JPWO2015019765A1 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

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Abstract

プラズマ処理装置は、内部空間を処理空間に連通させる連通孔が形成された誘電体と、内部空間を挟む第１及び第２の電極と、第１の処理ガスを内部空間に供給する第１のガス供給機構と、第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方に第１の高周波電力を供給して、第１の処理ガスの第１のプラズマを生成する第１の高周波電源と、第１のプラズマ中のラジカルと第１の処理ガスとを処理空間へ導入する減圧機構と、第２の高周波電力を供給して、第１の処理ガスの第２のプラズマを生成し、イオンを被処理体へ引き込む第２の高周波電源と、第１の高周波電力の全電力量の大きさを制御して、第２のプラズマ中のラジカル量を調整し、第１の高周波電力の比率を制御して、第２のプラズマ中のイオン量を調整する制御部とを備えた。

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
半導体の製造プロセスでは、薄膜の堆積又はエッチング等を目的としたプラズマ処理が広く行われている。高機能かつ高性能な半導体を得るためには、被処理体の被処理面に対し、均一なプラズマ処理を行うことが望ましい。
プラズマ処理では、処理ガスのプラズマを生成する。プラズマには、イオンやラジカル等の活性種が含まれる。被処理体の被処理面がイオンとラジカルとを含むプラズマと反応することによってプラズマ処理が進行する。
近年、半導体の製造プロセスにおいて、被処理体をプラズマ処理するための処理容器内に、多数の貫通孔が形成されたグリッド電極を配置し、グリッド電極により処理容器の内部を２つの空間に分割したプラズマ処理装置が提案されている。
このプラズマ処理装置は、グリッド電極よりも下方の空間である処理空間に配置された載置台上に被処理体を載置し、グリッド電極よりも上方の空間であるプラズマ生成空間にプラズマ処理に用いられる処理ガスを供給する。そして、プラズマ処理装置は、プラズマ生成空間に高周波電力を供給することによって、プラズマ生成空間に供給される処理ガスのプラズマを生成する。そして、プラズマ処理装置は、処理空間を減圧することによって、プラズマ生成空間で生成したプラズマ中のラジカルと、処理ガスとをグリッド電極を介してプラズマ生成空間から処理空間へ導入する。そして、プラズマ処理装置は、載置台にバイアス用の高周波電力を供給することによって、処理空間へ導入される処理ガスのプラズマを生成し、生成したプラズマ中のイオンを載置台上の被処理体へ引き込む。これによれば、プラズマ中のラジカル密度を調整しつつ被処理体に均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。
特開平１１−６７７３７号公報 特表平７−５００４５９号公報
しかしながら、上述した技術では、被処理体の所望の処理特性を得るためのプラズマ中のイオン密度とラジカル密度をそれぞれ独立に調整することが困難であるという問題がある。
すなわち、上述した技術では、プラズマ生成空間で生成したプラズマと処理空間で生成したプラズマの間にシースが形成されず同一ポテンシャルのプラズマになってしまう。このため、上述した技術では、被処理体の被処理面内におけるマスク選択比やＣＤ（Critical Dimension）等の所望の処理特性を得るためにイオン密度とラジカル密度をそれぞれ独立して調整することが困難である。
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、処理空間を画成する処理容器と、前記処理空間に配置され、被処理体を載置する載置台と、前記処理空間を塞ぐように前記処理容器に取り付けられ、内部空間と、該内部空間を前記処理空間に連通させる連通孔とが形成された誘電体と、前記誘電体内に形成され、前記内部空間を挟んで対向する第１及び第２の電極と、プラズマ処理に用いられる第１の処理ガスを前記内部空間に供給する第１のガス供給機構と、前記第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方に第１の高周波電力を供給することによって、前記内部空間に供給される前記第１の処理ガスの第１のプラズマを生成する第１の高周波電源と、前記処理空間を減圧することによって、前記第１のプラズマ中のラジカルと前記第１の処理ガスとを前記連通孔を介して前記内部空間から前記処理空間へ導入する減圧機構と、前記載置台に第２の高周波電力を供給することによって、前記処理空間へ導入される前記第１の処理ガスの第２のプラズマを生成し、該第２のプラズマ中のイオンを前記被処理体へ引き込む第２の高周波電源と、前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の全電力量の大きさを制御することによって、前記連通孔を介して前記内分空間から前記処理空間へ供給される前記第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより前記第２のプラズマ中のラジカル量を調整し、前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の比率を制御することによって、前記連通孔を介して前記内部空間から前記処理空間へ供給される前記第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により前記第２のプラズマ中のイオン量を調整する制御部とを備えた。
開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、被処理体の所望の処理特性を得るための処理空間内のプラズマ中のイオン密度とラジカル密度をそれぞれ独立に調整することができるという効果を奏する。
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図である。 図２は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図３は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理の流れの他の例を示すフローチャートである。 図４は、上側電極及び下側電極にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御する場合について示すための図である。 図５は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例を示す概略断面図である。 図６は、図５に示した誘電体の構造の一例を説明するための概略平面図である。
以下に、開示するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、処理空間を画成する処理容器と、処理空間に配置され、被処理体を載置する載置台と、処理空間を塞ぐように処理容器に取り付けられ、内部空間と、該内部空間を処理空間に連通させる連通孔とが形成された誘電体と、誘電体内に形成され、内部空間を挟んで対向する第１及び第２の電極と、プラズマ処理に用いられる第１の処理ガスを内部空間に供給する第１のガス供給機構と、第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方に第１の高周波電力を供給することによって、内部空間に供給される第１の処理ガスの第１のプラズマを生成する第１の高周波電源と、処理空間を減圧することによって、第１のプラズマ中のラジカルと第１の処理ガスとを連通孔を介して内部空間から処理空間へ導入する減圧機構と、載置台に第２の高周波電力を供給することによって、処理空間へ導入される第１の処理ガスの第２のプラズマを生成し、該第２のプラズマ中のイオンを被処理体へ引き込む第２の高周波電源と、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介して内分空間から処理空間へ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより第２のプラズマ中のラジカル量を調整し、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の比率を制御することによって、連通孔を介して内部空間から処理空間へ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により第２のプラズマ中のイオン量を調整する制御部とを備えた。
