特許 6976228 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】6976228

(24)【登録日】2021年11月11日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20211125BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20211125BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101D

   H01L21/302 105A

   !H05H1/46 C

   !H05H1/46 R

【請求項の数】4

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-137722(P2018-137722)

(22)【出願日】2018年7月23日

(65)【公開番号】特開2020-17565(P2020-17565A)

(43)【公開日】2020年1月30日

【審査請求日】2020年6月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】特許業務法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】薬師寺 守

(72)【発明者】

【氏名】大越 康雄

(72)【発明者】

【氏名】桑原 謙一

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５３５０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０５６５０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第９９／０１１１０３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための第１高周波電力を供給する第１高周波電源と、試料が載置される試料台と、前記試料台に第２高周波電力を供給する第２高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、
前記第１高周波電力をパルス変調するための第１パルスと前記第２高周波電力をパルス変調するための第２パルスを生成するパルス生成ユニットをさらに備え、
前記第１パルスは、オフ期間と第１期間と第２期間とを有し、
前記第１期間は、第１振幅の期間である第１振幅期間と第２振幅の期間である第２振幅期間とを有し、
前記第１振幅は、前記第２振幅より小さく、
前記第２期間の振幅は、前記第１期間の振幅より大きく、
前記第２パルスは、前記第２期間の間、オン期間となることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための第１高周波電力を供給する第１高周波電源と、試料が載置される試料台と、前記試料台に第２高周波電力を供給する第２高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、
前記第１高周波電力をパルス変調するための第１パルスと前記第２高周波電力をパルス変調するための第２パルスを生成するパルス生成ユニットをさらに備え、
前記第１パルスは、オフ期間と第１期間と第２期間とを有し、
前記第１期間は、第１振幅の期間である第１振幅期間と第２振幅の期間である第２振幅期間とを有し、
前記第１振幅は、前記第２振幅より大きく、
前記第２期間の振幅は、前記第１期間の振幅より大きく、
前記第２パルスは、前記第２期間の間、オン期間となることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項3】

試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための第１高周波電力を供給する第１高周波電源と、試料が載置される試料台と、前記試料台に第２高周波電力を供給する第２高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、
前記第１高周波電力をパルス変調するための第１パルスと前記第２高周波電力をパルス変調するための第２パルスを生成するパルス生成ユニットをさらに備え、
前記第１パルスは、所定の期間とオフ期間と第１期間と第２期間とを有し、
前記所定の期間は、前記第１パルスのオフ期間より前の期間であり、
前記第１期間は、前記第１パルスのオフ期間より後の期間であり、
前記所定の期間の振幅値および前記第１期間の振幅値は、有限の値であり、
前記第２期間の振幅は、前記所定の期間の振幅および前記第１期間の振幅より大きく、
前記第２パルスは、前記第２期間の間、オン期間となることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記パルス変調された第１高周波電力をモニタする検波器をさらに備え、
前記検波器は、複数の検波器であることを特徴とするプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置の技術に関する。また、本発明は、特に、半導体素子等の試料をプラズマ処理するためにプラズマを用いて高精度なエッチング処理を施すのに好適なプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、試料である半導体素子の表面を処理する装置および方法として、半導体素子をプラズマでエッチングする装置および方法が知られている。ここでは、特に、公知の電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance：ＥＣＲ）方式のプラズマエッチング装置を例に、従来技術を説明する。このＥＣＲ方式では、外部より磁場を印加した真空容器中でマイクロ波によってプラズマを発生する。磁場によって電子はサイクロトロン運動を行い、この磁場の周波数とマイクロ波の周波数とを共鳴させることで、効率よくプラズマを生成できる。

【0003】

この方式では、半導体素子に入射するイオンを加速するために、試料に対し、高周波電力を、概略正弦波での連続波形で印加している。ここで、試料に印加する高周波電力を、高周波バイアスと称する。また、試料については、一例としてウエハである場合を説明する。また、プラズマとなるガスには、塩素やフッ素等のハロゲンガスが広く使われている。プラズマにより発生したラジカルやイオンと、試料の被エッチング材とが反応することで、エッチングが進行する。エッチングを高精度に制御するためには、プラズマ制御によるラジカル種の選定やイオン量の制御を行う必要がある。

【0004】

ラジカルやイオンの制御方法としては、プラズマをパルス変調として時間変調したパルス（パルスプラズマと呼ばれる）を用いる方式であるパルスプラズマ方式がある。このパルスプラズマ方式は、プラズマのオンとオフを繰り返すことで解離を制御し、ラジカルの解離状態やイオン密度を制御するものである。この方式では、パルス変調されたプラズマ（パルスプラズマ）に関するパルス周波数、デューティー比、およびオン時間とオフ時間の比を、制御パラメータとする。パルス周波数は、パルスプラズマのオンとオフの繰り返し周波数である。デューティー比は、パルスプラズマのオンとオフの繰り返しの一周期に対するオン時間の比である。これらの制御パラメータにより、エッチングの高精度制御が可能になる。

【0005】

先行技術例として、特開平２−１０５４１３号公報（特許文献１）、特開２０１５−１１５５６４号公報（特許文献２）が挙げられる。特許文献１には、時間変調されたマイクロ波に対し、同一の位相を持って同期させた高周波バイアスを印加する手法が開示されている。特許文献２には、時間変調されたマイクロ波に対し位相を変調させた高周波バイアスを印加する手法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平２−１０５４１３号公報

【特許文献2】特開２０１５−１１５５６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来技術例のプラズマ処理装置のように、時間変調されたマイクロ波に対し、同一の位相を持って同期させた高周波バイアスを印加する場合、マイクロ波のオン直後、いわゆるプラズマ生成直後のプラズマが不安定な期間において、高周波バイアスがオンされる。プラズマが不安定な期間は、真空容器中のプラズマ分布に偏りが生じ、同様にプラズマ中に存在するイオン分布にも偏りが生ずる。この際、高周波バイアスをオンすることで、イオンをウエハ上に引き込んでエッチングを進行させる。しかし、イオン分布に偏りがある場合、イオン分布が偏った状態でウエハ上に引き込まれる。そのため、エッチング速度分布に偏りが生じ、デバイス特性が著しく劣化する。

