JP2018037281A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物に対するイオンエネルギーの制御性に優れたプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】一実施形態のプラズマ処理装置は、チャンバ本体、プラズマトラップ、載置台、プラズマ源、及び、ポテンシャル調整部を備える。チャンバ本体は、その内部空間をチャンバとして提供する。プラズマトラップは、チャンバを第１空間と第２空間とに分けるように設けられている。載置台は、第２空間に設けられている。プラズマ源は、第１空間に供給されるガスを励起させるよう構成されている。ポテンシャル調整部は、電極を有する。この電極は、チャンバ本体の外側に設けられており、第１空間において生成されるプラズマと容量的に結合される。ポテンシャル調整部は、第１空間において生成されるプラズマのポテンシャルを調整するよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。

半導体デバイスといった電子デバイスの製造においてはプラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置は、一般的に、チャンバ本体、載置台、及び、プラズマ源を備えている。チャンバ本体は、その内部空間をチャンバとして提供している。載置台は、その上に載置される被加工物を保持するように構成されている。プラズマ源は、チャンバに供給されるガスを励起させるためのエネルギーをチャンバ内に供給する。プラズマ処理装置では、チャンバ内で生成されたプラズマからのイオン及び／又はラジカルといった活性種により、被加工物が処理される。

プラズマ処理では、イオンによる被加工物の損傷を抑制するために、或いは、所望の形状を被加工物に形成するために、イオンの被加工物に対する照射を抑制することがある。このようなプラズマ処理のために、一般的には、チャンバ内にプラズマトラップが設けられる。プラズマトラップを備えたプラズマ処理装置については、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。

国際公開第２００６／１２９６４３号 特開２０１４−２０９６２２号公報

プラズマトラップを備えたプラズマ処理装置では、実質的には、プラズマトラップを通過し得るラジカルによって被加工物が処理される。しかしながら、ラジカルのみによる被加工物の処理だけではなく、種々のエネルギーをもったイオンによる被加工物の処理を一つのプラズマ処理装置で実現することに対する要請がある。即ち、被加工物に対するイオンエネルギーの制御性に優れたプラズマ処理装置が必要とされている。

一態様においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ本体、プラズマトラップ、載置台、プラズマ源、及び、ポテンシャル調整部を備える。チャンバ本体は、その内部空間をチャンバとして提供する。プラズマトラップは、チャンバを第１空間と第２空間とに分けるようにチャンバ内に設けられている。載置台は、その上に載置される被加工物を保持するよう構成されている。載置台は、第２空間に設けられている。プラズマ源は、第１空間に供給されるガスを励起させるよう構成されている。ポテンシャル調整部は、電極を有する。この電極は、第１空間において生成されるプラズマと容量的に結合される。ポテンシャル調整部は、第１空間において生成されるプラズマのポテンシャルを調整するよう構成されている。

一態様に係るプラズマ処理装置では、第１空間において生成されるプラズマのポテンシャルを、ポテンシャル調整部によって低いポテンシャルから高いポテンシャルまで任意に変更することができる。プラズマのポテンシャルが低いポテンシャルに設定されると、第２空間へのイオンの供給が阻止されるか、或いは、抑制される。また、プラズマのポテンシャルが高いポテンシャルに設定されると、イオンが第１空間からプラズマトラップを通過して第２空間に供給される。さらに、プラズマのポテンシャルを比較的高いポテンシャルの範囲内で調整することにより、被加工物に入射するイオンのエネルギーを調整することが可能となる。したがって、このプラズマ処理装置は、被加工物に対するイオンエネルギーの制御性に優れている。

一実施形態では、プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置である。この実施形態において、プラズマ源は、高周波電源に接続されるアンテナを有する。プラズマ処理装置は、アンテナと第１空間との間に設けられた誘電体窓を更に備える。ポテンシャル調整部の電極は、アンテナと誘電体窓との間に設けられたファラデーシールドである。なお、アンテナとファラデーシールドは互いに接触しないことが望ましい。ポテンシャル調整部は、可変リアクタンス素子を含み当該ポテンシャル調整部の電極とグランドとの間に接続されたインピーダンス調整回路を更に有する。この実施形態では、アンテナに供給される高周波により、ポテンシャル調整部の電極に高周波が発生する。この高周波の電圧の波高値は、インピーダンス調整回路によって調整され得る。この波高値の調整により、プラズマのポテンシャルを調整することが可能となる。

