特開 2023-6977 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(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】P2023006977

(43)【公開日】2023-01-18

(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】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230111BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20230111BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H05H1/46 R

H05H1/46 M

H05H1/46 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021109890

(22)【出願日】2021-07-01

(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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】三浦 太樹

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA05

2G084BB06

2G084CC08

2G084CC12

2G084CC13

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD04

2G084DD15

2G084DD23

2G084DD38

2G084DD55

2G084FF15

5F004AA05

5F004BA09

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB22

5F004BB25

5F004BB26

5F004BB28

5F004CA04

5F004DB03

5F004EB01

5F004EB03

(57)【要約】

【課題】プロセス性能を向上させる。
【解決手段】基板支持部に設けられた第１電極と、第１電極に対向する第２電極又はアンテナと、第１電極、第２電極又はアンテナに接続され、第１高周波電力パルスを供給する第１高周波電力供給部と、第１電極に接続され、第２高周波電力パルスを供給する第２高周波電力供給部と、第１及び第２高周波電力供給部を制御する制御部を備え、制御部は、第１高周波電力パルスに第１及び第２インターバル時間を設け、第２高周波電力パルスに第３及び第４インターバル時間を設け、第３インターバル時間に第１の高周波電力パルスはオン及びオフを繰り返し、第１インターバル時間に第２の高周波電力パルスはオン及びオフを繰り返し、第２及び第４インターバル時間は重複し、第１及び第２高周波電力パルスの出力に応じて処理ガスのプラズマにより基板処理を制御するプラズマ処理装置。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空排気可能なプラズマ処理容器と、
前記プラズマ処理容器内に配置される基板支持部に設けられた第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられた第２電極又はアンテナと、
前記第１電極、前記第２電極又は前記アンテナに接続され、前記第１電極、前記第２電極又は前記アンテナにプラズマ生成用の第１の高周波電力パルスを供給する第１の高周波電力供給部と、
前記第１電極に接続され、前記第１電極にバイアス用の第２の高周波電力パルスを供給する第２の高周波電力供給部と、
前記第１の高周波電力供給部及び前記第２の高周波電力供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１の高周波電力パルスに前記第１の高周波電力パルスをオフする第１インターバル時間及び第２インターバル時間を設け、
前記第２の高周波電力パルスに前記第２の高周波電力パルスをオフする第３インターバル時間及び第４インターバル時間を設け、
前記第３インターバル時間に前記第１の高周波電力パルスはオン及びオフを繰り返し、
前記第１インターバル時間に前記第２の高周波電力パルスはオン及びオフを繰り返し、
前記第２インターバル時間と前記第４インターバル時間とは重複し、
前記第１の高周波電力パルス及び前記第２の高周波電力パルスの出力に応じて、前記プラズマ処理容器内に供給された処理ガスから生成されるプラズマにより基板をプラズマ処理するように制御する、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記第１の高周波電力パルスの第１のＤｕｔｙ比及び前記第２の高周波電力パルスの第２のＤｕｔｙ比は、それぞれ１０％以上９０％以下である、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記第２インターバル時間及び前記第４インターバル時間の第３のＤｕｔｙ比は、１０％以上９０％以下である、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記第１の高周波電力パルスの周期及び前記第２の高周波電力パルスの周期は、それぞれ前記第２インターバル時間又は前記第４インターバル時間の周期の１０倍以上である、
請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記第２インターバル時間及び前記第４インターバル時間の周期は、１ｋＨｚ以上２ｋＨｚ以下である、
請求項１～４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記第１の高周波電力パルスの周期及び前記第２の高周波電力パルスの周期は、それぞれ１０ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下である、
請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記第１の高周波電力パルスの周期及び前記第２の高周波電力パルスの周期は、同一である、
請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記第１の高周波電力パルス及び前記第２の高周波電力パルスのＤｕｔｙ比は、同一である、
請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記第１インターバル時間と前記第３インターバル時間とは重複しない、
請求項１～８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記第１の高周波電力パルス又は前記第２の高周波電力パルスの少なくとも一方の振幅は複数の電力レベル又は電圧レベルを有する、
請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

