WO2018061235A1 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

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南菜子 玉利
田村　仁
安井　尚輝
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J2237/3343—Problems associated with etching
    • H01J2237/3344—Problems associated with etching isotropy

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for processing a sample such as a semiconductor wafer using plasma formed in a processing chamber, and more particularly, plasma processing for processing a sample by supplying a magnetic field to the processing chamber and acting on the plasma.
  • the present invention relates to an apparatus and a plasma processing method.
  • a slight decrease in the uniformity of etching performance within the surface of the sample of the processing target semiconductor wafer or the like that occurs in each etching step is accumulated by the increase in the number of etching steps. It has become difficult to tolerate a reduction in in-plane uniformity.
  • a reactor and an exhaust structure a plasma axis symmetrization technique, a wafer placement electrode temperature control technique, and the like are used as a technique for realizing the above-described uniformity.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-312227
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-288259
  • Patent Document 1 the magnitude of the current supplied to the coil that forms the magnetic field in synchronization with the increase and decrease of the periodic intensity of the microwave generated by the magnetron to realize the pulse discharge that forms plasma in the processing chamber.
  • a technique for increasing the etching temperature of a sample by increasing the electron temperature of plasma in the processing chamber by periodically increasing / decreasing the plasma is disclosed.
  • Patent Document 2 includes a high-frequency antenna wound outside the chamber and a solenoid coil connected to a direct current (DC) power source through switching means, and the solenoid coil while supplying an electric field from the high-frequency antenna to the inside of the chamber.
  • the DC current supplied to the substrate is periodically turned on and off by the switching means, so that helicone plasma and inductively coupled plasma are alternately formed to transport the plasma toward the substrate disposed under the chamber or to generate ions /
  • a technique for freely changing the plasma density by controlling the radical generation ratio as desired is disclosed.
  • the plasma density distribution in the space inside the vacuum vessel that generates plasma may be extremely nonuniform under certain conditions.
  • the above-described conventional technique suppresses the nonuniformity of the distribution on the substrate to be processed, which is a substrate-like sample such as a semiconductor wafer, and reduces the nonuniformity of processing applied to the sample surface to some extent. It is possible.
  • the magnetic field supplied to the processing chamber is intermittently formed by a coil to improve the processing uniformity of the plasma density distribution above the upper surface of the substrate.
  • the timing and the period for switching the magnitude of the magnetic field formed by the coil are not specified, and the processing of the sample to be processed is more uniform in the radial direction.
  • An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of solving the above problems and improving uniformity.
  • the object is to provide a processing chamber disposed inside the vacuum chamber, a sample stage disposed in the processing chamber and on which a wafer to be processed is placed, and an electric field forming unit for forming an electric field supplied to the processing chamber. And a coil for forming a magnetic field for forming plasma in the processing chamber by acting on the electric field, and increasing or decreasing the intensity of the plasma in the processing chamber by repeatedly increasing or decreasing the strength of the magnetic field formed by the coil at a predetermined interval. And a controller for processing the wafer by repeatedly forming and diffusing the plasma.
  • the present invention it is possible to improve the processing uniformity of the substrate to be processed by making the plasma itself in the processing chamber autonomously uniformize the density distribution without making significant changes to the conventional apparatus configuration. Become.
  • the plasma processing apparatus which concerns on the Example of this invention WHEREIN The longitudinal cross-sectional view which shows typically the area
  • FIG. 1 a longitudinal section schematically showing a plasma region formed in the processing chamber at a specific time when DC power is supplied from the coil power source to the solenoid coil.
  • FIG. 1 a longitudinal section schematically showing a plasma region formed in the processing chamber at a specific time when DC power is supplied from the coil power source to the solenoid coil. It is a graph which shows typically the distribution of the characteristic of a wafer process performed inside a surface view and the said plasma processing apparatus. It is a graph which shows the change accompanying the transition of the time of the light emission intensity
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view for explaining the outline of the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a substrate-like sample such as a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) placed on the upper surface of a sample table disposed in a processing chamber in which the inside is reduced in pressure is formed in the processing chamber.
  • a plasma processing apparatus for processing using the plasma is described.
  • an electron microtron resonance Electro Microtron Resonance
  • An ECR plasma etching processing apparatus that etches a sample using plasma formed by exciting atoms or molecules of a processing gas supplied into the processing chamber by ECR) will be described.
  • the plasma processing apparatus 100 is roughly divided into a vacuum container part in which a processing chamber is arranged, an electromagnetic field forming part arranged in the upper part and the periphery of the vacuum container part, and a lower part of the vacuum container.
  • the exhaust device portion is provided.
  • the electromagnetic field forming unit is a part that generates an electric field and a magnetic field supplied to the processing chamber.
  • the exhaust unit is connected to the bottom surface of the vacuum vessel below the vacuum vessel, and includes a vacuum pump including a roughing pump such as a turbo molecular pump and a rotary pump that exhausts and decompresses the inside of the vacuum vessel, an inlet of the vacuum pump, and the inside of the vacuum vessel And a flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate or speed of the exhaust gas by increasing or decreasing the flow path cross-sectional area of the exhaust path between the exhaust port and the exhaust port.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the main part of such a plasma processing apparatus 100.
  • the vacuum vessel 115 of the plasma processing apparatus 100 is a metal vessel in which at least a part of the side wall constituting the upper portion has a cylindrical shape. Inside the cylindrical side wall, a processing chamber 104 is disposed that is a space having a cylindrical shape with an outer periphery surrounded by at least a part of the inner wall of the side wall.
  • processing gas is supplied.
  • the supplied gas is excited by an electric field or a magnetic field formed by the electromagnetic field forming unit and supplied to the upper portion of the processing chamber 104.
  • the excited atoms or molecules of the processing gas form a discharge to generate the processing chamber plasma containing charged particles such as ions and activated radicals.
  • the space above the processing chamber 104 is a discharge space for forming such plasma.
  • a window member 105 constituting the upper portion of the vacuum vessel 115 is disposed above the discharge space.
  • the window member 105 of the present embodiment is a disk-shaped member made of a dielectric material such as quartz that covers the cylindrical discharge chamber of the processing chamber 104.
  • the window member 105 is placed above the upper end of the side wall of the vacuum vessel 115 with a seal member such as an O-ring interposed between the outer peripheral edge of the lower surface thereof and the upper end of the side wall of the vacuum vessel 115.
  • the inside of the processing chamber 104 and the outside of the vacuum vessel 115 are hermetically sealed by pressing and deforming the O-ring from above and below.
  • a shower plate is disposed below the lower surface of the window member 105.
  • the shower plate is a member having a disk shape that forms the ceiling surface of the processing chamber 104.
  • a plurality of gas introduction holes through which the processing gas passes and is introduced into the processing chamber 104 from above are arranged at the center of the shower plate.
  • the shower plate is arranged below the window member 105 with a gap between the lower surface of the window member 105 and the gas introduction hole and with the diffusion of the processing gas supplied to the inside. This gap is connected to and communicated with a pipe that is a gas supply path for the processing gas connected to the upper portion of the vacuum vessel 115.
  • a sample stage 108 having a cylindrical shape on which the wafer 107 is placed and held is disposed inside the processing chamber 104 below the discharge space.
  • the space below the processing chamber 104 below the sample stage 108 communicates with the inlet of the vacuum pump through a circular exhaust port facing the processing chamber 104.
  • a space between the side wall and the inner side wall of the processing chamber 104 having a cylindrical shape is disposed so as to surround the sample table 108 on the outer peripheral side of the side wall of the cylindrical sampling table 108.
  • a plurality of beam-like support members connecting the vacuum vessel 115 and the side wall of the sample stage 108 are equiangular with each other around the central axis in the vertical direction of the sample stage 108. It is arranged at an angle approximating enough to be
  • the fine particles generated during the processing flow into the space below the processing chamber 104 below the sample table 108 through the space between the side walls of the sample table 108 and the processing chamber 104 which are the flow paths of the particles.
  • the fine particles flowing into the lower space flow into the vacuum pump from the exhaust port and are discharged out of the processing chamber 104.
  • the flow of such particles inside the processing chamber 104 is configured to be symmetric about the vertical axis of the sample stage 108.
  • the processing characteristics around the central axis of the wafer 107 held on the upper surface of the sample stage 108 so as to be aligned with the central axis and the distribution of the result are reduced in the circumferential direction.
  • the electromagnetic field forming portion is disposed at a location on the outer peripheral side of the cylindrical side wall above the window member 105 and above the vacuum chamber 115 surrounding the discharge space of the processing chamber 104.
  • a waveguide 103 which is a transmission path of the electric field of the microwave supplied into the processing chamber 104, is disposed as a part constituting the electromagnetic field forming unit.
  • a cylindrical hollow portion 103 having a diameter that is connected to the lower end portion of the waveguide 103 above the window member 105 and has a diameter that is the same as or similar to that of the discharge space of the window member 105 or the processing chamber 104. 'Is arranged and constitutes an electromagnetic field forming part.
  • the waveguide 103 of this embodiment includes a cylindrical portion connected to the upper end of the cavity 103 ′ and having a circular cross section. And a rectangular waveguide portion having one end connected to the upper end of the cylindrical waveguide portion and having a central axis in the horizontal direction and a rectangular cross section.
  • the other end of the rectangular portion of the waveguide 103 is connected with a power source 101 for generating microwaves, which is formed by oscillating a microwave electric field by supplying power such as magnetron, so that an electromagnetic field is provided.
  • the forming part is configured.
  • the microwave electric field formed at the other end of the rectangular portion of the waveguide 103 by the microwave generating power supply 101 propagates horizontally along the axis of the rectangular portion. Thereafter, the cylindrical portion propagates downward along its axis and is introduced into the cavity 103 '.
  • a specific mode of the electric field is formed or enhanced.
  • the electric field of the specific mode formed or enhanced is transmitted through the window member 105 to the discharge space of the processing chamber 104.
  • the processing chamber 104 can be regarded as constituting a part of the waveguide 103.
  • a plurality of solenoid coils 106 a, 106 b, 106 c are arranged at locations on the outer peripheral side of the vacuum vessel 115.
  • a plurality of solenoid coils 106a are surrounded by the outer peripheral side of the side wall surrounding the discharge space of the vacuum vessel 115 and the upper side of the hollow portion 103 ′ and the outer peripheral side of the cylindrical portion of the waveguide 103.
  • 106b, 106c are arranged.
  • the solenoid coils 106 a to 106 c are arranged in a ring shape so as to surround the waveguide 103, the cavity 103 ′, and the side wall of the processing chamber 104.
  • each of the solenoid coils 106a to 106c has a rectangular cross section in the figure.
  • the height position of the center of each winding of the solenoid coils 106a to 106c is arranged at three different positions in the vertical direction and has a three-stage configuration.
  • Each of the solenoid coils 106a to 106c is electrically connected to coil power supplies 114a, 114b, and 114c for supplying DC power to each of the solenoid coils 106a to 106c. Furthermore, controllers 113a, 113b, and 113c are connected to these coil power supplies 114a to 114c so as to be communicable therewith.
  • the controllers 113a, 113b, and 113c adjust the magnitudes of absolute values of DC currents supplied from the coil power supplies 114a, 114b, and 114c to which the controllers 113a, 113b, and 113c are connected so as to vary with time.
  • the command is transmitted to each of the coil power supplies 114a, 114b, and 114c.
  • a plasma monitor 102 is disposed.
  • the plasma monitor 102 can detect the intensity by receiving light emitted from plasma through a window made of a member having translucency and plasma resistance such as quartz disposed on the side wall of the vacuum vessel 115. And a light receiver.
  • the plasma monitor 102 is not limited to such an optical detector.
  • the location where the plasma monitor 102 for optically detecting the plasma state is arranged is appropriately selected according to the configuration to be detected.
  • it may be provided inside or on the upper surface of the sample stage 108, and may be arranged outside the processing chamber 104 such as above the window member 105.
  • the exhaust unit is provided below the bottom surface of the vacuum vessel 115.
  • the exhaust device section includes a turbo molecular pump that constitutes a part of the vacuum pump, and a flow rate adjusting valve disposed between the inlet of the turbo molecular pump and the exhaust port of the processing chamber 104.
  • the flow rate adjusting valve rotates around an axis extending in a direction crossing the central axis of the flow path inside the flow path of a duct or the like that is an exhaust path between the turbo molecular pump and the exhaust port. And a plurality of plate-like flaps for adjusting the flow rate or speed of the exhaust by increasing or decreasing the cross-sectional area of the flow path. Further, in the present embodiment, a circular valve is provided inside the processing chamber 104 between the circular exhaust port and the sample stage 108 disposed so as to coincide with the axis above the circular exhaust port.
  • the circular valve moves up and down in the processing chamber 104 below the sample stage 108 by a driving device such as a stepping motor or a fluid actuator arranged below the bottom surface of the vacuum vessel 115 (not shown).
  • a driving device such as a stepping motor or a fluid actuator arranged below the bottom surface of the vacuum vessel 115 (not shown).
  • the circular valve opens or closes the exhaust port or increases or decreases the distance between the exhaust port and the opening area of the exhaust path.
  • the vertical axis of each of the window member 105, the shower plate, the processing chamber 104, particularly the discharge space above the sample stage 108, and the sample stage 108 and the exhaust port is from the vertical direction. They are arranged at positions close to each other so that they can be seen or matched.
  • the sample stage 108 has a surface on which the wafer 107 is placed on the top. This surface is made of ceramic such as alumina or yttria, and is covered with a dielectric film covering the upper part of the sample stage 108.
  • a plurality of electrodes made of metal such as tungsten for electrostatically adsorbing the wafer 107 are arranged. These electrodes are arranged corresponding to a plurality of regions in the radial direction of the wafer 107.
  • the plurality of electrodes are electrically connected to a DC power source 109 that supplies DC power for forming static electricity that forms an electrostatic adsorption force on a dielectric film. Further, the plurality of electrodes are electrically connected to a high frequency power supply 110 that supplies high frequency power of a predetermined frequency.
  • the high-frequency power source 110 supplies high-frequency power to the electrodes to form a bias potential that attracts charged particles such as ions in the plasma to the upper surface of the wafer 107 according to the potential difference with the plasma during the processing of the wafer 107.
  • the high frequency power supply 110 is electrically connected to a plurality of electrodes via a high frequency filter circuit 111 and a matching circuit 112, respectively.
  • a vacuum transfer container which is another vacuum container (not shown), is directly connected to or connected to the side wall of the vacuum container 115 of the plasma processing apparatus 100 with another member interposed therebetween.
  • the vacuum transfer container includes a reduced-pressure transfer chamber in which the wafer 107 to be processed is transferred.
  • the reduced pressure in the transfer chamber is maintained at a pressure equal to or slightly higher than that of the processing chamber 104.
  • the wafer 107 is transferred by a robot arm arranged in a transfer chamber inside the vacuum transfer container.
  • the wafer 107 is placed on the hand of the robot arm and transferred from the reduced pressure transfer chamber to the inside of the processing chamber 104.
  • the wafer 107 is a gate that is a passage of the wafer 107 (not shown) that is disposed through the side wall of the vacuum vessel 115 and the side wall of the vacuum transfer vessel connected thereto and communicates between the transfer chamber and the processing chamber 104. Transported through.
  • the wafer 107 placed on the hand and carried into the processing chamber 107 is transferred to the upper part of the sample stage 108 and transferred to it. Thereafter, the robot arm leaves the processing chamber 104.
  • the wafer 107 is placed on a mounting surface made of a dielectric film on the sample stage 108.
  • DC power is supplied from the DC power supply 109 to the plurality of electrodes arranged in the dielectric film.
  • the electrostatic charge is formed and accumulated in the film containing the dielectric material such as ceramics by the supplied DC power. This electrostatic charge polarizes the charge inside the wafer 107 to form an electrostatic force between the charge of the dielectric film and the wafer 107 is attracted and held on the film.
  • the inside of the processing chamber 104 is sealed.
  • a processing gas from a gas source (not shown) is introduced into the processing chamber 104 from above through a plurality of gas introduction holes arranged in the center of the shower plate.
  • the pressure in the processing chamber 104 is controlled by a balance between the introduction of gas from the gas introduction port and the flow rate or speed of the exhaust gas from the gas introduction port. The value is adjusted within a desired range suitable for the processing of the wafer 107.
  • the microwave electric field generated by the microwave power supply 101 and oscillated is propagated through the waveguide inside the waveguide 103.
  • the propagated microwave passes through the circular cross section of the waveguide 103 and is introduced into the cavity 103 ′. Further, the light passes through the window member 105 constituting the bottom surface of the cavity 103 ′ and is introduced into the processing chamber 104.
  • a direct current is supplied from the coil power supplies 114a to 114c to the solenoid coils 106a to 106c around the processing chamber 104.
  • a magnetic field formed by these solenoid coils 106 a to 106 c is supplied into the processing chamber 104.