一実施形態では、ポテンシャル調整部は、コンデンサを更に有する。コンデンサの一端は、アンテナに接続されている。コンデンサの他端は、インピーダンス調整回路とポテンシャル調整部の電極との間に接続されている。この実施形態によれば、プラズマ源のアンテナに供給されてコンデンサによって容量分割された高周波の電圧が、ポテンシャル調整部の電極に印加される。

一実施形態では、プラズマ処理装置は、第１空間を上方から画成する誘電体窓を更に備える。プラズマ源は、マイクロ波を誘電体窓を介して第１空間に導入するように構成されたアンテナを有する。ポテンシャル調整部は、インピーダンス調整回路及び高周波電源を更に有する。インピーダンス調整回路は、可変リアクタンス素子を含みポテンシャル調整部の電極とグランドとの間に接続されている。高周波電源は、ポテンシャル調整部の電極に接続されている。この実施形態では、プラズマの生成にマイクロ波を用いているので、誘導結合型のプラズマ処理装置のようにアンテナに供給される高周波を用いて、プラズマのポテンシャルを調整することができない。そこで、この実施形態では、ポテンシャル調整部の電極に高周波を供給するために、高周波電源が用いられている。

一実施形態では、ポテンシャル調整部は、検出器及び制御部を更に有する。検出器は、ポテンシャル調整部の電極における電圧の波高値を検出するよう構成されている。制御部は、載置台上に載置された被加工物に入射するイオンのエネルギーとポテンシャル調整部の電極における電圧の波高値との予め定められた関係を参照することにより、入力されるイオンのエネルギーの設定値に対応した当該電極における電圧の波高値を取得し、取得した波高値と検出器によって検出された当該電極における電圧の波高値（Ｖｐｐ）との差を減少させるように、インピーダンス調整回路の可変リアクタンス素子を制御する。なお、電圧の波高値（Ｖｐｐ）に代えて、自己バイアス電位（Ｖｄｃ）又はイオンエネルギーが用いられてもよい。即ち、検出器が、Ｖｄｃを検出し、制御部が、イオンのエネルギーとＶｄｃとの予め定められた関係を参照することにより、入力されるイオンのエネルギーの設定値に対応したＶｄｃを取得し、取得したＶｄｃと検出器によって検出されたＶｄｃとの差を減少させるように、インピーダンス調整回路の可変リアクタンス素子を制御してもよい。或いは、検出器が、イオンのエネルギーを検出し、制御部が、入力されるイオンのエネルギーと検出されたイオンのエネルギーとの差を減少させるように、インピーダンス調整回路の可変リアクタンス素子を制御してもよい。

以上説明したように、被加工物に対するイオンエネルギーの制御性に優れたプラズマ処理装置が提供される。

一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 実験結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、誘導結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１０は、チャンバ本体１２を備えている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、接地されている。一実施形態では、チャンバ本体１２は、略筒形状を有している。チャンバ本体１２の中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線ＡＸと略一致している。このチャンバ本体１２は、その内部空間をチャンバ１２ｃとして提供している。

チャンバ１２ｃ内には、プラズマトラップ１４が設けられている。プラズマトラップ１４は、チャンバ１２ｃの鉛直方向における中間に設けられており、チャンバ１２ｃを第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２に分けている。第１空間Ｓ１は、チャンバ１２ｃに含まれる空間であり、プラズマトラップ１４の上方の空間である。第２空間Ｓ２は、チャンバ１２ｃに含まれる空間であり、プラズマトラップ１４の下方の空間である。プラズマトラップ１４は、第１空間Ｓ１において生成されたプラズマが第２空間Ｓ２に流入することを防止、又は、抑制する。プラズマトラップ１４には、略板状の一以上の部材を含んでいる。プラズマトラップ１４には、複数の開口（貫通孔）、例えば複数のスリットが形成されている。プラズマトラップ１４は、限定されるものではないが、石英といった誘電体から形成され得る。このプラズマトラップ１４は、チャンバ本体１２によって支持されている。