真空排気可能なプラズマ処理容器と、
前記プラズマ処理容器内に配置される基板支持部に設けられた第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられた第２電極又はアンテナと、
前記第１電極、前記第２電極又は前記アンテナに接続され、前記第１電極、前記第２電極又は前記アンテナにプラズマ生成用の第１の高周波電力パルスを供給する第１の高周波電力供給部と、
前記第１電極に接続され、前記第１電極にバイアス用の第２の高周波電力パルスを供給する第２の高周波電力供給部と、
を備えるプラズマ処理装置において実行するプラズマ処理方法であって、
前記第１の高周波電力パルスに前記第１の高周波電力パルスをオフする第１インターバル時間及び第２インターバル時間を設け、
前記第２の高周波電力パルスに前記第２の高周波電力パルスをオフする第３インターバル時間及び第４インターバル時間を設け、
前記第３インターバル時間に前記第１の高周波電力パルスはオン及びオフを繰り返し、
前記第１インターバル時間に前記第２の高周波電力パルスはオン及びオフを繰り返し、
前記第２インターバル時間と前記第４インターバル時間とは重複し、
前記第１の高周波電力パルス及び前記第２の高周波電力パルスの出力に応じて、前記プラズマ処理容器内に供給された処理ガスから生成されるプラズマにより基板をプラズマ処理する、
プラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、載置台にプラズマ生成用の高周波電力のパルス波と、プラズマ生成用の高周波電力の周波数よりも低い周波数のバイアス用の高周波電力のパルス波と、を印加するプラズマ処理方法を提案する。このプラズマ処理方法は、プラズマ生成用の高周波電力のパルス波とバイアス用の高周波電力のパルス波とが位相差を有し、プラズマ生成用の高周波電力のデューティ比はバイアス用の高周波電力のデューティ比以上になるように制御する。これにより、プラズマ生成用の高周波電力のパルス波とバイアス用の高周波電力のパルス波との間にオフセットを設ける。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１５７７３５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、プラズマ処理装置において実行されるプロセスの性能を向上させることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の態様によれば、真空排気可能なプラズマ処理容器と、前記プラズマ処理容器内に配置される基板支持部に設けられた第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた第２電極又はアンテナと、前記第１電極、前記第２電極又は前記アンテナに接続され、前記第１電極、前記第２電極又は前記アンテナにプラズマ生成用の第１の高周波電力パルスを供給する第１の高周波電力供給部と、前記第１電極に接続され、前記第１電極にバイアス用の第２の高周波電力パルスを供給する第２の高周波電力供給部と、前記第１の高周波電力供給部及び前記第２の高周波電力供給部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１の高周波電力パルスに前記第１の高周波電力パルスをオフする第１インターバル時間及び第２インターバル時間を設け、前記第２の高周波電力パルスに前記第２の高周波電力パルスをオフする第３インターバル時間及び第４インターバル時間を設け、前記第３インターバル時間に前記第１の高周波電力パルスはオン及びオフを繰り返し、前記第１インターバル時間に前記第２の高周波電力パルスはオン及びオフを繰り返し、前記第２インターバル時間と前記第４インターバル時間とは重複し、前記第１の高周波電力パルス及び前記第２の高周波電力パルスの出力に応じて、前記プラズマ処理容器内に供給された処理ガスから生成されるプラズマにより基板をプラズマ処理するように制御する、プラズマ処理装置が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、プラズマ処理装置において実行されるプロセスの性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るプラズマ処理システムの一例を示す断面模式図。

【図2】参考例に係るプラズマ処理方法の一例を示す図。

【図3】第１実施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示す図。

【図4】参考例に係るプラズマ処理方法を説明するための図。

【図5】第１実施形態に係るプラズマ処理方法を説明するための図。

【図6】ラジカル等の減衰特性の一例を示す図。

【図7】第２実施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示す図。

【図8】第３実施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

［プラズマ処理システム］
以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、真空排気可能なプラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０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１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。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の内部は、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。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口１３ａ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１つのガス排出口１０ｅとを有する。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。

【0010】

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、ウェハを一例とする基板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。実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、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１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、リングアセンブリ１１２及び基板Ｗのうち少なくとも１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。

【0011】

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１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１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１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。

【0012】

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１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１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

【0013】

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上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生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