  • the microwave electric field is circularly polarized in the cylindrical portion.
  • the formed circularly polarized wave is supplied from the lower end of the cylindrical portion of the waveguide 103 to the processing chamber 104 through the cavity 103 ′.
  • the direct current supplied from the coil power supplies 114a to 114c to the solenoid coils 106a to 106c in response to command signals from the controllers 113a to 113c changes the magnitude of the absolute value over time.
  • the value is adjusted so as to have a plurality of large and small values every predetermined period.
  • a plurality of large and small DC currents are repeatedly supplied to the solenoid coils 106a to 106c.
  • a second period in which a direct current having a small absolute value is supplied after a first period in which a direct current having a large absolute value is supplied continues. Supplied. Then, a set of periods composed of the first and second periods is grouped together, and a group of periods in which the output of the direct current is made to have respective large and small values is repeatedly supplied.
  • ECR electron cyclotron resonance
  • the processing target film layer having a multi-layered film structure including a mask layer and a processing target film layer formed in advance on the upper surface of the wafer 107 is performed.
  • a gas having heat transfer properties such as He is placed inside the sample table 108 in the gap between the back surface of the wafer 107 and the upper surface of the dielectric film that forms the mounting surface of the sample table 108. Supplied through the supplied supply line. Further, the coolant is supplied to the flow path inside the metal disk or cylindrical member inside the sample stage 108 and flows therethrough.
  • heat transfer gas By supplying the heat transfer gas, heat transfer between the wafer 107 and the sample stage 108 through which the refrigerant flows through the refrigerant flow path is promoted.
  • the pressure of the heat transfer gas or the temperature or pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant flow path is adjusted so that the temperature of the wafer 107 falls within a desired value range suitable for processing.
  • Predetermined high frequency power is supplied from the high frequency power supply 110 to the electrodes arranged in the dielectric film in a state where plasma is formed.
  • a bias potential is formed above the upper surface of the wafer 107 in accordance with the plasma potential.
  • Charged particles such as ions in the plasma are attracted toward the upper surface of the wafer 107 according to the potential difference between the bias potential and the plasma and collide with the upper surface. As a result, the processing of the film layer to be processed included in the film structure on the upper surface of the wafer 107 is promoted in the intended direction.
  • the intensity of the light having a wavelength corresponding to the reaction of the process and its change over time are detected as data in time series.
  • the processing of the wafer 107 is continued until it is determined and detected that such an end point has been reached.
  • the supply of the high frequency power from the high frequency power supply 110 to the sample stage 108 and the supply of the electric field and magnetic field to the processing chamber 104 are stopped, the plasma is extinguished, and the processing of the wafer 107 is stopped.
  • the electrostatic adsorption force due to the DC power from the DC power source 109 is reduced or eliminated. Then, the gate valve is opened, and the wafer 107 is delivered onto the hand portion of the robot arm that has entered the processing chamber 104 from the transfer chamber.
  • the unprocessed wafer 107 placed on the hand portion of another arm after the processed wafer 107 is unloaded by the robot arm is stored.
  • the sample is carried into the processing chamber 104 and delivered to the sample stage 108. If there is no unprocessed wafer 107, the processing of the wafer 107 in the plasma processing apparatus 100 is stopped.
  • the magnitude of the direct current supplied to each of the solenoid coils 106a to 106c from each of the coil power supplies 114a to 114c is made to have a plurality of large and small values over time.
  • each of the coil power supplies 114a to 114c outputs each of a plurality of values for a specific period corresponding to each of the plurality of values.
  • a pattern of power supply in which a direct current is output in a specific order with a magnitude corresponding to each period as time passes (temporally modulated) is repeatedly performed during processing. Is called.
  • a magnetic field generated by each of the solenoid coils 106 a to 106 c is supplied into the processing chamber 104.
  • the magnitude of the current output from the coil power supplies 114a to 114c and the period thereof are determined by the radius of the wafer 107 or the processing chamber 104 having the intensity or density of the plasma formed in the processing chamber 104.
  • the direction distribution is selected in advance so as to be desired for each period.
  • FIG. 10 is a graph showing a change with time of the intensity of plasma emission detected in the processing chamber detected through the plasma monitor 102 in the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 11 is a graph showing a change with time of the value of the current supplied to the solenoid coil in the embodiment shown in FIG.
  • the plasma monitor 102 for detecting the intensity of light emission from the plasma formed in the processing chamber 104 and its temporal change was used to acquire the data of FIG.
  • a monitor is not limited to a configuration that detects light emission, and may be a monitor that detects characteristics representative of the plasma state such as the intensity of plasma in the processing chamber 104.
  • a detecting means there is a means for detecting the value or amplitude of the DC voltage of the mounting electrode 108.
  • each of the controllers 113a to 113c connected so as to be communicable with each of the coil power sources 114a to 114c has a predetermined intensity of plasma emission formed in the processing chamber 104 at every sampling time ⁇ t.
  • the DC current supplied to the corresponding solenoid coils 106a to 106c is modulated in synchronization.
  • a direct current is supplied from coil power supplies 114a to 114c to each of solenoid coils 106a to 106c to which the coil power sources 114a to c are connected. Adjustment is started to By supplying such current, each of the solenoid coils 106 a to 106 c forms a magnetic field, and thereby plasma by ECR is formed in the processing chamber 104.
  • the value of the current to be supplied is adjusted by each of the coil power supplies 114a to 114c receiving the command signal from each of the controllers 113a to 113c. As shown in FIG. 11, in this example, at time t0 ′, it starts to rise from a predetermined minimum value, reaches a predetermined maximum value after time ⁇ T, and then remains constant for a period including time t0 to t1. .
  • a current having a large absolute value is supplied from the coil power sources 114a to 114c during the period from the time t0 ′ to the time t1. Done. Furthermore, a current having a small absolute value is supplied from time t1 to time t5.
  • the transition from the time t0 ′ until the current flowing in the coil reaches a predetermined maximum value after the supply of a current having a large absolute value is reached (the intensity of the generated magnetic field is maximized).
  • the required time ⁇ T is included.
  • a transition period ⁇ T from the time t1 until the current flowing through the coil reaches a predetermined minimum value (the intensity of the generated magnetic field is minimized) after the supply of a current having a small absolute value is started is included.
  • time modulation for generating a magnetic field or supplying power to the solenoid coils 106a to 106c with a plurality of different magnitudes for a predetermined period. This is repeated in the processing period of the wafer 107.
  • the period from the time t0 ′ to the time t5 including the time maintained at the two values of the maximum value and the minimum value and the transition time thereof is taken as one cycle, The process is repeated until generation or determination of the arrival of the target film thickness (end point) of the film to be processed.
  • the adjustment of the current supplied to the solenoid coils 106a to 106c of this example will be specifically described.
  • a current having a large absolute value is started from time t0 ′, and after ⁇ T, the current value is set to the maximum value in one cycle, and the intensity or distribution of the plasma formed in the processing chamber 104 is in a steady state. It is detected by a control device (not shown) using the output from the plasma monitor 102. This determined time is assumed to be t1.
  • the data relating to the light emission in the processing chamber 104 received by the plasma monitor 102 is detected as time-series plasma light emission intensity data for each time during the processing of the interval ⁇ t in the control device. Further, in this control device, the magnitude of the gradient of the temporal change in the intensity of the light emission is detected from the time series data.
  • the data indicating the inclination of the detected change in the intensity of light emission is stored in a storage device such as a hard disk or a removable disk that is communicably connected to the inside of the control device or via wired or wireless communication means. Further, it is compared with reference data stored in advance in the storage device to determine the magnitude of plasma fluctuation.
  • an arithmetic unit in the control device is used in advance as a reference value for determining that the slope of the temporal change in plasma emission intensity detected at a predetermined time during processing is in a steady state.
  • the inclination value A0 recorded or stored in the storage device is compared. As a result of comparing the slope of the temporal change of the emission intensity at the time and A0, when the former is determined to be small, it is determined that the plasma is in a steady state.
  • FIG. 10 shows a broken line segment 1001 indicating a time-dependent inclination of the plasma emission intensity at the initial stage of plasma formation when the processing gas in the processing chamber 104 is excited and the plasma is ignited, and the solenoid coil is ignited.
  • a broken line segment 1002 is shown which indicates the slope of the change with respect to the time transition of the intensity of light emission from the plasma at the time point (time t0 to time t1) during which the current supplied to 106a-c is maintained at the maximum value. ing.
  • the intensity of the light emission of the plasma has a large fluctuation, while the fluctuation is small in the period of time ⁇ t from time t0 to time t1.
  • the reference value A0 of the inclination is set to a value smaller than that of the line segment 1001. For this reason, it is determined that the slope of the temporal change in the emission intensity detected at time t1 in the period ⁇ t from time t0 is smaller than A0, and it is determined that the plasma has reached a steady state at time t1.
  • the current supplied to each of the solenoid coils 106a to 106c is adjusted to a predetermined minimum value. Is started. After the current is reduced to a predetermined minimum value in the period of time ⁇ T, the current remains at the minimum value.
  • the current value is the minimum value until it is detected that the intensity of the plasma emission is smaller than a predetermined value and the density or intensity of the plasma has been reduced to such an extent that it can be considered that the plasma has disappeared.
  • the value is maintained.
  • a time t5 shown in FIGS. 10 and 11 represents a time when it is determined that the intensity of light emission from the plasma detected by the plasma monitor 102 is smaller than the predetermined minimum value and that the plasma is substantially lost. .
  • the reference value of the intensity of light emission from the plasma is set in advance in the determination of disappearance.
  • the control device detects that the intensity of light emission from the plasma obtained via the plasma monitor 102 has become smaller than the value, it is determined that the plasma can be regarded as having substantially disappeared.
  • Such a change in the intensity of light emitted from the plasma is caused by the plasma formed in the processing chamber 104 being cut off or starting to reduce the direct current supplied to the solenoid coils 106a to 106c at time t1.
  • This is caused by the disappearance of the ECR surface in the processing chamber 104 or a significant decrease in its strength. That is, the generation of charged particles and active species due to the excitation of the processing gas in the processing chamber 104 is impaired due to the disappearance of the ECR surface or the decrease in strength.
  • the restraint due to the magnetic field to the charged particles such as ions constituting the plasma or the lines of magnetic force constituting the same is reduced.
  • the charged particles diffuse in the processing chamber 104 from the time t 1 toward the region where the plasma density is relatively low at the time t 1 or toward the outer peripheral side wall of the processing chamber 104.
  • the time when the intensity of the plasma emission reduced with the diffusion reaches the minimum reference value for determination set in advance is t5.
  • the direct current supplied to each of the solenoid coils 106a to 106c is set to a predetermined maximum value.
  • the start and end times of the cycle period such as times t0 ′, t1, t5, etc. are processed in advance for a test wafer having a film structure having the same configuration (type and size) as the product wafer 107. Alternatively, it may be determined before starting the processing of the wafer 107 for the product from the result obtained through the plasma monitor 102. These predetermined times or intervals between the times may be determined, and the control device may perform adjustment to increase / decrease the absolute value of the current output at each interval from the time when the processing is started.
  • the intensity of plasma emission detected through the plasma monitor 102 during processing of the product wafer 107 and the value of the amount of change with the passage of time are compared with a predetermined reference value, and different absolute values are obtained. It may be determined whether the current is supplied in magnitude or whether the start or end point of the adjustment for switching the magnitude is reached, and the magnitude of the current and the magnitude of the generated magnetic field may be adjusted based on this result.
  • the time ⁇ T is until the current started to be supplied to the solenoid coils 106a to 106c at the predetermined magnitude flows through the coil at the magnitude or until the magnetic field generated by the current of the magnitude is formed. This is the time required for transition. Such a time is preferably shorter from the viewpoint of processing throughput of the wafer 107.
  • controllers 113a to 113c have a mechanism that applies a reverse current instantaneously to shorten the rise time of the current when the current supplied to the solenoid coils 106a to 106c is attenuated or enhanced, for example. You may prepare.
  • FIGS. 2 and 3 show changes in the plasma distribution in the processing chamber 104 in the conventional plasma processing apparatus in which the magnetic field of the above embodiment is not supplied after being modulated with time. It explains using.
  • FIGS. 2 (a) and 3 (a) are longitudinal sectional views schematically showing the configuration of a plasma processing apparatus according to the prior art.
  • 2 (b) and 3 (b) schematically show the distribution of characteristics of wafer processing performed in the plasma processing apparatus according to the prior art shown in FIGS. 2 (a) and 3 (a).
  • a dielectric having a disk shape that covers a cylindrical processing chamber 204 disposed inside the processing vessel 215 and covers the inside and outside of the processing chamber 204 in an airtight manner.
  • a body window member 205 is arranged.
  • the microwave electric field propagating through the cylindrical cavity 203 ′ disposed above the window member 205 and the waveguide 203 disposed in communication therewith is transmitted through the window member 205. To be supplied into the processing chamber 204.
  • three ring-shaped solenoid coils 206a, 206b, and 206c are arranged so as to cover the outer periphery of the side wall of the processing container 215 and the upper portion of the window member 205 or the cavity 203 '.
  • a direct current is supplied from coil power supplies 214a, 214b, and 214c electrically connected to each of these, and a magnetic field formed by each of the solenoid coils 206a, 206b, and 206c is supplied into the processing chamber 204.
  • the processing chamber 204 is connected to the processing chamber 204.
  • Plasma atoms are generated by exciting the atoms or molecules of the gas introduced therein.
  • the movement of the charged particles in the plasma 222 is restricted by the ECR surface 223 and the magnetic field lines 221 of the magnetic field.
  • the charged particles move in the processing chamber 204 along the direction of the magnetic force lines 221 and collide with the upper surface of the wafer 207 held on the substantially circular upper surface of the cylindrical sample stage 208.
  • the etching of the film layer to be processed in the multi-layered film structure including the mask layer made of resin or the like disposed on the upper surface of the wafer 207 and the film layer to be processed is promoted.
  • the particles of the plasma 222 on the ECR surface 223 are concentrated on the central portion of the processing chamber 204, and the density on the outer peripheral side thereof is significantly smaller than that of the central portion. Is unevenly distributed in the center.
  • the number (density) of particles of the plasma 222 reaching the upper surface of the wafer 207 per unit area is high at the center of the wafer 207 and has a maximum value at the center. It becomes a so-called medium-high distribution that becomes lower as it approaches the outer peripheral edge.
  • the distribution of the etching rate in the radial direction of the upper surface of the wafer 207 in this example is non-uniform, as shown in FIG. 2B, which is highest at the center of the wafer 207 and lower toward the outer periphery. Distribution.
  • the density or intensity of the plasma 322 formed in the processing chamber 304 is high due to the electric field of the microwave supplied from the waveguide 303 into the processing chamber 304.
  • the region is distributed in a ring shape above the sample stage 308. Under such conditions, the distribution of the number of particles per unit area (density) in the plasma that reaches the upper surface of the wafer 307 is low in the central portion and the outermost peripheral portion in the radial direction of the upper surface of the wafer 307. The distribution becomes higher in the region.
  • the plasma processing apparatus 100 shown in FIG. 1 has a DC power supply 113a, b, c connected to each of the solenoid coils 114a, b, c arranged at three different height positions in the vertical direction.
  • a configuration is provided in which the current of the DC power supplied is time-modulated.
  • the magnitude of the current that is time-modulated is supplied as a signal indicating this continuously for each period in which each of a predetermined minimum value and maximum value is predetermined. An example having a pulse waveform to be performed will be described.
  • a configuration may be provided in which a current whose magnitude is adjusted based on time modulation in which the minimum value of the direct current has a finite absolute value other than 0 is supplied to the solenoid coils 106a to 106c.
  • FIG. 4A shows the plasma processing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention in the processing chamber 104 at the time (t0) when the maximum DC power is supplied from the coil power supply 113 to the solenoid coil 106. It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the area
  • ECR electron cyclotron resonance
  • the region in the processing chamber 104 where the plasma 401 exists at this time is equivalent to that shown in FIG. That is, the magnetic field lines 402 of magnetic fields obtained by combining the magnetic fields generated by the solenoid coils 106 a to 106 c are formed symmetrically and downwardly in a funnel shape around the vertical center axis of the processing chamber 104.
  • the moving direction of the charged particles in the plasma 401 formed in the processing chamber 104 is restricted by the direction of the lines of magnetic force 402.
  • the density or intensity of the plasma 401 formed by electron cyclotron resonance has a distribution that is highest at the center of the processing chamber 104 and decreases toward the outer periphery.
  • the etching rate at each position on the upper surface in the radial direction from the center of the upper surface of the wafer 107 placed and held on the upper surface of the sample table 108 arranged below the plasma 401 and the magnetic field lines 402 is highest in the center.
  • the distribution becomes lower toward the outer peripheral side.
