特許 6937644 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(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】6937644

(24)【登録日】2021年9月2日

(45)【発行日】2021年9月22日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20210909BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20210909BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20210909BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 M

   H01L21/205

   H01L21/302 101B

【請求項の数】12

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-185082(P2017-185082)

(22)【出願日】2017年9月26日

(65)【公開番号】特開2019-61849(P2019-61849A)

(43)【公開日】2019年4月18日

【審査請求日】2020年3月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(72)【発明者】

【氏名】横田 聡裕

(72)【発明者】

【氏名】伴瀬 貴徳

(72)【発明者】

【氏名】高良 穣二

(72)【発明者】

【氏名】森北 信也

(72)【発明者】

【氏名】奥西 直彦

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１５８００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１７３２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２０６１９９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｊ ３７／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のガス及び第２のガスのための少なくとも１つの入口を有するチャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持部であり、前記基板支持部は、基板を支持するための表面を有し、前記表面は、第１の領域と前記第１の領域を囲む第２の領域とを有する、該基板支持部と、
前記基板支持部内に配置された下部電極と、
第１の周波数を有する第１のＲＦ信号を供給するように構成された第１のＲＦ電力供給部と、
前記下部電極に電気的に接続され、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２のＲＦ信号を供給するように構成された第２のＲＦ電力供給部と、
前記チャンバ内に磁場を形成するように構成された電磁石であり、前記磁場は、前記第１の領域上に第１の水平成分を有し、前記第２の領域上に前記第１の水平成分よりも大きい第２の水平成分を有する、該電磁石と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
ａ）基板を前記基板支持部上に配置する工程と、
ｂ）前記第１のＲＦ信号及び前記第２のＲＦ信号により前記チャンバにおいて前記第１のガスから第１のプラズマを形成する工程であり、前記第２のＲＦ信号は、第１の電力レベルで前記下部電極に供給され、前記第１の電力レベルは、ゼロ以上である、該工程と、
ｃ）前記基板を前記第１のプラズマに曝す工程と、
ｄ）前記第１のＲＦ信号、前記第２のＲＦ信号、及び前記磁場により前記チャンバにおいて前記第２のガスから第２のプラズマを形成する工程であり、前記第２のＲＦ信号は、前記第１の電力レベルよりも大きい第２の電力レベルで前記下部電極に供給される、該工程と、
ｅ）前記基板を前記第２のプラズマに曝す工程と、
をもたらすように構成され、ｆ）工程ｂ）〜工程ｅ）を繰り返す工程をもたらすようにさらに構成される、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記基板は、酸化シリコンを含有する第１の材料と窒化シリコンを含有する第２の材料とを含み、
前記第１のガスは、フルオロカーボンガスを含み、
工程ｃ）において、フルオロカーボン含有膜が前記基板上に形成され、
前記第２のガスは、希ガスを含み、
工程ｅ）において、前記基板上の前記第１の材料がエッチングされる、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

第１のガス及び第２のガスのための少なくとも１つの入口を有するチャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持部であり、前記基板支持部は、基板を支持するための表面を有し、前記表面は、第１の領域と前記第１の領域を囲む第２の領域とを有する、該基板支持部と、
前記基板支持部内に配置された下部電極と、
第１の周波数を有する第１のＲＦ信号を供給するように構成された第１のＲＦ電力供給部と、
前記下部電極に電気的に接続され、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２のＲＦ信号を供給するように構成された第２のＲＦ電力供給部と、
前記チャンバ内に磁場を形成するように構成された電磁石であり、前記磁場は、前記第１の領域上に第１の水平成分を有し、前記第２の領域上に前記第１の水平成分よりも大きい第２の水平成分を有する、該電磁石と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
ａ）基板を前記基板支持部上に配置する工程と、
ｂ）前記第１のＲＦ信号及び前記第２のＲＦ信号により前記チャンバにおいて前記第１のガスから第１のプラズマを形成する工程であり、前記第２のＲＦ信号は、第１の電力レベルで前記下部電極に供給され、前記第１の電力レベルは、ゼロ以上である、該工程と、
ｃ）前記基板を前記第１のプラズマに曝す工程と、
ｄ）前記第１のＲＦ信号、前記第２のＲＦ信号、及び前記磁場により前記チャンバにおいて前記第２のガスから第２のプラズマを形成する工程であり、前記第２のＲＦ信号は、前記第１の電力レベルよりも大きい第２の電力レベルで前記下部電極に供給される、該工程と、
ｅ）前記基板を前記第２のプラズマに曝す工程と、
をもたらすように構成され、
前記基板は、酸化シリコンを含有する第１の材料と窒化シリコンを含有する第２の材料とを含み、
前記第１のガスは、フルオロカーボンガスを含み、
工程ｃ）において、フルオロカーボン含有膜が前記基板上に形成され、
前記第２のガスは、希ガスを含み、
工程ｅ）において、前記基板上の前記第１の材料がエッチングされる、
プラズマ処理装置。

【請求項4】

前記第２の材料は凹部を有し、前記第１の材料は前記凹部内に配置される、請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記第２の周波数は１３．５６ＭＨｚよりも大きい、請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記第２の周波数は４０ＭＨｚ以上である、請求項５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記第２の周波数は６０ＭＨｚ以上である、請求項５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記基板支持部の上方に配置され、前記第１のＲＦ電力供給部に電気的に接続された上部電極をさらに有し、
前記電磁石は、前記上部電極の上方に配置される、
請求項１〜７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記電磁石と前記上部電極との間の第１の距離は６０ｍｍよりも大きく、前記電磁石と前記基板支持部上に配置された基板との間の第２の距離は２３０ｍｍ以下である、請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記電磁石は、前記チャンバの中心軸線に対して同軸に配置された１以上のコイルを含む、請求項１〜９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

ａ）チャンバ内の基板支持部の表面上に基板を配置する工程であり、前記表面は、第１の領域と前記第１の領域を囲む第２の領域とを有する、該工程と、
ｂ）第１のＲＦ信号及び第２のＲＦ信号により前記チャンバにおいて第１のガスから第１のプラズマを形成する工程であり、前記第１のＲＦ信号は、第１の周波数を有し、前記第２のＲＦ信号は、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有し、第１の電力レベルで下部電極に供給され、前記下部電極は、前記基板支持部内に配置され、前記第１の電力レベルは、ゼロ以上である、該工程と、
ｃ）前記基板を前記第１のプラズマに曝す工程と、
ｄ）前記第１のＲＦ信号、前記第２のＲＦ信号、及び磁場により前記チャンバにおいて第２のガスから第２のプラズマを形成する工程であり、前記第２のＲＦ信号は、前記第１の電力レベルよりも大きい第２の電力レベルで前記下部電極に供給され、前記磁場は、前記第１の領域上に第１の水平成分を有し、前記第２の領域上に前記第１の水平成分よりも大きい第２の水平成分を有する、該工程と、
ｅ）前記基板を前記第２のプラズマに曝す工程と、
を含み、
工程ｂ）〜工程ｅ）が繰り返される、プラズマ処理方法。