【0008】

このエッチング速度分布の偏りを避ける方法として、時間変調されたマイクロ波に対し位相を変調させた高周波バイアスをオンする方法がある。この方法では、マイクロ波オン直後のプラズマが不安定な期間を避けるため、マイクロ波に対して高周波バイアスの位相を変調し、マイクロ波のオンよりも遅らせて高周波バイアスをオンする。これにより、真空容器中のプラズマ分布が均一になる期間、すなわちイオン分布が均一となる期間に、高周波バイアスをオンする。高周波バイアスのオンにより、イオンをウエハ上に引き込んでエッチングを進行させる。これにより、イオン分布が均一な状態でウエハ上に引き込まれるため、エッチング速度分布が均一となり、良好なデバイス特性が得られる。

【0009】

しかし、この方法では、マイクロ波オン、かつ高周波バイアスオフの期間が生ずる。この期間のマイクロ波の出力値は、高周波バイアスオン期間でのマイクロ波の出力値と同じである。そのため、エッチングの反応は、ラジカルエッチングが主体となり、ウエハ上の回路パターン（被エッチング材）に対して全方向にエッチングが進行する、いわゆる等方性エッチングが進む。等方性エッチングにより、回路パターンは横方向にエッチングされ、これによって、クリティカル・ディメンション（Critical Dimension：ＣＤ）に差異が生じ、デバイス特性が著しく劣化する。ＣＤは、回路パターン上部から底部にかけてのパターン寸法計測値である。

【0010】

本発明の目的は、プラズマ処理装置の技術に関して、特に、プラズマ生成用高周波電力および高周波バイアス電力を時間変調する方式のプラズマ処理装置に関して、高精度にプロセスを制御することができる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明のうち代表的な実施の形態は、プラズマ処理装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。一実施の形態のプラズマ処理装置は、試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための第１高周波電力を供給する第１高周波電源と、試料が載置される試料台と、前記試料台に第２高周波電力を供給する第２高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、前記第１高周波電力を時間変調するための第１パルスと前記第２高周波電力を時間変調するための第２パルスを生成するパルス生成ユニットをさらに備え、前記第１パルスは、オフ期間と第１期間と第２期間とを有し、前記第１期間の振幅値は、有限の値であり、前記第２期間の振幅は、前記第１期間の振幅より大きく、前記第２パルスは、前記第２期間の間、オン期間となる。

【発明の効果】

【0012】

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、プラズマ処理装置の技術に関して、特に、プラズマ生成用の高周波電力および高周波バイアス電力を時間変調する方式のプラズマ処理装置に関して、高精度にプロセスを制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置である、マイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置の縦断面の概略構成を示す図である。

【図2】実施の形態で、電磁波発生と高周波電力供給を行う場合の制御部およびパルス生成ユニット等の構成について示す図である。

【図3】実施の形態で、整合器の構成について示す図である。

【図4】実施の形態で、パルス出力制御の第１ケースにおける、マイクロ波出力、高周波バイアス出力、およびプラズマ密度のタイミングチャートを示す図である。

【図5】実施の形態で、パルス出力制御の第２ケースにおける、マイクロ波出力、および高周波バイアス出力のタイミングチャートを示す図である。

【図6】実施の形態で、パルス出力制御の第３ケースにおける、マイクロ波出力、および高周波バイアス出力のタイミングチャートを示す図である。

【図7】実施の形態で、第４ケースとして、マイクロ波出力、および高周波バイアス出力のタイミングチャートを示す図である。

【図8】比較例のプラズマ処理装置における、第５ケースとして、マイクロ波出力、および高周波バイアス出力のタイミングチャートを示す図である。

【図9】比較例のプラズマ処理装置における、第６ケースとして、マイクロ波出力、および高周波バイアス出力のタイミングチャートを示す図である。

【図10】実施の形態および比較例の各ケースにおける測定結果のエッチング特性について示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１〜図１０を用いて、本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置について詳細に説明する。

【0015】

［プラズマ処理装置］
図１は、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置１として、特にＥＣＲ方式のマイクロ波プラズマエッチング装置の縦断面の概略構成を示す。なお、説明上、縦および軸に対応する鉛直方向をＺ方向として示す。水平方向や半径方向を構成する２つの方向をＸ方向およびＹ方向として示す。プラズマ処理装置１における、処理室、試料台、試料等の各部は、概略的に円筒や円柱や円板等の軸対称形状を有する。その軸方向（一点鎖線で示す）がＺ方向に相当し、半径方向がＸ方向またはＹ方向に相当する。本実施の形態のプラズマ処理装置１は、軸対称形状の空間や試料におけるプラズマ等の分布やエッチング速度等の分布を制御する。

【0016】

図１で、プラズマ処理装置１は、制御部１２０、真空容器１０１、処理室１０４、シャワープレート１０２、誘電体窓１０３、ガス供給装置１０５、真空排気装置１０６、試料台である試料載置用電極１１１、導波管１０７、電磁波発生用電源１０９、パルス生成ユニット１２１、磁場生成コイル１１０、高周波バイアス電源１１４、直流電源１１６、等を備える。

【0017】

真空容器１０１は、上部の一部が開放されて、導波管１０７と接続されている。真空容器１０１の上部には、シャワープレート１０２と誘電体窓１０３とが設置されて、密封されている。これにより、真空容器１０１内に、プラズマ処理室である処理室１０４が形成されている。シャワープレート１０２は、真空容器１０１内すなわち処理室１０４内に、エッチングガスを導入するための複数の孔が設けられた、例えば石英製のプレートである。シャワープレート１０２には、ガス管を通じて、エッチングガスを流すためのガス供給装置１０５が接続されている。

【0018】

また、真空容器１０１の底面には、排気用開閉バルブ１１７および排気速度可変バルブ１１８を介して、真空排気装置１０６が接続されている。処理室１０４内部は、プラズマ処理装置１が排気用開閉バルブ１１７を開として真空排気装置１０６を駆動することで減圧され、真空状態となる。処理室１０４内の圧力は、排気速度可変バルブ１１８によって所望の圧力に調整される。エッチングガスは、ガス供給装置１０５からシャワープレート１０２を介して処理室１０４内に導入され、排気速度可変バルブ１１８を介して真空排気装置１０６によって排気される。

【0019】

また、Ｚ方向の軸上で、シャワープレート１０２に対向して、真空容器１０１内の下部には、試料台である試料載置用電極１１１が設けられている。試料載置用電極１１１上には、試料であるウエハ１１２が配置される。ウエハ１１２は円板状である。ウエハ１１２の上面の被エッチング材に対してエッチングが行われることで、半導体素子のための回路パターンが形成される。