  • the magnitude of the direct current supplied from the coil power sources 114a to 114c to the solenoid coils 106a to 106c is predetermined by the operations of the controllers 113a to 113c. It is adjusted so that two values of large and small at each time interval are synchronized and repeated. In the example shown in FIGS. 4 to 6, at time t1 when t1 seconds have elapsed from time t0 when the current value is set to the maximum value, an operation of reducing the magnitude of the current toward the minimum value is started.
  • the magnetic field generated from the solenoid coils 106a to 106c can restrain the moving direction of charged particles in the plasma 401 such as ions in the processing chamber 104. In other words, the magnetic field is substantially not supplied to the processing chamber 104 (turned off).
  • the current supplied to the solenoid coils 106a to 106c may be set to 0 at time t1 and maintained until time t5.
  • FIG. 4B is a longitudinal sectional view schematically showing a region where the plasma 403 is formed in the processing chamber 104 at a time (time t2) when an arbitrary time equal to or greater than ⁇ T has elapsed from time t1.
  • time t2 the current supplied to the solenoid coils 106a to 106c is minimized by the controllers 113a to 113c, and the magnetic field supplied to the processing chamber 104 is substantially extinguished.
  • the restriction of the direction in which the charged particles move in the plasma 401 due to the magnetic force lines 402 is reduced or eliminated, and the charged particles move in the processing chamber 104 by diffusion due to free movement rather than the magnetic force lines 402.
  • the particles of the plasma 401 diffuse toward the region where the density is low during the period in which the magnetic field is formed depending on the density gradient.
  • the particles of the plasma 401 that have been concentrated in the center of the processing chamber 104 diffuse to the outer peripheral side. For this reason, the density of the plasma at the center portion also decreases on the upper surface of the wafer 107 and increases in the outer peripheral region.
  • the etching rate distribution at the time after the time t2 is from the center of the upper surface of the wafer 107 to the outer peripheral edge.
  • the etching rate at the center is reduced, and the etching rate at the outer peripheral side is increased. That is, the distribution is M-shaped.
  • the area where the plasma exists is shown as a hatched part, but these are the schematic representations of the areas where the density is higher than others. That is, it does not mean that the particles constituting the plasma do not exist in the unhatched region in these examples and modifications.
  • FIG. 5A is a longitudinal sectional view schematically showing a region where the plasma 501 is formed in the processing chamber 104 at a time (time t3) when an arbitrary time has elapsed from time t2.
  • time t3 a time when an arbitrary time has elapsed from time t2.
  • the direct current supplied from each of the coil power supplies 114a to 114c to each of the solenoid coils 106a to 106c is set to the minimum value, and is substantially a magnetic field. Is not supplied to the processing chamber 104 (turned off).
  • the supplied direct current may be 0, that is, stopped. At this time, magnetic field lines are not substantially formed in the processing chamber 104.
  • the plasma 501 in FIG. 5 is obtained by diffusing a region having a relatively high density of the plasma 403 further toward the outer peripheral side of the processing chamber 104 as compared with the plasma 403 at time t2 in FIG. It becomes.
  • the distribution is such that the density at the center of the processing chamber 104 is lower than that of the plasma 403, and a region having a higher density moves to a region on the outer peripheral side.
  • the density distribution of the plasma 501 is such that the position where the density of the wafer 107 in the radial direction is maximum has moved further to the outer peripheral side of the wafer 107 than that of the plasma 403 at time t2. Therefore, the distribution of the etching rate on the upper surface of the wafer 107 located below is highest in the radial direction from the center of the wafer 107 toward the outer peripheral side, at a position on the outer peripheral side than in the case of FIG. And it becomes lower toward the outer peripheral side.
  • FIG. 5B is a vertical cross-sectional view schematically showing the plasma 502 formed in the processing chamber 104 of the plasma processing apparatus 100 of this embodiment at a time (t4) when a predetermined time further elapses from the time t3. It is.
  • the DC current supplied to each of the solenoid coils 106a to 106c from each of the coil power supplies 114a to 114c has a minimum magnitude as in the above-described times t1 to t3.
  • the magnetic field formed from these values and supplied into the processing chamber 104 is substantially zero, that is, stopped.
  • the magnetic field lines are not substantially formed in the processing chamber 104 with respect to the charged particles in the processing chamber 104. For this reason, the charged particles in the processing chamber 104 move in the processing chamber 104 by diffusion due to free movement rather than the magnetic lines of force 402.
  • the plasma 502 in FIG. 5B is diffused further toward the outer peripheral side of the processing chamber 104 from the region where the plasma 501 is formed at time t3 in FIG. With respect to the plasma density distribution, the value at the central portion of the processing chamber is lower than the plasma distribution 501 at time t3, and the plasma reaches the wall of the processing chamber.
  • the position at which the density of the plasma 502 is maximized on the radial position from the center of the upper surface of the wafer 107 toward the outer periphery at time t4 is the outermost periphery of the wafer 107 or the outermost periphery processed as a product on the outer periphery. Reach position. Therefore, the distribution of the etching rate on the upper surface of the wafer 107 at the position in the radial direction between the upper surface of the wafer 107 or the center of the processing chamber 104 and the outer peripheral edge at time t4 is the lowest at the center and the outer peripheral edge portion of the wafer 107. It takes the highest maximum value and increases from the center toward the outer periphery.
  • FIG. 6A is a vertical cross-sectional view schematically showing a plasma region in the processing chamber 104 of the plasma processing apparatus 100 of this embodiment at a time (t5) when a predetermined time further elapses from the time t4. .
  • the DC current supplied to each of the solenoid coils 106a to 106c from each of the coil power supplies 114a to 114c has the smallest magnitude as in the time t1 to t4.
  • the magnetic field formed from these and supplied to the processing chamber 104 is substantially 0, that is, stopped.
  • the magnetic field is not substantially supplied into the processing chamber 104, and the plasma in the processing chamber 104 is further diffused from the plasma 502 shown in FIG. 5B at time t5.
  • the plasma continues to diffuse, and the position where the plasma density is highest in the radial direction of the wafer 107 or the processing chamber 104 moves to the outer peripheral side of the processing chamber 104 from that of the plasma 502, and time t5 Previously, the inner wall of the cylindrical side wall of the upper portion of the vacuum vessel 115 surrounding the discharge chamber of the processing chamber 104 is reached.
  • the particles in the plasma come into contact with the surface of a member having a low temperature, the potential energy possessed by the particles disappears.
  • most of the particles in the plasma excited and active at time t5 contact the inner wall surface of the side wall and lose the excited energy.
  • the intensity of the plasma emission detected via is lower than the criterion for determining that plasma that substantially contributes to the process is not formed.
  • changes in the etching rate distribution on the upper surface of the wafer 107 processed in the present embodiment in which the plasma distribution changes in accordance with the progress of time are as follows. That is, at the time t 0 to t 1 when the magnetic field from the solenoid coils 106 a to 106 c is supplied into the processing chamber 104, the maximum value is at the center of the wafer 107.
  • the position at which the etching rate in the radial direction of the wafer 107 or the processing chamber 104 is maximized is a period from time t1 to time t4 when the supply of the magnetic field or the formation of magnetic field lines is stopped or reduced to such an extent that it can be regarded as this. Along with the diffusion, it gradually moves from the center of the wafer 107 or the processing chamber 104 toward the outer peripheral side in the radial direction. Thereafter, when the outermost peripheral edge of the wafer 107 is reached and the amount of plasma disappearing on the side wall surface of the processing chamber 104 increases at t5 and etching cannot substantially occur, the etching rate becomes zero as a whole.
  • the value of the central portion decreases uniformly from the maximum with the passage of time in the period from time t0 to t5. Moreover, after the value of an outer peripheral part increases uniformly from the lowest state and becomes maximum, it decreases rapidly.
  • a magnetic field for generating plasma by ECR is supplied inside the processing chamber 104 in the period including the times t0 to t1, as described above, and the subsequent time t2 to time t5.
  • the supply of the magnetic field into the processing chamber 104 is reduced or stopped.
  • the direct current supplied from each of the coil power supplies 114a to 114c to each of the solenoid coils 106a to 106c is increased from the minimum value to the maximum value, and the maximum value is reached. It is included in each of the first period of t0 ′ to t1 that is maintained and each of the second period of t1 to t5 in which the minimum value is maintained by decreasing from the maximum value to the minimum value.
  • the supply of DC power from the coil power supplies 114a to 114c, or the supply of the magnetic field from the solenoid coils 106a to 106c to the processing chamber 104, which is a series of these two periods, is performed.
  • the cycle is repeated with a predetermined period.
  • the period in which the magnetic field for forming plasma is supplied into the processing chamber 104 and the period in which it is not substantially supplied are alternately repeated.
  • the electric field of the microwave supplied to the processing chamber 104 during the processing of the wafer 107 is supplied with DC power from the coil power supplies 114a to 114c or from the solenoid coils 106a to 106c to the processing chamber 104.
  • it may be generated from the microwave generation power source 101 or supplied from the waveguide 103 into the processing chamber 104 with a constant intensity.
  • the generation of the electric field or the magnitude of the intensity may be increased or decreased in accordance with the cycle of supplying the DC power or supplying the magnetic field.
  • a microwave electric field having two magnitudes of magnitude, a predetermined value and 0, may be generated from the microwave generation power supply 101 or supplied from the waveguide 103 into the processing chamber 104 in a cycle synchronized with the cycle.
  • the microwave electric field is supplied into the processing chamber 104 with a constant strength regardless of the generation or supply cycle of the magnetic field.
  • the density or intensity distribution as the time average of plasma formed in the processing chamber 104 of the plasma processing apparatus 100 operating as described above over time is a direction from the center toward the inner wall of the processing chamber 104.
  • the upper bias is suppressed.
  • the etching rate as a time average on the upper surface of the wafer 107 in the etching process using plasma is uniform as shown in FIG. 6B or compared with that shown in FIGS. 2B and 3B.
  • the bias is reduced and the distribution is more uniform.
  • FIGS. 4 to 6 have a configuration in which the plasma 401 is formed in a concentrated manner in the central region of the processing chamber 104.
  • the power supplied to the solenoid coil An example of adjusting the region in which plasma is formed by changing the size of the plasma over time will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing a plasma region formed in a processing chamber in a plasma processing apparatus according to a modification of the embodiment shown in FIG.
  • the maximum value is supplied from each of the coil power supplies 114a to 114c to each of the solenoid coils 106a to 106c during a period from an arbitrary time t0 to t1.
  • the direct current power is supplied, and the supply of the direct current power is stopped or reduced during the subsequent period from time t2 to time t5.
  • FIG. 7A in particular, in the plasma processing apparatus 100 which is an etching processing apparatus using plasma by ECR, the DC power of the maximum value is supplied from each of the coil power supplies 114a to 114c to each of the solenoid coils 106a to 106c. It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the area
  • plasma 701 is generated.
  • the plasma 701 in this example is formed in a ring shape around the central axis in the vertical direction of the discharge chamber, which is a plasma forming space above the sample stage 108 of the processing chamber 104 where the density of the plasma 701 is higher than the surrounding area. Is done.
  • the plasma 701 has an arbitrary height above the upper surface of the sample stage 108 in the processing chamber 104 by adjusting the distribution of the strength of the magnetic field formed by combining the magnetic fields generated by the solenoid coils 106a to 106c.
  • the plasma 701 is realized so as to have the highest density maximum value at a position separated from the central axis of the processing chamber 104 by a predetermined distance in the radial direction of the wafer 107. Further, the plasma 701 has a distribution in which the density decreases with increasing distance from the position toward the center or the outer periphery of the wafer 107 in the radial direction.
  • a magnetic field generated by the solenoid coils 106a to 106c in the processing chamber 104 forms magnetic lines of force 702 having a funnel-like distribution shape symmetrically around the central axis of the processing chamber 104 and diverging downward in the processing chamber 104. Then, the direction of movement of the charged particles in the plasma 701 is constrained to the direction of the magnetic force lines 702.
  • the etching rate distribution at each position in the radial direction from the center of the upper surface of the wafer 107 adsorbed and held on the upper surface of the sample table 108 below the discharge chamber to the outer peripheral side is between the center and the outer peripheral edge. It has the highest value (maximum value) at a certain position. Furthermore, the distribution becomes smaller as the distance from the position where the maximum is reached at the center side or the outer peripheral side of the position.
  • FIG. 7B is a longitudinal sectional view schematically showing a region where plasma is formed in the processing chamber 104 at time t1 of the plasma processing apparatus of this example.
  • FIG. 8A schematically shows a region where plasma is formed in the processing chamber 104 at a time t2 when a predetermined time has elapsed from the time t1, and FIG. 8B shows a time t3 after the time t2. It is a longitudinal cross-sectional view shown in FIG. Further, FIG. 9A is a vertical cross-sectional view schematically showing a region where plasma is formed in the processing chamber 104 at time t4 after t3, and FIG. 9B is time t5 after time t4.
  • FIG. 9A is a vertical cross-sectional view schematically showing a region where plasma is formed in the processing chamber 104 at time t4 after t3
  • FIG. 9B is time t5 after time t4.
  • FIG. 7B the region of the plasma 702 formed in the processing chamber 104 at time t2 when a predetermined time has elapsed from time t1 is shown hatched.
  • the direct current that had been supplied with the maximum value to the solenoid coils 106a to 106c starts to be reduced at time t1, and continues to be reduced until time t2.
  • the lines of magnetic force 402 due to the magnetic field formed in the processing chamber 104 before time t1 are reduced, and the restriction on the direction in which the charged particles in the plasma 702 move is reduced.
  • the charged particles present in the high density region of the plasma 702 at the time t1 are diffused depending on the density gradient toward the low density region at the time t1.
  • the etching rate on the upper surface of the wafer 107 is lower than the value at the time t0, and the value of the radial position between the center corresponding to the specific position and the outer peripheral edge decreases, and the center
  • the distribution is such that the etching rate increases at the positions on the side and the outer peripheral side.
  • FIG. 8A schematically shows a region where the plasma 801 is formed in the processing chamber 104 at time t3 when further time has elapsed from time t2.
  • the DC power supplied from the coil power supplies 114a to 114c to the solenoid coils 106a to 106c is set to 0 or a predetermined minimum value between the times t2 and t3.
  • plasma having an intensity or density sufficient to cause etching of the wafer 107 is not formed by the magnetic field supplied from the solenoid coils 106a to 106c into the processing chamber 104, and is substantially not generated at time t3 after time t2.
  • no magnetic field is supplied into the processing chamber 104.
  • the movement of the charged particles in the plasma 801 at time t3 is closer to free diffusion of charged particles because the restriction of the direction of movement due to the lines of magnetic force is reduced.
  • the plasma 801 is diffused to the central side and the outer peripheral side of the processing chamber 104, which is a region where the density of the plasma 701 is relatively small in the period from the time t2 to the time t3.
  • a region in which high density or high intensity portions are concentrated is a distribution in which the region moves to the outer peripheral side.
  • the density or intensity of the plasma 801 at the center is reduced.
  • the position where the density of the particles of the plasma 801 at the time t3 reaching the upper surface of the wafer 107 becomes the maximum is moved to the outer peripheral side as compared with that at the time t2.
  • the distribution becomes lower as the distance from the position where the maximum is reached at the center side and the outer periphery side, that is, as the distance from the center or the outer peripheral edge is approached.
  • FIG. 8B schematically shows a region where the plasma 802 is formed in the processing chamber 104 at time t4 when more time has elapsed from time t3. Also in this example, as in the example, the DC power supplied to the solenoid coils 106a to 106c is set to a predetermined minimum value or 0 between the times t3 and t4.
  • the magnetic field generated by the solenoid coils 106 a to 106 c is not substantially supplied into the processing chamber 104 during the period from the time t 3 to the time t 4, similarly to the time t 2 to the time t 3. Therefore, the plasma 802 is further diffused as compared with the plasma distribution 801 at time t3, and the density of the central portion of the processing chamber 104 is further reduced, and the density is maximized in the radial direction of the wafer 107 or the processing chamber 104. The position to be moved to the outer peripheral side.
  • the position where the density of the plasma 802 is maximized on the radial position from the center of the upper surface of the wafer 107 toward the outer peripheral side is the outermost peripheral position of the wafer 107 or the outermost peripheral position processed as a peripheral product.
  • the distribution of the etching rate at the position in the radial direction from the center of the upper surface of the wafer 107 toward the outer peripheral side at time t4 becomes the highest maximum at the outer peripheral edge portion of the wafer 107 and becomes lower toward the center side. .
  • FIG. 9 (a) schematically shows the state of plasma formed in the processing chamber 104 at time t5 when further time has elapsed from time t4.
  • the DC current supplied to each of the solenoid coils 106a to 106c from each of the coil power supplies 114a to 114c has a large absolute value, similarly to the time t2 to t4. Is set to the minimum value or zero.
  • the magnetic field is not substantially supplied into the processing chamber 104 even during the period from time t4 to t5.