【0014】

実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

【0015】

なお、プラズマ処理チャンバ１０内に設けられた基板支持部１１の基台の導電性部材は、処理容器内に配置され、被処理基板を支持する第１電極の一例である。シャワーヘッド１３の導電性部材は、第１電極に対向して設けられた第２電極の一例である。第２電極の一例であるシャワーヘッド１３の替わりに第１電極に対向してアンテナを設けてもよい。プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１に替えて誘導結合型のプラズマ処理装置を含んでもよい。誘導結合型のプラズマ処理装置では、被処理基板を支持する第１電極に対向してプラズマ処理チャンバ１０の上部にアンテナが設けられ、アンテナに第１のＲＦ生成部３１ａが接続されてもよい。

【0016】

第１のＲＦ生成部３１ａは、第１電極、第２電極又はアンテナに接続されてもよい。第１のＲＦ生成部３１ａは、第１電極、第２電極又はアンテナにプラズマ生成用の第１の高周波電力のパルス波である第１の高周波電力パルス（以下、「ＨＦパルス」ともいう。）を供給する第１の高周波電力供給部の一例である。第２のＲＦ生成部３１ｂは、第１電極に接続され、第１電極にバイアス用の第２の高周波電力のパルス波である第２の高周波電力パルス（以下、「ＬＦパルス」ともいう。）を供給する第２の高周波電力供給部の一例である。

【0017】

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂはＲＦ電源３１に加えて設けられている。

【0018】

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。

【0019】

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。例えば、制御部２は、第１のＲＦ生成部３１ａ、及び第２のＲＦ生成部３１ｂを制御する。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。

【0020】

次に、参考例に係るプラズマ処理方法の一例について、図２を参照しながら説明し、その後、実施形態に係るプラズマ処理方法について、図３及び図４を参照しながら説明する。なお、実施形態に係るプラズマ処理方法は、制御部２により制御される。第１のＲＦ生成部３１ａから供給されるソースＲＦ信号は、第１の高周波電力又はＨＦとも表記する。第１の高周波電力のパルス波は、ＨＦパルスとも表記する。第２のＲＦ生成部３１ｂから供給されるバイアスＲＦ信号は、第２の高周波電力又はＬＦとも表記する。第２の高周波電力のパルス波は、ＬＦパルスとも表記する。

【0021】

［参考例に係るプラズマ処理方法］
図２は、参考例に係るプラズマ処理方法の一例を示す図である。参考例に係るプラズマ処理方法では、ＨＦ及びＬＦはパルス波である。ＨＦパルスのＤｕｔｙ比は５０％である。ＬＦパルスのＤｕｔｙ比は２０％である。図２の例では、ＨＦとＬＦの位相は、ＨＦをＯＮする時間を基準として５０％シフトされ、ＨＦとＬＦのオン時間（供給時間、印加時間）は重ならない。ＨＦをオフ（供給停止）するときにＬＦがオンされる。１サイクルのうちの５０％はＨＦをオンし、２０％はＬＦをオンし、３０％はＨＦ及びＬＦのいずれもオフし、合計で１００％、つまり１サイクルとなる。例えば１サイクルの周波数は１ｋＨｚであり、１サイクルの時間は１０００μｓである。

【0022】

ＨＦをオンしている間、プラズマ及びラジカルが生成される。ＬＦをオンしている間、プラズマ中のイオンが基板へ引き込まれ、エッチングが促進される。ＨＦ及びＬＦをオフしている間、エッチング時に生成された反応生成物（反応生成物）が、エッチング対象物に形成されたエッチング対象膜の凹部から排気される。

【0023】

高いエッチングレートを維持しつつ、高い異方性のエッチング、すなわち、エッチング形状の垂直性を実現するためには、高出力のＬＦのパワーが必要となる。しかしながら、図２の例では、ＬＦをオンしている間、高出力のＬＦのパワーを印加することで高エネルギーのイオンにより基板上のエッチング対象膜へエッチングが行われる一方で、高エネルギーのイオンのエッチングによりマスクも削れる。また、高エネルギーのイオンによりエッチングが促進されることによって多量の反応生成物が生成され、マスクに付着する。これにより、エッチング対象膜の上のマスクのクロッギングが引き起こされる。マスクのクロッギングは、反応生成物がマスクの側壁に付着することでマスクの間口が狭まったり、又はマスクの間口が完全に閉塞したりすることをいう。マスクのクロッギングを回避する方法として、ＨＦとＬＦの両方をオフし、排気を促進する時間（Ｏｆｆ Ｔｉｍｅ）を設ける方法がある。しかし、ＬＦをオフする時間が短いと、エッチング対象物のエッチング対象膜の凹部から反応生成物が効率的に排出されない。

