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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022185241
(43)【公開日】2022-12-14
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20221207BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20221207BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
H01L21/302 101B
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021092775
(22)【出願日】2021-06-02
(71)【出願人】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100122507
【弁理士】
【氏名又は名称】柏岡 潤二
(72)【発明者】
【氏名】貝嶋 祥
【テーマコード（参考）】
2G084
5F004
【Ｆターム（参考）】
2G084BB21
2G084CC03
2G084CC04
2G084CC05
2G084CC09
2G084CC12
2G084CC13
2G084CC14
2G084CC15
2G084CC17
2G084CC33
2G084DD24
2G084DD37
2G084DD38
2G084DD55
2G084EE17
2G084FF15
2G084HH05
2G084HH06
2G084HH26
2G084HH27
2G084HH28
2G084HH29
2G084HH31
2G084HH43
2G084HH55
2G084HH56
5F004AA16
5F004BA09
5F004BB13
5F004BB22
5F004BB23
5F004BB25
5F004BB26
5F004CA04
5F004CA06
5F004CB05
(57)【要約】
【課題】プラズマの生成における高周波電力の電力結合効率を高める技術を提供する。
【解決手段】開示されるプラズマ処理装置において、高周波電源が、第１の期間における高周波電力のレベルが第１の期間と第２の期間における高周波電力のレベルよりも高くなるように、高周波電力を変調する。第２の期間は、第１の期間と交互の期間である。バイアス電源は、第３の期間におけるバイアスエネルギーのレベルが第４の期間におけるバイアスエネルギーのレベルよりも高くなるように、バイアスエネルギーを変調する。第４の期間は、第３の期間と交互の期間である。バイアス電源は、第１の期間と部分的に重複する第３の期間の開始時点の第１の期間の開始時点に対する時間差を、進行波のパワー及び反射波のパワーから得られる高周波電力のプラズマへの電力結合効率に応じて調整する。
【選択図】図２
【解決手段】開示されるプラズマ処理装置において、高周波電源が、第１の期間における高周波電力のレベルが第１の期間と第２の期間における高周波電力のレベルよりも高くなるように、高周波電力を変調する。第２の期間は、第１の期間と交互の期間である。バイアス電源は、第３の期間におけるバイアスエネルギーのレベルが第４の期間におけるバイアスエネルギーのレベルよりも高くなるように、バイアスエネルギーを変調する。第４の期間は、第３の期間と交互の期間である。バイアス電源は、第１の期間と部分的に重複する第３の期間の開始時点の第１の期間の開始時点に対する時間差を、進行波のパワー及び反射波のパワーから得られる高周波電力のプラズマへの電力結合効率に応じて調整する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
チャンバと、
電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
前記基板支持部上に載置された基板に前記プラズマからイオンを引き込むためにバイアスエネルギーを前記基板支持部の前記電極に与えるように構成されたバイアス電源と、
前記高周波電力の進行波のパワー及び反射波のパワーを測定する測定器と、
を備え、
前記高周波電源は、第１の期間における前記高周波電力のレベルが該第１の期間と交互の第２の期間における前記高周波電力のレベルよりも高くなるように、前記高周波電力を変調し、
前記バイアス電源は、
第３の期間における前記バイアスエネルギーのレベルが該第３の期間と交互の第４の期間における該バイアスエネルギーのレベルよりも高くなるように、前記バイアスエネルギーを変調し、
前記第１の期間と部分的に重複する前記第３の期間の開始時点の該第１の期間の開始時点に対する時間差を、前記進行波のパワー及び前記反射波のパワーから得られる前記高周波電力の前記プラズマへの電力結合効率に応じて、調整する、
ように構成されている、
プラズマ処理装置。
電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
前記基板支持部上に載置された基板に前記プラズマからイオンを引き込むためにバイアスエネルギーを前記基板支持部の前記電極に与えるように構成されたバイアス電源と、
前記高周波電力の進行波のパワー及び反射波のパワーを測定する測定器と、
を備え、
前記高周波電源は、第１の期間における前記高周波電力のレベルが該第１の期間と交互の第２の期間における前記高周波電力のレベルよりも高くなるように、前記高周波電力を変調し、
前記バイアス電源は、
第３の期間における前記バイアスエネルギーのレベルが該第３の期間と交互の第４の期間における該バイアスエネルギーのレベルよりも高くなるように、前記バイアスエネルギーを変調し、