【請求項12】

ａ）チャンバ内の基板支持部の表面上に基板を配置する工程であり、前記表面は、第１の領域と前記第１の領域を囲む第２の領域とを有する、該工程と、
ｂ）第１のＲＦ信号及び第２のＲＦ信号により前記チャンバにおいて第１のガスから第１のプラズマを形成する工程であり、前記第１のＲＦ信号は、第１の周波数を有し、前記第２のＲＦ信号は、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有し、第１の電力レベルで下部電極に供給され、前記下部電極は、前記基板支持部内に配置され、前記第１の電力レベルは、ゼロ以上である、該工程と、
ｃ）前記基板を前記第１のプラズマに曝す工程と、
ｄ）前記第１のＲＦ信号、前記第２のＲＦ信号、及び磁場により前記チャンバにおいて第２のガスから第２のプラズマを形成する工程であり、前記第２のＲＦ信号は、前記第１の電力レベルよりも大きい第２の電力レベルで前記下部電極に供給され、前記磁場は、前記第１の領域上に第１の水平成分を有し、前記第２の領域上に前記第１の水平成分よりも大きい第２の水平成分を有する、該工程と、
ｅ）前記基板を前記第２のプラズマに曝す工程と、
を含み、
前記基板は、酸化シリコンを含有する第１の材料と窒化シリコンを含有する第２の材料とを含み、
前記第１のガスは、フルオロカーボンガスを含み、
工程ｃ）において、フルオロカーボン含有膜が前記基板上に形成され、
前記第２のガスは、希ガスを含み、
工程ｅ）において、前記基板上の前記第１の材料がエッチングされる、
プラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、プラズマ処理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電子デバイスの製造では、プラズマ処理装置を用いてプラズマ処理方法が実行されて、被加工物が処理される。プラズマ処理装置は、一般的に、チャンバ本体、ガス供給部、ステージ、第１の高周波電源、及び、第２の高周波電源を備えている。ガス供給部は、チャンバ本体の内部空間にガスを供給するように構成されている。ステージは、チャンバ本体の内部空間の中に設けられており、その上に載置される被加工物を支持するように構成されている。被加工物は、その中心がチャンバ本体の中心軸線上に位置するように、ステージ上に載置される。ステージは下部電極を含んでいる。第１の高周波電源は、プラズマを生成するための第１の高周波を発生するように構成されている。第２の高周波電源は、第２の高周波を発生するように構成されている。第２の高周波の周波数は、第１の高周波の周波数よりも低い。第２の高周波は、下部電極に供給される。プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法では、第１の高周波により内部空間の中でガスが励起され、プラズマが生成される。また、第２の高周波が下部電極に供給されることにより、プラズマ中のイオンが、被加工物に向けて加速されて、加速されたイオンが被加工物に照射される。

【0003】

プラズマ処理方法の一種としては、二つのプラズマ処理を被加工物に対して順に適用するプラズマ処理方法がある。このようなプラズマ処理方法は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたプラズマ処理方法は、酸化シリコンから形成された第１の領域を、窒化シリコンから形成された第２の領域に対して選択的にエッチングするために実行される。このプラズマ処理方法では、フルオロカーボンガスのプラズマを用いた処理と希ガスのプラズマを用いた処理とが実行される。フルオロカーボンガスのプラズマを用いた処理では、被加工物上にフルオロカーボンを含む堆積物の膜が形成される。フルオロカーボンガスのプラズマを用いた処理の実行中には、第２の高周波の電力は比較的低い電力（例えば、０ワット）に設定される。希ガスを用いたプラズマ処理では、希ガスのイオンが被加工物に照射される。希ガスを用いたプラズマ処理の実行中には、第２の領域は堆積物の膜によって保護され、第１の領域は、堆積物の膜中のフルオロカーボンのラジカルによってエッチングされる。希ガスを用いたプラズマ処理の実行中には、第２の高周波の電力は比較的高い電力に設定される。このプラズマ処理方法は、第２の領域によって提供された凹部内に設けられている第１の領域をエッチングして、開口を自己整合的に形成するために用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−１７３２４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電子デバイスの微細化に伴い、上述した凹部の幅は狭くなっている。狭い凹部の中に存在する第１の領域の上に厚く堆積物が形成されると、希ガスを用いたプラズマ処理による第１の領域のエッチングが進行しなくなる。したがって、被加工物上に形成される堆積物の膜の膜厚を小さくする必要がある。堆積物の膜の膜厚が小さい場合には、第２の領域のエッチングを抑制するために、被加工物に照射される希ガスのイオンのエネルギーを低くする必要がある。イオンのエネルギーを低くするためには、高い周波数を有する第２の高周波を用いることが考えられる。第２の高周波の周波数が高い場合には、被加工物の中心の上では高い電界強度を有し、被加工物のエッジ側の上では低い電界強度を有する電界強度の分布が形成される。即ち、内部空間の中では、放射方向における中心軸線からの距離の増加に応じて電界強度が減少するような不均一な電界強度の分布が形成される。その結果、中心軸線に対して放射方向において不均一なプラズマ密度の分布が形成される。このようなプラズマ密度の分布は、径方向におけるプラズマ処理の不均一性をもたらす。したがって、希ガスを用いたプラズマ処理におけるプラズマ密度の分布を均一化することが求められる。なお、第２の高周波（バイアス用の高周波）の電力が低い電力に設定される第１のプラズマ処理と第２の高周波の電力が高い電力に設定される第２のプラズマ処理を含む任意のプラズマ処理方法において、同様に、第２のプラズマ処理の実行中のプラズマ密度の分布を均一化することが求められる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様においては、プラズマ処理装置を用いて実行されるプラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ本体、ステージ、ガス供給部、第１の高周波電源、第２の高周波電源、及び、電磁石を備える。ステージは、下部電極を含み、被加工物の載置領域を提供し、内部空間の中に設けられている。載置領域の中心はチャンバ本体の中心軸線上に位置する。ガス供給部は、チャンバ本体の内部空間に第１のガス及び第２のガスを供給するように構成されている。第１の高周波電源は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生するように構成されている。第２の高周波電源は、第２の高周波を発生するように構成されており、下部電極に電気的に接続されている。第２の高周波の周波数は、第１の高周波の周波数よりも低い。電磁石は、チャンバ本体の内部空間の中に磁場を形成するよう構成されている。

【0007】

一態様に係るプラズマ処理方法は、チャンバ本体の内部空間の中に被加工物が収容された状態で実行される。このプラズマ処理方法は、（ｉ）被加工物に対して第１のプラズマ処理を実行する工程であり、内部空間に供給された第１のガスのプラズマにより、被加工物が処理される、該工程と、（ｉｉ）被加工物に対して第２のプラズマ処理を実行する工程であり、内部空間に供給された第２のガスのプラズマにより、被加工物が処理される、該工程と、を含む。第２のプラズマ処理を実行する工程において設定される第２の高周波の電力が、第１のプラズマ処理を実行する工程において設定される第２の高周波の電力よりも、大きい。第２のプラズマ処理を実行する工程では、電磁石により、被加工物の中心の上での水平成分よりも大きい水平成分を被加工物のエッジ側の上で有する磁場の分布が形成される。