【0024】

そこで、以下に説明する実施形態に係るプラズマ処理方法では、ＨＦパルスとＬＦパルスのオン及びオフ時間を制御しつつ、これまでのＯｆｆ Ｔｉｍｅに加えて、更に２つのＯｆｆ Ｔｉｍｅを制御し、合計で３つのＯｆｆ Ｔｉｍｅを有するＲＦの制御を行う。これにより、マスクのクロッギングの回避とマスクの高選択比を両立させることができる。以下、実施形態に係るプラズマ処理方法について説明する。

【0025】

［実施形態に係るプラズマ処理方法］
（第１実施形態）
第１実施形態に係るプラズマ処理方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、第１実施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示す図である。実施形態に係るプラズマ処理方法では、図３に示すように、ＨＦパルスのパルス周期を周波数Ｆ１で示し、ＬＦパルスのパルス周期を周波数Ｆ２で示し、ＨＦパルス及びＬＦパルスがそれぞれのパルス周期でオン及びオフを繰り返すサイクルを制御する。

【0026】

図３の例では周波数Ｆ１により示されるＨＦパルスのパルス周期及び周波数Ｆ２により示されるＬＦパルスのパルス周期のそれぞれは１０ｋＨｚである。ただし、これに限らず、ＨＦパルスのパルス周期及びＬＦパルスのパルス周期は、それぞれ１０ｋＨｚ～２０ｋＨの範囲であればよく、本開示のように同一であってもよいし、異なってもよい。

【0027】

ＨＦパルスのＤｕｔｙ１（第１のＤｕｔｙ比）は、ＨＦのオン時間とオフ時間の合計時間に対するＨＦのオン時間を示す。図３の例では、Ｄｕｔｙ１は７５％であり、ＨＦパルスは、１サイクルの３／４をオンし、１／４をオフするようにＨＦのオン及びオフを周期的に繰り返す。このようにＨＦのオン及びオフを繰り返す時間を「ＨＦパルスの出力時間」ともいう。図３の例では、１～５サイクル目がＨＦパルスの出力時間である。

【0028】

ＨＦパルスには、ＨＦをオフする第１インターバル時間と第２インターバル時間が設けられている。６～７サイクル目が第１インターバル時間（図３の（１））であり、８～１０サイクル目が第２インターバル時間（２）である。第１インターバル時間（１）と第２インターバル時間（２）は連続した時間でもよいし、連続しない時間でもよい。

【0029】

ＬＦパルスのＤｕｔｙ２（第２のＤｕｔｙ比）は、ＬＦのオン時間とオフ時間の合計時間に対するＬＦのオン時間を示す。図３の例では、Ｄｕｔｙ２は５０％であり、ＬＦパルスは、１サイクルの１／２をオンし、１／２をオフするようにＬＦのオン及びオフを周期的に繰り返す。このようにＬＦのオン及びオフを繰り返す時間を「ＬＦパルスの出力時間」ともいう。図３の例では、６～７サイクル目がＬＦパルスの出力時間である。

【0030】

ＬＦパルスには、ＬＦをオフする第３インターバル時間と第４インターバル時間が設けられている。１～５サイクル目が第３インターバル時間（（３））であり、８～１０サイクル目が第４インターバル時間（４）である。第３インターバル時間（３）と第４インターバル時間（４）は連続した時間でもよいし、連続しない時間でもよい。