一実施形態では、プラズマトラップ１４は、略板状の二つの部材１４ａ、１４ｂを含んでいる。部材１４ａ及び部材１４ｂは、互いに僅かに離間して配置されており、略水平に延在している。部材１４ａは、部材１４ｂよりも上方で延在している。部材１４ａ及び部材１４ｂの双方には、上述した複数の開口が形成されている。一実施形態では、部材１４ａの複数の開口は、部材１４ｂの複数の開口に対して、軸線ＡＸに直交する方向においてずらされている。なお、プラズマトラップ１４は、部材１４ａ又は部材１４ｂのような一枚の部材のみから構成されていてもよい。

プラズマトラップ１４の下方の第２空間Ｓ２には、載置台１６が設けられている。載置台１６は、支持体１８によって支持されている。支持体１８は、絶縁体から形成されており、略筒形状を有している。支持体１８は、チャンバ本体１２の底部から上方に延びている。支持体１８は、その上端部において載置台１６を支持している。載置台１６は、第２空間Ｓ２に搬入された被加工物Ｗを保持するよう構成されている。なお、被加工物Ｗは、ウエハのように円盤形状を有し得る。

一実施形態では、載置台１６は、下部電極２０及び静電チャック２２を有する。下部電極２０は、アルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。一実施形態において、下部電極２０には、整合器２４を介して高周波電源２６が接続されている。高周波電源２６は、下部電極２０に供給される高周波を発生する。この高周波は、被加工物Ｗに対するイオンの引き込みに適した周波数を有する。この高周波の周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚ以下の周波数であり得る。整合器２４は、高周波電源２６の側のインピーダンスと、負荷側（チャンバ本体１２の側）のインピーダンスとを整合させるための整合回路を含んでいる。なお、下部電極２０は、高周波電源２６には接続されず、接地されていてもよい。

静電チャック２２は、下部電極２０上に設けられている。静電チャック２２は、円盤形状の絶縁体層内に膜状の電極２２ａを内蔵している。この電極２２ａには、スイッチ２８を介して直流電源３０が接続されている。電極２２ａに直流電源３０からの電圧が印加されると、静電チャック２２は静電力を発生する。この静電力により、静電チャック２２は、その上に載置された被加工物Ｗを保持する。この静電チャック２２の周囲且つ下部電極２０上には被加工物Ｗのエッジを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置される。なお、載置台１６は、静電チャック２２を有していなくてもよい。

チャンバ本体１２の側壁には、第２空間Ｓ２に通じる開口１２ｐが形成されている。この開口１２ｐは、被加工物Ｗの第２空間Ｓ２内への搬入及び第２空間Ｓ２からの搬出のための開口である。開口１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇによって開閉可能となっている。

チャンバ本体１２の底部には、第２空間Ｓ２に連通するように配管３２が接続されている。チャンバ本体１２の外側において、配管３２には排気装置３４が接続されている。排気装置３４は、圧力調整弁、並びに、ターボ分子ポンプ及び／又はドライポンプといった真空ポンプを含んでいる。この排気装置３４によって、チャンバ１２ｃは減圧されるようになっている。

チャンバ本体１２の上端部には開口が形成されている。この開口は、誘電体窓３６によって閉じられている。誘電体窓３６は、後述するアンテナ３８と第１空間Ｓ１との間に設けられており、第１空間Ｓ１を上方から画成している。誘電体窓３６は、例えば石英といった誘電体から形成されている。

