(57)【要約】【課題】装置の小型化および低コスト化が可能であるプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】チャンバ１と、チャンバ１内に対向して配置される上部電極５およびウエハＷを支持する下部電極３と、プラズマ生成用の第１の高周波をイオン加速用の第２の高周波で変調し、変調されて形成された合成波を増幅して得られる高周波電力を下部電極３に印加する高周波電力供給機構２０とを具備し、高周波電力供給機構２０は、第１の高周波を発振する第１発振器３１と、第２の高周波を発振する第２発振器３２と、第１の高周波を前記第２の高周波で変調させる変調器３３と、変調度を調整する変調度調整部３４，３５と、得られた合成波を増幅して所定の高周波電力を生成する高周波電源２２と、マッチャー２３とを有する。【選択図】図１
2009302124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、
プラズマ生成用の第１の周波数の第１の高周波をイオン加速用の第２の周波数の第２の高周波で変調し、変調されて形成された合成波を増幅して得られる高周波電力を前記第２電極に印加する高周波電力供給機構と
を具備し、
前記高周波電力供給機構は、
前記第１の高周波を発振する第１発振器と、
前記第２の高周波を発振する第２発振器と、
前記第１の高周波を前記第２の高周波で変調させる変調器と、
変調させる際の変調度を調整する変調度調整部と、
所定の変調度で変調されて形成された合成波を増幅して所定の高周波電力を生成する高周波電源と、
前記高周波電源とプラズマインピーダンスを整合するためのマッチャーと
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第２発振器は、周波数可変であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記変調器は、前記第１の高周波を前記第２の高周波で振幅変調させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第１の周波数は、１０〜１００ＭＨｚであり、前記第２の周波数は、０．１〜１０ＭＨｚであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記変調度調整部は、前記第１発振器で発振された前記第１の高周波の振幅を調整する第１の振幅調整器と、前記第２発振器で発信された前記第２の高周波の振幅を調整する第２の振幅調整器とを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記高周波電源は、そのＱ値が２０以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
真空排気可能な処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極とを有し、第１の周波数の第１の高周波電力によりプラズマを生成し、第２の周波数の第２の高周波電力によりイオンを加速して被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられる高周波電力供給機構であって、
前記第１の高周波を発振する第１発振器と、
前記第２の高周波を発振する第２発振器と、
前記第１の高周波を前記第２の高周波で変調させる変調器と、
変調させる際の変調度を調整する変調度調整部と、
所定の変調度で変調されて形成された合成波を増幅して所定の高周波電力を生成する高周波電源と、
前記高周波電源とプラズマインピーダンスを整合するためのマッチャーと
を有し、
プラズマ生成用の第１の周波数の第１の高周波をイオン加速用の第２の周波数の第２の高周波で変調し、変調されて形成された合成波を増幅して得られる高周波電力を前記第２電極に印加することを特徴とする高周波電力供給機構。
【請求項８】
前記第２発振器は、周波数可変であることを特徴とする請求項７に記載の高周波電力供給機構。
【請求項９】
前記変調器は、前記第１の高周波を前記第２の高周波で振幅変調させることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の高周波電力供給機構。
【請求項１０】