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、誘電体の内部空間は、被処理体の径方向に沿って同心円状の複数の小空間に分割され、複数の小空間の各々は、連通孔を介して処理空間に連通し、第１及び第２の電極は、誘電体内の、複数の小空間の各々に対応する位置に形成され、複数の小空間の各々を挟んで対向し、制御部は、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介して複数の小空間の各々から処理空間へ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより被処理体の径方向に沿って第２のプラズマ中のラジカル量の分布を調整し、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の比率を制御することによって、連通孔を介して複数の小空間の各々から処理空間へ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により被処理体の径方向に沿って第２のプラズマ中のイオン量の分布を調整する。
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、制御部は、さらに、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の位相差を調整する。
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、制御部は、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される高周波電力の位相差を１８０°に調整する。
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、第２の処理ガスを処理空間に供給する第２のガス供給機構をさらに備え、第２の高周波電源は、載置台に第２の高周波電力を供給することによって、処理空間に供給される第１及び第２の処理ガスの第３のプラズマを生成し、該第３のプラズマ中のイオンを被処理体へ引き込み、制御部は、さらに、第２の高周波電源のＯＮ／ＯＦＦを間欠的に制御し、第２の高周波電源をＯＦＦ制御する期間に、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介して内部空間から処理空間へ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の比率を制御することによって、連通孔を介して内部空間から処理空間へ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により被処理体の表面を活性化し、活性化した被処理体の表面と処理空間へ導入される第１のプラズマ中のラジカルとの反応物を生成し、第２の高周波電源をＯＮ制御する期間に、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介して内部空間から処理空間へ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより第３のプラズマ中のラジカル量を調整し、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の比率を制御することによって、連通孔を介して内部空間から処理空間へ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により第３のプラズマ中のイオン量を調整し、ラジカル量及びイオン量を調整した第３のプラズマにより反応物をエッチングする。
また、開示するプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、処理空間を画成する処理容器と、処理空間に配置され、被処理体を載置する載置台と、処理空間を塞ぐように処理容器に取り付けられ、内部空間と、該内部空間を処理空間に連通させる連通孔とが形成された誘電体と、誘電体内に形成され、内部空間を挟んで対向する第１及び第２の電極と、プラズマ処理に用いられる第１の処理ガスを内部空間に供給する第１のガス供給機構と、第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方に第１の高周波電力を供給することによって、内部空間に供給される第１の処理ガスの第１のプラズマを生成する第１の高周波電源と、処理空間を減圧することによって、第１のプラズマ中のラジカルと第１の処理ガスとを連通孔を介して内部空間から処理空間へ導入する減圧機構と、載置台に第２の高周波電力を供給することによって、処理空間へ導入される第１の処理ガスの第２のプラズマを生成し、該第２のプラズマ中のイオンを被処理体へ引き込む第２の高周波電源とを備えたプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介して内分空間から処理空間へ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより第２のプラズマ中のラジカル量を調整し、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の比率を制御することによって、連通孔を介して内部空間から処理空間へ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により第２のプラズマ中のイオン量を調整する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器１を有している。処理容器１は、プラズマ処理を行うための処理空間Ｓを画成している。この処理容器１は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化被膜を形成されたアルミニウム等から構成されている。処理容器１内の処理空間Ｓには、被処理体である半導体ウエハＷを水平に載置する載置台２が配置されている。
載置台２は、その基材２ａが導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台２は、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコン、ＳｉＣ、石英で形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英、アルミナ等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。
載置台２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。
載置台２の内部には、冷媒流路２ｂが形成されており、冷媒流路２ｂには、冷媒入口配管２ｃ、冷媒出口配管２ｄが接続されている。そして、冷媒流路２ｂの中にガルデンなどの冷媒を循環させることによって、支持台４及び載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられている。このバックサイドガス供給配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。
載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、換言すれば、載置台２に支持された半導体ウエハＷと対向するように、誘電体１６が設けられている。誘電体１６は、処理空間Ｓを塞ぐように絶縁性部材４５を介して処理容器１に取り付けられる。誘電体１６には、内部空間と、内部空間を処理空間Ｓに連通させる連通孔とが形成される。具体的には、誘電体１６は、例えば、アルミナ、セラミック、石英及びシリコン等の物質で形成され、上部誘電体１６ａと、上部誘電体１６ａに着脱自在に取り付けられる円板形状の下部誘電体１６ｂとを備える。
上部誘電体１６ａは、下部誘電体１６ｂと同じ径である円盤形状に形成されている。上部誘電体１６ａの内部には、円形状の内部空間であるガス拡散室１６ｃが形成されている。ガス拡散室１６ｃの下面には、貫通孔である複数のガス通流孔１６ｄが設けられている。
下部誘電体１６ｂには、下部誘電体１６ｂを厚み方向に貫通する複数のガス導入孔１６ｅが上部誘電体１６ａのガス通流孔１６ｄと重合するように設けられている。下部誘電体１６ｂのガス導入孔１６ｅと、上部誘電体１６ａのガス通流孔１６ｄとは、ガス拡散室１６ｃを処理空間Ｓに連通させる連通孔を構築する。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内の処理空間Ｓにシャワー状に分散されて供給される。以下では、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを、適宜「連通孔」と呼ぶことがある。