【0008】

一態様に係るプラズマ処理方法では、第２のプラズマ処理の実行中には、被加工物の中心の上で電界強度が高くなり、被加工物のエッジ側の上で電界強度が低くなる。即ち、第２のプラズマ処理の実行中には、中心軸線に対して放射方向において不均一な電界強度の分布が形成される。また、第２のプラズマ処理の実行中には、上述の磁場の分布が内部空間の中で形成される。大きい水平成分の磁場が形成されている箇所では、電子の滞在時間が長くなる。その結果、大きい水平成分の磁場が形成されている箇所では、プラズマの密度が上昇する。故に、第２のプラズマ処理の実行中のプラズマ密度の分布が均一化される。しかも、電磁石によって形成される磁場の分布によってプラズマ密度の分布が均一化されるので、第１のプラズマ処理から第２のプラズマ処理に実行されるプラズマ処理が切り替わった時点で、高速にプラズマ密度の分布が均一化され得る。

【0009】

一実施形態において、第１のプラズマ処理を実行する工程と第２のプラズマ処理を実行する工程が交互に繰り返される。第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理を交互に繰り返す場合にも、第１のプラズマ処理から第２のプラズマ処理に実行されるプラズマ処理が切り替わった時点で、高速にプラズマ密度の分布が均一化され得る。

【0010】

一実施形態において、被加工物は、酸化シリコンから形成された第１の領域及び窒化シリコンから形成された第２の領域を有する。第１のガスは、フルオロカーボンガスを含む。第１のプラズマ処理を実行する工程において、フルオロカーボンを含む堆積物の膜が被加工物上に形成される。第２のガスは、希ガスを含む。第２のプラズマ処理を実行する工程において、堆積物の膜がその上に形成された被加工物に希ガスのイオンが照射されることにより、第１の領域がエッチングされる。この実施形態では、第２の領域が堆積物の膜によって保護され、且つ、第１の領域がエッチングされるので、第２の領域に対して選択的に第１の領域がエッチングされる。

【0011】

一実施形態において、第１の領域は、第２の領域によって提供された凹部内に設けられている。この実施形態では、第２の領域の凹部内に設けられた第１の領域がエッチングされ、自己整合的に開口が形成される。

【0012】

一実施形態において、第２の高周波の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きい。一実施形態において、第２の高周波の周波数は、４０ＭＨｚ以上である。一実施形態において、第２の高周波の周波数は、６０ＭＨｚ以上である。

【発明の効果】

【0013】

以上説明したように、第１のプラズマ処理及び第２のプラズマ処理を含むプラズマ処理方法において、バイアス用の高周波の電力が比較的大きい電力に設定される第２のプラズマ処理の実行中のプラズマ密度の分布を均一化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。

【図2】図１に示すプラズマ処理方法の実行において用いることが可能な一実施形態のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。

【図3】チャンバ本体の内部空間の中での電界強度の分布の計算結果を示すグラフである。

【図4】図２に示すプラズマ処理装置の接地導体の内部の構成を示す平面図である。

【図5】図２に示すプラズマ処理装置により形成可能な磁場の分布の計算結果を示す図である。

【図6】図２に示すプラズマ処理装置の内部空間の中でのイオン束の分布の測定結果を示すグラフである。

【図7】図１に示す方法の一実施形態を適用可能な一例の被加工物の一部拡大断面図である。

【図8】図７に示す状態から処理された被加工物の一部拡大断面図である。

【図9】図９の（ａ）は、図１に示す方法の一実施形態における工程ＳＴ１の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図であり、図９の（ｂ）は、図１に示す方法の一実施形態における工程ＳＴ２の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。

【図10】図１に示す方法の一実施形態が適用された後の被加工物の一部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

図１は、一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。図１に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、プラズマ処理装置のチャンバ本体の内部空間の中に被加工物が収容された状態で実行される。

【0017】

図２は、図１に示すプラズマ処理方法の実行において用いることが可能な一実施形態のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図２においては、一実施形態のプラズマ処理装置１０が、鉛直方向に延びる面において部分的に破断された状態で示されている。図２に示すプラズマ処理装置１０は、チャンバ本体１２を備えている。チャンバ本体１２は、筒形状を有しており、側壁１２ａ及び底部１２ｂを含んでいる。チャンバ本体１２は、内部空間１２ｓを提供している。図２に示す中心軸線ＡＸは、チャンバ本体１２及び内部空間１２ｓの中心軸線である。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムといった金属から形成されている。チャンバ本体１２の内壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、アルマイト膜、酸化イットリウム製の膜といったセラミック製の膜であり得る。チャンバ本体１２は接地されている。

【0018】

側壁１２ａには、通路１２ｐが形成されている。被加工物Ｗは、内部空間１２ｓとチャンバ本体１２の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。被加工物Ｗは、ウエハのように円盤形状を有し得る。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇによって開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、側壁１２ａに沿って設けられている。

【0019】

内部空間１２ｓの中には、ステージ１４が設けられている。ステージ１４は、支持体１５によって支持されている。支持体１５は、円筒形状を有しており、チャンバ本体１２の底部１２ｂから上方に延びている。支持体１５は、絶縁性を有しており、例えばセラミックから形成されている。

【0020】

ステージ１４は、被加工物Ｗを支持するように構成されている。ステージ１４は、チャンバ本体１２と中心軸線ＡＸを共有している。ステージ１４は、載置領域１４ｒを提供している。この載置領域１４ｒの中心は、中心軸線ＡＸ上に位置する。被加工物Ｗは、その中心が中心軸線ＡＸ上に位置するように、載置領域１４ｒ上に載置される。

【0021】

ステージ１４は、電極プレート１６、下部電極１８、及び、静電チャック２０を含んでいる。電極プレート１６は、略円盤形状を有している。電極プレート１６は、導電性を有している。電極プレート１６は、アルミニウムといった金属から形成されている。下部電極１８は、円盤形状を有している。下部電極１８は、導電性を有している。下部電極１８は、アルミニウムといった金属から形成されている。下部電極１８は、電極プレート１６上に搭載されている。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。

【0022】

下部電極１８の中には、流路１８ｐが形成されている。流路１８ｐは、下部電極１８の中で、例えば渦巻き状に延びている。流路１８ｐには、熱交換媒体の循環装置２２（例えばチラーユニット）から熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。循環装置２２は、チャンバ本体１２の外部に設けられている。流路１８ｐに供給された熱交換媒体は、循環装置２２に戻される。熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、ステージ１４上に載置された被加工物Ｗの温度が制御される。

【0023】

静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０は、略円盤形状を有している。静電チャック２０は、セラミック製の本体の中に、膜状の電極を有している。静電チャック２０の電極には、スイッチを介して直流電源２４が接続されている。静電チャック２０は、上述の載置領域１４ｒを提供している。被加工物Ｗが静電チャック２０上（載置領域１４ｒ上）に載置されている状態で、直流電源２４からの直流電圧が静電チャック２０の電極に印加されると、被加工物Ｗと静電チャック２０との間で静電引力が発生する。発生した静電引力によって、被加工物Ｗは静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。プラズマ処理装置１０には、静電チャック２０と被加工物Ｗの下面との間に伝熱ガス（例えばＨｅガス）を供給する伝熱ガス供給ラインが設けられていてもよい。

【0024】

静電チャック２０の内部には、一以上のヒータ（例えば一以上の抵抗加熱素子）が設けられていてもよい。一以上のヒータにヒータコントローラからの電力が供給されることにより、当該一以上のヒータが発熱し、静電チャック２０の温度、ひいては被加工物Ｗの温度が調整される。

【0025】

チャンバ本体１２の内部空間１２ｓ内では、フォーカスリングＦＲが、静電チャック２０及び被加工物Ｗのエッジを囲むように配置される。フォーカスリングＦＲは、環状の板であり、シリコン、石英といったシリコン含有材料から形成されている。フォーカスリングＦＲは、プラズマ処理の均一性を得るために利用される。