チャンバ本体１２の外側且つ誘電体窓３６の上には、アンテナ３８が設けられている。アンテナ３８はコイルであり、軸線ＡＸを中心にスパイラル状に延在している。アンテナ３８の一端には、整合器４０を介して高周波電源４２が接続されている。アンテナ３８の他端はグランドに接続されている。高周波電源４２は、アンテナ３８に供給される高周波を発生する。高周波電源４２によって発生される高周波の周波数は、プラズマの生成に適した周波数であり、高周波電源２６によって発生される周波数よりも高い周波数であり得る。整合器４０は、高周波電源４２の側のインピーダンスと、負荷側（チャンバ本体１２の側）のインピーダンスとを整合させるための整合回路を含んでいる。なお、アンテナ３８及び高周波電源４２は、一実施形態のプラズマ源を構成している。

プラズマ処理装置１０は、第１空間Ｓ１にガスを供給するガス供給部４４を更に備えている。ガス供給部４４は、一以上のガスソースからのガスの流量を制御して、流量が制御された一以上のガスを第１空間Ｓ１に供給するよう構成されている。例えば、ガス供給部４４は、一以上の流量制御器（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）及び一以上のバルブを含み得る。

プラズマ処理装置１０では、ガス供給部４４からのガスが第１空間Ｓ１に供給される。また、チャンバ１２ｃが排気装置３４によって減圧される。そして、高周波電源４２からの高周波がアンテナ３８に供給される。高周波がアンテナ３８に供給されることにより第１空間Ｓ１内では誘導磁界が生じる。この誘導磁界により第１空間Ｓ１内にガスが励起される。これにより、第１空間Ｓ１内においてプラズマが生成される。このように生成されるプラズマからの活性種によって載置台１６上に載置された被加工物Ｗが処理される。

プラズマ処理装置１０は、ポテンシャル調整部５０を更に備えている。ポテンシャル調整部５０は、電極５２及びインピーダンス調整回路５４を有している。電極５２は、導体から形成されている。電極５２は、チャンバ本体１２の外側（大気側）に設けられており、第１空間Ｓ１において生成されるプラズマと容量的に結合されるよう構成されている。なお、電極５２は、アンテナ３８と誘電体窓３６の間、誘電体窓３６の内部、又は、第１空間Ｓ１（プラズマ室）に設けられていてもよい。

電極５２は、本実施形態では、ファラデーシールドである。この実施形態では、電極５２は、略板状である。電極５２は、アンテナ３８と誘電体窓３６との間に設けられており、略水平に延在している。なお、アンテナ３８とファラデーシールドは互いに直接接触しないことが望ましい。電極５２には、複数の開口が形成されている。電極５２の複数の開口は、電極５２をその板厚方向に貫通している。また、電極５２の複数の開口は、例えば、軸線ＡＸに対して放射方向に延在しており、軸線ＡＸに対して周方向に配列されている。

電極５２には、高周波電源４２からアンテナ３８に供給される高周波により、高周波が発生する。この電極５２とグランドとの間には、インピーダンス調整回路５４が接続されている。インピーダンス調整回路５４は、電極５２とグランドとの間においてインピーダンスを調整する。これにより、電極５２に発生する高周波の電圧の波高値（Ｖｐｐ）が調整される。インピーダンス調整回路５４は、可変リアクタンス素子を含んでいる。一実施形態では、インピーダンス調整回路５４は、可変リアクタンス素子として、可変容量コンデンサ５４ａを含んでいる。また、インピーダンス調整回路５４は、コイル５４ｂを更に含んでいる。コイル５４ｂと可変容量コンデンサ５４ａは、電極５２とグランドとの間で直列的に接続されている。なお、電極５２とグランドとの間のインピーダンスを調整可能であれば、インピーダンス調整回路５４の回路構成は任意の構成であり得る。

一実施形態では、ポテンシャル調整部５０は、検出器５６及び制御部５８を更に有し得る。検出器５６は、電極５２に接続されている。検出器５６は、電極５２における高周波の電圧の波高値（Ｖｐｐ）を検出する。検出器５６は、例えば高電圧プローブであり得る。