前記第１の周波数は、１０〜１００ＭＨｚであり、前記第２の周波数は、０．１〜１０ＭＨｚであることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の高周波電力供給機構。
【請求項１１】
前記変調度調整部は、前記第１発振器で発振された前記第１の高周波の振幅を調整する第１の振幅調整器と、前記第２発振器で発信された前記第２の高周波の振幅を調整する第２の振幅調整器とを有することを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の高周波電力供給機構。
【請求項１２】
前記高周波電源は、そのＱ値が２０以下であることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の高周波電力供給機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板に対してプラズマエッチング等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置およびそれに用いる高周波電力供給機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスおいて、プラズマの応用は低温化、ドライプロセス化等のための必須技術である。プラズマを用いた処理としては、半導体ウエハ等の基板に形成された所定の層を加工して所定のパターンを形成するプラズマエッチングが多用されている。
【０００３】
このようなプラズマエッチングを行うためのプラズマエッチング装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が主流である。
【０００４】
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入しつつこれら電極の間に高周波電界を形成して処理ガスをプラズマ化してエッチングするものである。このような平行平板プラズマエッチング装置として、プラズマ生成（電離）のための相対的に高周波の第１の高周波電力と、プラズマ中のイオンを加速して基板に引き込むための相対的に低周波の第２の高周波電力とを基板を載置する下部電極に印加して、プラズマの密度と電子温度とを制御するものが知られている（例えば特許文献１）。
【０００５】
具体的には、図９に示すように、チャンバ１０１内の底部に、セラミックス等からなる誘電体板１０２を介して下部電極として機能する半導体ウエハＷを載置するステージ１０３を設け、ステージ１０３に対向して上部電極として機能する接地されたシャワーヘッド１０５を設け、処理ガス供給系１０６からエッチングのための処理ガスをシャワーヘッド１０５を介してチャンバ１０１内に導入するようにし、高周波電力供給機構１１０から下部電極であるステージ１０３に高周波電力が供給される。また、チャンバ１０１の底部には排気管１１６が接続されており、排気機構１１７により排気管１１６を介してチャンバ１０１内を真空排気可能となっている。
【０００６】
高周波電力供給機構１１０は、プラズマ生成用高周波電源１１１と、イオン加速用高周波電源１１２と各高周波電源とプラズマインピーダンスを整合するためのマッチャー１１３，１１４と、これら２つの高周波電源からの高周波を合成する合成器１１５とを有しており、合成器１１５で合成された高周波電力を下部電極であるステージ１０３に供給する。
【０００７】
このような平行平板プラズマエッチング装置においては、チャンバ１０１内にエッチングのための処理ガスを導入しつつ真空排気してチャンバ１０７内を所定の真空度に維持し、プラズマ生成用高周波電源１１１から６０〜１００ＭＨｚ程度の周波数の高周波電力を供給し、イオン加速用高周波電源１１２から１〜６ＭＨｚ程度の周波数の高周波電力を供給して、プラズマエッチングを行う。
【０００８】
しかしながら、このような従来の平行平板プラズマエッチング装置においては、大型機器である高周波電源およびマッチャーが２つずつ必要であり、装置が大がかりなものとなりまた装置コストも高いものとなる。また、被エッチング膜に対して適切なイオンエネルギーを与えるためには、相対的に低周波数のイオン加速用高周波電源１１２のパワーを調整すればよいが、そのパワーを調整すると、イオン密度も変化してしまう。このような不都合を生じさせないためには、イオン加速用電源の周波数を変更する必要がある。このため、被エッチング材料毎に別々の電源が必要になる。イオン加速用高周波電源１１２として広帯域のものを用いて周波数を可変とすることができるが、このような電源は高価で低効率であり、現実的ではない。