【0026】

支持体１５の周りには、筒状の導体２６が設けられている。導体２６は接地されている。導体２６の上方には、ステージ１４を囲むように筒状の絶縁体２８が設けられている。絶縁体２８は、石英といったセラミックから形成されている。ステージ１４とチャンバ本体１２の側壁１２ａとの間には、排気路が形成されている。排気路には、バッフルプレート３０が設けられている。バッフルプレート３０は、環状の板である。バッフルプレート３０には、当該バッフルプレート３０をその板厚方向に貫通する多数の孔が形成されている。バッフルプレート３０は、アルミニウムといった金属から形成された母材の表面に、酸化イットリウムといった耐プラズマ性の被膜を形成することにより構成されている。

【0027】

バッフルプレート３０の下方では、排気管３２がチャンバ本体１２の底部１２ｂに接続されている。排気管３２は、排気路に連通可能である。排気管３２には、排気装置３４が接続されている。排気装置３４は、自動圧力制御弁、及び、ターボ分子ポンプといった減圧ポンプを含んでいる。排気装置３４が作動されることにより、内部空間１２ｓの圧力が指定された圧力に設定される。

【0028】

ステージ１４の上方には、上部電極３６が設けられている。上部電極３６とステージ１４との間には、内部空間１２ｓの一部が介在している。上部電極３６は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じるように設けられている。上部電極３６とチャンバ本体１２の上端部との間には部材３７が介在している。部材３７は、絶縁性材料から形成されている。部材３７は、セラミック、例えば石英から形成され得る。なお、一実施形態では、上部電極３６とチャンバ本体１２の上端部との間には、部材３７及び後述する接地導体の一部が介在し得る。

【0029】

一実施形態において、上部電極３６は、シャワーヘッドを構成している。上部電極３６は、一実施形態では、天板３８及び支持体４０を含んでいる。天板３８は、例えばシリコンから形成されている。或いは、天板３８は、アルミニウムから形成された母材の表面に、酸化イットリウムといったセラミックから形成された被覆を設けることにより構成される。天板３８には、当該天板３８をその板厚方向に貫通する複数のガス吐出口３８ｈが形成されている。

【0030】

支持体４０は、天板３８上に設けられている。支持体４０は、天板３８を着脱自在に支持するように構成されている。支持体４０は、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。支持体４０の内部には、ガス拡散室４０ｄが形成されている。支持体４０には、ガス拡散室４０ｄから下方に延びる複数の孔４０ｈが形成されている。複数の孔４０ｈはそれぞれ、複数のガス吐出口３８ｈに連通している。

【0031】

ガス拡散室４０ｄには、ガス供給部４１が接続されている。ガス供給部４１は、内部空間１２ｓにガスを供給するように構成されている。一実施形態では、ガス供給部４１は、第１のガス及び第２のガスを出力可能に構成されている。第１のガス及び第２のガスについては後述する。また、ガス供給部４１は、一以上の流量制御器及び一以上のバルブを有し、出力すべき一以上のガスの流量を個別に調整するように構成されている。ガス供給部４１から出力されたガスは、ガス拡散室４０ｄ及び複数の孔４０ｈを介して、複数のガス吐出口３８ｈから内部空間１２ｓに吐出される。

【0032】

支持体４０には、流路４０ｐが形成されている。流路４０ｐには、チラーユニット４２が接続されている。流路４０ｐとチラーユニット４２との間では、冷却水といった冷媒が循環される。チラーユニット４２から流路４０ｐに供給される冷媒と上部電極３６との間の熱交換により、上部電極３６の温度が調整される。

【0033】

プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源４３及び第２の高周波電源４４を更に備えている。第１の高周波電源４３及び第２の高周波電源４４は、チャンバ本体１２の外部に設けられている。第１の高周波電源４３は、主としてプラズマの生成のための第１の高周波を発生するよう構成されている。第１の高周波は、限定されるものではないが、例えば１００ＭＨｚといった周波数を有し得る。第１の高周波電源４３は、整合器４５及び給電導体４８を介して、上部電極３６に電気的に接続されている。整合器４５は、第１の高周波電源４３の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３６側）のインピーダンスとを整合させるための整合回路を有している。給電導体４８は、その下端で上部電極３６に接続されている。給電導体４８は、上部電極３６から上方に延びている。給電導体４８は筒状又は棒状の導体であり、その中心軸線は中心軸線ＡＸに略一致している。

【0034】

第２の高周波電源４４は、主として被加工物Ｗにイオンを引き込むための第２の高周波、即ち、バイアス用の高周波を発生するように構成されている。第２の高周波の周波数は、第１の高周波の周波数よりも低い。一実施形態では、第２の高周波の周波数は、１３．５６ＭＨよりも高い。一実施形態では、第２の高周波の周波数は、４０ＭＨｚ以上であってもよい。一実施形態では、第２の高周波の周波数は、６０ＭＨｚ以上であってもよい。第２の高周波電源４４は、整合器４６を介して、下部電極１８に電気的に接続されている。整合器４６は、第２の高周波電源４４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスとを整合させるための整合回路を有している。

【0035】

プラズマ処理装置１０は、接地導体５０を更に備えている。接地導体５０は、導電性を有する。接地導体５０は、アルミニウムといった金属から形成されている。接地導体５０は、接地されている。接地導体５０は、チャンバ本体１２の上方で上部電極３６を覆うように延びている。給電導体４８は、接地導体５０によって囲まれた空間を通って接地導体５０の外部まで上方へ延びて、接地導体５０の外部で整合器４５を介して第１の高周波電源４３に接続されている。

【0036】

プラズマ処理装置１０のチャンバ本体１２の内部空間１２ｓの中では、被加工物Ｗの中心の上では高い電界強度を有し、被加工物Ｗのエッジ側の上では低い電界強度を有する電界強度の分布が形成され得る。即ち、内部空間１２ｓの中では、放射方向（即ち、径方向）における中心軸線ＡＸからの距離の増加に応じて電界強度が減少する不均一な電界強度の分布が形成され得る。図３は、チャンバ本体の内部空間の中での電界強度の分布の計算結果を示すグラフである。図３において、横軸は中心軸線ＡＸから放射方向への距離を示しており、縦軸は規格化された電界強度を示している。図３においては、複数の第２の高周波の周波数ｆ２それぞれを用いた場合の規格化された電界強度の分布が示されている。図３に示すように、放射方向における電界強度の不均一性は、第２の高周波の周波数ｆ２が高くなるほど顕著である。なお、第２の高周波の周波数ｆ２を高い周波数に設定すると、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギーは小さくなる。

【0037】

上述の不均一な電界強度の分布の下では、プラズマ密度は、中心軸線の近傍で高く、中心軸線から離れた箇所で低くなる。即ち、中心軸線に対して放射方向において不均一なプラズマ密度の分布が形成される。プラズマ処理装置１０は、上述の不均一な電界強度の分布が形成される処理、例えば高い周波数を有する第２の高周波が利用される処理においても、均一なプラズマ密度の分布を得るために、電磁石６０を更に備えている。