誘電体１６（上部誘電体１６ａ）には、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｆが形成されている。ガス導入口１６ｆには、ガス供給配管１７が接続され、ガス供給配管１７の基端には、第１のガス供給源１８が接続されている。なお、ガス供給配管１７には、ガス供給配管１７を開閉するバルブ１７ａや、図示しない流量調整器（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）等が設けられている。
第１のガス供給源１８は、ガス供給配管１７及びガス導入口１６ｆを介して第１の処理ガスをガス拡散室１６ｃに供給する。例えば、レジスト膜、反射防止膜、有機膜、酸化膜、窒化膜、低誘電率膜、窒化チタン、シリコン等に対するプラズマエッチング処理が行われる場合には、第１のガス供給源１８は、ＣＦ系ガス、ＣＨＦ系ガス、Ｏ２、Ｃｌ２、ＨＢｒ、Ａｒ、Ｈ２、Ｈｅ等を第１の処理ガスとしてガス拡散室１６ｃに供給する。また、例えば、被処理膜を原子層単位でエッチングするＡＬＥ（Atomic Layer Etching）処理が行われる場合には、第１のガス供給源１８は、Ｃｌ２等を第１の処理ガスとしてガス拡散室１６ｃに供給する。第１のガス供給源１８によってガス拡散室１６ｃに供給された第１の処理ガスは、連通孔を介して処理容器１内の処理空間Ｓに供給される。第１のガス供給源１８は、第１のガス供給機構の一例である。
誘電体１６には、上部誘電体１６ａ及び下部誘電体１６ｂを厚み方向に貫通し、処理容器１内の処理空間Ｓに至る貫通孔１６ｇが形成されている。貫通孔１６ｇには、ガス供給配管１９が接続され、ガス供給配管１９の基端には、第２のガス供給源２０が接続されている。なお、ガス供給配管１９には、ガス供給配管１９を開閉するバルブ１９ａや、図示しない流量調整器（ＭＦＣ）等が設けられている。
第２のガス供給源２０は、ガス供給配管１９及び貫通孔１６ｇを介して、第２の処理ガスを処理空間Ｓに供給する。例えば、ＡＬＥ処理が行われる場合には、第２のガス供給源２０は、Ａｒ等を第２の処理ガスとして処理空間Ｓに供給する。第２のガス供給源２０は、第２のガス供給機構の一例である。なお、第２の処理ガスは、第１の処理ガスと同一のガスであっても良く、第１のガスとは異なるガスであっても良い。
誘電体１６（上部誘電体１６ａ）の内部には、上側電極２１及び下側電極２２が形成されている。上側電極２１と下側電極２２とは、ガス拡散室１６ｃを挟んで対向している。上側電極２１及び下側電極２２は、例えば、モリブデン等の導電性物質を溶射し、さらにその上に誘電体物質を溶射することによって誘電体１６の内部に埋設される。
上側電極２１及び下側電極２２には、電力分配器２３を介して第１の高周波電源１０ａが接続されている。第１の高周波電源１０ａは、例えば、１ＭＨｚ以下の周波数の高周波電力、好ましくは、４００ｋＨｚの高周波電力を電力分配器２３を介して上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方に供給する。より詳細には、第１の高周波電源１０ａは、電力分配器２３を介して上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方に高周波電力を供給することによって、第１のガス供給源１８からガス拡散室１６ｃに供給される第１の処理ガスのプラズマを生成する。第１の高周波電源１０ａから電力分配器２３を介して上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方に供給される高周波電力を、以下では適宜「プラズマ生成電力」と呼ぶ。また、プラズマ生成電力を用いてガス拡散室１６ｃで生成された第１の処理ガスのプラズマを、以下では適宜「第１のプラズマ」と呼ぶ。
電力分配器２３は、第１の高周波電源１０ａから入力されるプラズマ生成電力を上側電極２１及び下側電極２２へ分配する。電力分配器２３によるプラズマ生成電力の分配に用いられる分配比率、言い換えると、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率は、可変である。電力分配器２３の分配比率の制御値は、例えば、後述する制御部６０によって入力される。すなわち、電力分配器２３は、制御部６０によって入力される分配比率の制御値を用いて、第１の高周波電源１０ａから入力されるプラズマ生成電力を上側電極２１及び下側電極２２へ分配する。
また、電力分配器２３は、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の位相差を調整する機能を有する。電力分配器２３によって調整されるプラズマ生成電力の位相差の制御値は、例えば、制御部６０によって入力される。すなわち、電力分配器２３は、制御部６０によって入力されるプラズマ生成電力の位相差の制御値を用いて、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の位相差を調整する。
また、載置台２の基材２ａには、整合器１１ｂを介して第２の高周波電源１０ｂが接続されている。第２の高周波電源１０ｂは、例えば、４００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの周波数の高周波電力、好ましくは、１３ＭＨｚの高周波電力を整合器１１ｂを介して載置台２に供給する。より詳細には、第２の高周波電源１０ｂは、載置台２に高周波電力を供給することによって、処理空間Ｓへ導入される第１の処理ガスのプラズマを生成し、生成した第２のプラズマ中のイオンを半導体ウエハＷへ引き込む。第２の高周波電源１０ｂから載置台２に供給される高周波電力を、以下では適宜「バイアス電力」と呼ぶ。また、バイアス電力を用いて処理空間Ｓで生成された第１の処理ガスのプラズマを、以下では適宜「第２のプラズマ」と呼ぶ。
なお、ＡＬＥ処理が行われる場合には、第２の高周波電源１０ｂは、以下の処理を行う。すなわち、第１の処理ガスに加えて、第２のガス供給源２０から処理空間ＳにＡｒ等の第２の処理ガスが供給される。第２の高周波電源１０ｂは、載置台２にバイアス電力を供給することによってプラズマを生成し、生成したプラズマ中のイオンを半導体ウエハＷへ引き込む。バイアス電力を用いて処理空間Ｓで生成された第１及び第２の処理ガスのプラズマを、以下では適宜「第３のプラズマ」と呼ぶ。
処理容器１の底部には、排気口７１が形成されており、この排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器１内の処理空間Ｓを所定の圧力まで減圧する。より詳細には、排気装置７３は、処理空間Ｓを減圧することによって、ガス拡散室１６ｃで生成された第１のプラズマ中のラジカルと、処理ガスとを連通孔（ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅ）を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ導入する。排気装置７３は、減圧機構の一例である。
処理容器１の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口７４が設けられており、この搬入出口７４には、当該搬入出口７４を開閉するゲートバルブ７５が設けられている。
図中７６，７７は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド７６，７７は、処理容器１の内壁面に沿って設けられ、処理容器１にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する役割を有している。
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。
ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