【0031】

ＨＦパルスの出力時間とＬＦパルスの出力時間とは重複しない。ＨＦパルスの出力時間と第３インターバル時間（３）とが重複し、ＬＦパルスの出力時間と第１インターバル時間（１）とが重複する。本開示では、ＨＦパルスの出力時間の後にＬＦパルスの出力時間があり、その後にＨＦパルス及びＬＦパルスの両方がオフするインターバル時間が設けられているが、これに限らない。例えば、ＬＦパルスの出力時間の後にＨＦパルスの出力時間があり、その後にＨＦパルス及びＬＦパルスの両方がオフするインターバル時間が設けられてもよい。例えば、ＬＦパルスの出力時間の後にＨＦパルス及びＬＦパルスの両方がオフするインターバル時間があり、その後にＨＦパルスの出力時間が設けられてもよい。

【0032】

本開示では、ＨＦパルスの出力時間とＬＦパルスの出力時間とは完全にずれ、ＨＦパルスのオンとＬＦパルスのオンのタイミングは重ならない。ただし、ＨＦパルスの出力時間とＬＦパルスの出力時間とは一部が重複してもよい。本開示では、第３インターバル時間（３）とＨＦパルスの出力時間は完全に重複するが、一部が重複してもよい。本開示では、第１インターバル時間（１）とＬＦパルスの出力時間は完全に重複するが、一部が重複してもよい。第１インターバル時間（１）と第３インターバル時間（３）とは重複しない。第２インターバル時間（２）と第４インターバル時間（４）とは重複する。

【0033】

第２インターバル時間（２）と第４インターバル時間（４）とが重複するインターバル周期は、周波数Ｆ３により示される。周波数Ｆ３は、第２インターバル時間（２）と第４インターバル時間（４）とが重複するインターバル時間が繰り返し出現する周期であり、図３の例では１ｋＨｚであるが、これに限らず、１ｋＨｚ～２ｋＨｚであってよい。周波数Ｆ３により示されるインターバル周期は、周波数Ｆ１及び周波数Ｆ２により示されるＨＦ及びＬＦのパルス周期よりもサイクルが長い。図３の例では周波数Ｆ１及び周波数Ｆ２は、周波数Ｆ３の１０倍である。周波数Ｆ１及び周波数Ｆ２は、周波数Ｆ３の１０倍以上であってもよい。

【0034】

Ｄｕｔｙ３は、Ｄｕｔｙ１で示されるＨＦパルスのオン及びオフを繰り返す時間（ＨＦパルスの出力時間）とＤｕｔｙ２で示されるＬＦパルスのオン及びオフを繰り返す時間（ＬＦパルスの出力時間）とＨＦパルス及びＬＦパルスの両方がオフするインターバル時間との合計時間（図３の例では１０００μｓ）に対するＨＦパルスの及びＬＦパルスの出力時間の合計を示す。図３の例では、Ｄｕｔｙ３は７０％（ＨＦパルスの出力時間が５０％、ＬＦパルスの出力時間が２０％）であるが、これに限らず、Ｄｕｔｙ３は１０％～９０％であってよい。

【0035】

ＨＦパルスの出力時間内のＨＦパルスのオフ時間のそれぞれは、第１インターバル時間（１）及び第２インターバル時間（２）よりも短時間である。ＬＦパルスの出力時間内のＬＦパルスのオフ時間のそれぞれは、第３インターバル時間（３）及び第４インターバル時間（４）よりも短時間である。

【0036】

１～５サイクルの間、ＨＦパルスのオン及びオフが５回繰り返され、その間ＬＦはオフに制御される第３インターバル時間（３）である。６～７サイクルの間、ＬＦパルスのオン及びオフが２回繰り返され、その間ＨＦはオフに制御される第１インターバル時間（１）である。８～１０サイクルの間、ＨＦパルス及びＬＦパルスの両方がオフに制御される第２インターバル時間（２）及び第４インターバル時間（４）である。図３の例では、ＨＦ及びＬＦが両方オフ状態となるインターバル時間は、３０％に設定されているが、第２インターバル時間（２）及び第４インターバル時間（４）で示すインターバル時間は、１０％以上９０％以下であってよい。

【0037】

制御部２は、ＨＦパルス及びＬＦパルスの出力に応じて、プラズマ処理チャンバ１０内に供給された処理ガスから生成されるプラズマにより基板Ｗを処理するように第１のＲＦ生成部３１ａ、及び第２のＲＦ生成部３１ｂを制御する。これにより、マスクのクロッギングの回避とマスクの高選択比の向上を両立させることができる。その理由について、図４の参考例及び図５及び図６の実施形態に関する図を参照しながら説明する。