  • the plasma in the processing chamber 104 is further diffused from the plasma 802 shown in FIG. 8B.
  • the plasma continues to diffuse, and the position where the plasma density is highest in the radial direction of the wafer 107 or the processing chamber 104 moves to the outer peripheral side of the processing chamber 104 from that of the plasma 802, and time t5 Previously, the inner wall of the cylindrical side wall of the upper portion of the vacuum vessel 115 surrounding the discharge chamber of the processing chamber 104 is reached. At time t5, most of the particles in the excited and active plasma come into contact with the inner wall of the sidewall and lose the excited energy.
  • the data corresponding to the time t5 of the emission intensity of the plasma detected via the plasma monitor 102 is less than the criterion for determining that the plasma that substantially contributes to the process is not formed. It becomes.
  • changes in the etching rate distribution on the upper surface of the wafer 107 processed in the present embodiment in which the plasma distribution changes in accordance with the progress of time are as follows. That is, during the time t0 to t1 when the maximum value of the direct current is supplied from the coil power supplies 114a to 114c and the magnetic field from the solenoid coils 106a to 106c is supplied into the processing chamber 104, the radial direction of the wafer 107 is determined. It has the highest maximum at a specific position between the center and the outer periphery.
  • the position at which the etching rate in the radial direction of the wafer 107 or the processing chamber 104 is maximized is a period from time t1 to time t4 when the supply of the magnetic field or the formation of magnetic field lines is stopped or reduced to such an extent that it can be regarded as this. Along with the diffusion, it gradually moves from the center of the wafer 107 or the processing chamber 104 toward the outer peripheral side in the radial direction. Thereafter, when the outermost peripheral edge of the wafer 107 is reached and the amount of plasma disappearing on the side wall surface of the processing chamber 104 increases at t5 and etching cannot substantially occur, the etching rate becomes zero as a whole.
  • the value of the central portion decreases uniformly from the maximum with the passage of time in the period from time t0 to t5. Moreover, after the value of an outer peripheral part increases uniformly from the lowest state and becomes maximum, it decreases rapidly. Also in this example, during the processing of the wafer 107, a magnetic field for generating plasma by ECR is supplied inside the processing chamber 104 in the period including the times t0 to t1, as described above, and the subsequent time t2 to time t5. During the period, the supply of the magnetic field into the processing chamber 104 is reduced or stopped.
  • each of the periods t0 to t1 and the periods t2 to t5 the direct current supplied from each of the coil power supplies 114a to 114c to each of the solenoid coils 106a to 106c is increased from the minimum value to the maximum value, and the maximum value is reached. It is included in each of the first period of t0 ′ to t1 that is maintained and each of the second period of t1 to t5 in which the minimum value is maintained by decreasing from the maximum value to the minimum value. During the processing of the wafer 107, a cycle in which these two periods are continued is repeated at a predetermined cycle.
  • the period in which the magnetic field for forming plasma is supplied into the processing chamber 104 and the period in which it is not substantially supplied are alternately repeated.
  • the electric field of the microwave supplied to the processing chamber 104 during the processing of the wafer 107 is caused by the supply of DC power from the coil power supplies 114a to 114c or the solenoid coils 106a to 106c that repeat the above two periods. Regardless of the cycle of supply of the magnetic field from to the processing chamber 104, the power is generated from the microwave generating power source 101 or supplied from the waveguide 103 into the processing chamber 104 with a constant intensity.
  • Microwave electric fields having two strengths may be generated from the microwave generation power supply 101 or supplied from the waveguide 103 into the processing chamber 104.
  • the density or intensity distribution as the time average of plasma formed in the processing chamber 104 of the plasma processing apparatus 100 operating as described above over time is a direction from the center toward the inner wall of the processing chamber 104.
  • the upper bias is suppressed.
  • the etching rate as a time average on the upper surface of the wafer 107 in the etching process using plasma is uniform as shown in FIG. 9B or compared with that shown in FIGS. 2B and 3B.
  • the bias is reduced and the distribution is more uniform.
  • the current supplied to the solenoid coils 106a to 106c is time-modulated and supplied into the processing chamber 104 based on the plasma state detected using the plasma monitor 102 as in the present embodiment.
  • a region having a high intensity or density of plasma to be formed is moved or distributed in the processing chamber 104 or the upper surface of the wafer 107 with respect to the radial direction of the wafer 107 in time.
  • the degree of progress of processing on the upper surface of the wafer 107 and the deviation in speed with the passage of time can be reduced, and the processing results on the upper surface of the wafer 107 can be made more uniform.
  • the solenoid coils 106a to 106c have different sizes from the coil power sources 114a to 114c in two consecutive periods that are alternately repeated. Adjusted to the value, DC power is supplied.
  • the magnitude of the current is increased from the minimum value to the maximum value at the time t0 ′ to t1, which is the first period of any number of times, and the maximum value is maintained at the time t0 to t1.
  • the time is decreased from the maximum value to the minimum value at the time t1 to t5, which is the second period of the arbitrary number of times following the first period of the arbitrary number of times, and particularly during the time t2 to t5
  • the minimum value is maintained.
  • the coil power supplies 114a to Arbitrary number of times that the magnitude of the DC power supplied from c to the solenoid coils 106a to 106c is increased + 1 time is started again. That is, the time t5 at which the second period of the arbitrary number of times ends is the time t0 ′ at which the first period of the next number starts, and the first period of the next number of times is the time t1 ( When it ends at (t1 ⁇ t0 ′) seconds after the arbitrary number of times t5), the second period of the next number of times is started, and such first and second periods are Repeated during processing.
  • the second period has at least a time during which the diffusion occurs, for example, the period from the time t1 to the time t3 in the above embodiment is set as one cycle, and the portion where the plasma density is maximized diffuses at the time t1.
  • the first period of generation of the next (new) plasma is started without waiting for it to move toward the outer peripheral side and contact with the inner wall surface on the outer peripheral side of the processing chamber 104 and disappear, and this is repeated. Generation and diffusion may be repeated. Even in this case, the microwave generated by the oscillation of the generation power supply 101 propagates through the waveguide 103 continuously over the repeated first and second periods and passes through the window member 105 for processing. It is supplied into the chamber 104.
  • the processing chamber 104 In the processing chamber 104 during the processing of the wafer 107 in which the first and second periods are repeated, it is formed by the solenoid coils 106a to 106c in the first period of any number of times in which plasma is generated inside.
  • the motion of the charged particles constituting the plasma that is already diffusing in the second period (arbitrary number-1 times) before the first period of the arbitrary number of times is supplied by the magnetic field. Diffusion is suppressed by being restricted in the direction along the direction of the magnetic field lines.
  • the portion where the density of the plasma diffused in the second period of the arbitrary number of times-1 is maximized is kept at a specific position in the radial direction of the processing chamber 104 or the wafer 107, and the number of times of the arbitrary number of times
  • the next (arbitrary number of) second period is started, and the current supplied to the solenoid coils 106a to 106c is reduced or stopped, and then supplied into the processing chamber 104.
  • the charged particles in the plasma diffused in the second period of the arbitrary number of times minus the first period when the intensity of the generated magnetic field is lowered or reduced to a minimum value and the above-mentioned restriction due to the magnetic field is reduced or removed. It diffuses with the particles in the plasma formed in one period.
  • the density of plasma particles diffused during the second period of any number minus -1 decreases during the first period of any number of times when the moving direction is limited by the magnetic field.