【0038】

図２に示すように、電磁石６０は、上部電極３６の上方に配置されている。電磁石６０は、チャンバ本体１２の内部空間１２ｓの中で、中心軸線ＡＸ上での水平成分よりも大きい水平成分を中心軸線ＡＸから離れた位置で有する磁場の分布を形成する。即ち、電磁石６０は、中心軸線ＡＸから放射方向への距離の増加に応じてその大きさが増加する水平成分を有する磁場の分布を、内部空間１２ｓの中に形成する。大きい水平成分の磁場が形成されている箇所では、電子の滞在時間が長くなる。その結果、大きい水平成分の磁場が形成されている箇所では、プラズマの密度が上昇する。したがって、プラズマ処理装置１０によれば、中心軸線ＡＸに対して放射方向において均一なプラズマ密度の分布が得られる。故に、プラズマ処理装置１０によれば、被加工物Ｗに対する処理の面内均一性が向上される。

【0039】

一実施形態では、電磁石６０は、ヨーク６２及びコイル６４を有している。ヨーク６２は、磁性材料から形成されている。ヨーク６２は、ベース部６２ａ及び複数の筒状部６２ｂを有している。ベース部６２ａは、略円盤形状を有しており、中心軸線ＡＸに対して直交する方向に延在している。複数の筒状部６２ｂの各々は、筒形状を有しており、ベース部６２ａから下方に延在している。複数の筒状部６２ｂは、中心軸線ＡＸに対して同軸状に設けられている。コイル６４は、中心軸線ＡＸの周りで巻かれている。コイル６４は、径方向において隣り合う二つの筒状部６２ｂの間に設けられている。なお、電磁石６０は、一以上のコイル６４を有し得る。電磁石６０におけるコイル６４の個数が複数個である場合には、複数個のコイル６４は、中心軸線ＡＸに対して同軸状に設けられる。

【0040】

電磁石６０のコイル６４は、配線６８を介して電流源６６に接続されている。電流源６６からの電流がコイル６４に与えられると、電磁石６０によって磁場が形成される。電磁石６０によって形成される磁場のベクトルの角度が４５°である箇所では、放射方向（径方向）における電子の閉じ込め効果（電子の拡散の抑制効果）と、電子の消滅の抑制効果（電極への電子の到達を抑制する効果）とが良好に両立されるので、当該箇所ではプラズマの密度が高くなる。したがって、被加工物Ｗの半径が１５０ｍｍである場合に、電磁石６０は、磁場のベクトルの角度が４５°である箇所と中心軸線ＡＸとの間の距離が、１３５ｍｍ以上、１８５ｍｍ以下となるように、構成され得る。このため、一実施形態では、電磁石６０の一つのコイル６４の内径と外径の平均値は、中心軸線ＡＸと被加工物Ｗのエッジとの間の距離以上である。被加工物Ｗの半径が１５０ｍｍである場合には、電磁石６０の一つのコイル６４の内径と外径の平均値は、１５０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下である。なお、磁場のベクトルの角度は、当該磁場が下方向の成分のみを有する場合には０°であり、放射方向の成分（水平成分）のみを有する場合には９０°である。したがって、磁場のベクトルの角度が４５°である場合には、当該磁場は、水平成分と垂直成分の双方を有する。

【0041】

電磁石６０が上部電極を覆う接地導体によって囲まれた空間内に配置されると、第１の高周波が、電磁石６０、及び／又は、電磁石６０と電源（電流源）とを接続する配線に流入する。その結果、チャンバ本体１２の内部空間１２ｓの中での電界強度が局所的に変動する。したがって、電磁石６０は、接地導体の外側に配置される。但し、接地導体の上端に対して上方の空間に電磁石６０が配置されると、電磁石６０から内部空間１２ｓまでの鉛直方向の距離が長くなり、大きな電流をコイル６４に与えなければ内部空間１２ｓの中に十分な大きさを有する磁場を効率的に形成することができない。また、電磁石６０が、接地導体の側方に（中心軸線から放射方向において接地導体の外側に）に配置されると、大きな水平成分を有する磁場が形成される箇所、或いは、そのベクトルが４５°の角度を有する磁場が形成される箇所が内部空間１２ｓの中に形成されない。均一なプラズマ密度の分布を得るのに適した磁場の分布を効率的に内部空間１２ｓの中で形成するために、接地導体５０は、その中に電磁石６０が配置される外部空間ＥＳを提供している。外部空間ＥＳは、接地導体５０の上端よりも内部空間１２ｓの側にあり、上部電極３６に対して上方に離れており、且つ、上部電極３６に対して接地導体５０により遮蔽されている。

【0042】

接地導体５０は、第１の部分５１、第２の部分５２、及び、第３の部分５３を備えている。第１の部分５１は、筒形状を有している。第１の部分５１の中心軸線は、中心軸線ＡＸと略一致している。第１の部分５１は、チャンバ本体１２から上方に延びている。図２に示す例では、第１の部分５１は、チャンバ本体１２の側壁１２ａの上端から上方に延びている。第１の部分５１の下端部分は、部材３７と側壁１２ａの上端との間に介在している。

【0043】

第２の部分５２は、上部電極３６から上方に離間し、且つ、第１の部分５１から中心軸線ＡＸに向けて延びている。第２の部分５２は、中心軸線ＡＸに対して交差又は直交する方向に延びる板状をなしている。第１の部分５１と第２の部分５２は、上部電極３６の上に第１の空間ＩＳ１を提供している。第１の空間ＩＳ１は、接地導体５０の内側（即ち、上部電極３６側）の空間の一部である。この第１の空間ＩＳ１により、鉛直方向において上部電極３６と接地導体５０との間に距離が確保される。したがって、接地導体５０と上部電極３６との間の容量的結合が抑制される。上部電極３６の上面と接地導体５０の第２の部分５２の下面との間の鉛直方向の距離は、例えば６０ｍｍ以上の距離に設定される。

【0044】

第３の部分５３は、筒形状を有している。第３の部分５３の中心軸線は、中心軸線ＡＸと略一致している。第３の部分５３は、第１の部分５１よりも中心軸線の近くで延在している。第３の部分５３は、第２の部分５２から上方に延びている。第３の部分５３は、第２の空間ＩＳ２を提供している。第２の空間ＩＳ２は、第２の部分５２の内側の空間であり、接地導体５０の内側（即ち、上部電極３６側）の空間の一部である。第２の空間ＩＳ２は、第１の空間ＩＳ１に連続している。なお、給電導体４８は、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延びている。

【0045】

外部空間ＥＳは、第３の部分５３の外側、第２の部分５２上、且つ、内部空間１２ｓの上方に接地導体５０によって提供されている。外部空間ＥＳは、第３の部分５３の外側、且つ、第２の部分５２上で、中心軸線ＡＸを中心に周方向に延びている。この外部空間ＥＳに電磁石６０が配置されている。なお、外部空間ＥＳの中に配置された電磁石６０の下端と上部電極３６の上面との間の鉛直方向の距離は６０ｍｍより大きく、電磁石６０の下端とステージ１４上に載置された被加工物Ｗとの間の鉛直方向の距離は、２３０ｍｍ以下であり得る。

【0046】

外部空間ＥＳの中に配置された電磁石６０と内部空間１２ｓとの間の距離は比較的短い。また、上述したように、電磁石６０は、中心軸線ＡＸの近傍では低い水平成分を有し、中心軸線から離れた位置で大きい水平成分を有する磁場の分布を内部空間１２ｓの中に形成する。したがって、接地導体５０に対して外側に配置された電磁石６０によって、均一なプラズマ密度の分布を得るのに適した磁場の分布が効率的に内部空間１２ｓの中に形成され得る。