【0038】

図４は、参考例に係るプラズマ処理方法を説明するための図である。図５は、第１実施形態に係るプラズマ処理方法を説明するための図である。図６は、ラジカル等の減衰特性の一例を示す図である。参考例及び本実施形態では、例えば、基板上にエッチング対象膜１０１としてＳｉＯ_２膜が形成され、その上に有機膜等のマスク１０２が形成される。マスク１０２のパターンに合わせてエッチング対象膜１０１がエッチングされることでエッチング対象膜１０１にパターンに応じた凹部（ホール等）が形成される。ただし、基板Ｗ上の膜構造はこれに限られない。

【0039】

図４に示す参考例に係るプラズマ処理方法では、８～１０サイクルの間、ＨＦパルス及びＬＦパルスがオフするインターバル時間がある。１～７サイクルの間、ＨＦパルス及びＬＦパルスのパルス周期は、図４の例では１ｋＨｚである。ＨＦパルスのＤｕｔｙ比及びＬＦパルスのＤｕｔｙ比はともに５０％である。ＨＦとＬＦとは位相差があり、ＨＦがオフされるタイミングにＬＦがオンされる。

【0040】

インターバル周期は、０．１ｋＨｚであり、ＨＦパルス及びＬＦパルスのパルス周期よりもサイクルが長い。ＨＦパルス及びＬＦパルスのパルス周期は、インターバル周期の１０倍である。

【0041】

インターバル周期は、ＨＦパルス及びＬＦパルスがオン及びオフを繰り返す時間（１～７サイクルの合計サイクル時間）と、ＨＦ及びＬＦが続けてオフ状態となるインターバル時間の合計時間の３０％に設定されている。

【0042】

図４に示す１サイクル目のＡ期間では、ＨＦパルスがオンに制御され、ＬＦパルスがオフに制御される。よって、Ａ期間では、図４（ａ）に示すようにＨＦがプラズマ及びラジカルの生成に寄与し、イオン、電子、ラジカルが生成され、高密度プラズマが生成される。

【0043】

図４に示す１サイクル目のＢ期間では、ＬＦパルスがオンに制御され、ＨＦパルスがオフに制御される。よって、Ｂ期間は、ＬＦにより高エネルギーのイオンをエッチング対象膜１０１の凹部に引き込む。これにより、Ｂ期間では、高いエネルギーを持ったイオンにより、エッチングが促進される。また、Ａ期間において高密度プラズマが生成されているため、Ｂ期間では高密度プラズマ中のイオン数が多く、かつイオンエネルギーが高いためにエッチングが促進され、相対的に反応生成物の量が多くなる。

【0044】

エッチング時に生成された反応生成物が、マスク１０２の側面や上面に付着して保護膜が形成されると、マスク１０２の選択比を向上させることができる。しかしながら、Ａ期間にて高密度プラズマが生成されているために、続くＢ期間では高密度プラズマ中のイオン数が多いため、様々な入射角度のイオンが生成され、イオンの入射角度の分布が大きい。そこで、図４（ｂ）に示すようにエッチング対象膜１０１の凹部へ様々な入射角度のイオンが入射するため凹部内の反応生成物に衝突し易い。この衝突が反応生成物の排気を阻害し、エッチング対象膜１０１の凹部からの反応生成物の排気が進みにくく、その結果、反応生成物がマスク１０２の側面や上面に付着し、保護膜を形成することも阻害され、マスク選択比が向上しない。

【0045】

図４に示す２～７サイクル目においてもＡ期間及びＢ期間にて上記現象を繰り返す。８～１０サイクル目のインターバル時間は、ＨＦパルス及びＬＦパルスの両方がオフに制御されるため、図４（ｃ）に示すように、エッチング対象膜１０１の凹部からの反応生成物の排気が促進される。

【0046】

以上、図４に示す参考例に係るプラズマ処理方法の場合、Ｂ期間においてＡ期間で生成された高密度プラズマ中の上記イオンの働きにより、反応生成物の排気が阻害され、反応生成物がマスクの側面や上面に付着し難い。これにより、マスクの高選択比を向上させることが難しい。