前記第１の期間と部分的に重複する前記第３の期間の開始時点の該第１の期間の開始時点に対する時間差を、前記進行波のパワー及び前記反射波のパワーから得られる前記高周波電力の前記プラズマへの電力結合効率に応じて、調整する、
ように構成されている、
プラズマ処理装置。
【請求項2】
前記バイアス電源は、前記第３の期間の前記開始時点が前記第１の期間の前記開始時点に対して先行し、且つ、前記時間差が前記電力結合効率が低いほど大きくなるように、該時間差を調整するように構成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項3】
前記バイアス電源は、前記第１の期間の終了時点と該第１の期間と部分的に重複する前記第３の期間の終了時点が一致するように、該第３の期間の時間長を設定する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
前記バイアスエネルギーは、高周波電力又は周期的に発生される電圧のパルスである、請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項5】
前記高周波電源は、前記第２の期間において前記高周波電力の供給を停止するように構成されており、
前記バイアス電源は、前記第４の期間において前記バイアスエネルギーの供給を停止するように構成されている、
請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記バイアス電源は、前記第４の期間において前記バイアスエネルギーの供給を停止するように構成されている、
請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項6】
プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持部上に基板を載置する工程と、
前記チャンバ内でプラズマを生成するために供給される高周波電力を変調する工程であり、前記高周波電力は、第１の期間における前記高周波電力のレベルが該第１の期間と交互の第２の期間における前記高周波電力のレベルよりも高くなるように変調される、該工程と、
前記基板に前記プラズマからイオンを引き込むために前記基板支持部の電極に供給されるバイアスエネルギーを変調する工程であり、前記バイアスエネルギーは、第３の期間における前記バイアスエネルギーのレベルが該第３の期間と交互の第４の期間における該バイアスエネルギーのレベルよりも高くなるように変調される、該工程と、
前記高周波電力の進行波のパワー及び前記高周波電力の反射波のパワーから得られる前記高周波電力の前記プラズマへの電力結合効率に応じて、前記第１の期間と部分的に重複する前記第３の期間の開始時点の該第１の期間の開始時点に対する時間差を調整する工程と、
を含むプラズマ処理方法。
前記チャンバ内でプラズマを生成するために供給される高周波電力を変調する工程であり、前記高周波電力は、第１の期間における前記高周波電力のレベルが該第１の期間と交互の第２の期間における前記高周波電力のレベルよりも高くなるように変調される、該工程と、
前記基板に前記プラズマからイオンを引き込むために前記基板支持部の電極に供給されるバイアスエネルギーを変調する工程であり、前記バイアスエネルギーは、第３の期間における前記バイアスエネルギーのレベルが該第３の期間と交互の第４の期間における該バイアスエネルギーのレベルよりも高くなるように変調される、該工程と、
前記高周波電力の進行波のパワー及び前記高周波電力の反射波のパワーから得られる前記高周波電力の前記プラズマへの電力結合効率に応じて、前記第１の期間と部分的に重複する前記第３の期間の開始時点の該第１の期間の開始時点に対する時間差を調整する工程と、
を含むプラズマ処理方法。
【請求項7】
前記時間差は、前記第３の期間の前記開始時点が前記第１の期間の前記開始時点に対して先行し、且つ、該時間差が前記電力結合効率が低いほど大きくなるように、調整される、請求項６に記載のプラズマ処理方法。
【請求項8】
前記第１の期間の終了時点と該第１の期間と部分的に重複する前記第３の期間の終了時点が一致するように、該第３の期間の時間長が設定される、請求項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項9】
前記バイアスエネルギーは、高周波電力又は周期的に発生される電圧のパルスである、請求項６～８の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項10】
前記高周波電力の供給は、前記第２の期間において停止され、
前記バイアスエネルギーの供給は、前記第４の期間において停止される、
請求項６～９の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
前記バイアスエネルギーの供給は、前記第４の期間において停止される、
請求項６～９の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