【特許文献１】特開２００５−５６９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、装置の小型化および低コスト化が可能であるプラズマ処理装置およびそれに用いる高周波電力供給機構を提供することを目的とする。
また、このようなことに加え、イオンエネルギーとイオン密度を独立して制御可能なプラズマ処理装置およびそれに用いる高周波電力供給機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、プラズマ生成用の第１の周波数の第１の高周波をイオン加速用の第２の周波数の第２の高周波で変調し、変調されて形成された合成波を増幅して得られる高周波電力を前記第２電極に印加する高周波電力供給機構とを具備し、前記高周波電力供給機構は、前記第１の高周波を発振する第１発振器と、前記第２の高周波を発振する第２発振器と、前記第１の高周波を前記第２の高周波で変調させる変調器と、変調させる際の変調度を調整する変調度調整部と、所定の変調度で変調されて形成された合成波を増幅して所定の高周波電力を生成する高周波電源と、前記高周波電源とプラズマインピーダンスを整合するためのマッチャーとを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１１】
本発明の第２の観点では、真空排気可能な処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極とを有し、第１の周波数の第１の高周波電力によりプラズマを生成し、第２の周波数の第２の高周波電力によりイオンを加速して被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられる高周波電力供給機構であって、前記第１の高周波を発振する第１発振器と、前記第２の高周波を発振する第２発振器と、前記第１の高周波を前記第２の高周波で変調させる変調器と、変調させる際の変調度を調整する変調度調整部と、所定の変調度で変調されて形成された合成波を増幅して所定の高周波電力を生成する高周波電源と、前記高周波電源とプラズマインピーダンスを整合するためのマッチャーとを有し、プラズマ生成用の第１の周波数の第１の高周波をイオン加速用の第２の周波数の第２の高周波で変調し、変調されて形成された合成波を増幅して得られる高周波電力を前記第２電極に印加することを特徴とする高周波電力供給機構を提供する。
【００１２】
上記第１および第２の観点において、前記第２発振器は周波数可変であることが好ましい。前記変調器は、前記第１の高周波を前記第２の高周波で振幅変調させるものであることが好ましい。
【００１３】
前記第１の周波数は、１０〜１００ＭＨｚであり、前記第２の周波数は、０．１〜１０ＭＨｚであることが好ましい。
【００１４】
前記変調度調整部は、前記第１発振器で発振された前記第１の高周波の振幅を調整する第１の振幅調整器と、前記第２発振器で発信された前記第２の高周波の振幅を調整する第２の振幅調整器とを有する構成とすることができる。
【００１５】
前記高周波電源は、そのＱ値が２０以下、例えば１０程度であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１の高周波を第２の高周波により変調し、その変調して形成された合成波を増幅した高周波電力を第２電極に供給するので、プラズマが形成されている処理容器内で合成波が増幅された高周波電力が復調されプラズマ生成用の第１の高周波電力とイオン加速用の第２の高周波電力がそれぞれ印加された状態となる。このため、高周波電源およびマッチャーは、合成波に対するものを１個ずつ設ければよく、これらが２つずつ必要であった従来よりも装置の小型化および低コストかが可能となる。
【００１７】
また、変調度を調整することにより第１の高周波のパワー（振幅）および第２の高周波のパワー（振幅）をそれぞれ別個に調整することができ、プラズマ密度およびイオン密度を所望の値に調整することができる。そして、第２の高周波を発振する第２発振器は周波数が可変であるため、この周波数を調整することにより、イオンエネルギーをイオン密度と独立して制御することができる。このため、従来異なる装置で行わざるを得なかった、ポリシリコンとシリコン酸化膜等の異なる材料のエッチングを一つの装置で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置は、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）の所定の膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置として構成されている。