  • the second period continues until the supply of the magnetic field from the solenoid coils 106a to 106c to the processing chamber 104 is reduced or stopped and the particles in the plasma diffuse toward the inner wall surface of the processing chamber 104 and the plasma disappears.
  • a high density is maintained at the same position in the radial direction of the processing chamber 104 or the wafer 107.
  • the microwave when the intensity of the microwave is higher than a value that can form plasma only by the electric field, the plasma density during the period 2 can be controlled to a value equal to or higher than the density of the plasma formed only by the microwave.
  • the plasma formed in the first period of any number of times starts to diffuse together with the plasma that was previously formed and diffused in the subsequent second period. For this reason, plasma with higher density can be formed or diffused at a plurality of positions in the radial direction of the wafer 107 in the processing chamber 104, and the uniformity or speed of processing in the radial direction of the wafer 107 can be improved. it can.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Plasma processing apparatus, 101 ... Power supply for microwave generation, 102 ... Plasma monitor, 103 ... Waveguide, 104 ... Processing chamber, 105 ... Window member, 106a, 106b, 106c ... Solenoid coil, 107 ... Wafer, 108 ... Sample stage 109 ... DC power source 110 ... high frequency power source 111 ... high frequency filter 112 ... matching circuit 113a, 113b, 113c ... controller, 114a, 114b, 114c ... power source for coil, 115 ... vacuum container, 203 ... lead Wave tube, 204 ... processing chamber, 205 ... window member, 206a, 206b, 206c ...
  • solenoid coil 208 ... sample stage, 214a, 214b, 214c ... coil power supply 215 ... processing vessel, 221 ... magnetic field line, 222 ... plasma, 223 ... ECR surface, 224 ... ECR surface plasma, 401 ... plasma, 4 2 ... magnetic field lines, 403 ... plasma, 501, 502 ... plasma, 701, 702 ... plasma, 801, 802 ... plasma.

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Abstract

処理の均一性を向上させたプラズマ処理装置または方法を提供するために、真空容器の内部に配置された処理室と、この処理室内に配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、前記処理室内に供給される電界を形成する電界形成部と、前記電界と作用して前記処理室内にプラズマを形成するための磁界を形成するコイルと、当該コイルが形成する磁界の強度を所定の間隔で繰り返し増減して処理室内のプラズマの強度を増減する制御器とを備え、前記プラズマの形成と拡散とを繰り返して前記ウエハを処理するプラズマ処理装置とする。

Description

プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
　本発明は、処理室内に形成したプラズマを用いて半導体ウエハ等の試料を処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に係り、特に処理室内に磁界を供給しプラズマに作用させて試料を処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
　近年の半導体製造工程においては光リソグラフィーによる微細化限界が近づいており、多重露光やスペーサパターニング等のプロセスが主流になりつつある。このような多重露光やＳＡＤＰ（Ｓｅｌｆ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）に代表されるスペーサパターニングプロセスではエッチング工程が増加している。
　各エッチング工程で生じる処理対象の半導体ウエハ等の試料の面内でのわずかなエッチング性能の均一性低下が、エッチング工程が増加することで積算され、その工程数の増加に伴い、わずかな試料の面内の均一性の低下も許容することが難しくなってきている。
　よって最先端ロジックを代表とする半導体製造工程、特にＦＥＯＬ（Ｆｒｏｎｔ　Ｅｎｄ　ｏｆ　Ｌｉｎｅ）工程では、被処理基板面内を高い均一性でエッチング処理ができる装置性能が求められている。
　マイクロ波プラズマエッチング装置においては上記の均一性を実現する手法としてリアクタおよび排気構造やプラズマの軸対称化技術、ウエハ載置電極の温度制御技術などが用いられる。
　このような基板内の処理分布の均一化するための従来技術として、特開平２－３１２２２７号公報（特許文献１）および特開平８－２８８２５９号公報（特許文献２）に記載される高周波電界分布の制御によるプラズマの密度分布を均一化するものが知られていた。
　特許文献１では、処理室内にプラズマを形成するパルス放電を実現するためにマグネトロンが発生するマイクロ波の周期的な強度の増減に同期させて、磁界を形成するコイルに供給される電流の大きさを周期的に増減することにより、処理室内のプラズマの電子温度を増大させて試料のエッチング処理速度を向上させる技術が開示されている。
　また、特許文献２には、チャンバ外部に巻かれた高周波アンテナとスイッチング手段を介して直流（ＤＣ）電源に接続されたソレノイドコイルとを備え、高周波アンテナからチャンバ内部に電界を供給しつつソレノイドコイルに供給される直流電流をスイッチング手段により周期的にオンオフすることで、ヘリコーンプラズマと誘導結合プラズマとを交互に形成して、チャンバ下方に配置した基板に向かうプラズマの輸送あるいはプラズマ中のイオン／ラジカルの生成比を所望に制御してプラズマの密度を自在に変更する技術が開示されている。
特開平２－３１２２２７号公報 特開平８－２８８２５９号公報
　上記の従来技術は次の点について考慮が不十分であったため、下記のような問題が生じていた。
　すなわち、上記の従来技術に係るプラズマ処理装置では、ある特定の条件下において、プラズマを生成する真空容器内部の空間におけるプラズマの密度の分布が著しく不均一になる場合がある。上記従来の技術は、このような場合にも半導体ウエハ等の基板状の試料である被処理基板上の当該分布の不均一を抑制して試料表面に施される処理の不均一をある程度低減することが可能である。
　しかし、特許文献１および特許文献２に記載された技術では、処理室に供給される磁界をコイルで間欠的に形成して基板上面上方におけるプラズマの密度の分布を処理の均一性を向上させるものに近づけようとするものであるが、これらの従来技術では、コイルにより形成される磁界の大きさを切り替えるタイミングやその期間について明記されておらず、処理対象の試料の処理を半径方向についてより均一に近づけるために必要なこれらの適正な基準について考慮されていなかった。
　本発明は、上記の問題点を解決し、均一性を向上させることが可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
　上記目的は、真空容器の内部に配置された処理室と、この処理室内に配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、前記処理室内に供給される電界を形成する電界形成部と、前記電界と作用して前記処理室内にプラズマを形成するための磁界を形成するコイルと、当該コイルが形成する磁界の強度を所定の間隔で繰り返し増減して処理室内のプラズマの強度を増減する制御器とを備え、前記プラズマの形成と拡散とを繰り返して前記ウエハを処理するプラズマ処理装置により達成される。
　本発明によれば、従来の装置構成に大幅な変更点を加えることなく、処理室内のプラズマ自体が自律的にその密度分布を均一化し、被処理基板の処理均一性を向上させることが可能となる。
　上記した以外の構成および効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 従来技術に係るプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図および当該プラズマ処理装置の内部で実施されるウエハの処理の特性の分布を模式的に示すグラフである。 従来技術に係るプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図および当該プラズマ処理装置の内部で実施されるウエハの処理の特性の分布を模式的に示すグラフである。 本発明の実施例に係るプラズマ処理装置において、コイル用電源からソレノイドコイルに直流の電力が供給されている特定の時刻において処理室内に形成されるプラズマの領域を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施例に係るプラズマ処理装置において、コイル用電源からソレノイドコイルに直流の電力が供給されている特定の時刻において処理室内に形成されるプラズマの領域を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施例に係るプラズマ処理装置において、コイル用電源からソレノイドコイルに直流の電力が供給されている特定の時刻において処理室内に形成されるプラズマの領域を模式的に示す縦断面図および当該プラズマ処理装置の内部で実施されるウエハの処理の特性の分布を模式的に示すグラフである。 図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置において、コイル用電源からソレノイドコイルに直流の電力が供給されている特定の時刻における処理室内に形成されるプラズマの領域を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置において、コイル用電源からソレノイドコイルに直流の電力が供給されている特定の時刻における処理室内に形成されるプラズマの領域を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置において、コイル用電源からソレノイドコイルに直流の電力が供給されている特定の時刻における処理室内に形成されるプラズマの領域を模式的に示す縦断面図および当該プラズマ処理装置の内部で実施されるウエハの処理の特性の分布を模式的に示すグラフである。 図１に示す実施例におけるプラズマモニタを通して検出された処理室内のプラズマの発光の強度の時間の推移に伴う変化を示すグラフである。 図１に示す実施例においてソレノイドコイルに供給された電流の値の時間の推移に伴う変化を示すグラフである。
　本発明の実施の形態を以下図面を参照して説明する。
　本発明の実施例について、図１乃至１１を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を説明する縦断面図である。
　本実施例では、真空容器内部に配置され内側が減圧される処理室内に配置された試料台上面上方に載せられた半導体ウエハ（以下、ウエハ）等の基板状の試料を、当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置を説明する。特に、本実施例では、導波管を通して伝播されたマイクロ波の電界とソレノイドコイルで形成した磁界とを当該処理室内に供給してこれらの相互作用によって生起された電子マイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）により、当該処理室内に供給された処理用のガスの原子または分子を励起して形成したプラズマを用いて、試料をエッチング処理する、ＥＣＲプラズマエッチング処理装置について説明する。
　本実施例のプラズマ処理装置１００は、大きく分けて、その内部に処理室が配置された真空容器部と、真空容器部の上部および周囲に配置された電磁界形成部と、真空容器下方に配置された排気装置部を備えている。電磁界形成部は、処理室内に供給される電界及び磁界を生成する部分である。
　また、排気装置部は、真空容器下方でその底面に連結されて配置され真空容器内部を排気して減圧するターボ分子ポンプ及びロータリーポンプ等粗引きポンプを含む真空ポンプと真空ポンプ入口と真空容器内部からの排気口との間の排気用の経路の流路断面積を増減して排気の流量または速度を調節する流量調節用のバルブとを備えている。図１は、このようなプラズマ処理装置１００の主要部の構成を模式的に示す図である。
　本実施例のプラズマ処理装置１００の真空容器１１５は、少なくとも上部を構成する側壁の一部分は円筒形の形状を有した金属製の容器である。当該円筒形の側壁の内側には、側壁の内壁の少なくとも一部分に外周を囲まれて円筒形の形状を有した空間である処理室１０４が配置されている。
　上記真空容器１１５の処理室１０４の上部の空間は、その内部に処理用のガスが供給される。供給された当該ガスは、電磁界形成部が形成して処理室１０４の上部に供給された電界または磁界により励起される。
　励起された処理用のガスの原子または分子は、放電を形成してイオン等の荷電粒子及び活性化されたラジカルを含む当該処理室プラズマを生成する。処理室１０４の上部の空間は、このようなプラズマを形成する放電用の空間となっている。
　この放電用の空間の上方には、真空容器１１５の上部を構成する窓部材１０５が配置されている。本実施例の窓部材１０５は、処理室１０４の上記円筒形を有した放電室を覆う石英等誘電体製の円板形状の部材である。窓部材１０５は、その下面の外周縁部と真空容器１１５側壁上端との間にＯリング等のシール部材を挟んで、真空容器１１５の側壁の上端上方に載せられる。
　この構成により、Ｏリングを上下から押し付けて変形させることで処理室１０４内部と真空容器１１５外部との間が気密に封止される。また、窓部材１０５の下面下方には、シャワープレートが配置されている。
　シャワープレートは、処理室１０４の天井面を構成する円板形状を有した部材である。シャワープレートの中央部には、上記処理用のガスが通過して処理室１０４に上方から導入されるガス導入孔が複数の配置されている。
　また、シャワープレートは、窓部材１０５下面との間に、ガス導入孔と連通されると共に内部に供給された処理用ガスが拡散する隙間を空けて、窓部材１０５下方に配置されている。この隙間は、真空容器１１５上部に接続された処理用ガスのガス供給経路である配管と連結され連通されている。
　放電用の空間の下方の処理室１０４内部には、ウエハ１０７がその上面に載せられて保持される円筒形を有した試料台１０８が配置されている。試料台１０８の下方の処理室１０４下部の空間は、処理室１０４に面して円形を有した排気口を介して真空ポンプの入口と連通されている。
　処理室１０４には、円筒形を有した試料台１０８の側壁の外周側は当該側壁と円筒形を有した処理室１０４の内側壁との間の空間が試料台１０８を囲んで配置される。さらに、真空容器１１５と試料台１０８の側壁との間にこれらを接続する複数本の梁状の支持部材が、試料台１０８の上下方向の中心軸の周りに相互に等角度あるいはこれと見做せる程度に近似した角度を成して配置されている。
　本実施例では、シャワープレートの中心部のガス導入孔を通して処理室１０４内の試料台１０８上方の放電用の空間に供給されたガスまたは当該放電用の空間に形成されたプラズマの粒子やウエハ１０７処理中に生成された微粒子は、当該粒子の流路である試料台１０８と処理室１０４との側壁同士の間の空間を通って試料台１０８下方の処理室１０４の下部の空間に流入する。この下部の空間に流入した微粒子は、排気口から真空ポンプに流入して処理室１０４外部に排出される。
　本実施例では、このような粒子の処理室１０４内部での流れは、試料台１０８の上下方向の軸周りに対称となるように構成されている。このことにより、試料台１０８上面に上記中心軸に合わせるように載せられて保持されたウエハ１０７の中心軸周りの処理の特性やその結果の分布が周方向についてバラツキが低減される。
　上記の通り、窓部材１０５の上方及び処理室１０４の放電の用空間を囲む真空容器１１５上部の円筒形の側壁の外周側の箇所には、電磁界形成部が配置されている。窓部材１０５の上方には、電磁界形成部を構成する部分として、処理室１０４内に供給されるマイクロ波の電界の伝達経路である導波管１０３が配置されている。
　さらに、窓部材１０５上方で導波管１０３の下端部に接続され窓部材１０５または処理室１０４の放電用空間と同じかこれと見做せる程度に近似した径を有した円筒形の空洞部１０３’が配置され、電磁界形成部を構成する。
　本実施例の導波管１０３は、空洞部１０３’上端と接続され断面が円形を有した円筒形の部分を備えている。さらに、円筒形の導波管部分の上端部に一端部が接続されて水平方向に中心軸を有して断面が矩形状を有した方形の導波管の部分とを備えている。
　さらに、導波管１０３の方形の部分の他端部にはマグネトロン等の電力が供給されてマイクロ波の電界を発振して形成するマイクロ波発生用電源１０１が接続されて配置されて、電磁界形成部を構成している。
　マイクロ波発生用電源１０１により導波管１０３の方形部分の他端部において形成されたマイクロ波の電界は、方形部分をその軸に沿って水平方向に伝播する。その後、円筒形の部分をその軸に沿って下向き伝播し空洞部１０３’内に導入される。
　空洞部１０３’に導入されたマイクロ波の電界は、当該電界の特定のモードが形成または増強される。形成または増強された特定のモードの電界が窓部材１０５を透過して処理室１０４の放電用の空間に伝播される。この点で、処理室１０４は導波管１０３の一部を構成すると見做すこともできる。
　さらに、真空容器１１５の外周側の箇所に複数個のソレノイドコイル１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃが配置されている。特に、真空容器１１５の放電用の空間を囲む側壁の外周側及び空洞部１０３’の上方側であって導波管１０３の円筒形部分の外周側に、これらを囲んで複数個のソレノイドコイル１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃが配置されている。
　各々のソレノイドコイル１０６ａ～ｃは、導波管１０３、空洞部１０３’及び処理室１０４の側壁を囲んでリング状に配置されている。本実施例は、これらのソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々の図上断面が矩形を有している。
　さらに、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々の巻線の中心の高さ位置は、上下方向に３つの異なる位置に配置され３段の構成を備えている。
　ソレノイドコイル１０６ａ～ｃの各々には、各々に直流の電力を供給するコイル用電源１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃが電気的に接続されている。さらに、これらのコイル用電源１１４ａ～ｃ各々には制御器１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃがこれらと通信可能に接続されている。
　制御器１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃは、各々が接続されたコイル用電源１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃがこれらから供給される直流の電流の絶対値の大きさを時間の経過に伴って変動させるように調節する指令を、コイル用電源１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ各々に発信する。