【0020】

プラズマを生成するための高周波電力を処理室１０４に供給するために、誘電体窓１０３の上方には、Ｚ方向の軸に沿って、電磁波を伝送する導波管１０７が設けられている。導波管１０７は、Ｚ方向に延在して真空容器１０１の開口部に連通する導波管部と、コーナー部を通じて曲がって水平方向（例えばＸ方向）に延在する導波管部とを有する。

【0021】

また、真空容器１０１内で誘電体窓１０３の上方には、導波路の一部として円柱状の空間部が形成されている。導波管１０７を伝送された電磁波は、この空間部でも伝送されて、誘電体窓１０３を透過して、処理室１０４内に供給される。

【0022】

導波管１０７へ伝送される電磁波は、電磁波発生用電源１０９から整合器１１９を介して発振させられる。電磁波発生用電源１０９は、第１高周波電源であり、プラズマを生成するための電磁波（第１高周波電力１６１）、特にマイクロ波を発生して、導波管１０７へ供給する。電磁波発生用電源１０９は、パルス生成ユニット１２１からの第１パルス１５１に基づいて、パルス変調されたマイクロ波（第１高周波電力１６１）を出力する。

【0023】

電磁波発生用電源１０９および高周波バイアス電源１１４には、電気的接続回路を通じてパルス発生ユニット１２１が接続されている。パルス発生ユニット１２１により、電磁波発生用電源１０９からのマイクロ波を、図２に示すように任意に設定可能な繰り返し周波数でパルス変調（特に時間変調）することができる。パルス発生ユニット１２１は、電磁波発生用電源１０９の出力（第１高周波電力１６１）をパルス変調された出力とするための第１パルス１５１（図２での位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３）を生成し、電磁波発生用電源１０９に供給する。これにより、電磁波発生用電源１０９から、出力の電磁波（第１高周波電力１６１）として、パルス変調されたマイクロ波が発生される。

【0024】

なお、本実施の形態の効果は、第１高周波電力１６１として使用する電磁波の周波数によって特に限定されるものではない。本実施の形態のプラズマ処理装置１では、電磁波発生用電源１０９からの電磁波の周波数として２．４５ＧＨｚとしたマイクロ波を使用する。

【0025】

処理室１０４の外部、真空容器１０１の外側には、磁場を生成する磁場生成コイル１１０が設けられている。真空容器１０１の上部の側壁の外側、および上面の上側に、磁場生成コイル１１０が配置されている。電磁波発生用電源１０９から発振された電磁波は、磁場生成コイル１１０により生成された磁場との相互作用によって、ＥＣＲを生起し、処理室１０４内に高密度プラズマを生成する。また、高周波バイアス電源１１４からは試料載置用電極１１１へ高周波バイアスが供給される。これらにより、試料台である試料載置用電極１１１上に配置されたウエハ１１２にエッチング処理が施される。

【0026】

シャワープレート１０２、試料載置用電極１１１、磁場生成コイル１１０、排気用開閉バルブ１１７、排気速度可変バルブ１１８、およびウエハ１１２等の各部は、処理室１０４の中心軸（一点鎖線）に対し同軸上に配置されている。そのため、エッチングガスの流れや、プラズマにより生成されたラジカルおよびイオン、更にはエッチングにより生成された反応生成物は、ウエハ１１２に対し同軸の方向（Ｚ方向）に導入されて排気される。この同軸および軸対称形状の配置は、エッチングレート、エッチング形状のウエハ面内均一性を、軸対称の分布に近付けて、ウエハ処理の均一性を向上させる効果がある。

【0027】

試料載置用電極１１１は、その電極表面が、図示しない溶射膜で被覆されており、高周波フィルタ１１５を介して直流電源１１６と接続されている。さらに、試料載置用電極１１１には、マッチング回路１１３を介して高周波バイアス電源１１４が接続されている。

【0028】

高周波バイアス電源１１４は、第２高周波電源であり、高周波バイアスである第２高周波電力１６２を発生し、試料載置用電極１１１へ供給する。高周波バイアス電源１１４は、パルス発生ユニット１２１からの第２パルス１５２に基づいて、パルス変調された第２高周波電力１６２を発生する。パルス発生ユニット１２１は、第２高周波電力１６２をパルス変調（特に時間変調）された出力とするための第２パルス１５２（図２での位相調整後高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ４）を生成し、高周波バイアス電源１１４へ供給する。制御部１２０からの制御に基づいて、高周波バイアス電源１１４からは、時間変調された第２高周波電力１６２を、試料載置用電極１１１に選択的に供給することができる。

【0029】

なお、本実施の形態の効果は、高周波バイアス電源１１４の高周波バイアスの周波数によっては特に限定されない。本実施の形態のプラズマ処理装置１は、その周波数として４００ｋＨｚとした高周波バイアスを使用する。

【0030】

制御部１２０は、上述のＥＣＲ方式のマイクロ波プラズマエッチング装置であるプラズマ処理装置１を制御する。制御部１２０は、計算機またはＩＣ基板等で構成される。制御部１２０は、パルス生成ユニット１２１、電磁波発生用電源１０９、ガス供給装置１０５、排気速度可変バルブ１１８、直流電源１１６、高周波バイアス電源１１４等の各部と電気的に接続されている。制御部１２０は、パルス発生ユニット１２１等の動作を制御する。制御部１２０は、図示しない入力手段による入力に基づいて、電磁波発生用電源１０９、高周波バイアス電源１１４、およびパルス発生ユニット１２１のパルスのオン・オフのタイミングを含む繰り返し周波数やデューティー比等の制御パラメータを制御する。また、制御部１２０は、図示しない入力手段による入力に基づいて、エッチングを実施するためのガス流量、処理圧力、電磁波電力、高周波バイアス電力、コイル電流、パルスのオン時間およびオフ時間等の、エッチングパラメータを制御する。

【0031】

なお、デューティー比とは、パルスの一周期に対するオン期間の割合のことである。本実施の形態の例では、パルスの繰り返し周波数は、５Ｈｚ〜１０ｋＨｚまでの範囲で変更でき、デューティー比は、１％〜９０％までの範囲で変更できる。また、時間変調の設定は、オン時間でもオフ時間でも可能である。