【００１９】
このプラズマ処理装置は、気密に構成され、ウエハＷが搬入される略円筒状のチャンバ１を有している。チャンバ１内の底部には、セラミックス等からなる誘電体板２を介して下部電極として機能するウエハＷを載置するためのステージ３が設けられている。ステージ３は、アルミニウム等の金属製であり、上面にウエハＷを静電吸着するための静電チャック（図示せず）が設けられており、また内部に冷却媒体を通流してウエハＷを冷却するための冷却媒体流路（図示せず）が設けられている。
【００２０】
チャンバ１内の上部には、ステージ３に対向して上部電極として機能する接地されたシャワーヘッド５が設けられている。すなわち、下部電極として機能するステージ３と上部電極として機能するシャワーヘッド５とで平行平板電極を構成している。シャワーヘッド５は、上部にガス導入口６を有し、内部にガス拡散空間７を有し、底部に複数のガス吐出孔８を有している。ガス導入口６にはガス供給配管９が接続されており、このガス供給配管９の他端にはエッチングのための処理ガスを供給する処理ガス供給系１０が接続されている。そして、処理ガス供給系１０からガス供給配管９およびシャワーヘッド５を介してエッチングのための処理ガスがチャンバ１内に供給される。エッチングのための処理ガスとしては、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）が用いられる。
【００２１】
チャンバ１の底部には排気管１１が接続されており、排気管１１には、真空ポンプや圧力調整バルブ等を含む排気機構１２が接続されており、この排気機構１２によりチャンバ１内が排気されてチャンバ１内が所定の真空度に維持されるようになっている。
【００２２】
下部電極として機能するサセプタ３には、高周波電力供給機構２０が接続されている。この高周波電力供給機構２０は、プラズマ生成用の相対的に高い周波数である第１の周波数の第１の高周波を、イオン加速用の相対的に低い周波数である第２の周波数の第２の高周波で振幅変調（ＡＭ変調）し、ＡＭ変調された高周波を増幅して形成された高周波電力を下部電極として機能するステージ３に印加するものである。ＡＭ変調に際しては、第１の高周波が搬送波となり、第２の高周波が変調信号となる。
【００２３】
ここで、プラズマ生成用の第１の高周波の周波数（第１の周波数）としては、高密度のプラズマを得る観点から、イオンが追従できない高い周波数であることが好ましく、シース厚がさほど変化しなくなる１０ＭＨｚ以上であることが好ましい。しかし、周波数を上げすぎると、電極の大きさが波長に対して無視できなくなり、高周波による定在波が発生し、プラズマ分布を悪化させるおそれがあることから、１００ＭＨｚ以下が好ましい。
【００２４】
プラズマのシース厚Ｓｍは一般に以下の（１）式で表される。
Ｓｍ∝Ｓａｂｓ１／８／ω１／４・Ｔｅ５／１６・εｃ３／８    …（１）
ただし、Ｓａｂｓはシース吸収エネルギー、ωは角周波数、Ｔｅは電子温度、εｃは衝突エネルギーである。
（１）式から明らかなように、シース厚Ｓｍは、角周波数ωの１／４乗に反比例することから、周波数が大きくなるほどシース厚は薄くなるが、ある周波数以上ではそれほど変化しなくなる。この周波数は通常２０〜３０ＭＨｚとされていることから、１０ＭＨｚ以上を好ましい範囲とした。より好ましくは４０〜１００ＭＨｚであり、例えば６０ＭＨｚが用いられる。
【００２５】
イオン加速用の第２の高周波の周波数（第２の周波数）としては、イオン加速のために適切なプラズマシースを形成する観点から０．１〜１０ＭＨｚの範囲が好ましく、１〜１０ＭＨｚ程度がより好ましい。例えば１〜６ＭＨｚ程度が用いられる。ここでイオンエネルギーをＥｉｏｎ、印加高周波電圧の振幅をＶｒｆ、印加励起周波数をｆとすると、一般に図２のような傾向がある。つまり周波数が１ＭＨｚから１０ＭＨｚの間において大きな変化があり、Ｖｒｆを一定に保ち周波数を１ＭＨｚから１０ＭＨｚまで変えるとイオンエネルギーＥｉｏｎを正確に制御することができる。