例えば、制御部６０は、後述するプラズマ処理を行うようにプラズマ処理装置の各部を制御する。詳細な一例を挙げると、制御部６０は、有機膜に対するプラズマエッチング処理が行われる場合には、以下の処理を行う。すなわち、制御部６０は、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより第２のプラズマ中のラジカル量を調整する。また、制御部６０は、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ第１のプラズマ中の電子を移動させ、該電子により第２のプラズマ中のイオン量を調整する。第１のプラズマと第２のプラズマとは異なるポテンシャルを持っている。第１のプラズマの上部側にはアノードシースとプラズマの下部側にはカソードシースが形成されている。また、第２のプラズマの上部側にはアノードシースとプラズマの下部側にはカソードシースが形成されている。つまり、第１のプラズマのカソードシースと第２のプラズマのアノードシースが隣接している。第１のプラズマ中の電子は、第１のプラズマのカソードシースと第２のプラズマのアノードシース間の電位差により加速され第２のプラズマ中に電子ビームとして導入される。この第１のプラズマのカソードシースの大きさは、上述した第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することにより容易に調整することができる。その結果、電子ビームの入射エネルギーと第２のプラズマ中のイオン量を容易に調整することができる。また、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御することによって、第１のプラズマ中のラジカル量が容易に調整できる。このようにして、第１の高周波電源１０ａの全電力量の大きさの制御でラジカル量が、比率の制御でイオン量がそれぞれ独立して制御でき、このようなプラズマによって所望の処理特性が得られる。ここで処理特性とはプラズマによるプラズマ処理速度（エッチレート、デポレート）やウエハＷ面内の均一性やデバイスの形状などが含まれる。
また、他の例を挙げると、制御部６０は、ＡＬＥ処理が行われる場合には、以下の処理を行う。すなわち、制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂのＯＮ／ＯＦＦを間欠的に制御する。そして、制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂをＯＦＦ制御する期間に、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整する。また、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ第１のプラズマ中の電子を加速し、電子ビームとして入射させる。該電子により被処理体の表面を活性化し、活性化した被処理体の表面と処理空間Ｓへ導入される第１のプラズマ中のラジカルとの反応物を生成する。そして、制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂをＯＮ制御する期間に、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介して内部空間から処理空間へ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより第３のプラズマ中のラジカル量を調整する。また、第１及び第２の電極にそれぞれ供給される第１の高周波電力の比率を制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ第１のプラズマ中の電子を供給し、該電子により第１及び第２の処理ガスの第３のプラズマ中のイオン量を調整し、イオン量を調整した第３のプラズマにより反応物をエッチングする。ここで、第２の高周波電源１０ｂのＯＮ／ＯＦＦを間欠的に制御するとは、例えば、第２の高周波電源１０ｂによるバイアス電力の供給及び供給停止を交互に繰り返し行うことに相当する。
次に、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理の流れの一例を説明する。図２は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理の流れの一例を示すフローチャートである。図２に示す例では、有機膜に対するプラズマエッチング処理が行われる場合のプラズマ処理の流れを示している。
図２に示すように、プラズマ処理装置は、処理容器１内の処理空間Ｓとガス拡散室１６ｃを減圧する（ステップＳ１０１）。そして、プラズマ処理装置は、第１の処理ガスを誘電体１６のガス拡散室１６ｃに供給する（ステップＳ１０２）。例えば、プラズマ処理装置は、ＣＦ系ガス及び／又はＣＨＦ系ガス等を処理ガスとして誘電体１６のガス拡散室１６ｃに供給する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、第１のガス供給源１８から第１の処理ガスを誘電体１６のガス拡散室１６ｃに供給する。
続いて、プラズマ処理装置は、処理空間Ｓとガス拡散室１６ｃの圧力差が安定するまで減圧する（ステップＳ１０３）。例えば、処理容器１内の処理空間Ｓの圧力が誘電体１６のガス拡散室１６ｃの圧力の１／１０倍以下、好ましくは、１／１００倍以下となるまで、処理容器１内の処理空間Ｓを減圧する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、排気装置７３を用いて処理容器１内の処理空間Ｓを減圧する。その際に、処理空間Ｓとガス拡散室１６ｃの間の連通孔の径を予め調整しておき、減圧したときに処理空間Ｓとガス拡散室１６ｃで安定した圧力差が出るように減圧する。この減圧によって、ガス拡散室１６ｃで生成された第１のプラズマ中のラジカルと、第１の処理ガスとを連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ導入する。
続いて、プラズマ処理装置は、載置台２にバイアス電力を供給する（ステップＳ１０４）。例えば、プラズマ処理装置は、載置台２に１３ＭＨｚの高周波電力をバイアス電力として供給する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂから載置台２にバイアス電力を供給することによって、処理空間Ｓへ導入される第１の処理ガスの第２のプラズマを生成し、生成した第２のプラズマ中のイオンを半導体ウエハＷへ引き込む。
続いて、プラズマ処理装置は、上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方にプラズマ生成電力を供給する（ステップＳ１０５）。例えば、プラズマ処理装置は、上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方に４００ｋＨｚの高周波電力をプラズマ生成電力として供給する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、第１の高周波電源１０ａから電力分配器２３を介して上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方にプラズマ生成電力を供給することによって、ガス拡散室１６ｃに供給される第１の処理ガスの第１のプラズマを生成する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより第２のプラズマ中のラジカル量を調整する。このようにして、第２のプラズマ中のラジカル密度が、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさによって制御される。
続いて、プラズマ処理装置は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御する（ステップＳ１０６）。例えば、プラズマ処理装置は、プラズマ生成電力を上側電極２１及び下側電極２２へ分配する電力分配器２３を用いて、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により第２のプラズマ中のイオン量を調整する。第１のプラズマと第２のプラズマのポテンシャルは異なっており、この第１のプラズマのシースと第２のプラズマのシースにより電子は加速され、電子ビームとなって第２のプラズマに入射する。この際、制御部６０は、電力分配器２３の分配比率の制御値として、（上側電極２１に供給されるプラズマ生成電力）：（下側電極２２に供給されるプラズマ生成電力）＝Ｐ１：Ｐ２を電力分配器２３に出力する。例えば、制御部６０は、Ｐ１に対してＰ２が大きくなる電力分配器２３の分配比率の制御値を出力する。Ｐ１に対してＰ２が大きくなるほど、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ移動する第１のプラズマ中の電子の数が増加する。この結果、処理空間Ｓに存在する処理ガス中の気体原子に対して衝突する電子の数が増加し、処理空間Ｓで生成した第２のプラズマ中のイオン量が増加する。また、例えば、制御部６０は、Ｐ１に対してＰ２が小さくなる電力分配器２３の分配比率の制御値を出力する。Ｐ１に対してＰ２が小さくなるほど、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ移動する第１のプラズマ中の電子の数が減少する。この結果、処理空間Ｓに存在する処理ガス中の気体原子に対して衝突する電子の数が減少し、処理空間Ｓで生成した第２のプラズマ中のイオン量が減少する。このようにして、第２のプラズマ中のイオン密度が、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって制御される。このようにして、被処理体（半導体ウエハＷ）の所望の処理特性を得るための処理空間内の第２のプラズマ中のイオン密度とラジカル密度をそれぞれ独立に調整することができる。