【0032】

パルス発生ユニット１２１は、制御部１２０からの制御に基づいて、第１高周波電力１６１を時間変調するための第１パルス１５１を電磁波発生用電源１０９に送信するとともに、第２高周波電力１６２を時間変調するための第２パルス１５２を高周波バイアス電源１１４に送信する。

【0033】

［制御部およびパルス生成ユニット］
図２を用いて、電磁波発生用電源１０９から時間変調された電磁波（第１高周波電力１６１）を発生する場合と、高周波バイアス電源１１４から時間変調された高周波バイアス（第２高周波電力１６２）を試料載置用電極１１１に供給する場合とについて説明する。

【0034】

図２は、上記電磁波発生および高周波バイアス供給を行う場合の制御部１２０およびパルス生成ユニット１２１等の構成を示す。制御部１２０は、電磁波発生用電源１０９および高周波バイアス電源１１４をそれぞれパルス変調するための時間情報（言い換えると制御信号）Ｃ１を、パルス発生ユニット１２１に送信する。この時間情報（制御信号）Ｃ１は、繰り返し周波数、デューティー比、電磁波発生用電源１０９のオンのタイミングと高周波バイアス電源１１４のオンのタイミング、電磁波発生用電源出力値、および高周波バイアス電源出力値、を合わせた時間情報である。

【0035】

制御部１２０からパルス発生ユニット１２１へは、時間情報Ｃ１として、電磁波発生用電源１０９のパルス変調用波形である第１パルス１５１と高周波バイアス電源１１４のパルス変調用波形である第２パルス１５２とを同期させるか、非同期させるかを選択する情報も送信される。また、制御部１２０からパルス発生ユニット１２１へは、時間情報Ｃ１として、電磁波発生用電源１０９の出力における後述のパルスオン期間の二値以上の出力値とそれに係わる時間情報も送信される。

【0036】

パルス発生ユニット１２１から電磁波発生用電源１０９および高周波バイアス電源１１４へは、それぞれ、制御されたタイミングで、パルス出力制御のための時間情報が送信される。すなわち、パルス発生ユニット１２１から電磁波発生用電源１０９へは第１パルス１５１として位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３が供給される。パルス発生ユニット１２１から高周波バイアス電源１１４へは第２パルス１５２として位相変調後高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ４が供給される。電磁波発生用電源１０９は、パルス発生ユニット１２１からの第１パルス１５１（位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３）に基づいて、時間変調された電磁波を第１高周波電力１６１として発生させる。高周波バイアス電源１１４は、パルス発生ユニット１２１からの第２パルス１５２（位相変調後高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ４）に基づいて、時間変調された高周波バイアス電力を第２高周波電力１６２として発生させる。

【0037】

パルス発生ユニット１２１は、回路として、パルス生成部２０１、位相制御部２０２を含む。パルス生成部２０１は、基準となるパルスとして、電磁波変調用パルス信号Ｐ１および高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ２を生成し出力する。位相制御部２０２は、入力されたパルスの位相を制御して、位相調整されたパルスを出力する。パルス生成部２０１からの電磁波変調用パルス信号Ｐ１は、位相制御部２０２で位相調整され、出力である位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３が、第１パルス１５１として電磁波発生用電源１０９へ供給される。

【0038】

本実施の形態のプラズマ処理装置１は、制御部１２０からパルス発生ユニット１２１、およびパルス発生ユニット１２１から電磁波発生用電源１０９への回路において、第１高周波電力１６１のパルス変調の制御のための信号として、以下のような信号を送信する。すなわち、プラズマ発生ユニット１２１は、パルス生成部２０１および位相制御部２０２を介して、電磁波変調用パルス信号Ｐ１および位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３として、パルスオン期間に、二値あるいは三値の電磁波発生用電源出力値と時間情報を連続して送信する。電磁波発生用電源出力値は、電磁波発生用電源１０９の出力の第１高周波電力１６１（マイクロ波）におけるパルスオン期間での出力値を指す。

【0039】

例えば、電磁波変調用パルス信号Ｐ１は、パルス生成部２０１からの出力の３本のラインで示す、三値の電磁波発生用電源出力値として、出力値ａ１、出力値ａ２、出力値ａ３を有する。同様に、位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３は、位相調整部２０２からの出力の３本のラインで示す、三値の電磁波発生用電源出力値として、出力値ａ１、出力値ａ２、出力値ａ３を有する。それぞれの出力値には時間情報を伴う。なお、図２の構成例では、電磁波変調用パルス信号Ｐ１および位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３は、三値（ａ１，ａ２，ａ３）に対応可能な形態とする場合の３本のラインとして示している。二値（ａ１，ａ２）のみに対応可能な形態としてもよいし、三値のうち二値を選択して使用可能な形態としてもよい。

【0040】

これにより、プラズマ処理装置１は、電磁波発生用電源１０９から、第１高周波電力１６１として、時間変調され、かつ、パルスオン期間に二値あるいは三値の出力値を持つ電磁波であるマイクロ波を連続して発生させる。例えば、後述の図４の第１ケースのマイクロ波出力４０１における第１出力４１１および第２出力４１２は、パルスオン期間の二値の出力値（ａ１，ａ２）と対応している。

【0041】

また、パルス発生ユニット１２１は、パルス生成部２０１から出力された高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ２を、位相制御部２０２で位相調整し、出力である位相調整後高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ４を、第２パルス１５２として高周波バイアス電源１１４へ供給する。高周波バイアスは、パルスオン期間で１つの出力値を有する。図２では、高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ２および位相調整後高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ４を１本のライン（点線）で示している。

【0042】

［整合器］
図３を用いて、電磁波発生用電源１０９より発振された電磁波（第１高周波電力１６１）を整合する整合器１１９について説明する。図３は、実施の形態での整合器１１９の構成例を示す。電磁波発生用電源１０９より発振された電磁波３１１は、第１高周波電力１６１およびマイクロ波に対応する。電磁波３１１は、前述のように、時間変調された、パルスオン期間で二値（ａ１，ａ２）あるいは三値（ａ１，ａ２，ａ３）の出力値を持つ。本例では、電磁波３１１を、三値（ａ１，ａ２，ａ３）に対応可能な形態における３本のラインで示している。