【００２６】
高周波電力供給機構２０は、ＡＭ変調部２１と、高周波電源２２と、マッチャー２３とを有している。ＡＭ変調部２１は、上記第１の高周波を発振する第１発振器３１と、上記第２の高周波を発振する第２発振器３２と、第１の高周波を第２の高周波で変調させる変調器３３と、変調度を調整するための２つの振幅調整器３４，３５と、特定波長を透過させるＢＰ（バンドパス）フィルタ３６とを有している。
【００２７】
第１発振器３１と第２発振器３２は、単なる小信号用の発振器であるため、高周波電源のような大がかりな装置構成は不要である。第２発振器３２としては周波数可変の発振器、例えばＰＬＬ発振器を用い、周波数を例えば１〜６ＭＨｚの間で可変とする。
【００２８】
振幅調整器３４は、第１発振器３１と変調器３３との間に設けられ、第１発振器３１で発振された第１の高周波の振幅を調整するものであり、振幅調整器３５は、第２発振器３２と変調器３３との間に設けられ、第２発振器３２で発振された第２の高周波の振幅を調整するものである。変調度（減衰比）ｋは、搬送波である第１の高周波の振幅をＡｃ、変調波である第２の高周波の振幅をＡｍとするとｋ＝Ａｍ／Ａｃで表すことができるから、振幅調整器３４，３５により振幅を調整することにより変調度を調整することができる。振幅調整器３４，３５としては、例えばアッテネータ（減衰器）が用いられる。
【００２９】
ＡＭ変調部２１においては、第１発振器３１で発振され振幅調整器３４で所定の振幅に調整された第１の高周波と、第２発振器３２で発振され振幅調整器３５で所定の振幅に調整された第２の高周波が変調器３３に送られ、変調器３３において、第１の高周波が第２の高周波により所定の変調度で変調され、変調されて形成された合成波（ＡＭ変調波）は、ＢＰフィルタ３６を経て高周波電源２２に送られる。
【００３０】
高周波電源２２は、上記第１の周波数の電源であり、これによりＡＭ変調によって形成された合成波（ＡＭ変調波）を増幅して所定の高周波電力を得る。この場合に、後述するように、高周波電源２２において、以下の（２）式で表されるＱ値を適切に設定することにより、第１の高周波と第２の高周波の合成波（ＡＭ変調波）を増幅することができる。
Ｑ＝（蓄えられるエネルギー）／（消費されるエネルギー）…（２）
この場合に高周波電源２２のＱ値は１以上で２０以下であることが好ましく、例えばＱ値が１０の場合には、第１の高周波の周波数が６０ＭＨｚのとき、第２の高周波の周波数が１〜６ＭＨｚ程度でＡＭ変調によって形成された合成波を増幅することができる。
【００３１】
マッチャー２３も高周波電源２２と同様のＱ値に設定される。すなわち、マッチャー２３もＱ値が１以上で２０以下であることが好ましく、高周波電源２２としてＱ値が１０のものを用いた場合には、マッチャー２３もＱ値が１０のものを用いることが好ましい。
【００３２】
このようにしてＡＭ変調により形成された合成波（ＡＭ変調波）をステージ３に印加することにより、このＡＭ変調波は後述するようにプラズマによって復調され、第１の高周波に基づく高周波電力と第２の高周波に基づく高周波電力がプラズマに印加されることとなる。
【００３３】
プラズマ処理装置の各構成部は、図１に示すように、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、オペレータがプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。さらに、プロセスコントローラ５０には、プラズマ処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置５０の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピを格納することが可能な記憶部５２が接続されている。処理レシピはハードディスクのような固定的な記憶媒体に記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部５２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。
【００３４】
次に、このように構成されるプラズマ処理装置の処理動作について説明する。