なお、制御部６０は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御した上で、さらに、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の位相差を調整しても良い。この場合、制御部６０は、電力分配器２３を用いてプラズマ生成電力の位相差に調整する。例えば、制御部６０は、電力分配器２３によって調整されるプラズマ生成電力の位相差の制御値として１８０°を電力分配器２３に出力する。この結果、上側電極２１に供給されるプラズマ生成電力と、下側電極２２に供給されるプラズマ生成電力との総和を変更することなく、ガス拡散室において第１のプラズマを効率良く生成することが可能となる。
次に、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理の流れの他の例を説明する。図３は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理の流れの他の例を示すフローチャートである。図３に示す例では、ＡＬＥ処理が行われる場合のプラズマ処理の流れを示している。
図３に示すように、プラズマ処理装置は、処理容器１内の処理空間Ｓとガス拡散室１６ｃを減圧する（ステップＳ２０１）。そして、プラズマ処理装置は、第１の処理ガスを誘電体１６のガス拡散室１６ｃに供給する（ステップＳ２０２）。例えば、プラズマ処理装置は、Ｃｌ２等を第１の処理ガスとして誘電体１６のガス拡散室１６ｃに供給する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、第１のガス供給源１８から第１の処理ガスを誘電体１６のガス拡散室１６ｃに供給する。
続いて、プラズマ処理装置は、第２の処理ガスを処理容器１内の処理空間Ｓに供給する（ステップＳ２０３）。例えば、プラズマ処理装置は、Ａｒ等を第２の処理ガスとして処理容器１内の処理空間Ｓに供給する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、第２のガス供給源２０から第２の処理ガスを処理容器１内の処理空間Ｓに供給する。
続いて、プラズマ処理装置は、処理空間Ｓとガス拡散室１６ｃの圧力差が安定するまで減圧する（ステップＳ２０４）。例えば、処理容器１内の処理空間Ｓの圧力が誘電体１６のガス拡散室１６ｃの圧力の１／１０倍以下、好ましくは、１／１００倍以下となるまで、処理容器１内の処理空間Ｓを減圧する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、排気装置７３を用いて処理容器１内の処理空間Ｓを減圧する。その際に、処理空間Ｓとガス拡散室１６ｃの間の連通孔の径を予め調整しておき、減圧したときに処理空間Ｓとガス拡散室１６ｃで安定した圧力差が出るように減圧する。この減圧によって、ガス拡散室１６ｃで生成された第１のプラズマ中のラジカルと、第１の処理ガスとを連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ導入する。
続いて、プラズマ処理装置は、上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方にプラズマ生成電力を供給する（ステップＳ２０５）。例えば、プラズマ処理装置は、上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方に４００ｋＨｚの高周波電力をプラズマ生成電力として供給する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、第１の高周波電源１０ａから電力分配器２３を介して上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方にプラズマ生成電力を供給することによって、ガス拡散室１６ｃに供給される第１の処理ガスの第１のプラズマを生成する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより第２のプラズマ中のラジカル量を調整する。このようにして、第２のプラズマ中のラジカル密度が、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさによって制御される。
続いて、プラズマ処理装置は、載置台２へのバイアス電力の供給を停止する（ステップＳ２０６）。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂをＯＦＦ制御する。
続いて、プラズマ処理装置は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御する（ステップＳ２０７）。例えば、プラズマ処理装置は、プラズマ生成電力を上側電極２１及び下側電極２２へ分配する電力分配器２３を用いて、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂをＯＦＦ制御する期間に、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により半導体ウエハＷの表面を活性化し、活性化した半導体ウエハＷの表面と処理空間Ｓへ導入される第１のプラズマ中のラジカルとの反応物を生成する。この際、制御部６０は、電力分配器２３の分配比率の制御値として、（上側電極２１に供給されるプラズマ生成電力）：（下側電極２２に供給されるプラズマ生成電力）＝Ｐ１：Ｐ２を電力分配器２３に出力する。例えば、制御部６０は、Ｐ１に対してＰ２が大きくなる電力分配器２３の分配比率の制御値を出力する。Ｐ１に対してＰ２が大きくなるほど、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ移動する第１のプラズマ中の電子の数が増加する。この結果、半導体ウエハＷの表面を活性化するための電子の数が増加し、反応物の厚みが原子層単位で増加する。また、例えば、制御部６０は、Ｐ１に対してＰ２が小さくなる電力分配器２３の分配比率の制御値を出力する。Ｐ１に対してＰ２が小さくなるほど、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ移動する第１のプラズマ中の電子の数が減少する。この結果、半導体ウエハＷの表面を活性化する電子の数が減少し、反応物の厚みが原子層単位で減少する。
なお、制御部６０は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御した上で、さらに、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の位相差を調整しても良い。この場合、制御部６０は、電力分配器２３を用いてプラズマ生成電力の位相差に調整する。例えば、制御部６０は、電力分配器２３によって調整されるプラズマ生成電力の位相差の制御値として１８０°を電力分配器２３に出力する。この結果、上側電極２１に供給されるプラズマ生成電力と、下側電極２２に供給されるプラズマ生成電力との総和（全電力量の大きさ）を変更することなく、ガス拡散室において第１のプラズマを効率良く生成することが可能となる。
続いて、プラズマ処理装置は、載置台２にバイアス電力を供給する（ステップＳ２０８）。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂをＯＮ制御する。すなわち、制御部６０は、載置台２にバイアス電力を供給することによって、処理空間Ｓに供給される第１及び第２の処理ガス（Ｃｌ２やＡｒ等）の第３のプラズマを生成し、生成した第３のプラズマ中のイオンを半導体ウエハＷへ引き込む。この際、Ａｒのイオンの効果を高めるためにＣｌ２ガスとＡｒガスの流量比率は１：１００程度としておいてもよい。
続いて、プラズマ処理装置は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御する（ステップＳ２０９）。例えば、プラズマ処理装置は、プラズマ生成電力を上側電極２１及び下側電極２２へ分配する電力分配器２３を用いて、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御する。