【0047】

電磁石６０のコイル６４には、上述したように電流源６６が接続されている。電磁石６０及び電流源６６は、接地導体５０に対して外側に配置されている。したがって、電流源６６への高周波の流入を防止するためのフィルタが、コイル６４と電流源６６との間に設けられていなくてもよい。

【0048】

一実施形態では、接地導体５０は、第４の部分５４、第５の部分５５、及び、第６の部分５６を更に有する。第４の部分５４は、第２の部分５２の上方で、中心軸線ＡＸに対して放射方向に第３の部分５３から延びている。第４の部分５４は、中心軸線ＡＸに対して交差又は直交する方向に延びる板状をなしている。第５の部分５５は、筒形状を有している。第５の部分５５の中心軸線は、中心軸線ＡＸに略一致している。第５の部分５５は、第３の部分５３よりも中心軸線から離れており、第４の部分５４から上方に延びている。第６の部分５６は、第４の部分５４の上方で、第５の部分５５から中心軸線ＡＸに向けて延びている。第６の部分５６は、中心軸線ＡＸに対して交差又は直交する方向に延びる板状をなしている。一実施形態では、接地導体５０は、第６の部分から給電導体４８の近傍まで延びる蓋部５７を更に有している。

【0049】

第４の部分５４、第５の部分５５、及び、第６の部分５６は、第３の空間ＩＳ３を提供している。第３の空間ＩＳ３は、第４の部分５４、第５の部分５５、及び、第６の部分５６によって囲まれた空間であり、接地導体５０の内側の空間の一部である。第３の空間ＩＳ３は、第２の空間ＩＳ２に連続している。給電導体４８は、第３の空間ＩＳ３を更に通って、上方に延びている。なお、図２に示す例では、第１〜第６の部分は、三つの部材で構成されているが、接地導体５０を構成する部材の個数は、任意の個数であり得る。

【0050】

以下、図２と共に、図４を参照する。図４は、図２に示すプラズマ処理装置の接地導体の内部の構成を示す平面図である。図４においては、接地導体５０の第５の部分５５が水平な面で破断された状態が示されている。一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、図２及び図４に示すように、管７１（第１の管）を更に備えている。管７１は、上部電極３６から、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。管７１は、接地導体５０に対して外側で、チラーユニット４２に接続される。チラーユニット４２からの冷媒は、管７１を介して、流路４０ｐに供給される。第３の空間ＩＳ３内では、管７１が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽されている。

【0051】

プラズマ処理装置１０は、管７２を更に備えている。管７２は、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。管７２は、接地導体５０に対して外側で、チラーユニット４２に接続される。冷媒は流路４０ｐから管７２を介してチラーユニット４２に戻される。第３の空間ＩＳ３内では、管７２が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽されている。

【0052】

一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、管７３（第２の管）を更に備えている。管７３は、上部電極３６から、第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。管７３は、接地導体５０に対して外側で、ガス供給部４１に接続されている。ガス供給部４１から出力されるガスは、管７３を介して、上部電極３６、即ちシャワーヘッドに供給される。第３の空間ＩＳ３内では、管７３が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽されている。なお、ガス供給部４１と上部電極３６（即ち、シャワーヘッド）は、複数の管を介して互いに接続されていてもよい。

【0053】

一実施形態において、プラズマ処理装置１０は直流電源７４及び配線７５を更に備えている。直流電源７４は、上部電極３６に印加される負極性の直流電圧を発生するよう構成されている。配線７５は、直流電源７４と上部電極３６とを互いに接続している。配線７５は、コイル７５ｃを含み得る。コイル７５ｃは、第３の空間ＩＳ３の中に設けられている。配線７５は、上部電極３６から第１の空間ＩＳ１及び第２の空間ＩＳ２を通って上方に延び、第３の空間ＩＳ３を通って、接地導体５０に対して側方且つ外側まで延びている。配線７５は、第５の部分５５及び接地導体５０から電気的に絶縁されている。配線７５は、接地導体５０に対して外側で、直流電源７４に接続されている。第３の空間ＩＳ３内では、配線７５が、接地導体５０の第４の部分５４によって上部電極３６から実質的に遮蔽される。

【0054】

一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、制御部８０を更に備えている。制御部８０は、プラズマ処理装置１０の各部を制御するように構成されている。制御部８０は、コンピュータ装置であり得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶装置、キーボード、マウス、タッチパネルといった入力装置、表示装置、制御信号の入出力インタフェイス等を有し得る。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８０のプロセッサは、制御プログラムを実行し、レシピデータに従って、プラズマ処理装置１０の各部を制御するために制御信号を送出する。制御部８０は、方法ＭＴの実行のために、プラズマ処理装置１０の各部を制御することが可能である。

【0055】

以下、図５を参照する。図５は、図２に示すプラズマ処理装置により形成可能な磁場の分布の計算結果を示すグラフである。図５において、横軸は、中心軸線ＡＸからの距離を示しており、縦軸は、磁束密度を示している。図５においては、磁場ＢＡの分布を表す磁束密度の分布、磁場ＢＡの水平成分ＢＨの分布を表す磁束密度の分布、磁場ＢＡの垂直成分ＢＶの分布を表す磁束密度の分布が示されている。図５に示す磁場及びその二つの成分の分布は、電磁石６０の下端から下方に１７４ｍｍ離れた面内における分布、即ちステージ１４の上面内における分布である。図５に示す磁場及びその二つの成分の分布を計算したときの条件は以下の通りである。
＜計算の条件＞
コイル６４の内径（半径）：１３２ｍｍ
コイル６４の外径（半径）：１７３ｍｍ
コイル６４の巻数：２１５ターン
コイル６４に供給した電流：４［Ａ］
電磁石６０の下端とステージ１４上に載置された被加工物Ｗとの間の距離：１７４ｍｍ

【0056】

図５に示す磁場の分布の計算結果から分かるように、電磁石６０によれば、中心軸線ＡＸ上での水平成分よりも大きい水平成分を中心軸線ＡＸから離れた箇所で有する磁場の分布を形成することが可能である。

【0057】

以下、図６を参照する。図６は、図２に示すプラズマ処理装置の内部空間の中でのイオンフラックスの分布の測定結果を示すグラフである。図６に示す測定結果を得るための実験では、円盤状のサンプルがステージ１４上に載置された状態で、内部空間１２ｓの中でプラズマを生成し、電磁石６０により内部空間１２ｓの中に磁場を形成した。そして、サンプルの直径上の複数の測定点でサンプルの温度の単位時間あたりの増加率（ｄＴ／ｄｔ）を求めた。なお、増加率（ｄＴ／ｄｔ）は、イオンフラックスの量を反映するパラメータである。実験では、電磁石６０のコイル６４に供給する電流を、０［Ａ］、１［Ａ］、４［Ａ］、６．５［Ａ］に設定して、イオンフラックスの分布を測定した。実験の他の条件を以下に示す。
＜実験の条件＞
内部空間１２ｓの圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６７Ｐａ）
内部空間１２ｓに供給したガス：１０００ｓｃｃｍのＡｒガス
第１の高周波：６０ＭＨｚ、１００Ｗ
第２の高周波：４０ＭＨｚ、１００Ｗ