【0043】

電磁波３１１は、整合器１１９を介して、調整後電磁波３１２として、導波管１０７へ伝送される。整合器１１９では、電磁波３１１を、調整器３０１に入力して調整し、調整後電磁波３１２を導波管１０７へ供給する。プラズマ処理装置１の整合器１１９は、第１高周波電力１６１（電磁波３１１）の出力値におけるパルスオン期間での二値以上の出力値をモニタするために、少なくとも２つの検波器を有する。図３の構成例では、三値に対応可能な形態として、３つの検波器として、検波器（第１検波器）３０２、検波器（第２検波器）３０３、および検波器（第３検波器）３０４が設けられている。電磁波３１１の出力値における二値あるいは三値の調整を、パルスオン期間に連続して行う場合、その電磁波３１１の出力値の数に応じた数の検波器を設けることが望ましい。このような整合器１１９の構成によって、遅延なく連続的に調整が可能となる。

【0044】

電磁波３１１の出力値が二値である形態の場合には、それに応じた２個の検波器３０２，３０３が設けられる。電磁波３１１の出力値が三値である形態の場合には、それに応じた３個の検波器３０２，３０３，３０４が設けられる。なお、プラズマ処理装置１は、図２および図３のような三値の出力値に対応可能な回路の構成において、後述の出力制御のパターンに応じて、二値の出力値とするように制御することも可能である。

【0045】

図３の構成例では、調整器３０１の出力における三値に対応する３本の電気的接続回路のラインには、分岐する形で、検波器３０２，３０３，３０４が接続されている。調整器３０１での調整は、検波器３０２，３０３，３０４によって電磁波を逐次モニタすることで実施される。例えば、調整器３０１の出力の第１ラインには、分岐して検波器３０２が接続されており、検波器３０２の出力のラインが、モニタ値３１３として、調整器３０１に入力される。他の検波器３０３，３０４についても同様である。調整器３０１から導波管１０７への出力の調整後電磁波３１２における三値の出力値を（ｂ１，ｂ２，ｂ３）で示す。

【0046】

［パルス出力制御］
次に、実施の形態のプラズマ処理装置１における詳細構成例として、各種のパルス出力制御の例について説明する。本発明者は、エッチング速度分布の偏りとＣＤの差異とを同時に避ける方法として、マイクロ波オン期間でマイクロ波出力値を二値以上設定する方法、および対応するプラズマ処理装置１のパルス生成ユニット１２１等の構成を工夫した。プラズマ処理装置１は、制御部１２０からパルス生成ユニット１２１を時間情報Ｃ１（図２）によって制御することで、以下の各種のパルス出力制御を実現できる。以下では、制御部１２０およびパルス発生ユニット１２１を通じた、各パルス出力制御の例を、各ケース（第１ケース〜第４ケースとする）として説明する。

【0047】

［第１ケース］
図４は、パルス出力制御に関する第１ケースにおける、パルス変調されたマイクロ波出力４０１、パルス変調された高周波バイアス出力４０２、およびプラズマ密度４０３における時間的な関係を表すタイミングチャートを示す。マイクロ波出力４０１は、第１パルスと対応し、電磁波発生用電源１０９からの電磁波としてマイクロ波（第１高周波電力１６１）の出力に対応する。高周波バイアス出力４０２は、第２パルスと対応し、高周波バイアス電源１１４からの高周波バイアス（第２高周波電力１６２）の出力に対応する。プラズマ密度４０３は、マイクロ波出力４０１および高周波バイアス出力４０２の両方による制御が行われた場合に、処理室１０４内でウエハ１１２上方に形成されるプラズマの密度に対応する。

【0048】

マイクロ波出力４０１は、図示の通り、周期（周期時間４５０）毎に、オフ期間４３０、第１期間４３１、および第２期間４３２を有し、第１期間４３１の第１出力４１１と第２期間４３２の第２出力４１２とで連続して二値の出力値が出力される。オフ期間４３０は例えば時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間である。第１出力４１１は、例えば時刻ｔ１から時刻ｔ２までの第１期間４３１でオン状態である第１出力値を示す。第２出力４１２は、例えば時刻ｔ２から時刻ｔ３までの第２期間４３２でオン状態である第２出力値を示す。第１出力４１１および第２出力４１２は、図２および図３での二値（ａ１，ａ２）や二値（ｂ１，ｂ２）と対応している。また、マイクロ波出力４０１における一周期（周期時間４５０）のうち、パルスオン期間４４１、およびパルスオフ期間４４０を示す。パルスオン期間４４１は、上記第１期間４３１と第２期間４３２とで構成されている。パルスオフ期間４４０はオフ期間４３０と対応している。

【0049】

この際、プラズマ処理装置１の特に制御部１２０は、マイクロ波出力４０１の第２出力４１２（第２期間４３２）と同期させるように、パルス生成ユニット１２１で位相を変調させることで、高周波バイアス出力４０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力４０２のパルスオン期間４６１での第１出力４２１となる。パルスオン期間４６１は、上記第２期間４３２と同じく例えば時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間である。パルスオン期間４６１の前には、パルスオフ期間４６０を有する。パルスオフ期間４６０は、上記第１期間４３１と対応した例えば時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間（オフ期間４７０）を含む。

【0050】

マイクロ波出力４０１の第１期間４３１の第１出力４１１の出力値は、０よりも大きく、かつ、第２期間４３２の第２出力４１２の出力値よりも小さい値として設定されている。また、マイクロ波出力４０１の第１出力４１１の出力値は、対応する高周波バイアス出力４０２のパルスオフ期間４６０（特にオフ期間４７０）での等方性エッチングを極力抑制する最低の値であることが望ましい。さらに、その出力値は、マイクロ波出力４０１の第１出力４１１から第２出力４１２への移行（例えば時刻ｔ２）、プラズマオフからプラズマオン、または、プラズマオンのままステップを切り替えた場合に、プラズマ密度が不安定にならず、プラズマが着火あるいは継続する最低の値であることが望ましい。すなわち、マイクロ波出力４０１の第１出力４１１の目的は、等方性エッチングを極力抑制しつつ、かつ、高周波バイアス出力４０２のパルスオン期間４６１のプラズマ密度の安定化にある。

