즈마 처리 장치
US8415884B2 (en) * 2009-09-08 2013-04-09 Tokyo Electron Limited Stable surface wave plasma source
WO2012057967A2 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for controlling photoresist line width roughness

Cited By (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107454732A (zh) * 2016-05-16 2017-12-08 三星电子株式会社 天线、包括天线的微波等离子体源、和等离子体处理装置
WO2018061235A1 (ja) * 2016-09-28 2018-04-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
US12198966B2 (en) 2017-09-20 2025-01-14 Applied Materials, Inc. Substrate support with multiple embedded electrodes
KR20190097910A (ko) * 2018-02-13 2019-08-21 한국기초과학지원연구원 환형 면방전 플라즈마 장치를 이용한 점상 식각 모듈 및 점상 식각 모듈의 식각 프로파일을 제어하는 방법
WO2019160329A1 (ko) * 2018-02-13 2019-08-22 한국기초과학지원연구원 환형 면방전 플라즈마 장치를 이용한 점상 식각 모듈 및 점상 식각 모듈의 식각 프로파일을 제어하는 방법
KR102024568B1 (ko) * 2018-02-13 2019-09-24 한국기초과학지원연구원 환형 면방전 플라즈마 장치를 이용한 점상 식각 모듈 및 점상 식각 모듈의 식각 프로파일을 제어하는 방법
US11776819B2 (en) 2018-02-13 2023-10-03 Korea Institute Of Fusion Energy Point etching module using annular surface dielectric barrier discharge apparatus and method for control etching profile of point etching module
US11476145B2 (en) 2018-11-20 2022-10-18 Applied Materials, Inc. Automatic ESC bias compensation when using pulsed DC bias
US12057292B2 (en) 2019-01-22 2024-08-06 Applied Materials, Inc. Feedback loop for controlling a pulsed voltage waveform
US11699572B2 (en) 2019-01-22 2023-07-11 Applied Materials, Inc. Feedback loop for controlling a pulsed voltage waveform
WO2022026127A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-03 Applied Materials, Inc. Plasma processing using pulsed-voltage and radio-frequency power
US12237148B2 (en) 2020-07-31 2025-02-25 Applied Materials, Inc. Plasma processing assembly using pulsed-voltage and radio-frequency power
US11462389B2 (en) 2020-07-31 2022-10-04 Applied Materials, Inc. Pulsed-voltage hardware assembly for use in a plasma processing system
US11462388B2 (en) 2020-07-31 2022-10-04 Applied Materials, Inc. Plasma processing assembly using pulsed-voltage and radio-frequency power
US11776789B2 (en) 2020-07-31 2023-10-03 Applied Materials, Inc. Plasma processing assembly using pulsed-voltage and radio-frequency power
US11848176B2 (en) 2020-07-31 2023-12-19 Applied Materials, Inc. Plasma processing using pulsed-voltage and radio-frequency power
US12183557B2 (en) 2020-11-16 2024-12-31 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for controlling ion energy distribution
US11901157B2 (en) 2020-11-16 2024-02-13 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for controlling ion energy distribution
US11798790B2 (en) 2020-11-16 2023-10-24 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for controlling ion energy distribution
US11495470B1 (en) 2021-04-16 2022-11-08 Applied Materials, Inc. Method of enhancing etching selectivity using a pulsed plasma
WO2022240651A1 (en) * 2021-05-12 2022-11-17 Applied Materials, Inc. Automatic electrostatic chuck bias compensation during plasma processing
US11948780B2 (en) 2021-05-12 2024-04-02 Applied Materials, Inc. Automatic electrostatic chuck bias compensation during plasma processing
US11791138B2 (en) 2021-05-12 2023-10-17 Applied Materials, Inc. Automatic electrostatic chuck bias compensation during plasma processing
US11967483B2 (en) 2021-06-02 2024-04-23 Applied Materials, Inc. Plasma excitation with ion energy control
US12347647B2 (en) 2021-06-02 2025-07-01 Applied Materials, Inc. Plasma excitation with ion energy control
US12525433B2 (en) 2021-06-09 2026-01-13 Applied Materials, Inc. Method and apparatus to reduce feature charging in plasma processing chamber
US11887813B2 (en) 2021-06-23 2024-01-30 Applied Materials, Inc. Pulsed voltage source for plasma processing
US11569066B2 (en) 2021-06-23 2023-01-31 Applied Materials, Inc. Pulsed voltage source for plasma processing applications
US12125673B2 (en) 2021-06-23 2024-10-22 Applied Materials, Inc. Pulsed voltage source for plasma processing applications
US11776788B2 (en) 2021-06-28 2023-10-03 Applied Materials, Inc. Pulsed voltage boost for substrate processing
US12261019B2 (en) 2021-08-24 2025-03-25 Applied Materials, Inc. Voltage pulse time-domain multiplexing
US12106938B2 (en) 2021-09-14 2024-10-01 Applied Materials, Inc. Distortion current mitigation in a radio frequency plasma processing chamber
US11694876B2 (en) 2021-12-08 2023-07-04 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for delivering a plurality of waveform signals during plasma processing
US12482633B2 (en) 2021-12-08 2025-11-25 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for delivering a plurality of waveform signals during plasma processing
US12368020B2 (en) 2022-06-08 2025-07-22 Applied Materials, Inc. Pulsed voltage source for plasma processing applications
US11972924B2 (en) 2022-06-08 2024-04-30 Applied Materials, Inc. Pulsed voltage source for plasma processing applications
US12315732B2 (en) 2022-06-10 2025-05-27 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for etching a semiconductor substrate in a plasma etch chamber
US12272524B2 (en) 2022-09-19 2025-04-08 Applied Materials, Inc. Wideband variable impedance load for high volume manufacturing qualification and on-site diagnostics
WO2024210336A1 (ko) * 2023-04-03 2024-10-10 (주)아이씨디 자화된 유도 결합 플라즈마 처리 장치
WO2025024021A1 (en) * 2023-07-26 2025-01-30 Tokyo Electron Limited Apparatus and method for plasma processing