【0058】

図６において、横軸は、複数の測定点それぞれの位置を示す軸であり、中心軸線ＡＸからの距離を表している。正の距離で特定される測定点は、上述の直径上で中心軸線ＡＸに対して一方側にあり、負の距離はで特定される測定点は、上述の直径上で中心軸線ＡＸに対して他方側にある。図６において、縦軸は、増加率（ｄＴ／ｄｔ）を示している。図６に示すように、電磁石６０のコイル６４に供給する電流が０［Ａ］である場合には、増加率（ｄＴ／ｄｔ）、即ち、イオンフラックスは、中心軸線ＡＸからの距離の増加に応じて減少していた。即ち、コイル６４に供給する電流が０［Ａ］である場合には、不均一なプラズマ密度の分布が形成されていた。コイル６４に供給する電流を増加させると、複数の測定点におけるイオンフラックスの差は減少した。即ち、電磁石６０によって内部空間１２ｓの中で磁場を形成することにより、均一なプラズマ密度の分布を形成することが可能であることが確認された。

【0059】

再び図１を参照して、プラズマ処理装置１０が用いられる場合を例として、方法ＭＴについて説明する。方法ＭＴは、チャンバ本体１２の内部空間１２ｓの中に被加工物Ｗが収容された状態で実行される。図１に示すように、方法ＭＴは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含んでいる。

【0060】

工程ＳＴ１では、被加工物Ｗに対して第１のプラズマ処理が実行される。工程ＳＴ１では、内部空間１２ｓに供給された第１のガスのプラズマにより、被加工物Ｗが処理される。工程ＳＴ１では、第２の高周波は下部電極１８に供給されても、供給されなくてもよい。工程ＳＴ１において第２の高周波が下部電極１８に供給される場合には、工程ＳＴ１において設定される第２の高周波の電力は、工程ＳＴ２において下部電極１８に供給される第２の高周波の電力よりも小さい。

【0061】

工程ＳＴ２では、被加工物Ｗに対して第２のプラズマ処理が実行される。工程ＳＴ２では、内部空間１２ｓに供給された第２のガスのプラズマにより、被加工物Ｗが処理される。工程ＳＴ２では、第２の高周波は下部電極１８に供給される。工程ＳＴ２では、第２の高周波の電力が、工程ＳＴ１における第２の高周波の電力よりも大きい電力に設定される。一実施形態では、第２の高周波の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きい。第２の高周波の周波数は４０ＭＨｚ以上であってもよく、６０ＭＨｚ以上であってもよい。

【0062】

工程ＳＴ２では、被加工物Ｗの中心の上での水平成分よりも大きい水平成分を被加工物Ｗのエッジ側の上で有する磁場の分布が、電磁石６０によって内部空間１２ｓの中に形成される。

【0063】

工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２は、交互に繰り返されてもよい。工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２が交互に繰り返される場合には、工程ＳＴ３において停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、例えば、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むシーケンスの実行回数が所定回数に達している場合に、満たされたものと判定される。工程ＳＴ３において停止条件が満たされていないと判定されると、再び工程ＳＴ１が実行され、次いで工程ＳＴ２が実行される。一方、工程ＳＴ３において停止条件が満たされているものと判定されると、方法ＭＴの実行が終了する。

【0064】

方法ＭＴの工程ＳＴ２では、第２の高周波のパワーが、工程ＳＴ１で設定される第２の高周波のパワーよりも高いパワーに設定される。したがって、工程ＳＴ２の第２のプラズマ処理の実行中には、被加工物Ｗの中心の上で電界強度が高くなり、被加工物Ｗのエッジ側の上で電界強度が低くなる。即ち、第２のプラズマ処理の実行中には、中心軸線ＡＸに対して放射方向において不均一な電界強度の分布が形成される。第２のプラズマ処理の実行中には、上述の磁場の分布が内部空間１２ｓの中で形成される。大きい水平成分の磁場が形成されている箇所では、電子の滞在時間が長くなる。その結果、大きい水平成分の磁場が形成されている箇所では、プラズマの密度が上昇する。故に、第２のプラズマ処理の実行中のプラズマ密度の分布が均一化される。しかも、電磁石６０によって形成される磁場の分布によってプラズマ密度の分布が均一化されるので、第１のプラズマ処理から第２のプラズマ処理に実行されるプラズマ処理が切り替わった時点で、高速にプラズマ密度の分布が均一化され得る。工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２が交互に繰り返される場合には、プラズマ密度の分布を高速に均一化することができる電磁石６０の利用は特に有利である。

【0065】

一実施形態において、第１のガスは、フルオロカーボンガス、例えばＣ_４Ｆ_８ガスを含む。第２のガスは、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスといった希ガスを含む。この実施形態の方法ＭＴは、酸化シリコンから形成された第１の領域を、窒化シリコンから形成された第２の領域に対して選択的にエッチングすることができる。

【0066】

図７は、図１に示す方法の一実施形態を適用可能な一例の被加工物の一部拡大断面図である。図７に示す被加工物Ｗは、下地領域ＵＲ、複数の隆起領域ＰＲ、第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、及び、マスクＭＫを有している。この被加工物Ｗは、例えば、フィン型電界効果トランジスタの製造中に得られる生産物であり得る。

【0067】

下地領域ＵＲは、例えば、多結晶シリコンから構成され得る。下地領域ＵＲは、一例においてはフィン領域であり、略直方体形状を有している。複数の隆起領域ＰＲは、下地領域ＵＲ上に設けられており、互いに略平行に配列されている。これら隆起領域ＰＲは、例えば、ゲート領域であり得る。第２の領域Ｒ２は、窒化シリコンから形成されている。第２の領域Ｒ２は、隆起領域ＰＲ及び下地領域ＵＲを覆うように設けられている。第２の領域Ｒ２は、二つの隣り合う隆起領域ＰＲの間に、凹部を提供している。第１の領域Ｒ１は、酸化シリコンから形成されている。第１の領域Ｒ１は、第２の領域Ｒ２によって提供されている上述の凹部の中に設けられている。また、第１の領域Ｒ１は、第２の領域Ｒ２を覆うように設けられている。第１の領域Ｒ１上には、マスクＭＫが設けられている。マスクＭＫは、第２の領域Ｒ２によって提供された凹部の上方で開口を提供するように、パターニングされている。マスクＭＫの開口の幅は、第２の領域Ｒ２によって提供された凹部の幅よりも大きい。マスクＭＫは、有機膜から形成されたマスクである。マスクＭＫは、フォトリソグラフィ技術によって作成することが可能である。

【0068】

以下、図７に示す被加工物Ｗに適用される場合を例にとって、一実施形態の方法ＭＴについて説明する。しかしながら、一実施形態の方法ＭＴは、酸化シリコンから形成された第１の領域及び窒化シリコンから形成された第２の領域を有する任意の被加工物に対して適用可能である。以下、図１及び図７に加えて、図８、図９の（ａ）、図９の（ｂ）、及び、図１０を参照する。図８は、図７に示す状態から処理された被加工物の一部拡大断面図である。図９の（ａ）は、図１に示す方法の一実施形態における工程ＳＴ１の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図であり、図９の（ｂ）は、図１に示す方法の一実施形態における工程ＳＴ２の実行後の状態の被加工物の一部拡大断面図である。図１０は、図１に示す方法の一実施形態が適用された後の被加工物の一部拡大断面図である。