プラズマ処理装置が、基板に対するプラズマ処理装置において用いられている。プラズマ処理装置では、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力が供給される。下記の特許文献１は、高周波電力のオン／オフ制御又はハイ／ロウ制御を行う技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平１０－６４６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、プラズマの生成における高周波電力の電力結合効率を高める技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、高周波電源、バイアス電源、及び測定器を備える。基板支持部は、電極を有し、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、基板支持部上に載置された基板にプラズマからイオンを引き込むためにバイアスエネルギーを基板支持部の電極に与えるように構成されている。測定器は、高周波電力の進行波のパワー及び反射波のパワーを測定するように構成されている。高周波電源は、第１の期間における高周波電力のレベルが第１の期間と第２の期間における高周波電力のレベルよりも高くなるように、高周波電力を変調する。第２の期間は、第１の期間と交互の期間である。バイアス電源は、第３の期間におけるバイアスエネルギーのレベルが第４の期間におけるバイアスエネルギーのレベルよりも高くなるように、バイアスエネルギーを変調する。第４の期間は、第３の期間と交互の期間である。バイアス電源は、第１の期間と部分的に重複する第３の期間の開始時点の第１の期間の開始時点に対する時間差を、進行波のパワー及び反射波のパワーから得られる高周波電力のプラズマへの電力結合効率に応じて調整する。
【発明の効果】
【0006】
一つの例示的実施形態によれば、プラズマの生成における高周波電力の電力結合効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図2】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図3】高周波電力及びバイアスエネルギーの一例のタイミングチャートである。
【図4】電力結合効率の時間変化を例示する図である。
【図5】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
【0009】
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、高周波電源、バイアス電源、及び測定器を備える。基板支持部は、電極を有し、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、基板支持部上に載置された基板にプラズマからイオンを引き込むためにバイアスエネルギーを基板支持部の電極に与えるように構成されている。測定器は、高周波電力の進行波のパワー及び反射波のパワーを測定するように構成されている。高周波電源は、第１の期間における高周波電力のレベルが第１の期間と第２の期間における高周波電力のレベルよりも高くなるように、高周波電力を変調する。第２の期間は、第１の期間と交互の期間である。バイアス電源は、第３の期間におけるバイアスエネルギーのレベルが第４の期間におけるバイアスエネルギーのレベルよりも高くなるように、バイアスエネルギーを変調する。第４の期間は、第３の期間と交互の期間である。バイアス電源は、第１の期間と部分的に重複する第３の期間の開始時点の第１の期間の開始時点に対する時間差を、進行波のパワー及び反射波のパワーから得られる高周波電力のプラズマへの電力結合効率に応じて調整する。
【0010】
第１の期間と第３の期間との間の時間差は、高周波電力のプラズマへの結合効率に影響する。上記実施形態によれば、高周波電力のプラズマへの電力結合効率に応じて当該時間差が調整されるので、プラズマの生成における高周波電力の電力結合効率を高めることが可能となる。
【0011】
一つの例示的実施形態において、バイアス電源は、第３の期間の開始時点が第１の期間の開始時点に対して先行し、且つ、前記時間差が電力結合効率が低いほど大きくなるように、該時間差を調整するように構成されていてもよい。
【0012】
一つの例示的実施形態において、バイアス電源は、第１の期間の終了時点と第１の期間と部分的に重複する第３の期間の終了時点が一致するように、第３の期間の時間長を設定してもよい。
【0013】
一つの例示的実施形態において、バイアスエネルギーは、高周波電力又は周期的に発生される電圧のパルスであってもよい。
【0014】
一つの例示的実施形態において、高周波電源は、第２の期間において高周波電力の供給を停止するように構成されていてもよい。バイアス電源は、第４の期間においてバイアスエネルギーの供給を停止するように構成されていてもよい。
【0015】
別の一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持部上に基板を載置する工程を含む。プラズマ処理方法は、チャンバ内でプラズマを生成するために供給される高周波電力を変調する工程を更に含む。高周波電力は、第１の期間における高周波電力のレベルが第２の期間における高周波電力のレベルよりも高くなるように変調される。第２の期間は、第１の期間と交互の期間である。プラズマ処理方法は、基板にプラズマからイオンを引き込むために基板支持部の電極に供給されるバイアスエネルギーを変調する工程を更に含む。バイアスエネルギーは、第３の期間におけるバイアスエネルギーのレベルが第４の期間におけるバイアスエネルギーのレベルよりも高くなるように変調される。第４の期間は、第３の期間と交互の期間である。プラズマ処理方法は、高周波電力のプラズマへの電力結合効率に応じて、第１の期間と部分的に重複する第３の期間の開始時点の第１の期間の開始時点に対する時間差を調整する工程を更に含む。電力結合効率は、高周波電力の進行波のパワー及び高周波電力の反射波のパワーから得られる。
【0016】