　さらに、本実施例では、処理室１０４の放電用の空間を囲む上部側壁の複数の箇所に、処理室１０４内に形成されたプラズマの強度や密度あるいはその分布等の状態を検出するために用いられるプラズマモニタ１０２が配置されている。プラズマモニタ１０２は、真空容器１１５側壁に配置された石英等の透光性と耐プラズマ性を有した部材により構成された窓と、これを通してプラズマからの発光を受光してその強度を検出可能な受光器とを備えている。
　なお、プラズマモニタ１０２はこのような光学的な検出器に限られない。例えば、試料台１０８に供給される高周波電力または直流の電力の電圧を検出する等のプラズマの強度等の状態を電気的に検出するものであっても良い。
　また、本実施例ではプラズマの状態を光学的に検出するプラズマモニタ１０２を配置する箇所は，検出する構成に応じて適切に選択される。例えば、試料台１０８内部または上面に備えられても良く、窓部材１０５の上方等処理室１０４外部に配置されていても良い。
　真空容器１１５の底面の下方には排気装置部が備えられている。排気装置部は、真空ポンプの一部を構成するターボ分子ポンプと、このターボ分子ポンプの入口と処理室１０４の排気口との間に配置された流量調節用のバルブとを備えている。
　流量調節用のバルブは、ターボ分子ポンプと排気口と間の排気用の経路であるダクト等配管の流路の内側で当該流路の中心軸を横切る方向に延在する軸の周りに回転して流路断面積を増減して排気の流量または速度を調節する複数枚の板状のフラップを備えている。さらに、本実施例では、円形の排気口とその上方で軸を合致させて配置された試料台１０８との間の処理室１０４内部に円形のバルブが備えられている。
　当該円形のバルブは、図示されていない真空容器１１５底面下方に配置されたステッピングモータや流体によるアクチュエータ等の駆動装置により試料台１０８下方の処理室１０４内で上下方向に移動して円形の排気口の外周縁を構成する真空容器１１５の内壁面と接続または離間する。このような構成により円形のバルブは、排気口を開放または気密に閉塞する或いは排気口との間の距離を増減させて排気経路の開口の面積を増減させる。
  なお、本実施例では、窓部材１０５、シャワープレート、処理室１０４、特に試料台１０８上方の放電用の空間と、試料台１０８、及び排気口の各々の上下方向の中心軸は、上下方向から見て合致またはこれと見做せる程度に近似した位置に配置されている。
　試料台１０８は、上部にウエハ１０７が載置される面を備えている。この面は、アルミナあるいはイットリア等セラミクスにより構成され試料台１０８上部を覆う誘電体製の膜により覆われて構成される。
　膜の内部には、ウエハ１０７を静電吸着するためのタングステン等金属製の膜状の複数の電極が配置されている。これらの電極は、ウエハ１０７の半径方向について複数の領域に対応して配置されている。
　また、本実施例では、これら複数の電極は、静電吸着力を誘電体製の膜上に形成する静電気を形成するための直流電力を供給する直流電源１０９に電気的に接続されている。さらに、これら複数の電極は、所定の周波数の高周波電力を供給する高周波電源１１０と電気的に接続されている。
　高周波電源１１０は、ウエハ１０７の処理中にプラズマ中のイオン等荷電粒子をプラズマとの電位差に応じて当該ウエハ１０７上面に誘引するバイアス電位を形成する高周波電力を電極に供給する。高周波電源１１０は、各々高周波フィルタ回路１１１およびマッチング回路１１２を介して複数の電極に電気的に接続されている。
　このようなプラズマ処理装置１００の真空容器１１５の側壁には、図示されていない別の真空容器である真空搬送容器が直接接続または別の部材を挟んで連結されている。真空搬送容器は、その内部に処理対象のウエハ１０７が搬送される減圧された搬送室を備えている。
　減圧された搬送室の圧力は、処理室１０４と同等か僅かにこれより高い圧力にされて維持される。この状態で、ウエハ１０７は、真空搬送容器内部の搬送室内に配置されたロボットアームにより搬送される。
　ウエハ１０７は、ロボットアームのハンドに載せられて、減圧された搬送室内部から処理室１０４内部に向けて搬送される。この際に、ウエハ１０７は、真空容器１１５の側壁及びこれに連結された真空搬送容器側壁を貫通して配置され搬送室と処理室１０４との間を連通する図示しないウエハ１０７の通路であるゲートを通して搬送される。
　ハンドに載せられて処理室１０７内側に搬入されたウエハ１０７は、試料台１０８上方まで移送されこれに受け渡される。その後、ロボットアームが処理室１０４から退室する。
　この後、ウエハ１０７が試料台１０８の誘電体製の膜で構成された載置面上に載せられる。誘電体製の膜上にウエハ１０８が載せられると、誘電体製の膜内に配置された複数の電極に直流電源１０９から直流の電力が供給される。
　供給された直流の電力により、セラミクス等の誘電体の材料を含む膜内に静電荷が形成され蓄積される。この静電荷によりウエハ１０７内部で電荷が分極して誘電体膜の電荷との間の静電気力が形成され、ウエハ１０７が膜上に吸着され保持される。
　この状態で、処理室１０４内が密封される。処理室１０４内部が密封された状態で、図示しないガス源からの処理用のガスがシャワープレート中央部に配置された複数のガス導入孔を通して処理室１０４内に上方から導入される。
　さらに、図示しない制御装置からの指令に応じて、排気装置部が駆動されガス導入口からのガスの導入と、排気口からの排気の流量または速度とのバランスによって、処理室１０４内の圧力がウエハ１０７の処理に適した所望の範囲内の値に調節される。
　この状態で、マイクロ波電源１０１が電力を発生して発振されたマイクロ波の電界が、導波管１０３内部の導波路を通して伝播される。伝播したマイクロ波は、導波管１０３の円形断面の部分を通り空洞部１０３’に導入される。さらに、空洞部１０３’底面を構成する窓部材１０５を透過して処理室１０４に導入される。
　さらに本実施例では、上記マイクロ波の供給とともに、処理室１０４の周囲のソレノイドコイル１０６ａ～ｃにコイル用電源１１４ａ～ｃから直流電流が供給される。これらソレノイドコイル１０６ａ～ｃにより形成された磁界が処理室１０４内に供給される。
　また、本実施例においては、マイクロ波の電界は円筒形の部分において円偏波が形成される。形成された円偏波は導波管１０３の円筒形部分の下端部から空洞部１０３’を通り処理室１０４に供給される。
　本実施例では、制御器１１３ａ～ｃからの指令信号により、コイル用電源１１４ａ～ｃ各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々に供給される直流電流が、その絶対値の大きさを時間の経過に伴って所定の期間毎に大小複数の値となるように調節される。すなわち、本実施例においては、ウエハ１０７が処理中の期間において、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々に、大小複数の大きさの直流電流が各々繰り返して供給される。
　具体的には、コイル用電源１１４ａ～ｃからは、絶対値の大きな直流電流が供給される第１の期間の後に絶対値の小さい直流の電流が供給される第２の期間とが連続して供給される。そして、これら第１及び第２の期間から構成される期間の集合を一纏まりとして、当該直流の電流がその出力を大小の各値にされる一纏まりの期間が繰り返されて供給される。
　処理室１０４内では、供給されたマイクロ波の電界とソレノイドコイル１０６からの磁界との相互作用により電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）が生起され、処理室１０４内に供給された処理用ガスの原子、分子が励起される。そして、励起した処理用のガスの粒子にほり処理室１０４内にプラズマが形成される。
　このプラズマを用いてウエハ１０７の上面に予め形成されたマスク層と処理対象の膜層とを含む複数層の膜構造の処理対象の膜層の処理が行われる。
　この処理中において、ウエハ１０７の裏面と試料台１０８の載置面を構成する誘電体製の膜上面との間の隙間には、Ｈｅ等の熱伝達性を有するガスが試料台１０８内部に配置された供給管路を通して供給される。さらに、試料台１０８内部の金属製の円板または円筒形状の部材の内部の流路に冷媒が供給されて通流する。
　上記熱伝達性のガスが供給されることで、ウエハ１０７と冷媒が冷媒流路を通流する試料台１０８との間の熱の伝達が促進される。熱伝達性のガスの圧力または冷媒流路を流れる冷媒の温度あるいは圧力は、ウエハ１０７の温度が処理に適した所望の値の範囲内となるように調節される。
　プラズマが形成された状態で、誘電体膜内に配置された電極に、高周波電源１１０から所定の高周波電力が供給される。そして、プラズマの電位に応じてウエハ１０７上面上方にバイアス電位が形成される。
　バイアス電位とプラズマとの電位差に応じてプラズマ中のイオン等の荷電粒子がウエハ１０７上面の方向に誘引され当該上面に衝突する。このことにより、ウエハ１０７上面の膜構造に含まれる処理対象の膜層の処理が所期の方向に促進される。
　このようなウエハ１０７の処理中において、プラズマからのものを含む処理室１０４内部から発光は、プラズマモニタ１０２を構成し真空容器１１５の側壁に配置された窓を通して受光器に受光される。さらに、その出力を用いて図示しないプラズマ処理装置１００の制御装置において、処理の反応に対応する波長の光の強度とその時間変化とが時系列にデータとして検出される。
　本実施例では、このデータと予め定められた値との比較の結果を用いて処理がその終点へ到達したか否かが判定される。このような終点へ到達したことが判定され検出されるまで、ウエハ１０７の処理は継続される。終点の到達が判定されると高周波電源１１０から試料台１０８への高周波電力並びに処理室１０４への電界及び磁界の供給が停止されプラズマが消火されて、ウエハ１０７の処理が停止される。
　プラズマの消火後、直流電源１０９からの直流電力による静電吸着力が低減または除去される。そして、ゲートバルブが開放されて搬送室内から処理室１０４内に進入したロボットアームのハンド部上にウエハ１０７が受け渡される。
　次に処理される対象の別の未処理のウエハ１０７がある場合には、処理が終了したウエハ１０７がロボットアームにより搬出された後に別のアームのハンド部に載せられた未処理のウエハ１０７が処理室１０４内に搬入され試料台１０８に受け渡される。未処理のウエハ１０７がない場合には、当該プラズマ処理装置１００におけるウエハ１０７の処理が停止される。
　本実施例においては、コイル用電源１１４ａ～ｃ各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々に供給される直流の電流の大きさは、その絶対値が時間の経過に伴って大小複数の値にされる。特には、コイル用電源１１４ａ～ｃ各々は、複数の値各々を各々に対応する特定の期間だけ出力する。
　そして、直流電流が時間の経過に伴ってこれらの期間毎に対応する大きさで特定の順序で出力される（時間的に変調される）電力供給の一纏まりのパターンが処理中に繰り返して行われる。これに伴って、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々で生成され磁界が処理室１０４内に供給される。
　さらに、本実施例では、上記コイル用電源１１４ａ～ｃから出力される電流の大きさ及びこれらの期間が、処理室１０４内に形成されるプラズマの強度または密度のウエハ１０７または処理室１０４の半径方向の分布が期間毎に所望のものとなるように、予め選択される。
　次に、本実施例がソレノイドコイルに供給する電流を調節する態様について、図１０，１１を用いて詳細に説明する。図１０は、図１に示す実施例におけるプラズマモニタ１０２を通して検出された処理室内のプラズマの発光の強度の時間の推移に伴う変化を示すグラフである。図１１は、図１に示す実施例においてソレノイドコイルに供給された電流の値の時間の推移に伴う変化を示すグラフである。
　なお、本例では、図１０のデータを取得するため処理室１０４内に形成されたプラズマからの発光の強度とその時間的な変化を検出するプラズマモニタ１０２が用いられた。しかし、このようなモニタとしては、発光を検出する構成に限られず、処理室１０４内のプラズマの強度等のプラズマの状態を代表する特性を検出するものであってもよい。
　このような検出手段の例としては、載置電極１０８の直流の電圧の値や振幅等を検出するものが挙げられる。
　本実施例において、コイル用電源１１４ａ～ｃ各々と通信可能に接続された制御器１１３ａ～ｃの各々は、処理室１０４内に形成されたプラズマの発光の強度が予め定められたサンプリング時間Δｔごとに検出された結果に基づいて、各々が対応するソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給する直流の電流を、同期させて変調する構成を備えている。
　すなわち、図１１に示すように、時刻ｔ０より以前の時刻ｔ０’において、コイル用電源１１４ａ～ｃ各々からこれらが接続されたソレノイドコイル１０６ａ～ｃの各々に直流の電流を予め定められた最大値にするように調節が開始される。このような電流が供給されることによりソレノイドコイルソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々は磁界を形成し、これによって処理室１０４内にＥＣＲによるプラズマが形成される。
　供給される電流の値は、制御器１１３ａ～ｃ各々からの指令信号を受けたコイル用電源１１４ａ～ｃ各々によって調節される。図１１に示すように、本例では、時刻ｔ０’において所定の最低値から上昇を始め時間ΔＴ後に所定の最大値に到達してその後時刻ｔ０からｔ１までを含んだ期間で一定に維持される。
　その後、時刻ｔ０からΔｔ後の時刻ｔ１においてソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々に供給する電流が予め定められた最小値となるように調節が開始され、予め定められた最小の値まで時間ΔＴの期間で低減される。その後、この電流が最小値にされた状態は、時刻ｔ２からｔ５まで維持される。
　その後、時刻ｔ５においてソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々に供給される直流の電流を予め定められた最大値にする調節が再度開始される。
　本実施例では、ウエハ１０７の処理中は、上記のような時刻ｔ０’からｔ５までの期間のうち、ｔ０’からｔ１まで期間は、コイル用電源１１４ａ～ｃから絶対値の大きな電流の供給が行われる。さらに、時刻ｔ１からｔ５までは絶対値の小さな電流の供給が行われる。
　これらの期間には、時刻ｔ０’から絶対値の大きな電流の供給が開始された後にコイルに流れる電流が所定の最大値に到達する（生起される磁界の強度が最大となる）までの遷移に要する時間ΔＴが含まれる。さらに、時刻ｔ１から絶対値の小さな電流の供給が開始された後にコイルに流れる電流が所定の最小値になる（生起される磁界の強度が最小となる）までの遷移の期間ΔＴが含まれる。
　さらには、本実施例では、このようなソレノイドコイル１０６ａ～ｃに各々を所定の期間だけ異なる複数の大きさで磁界を発生させる或いは電力を供給する変調（以下、時間変調と称する）の動作が、ウエハ１０７の処理の期間で繰り返される。特に、本実施例では、試料台１０８の誘電体製の膜内の複数の電極へ高周波電源１１０から高周波電力の供給が開始された時刻から、経過した時間や処理対象の膜層の残り膜厚さあるいは深さ、特定の波長の発光の強度の変化等所定の処理の終了を判定する条件の発生または到達が検出されるまでの期間で繰り返される。
　本例では、最大値と最小値の２つの値に維持される時間及びこれらの遷移する時間を含めた時刻ｔ０’からｔ５までの期間を一つのサイクルとして、当該サイクルが処理を終了する条件の発生や処理対象の膜の目標の膜厚さへの到達（終点）の判定まで繰り返される。以下、本例のソレノイドコイル１０６ａ～ｃへ供給する電流の調節を具体的に説明する。
　本例においては、時刻ｔ０’から絶対値の大きな電流が開始され、ΔＴ後に電流値が１つのサイクルにおける最大の値にされて処理室１０４内に形成されたプラズマの強度または分布が定常の状態に達したことが、プラズマモニタ１０２からの出力を用いて図示しない制御装置により検出される。この判定された時刻をｔ１とする。
　本実施例では、プラズマモニタ１０２により受光された処理室１０４内の発光に関するデータは、制御装置において間隔Δｔの処理中の時刻ごとの時系列のプラズマの発光の強度のデータとして検出される。さらに、この制御装置において、その時系列のデータから当該発光の強度の時間変化の傾きの大きさが検出される。
　検出された発光の強度の変化の傾きを示すデータは、制御装置内部あるいはこれと有線または無線による通信手段で通信可能に接続されたハードディスクやリムーバブルディスク等の記憶装置に記憶される。さらに、当該記憶装置に予め記憶された基準のデータと比較されてプラズマの変動の大小が判定される。
　より具体的には、制御装置内の演算器により、処理中の所定の時刻に検出されたプラズマの発光強度の時間変化の傾きが定常な状態であることを判定するための基準の値として予め記憶装置に記録または記憶された傾き値Ａ０と比較される。当該時刻の発光強度の時間変化の傾きとＡ０とを比較した結果、前者が小さいと判定された場合に、プラズマが定常状態であると判定される。
　図１０には、処理室１０４内の処理用ガスが励起されてプラズマが着火されたプラズマ形成初期におけるプラズマの発光強度の時間変化の傾きを示す破線の線分１００１と、プラズマが着火されソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される電流が最大値に維持された期間の時点（時刻ｔ０から時刻ｔ１）におけるプラズマからの発光の強度の時間の推移に対する変化の傾きを示す破線の線分１００２が示されている。この図に示すように、プラズマが着火された直後の期間ではプラズマの発光の強度はその変動が大きい一方で、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間Δｔの期間では変動が小さくなっている。
　本実施例では、上記した傾きの基準値Ａ０は、線分１００１のものより小さい値に設定されている。このため時刻ｔ１において検出された、時刻ｔ０からの時間Δｔの期間における発光強度の時間変化の傾きがＡ０より小さいと判定され、時刻ｔ１においてプラズマが定常な状態に達したと判定される。
　次に、時刻ｔ１において制御装置によりプラズマの強度あるいはその分布が定常な状態に達したと判定された後、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々に供給する電流が予め定められた最小値となるように調節が開始される。電流が予め定められた最小の値まで時間ΔＴの期間で低減された後、当該電流は最小の値が維持される。
　本実施例では、この電流の値はプラズマの発光の強度が所定の値より小さくなり当該プラズマの密度あるいは強度がプラズマが消失したと見做せる程度まで低下したことが検出されるまで当該最小の値が維持される。図１０，１１に示す時刻ｔ５は、プラズマモニタ１０２により検知されたプラズマからの発光の強度がこの所定の最低値より小さくなり実質的にプラズマが消失したと看做せると判定された時刻を表す。
　本例においては、このように定常状態の判定の場合と同様に、消失の判定においても予めプラズマからの発光の強度の基準値を設定している。制御装置が、プラズマモニタ１０２を介して得られたプラズマからの発光の強度が当該値より小さくなったことを検出すると、プラズマが実質的に消失したと見做せると判定する。
　図１０に示すように、時刻ｔ１にソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される直流の電流の大きさが小さくされた後、最小値が維持された状態でプラズマからの発光の強度は一様に低減される。そして、時刻ｔ５において、設定された最小強度値以下となることが検出される。
　このようなプラズマからの発光の強度の変化は、処理室１０４内に形成されていたプラズマは時刻ｔ１においてソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給されていた直流の電流が遮断、または低減の開始がされることで処理室１０４内のＥＣＲ面が消失またはその強度が著しく低下することにより生起される。すなわち、ＥＣＲ面の消失または強度の低下により、処理室１０４内の処理用ガスの励起による荷電粒子や活性種の生成が損なわれる。
　さらに、プラズマを構成していたイオン等の荷電粒子への磁界またはこれを構成する磁力線による拘束が低減する。この結果、荷電粒子は、時刻ｔ１以降、時刻ｔ１の時点でプラズマの密度が相対的に低くなっていた領域あるいは処理室１０４の外周側壁に向かって処理室１０４内部を拡散することになる。
　これに伴ってプラズマ中の活性種も拡散して、プラズマの発光の強度が低下する。この拡散に伴って低減するプラズマの発光の強度が予め設定された判定用の最低の基準値に達する時刻がｔ５となる。
　次に、プラズマの発光の強度が判定用の最低の基準値以下となったことが検出された時刻ｔ５直後において、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々に供給される直流の電流を予め定められた最大値にする調節が再度開始される。すなわち、本実施例では、時刻ｔ０’～ｔ５までを一つのサイクルとして、大小２つの直流の電流の値を設定された目標値として各々時刻ｔ０’乃至ｔ１、時刻ｔ１乃至ｔ５の期間だけ供給するこのサイクルを繰り返して、電流がソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される。