制御部５８には、検出器５６によって検出された波高値が入力される。制御部５８は、被加工物Ｗに入射するイオンのエネルギーと電極５２における電圧の波高値（Ｖｐｐ）との予め定められた関係を保持している。この関係は、テーブル形式又は関数形式で保持され得る。制御部５８は、当該関係を参照することにより、入力されるイオンのエネルギーの設定値に対応した電極５２における電圧の波高値を取得する。制御部５８は、取得した波高値と検出器５６によって検出された波高値（Ｖｐｐ）との差を減少させるように、インピーダンス調整回路５４の可変リアクタンス素子を制御する。即ち、制御部５８は、検出器５６によって検出された波高値（Ｖｐｐ）が、予め設定された波高値（Ｖｐｐ）になるように、例えばインピーダンス調整回路５４の可変容量コンデンサ５４ａの静電容量を制御する。

なお、電圧の波高値（Ｖｐｐ）に代えて、自己バイアス電位（Ｖｄｃ）又はイオンエネルギーが用いられてもよい。即ち、プラズマ処理装置１０が下部電極２０にバイアス電圧を印加する構成を有している場合、或いは、インピーダンス調整回路が下部電極に接続された構成を有している場合には、可変容量コンデンサ５４ａの静電容量に応じたイオンのエネルギーと検出器で検出されるフォーカスリングＦＲ（又は下部電極２０）のＶｄｃの関係を予め求めておき、制御部５８が、当該関係を参照することにより、入力されたイオンのエネルギーに対応するＶｄｃを取得し、取得されたＶｄｃと検出器で検出されたＶｄｃとの差を減少させるように、可変容量コンデンサ５４ａの静電容量を制御してもよい。或いは、検出器が、イオンのエネルギーを検出し、制御部５８が、入力されるイオンのエネルギーと検出されたイオンのエネルギーとの差を減少させるように、インピーダンス調整回路５４の可変リアクタンス素子を制御してもよい。

一実施形態では、制御部５８は、プロセッサ、メモリといった記憶装置、ディスプレイ、及び、キーボードといった入力装置を備えるコンピュータ装置であり得る。記憶装置には、上述したテーブル形式又は関数形式の関係がデータとして保持されている。プロセッサは、入力装置を介して入力されるイオンのエネルギーの設定値に対応した電極５２における電圧の波高値を、当該関係を参照することにより、取得する。プロセッサは、検出器５６によって検出された波高値（Ｖｐｐ）が、予め設定した波高値（Ｖｐｐ）になるように、例えば、インピーダンス調整回路５４の可変容量コンデンサ５４ａの静電容量を制御する。

制御部５８は、プラズマ処理装置１０において実行されるプラズマ処理において当該プラズマ処理装置１０の各部を制御してもよい。この場合に、制御部５８の記憶装置には、制御プログラム及びレシピデータが記憶されている。制御部５８のプロセッサは、制御プログラム及びレシピデータに従って動作することにより、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。

プラズマ処理装置１０では、第１空間Ｓ１において生成されるプラズマのポテンシャルを、ポテンシャル調整部５０によって低いポテンシャルから高いポテンシャルまで任意に変更することができる。プラズマのポテンシャルが低いポテンシャルに設定されると、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２へのイオンの供給が阻止されるか、或いは、抑制される。したがって、被加工物Ｗは、プラズマトラップ１４を通過し得るラジカルによって処理される。また、プラズマのポテンシャルが高いポテンシャルに設定されると、イオンが第１空間Ｓ１からプラズマトラップ１４を通過して第２空間Ｓ２に供給される。したがって、イオンにより被加工物Ｗの処理が可能となる。また、プラズマのポテンシャルを比較的高いポテンシャルの範囲内で調整することにより、被加工物Ｗに入射するイオンのエネルギーを調整することが可能となる。したがって、このプラズマ処理装置１０は、被加工物Ｗに対するイオンエネルギーの制御性に優れている。

以下、別の実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図２は、別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図２に示すプラズマ処理装置１０Ａは、ポテンシャル調整部５０がコンデンサ５９を更に有する点において、プラズマ処理装置１０と異なっている。

コンデンサ５９の一端は、アンテナ３８に接続されている。一実施形態では、コンデンサ５９は、アンテナ３８の一端と他端との間の中間部分に接続されている。コンデンサ５９の他端は、電極５２に接続されている。一実施形態では、コンデンサ５９の他端は、電極５２とインピーダンス調整回路５４の間のノードに接続されている。