まず、図示しない搬入出口からチャンバ１内にウエハＷを搬入し、ステージ３の上に載置する。そして、排気機構１２によりチャンバ１内を排気しつつ処理ガス供給系１０からエッチングのための処理ガスをシャワーヘッド５を介してチャンバ１内に導入し、高周波電力供給機構２０により第１の高周波が第２の高周波によりＡＭ変調された高周波電力をステージ３に印加し、プラズマを生成する。この際に、ステージ３の上面に設けられた静電チャック（図示せず）によりウエハＷを静電吸着する。
【００３５】
高周波電力供給機構２０のＡＭ変調部２１においては、第１発振器３１で発振された第１の高周波と第２発振器３２で発振された第２の高周波とを、それぞれ振幅調整器３４，３５により振幅調整しつつ変調器３３で合成して、第１の高周波を第２の高周波によりＡＭ変調する。そして、ＢＰフィルター３６により必要な帯域の周波数のみを通過させ、通過したＡＭ変調波を高周波電源２２に入力する。
【００３６】
ここで搬送波である第１の高周波ｖｃは、図３に示すようになり、以下の（３）式で表すことができる。
ｖｃ＝Ａｃｃｏｓ（ωｔ＋φ０）  ……（３）
ただし、Ａｃは搬送波の振幅、ωは搬送波の角周波数、φ０は搬送波の位相である。
【００３７】
また、変調信号である第２の高周波ｖｍは、図４に示すようになり、以下の（４）式で表すことができる。
ｖｍ＝Ａｍｃｏｓｐｔ  ……（４）
ただし、Ａｍは変調信号の振幅、ｐは変調信号の角周波数である。
【００３８】
さらに、ＡＭ変調した場合の合成波（ＡＭ変調波）ｖＡＭ（ｔ）は、図５に示すようになり、以下の（５）式に示すようになる。
ｖＡＭ（ｔ）＝（Ａｃ＋Ａｍｃｏｓｐｔ）ｃｏｓ（ωｔ＋φ０）
＝Ａｃ（１＋ｋｃｏｓｐｔ）ｃｏｓ（ωｔ＋φ０）…（５）
ただし、ｋ＝Ａｍ／Ａｃは変調度（減衰比）である。
【００３９】
上記（５）式を展開すると以下の（６）式となり、さらに展開すると（７）式になる。
ｖＡＭ（ｔ）＝Ａｃｃｏｓ（ωｔ＋φ０）＋ｋＡｃｃｏｓｐｔ・ｃｏｓ（ωｔ＋φ０）  …（６）
ｖＡＭ（ｔ）＝Ａｃｃｏｓ（ωｔ＋φ０）＋
（１／２）ｋＡｃｃｏｓ［（ω＋ｐ）ｔ＋φ０］＋
（１／２）ｋＡｃｃｏｓ［（ω−ｐ）ｔ＋φ０］  …（７）
【００４０】
（７）式に示すようにＡＭ変調波ｖＡＭ（ｔ）は、搬送波：Ａｃｃｏｓ（ωｔ＋φ０）、上側波：（１／２）ｋＡｃｃｏｓ［（ω＋ｐ）ｔ＋φ０］、下側波：（１／２）ｋＡｃｃｏｓ［（ω−ｐ）ｔ＋φ０］の３つの成分になる。このときのＡＭ変調波ｖＡＭ（ｔ）のスペクトルは、図６に示すようになる。
【００４１】
図６から明らかなように、ＡＭ変調することにより（ω＋ｐ）−（ω−ｐ）＝２ｐの帯域を確保すれば増幅およびマッチングすることができる。ここで、変調信号の周波数をｆｍとするとｐ＝２πｆｍとなるから、半値幅Ｂは、以下の（８）式で表すことができる。
Ｂ＝２ｆｍ＝ｆＢＷ    ……（８）
ただし、ｆＢＷは、占有周波数帯域である。
【００４２】
搬送波の周波数をｆ０とすると、Ｑ値は以下の（９）式で表すことができる。
Ｑ＝ｆ０／ｆＢＷ    ……（９）
【００４３】
ここで搬送波の周波数ｆ０を４０ＭＨｚ、ｆＢＷを２ＭＨｚとすると、Ｑ＝４０／２＝２０となり高周波電源２２およびマッチャー２３のＱ値を２０以下にすればよいこととなる。
【００４４】
高周波電源およびマッチャーは、Ｑ値が高いほど高精度であるが、通常、安定性を考慮してＱ＝１０程度とする。このため、高周波電源２２として増幅動作（Ａ級、Ｂ級等）に捉われることなく一般的なものを用いることにより、またマッチャー２３としてＬとＣからなる汎用的なものを用いることにより、本実施形態で意図するＡＭ変調波を増幅することができる。
【００４５】
高周波電源２２で増幅されて形成された高周波電力は、チャンバ１の中において、６０ＭＨｚ程度の相対的に高い周波数の第１の高周波（搬送波）の成分（ω）では、イオンおよび電子とも電界の変化に追従することができないのに対し、１〜１０ＭＨｚ程度の相対的に低い周波数の第２の高周波（変調信号）の成分（ｐ）では、イオンは電界の変化に追従できないが電子は追従することができるのでプラズマ電位が発生し、シースに電界がかかりイオンを加速することができる。この時のプラズマの等価回路は、図７に示すように、シース部分がダイオードとコンデンサからなるものとなり、ダイオードによる非線形成分により非線形復調（ダイオード復調）が達成され、チャンバ１内でＡＭ変調波を復調することができる。
【００４６】