Also Published As

Publication number Publication date
US20140124478A1 (en) 2014-05-08
US9659754B2 (en) 2017-05-23
KR101490628B1 (ko) 2015-02-05
KR20140058350A (ko) 2014-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014112644A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
CN102027575B (zh) 微波导入机构、微波等离子源以及微波等离子处理装置
US9960014B2 (en) Plasma etching method
JP6046052B2 (ja) プラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US10017853B2 (en) Processing method of silicon nitride film and forming method of silicon nitride film
TWI549156B (zh) A plasma processing device and a microwave introduction device
JP4927160B2 (ja) プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、および記憶媒体
KR100960424B1 (ko) 마이크로파 플라즈마 처리 장치
KR20080038323A (ko) 플라즈마 처리 장치 및 가스 통과 플레이트
CN101681833A (zh) 微波等离子体处理装置和微波等离子体处理方法以及微波透过板
JP5422396B2 (ja) マイクロ波プラズマ処理装置
KR101063102B1 (ko) 실리콘 산화막의 형성 방법 및 형성 장치
WO2011040465A1 (ja) プラズマ処理装置及びこれに用いる遅波板
CN101849444B (zh) 平板天线部件以及具备其的等离子体处理装置
JP2012044035A (ja) 半導体製造装置
JP2018006256A (ja) マイクロ波プラズマ処理装置
JP6700128B2 (ja) マイクロ波プラズマ処理装置
JP5728565B2 (ja) プラズマ処理装置及びこれに用いる遅波板
JP2012023162A (ja) 半導体製造装置
KR200240816Y1 (ko) 플라즈마 처리 장치
JP3085177B2 (ja) プラズマ処理方法及び装置
JP2013033979A (ja) マイクロ波プラズマ処理装置
JP2011029250A (ja) マイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ処理方法
JP2004356459A (ja) プラズマ処理装置
KR20020080014A (ko) 플라즈마 처리 장치