プラズマ処理装置１０では、アンテナ３８と電極５２とが容量的に結合されており、アンテナ３８に高周波が供給されることにより、電極５２に高周波が発生する。一方、プラズマ処理装置１０Ａでは、アンテナ３８に供給されてコンデンサ５９によって容量分割された高周波の電圧が、電極５２に印加されるようになっている。かかるプラズマ処理装置１０Ａでも、ポテンシャル調整部５０により、第１空間Ｓ１内のプラズマのポテンシャルを調整することができ、被加工物Ｗに対するイオンのエネルギーを制御することが可能である。

以下、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図３は、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１０Ｂは、プラズマ処理装置１０，１０Ａのプラズマ源とは異なるプラズマ源を有している。プラズマ処理装置１０Ｂのプラズマ源は、マイクロ波を用いてプラズマを生成するプラズマ源である。以下、プラズマ処理装置１０Ｂがプラズマ処理装置１０と異なる点について説明する。

プラズマ処理装置１０Ｂは、アンテナ６０及びマイクロ波発生器６２を備えている。アンテナ６０は、誘電体窓３６上に設けられている。アンテナ６０は、略平板状であり、導体から形成されている。アンテナ６０には、当該アンテナ６０を板厚方向に貫通する複数のスロット孔が形成されている。このアンテナ６０には、マイクロ波発生器６２からのマイクロ波が供給される。マイクロ波発生器６２によって発生されるマイクロ波の周波数は、ギガヘルツ帯の周波数であり、例えば、２．４５ＧＨｚである。アンテナ６０に供給されたマイクロ波は、当該アンテナ６０の複数のスロット孔から誘電体窓３６を介して第１空間Ｓ１に導入される。第１空間Ｓ１に導入されたマイクロ波は、当該第１空間Ｓ１に供給されたガスを励起させる。これにより、第１空間Ｓ１においてプラズマが生成される。

一実施形態では、アンテナ６０は、ラジアルラインスロットアンテナであり得る。ラジアルラインスロットアンテナであるアンテナ６０には、複数のスロット孔対が形成されている。複数のスロット孔対は、軸線ＡＸを中心とする一つの円又は複数の同心円に沿って配列されている。複数のスロット孔対の各々は二つのスロット孔を含んでいる。二つのスロット孔は、互いに直交又は交差する方向に延びる長孔であり、アンテナ６０を板厚方向に貫通している。

また、アンテナ６０がラジアルラインスロットアンテナである実施形態では、プラズマ処理装置１０Ｂは、チューナ６４、導波管６６、モード変換器６８、同軸導波管７０、誘電体板７２、及び、冷却ジャケット７４を更に備え得る。マイクロ波発生器６２は、チューナ６４、導波管６６、及び、モード変換器６８を介して同軸導波管７０の上端部に接続されている。同軸導波管７０は、外側導体７０ａ及び内側導体７０ｂを含んでいる。外側導体７０ａは筒形状を有しており、その中心軸線は軸線ＡＸに略一致している。内側導体７０ｂは、外側導体７０ａの内側に設けられており、軸線ＡＸ上で延在している。外側導体７０ａの下端部は導電性の表面を有する冷却ジャケット７４に接続されている。内側導体７０ｂの下端部は、アンテナ６０に接続されている。アンテナ６０と冷却ジャケット７４との間には誘電体板７２が設けられている。誘電体板７２は、当該誘電体板７２内を伝播するマイクロ波の波長を短縮する機能を有する。

マイクロ波発生器６２によって発生されたマイクロ波は、チューナ６４及び導波管６６を介してモード変換器６８に伝搬する。モード変換器６８では、マイクロ波のモードが変換される。モードが変換されたマイクロ波は、同軸導波管７０及び誘電体板７２を介してアンテナ６０に供給される。アンテナ６０に供給されたマイクロ波は、上述したように、当該アンテナ６０の複数のスロット孔から誘電体窓３６を介して第１空間Ｓ１に導入され、第１空間Ｓ１においてガスを励起させる。