より詳細な一例を挙げて説明する。プラズマ処理装置の制御部６０は、第２の高周波電源１０ｂをＯＮ制御する期間に、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により第３のプラズマ中のイオン量を調整し、イオン量を調整した第３のプラズマにより反応物をエッチングする。この際、制御部６０は、電力分配器２３の分配比率の制御値として、（上側電極２１に供給されるプラズマ生成電力）：（下側電極２２に供給されるプラズマ生成電力）＝Ｐ１：Ｐ２を電力分配器２３に出力する。例えば、制御部６０は、Ｐ１に対してＰ２が大きくなる電力分配器２３の分配比率の制御値を出力する。Ｐ１に対してＰ２が大きくなるほど、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ移動する第１のプラズマ中の電子の数が増加する。すると、処理空間Ｓに存在する第１及び第２の処理ガス中の気体原子に対して衝突する電子の数が増加し、処理空間Ｓで生成した第３のプラズマ中のイオン量が増加する。この結果、反応物に対するエッチング深さが原子層単位で増大する。また、例えば、制御部６０は、Ｐ１に対してＰ２が小さくなる電力分配器２３の分配比率の制御値を出力する。Ｐ１に対してＰ２が小さくなるほど、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ移動する第１のプラズマ中の電子の数が減少する。すると、処理空間Ｓに存在する第１及び第２の処理ガス中の気体原子に対して衝突する電子の数が減少し、処理空間Ｓで生成した第３のプラズマ中のイオン量が減少する。この結果、反応物に対するエッチング深さが原子層単位で減少する。
なお、制御部６０は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御した上で、さらに、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の位相差を調整しても良い。この場合、制御部６０は、電力分配器２３を用いてプラズマ生成電力の位相差に調整する。例えば、制御部６０は、電力分配器２３によって調整されるプラズマ生成電力の位相差の制御値として１８０°を電力分配器２３に出力する。この結果、上側電極２１に供給されるプラズマ生成電力と、下側電極２２に供給されるプラズマ生成電力との総和を変更することなく、ガス拡散室において第１のプラズマを効率良く生成することが可能となる。
その後、プラズマ処理装置は、第２の高周波電源１０ｂに対するＯＮ制御／ＯＦＦ制御の繰り返し回数が所定の回数に到達していない場合には（ステップＳ２１０；Ｎｏ）、処理をステップＳ２０５に戻す。一方、プラズマ処理装置は、第２の高周波電源１０ｂに対するＯＮ制御／ＯＦＦ制御の繰り返し回数が所定の回数に到達した場合には（ステップＳ２１０；Ｙｅｓ）、プラズマ処理を終了する。
以上、第１の実施形態によれば、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより第２のプラズマ中のラジカル量を調整する。また、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中の電子を調整し、該電子により第２のプラズマ中のイオン量を調整する。このため、第１の実施形態によれば、処理空間Ｓにおけるプラズマ中のラジカル量及びイオン量をそれぞれ独立に適切な量に調整することが可能となる。この結果、第１の実施形態によれば、被処理体の被処理面内におけるマスク選択比やＣＤ等の所望の処理特性を得るためのイオン密度をラジカル密度とは独立して調整することが可能となる。
ここで、比較例として、多数の貫通孔が形成されたグリッド電極により処理容器の内部を、プラズマを生成するためのプラズマ生成空間と、被処理体をプラズマ処理するための処理空間との２つの空間に分割する場合を想定する。しかしながら、比較例では、プラズマ生成空間のプラズマと処理空間で生成したプラズマの間にシースが形成されず同一ポテンシャルのプラズマになってしまう。このため、比較例では、被処理体の被処理面内におけるマスク選択比やＣＤ等の所望の処理特性を得るためのイオン密度をラジカル密度とは独立して調整することが困難である。
図４は、上側電極及び下側電極にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御若しくは比率を制御する場合について示すための図である。図４において、横軸は、処理空間Ｓにおけるプラズマ中のラジカル量Γｎｒと、処理空間Ｓにおけるプラズマ中のイオン量Γｎｉとの比（Γｎｒ／Γｎｉ）を示し、縦軸は、イオン１個に対して被処理体の表面を成す原子が何個削れたかを示すパラメータであるＥｔｃｈ Ｙｉｅｌｄを示す。Ｅｔｃｈ Ｙｉｅｌｄは、プラズマ処理で言うところのプラズマ処理速度（エッチレート）と正の相関がある。つまり、Ｅｔｃｈ Ｙｉｅｌｄは、イオン量とラジカル量の相互反応によって決まる。なお、図４に示した、Γｎｒ／ΓｎｉとＥｔｃｈ Ｙｉｅｌｄとの対応関係の詳細は、「R. A. Gottscho, Gaseous Electronics Conference & American Physical Society, Nov, 2011」に記載されているので、ここではその説明を省略する。
上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御する場合、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより第２のプラズマ中のラジカル量を調整することが可能である。また、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御する場合、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ第１のプラズマ中の電子を移動させ、該電子により第２のプラズマ中のイオン量を調整することが可能である。すなわち、この場合、処理空間Ｓにおけるプラズマ中のラジカル量Γｎｒと、処理空間Ｓにおけるプラズマ中のイオン量Γｎｉとの比（Γｎｒ／Γｎｉ）を自由に変更することが可能である。このため、図４に示すように、Γｎｒ／Γｎｉの変更に伴って、Ｅｔｃｈ Ｙｉｅｌｄを最適な値に調節することが可能である。この結果、被処理体の被処理面内におけるマスク選択比やＣＤ等の所望の処理特性を得ることが可能である。例えば、Ｅｔｃｈ Ｙｉｅｌｄを一定（エッチレートを一定）にし、ウエハＷの面内において均一にエッチングを行いたい場合は、第２のプラズマ中のラジカル量Γｎｒとイオン量Γｎｉとの比（Γｎｒ／Γｎｉ）を大きくすればよい。
このように、グリッド電極により処理容器の内部をプラズマ生成空間と処理空間とに分割する場合と比較して、第１の実施形態によれば、被処理体の被処理面内におけるマスク選択比やＣＤ等の所望の処理特性を容易に得ることが可能である。
また、第１の実施形態では、第２の高周波電源１０ｂのＯＮ／ＯＦＦを間欠的に制御し、第２の高周波電源１０ｂをＯＦＦ制御する期間に、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により被処理体の表面を活性化し、活性化した被処理体の表面と処理空間Ｓへ導入される第１のプラズマ中のラジカルとの反応物を生成する。そして、第１の実施形態では、第２の高周波電源１０ｂをＯＮ制御する期間に、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により第３のプラズマ中のイオン量を調整し、イオン量を調整した第３のプラズマにより反応物をエッチングする。この結果、ＡＬＥ処理が行われる場合でも、被処理体の被処理面内におけるマスク選択比やＣＤ等の所望の処理特性を得るためのイオン密度とラジカル密度とをそれぞれ独立して調整することが可能である。
（変形例）
次に、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例について説明する。図５は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例を示す概略断面図である。図６は、図５に示した誘電体の構造の一例を説明するための概略平面図である。変形例のプラズマ処理装置は、誘電体１６の構造、上側電極２１及び下側電極２２の配置態様、及び制御部６０の処理内容等が図１に示したプラズマ処理装置と異なるだけであり、その他の構成は図１と同様である。したがって、図１に示したプラズマ処理装置と同様の構成については、説明を省略する。
図５及び図６に示すように、変形例のプラズマ処理装置において、誘電体１６の上部誘電体１６ａのガス拡散室１６ｃ内には、１つ以上の環状隔壁２４が設けられている。１つ以上の環状隔壁２４は、各々、誘電体１６の径方向、言い換えると、半導体ウエハＷの径方向に沿って異なる位置に配置される。図６では、環状隔壁２４は、半導体ウエハＷの径方向に沿って中心側から、第１の環状隔壁２４ａ、第２の環状隔壁２４ｂ及び第３の環状隔壁２４ｃで示されている。これにより、上部誘電体１６ａのガス拡散室１６ｃは、半導体ウエハＷの径方向に沿って中心側から、第１のガス拡散室１６ｃ−１、第２のガス拡散室１６ｃ−２、第３のガス拡散室１６ｃ−３及び第４のガス拡散室１６ｃ−４に分割されている。このように、上部誘電体１６ａのガス拡散室１６ｃは、半導体ウエハＷの径方向に沿って同心円状の複数の小空間に分割される。