【0051】

本発明者は、パルスオン期間中のプラズマ密度分布の挙動を確認するため、プラズマ密度の時間分解測定をラングミュアプローブ測定法により行った。プラズマ密度４０３は、図示の通り、マイクロ波出力４０１の第１出力４１１の第１期間４３１（対応する高周波バイアス出力４０２のパルスオフ期間４６０、特にオフ期間４７０）で、ある程度安定してから、第２出力４１２の第２期間４３２へ移行するため、直ちに安定する。図示のように、第２期間４３２（対応する高周波バイアス出力４０２のパルスオン期間４６１）、例えば時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、プラズマ密度が安定している。本実施の形態では、このプラズマ密度が安定した期間に、高周波バイアス出力４０２がオンされている。すなわち、パルスオン期間４６１で第１出力４２１とされている。これにより、プラズマ中のイオン分布が均一な状態でウエハ１１２上に引き込まれ、エッチング速度分布が均一となる。さらに、マイクロ波出力４０１の第１出力４１１の値は極力小さい値に設定されているため、等方性エッチングが抑制でき、デバイス特性を良好に保つことができる。

【0052】

図４で、第１高周波電力１６１に対応するマイクロ波出力４０１の出力値は、パルスオン期間４４１における第１期間４３１および第２期間４３２で、第１出力４１１および第２出力４１２として二値が連続で出力されている。パルスオン期間４４１では、第２高周波電力１６２に対応する高周波バイアス電力４０２のパルスオン期間４６１の前に、パルスオフ期間４６０、特にオフ期間４７０を有する。このパルスオフ期間４６０、特にオフ期間４７０と、第１出力４１１の第１期間４３１とが対応している。第２高周波電力１６２のパルスオフ期間４６０、特にオフ期間４７０での第１高周波電力の第１出力４１１の出力値は、０よりも大きく、かつ、第２高周波電力１６２のパルスオン期間４６１での第１高周波電力１６１の第２出力４１２の出力値よりも小さい値として設定されている。第１パルスにおける第１期間４３１の振幅値（第１出力４１１）は有限の値である。第２期間４３２の振幅（第２出力４１２）は、第１期間４３１の振幅（第１出力４１１）よりも大きい。第２パルスは、第２期間４３２の間、オン期間（パルスオン期間４６１）となる。

【0053】

制御パラメータとして、マイクロ波出力４０１に関するパルス周波数、デューティー比、およびオン時間とオフ時間の比を有する。パルス周波数は、オン（パルスオン期間４４１）とオフ（パルスオフ期間４４０）の繰り返し周波数である。デューティー比は、オンとオフの繰り返しの一周期（周期時間４５０）に対するオン時間（パルスオン期間４４１）の比である。オン時間とオフ時間の比は、パルスオン期間４４１とパルスオフ期間４４０との比である。また、制御パラメータとして、パルスオン期間４４１における第１出力４１１のオン時間、および第２出力４１２のオン時間等を有する。

【0054】

次に、第１高周波電力１６１に対応するマイクロ波出力値を三値に設定した場合のパルス出力制御例を、図５、図６および図７に、第２ケース、第３ケースおよび第４ケースとして示す。

【0055】

［第２ケース］
図５は、第２ケースにおけるマイクロ波出力５０１と高周波バイアス出力５０２とのタイミングチャートを同様に示す。なお、時刻ｔ０〜ｔ７等の値は図４の例とは異なる。マイクロ波出力５０１は、周期（周期時間５５０）毎に、オフ期間５３０、第１期間５３１、および第２期間５３２を有し、第１期間５３１は、さらに、期間（第１振幅期間）５３１ａ、期間（第２振幅期間）５３１ｂで構成される。マイクロ波出力５０１は、周期毎に、パルスオフ期間５４０、パルスオン期間５４１を有し、パルスオン期間５４１は、上記第１期間５３１、第２期間５３２で構成されている。パルスオン期間５４１では、期間５３１ａの第１出力５１１、期間５３１ｂの第２出力５１２、および第２期間５３２の第３出力５１３の三値の出力値が連続して出力される。第１出力５１１は、例えば時刻ｔ１〜ｔ２の期間５３１ａでオン状態である第１出力値を示す。第２出力５１２は、例えば時刻ｔ２〜ｔ３の期間５３１ｂでオン状態である第２出力値を示す。第３出力５１３は、例えば時刻ｔ３〜ｔ４の第２期間５３２でオン状態である第３出力値を示す。第２ケースでは、第１出力５１１、第２出力５１２、および第３出力５１３の順で出力値が大きくなる。第１出力５１１の出力値は、０よりも大きく、かつ、第２出力５１２の出力値よりも小さい値として設定されている。第２出力５１２の出力値は、第３出力５１３の出力値よりも小さい値として設定されている。期間５３１ａの第１振幅（第１出力５１１）は、期間５３１ｂの第２振幅（第２出力５１２）よりも小さい。

【0056】

プラズマ処理装置１は、マイクロ波出力５０１の第３出力５１３と同期させるように、位相を変調させることで、高周波バイアス出力５０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力５０２のパルスオン期間５６１（例えば時刻ｔ３〜ｔ４）での第１出力５２１となる。第１出力５２１のパルスオン期間５６１の前に、パルスオフ期間５６０（例えば時刻ｔ０〜ｔ３）、特にオフ期間５７０を有する。そのパルスオフ期間５６０、特にオフ期間５７０に対し、マイクロ波出力５０２の第１出力５１１の期間５３１ａ、および第２出力５１２の期間５３１ｂを有する。第１出力５１１の出力値は、第１ケースと同様に、高周波バイアス出力５０２のパルスオフ期間５６０、特にオフ期間５７０での等方性エッチングを極力抑制する最低の値となるように設定される。プラズマ密度は、マイクロ波出力５０１の第１出力５１１の期間５３１ａおよび第２出力５１２の期間５３１ｂを通じてある程度安定してから、第３出力５１３および高周波バイアスのパルスオン期間５６１へ移行して直ちに安定する。これにより、第２ケースでも、第１ケースと同様に、エッチング速度分布が均一となり、等方性エッチングが抑制できる。