プラズマ処理装置１０Ｂでは、チャンバ本体１２の第１空間Ｓ１を画成する側壁が少なくとも部分的に窓８０によって構成されている。窓８０は、石英といった誘電体から形成されている。窓８０は、軸線ＡＸに対して周方向に延在している。一実施形態においては、窓８０は、略筒形状を有していてもよい。窓８０の内側（軸線ＡＸ側）の面８０ａは、第１空間Ｓ１に接している。面８０ａに対向する窓８０の面８０ｂは、チャンバ本体１２の外側に向いている。

プラズマ処理装置１０Ｂは、ポテンシャル調整部５０Ｂを備えている。ポテンシャル調整部５０Ｂは、ポテンシャル調整部５０と同様にインピーダンス調整回路５４、検出器５６、及び、制御部５８を有している。ポテンシャル調整部５０Ｂは、電極５２Ｂ及び高周波電源８２を更に有している。

電極５２Ｂは、第１空間Ｓ１において生成されるプラズマと容量的に結合される電極である。電極５２Ｂは、チャンバ本体１２の外側に設けられており、窓８０の面８０ｂに沿って延在している。電極５２Ｂには、当該電極５２Ｂにおける高周波の電圧の波高値を検出するために、検出器５６が接続されている。

また、電極５２Ｂには、インピーダンス調整回路５４が接続されている。さらに、電極５２Ｂには、整合器８４を介して高周波電源８２が接続されている。一実施形態では、高周波電源８２は、整合器８４を介して、電極５２Ｂとインピーダンス調整回路５４の間のノードに接続されている。高周波電源８２は、高周波を発生する。この高周波は、プラズマのポテンシャルを調整するための高周波であり、高周波電源４２の高周波と同様の周波数を有し得る。整合器８４は、高周波電源８２の側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの整合を行うための整合回路を含んでいる。

プラズマ処理装置１０Ｂでは、プラズマの生成にマイクロ波を用いているので、誘導結合型のプラズマ処理装置１０，１０Ａのようにアンテナに供給される高周波を用いて、プラズマのポテンシャルを調整することができない。そこで、プラズマ処理装置１０Ｂでは、電極５２Ｂに高周波を供給するために、高周波電源８２が用いられている。プラズマ処理装置１０Ｂでは、高周波電源８２から供給される高周波の電圧の波高値が調整されることにより、プラズマのポテンシャルが調整される。これにより、被加工物Ｗに対するイオンのエネルギーを制御することが可能である。電極５２Ｂは、誘電体窓３６といった天板内に設けられていてもよい。

以下、プラズマ処理装置１０の評価のために行った実験について説明する。この実験では、電極５２における電圧の波高値（Ｖｐｐ）を可変のパラメータとして、載置台１６に照射されるイオンのエネルギー及び載置台１６におけるイオン電流を求めた。なお、波高値（Ｖｐｐ）は、可変容量コンデンサ５４ａの静電容量の調整により変化させた。以下に、実験における各種の設定を示す。
＜実験の設定＞
・第１空間に供給されるガス
Ｏ_２ガス：３００ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１０ｓｃｃｍ
・高周波電源４２の高周波の電力：６５０Ｗ
・高周波電源４２の高周波の周波数：１３．５６ＭＨｚ
・誘電体窓３６と載置台１６との間のギャップ長：１３５ｍｍ
・プラズマトラップ１４の部材の枚数：１枚
・誘電体窓３６とプラズマトラップ１４との間のギャップ長：７０ｍｍ