なお、環状隔壁２４の数は、１つ以上であれば特に制限されないが、例えば、図６で示したように３つとしても良く、２つであっても良く、４つ以上であっても良い。
第１のガス拡散室１６ｃ−１、第２のガス拡散室１６ｃ−２、第３のガス拡散室１６ｃ−３及び第４のガス拡散室１６ｃ−４の各々の下面には、貫通孔である複数のガス通流孔１６ｄが設けられている。
下部誘電体１６ｂには、下部誘電体１６ｂを厚み方向に貫通する複数のガス導入孔１６ｅが上部誘電体１６ａのガス通流孔１６ｄと重合するように設けられている。下部誘電体１６ｂのガス導入孔１６ｅと、上部誘電体１６ａのガス通流孔１６ｄとは、ガス拡散室１６ｃを処理空間Ｓに連通させる連通孔を構築する。これにより、第１のガス拡散室１６ｃ−１、第２のガス拡散室１６ｃ−２、第３のガス拡散室１６ｃ−３及び第４のガス拡散室１６ｃ−４の各々は、連通孔を介して処理空間Ｓに連通する。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された第１の処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内の処理空間Ｓにシャワー状に分散されて供給される。以下では、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを、適宜「連通孔」と呼ぶことがある。
誘電体（上部誘電体１６ａ）１６には、４つのガス拡散室（第１のガス拡散室１６ｃ−１、第２のガス拡散室１６ｃ−２、第３のガス拡散室１６ｃ−３及び第４のガス拡散室１６ｃ−４）の各々へ処理ガスを導入するための４つのガス導入口１６ｆが形成されている。４つのガス導入口１６ｆの各々には、ガス供給配管１７から分岐した４つの分岐配管の各々が接続され、ガス供給配管１７の基端には、第１のガス供給源１８が接続されている。なお、ガス供給配管１７から分岐した４つの分岐配管の各々には、ガス供給配管１７を開閉するバルブ１７ａや、図示しない流量調整器（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）等が設けられている。
誘電体１６には、上部誘電体１６ａ、環状隔壁２４及び下部誘電体１６ｂを厚み方向に貫通し、処理容器１内の処理空間Ｓに至る複数の貫通孔１６ｇが形成されている。複数の貫通孔１６ｇの各々には、ガス供給配管１９から分岐した複数の分岐配管の各々が接続され、ガス供給配管１９の基端には、第２のガス供給源２０が接続されている。なお、ガス供給配管１９から分岐した複数の分岐配管の各々には、ガス供給配管１９を開閉するバルブ１９ａや、図示しない流量調整器（ＭＦＣ）等が設けられている。
また、誘電体１６（上部誘電体１６ａ）の内部の、４つのガス拡散室の各々に対応する位置には、上側電極２１と下側電極２２との対が複数形成されている。上側電極２１と下側電極２２との対の各々は、４つのガス拡散室の各々を挟んで対向している。
上側電極２１と下側電極２２との対の各々には、複数の電力分配器２３の各々を介して第１の高周波電源１０ａが接続されている。第１の高周波電源１０ａは、複数の電力分配器２３の各々を介して、上側電極２１と下側電極２２との対の各々に含まれる上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方に高周波電力を供給する。より詳細には、第１の高周波電源１０ａは、複数の電力分配器２３の各々を介して、上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方に高周波電力を供給することによって、第１のガス供給源１８から４つのガス拡散室に供給される第１の処理ガスのプラズマを独立に生成する。第１の高周波電源１０ａから複数の電力分配器２３の各々を介して上側電極２１及び下側電極２２の少なくともいずれか一方に供給される高周波電力を、以下では適宜「プラズマ生成電力」と呼ぶ。また、プラズマ生成電力を用いて４つガス拡散室で独立に生成された第１の処理ガスのプラズマを、以下では適宜「第１のプラズマ」と呼ぶ。
複数の電力分配器２３の各々は、第１の高周波電源１０ａから入力されるプラズマ生成電力を上側電極２１及び下側電極２２へ分配する。複数の電力分配器２３の各々によるプラズマ生成電力の分配に用いられる全電力量の大きさ及び分配比率、言い換えると、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさと比率は、可変である。複数の電力分配器２３の各々の全電力量の大きさと分配比率の制御値は、例えば、後述する制御部６０によって個別に入力される。すなわち、複数の電力分配器２３の各々は、制御部６０によって入力される全電力量の大きさと分配比率の制御値を用いて、第１の高周波電源１０ａから入力されるプラズマ生成電力を上側電極２１及び下側電極２２へ分配する。
変形例における制御部６０は、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介して４つのガス拡散室の各々から処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整する。また、変形例における制御部６０は、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって、連通孔を介して４つのガス拡散室の各々から処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整する。これらのラジカル及び電子により半導体ウエハＷの径方向に沿って第２のプラズマ中のラジカル量及びイオン量の分布を調整する。例えば、制御部６０は、プラズマ生成電力を上側電極２１及び下側電極２２へ分配する電力分配器２３を用いて、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさ及び比率を制御する。
より詳細な一例を挙げて説明する。制御部６０は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさを制御することによって、連通孔を介して４つのガス拡散室の各々から処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより第２のプラズマ中のラジカル量を調整する。この際、制御部６０は、複数の電力分配器２３の各々の全電力量の大きさを制御値として複数の電力分配器２３に個別に出力する。このようにして、第２のプラズマ中のラジカル密度が、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさによって制御される。これにより、半導体ウエハＷの径方向に沿った第２のプラズマ中のラジカル量の分布を調整することが可能となる。また、制御部６０は、上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の比率を制御することによって、連通孔を介して４つのガス拡散室の各々から処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により第２のプラズマ中のイオン量を調整する。この際、制御部６０は、複数の電力分配器２３の各々の分配比率の制御値として、（上側電極２１に供給されるプラズマ生成電力）：（下側電極２２に供給されるプラズマ生成電力）＝Ｐ１：Ｐ２を複数の電力分配器２３に個別に出力する。例えば、制御部６０は、Ｐ１に対してＰ２が大きくなる電力分配器２３の分配比率の制御値を出力する。Ｐ１に対してＰ２が大きくなるほど、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ移動する第１のプラズマ中の電子の数が増加する。この結果、処理空間Ｓに存在する処理ガス中の気体原子に対して衝突する電子の数が増加し、処理空間Ｓで生成した第２のプラズマ中のイオン量が増加する。また、例えば、制御部６０は、Ｐ１に対してＰ２が小さくなる電力分配器２３の分配比率の制御値を出力する。Ｐ１に対してＰ２が小さくなるほど、連通孔を介してガス拡散室１６ｃから処理空間Ｓへ移動する第１のプラズマ中の電子の数が減少する。この結果、処理空間Ｓに存在する処理ガス中の気体原子に対して衝突する電子の数が減少し、処理空間Ｓで生成した第２のプラズマ中のイオン量が減少する。これにより、半導体ウエハＷの径方向に沿った第２のプラズマ中のイオン量の分布を調整することが可能となる。