一つの例示的実施形態において、前記時間差は、第３の期間の開始時点が第１の期間の開始時点に対して先行し、且つ、該時間差が電力結合効率が低いほど大きくなるように、調整されてもよい。
【0017】
一つの例示的実施形態において、第１の期間の終了時点と第１の期間と部分的に重複する第３の期間の終了時点が一致するように、第３の期間の時間長が設定されてもよい。
【0018】
一つの例示的実施形態において、バイアスエネルギーは、高周波電力又は周期的に発生される電圧のパルスであってもよい。
【0019】
一つの例示的実施形態において、高周波電力の供給は、第２の期間において停止されてもよい。バイアスエネルギーの供給は、第４の期間において停止されてもよい。
【0020】
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【0021】
【0022】
一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも一つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも一つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも一つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
【0023】
プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも一つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。
【0024】
制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。
【0025】
以下に、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合プラズマ処理装置の構成例について説明する。容量結合プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、複数の電源、及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも一つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。
【0026】
基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。
【0027】
一実施形態において、本体部１１１は、基台１１４及び静電チャック１１６を含む。基台１１４は、導電性部材を含む。基台１１４の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャック１１６は、基台１１４の上に配置される。静電チャック１１６の上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも一つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック１１６、リングアセンブリ１１２、及び基板Ｗのうち少なくとも一つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
【0028】
シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも一つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも一つのガス供給口１３ａ、少なくとも一つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。
【0029】
ガス供給部２０は、少なくとも一つのガスソース２１及び少なくとも一つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも一つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも一つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する少なくとも一つの流量変調デバイスを含んでもよい。
【0030】
排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
【0031】
プラズマ処理装置１の複数の電源は、高周波電源３１及びバイアス電源３２を含む。高周波電源３１は、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成するために高周波電力ＲＦを供給するように構成されている。高周波電力ＲＦは、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。高周波電源３１は、整合器３１ｍを介して基板支持部１１の電極（例えば、基台１１４）に接続されている。整合器３１ｍは、高周波電源３１の負荷のインピーダンスを高周波電源３１の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含んでいる。なお、高周波電源３１は、基台１１４に代えて基板支持部１１の他の電極に接続されていてもよい。或いは、高周波電源３１は、整合器３１ｍを介して上部電極に接続されていてもよい。
【0032】
バイアス電源３２は、基板支持部１１の電極（例えば、基台１１４）に電気的に接続されている。バイアス電源３２は、基板支持部１１上に載置された基板Ｗにプラズマからイオンを引き込むためにバイアスエネルギーＢＥを基板支持部１１の電極に与えるように構成されている。なお、バイアス電源３２は、基台１１４の代わりに、基板支持部１１の他の電極に電気的に接続されていてもよい。