【0057】

［第３ケース］
図６は、第３ケースにおけるタイミングチャートを同様に示す。マイクロ波出力６０１は、周期（周期時間６５０）毎に、オフ期間６３０、第１期間６３１、および第２期間６３２を有し、第１期間６３１は、さらに、期間（第１振幅期間）６３１ａ、期間（第２振幅期間）６３１ｂで構成される。マイクロ波出力６０１は、周期毎に、パルスオフ期間６４０、パルスオン期間６４１を有し、パルスオン期間６４１は、上記第１期間６３１、第２期間６３２で構成されている。パルスオン期間６４１では、期間６３１ａの第１出力６１１、期間６３１ｂの第２出力６１２、および第２期間６３２の第３出力６１３の三値の出力値が連続して出力される。第１出力６１１は、例えば時刻ｔ１〜ｔ２の期間６３１ａでオン状態である第１出力値を示す。第２出力６１２は、例えば時刻ｔ２〜ｔ３の期間６３１ｂでオン状態である第２出力値を示す。第３出力６１３は、例えば時刻ｔ３〜ｔ４の第２期間６３２でオン状態である第３出力値を示す。第３ケースでは、第２出力６１２、第１出力６１１、および第３出力６１３の順で出力値が大きくなる。第２出力６１２の出力値は、０よりも大きく、かつ、第１出力６１２の出力値よりも小さい値として設定されている。第１出力６１１の出力値は、第３出力６１３の出力値よりも小さい値として設定されている。期間６３１ａの第１振幅（第１出力６１１）は、期間６３１ｂの第２振幅（第２出力６１２）よりも大きい。

【0058】

プラズマ処理装置１は、マイクロ波出力６０１の第３出力６１３と同期させるように、位相を変調させることで、高周波バイアス出力６０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力６０２のパルスオン期間６６１（例えば時刻ｔ３から時刻ｔ４）の第１出力６２１となる。第１出力６２１のパルスオン期間６６１の前に、パルスオフ期間６６０（例えば時刻ｔ０〜ｔ３）、特にオフ期間６７０を有する。そのパルスオフ期間６６０、特にオフ期間６７０に対し、マイクロ波出力６０２の第１出力６１１の期間６３１ａ、および第２出力６１２の期間６３１ｂを有する。第２出力６１１の出力値は、第１ケースと同様に、高周波バイアス出力６０２のパルスオフ期間６６０、特にオフ期間６７０での等方性エッチングを極力抑制する最低の値となるように設定される。プラズマ密度は、マイクロ波出力６０１の第１出力６１１の期間６３１ａおよび第２出力６１２の期間６３１ｂを通じてある程度安定してから、第３出力６１３および高周波バイアスのパルスオン期間６６１へ移行して直ちに安定する。これにより、第３ケースでも、第２ケースと同様の効果が得られる。

【0059】

［第４ケース］
図７は、第４ケースにおけるタイミングチャートを同様に示す。マイクロ波出力７０１は、周期（周期時間７５０）毎に、所定の期間７３３、オフ期間７３０、第１期間７３１、および第２期間７３２を有する。マイクロ波出力７０１は、周期毎に、パルスオフ期間７４０、パルスオン期間７４１（オフ期間７３０と対応する）を有し、パルスオン期間７４１は、上記所定の期間７３３、第１期間７３１、第２期間７３２で構成されている。パルスオン期間７４１では、所定の期間７３３の第１出力７１１、第１期間７３１の第２出力７１２、および第２期間７３２の第３出力７１３の三値の出力値を有する。所定の期間７３３の第１出力７１１と第１期間７３１の第２出力７１２の間にオフ期間７３０を有する。第２出力７１２および第３出力７１３は連続して出力される。第１出力７１１は、例えば時刻ｔ０から時刻ｔ１までの所定の期間７３３でオン状態である第１出力値を示す。時刻ｔ１から時刻ｔ２まではオフ期間７３０とされる。第２出力７１２は、例えば時刻ｔ２〜ｔ３の第１期間７３１でオン状態である第２出力値を示す。第３出力７１３は、例えば時刻ｔ３〜ｔ４の第２期間７３２でオン状態である第３出力値を示す。第３出力７１３の後には再び所定の期間７３３の第１出力値７１１が続いている。第４ケースでは、第１出力７１１および第２出力７１２は、高周波バイアス出力７０２のパルスオフ期間７６０、特にオフ期間７７０，７７１での等方性エッチングを極力抑制する最低の値となるように設定されている。所定の期間７３３は、オフ期間７３０よりも前の期間である。第１期間７３１は、オフ期間７３０よりも後の期間である。所定の期間７３３の振幅値（第１出力７１１）は、有限の値である。第２期間７３２の振幅（第３出力７１３）は、所定の期間７３３の振幅（第１出力７１１）よりも大きい。

【0060】

プラズマ処理装置１は、マイクロ波出力７０１の第３出力７１３と同期させるように、位相を変調させることで、高周波バイアス出力７０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力７０２のパルスオン期間７６１（例えば時刻ｔ３から時刻ｔ４）の第１出力７２１となる。第１出力７２１のパルスオン期間７６１の前に、パルスオフ期間７６０（例えば時刻ｔ０〜ｔ３）を有する。そのパルスオフ期間７６０に対し、マイクロ波出力７０２の第１出力７１１の所定の期間７３３、オフ期間７３０、および第２出力７１２の第１期間７３１を有する。プラズマ密度は、マイクロ波出力７０１の第１出力７１１の所定の期間７３３、オフ期間７３０、および第２出力７１２の第１期間７３１を通じてある程度安定してから、第３出力７１３および高周波バイアスのパルスオン期間７６１へ移行して直ちに安定する。これにより、第４ケースでも、同様の効果が得られる。これらの第２ケース〜第４ケースを用いても、第１ケースと同様に、エッチング速度分布の偏りとＣＤの差異とを同時に避ける効果が得られた。

【0061】

図８および図９には、実施の形態に対する比較例として、従来技術のプラズマ処理装置および方法における、パルス変調されたマイクロ波出力および高周波バイアス出力の関係を示す。

【0062】

［第５ケース］
図８は、比較例における第５ケースでのタイミングチャートを同様に示す。マイクロ波出力８０１は、周期（周期時間８５０）毎に、パルスオフ期間８４０、パルスオン期間８４１を有し、パルスオン期間８４１での第１出力８１１を有する。第１出力８１１は、例えば時刻ｔ１〜ｔ２のパルスオン期間８４１でオン状態にされた１つの出力値を示す。比較例のプラズマ処理装置は、マイクロ波出力８０１の第１出力８１１と同期させるように、高周波バイアス出力８０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力８０２のパルスオン期間８６１（例えば時刻ｔ１から時刻ｔ２）での第１出力８２１となる。