　このような時刻ｔ０’，ｔ１，ｔ５等のサイクルの期間の開始、終了の時刻は、予め製品用のウエハ１０７と同じ構成（種類、寸法）の膜構造を備えた試験用のウエハを処理してプラズマモニタ１０２を介して得られた結果から当該製品用のウエハ１０７の処理開始前に定めておいても良い。予め定められたこれらの時刻、あるいは時刻間の間隔を定めておいて、処理を開始した時刻から当該間隔毎に上記電流の出力の絶対値を増減する調節を制御装置が行っても良い。
　また、製品用のウエハ１０７を処理中にプラズマモニタ１０２を通して検出したプラズマの発光の強度とその時間の経過に伴う変化の量の値を予め定められた基準値と比較して、異なる絶対値の大きさで電流を供給する期間またはその大きさを切り替える調節の始点または終点の到達の判定を行い、この結果に基づいて電流の大きさと発生する磁界の大きさとを調節しても良い。
　なお、時間ΔＴは、所期の大きさでソレノイドコイル１０６ａ～ｃへの供給が開始された電流が当該大きさでコイルを流れるまで或いは当該大きさの電流で生起される磁界が形成されるまでの遷移に要する時間である。このような時間は、ウエハ１０７の処理のスループットの観点からより短い方が望ましい。
　このことから、制御器１１３ａ～ｃには、例えばソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される電流を減衰・増進させる際に瞬時的に逆電流を印加し当該電流の立ち上がり時間を短縮するような機構を備えてもよい。
　本実施例との比較例として、上記実施例の磁界を時間の変化的に変調して供給しない従来の技術によるプラズマ処理装置における処理室１０４内のプラズマの分布の変化を図２および図３を用いて説明する。
　図２（ａ）、図３（ａ）は、従来技術に係るプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図である。また、図２（ｂ）及び図３（ｂ）は、図２（ａ）、図３（ａ）に示す従来技術に係るプラズマ処理装置の内部で実施されるウエハの処理の特性の分布を模式的に示すグラフである。
　これらの図に示す従来技術においても、処理容器２１５内部に配置された円筒形状を有する処理室２０４の上方でこれを覆って処理室２０４の内外を気密に封止する円板形状を有した誘電体製の窓部材２０５が配置される。また、窓部材２０５の上方に配置された円筒形の空洞２０３’とこれに連通して上方に配置された導波管２０３の内部を伝播してきたマイクロ波の電界が、窓部材２０５を透過して処理室２０４内に供給される。
　また、処理容器２１５の側壁の外周及び窓部材２０５または空洞２０３’の上方を覆って３個のリング状のソレノイドコイル２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃが配置されている。これらの各々に電気的に接続されたコイル用電源２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃから直流電流が供給されて、各々のソレノイドコイルがソレノイドコイル２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃが形成する磁界が処理室２０４内に供給される。
　さらに、このような磁界とマイクロ波の電界との相互作用により処理室２０４内に形成されたＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）面２２３とこれを含む周囲の空間において、図示しないガス導入口から処理室２０４内に導入されたガスの原子または分子が励起されてプラズマ２２２が生成される。このプラズマ２２２中の荷電粒子の動きはＥＣＲ面２２３及び上記磁界の磁力線２２１に拘束される。
　このため、荷電粒子は当該磁力線２２１の向かう方向に沿って処理室２０４内を移動し円筒形を有した試料台２０８の略円形の上面に載せられて保持されたウエハ２０７上面に衝突する。このような荷電粒子の作用により、当該ウエハ２０７上面に配置された樹脂等のマスク層と処理対象の膜層とを含む複数層の膜構造の処理対象の膜層のエッチングが促進される。
　本比較例おいては、図２（ａ）に示すように、ＥＣＲ面２２３におけるプラズマ２２２の粒子が処理室２０４の中心部に集中しその外周側での密度が中心部と比べ著しく小さい、謂わば中心に偏在している。この場合では、ウエハ２０７上面に到達するプラズマ２２２の粒子の単位面積当たり数（密度）は、当該ウエハ２０７の中心部で高く中心で最大の値を有してその外周側の領域においてウエハ２０７の外周端に近づくに伴って低くなる、所謂中高の分布となる。
　この理由は、上記のようにプラズマ２２２中の荷電粒子の動きが磁力線２２１に拘束されており、試料台２０８上方の処理室２０４内の磁力線２２１がウエハ２０７に向かって下向きに漏斗状の末広がりな分布の形状を有しているためである。そして、中心部に形成されたプラズマ２２２の荷電粒子は下向きに移動しつつウエハ２０７の外周端に向かって拡散するためである。
　このため、本例のウエハ２０７上面の径方向についてのエッチング速度の分布は、図２（ｂ）に示すように、ウエハ２０７の中心部で最も高く、外周部に行くほど低くなるという、不均一な分布となる。
　次に、プラズマ２２２が中心部に集中して偏在している図２（ａ）で示した例に対して、真空容器の中心部の周囲にリング状にプラズマが形成された場合の処理の分布について図３を用いて説明する。
　本例では、図３（ａ）に示したように、導波管３０３から処理室３０４内に供給されたマイクロ波の電界により、処理室３０４内に形成されたプラズマ３２２の密度あるいは強度の高い領域が試料台３０８上方でリング状に分布する。このような条件では、ウエハ３０７上面に到達するプラズマ中の粒子の単位面積当たりの数（密度）の分布は、ウエハ３０７上面の半径方向についてその中心部と最外周部で低く、これらの間の領域で高くなる分布となる。
　このことから、ウエハ３０７上面の半径方向についてのエッチング速度の変化は、図３（ｂ）に示すように、中心部と最外周部で低くこれらの間の点で最も高い極大値をとる、所謂Ｍ字状の不均一な分布となる。
　一方で、図１に示したプラズマ処理装置１００は、その縦断面の中心が上下方向に３つの異なる高さ位置に配置されたソレノイドコイル１１４ａ，ｂ，ｃ各々に直流電源１１３ａ，ｂ，ｃから供給される直流電力の電流を時間変調させる構成を備えている。以下に説明する例では、簡単のため時間変調して供給される電流の大きさは、これを示す信号が、所定の最小値及び最大値の各々が予め定められた各々の期間連続して出力されるパルス波形を有している例を説明する。
　本実施例では、直流電流の最小値が０以外の有限の絶対値を有する時間変調に基づいて大きさが調節された電流をソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給する構成を備えても良い。
　このように、処理室１０４内に供給する電界または磁界の強度の大きさと時間とを調節した場合のプラズマの領域とウエハ１０７上面のエッチング速度の分布を図４乃至６を用いて説明する。なお、以下の説明における時刻ｔ０乃至ｔ５は、図１０，１１において説明された同じ名称の時刻に対応する。
　図４（ａ）は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置１００において、コイル用電源１１３からソレノイドコイル１０６に最大値の直流の電力が供給されている時刻（ｔ０）において処理室１０４内に形成されるプラズマ４０１の領域を模式的に示す縦断面図である。図４の状態において、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃに最大値の電流が供給されている期間において、処理室１０４内に生起される電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によって処理室１０４内に導入された処理用ガスの粒子が励起され、プラズマ４０１が生成される。
　この際のプラズマ４０１が存在する処理室１０４内の領域は、図２（ａ）に示したものと同等である。すなわち、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃが生起する各々の磁界が合成された磁界の磁力線４０２が処理室１０４の上下方向の中心軸の回りに対称且つ下向きに漏斗状に末広がりな形状で形成される。
　その一方で、処理室１０４内に形成されるプラズマ４０１中の荷電粒子は磁力線４０２の向きにその移動方向が制約される。このため、電子サイクロトロン共鳴により形成されるプラズマ４０１の密度または強度は、処理室１０４の中心部で最も高く、外周側にいくほど低くなるという分布になる。
　このようなプラズマ４０１および磁力線４０２の下方に配置された試料台１０８上面に載せられ保持されたウエハ１０７上面の中心から半径方向について当該上面上の各位置でのエッチング速度は、中心部で最も高く外周側に向かうほど低くなる分布となる。
　図１０，１１に示した通り、本実施例では、制御器１１３ａ～ｃ各々の動作により、コイル用電源１１４ａ～ｃ各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される直流の電流の大きさが所定の各々の時間間隔で大小の２つの値となることを同期して繰り返すように調節される。図４乃至６に示す例では、電流の値が最大値にされている時刻ｔ０からｔ１秒経過した時刻ｔ１において、電流の大きさを最小値に向けて低減する動作が開始される。
　本例の電流の大きさが最小にされた状態では、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃから生起される磁界は、処理室１０４内においてイオン等のプラズマ４０１中の荷電粒子の移動方向を拘束することができず、実質的に磁界は処理室１０４に供給されていない（ＯＦＦにされる）状態となっている。時刻ｔ１においてソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給する電流の値が０にされて、これが時刻ｔ５まで維持される構成であっても良い。
　図４（ｂ）は、時刻ｔ１からΔＴ以上の任意の時間が経過した時刻（時刻ｔ２）における、処理室１０４内のプラズマ４０３が形成されている領域を模式的に示す縦断面図である。時刻ｔ１においてソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される電流が制御器１１３ａ～ｃにより最小値にされ、処理室１０４に供給されていた磁界が実質的に消滅することになる。
　このため、磁力線４０２によるプラズマ４０１内の荷電粒子が移動する方向の制約が低下または消滅し、荷電粒子は磁力線４０２よりも寧ろ自由な運動による拡散によって処理室１０４内を移動する。この結果、プラズマ４０３が形成されている領域は、その密度勾配に依存して磁界が形成されていた期間ではその密度が低かった領域に向かってプラズマ４０１の粒子が拡散したものになる。
　時刻ｔ１後の時間では、処理室１０４の中心部に集中していたプラズマ４０１の粒子が外周側へ拡散する。このため、ウエハ１０７上面においても中心部のプラズマの密度が低下しその外周側の領域において増大する。
　つまり、時刻ｔ０におけるプラズマの密度のウエハ１０７または処理室１０４の径方向についてのエッチング速度の分布と比較して、時刻ｔ２以降の時刻のエッチング速度の分布は、ウエハ１０７上面の中心から外周縁に向かう方向ついて、中心部のエッチング速度が小さくなりその外周側の位置におけるエッチング速度が上昇するものとなる。つまり、当該分布はＭ字状となる。
　なお、本図及び以降の図において、プラズマが存在する領域をハッチングを施した箇所として図示しているが、これらはその密度が他より高い領域を模式的に表現したものである。すなわち、これらの本実施例および変形例においてハッチングされていない領域には当該プラズマを構成する粒子が存在しないことを意味していない。
　図５（ａ）は、時刻ｔ２から任意の時間が経過した時刻（時刻ｔ３）における、処理室１０４内のプラズマ５０１が形成されている領域を模式的に示す縦断面図である。本実施例では、時刻ｔ１からｔ３までの間はコイル用電源１１４ａ～ｃの各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃの各々に供給される直流の電流は大きさが最小の値にされ、実質的に磁界は処理室１０４に供給されていない（ＯＦＦにされる）状態となっている。
　本例では、供給される直流の電流が０、つまり停止されていても良い。この時刻において実質的に処理室１０４内に磁力線は形成されていない。
　このため、図５におけるプラズマ５０１は、図４（ｂ）の時刻ｔ２におけるプラズマ４０３と比較して、プラズマ４０３の相対的に密度が高い領域がさらに処理室１０４の外周側に向かって拡散したものとなる。その分布は、当該プラズマ４０３と比較して、処理室１０４の中心部における密度がより低下し、その密度の大きな領域がより外周側の領域に移動したものとなる。
　つまり、プラズマ５０１の密度の分布は、ウエハ１０７の半径方向についての密度が最大となる位置が時刻ｔ２のプラズマ４０３のものよりもさらにウエハ１０７の外周側にまで移動したものとなる。このため、この下方に位置するウエハ１０７上面のエッチング速度の分布は、ウエハ１０７の中心から外周側に向かう半径方向の、図４の場合よりも外周側の位置において最も高く、この位置から中心側及び外周側に向かって低くなるものとなる。
　図５（ｂ）は、時刻ｔ３から更に所定の時間が経過した時刻（ｔ４）において、本実施例のプラズマ処理装置１００の処理室１０４内に形成されたプラズマ５０２を模式的に示す縦断面図である。本実施例の時刻ｔ３からｔ４までの間は、上記の時間ｔ１～ｔ３と同様にコイル用電源１１４ａ～ｃの各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃの各々に供給される直流の電流は大きさが最小値にされこれらから形成され処理室１０４内に供給される磁界は実質的に０、つまり停止された状態となっている。
　つまり、処理室１０４内の荷電粒子に対して磁力線は処理室１０４内に実質的に形成されていない状態となる。このため、処理室１０４内の荷電粒子は磁力線４０２よりも寧ろ自由な運動による拡散によって処理室１０４内を移動する。
　図５（ｂ）におけるプラズマ５０２は、図５（ａ）の時刻ｔ３におけるプラズマ５０１が形成された領域からさらに処理室１０４の外周側に向かって拡散したものとなる。プラズマの密度の分布は、時刻ｔ３におけるプラズマ分布５０１に対して、処理室中心部の値はより低下したものとなると共に、プラズマは処理室の壁に到達した状態になる。
　本実施例では、時刻ｔ４においてウエハ１０７上面の中心から外周側に向かう半径方向の位置上においてプラズマ５０２の密度が極大となる位置はウエハ１０７の外周縁または外周の製品として処理される最外周の位置に達する。このため、時刻ｔ４においてウエハ１０７上面または処理室１０４の中心と外周縁との間の径方向上の位置でのウエハ１０７上面のエッチング速度の分布は、中心で最も低くウエハ１０７の外周縁部で最も高い極大値をとり中心から外周縁に向かって高くなるものとなる。
　図６（ａ）は、時刻ｔ４から更に所定の時間が経過した時刻（ｔ５）において、本実施例のプラズマ処理装置１００の処理室１０４内のプラズマの領域を模式的に示す縦断面図である。本実施例では、時刻ｔ４からｔ５においても、時刻ｔ１～ｔ４の時間と同様に、コイル用電源１１４ａ～ｃの各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃの各々に供給される直流の電流は大きさが最小値にされ、これらから形成され処理室１０４内に供給される磁界は実質的に０、つまり停止された状態となっている。
　このため、磁界は処理室１０４内に実質的に供給されておらず、時刻ｔ５において処理室１０４内のプラズマは図５（ｂ）に示したプラズマ５０２からさらに拡散された状態となっている。本例では、時刻ｔ４後、プラズマは拡散を続け、ウエハ１０７または処理室１０４の半径方向についてプラズマの密度の最も高い位置はプラズマ５０２のものより処理室１０４の外周側に移動して、時刻ｔ５以前に処理室１０４の放電室周囲を囲む真空容器１１５上部の円筒形の側壁の内側壁面に達する。
　通常、プラズマ中の粒子は温度の低い部材の表面に接触するとその有しているポテンシャルエネルギーを消失してしまう。図６（ｂ）に示した本実施例は、時刻ｔ５では励起され活性を具備したプラズマ中の粒子の大部分は側壁の内側壁面に接触して励起されたエネルギーを失った結果、プラズマモニタ１０２を介して検出されるプラズマの発光の強度は処理に実質的に寄与するプラズマが形成されていない状態であると判断される基準を下回る状態となる。
　このようにプラズマの分布が変化する本実施例において処理されるウエハ１０７上面におけるエッチング速度の分布の時間の進行に伴う変化は、次のようなものとなる。すなわち、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃからの磁界が処理室１０４内に供給される時刻ｔ０～ｔ１の時間においては、ウエハ１０７中心部で最も高い極大を有するものとなる。
　ウエハ１０７または処理室１０４半径方向におけるエッチング速度が極大となる位置は、上記磁界の供給または磁力線の形成が停止またはこれと見做せる程度に低減される時刻ｔ１から時刻ｔ４の期間で、プラズマの拡散に伴ってウエハ１０７または処理室１０４の中心から半径方向の外周側に向かって徐々に移動する。その後、ウエハ１０７の最外周縁部に達しｔ５においてプラズマが処理室１０４の側壁面で消失する量が増大し実質的にエッチングを生起できなくなることにより、エッチング速度は全体で０になる。
　すなわち、ウエハ１０７上面のエッチング速度は、時刻ｔ０からｔ５の期間において、時間の経過とともに中心部の値が極大から一様に減少する。また、外周縁部の値が最も低い状態から一様に増大して極大となった後急減する。
　本実施例では、ウエハ１０７の処理中は、上記のように時刻ｔ０～ｔ１を含む期間に処理室１０４内部でＥＣＲによるプラズマを生起するための磁界が供給され、その後の時刻ｔ２から時刻ｔ５の期間に磁界の処理室１０４内部への供給が低減または停止される。期間ｔ０～ｔ１及び期間ｔ２～ｔ５の各々は、コイル用電源１１４ａ～ｃの各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃの各々に供給される直流の電流が最小値から増加して最大値にされ最大値が維持されるｔ０’～ｔ１の第１の期間及び最大値から最小値に減少して最小値が維持されるｔ１～ｔ５の第２の期間各々に含まれる。
　ウエハ１０７の処理中は、これらの２つの期間が連続したものを一纏まりとしたコイル用電源１１４ａ～ｃからの直流の電力の供給またはソレノイドコイル１０６ａ～ｃから処理室１０４への磁界の供給のサイクルが所定の周期で繰り返される。この結果、ウエハ１０７の処理中に、処理室１０４内にプラズマを形成する磁界が供給される期間と実質的に供給されない期間とが交互に繰り返される。
　上記の実施例において、ウエハ１０７の処理中に処理室１０４に供給されるマイクロ波の電界は、コイル用電源１１４ａ～ｃからの直流の電力の供給またはソレノイドコイル１０６ａ～ｃから処理室１０４への磁界の供給のサイクルに関わらず一定の強度を備えてマイクロ波発生用電源１０１から発生または導波管１０３から処理室１０４内に供給されても良い。或いは、当該直流の電力の供給または磁界の供給のサイクルに対応して、電界の発生または強度の大きさが増減されても良い。
　特に、当該サイクルに同期したサイクルで大小または所定値及び０との２つの強度のマイクロ波の電界がマイクロ波発生用電源１０１から発生または導波管１０３から処理室１０４内に供給されても良い。上記実施例では、マイクロ波の電界は、磁界の発生または供給のサイクルに関わらず一定の強度を備えて処理室１０４内に供給される。
　時間の経過に伴って上記のように動作するプラズマ処理装置１００の処理室１０４内部に形成されるプラズマの時間平均としての密度あるいは強度の分布は、その中心から処理室１０４の内側壁に向かう方向上の偏りが抑制されたものとなる。このためプラズマによるエッチング処理のウエハ１０７上面における時間平均としてのエッチング速度は、図６（ｂ）に示したように一様あるいは図２（ｂ）、図３（ｂ）に示したものと比較して偏りが低減されて均一により近づけられた分布となる。
　上記の図４乃至６に示した実施例は、プラズマ４０１が処理室１０４の中心部の領域に集中して形成される構成を備えたものであった。次に、この実施例の変形例として、処理室１０４内でのプラズマが当該処理室１０４の上下方向の中心軸の周りにリング状に集中して形成される構成において、ソレノイドコイルに供給する電力の大きさを時間の経過とともに変化させてプラズマが形成される領域を調節する例を、図７乃至図９を用いて説明する。
　図７は、図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置内の処理室内に形成されるプラズマの領域を模式的に示す縦断面図である。本例に置いても、ウエハ１０７上面の処理対象の膜層のエッチング処理中は、任意の時刻ｔ０からｔ１までの期間にコイル用電源１１４ａ～ｃの各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々に最大値の直流の電力が供給され、その後の時刻ｔ２～ｔ５の期間に当該直流の電力の供給が停止または低減される。
　そして、当該のエッチング処理が開始され処理の終点が図示しない制御装置により検出されるまで、これらの２つの期間が連続して交互に繰り返される。図７（ａ）は、特には、ＥＣＲによるプラズマを用いるエッチング処理装置であるプラズマ処理装置１００において、コイル用電源１１４ａ～ｃの各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々に最大値の直流の電力が供給されている時刻（ｔ０）において処理室１０４内に形成されるプラズマ７０１の領域を模式的に示す縦断面図である。