【0033】
バイアスエネルギーＢＥは、高周波電力、即ち高周波バイアス電力ＬＦ又は周期的に発生される電圧のパルスＰＶであってもよい（図３参照）。高周波バイアス電力ＬＦは、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内のバイアス周波数を有する。バイアスエネルギーＢＥが高周波バイアス電力ＬＦである場合には、バイアス電源３２は、整合器３２ｍを介して基板支持部１１の電極に接続される。整合器３２ｍは、バイアス電源３２の負荷のインピーダンスをバイアス電源３２の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含む。
【0034】
電圧のパルスＰＶは、バイアス周波数の逆数である時間長を有する周期で発生される。バイアス周波数は、１００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり得る。電圧のパルスＰＶは、負の電圧のパルスであり得る。電圧のパルスＰＶは、負の直流電圧のパルスであってもよい。電圧のパルスＰＶは、矩形パルス波、三角パルス波、インパルス波のような任意の波形を有していてもよい。
【0035】
以下、図２と共に、図３を参照する。図３は、高周波電力及びバイアスエネルギーの一例のタイミングチャートである。図３に示すように、高周波電源３１は、第１の期間Ｐ１における高周波電力ＲＦのレベル（ワット）が第２の期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのレベル（ワット）よりも高くなるように、高周波電力ＲＦを変調する。第２の期間Ｐ２は、第１の期間Ｐ１と交互の期間である。第２の期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのレベルは、０ワットであってもよい。即ち、一実施形態において、高周波電源３１は、第２の期間Ｐ２において高周波電力ＲＦの供給を停止するように構成されていてもよい。或いは、第２の期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのレベルは、０ワットよりも大きくてもよい。なお、各々が第１の期間Ｐ１と第２の期間Ｐ２を含む高周波電力ＲＦの変調周期の時間長の逆数である変調周波数は、バイアス周波数よりも低い。変調周波数は、例えば１Ｈｚ～１００ｋＨｚの範囲内の周波数である。
【0036】
バイアス電源３２は、第３の期間Ｐ３におけるバイアスエネルギーＢＥのレベルが第４の期間Ｐ４におけるバイアスエネルギーＢＥのレベルよりも高くなるように、バイアスエネルギーＢＥを変調する。バイアスエネルギーＢＥのレベルは、バイアスエネルギーＢＥが高周波バイアス電力ＬＦである場合には、電力レベルである。バイアスエネルギーＢＥのレベルは、バイアスエネルギーＢＥが電圧のパルスＰＶである場合には、パルスＰＶの電圧レベルの絶対値である。第４の期間Ｐ４は、第３の期間Ｐ３と交互の期間である。第４の期間Ｐ４におけるバイアスエネルギーＢＥのレベルは、０であってもよい。即ち、一実施形態において、バイアス電源３２は、第４の期間Ｐ４においてバイアスエネルギーＢＥの供給を停止するように構成されていてもよい。或いは、第４の期間Ｐ４におけるバイアスエネルギーＢＥのレベルは、０よりも大きくてもよい。なお、各々が第３の期間Ｐ３と第４の期間Ｐ４を含むバイアスエネルギーＢＥの変調周期の時間長は、上述の変調周波数の逆数である。
【0037】
バイアス電源３２は、図３に示すように、初期的には第３の期間Ｐ３の開始時点が第１の期間Ｐ１の開始時点と一致するように、バイアスエネルギーＢＥを供給してもよい。バイアス電源３２は、第１の期間Ｐ１に部分的に重複する第３の期間Ｐ３の開始時点の第１の期間Ｐ１の開始時点に対する時間差ＴＤを、高周波電力ＲＦのプラズマへの電力結合効率に応じて調整するように構成されている。
【0038】
電力結合効率は、高周波電力ＲＦのプラズマへの結合効率を表す指標であり、高周波電力ＲＦの進行波のパワーＰｆ及び反射波のパワーＰｒから求められる。電力結合効率は、｛（Ｐｆ－Ｐｒ）／Ｐｆ｝×１００％から求められる。或いは、電力結合効率は、（Ｐｆ－Ｐｒ）から求められてもよい。なお、進行波のパワーＰｆ及び反射波のパワーＰｒは、第１の期間Ｐ１の開始時点において測定され得る。
【0039】
プラズマ処理装置１において、進行波のパワーＰｆ及び反射波のパワーＰｒは、測定器３４によって測定される。測定器３４は、高周波電源３１と整合器３１ｍとの間で、進行波のパワーＰｆ及び反射波のパワーＰｒを測定するように設けられていてもよい。或いは、測定器３４は、整合器３１ｍと基板支持部１１の電極（例えば、基台１１４）との間で、進行波のパワーＰｆ及び反射波のパワーＰｒを測定するように設けられていてもよい。
【0040】
電力結合効率に応じた時間差ＴＤは、予め準備された関数又はテーブルを用いて決定されてもよい。電力結合効率及びこれに応じた時間差ＴＤは、バイアス電源３２において求められてもよい。或いは、電力結合効率及びこれに応じた時間差ＴＤは、制御部２において求められて、求められた時間差ＴＤが制御部２からバイアス電源３２に指定されてもよい。
【0041】
一実施形態において、バイアス電源３２は、第３の期間Ｐ３の開始時点が第１の期間Ｐ１の開始時点に対して先行し、且つ、時間差ＴＤが電力結合効率が低いほど大きくなるように、時間差ＴＤを調整するように構成されていてもよい。また、バイアス電源３２は、図３に示すように、第１の期間Ｐ１の終了時点と第１の期間Ｐ１と部分的に重複する第３の期間Ｐ３の終了時点が一致するように、第３の期間Ｐ３の時間長を設定してもよい。