したがって、プラズマのシース部分には、第２の高周波成分であるｃｏｓｐｔとＤＣ部分が残り、その結果、ｐ角速度に励起されたイオンがシース部分で加速され、それを使用して物理エッチングを行うことができる。ここで図８を参照して本実施形態のプラズマエッチングのメカニズムを被エッチング材料を熱酸化膜ＳｉＯ２として説明する。まずＣｘＦｙ系のガスとＡｒなど不活性ガスの混合ガスによりプラズマが生成され、Ｃ、Ｆ、ＣＦ等の活性粒子がＳｉＯ２面に吸着される（図８（ａ））。その後運動エネルギーをもったＡｒイオンがＳｉＯ２面に衝突してこの部分の温度が上昇し、これによりＳｉＯ２とこれら活性粒子が化学反応を起こし、ＳＦ４、ＣＯ、およびＣＯ２等が形成される（図８（ｂ））。これらの反応副生成物は数ｍＴｏｒｒの環境下ではガスとなり排気管１１を通して排気され、ＳｉＯ２膜はエッチングされる（図８（ｃ））。ここで活性粒子とＳｉＯ２との化学反応において、その反応スピードは温度によって変化する。図８におけるプラズマエッチングにおいて、ＳｉＯ２膜とＬｏｗ−ｋ膜のエッチング選択比を上げるためには、ＳｉＯ２膜がエッチングされ易く、Ｌｏｗ−ｋ膜がエッチングされ難い温度にＳｉ基板の温度を維持する必要があるが、この温度はＡｒイオンのエネルギーによって定まる。本実施形態においては、選択比を上げるためにイオンエネルギーを制御し、すなわち例えば第２の高周波の振幅Ａｍを一定としつつ周波数を制御し、エッチングレートを上げるために第１の高周波の振幅Ａｃを一定としたまま変調度ｋを大きくする。
【００４７】
以上のように、本実施形態によれば、ＡＭ変調部２１で第１の高周波を第２の高周波でＡＭ変調し、そのＡＭ変調波を増幅した高周波電力をチャンバ１内で復調するので、高周波電源およびマッチャーは、ＡＭ変調波に対するものを１個ずつ設ければよく、これらが２つずつ必要であった従来よりも装置の小型化および低コストかが可能となる。
【００４８】
また、ＡＭ変調部２１で変調度を調整しつつ第１の高周波を第２の高周波で変調するので、高周波電源２２で増幅し、チャンバ１内で復調した際における第１の高周波のパワー（振幅）および第２の高周波のパワー（振幅）をそれぞれ別個に調整することができ、プラズマ密度およびイオン密度を所望の値に調整することができる。そして、第２の高周波を発振する第２発振器３２は周波数が可変であるため、この周波数を調整することにより、イオンエネルギーをイオン密度と独立して制御することができる。このため、従来異なる装置で行わざるを得なかった、ポリシリコンとシリコン酸化膜等の異なる材料のエッチングを一つの装置で実現することができる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第１の高周波を第２の高周波で変調させる際に振幅変調（ＡＭ変調）を用いたが、周波数変調（ＦＭ変調）や位相変調（ＰＭ変調）等、他の変調を用いることもできる。
【００５０】
また、上記実施形態では、プラズマ処理としてプラズマエッチングを例にとって説明したが、他のプラズマ処理であってもよい。さらに、被処理体についても、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用ガラス基板などの他のものを対象にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図。
【図２】イオンエネルギーの周波数依存性を示す図。
【図３】第１の高周波（搬送波）の波形を示す図。
【図４】第２の高周波（変調波）の波形を示す図。
【図５】第１の高周波を搬送波とし、第２の高周波を変調信号としてＡＭ変調した場合の合成波（ＡＭ変調波）の波形を示す図。
【図６】図５のＡＭ変調波のスペクトルを示す図。
【図７】プラズマの等価回路を示す図。
【図８】エッチングのメカニズムを示す図。
【図９】従来の平行平板プラズマ処理装置の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１；チャンバ
３；ステージ（下部電極）
５；シャワーヘッド（上部電極）
１０；処理ガス供給系
１２；排気機構
２０；高周波電力供給機構
２１；ＡＭ変調部
２２；高周波電源
２３；マッチャー
３１；第１発振器
３２；第２発振器
３３；変調器
３４，３５；振幅調整器
３６；ＢＰフィルター
５０；プロセスコントローラ
５２；記憶部
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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