【0063】

［第６ケース］
図９は、比較例における第６ケースでのタイミングチャートを示す。マイクロ波出力９０１は、周期（周期時間９５０）毎に、パルスオフ期間９４０、パルスオン期間９４１を有し、パルスオン期間９４１での第１出力９１１を有する。第１出力９１１は、例えば時刻ｔ１〜ｔ３のパルスオン期間９４１でオン状態にされた１つの出力値を示す。比較例のプラズマ処理装置は、位相変調を用いて、マイクロ波出力９０１のパルスオン期間９４１の第１出力９１１のうち、後半の一部の期間（例えば時刻ｔ２から時刻ｔ３）と同期させるように、言い換えると例えば時刻ｔ１のオンのタイミングよりも遅れた時刻ｔ２のタイミングで、高周波バイアス出力９０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力９０２のパルスオン期間９６１（例えば時刻ｔ２〜ｔ３）での第１出力９２１となる。パルスオン期間９６１の前にはパルスオフ期間９６０を有する。

【0064】

この第６ケースでは、マイクロ波出力９０１の第１出力９１１のパルスオン期間９４１よりも、高周波バイアス出力９０２の第１出力９２１のパルスオン期間９６１の方が短い。マイクロ波の第１出力９１１のパルスオン期間９４１に対し、高周波バイアスのオフ期間９７０を有する。すなわち、このオフ期間９７０として、前述のマイクロ波オン、かつ高周波バイアスオフの期間が生じている。前述のように、このオフ期間９７０でのマイクロ波の出力値と、パルスオン期間９６１でのマイクロ波の出力値とが第１出力値９１１として同じである。そのため、このオフ期間９７０では、エッチングの反応は、ラジカルエッチングが主体となり、等方性エッチングが進む。等方性エッチングによって、ＣＤに差異が生じてしまう。

【0065】

［エッチング特性］
図１０には、上記各パルス出力制御のケースに対応するマイクロ波出力値パターンにおける、エッチング特性の測定値を示す。各ケースとして、第１ケース（図４）、第２ケース（図５）、第３ケース（図６）、および第４ケース（図７）と、比較例の第５ケース（図８）および第６ケース６（図９）とを示す。ウエハ１２２がポリシリコンである場合のエッチング特性として、エッチング速度［nm/min］と、均一性［％］とを示す。均一性［％］は、０を基準とした正負の率であり、値が０に近いほど高い。第１ケースから第６ケースまで順に、エッチング速度は、｛80.1, 75.6, 78.2, 76.5, 83.0, 85.7｝となった。均一性は、｛1.9， 2.1, 2.4, 2.2, 5.4, 3.5｝となった。このように、実施の形態における第１ケースから第４ケースの各ケースでは、比較例の第５ケースおよび第６ケースに比べ、均一性が良好になる結果が得られた。

【0066】

［効果等］
上述したように、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置は、試料を載置する試料台（試料載置用電極１１１）を含み、試料がプラズマ処理される処理室１０４と、処理室１０４内にプラズマを生成するための第１高周波電力１６１（マイクロ波）を供給する第１高周波電源（電磁波発生用電源１０９）と、試料台に第２高周波電力１６２（高周波バイアス電力）を供給する第２高周波電源（高周波バイアス電源１１４）と、第１高周波電力１６１を時間変調するための第１パルス１５１を第１高周波電源に送信するとともに、第２高周波電力１６２を時間変調するための第２パルス１５２を第２高周波電源に送信するパルス発生ユニット１２１と、パルス発生ユニット１２１等を制御する制御部１２０とを備える。そして、図４等で示したように、第１高周波電力１６１の出力値は、パルスオン期間での二値以上の出力値となる。第１高周波電力１６１のパルスオン期間では、第２高周波電力１６２のパルスオン期間の前に第２高周波電力１６２のオフ期間を少なくとも１つ有する。第２高周波電力１６２のオフ期間での第１高周波電力１６１の出力値（例えば二値のうちの第１出力値）は、０よりも大きく、かつ、第２高周波電力１６２のパルスオン期間での第１高周波電力１６１の出力値（例えば二値のうちの第２出力値）よりも小さい。さらに、プラズマ処理装置１は、図３で示したように、第１高周波電力１６１のパルスオン期間の二値以上の出力値をモニタするために、少なくとも２つの検波器を有する。

【0067】

上述した通り、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置１によれば、マイクロ波出力値をパルスオン期間での二値以上の出力値とすることで、エッチング速度分布が均一となり、かつ、等方性エッチングが抑制可能となる。これにより、プロセス性能の高精度な制御が可能となる。プラズマ処理装置１の構成によれば、最適なプラズマ状態と高周波バイアスとの組み合わせを制御することが可能となり、高精度なプロセス制御ができる。

【0068】

上述した実施の形態では、マイクロ波ＥＣＲプラズマの生成方式を一例として説明したが、容量結合型プラズマや誘導結合型プラズマ等の他のプラズマの生成方式に対応するプラズマ処理装置等においても、本発明を同様に適用可能であり、同様の効果が得られる。また、上述した実施の形態では、マイクロ波出力変調用パルスの繰り返し周波数と高周波バイアス変調用パルスの繰り返し周波数とが等しい場合で説明したが、それらを異なる周波数とした場合でも、同様の効果が得られる。さらに、上述した実施の形態では、エッチング装置およびエッチング処理の場合について説明したが、パルス変調方式を用いる装置であれば、エッチング処理以外のプラズマ処理にも、本発明を同様に適用可能である。

【0069】

以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【符号の説明】

【0070】

１０１…真空容器、１０２…シャワープレート、１０３…誘電体窓、１０４…処理室、１０５…ガス供給装置、１０６…真空排気装置、１０７…導波管、１０９…電磁波発生用電源、１１０…磁場生成コイル、１１１…試料載置用電極、１１２…ウエハ、１１３…マッチング回路、１１４…高周波バイアス電源、１１５…高周波フィルタ、１１６…直流電源、１１７…排気用開閉バルブ、１１８…排気速度可変バルブ、１１９…整合器、１２０…制御部、１２１…パルス発生ユニット、２０１…パルス生成部、２０２…位相制御部、３０１…調整器、３０２，３０３，３０４…検波器、４０１…マイクロ波出力、４０２…高周波バイアス出力、４０３…プラズマ密度、４１１…第１出力、４１２…第２出力、４２１…第１出力、４３０…オフ期間、４３１…第１期間、４３２…第２期間、４４０，４６０…パルスオフ期間、４４１，４６１…パルスオン期間、４５０…周期時間、４７０…オフ期間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】