変形例のプラズマ処理装置によれば、第１の高周波電源１０ａから上側電極２１及び下側電極２２にそれぞれ供給されるプラズマ生成電力の全電力量の大きさ及び比率をそれぞれ独立して制御することができる。また、変形例のプラズマ処理装置によれば、連通孔を介して４つのガス拡散室の各々から処理空間Ｓへ供給される第１のプラズマ中のラジカル量及び電子の量をそれぞれ独立に調整することができる。これらによって、半導体ウエハＷの径方向に沿って第２のプラズマ中のラジカル量とイオン量の分布をそれぞれ独立に調整する。この結果、変形例のプラズマ処理装置によれば、半導体ウエハＷの径方向に沿ったラジカル密度とイオン密度の分布を独立して調整することが可能となる。
Ｗ 半導体ウエハ
Ｓ 処理空間
１ 処理容器
２ 載置台
１０ａ 第１の高周波電源
１０ｂ 第２の高周波電源
１６ 誘電体
１６ａ 上部誘電体
１６ｂ 下部誘電体
１６ｃ ガス拡散室
１６ｄ ガス通流孔
１６ｅ ガス導入孔
１８ 第１のガス供給源
２０ 第２のガス供給源
２１ 上側電極
２２ 下側電極
２３ 電力分配器
６０ 制御部
７３ 排気装置

Claims (6)

  1. 処理空間を画成する処理容器と、
    前記処理空間に配置され、被処理体を載置する載置台と、
    前記処理空間を塞ぐように前記処理容器に取り付けられ、内部空間と、該内部空間を前記処理空間に連通させる連通孔とが形成された誘電体と、
    前記誘電体内に形成され、前記内部空間を挟んで対向する第１及び第２の電極と、
    プラズマ処理に用いられる第１の処理ガスを前記内部空間に供給する第１のガス供給機構と、
    前記第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方に第１の高周波電力を供給することによって、前記内部空間に供給される前記第１の処理ガスの第１のプラズマを生成する第１の高周波電源と、
    前記処理空間を減圧することによって、前記第１のプラズマ中のラジカルと前記第１の処理ガスとを前記連通孔を介して前記内部空間から前記処理空間へ導入する減圧機構と、
    前記載置台に第２の高周波電力を供給することによって、前記処理空間へ導入される前記第１の処理ガスの第２のプラズマを生成し、該第２のプラズマ中のイオンを前記被処理体へ引き込む第２の高周波電源と、
    前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の全電力量の大きさを制御することによって、前記連通孔を介して前記内部空間から前記処理空間へ供給される前記第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより前記第２のプラズマ中のラジカル量を調整し、
    前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の比率を制御することによって、前記連通孔を介して前記内部空間から前記処理空間へ供給される前記第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により前記第２のプラズマ中のイオン量を調整する制御部と
    を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記誘電体の前記内部空間は、前記被処理体の径方向に沿って同心円状の複数の小空間に分割され、
    前記複数の小空間の各々は、前記連通孔を介して前記処理空間に連通し、
    前記第１及び第２の電極は、前記誘電体内の、前記複数の小空間の各々に対応する位置に形成され、前記複数の小空間の各々を挟んで対向し、
    前記制御部は、前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の全電力量の大きさを制御することによって、前記連通孔を介して前記複数の小空間の各々から前記処理空間へ供給される前記第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより前記被処理体の径方向に沿って前記第２のプラズマ中のラジカル量の分布を調整し、
    前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の比率を制御することによって、前記連通孔を介して前記複数の小空間の各々から前記処理空間へ供給される前記第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により前記被処理体の径方向に沿って前記第２のプラズマ中のイオン量の分布を調整する
    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. 前記制御部は、さらに、前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の位相差を調整する
    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. 前記制御部は、前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される高周波電力の位相差を１８０°に調整する
    ことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 第２の処理ガスを前記処理空間に供給する第２のガス供給機構をさらに備え、
    前記第２の高周波電源は、前記載置台に前記第２の高周波電力を供給することによって、前記処理空間に供給される前記第１及び第２の処理ガスの第３のプラズマを生成し、該第３のプラズマ中のイオンを前記被処理体へ引き込み、
    前記制御部は、さらに、前記第２の高周波電源のＯＮ／ＯＦＦを間欠的に制御し、
    前記第２の高周波電源をＯＦＦ制御する期間に、前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の比率を制御することによって、前記連通孔を介して前記内部空間から前記処理空間へ供給される前記第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により前記被処理体の表面を活性化し、活性化した前記被処理体の表面と前記処理空間へ導入される前記第１のプラズマ中のラジカルとの反応物を生成し、
    前記第２の高周波電源をＯＮ制御する期間に、前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の比率を制御することによって、前記連通孔を介して前記内部空間から前記処理空間へ供給される前記第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により前記第３のプラズマ中のイオン量を調整し、イオン量を調整した前記第３のプラズマにより前記反応物をエッチングする
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  6. 処理空間を画成する処理容器と、
    前記処理空間に配置され、被処理体を載置する載置台と、
    前記処理空間を塞ぐように前記処理容器に取り付けられ、内部空間と、該内部空間を前記処理空間に連通させる連通孔とが形成された誘電体と、
    前記誘電体内に形成され、前記内部空間を挟んで対向する第１及び第２の電極と、
    プラズマ処理に用いられる第１の処理ガスを前記内部空間に供給する第１のガス供給機構と、
    前記第１及び第２の電極の少なくともいずれか一方に第１の高周波電力を供給することによって、前記内部空間に供給される前記第１の処理ガスの第１のプラズマを生成する第１の高周波電源と、
    前記処理空間を減圧することによって、前記第１のプラズマ中のラジカルと前記第１の処理ガスとを前記連通孔を介して前記内部空間から前記処理空間へ導入する減圧機構と、
    前記載置台に第２の高周波電力を供給することによって、前記処理空間へ導入される前記第１の処理ガスの第２のプラズマを生成し、該第２のプラズマ中のイオンを前記被処理体へ引き込む第２の高周波電源と
    を備えたプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
    前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の全電力量の大きさを制御することによって、前記連通孔を介して前記内部空間から前記処理空間へ供給される前記第１のプラズマ中のラジカル量を調整し、該ラジカルにより前記第２のプラズマ中のラジカル量を調整し、
    前記第１及び第２の電極にそれぞれ供給される前記第１の高周波電力の比率を制御することによって、前記連通孔を介して前記内部空間から前記処理空間へ供給される前記第１のプラズマ中の電子の量を調整し、該電子により前記第２のプラズマ中のイオン量を調整する
    ことを特徴とするプラズマ処理方法。
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