【0042】
以下、図４を参照する。図４は、電力結合効率の時間変化を例示する図である。図４に示す三つの電力結合効率の時間変化は、プラズマ処理装置１を用いて、第１の期間Ｐ１の開始時点における高周波電力ＲＦの電力結合効率を取得することにより得たものである。図４に示す三つの電力結合効率の時間変化を取得したときの高周波電力ＲＦ及びバイアスエネルギーＢＥの変調周波数は４００ｋＨｚであった。バイアスエネルギーＢＥとしては、電圧のパルスＰＶを用いた。図４に示す三つの電力結合効率の時間変化の取得においては、バイアスエネルギーＢＥの変調周期と高周波電力ＲＦの変調周期との間の位相差として、０ｄｅｇ、－９ｄｅｇ、－１８ｄｅｇの三種類の位相差を用いた。即ち、第３の期間Ｐ３の開始時点とこれに続く第１の期間Ｐ１の開始時点との間の時間差ＴＤを、０秒、０．０６２５μ秒、０．１２５μ秒に設定することにより、図４に示す三つの電力結合効率の時間変化を取得した。図４に示すように、高周波電力ＲＦのパルスの供給が開始された時点では、位相差が大きいほど、即ち、時間差ＴＤが大きいほど、プラズマへの高周波電力ＲＦの電力結合効率は、高くなっていた。
【0043】
図４に示す三つの電力結合効率の時間変化からわかるように、第１の期間Ｐ１と第３の期間Ｐ３との間の時間差ＴＤは、高周波電力ＲＦのプラズマへの結合効率に影響する。プラズマ処理装置１によれば、高周波電力ＲＦのプラズマへの電力結合効率に応じて時間差ＴＤが調整されるので、プラズマの生成における高周波電力ＲＦの電力結合効率を高めることが可能となる。
【0044】
以下、図５を参照して、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法について説明する。図５は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法の流れ図である。以下、プラズマ処理装置１が用いられる場合を例にとって、図５に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）について説明する。なお、方法ＭＴの各工程において、プラズマ処理装置１の各部は、制御部２によって制御され得る。
【0045】
方法ＭＴは、工程ＳＴａで開始する。工程ＳＴａでは、基板支持部１１上に基板Ｗが載置される。方法ＭＴの工程ＳＴｂ～工程ＳＴｄは、基板Ｗが基板支持部１１上に載置された状態で実行される。また、工程ＳＴｂ～工程ＳＴｄが実行されている期間においては、処理ガスがガス供給部２０からチャンバ１０内に供給され、チャンバ１０内の圧力が指定された圧力に排気システム４０によって調整される。
【0046】
工程ＳＴｂでは、高周波電力ＲＦが変調される。高周波電力ＲＦは、チャンバ１０内でプラズマを生成するために供給される。高周波電力ＲＦは、上述したように、第１の期間Ｐ１における高周波電力ＲＦのレベルが第２の期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのレベルよりも高くなるように変調される。
【0047】
工程ＳＴｃでは、バイアスエネルギーＢＥが変調される。バイアスエネルギーＢＥは、基板Ｗにプラズマからイオンを引き込むために基板支持部１１の電極（例えば、基台１１４）に供給される。バイアスエネルギーＢＥは、上述したように、第３の期間Ｐ３におけるバイアスエネルギーＢＥのレベルが第４の期間Ｐ４におけるバイアスエネルギーＢＥのレベルよりも高くなるように変調される。
【0048】
工程ＳＴｄでは、高周波電力ＲＦのプラズマへの電力結合効率に応じて、第１の期間Ｐ１と部分的に重複する第３の期間Ｐ３の開始時点の第１の期間Ｐ１の開始時点に対する時間差ＴＤが調整される。電力結合効率は、上述したように、測定器３４によって取得される高周波電力ＲＦの進行波のパワーＰｆ及び高周波電力の反射波のパワーＰｒから得られる。進行波のパワーＰｆ及び反射波のパワーＰｒは、第１の期間Ｐ１の開始時点において測定され得る。
【0049】
工程ＳＴｄにおいて、時間差ＴＤは、第３の期間Ｐ３の開始時点が第１の期間Ｐ１の開始時点に対して先行し、且つ、時間差ＴＤが電力結合効率が低いほど大きくなるように、調整されてもよい。また、第１の期間Ｐ１の終了時点と第１の期間Ｐ１と部分的に重複する第３の期間Ｐ３の終了時点が一致するように、第３の期間Ｐ３の時間長が設定されてもよい。
【0050】
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
【0051】
例えば、別の実施形態において、プラズマ処理装置は、他の容量結合型のプラズマ処理装置であってもよい。或いは、プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置、マイクロ波のような表面波によりプラズマを生成するプラズマ処理装置のような他のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。また、方法ＭＴは、プラズマ処理装置１とは別のプラズマ処理装置を用いて実行されてもよい。
【0052】
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
【符号の説明】
【0053】
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１１…基板支持部、３１…高周波電源、３２…バイアス電源、３４…測定器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】