図４に、実験の結果に関するグラフを示す。図４のグラフにおいて横軸は、電極５２における電圧の波高値（Ｖｐｐ）を示しており、左側の縦軸はイオンエネルギーの最大値Ｅｉｍａｘを示しており、右側の縦軸はイオン電流Ｉｃを示している。図４に示すように、電極５２の波高値（Ｖｐｐ）の増加に伴い、Ｅｉｍａｘが増加することが確認された。また、電極５２の波高値（Ｖｐｐ）が４００Ｖまでの値であるときには、イオン電流は略０であった。即ち、電極５２の波高値（Ｖｐｐ）が４００Ｖまでの値であるときには、載置台１６には、イオンが殆ど到達せずに、主としてラジカルが到達することが確認された。また、電極５２の波高値（Ｖｐｐ）を４００Ｖ以上の範囲で増加させると、その増加に伴いイオン電流が増加した。したがって、電極５２における波高値（Ｖｐｐ）がある値以上になると、イオンがプラズマトラップ１４を通過して第２空間Ｓ２に導入されることが確認された。また、ある値以上の範囲での波高値（Ｖｐｐ）の増加に伴い、イオンのエネルギーを増加させることが可能であることが確認された。即ち、被加工物Ｗに入射するイオンのエネルギーを任意に調整可能であることが確認された。

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述したプラズマトラップ１４は誘電体から形成されていたが、プラズマトラップ１４は導体から形成されていてもよい。なお、プラズマトラップ１４が導体である場合には、イオンが適度に当該プラズマトラップ１４を通過することを可能とするために、当該プラズマトラップ１４は接地されていなくてもよい。また、プラズマトラップ１４を構成する板状の部材の個数、プラズマトラップ１４に形成された開口の個数、及び、当該開口の大きさは、用いられるガス、チャンバ１２ｃの圧力、ガスの流量、プラズマ生成用の高周波の電力等に応じて適宜最適化されてもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、１２ｃ…チャンバ、Ｓ１…第１空間、Ｓ２…第２空間、１４…プラズマトラップ、１６…載置台、２０…下部電極、２２…静電チャック、３６…誘電体窓、３８…アンテナ、４２…高周波電源、５０，５０Ｂ…ポテンシャル調整部、５２，５２Ｂ…電極、５４…インピーダンス調整回路、５４ａ…可変容量コンデンサ、５６…検出器、５８…制御部、５９…コンデンサ、６０…アンテナ、６２…マイクロ波発生器、８０…窓、８２…高周波電源。

Claims (5)

1. チャンバ本体と、
   前記チャンバ本体によって提供されるチャンバ内に設けられており、該チャンバを第１空間と第２空間に分けるプラズマトラップと、
   前記第２空間に設けられた載置台と、
   前記第１空間に供給されるガスを励起させるプラズマ源と、
   前記第１空間において生成されるプラズマと容量的に結合される電極を有し、該プラズマのポテンシャルを調整するよう構成されたポテンシャル調整部と、
   を備えるプラズマ処理装置。
2. 該プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置であり、
   前記プラズマ源は、高周波電源に接続されるアンテナを有し、
   該プラズマ処理装置は、前記アンテナと前記第１空間との間に設けられた誘電体窓を更に備え、
   前記電極は、前記アンテナと前記誘電体窓との間に設けられたファラデーシールドであり、
   前記ポテンシャル調整部は、可変リアクタンス素子を含み前記電極とグランドとの間に接続されたインピーダンス調整回路を更に有する、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記ポテンシャル調整部は、前記アンテナに接続された一端、及び、前記インピーダンス調整回路と前記電極との間に接続された他端とを含むコンデンサを更に有する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 該プラズマ処理装置は、前記第１空間を上方から画成する誘電体窓を更に備え、
   前記プラズマ源は、マイクロ波を前記誘電体窓を介して前記第１空間に導入するように構成されたアンテナを有し、
   前記ポテンシャル調整部は、
   可変リアクタンス素子を含み、前記電極とグランドとの間に接続されたインピーダンス調整回路と、
   前記電極に接続された高周波電源と、
   を更に有する、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記ポテンシャル調整部は、
   前記電極における電圧の波高値を検出する検出器と、
   前記載置台上に載置された被加工物に入射するイオンのエネルギーと前記電極における電圧の波高値との予め定められた関係を参照することにより、入力されるイオンのエネルギーの設定値に対応した前記電極における電圧の波高値を取得し、取得した該波高値と前記検出器によって検出された前記電極における電圧の波高値との差を減少させるように、前記インピーダンス調整回路の可変リアクタンス素子を制御する制御部と、
   を更に有する、
   請求項２〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

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