　ソレノイドコイル１０６ａ～ｃに電流の最大値が供給されている間、これらソレノイドコイル１０６ａ～ｃから供給された磁界により処理室１０４内に生起される電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）により形成されるＥＣＲ面上でプラズマ７０１が生成される。本例のプラズマ７０１は、その密度が周囲より高い領域が円筒形を有した処理室１０４の試料台１０８上方のプラズマ形成用の空間である放電室の上下方向の中心軸周りにリング状に形成される。
　このようなプラズマ７０１は、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃ各々が発生する磁界が合成されて形成される磁界の強度の分布が調節されることで、処理室１０４の試料台１０８上面上方の任意の高さに形成可能なＥＣＲ面において、プラズマ７０１は処理室１０４の中心軸からウエハ１０７の半径方向について所定の距離だけ離れた位置で最も高い密度の極大値を有するように実現される。さらに、プラズマ７０１は、当該位置からウエハ１０７半径方向中心側ないしは外周側に距離が離れるほど密度が小さくなる分布を有するものとなる。
　処理室１０４内で、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃが生起する磁界により、処理室１０４内には処理室１０４中心軸周りに対称で下向きに末広がりとなる漏斗状の分布の形状を有する磁力線７０２が形成される。そして、プラズマ７０１中の荷電粒子の移動の方向がこの磁力線７０２の方向に拘束される。
　このため、放電室下方の試料台１０８上面上に吸着されて保持されたウエハ１０７の上面の中心から外周側に向かう半径方向の各々の位置におけるエッチング速度の分布は、中心と外周縁との間の或る位置において最も高い値（極大値）を有するものとなる。さらに、当該位置の中心側あるいは外周側の位置では極大となる位置から距離が離れる程に小さくなる分布となる。
　次に、本例において、時刻ｔ０から所定の時間を経過した後の時刻ｔ１でコイル用電源１１４ａ～ｃからソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される直流の電流を停止した場合に、時刻ｔ１以降の時刻で処理室１０４内を移動するプラズマが形成された領域を図７（ｂ）及び図８，９を用いて説明する。図７（ｂ）は本例のプラズマ処理装置の時刻ｔ１での処理室１０４内でプラズマが形成されている領域を模式的に示す縦断面図である。
　また、図８（ａ）は時刻ｔ１から所定の時間経過した時刻ｔ２での、図８（ｂ）はｔ２の後の時刻ｔ３での処理室１０４内でプラズマが形成されている領域を模式的に示す縦断面図である。さらに、図９（ａ）はｔ３の後の時刻ｔ４での、図９（ｂ）は時刻ｔ４の後の時刻ｔ５での処理室１０４内でプラズマが形成されている領域を模式的に示す縦断面図である。
　図７（ｂ）では、時刻ｔ１から所定の時間が経過した時刻ｔ２における処理室１０４内に形成されたプラズマ７０２の領域がハッチングされて示されている。本例では、上記実施例と同様に、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃに最大値のものが供給されていた直流の電流が時刻ｔ１において低減が開始され時刻ｔ２までの間当該低減され続けている。
　そして、時刻ｔ１～ｔ２の期間では、時刻ｔ１以前で処理室１０４内に形成されていた磁界による磁力線４０２が低減されこれによるプラズマ７０２中の荷電粒子が移動する方向の制約が低減される。時刻ｔ１においてプラズマ７０２の密度の高い領域に在った荷電粒子は、時刻ｔ１でその密度が低かった領域に向かってその密度勾配に依存して拡散する。
　このため、時刻ｔ０からｔ１においては処理室１０４内でＥＣＲ面上で処理室１０４の上下方向の中心軸から特定の距離離れた半径方向の位置で中心軸の周りにリング状に集中して形成されていたプラズマ７０１は、時刻ｔ１以後は当該半径方向の特定の位置から、密度の低い中心側および外周側へ拡散する。このため、ウエハ１０７上面においても、前記特定の位置に対応する中心と外周縁との間の半径方向の位置に到達するプラズマ中の活性の高い粒子の密度が低下し、中心および外周側の位置での粒子の密度が増大する。
　このことから、ウエハ１０７上面のエッチング速度は、時刻ｔ０のものと比較して、前記特定の位置に対応する中心と外周縁との中間間の半径方向の位置の値が低下し、これより中心側および外周側の位置でのエッチング速度が上昇する分布となる。
　図８（ａ）に、時刻ｔ２からさらに時間が経過した時刻ｔ３における処理室１０４内のプラズマ８０１が形成された領域を模式的に示す。本変形例においても実施例と同様、時刻ｔ２からｔ３の間においては、コイル用電源１１４ａ～ｃからソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される直流の電力は０または所定の最低値にされる。
　この際、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃから処理室１０４内に供給される磁界によりウエハ１０７のエッチングを生起させるだけの強度または密度を有したプラズマは形成されておらず、時刻ｔ２後の時刻ｔ３において実質的に処理室１０４内に磁界は供給されていない。このため、時刻ｔ３のプラズマ８０１は、時刻ｔ２におけるプラズマ７０２と比較して、荷電粒子の移動は、磁力線による移動の方向の制約が低減されて荷電粒子の自由な拡散に寧ろ近いものとなる。
　このため、プラズマ８０１は、時刻ｔ２～ｔ３の期間でプラズマ７０１ではその密度が相対的に小さかった領域である処理室１０４の中心側及び外周側に荷電粒子の拡散が進行した結果、プラズマ７０１と比較して密度あるいは強度が高い部分が集中している領域が外周側に移動した分布となる。さらに、本例では、中心部でのプラズマ８０１の密度または強度は低下している。
　このため、ウエハ１０７上面に到達する時刻ｔ３のプラズマ８０１の粒子の密度が極大となる位置は、時刻ｔ２のものと比べ、外周側に移動したものとなる。そして、その中心側及び外周側の箇所において当該極大となる位置との距離が離れるほどほど、つまり中心または外周縁に近づくほど低くなる分布となる。
　図８（ｂ）に、時刻ｔ３から更に時間が経過した時刻ｔ４における処理室１０４内のプラズマ８０２が形成された領域を模式的に示す。本例でも実施例と同様に、時刻ｔ３からｔ４の間においてもソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される直流の電力は所定の最小値または０にされている。
　このため、時刻ｔ３～ｔ４の期間においても時刻ｔ２～ｔ３と同様に、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃが発生する磁界は処理室１０４内に実質的に供給されていない。このことから、プラズマ８０２は、時刻ｔ３におけるプラズマ分布８０１と比較して、さらに拡散されたものとなり処理室１０４中心部の密度はより低下し、ウエハ１０７または処理室１０４の半径方向について密度の極大となる位置は外周側に移動したものとなる。
　本例では、時刻ｔ４においてウエハ１０７上面の中心から外周側に向かう半径方向の位置上においてプラズマ８０２の密度が極大となる位置はウエハ１０７の外周縁または外周の製品として処理される最外周の位置に達する。このため、時刻ｔ４においてウエハ１０７上面の中心から外周側に向かう半径方向上の位置でのエッチング速度の分布は、ウエハ１０７の外周縁部で最も高い極大となり中心側に向かって低くなるものとなる。
　図９（ａ）に、時刻ｔ４から更に時間が経過した時刻ｔ５における、処理室１０４内に形成されたプラズマの状態を模式的に示している。本実施例では、時刻ｔ４からｔ５においても、時刻ｔ２～ｔ４の時間と同様に、コイル用電源１１４ａ～ｃの各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃの各々に供給される直流の電流は絶対値の大きさが最小値または０にされている。
　このため、時刻ｔ４～ｔ５の期間においても、処理室１０４内に磁界は実質的に供給されていない。時刻ｔ５において処理室１０４内のプラズマは図８（ｂ）に示したプラズマ８０２からさらに拡散された状態となっている。
　本例では、時刻ｔ４後、プラズマは拡散を続け、ウエハ１０７または処理室１０４の半径方向についてプラズマの密度の最も高い位置はプラズマ８０２のものより処理室１０４の外周側に移動して、時刻ｔ５以前に処理室１０４の放電室周囲を囲む真空容器１１５上部の円筒形の側壁の内側壁面に達する。時刻ｔ５では、励起され活性を具備したプラズマ中の粒子の大部分は側壁の内側壁面に接触して励起されたエネルギーを失う。
　この結果、プラズマモニタ１０２を介して検出されるプラズマの発光の強度の時刻ｔ５に対応するデータは、処理に実質的に寄与するプラズマが形成されていない状態であると判断される基準を下回るものとなる。
　このようにプラズマの分布が変化する本実施例において処理されるウエハ１０７上面におけるエッチング速度の分布の時間の進行に伴う変化は、次のようなものとなる。すなわち、コイル用電源１１４ａ～ｃから直流の電流の最大値が供給されソレノイドコイル１０６ａ～ｃからの磁界が処理室１０４内に供給される時刻ｔ０～ｔ１の時間においては、ウエハ１０７の半径方向について中心と外周縁との間の特定の位置において最も高い極大を有するものとなる。
　ウエハ１０７または処理室１０４半径方向におけるエッチング速度が極大となる位置は、上記磁界の供給または磁力線の形成が停止またはこれと見做せる程度に低減される時刻ｔ１から時刻ｔ４の期間で、プラズマの拡散に伴ってウエハ１０７または処理室１０４の中心から半径方向の外周側に向かって徐々に移動する。その後、ウエハ１０７の最外周縁部に達しｔ５においてプラズマが処理室１０４の側壁面で消失する量が増大し実質的にエッチングを生起できなくなることにより、エッチング速度は全体で０になる。
　すなわち、ウエハ１０７上面のエッチング速度は、時刻ｔ０からｔ５の期間において、時間の経過とともに中心部の値が極大から一様に減少する。また、外周縁部の値が最も低い状態から一様に増大して極大となった後急減する。本例においても、ウエハ１０７の処理中は、上記のように時刻ｔ０～ｔ１を含む期間に処理室１０４内部でＥＣＲによるプラズマを生起するための磁界が供給され、その後の時刻ｔ２から時刻ｔ５の期間に磁界の処理室１０４内部への供給が低減または停止される。
　期間ｔ０～ｔ１及び期間ｔ２～ｔ５の各々は、コイル用電源１１４ａ～ｃの各々からソレノイドコイル１０６ａ～ｃの各々に供給される直流の電流が最小値から増加して最大値にされ最大値が維持されるｔ０’～ｔ１の第１の期間及び最大値から最小値に減少して最小値が維持されるｔ１～ｔ５の第２の期間各々に含まれる。ウエハ１０７の処理中は、これらの２つの期間が連続したものを一纏まりとしたサイクルが所定の周期で繰り返される。
　この結果、ウエハ１０７の処理中に、処理室１０４内にプラズマを形成する磁界が供給される期間と実質的に供給されない期間とが交互に繰り返される。本例においても、ウエハ１０７の処理中に処理室１０４に供給されるマイクロ波の電界は、上記２つの期間が繰り返されるコイル用電源１１４ａ～ｃからの直流の電力の供給またはソレノイドコイル１０６ａ～ｃから処理室１０４への磁界の供給のサイクルに関わらず一定の強度を備えてマイクロ波発生用電源１０１から発生または導波管１０３から処理室１０４内に供給される。
　当該直流の電力の供給または磁界の供給のサイクルに対応して、電界の発生または強度の大きさが増減されても良く、特に、当該サイクルに同期したサイクルで大小または所定値及び０との２つの強度のマイクロ波の電界がマイクロ波発生用電源１０１から発生または導波管１０３から処理室１０４内に供給されても良い。
　時間の経過に伴って上記のように動作するプラズマ処理装置１００の処理室１０４内部に形成されるプラズマの時間平均としての密度あるいは強度の分布は、その中心から処理室１０４の内側壁に向かう方向上の偏りが抑制されたものとなる。このためプラズマによるエッチング処理のウエハ１０７上面における時間平均としてのエッチング速度は、図９（ｂ）に示したように一様あるいは図２（ｂ）、図３（ｂ）に示したものと比較して偏りが低減されて均一により近づけられた分布となる。
　以上説明した通り、本実施例のように、プラズマモニタ１０２を用いて検出したプラズマの状態に基づいてソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給する電流を時間変調させて供給することで、処理室１０４内に形成されるプラズマの強度或いは密度の高い領域をウエハ１０７の半径方向について処理室１０４内またはウエハ１０７上面を時間的に移動させる、或いは分配する。このことにより、時間の経過に伴うウエハ１０７上面の処理の進行の度合いや速度の偏りを低減して、ウエハ１０７上面の処理の結果をより均一に近づけることができる。
　図１乃至１１に示した実施例及び変形例では、ウエハ１０７の処理中において、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃにコイル用電源１１４ａ～ｃから、交互に繰り返される連続する２つの期間各々で大きさが異なる値に調節されて、直流の電力が供給される。ウエハ１０７の処理中において、電流の大きさは、任意の回数目の第１の期間である時刻ｔ０’～ｔ１では最小値から最大値に増加されて時刻ｔ０～ｔ１で当該最大値が維持され、当該任意の回数目の第１の期間に続く当該任意の回数目の第２の期間である時刻ｔ１～ｔ５では最大値から最小値に向かって低減され、特に時刻ｔ２～ｔ５の間では当該最小値が維持される。
　上記の例では、プラズマモニタ１０２を通して検出されるプラズマからの発光強度が所定の許容範囲を下回ったことが検出された後、時刻ｔ５において、制御装置からの指令信号に応じてコイル用電源１１４ａ～ｃからソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される直流の電力の大きさが増加される任意の回数＋１回目の第１の期間が再度開始される。すなわち、任意の回数目の第２の期間が終了する時刻ｔ５がその次の回数目の第１の期間が開始される時刻ｔ０’となり、この次の回数目の第１の期間が時刻ｔ１（任意の回数目の時刻ｔ５から（ｔ１－ｔ０’）秒後）で終了すると、引き続いて次の回数目の第２の期間が開始され、このような第１、第２の期間がウエハ１０７の処理中に繰り返される。
　一方、第２の期間は少なくとも拡散が生じる時間を持たせるだけ、例えば、上記実施例の時刻ｔ１からｔ３までを１周期として時刻ｔ１においてプラズマの密度が極大の箇所が拡散して処理室１０４の外周側に向かって移動し処理室１０４の外周側の内壁面に接して消失するのを待たずに次の（新たな）プラズマを生成する第１の期間を開始し、これを繰り返してプラズマの生成と拡散とを繰り返すようにしても良い。この場合でも、マイクロは発生用電源１０１により発振されて形成されたマイクロ波は、繰り返される第１、第２の期間にわたり連続して導波管１０３内を伝播し窓部材１０５を透過して処理室１０４内に供給される。
　このような第１、第２の期間が繰り返されるウエハ１０７の処理中の処理室１０４においては、内部でプラズマが生成されている任意の回数目の第１の期間ではソレノイドコイル１０６ａ～ｃにより形成された磁場が供給され、この磁界により当該任意の回数目の第１の期間の前の（任意の回数－１回目の）第２の期間において既に拡散中のプラズマを構成する荷電粒子の動きは磁力線の向きに沿った方向に制限されて拡散が抑制される。このため、任意の回数－１回目の第２の期間で拡散しているプラズマの密度が極大となる箇所は、処理室１０４またはウエハ１０７の半径方向の特定の位置に留められ、任意の回数目の第１の期間が終了して次の（任意の回数目の）第２の期間が開始されソレノイドコイル１０６ａ～ｃに供給される電流が低減され或いは停止されてこれらから処理室１０４内に供給される磁界の強度が低下或いは最低値にされ当該磁界による上記拘束が低減または取り除かれ任意の回数－１回目の第２の期間に拡散していたプラズマ中の荷電粒子は任意の回数目の第１の期間で形成されたプラズマ中の粒子とともに拡散する。
　この際、任意の回数－１目の第２の期間中に拡散していたプラズマの粒子の密度は、磁界によって移動方向が制限されている任意の回数目の第１の期間中に減少するものの、ソレノイドコイル１０６ａ～ｃから処理室１０４への磁界の供給が低減または停止され当該プラズマ中の粒子が処理室１０４の内側壁面に向かって拡散してプラズマが消失するまで第２の期間が継続する上記実施例の場合と比べ、処理室１０４またはウエハ１０７の半径方向の同じ位置で高い密度が維持される。上記の通り、マイクロ波が処理室１０４内に第２の期間中も供給されている本例では、当該マイクロ波の強度がその電界のみによってプラズマを形成できる値以上にされている場合は、第２の期間中におけるプラズマの密度をマイクロ波のみで形成されるプラズマでの密度以上の値に制御することができる。
　さらに、本例では、任意の回数目の第１の期間で形成されたプラズマは、続く第２の期間でこれ以前に形成されて拡散していたプラズマと共に拡散を開始する。このため、より密度の高いプラズマを処理室１０４内のウエハ１０７の半径方向の複数位置において、形成あるいは拡散させることができ、ウエハ１０７の半径方向についての処理の均一性あるいは速度を向上させることができる。
１００…プラズマ処理装置、１０１…マイクロ波発生用電源、１０２…プラズマモニタ、１０３…導波管、１０４…処理室、１０５…窓部材、１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ…ソレノイドコイル、１０７…ウエハ、１０８…試料台、１０９…直流電源、１１０…高周波電源、１１１…高周波フィルタ、１１２…マッチング回路、１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ…制御器、１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ…コイル用電源、１１５…真空容器、２０３…導波管、２０４…処理室、２０５…窓部材、２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ…ソレノイドコイル、２０８…試料台、２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ…コイル用電源２１５…処理容器、２２１…磁力線、２２２…プラズマ、２２３…ＥＣＲ面、２２４…ＥＣＲ面のプラズマ、４０１…プラズマ、４０２…磁力線、４０３…プラズマ、５０１，５０２…プラズマ、７０１，７０２…プラズマ、８０１，８０２…プラズマ。

Claims (10)

  1. 　真空容器の内部に配置された処理室と、この処理室内に配置されその上面に処理対象のウエハが載せられる試料台と、前記処理室内に供給される電界を形成する電界形成部と、前記電界との相互作用によって前記処理室内にプラズマを形成するための磁界を形成するコイルと、当該コイルが形成する前記磁界の強度の増減を所定の間隔で繰り返し前記処理室内のプラズマの強度を増減する制御器とを備え、前記プラズマの形成と拡散とを繰り返して前記ウエハを処理するプラズマ処理装置。
  2. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
    　前記制御器が前記プラズマが形成された後その強度の変化が所定の範囲内になった後に前記コイルの磁界の強度を低減するプラズマ処理装置。
  3. 　請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
    　前記制御器が前記プラズマの強度を示す量が所定の下限値より小さくなった後に前記コイルの磁界を増大させるプラズマ処理装置。
  4. 　請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
    　前記制御器が前記磁界を低減させてプラズマを消失させた後増大させてプラズマを再度形成するプラズマ処理装置。
  5. 　請求項１乃至４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置であって、
    　前記制御器が前記ウエハの処理中に前記プラズマの強度を示す量またはその変化を検出した結果を用いて前記コイルの磁界を増減させるプラズマ処理装置。
  6. 　真空容器の内部の処理室内の試料台上面に処理対象のウエハを載せて、前記処理室内に電界及びこの電界と作用する磁界を供給して当該処理室内にプラズマを形成して、前記ウエハを処理するプラズマ処理方法であって、
    　前記コイルの形成する磁界を所定の間隔で繰り返し増減して処理室内のプラズマの強度を増減し、前記プラズマの形成と拡散とを繰り返して前記ウエハを処理するプラズマ処理方法。
  7. 　請求項６に記載のプラズマ処理方法であって、
    　前記プラズマが形成された後その強度の変化が所定の範囲内になった後に前記コイルの磁界の強度を低減するプラズマ処理方法。
  8. 　請求項６または７に記載のプラズマ処理方法であって、
    　前記プラズマの強度を示す量が所定の下限値より小さくなった後に前記コイルの磁界を増大させるプラズマ処理方法。
  9. 　請求項８に記載のプラズマ処理方法であって、
    　前記磁界を低減させてプラズマを消失させた後に増大させてプラズマを再度形成するプラズマ処理方法。
  10. 　請求項６乃至９の何れか一項に記載のプラズマ処理方法であって、
    　前記ウエハの処理中に前記プラズマの強度を示す量またはその変化を検出した結果を用いて前記コイルの磁界を増減させるプラズマ処理方法。
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