【0069】

一実施形態の方法ＭＴでは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２のみによって、第１の領域Ｒ１をエッチングしてもよい。或いは、最初に工程ＳＴ１を実行する前に、第２の領域Ｒ２が露出するまで（図８参照）、又は、第２の領域Ｒ２が露出する直前まで、別のプラズマエッチング処理によって、第１の領域Ｒ１がエッチングされてもよい。例えば、第２の領域Ｒ２が露出するまで（図８参照）、又は、第２の領域Ｒ２が露出する直前まで、フルオロカーボンガスの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って、第１の領域Ｒ１がエッチングされてもよい。

【0070】

一実施形態の方法ＭＴの工程ＳＴ１では、フルオロカーボンガスを含む上述の第１のガスのプラズマによって、被加工物Ｗが処理される。第１のガスは、フルオロカーボンガスに加えて、酸素ガス、及び、Ａｒガスといった希ガスを含んでいてもよい。この工程ＳＴ１では、フルオロカーボンを含む堆積物の膜ＤＰが被加工物Ｗ上に形成される。工程ＳＴ１では、第１の領域Ｒ１上の膜ＤＰの膜厚よりも、第２の領域Ｒ２上の膜ＤＰの膜厚が大きくなるように、膜ＤＰが形成される。

【0071】

具体的に、工程ＳＴ１では、内部空間１２ｓに第１のガスが供給され、排気装置３４によって内部空間１２ｓの圧力が、指定された圧力に減圧される。第１の高周波が供給されることにより、第１のガスは内部空間１２ｓの中で励起される。その結果、内部空間１２ｓの中で第１のガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ１では、第２の高周波の電力は、工程ＳＴ２における第２の高周波の電力よりも低い電力に設定される。工程ＳＴ１では、第２の高周波は下部電極１８に供給されなくてもよい。

【0072】

工程ＳＴ１では、被加工物Ｗの温度が２０℃以上、２５０℃以下の温度に設定される。被加工物Ｗの温度は、流路１８ｐに供給される熱交換媒体及び静電チャック２０内に設けられた上述の一以上のヒータによって、調整される。かかる温度に被加工物Ｗの温度が設定されると、図９の（ａ）に示すように、フルオロカーボンを含む堆積物の膜ＤＰが、被加工物Ｗ上に形成される。図９の（ａ）に示すように、膜ＤＰの膜厚は、第２の領域Ｒ２上では大きく、第１の領域Ｒ１上では小さい。なお、２５０℃を超える温度は、マスクＭＫのガラス転移温度であり、当該温度では、第１の領域Ｒ１上に形成される膜ＤＰの膜厚と第２の領域Ｒ２上に形成される膜ＤＰの膜厚の差が少なくなる。また、２０℃より低い温度でも、第１の領域Ｒ１上に形成される膜ＤＰの膜厚と第２の領域Ｒ２上に形成される膜ＤＰの膜厚の差が少なくなる。

【0073】

工程ＳＴ２では、工程ＳＴ１で処理された被加工物Ｗが、希ガスを含む上述の第２のガスのプラズマによって、処理される。第２のガスは、希ガスのみを含むガスであり得る。或いは、第２のガスは、希ガスに加えて酸素ガスを含んでいてもよい。工程ＳＴ２では、内部空間１２ｓに第２のガスが供給され、排気装置３４によって内部空間１２ｓの圧力が、指定された圧力に減圧される。第２の高周波が供給されることにより、第２のガスは内部空間１２ｓの中で励起される。その結果、内部空間１２ｓの中で第２のガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ２では、第２の高周波が下部電極１８に供給される。工程ＳＴ２では、第２の高周波の電力は、工程ＳＴ１における第２の高周波の電力よりも高い電力に設定される。

【0074】

工程ＳＴ２では、希ガスのイオンが被加工物Ｗに照射される。希ガスのイオンが膜ＤＰに照射されると、膜ＤＰに含まれるフルオロカーボンのラジカルにより、第１の領域Ｒ１がエッチングされる。一方、第２の領域Ｒ２上の膜ＤＰは減少するが、第２の領域Ｒ２のエッチングを抑制するように第２の領域Ｒ２を保護する。工程ＳＴ２が実行されると、図９の（ａ）に示された被加工物Ｗは、図９の（ｂ）に示された状態になる。そして、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の交互の繰り返しにより、図１０に示すように、第２の領域Ｒ２によって提供された凹部の中の第１の領域Ｒ１が除去されて、開口ＨＬが形成される。即ち、自己整合的に開口ＨＬが形成される。

【0075】

ところで、第２の領域Ｒ２によって提供される凹部の幅が狭い場合には、工程ＳＴ１の実行によって、狭い凹部の中に存在する第１の領域Ｒ１上に厚く堆積物が形成される。第１の領域Ｒ１上に厚い堆積物の膜が形成されると、工程ＳＴ２において第１の領域Ｒ１のエッチングが進行しなくなる。したがって、第２の領域Ｒ２によって提供される凹部の幅が狭い場合には、被加工物Ｗ上に形成される堆積物の膜ＤＰの膜厚を小さくする必要がある。堆積物の膜ＤＰの膜厚が小さい場合には、第２の領域Ｒ２のエッチングを抑制するために、被加工物Ｗに照射される希ガスのイオンのエネルギーを低くする必要がある。イオンのエネルギーは、高い周波数を有する第２の高周波を用いることにより、低下する。例えば、１３．５６ＭＨｚより大きい周波数、４０ＭＨｚ以上の周波数、又は、６０ＭＨｚ以上の周波数を有する第２の高周波が用いられる。高い周波数を有する第２の高周波を用いると、工程ＳＴ２で形成される上述した電界強度の分布の不均一性はより顕著なものとなる。かかる不均一性は、工程ＳＴ２において電磁石６０により上述の磁場を形成することで、解消又は抑制される。

【0076】

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。方法ＭＴは、プラズマ処理装置１０以外の他のプラズマ処理装置、即ち、下部電極に第２の高周波（バイアス用の高周波）が供給可能であり、電磁石６０が形成する磁場の分布と同様の磁場の分布をチャンバ本体の内部空間の中に形成可能な任意のプラズマ処理装置を用いて実行することが可能である。このようなプラズマ処理装置としては、下部電極に第１の高周波を供給するように構成された容量結合型のプラズマ処理装置、誘導結合型のプラズマ処理装置、又は、マイクロ波といった表面波によりガスを励起させるように構成されたプラズマ処理装置が例示される。

【0077】

また、方法ＭＴにおいて用いられるプラズマ処理装置の電磁石は、一つ以上のコイルを有していてもよい。

【符号の説明】

【0078】

１０…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、１２ｓ…内部空間、１４…ステージ、１４ｒ…載置領域、１８…下部電極、２０…静電チャック、３６…上部電極、４１…ガス供給部、４２…チラーユニット、４３…第１の高周波電源、４４…第２の高周波電源、４８…給電導体、５０…接地導体、５１…第１の部分、５２…第２の部分、５３…第３の部分、６０…電磁石、６４…コイル、ＡＸ…中心軸線、ＥＳ…外部空間、ＩＳ１…第１の空間、ＩＳ２…第２の空間、ＩＳ３…第３の空間、Ｗ…被加工物、Ｒ１…第１の領域、Ｒ２…第２の領域、ＤＰ…膜。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】