【0047】

これに対して、本実施形態に係るプラズマ処理方法では、図５に示すように、ＨＦパルス及びＬＦパルスが両方ともオフされる時間が「Ｏｆｆ ｔｉｍｅ１」、「Ｏｆｆ ｔｉｍｅ２」、「Ｏｆｆ ｔｉｍｅ３」と設けられている。Ｏｆｆ ｔｉｍｅ１及びＯｆｆ ｔｉｍｅ２のインターバル時間はＯｆｆ ｔｉｍｅ３のインターバル時間よりも短時間である。

【0048】

図５に示す１サイクル目のＣ期間では、ＨＦパルスがオンに制御され、ＬＦパルスがオフに制御される。よって、Ｃ期間は、図５（ａ）に示すように、ＨＦがプラズマ及びラジカルの生成に寄与し、イオン、電子、ラジカルが生成され、高密度プラズマが生成される。

【0049】

１サイクル目のＤ期間では、例えば１０～１００μｓの短時間、ＨＦパルス及びＬＦパルスのいずれもオフに制御する。図６は、電子、イオン及びラジカルの減衰特性を示す。図６の横軸は時間であり、縦軸は規格化された減衰量である。ＲＦパワー（ＨＦ）をオンからオフに切り替えると、最初に電子温度（Ｐｌａｓｍａ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が急激に減衰する。次に、イオン（Ｐｌａｓｍａ Ｄｅｎｓｉｔｙ）が減衰する。これに対して、ラジカルの減衰は緩やかである。

【0050】

これにより、本実施形態ではＤ期間にてＨＦをオフしてもエッチングに必要なラジカルを失活させることなく、プラズマ密度を中程度に保つことができる。１～５サイクル目では、このようにＨＦパルスのオン及びオフを周期的に繰り返し、間欠的にＨＦをオンすることで、プラズマ密度を高密度化させずに中程度に制御する。なお、１～５サイクル目ではＬＦパルスはオフに制御される第３インターバル時間（３）である。

【0051】

高密度プラズマの場合、プラズマ中のイオン数が多いため、様々な入射角度のイオンが生成され、イオンの入射角度の分布が大きい。これに対して、本実施形態ようにＨＦパルスの出力時間にＯｆｆ ｔｉｍｅ１を設けてプラズマ密度を中程度に制御することで高密度プラズマの場合よりもプラズマ中のイオン数を少なくできる。この結果、イオンの入射角度の分布を小さくすることができる。換言すれば、比較的イオンの入射角度が揃ったイオンを生成できる。これにより、図５（ｂ）に示すように、エッチング対象膜１０１に入射するイオンの角度がある程度揃った垂直方向となり、イオンに指向性を持たせることができる。

【0052】

このように、イオンの入射角度にバラツキが少なく指向性のあるイオンの入射により、図５（ｃ）に示すようにエッチング時に発生した反応生成物と次のエッチングで使われるイオンとの衝突を減らすことができる。６～７サイクル目では、Ｅ期間においてＬＦパルスをオンしてイオンの引き込み、かつ失活していないラジカルの作用も加えてエッチングが促進される。エッチングの促進により時間Ｅにおいて反応生成物の生成量も増える。そこで、続く時間ＦにおいてＬＦパルスの出力時間に、例えば１０～１００μｓの短時間、Ｏｆｆ ｔｉｍｅ２を設けることで反応生成物の排気を促進する。エッチング中の反応生成物の排気促進により、マスク１０２の側面や上面に付着する反応生成物の量が多くなる。これにより、マスク選択比を向上させることができる。なお、この間、ＨＦパルスは第１インターバル時間（１）でありオフに制御される。

【0053】

Ｏｆｆ ｔｉｍｅ２がない場合、６～７サイクル目にＬＦパルスがオンされ続け、イオンの引き込みによるエッチングが進む。このため、反応生成物の生成量が多くなるが排気が促進されない。Ｏｆｆ ｔｉｍｅ２がある場合、ＬＦパルスがオンされる間にはイオンの引き込み及びラジカルの作用によりエッチングが進み、ＬＦパルスがオフされる間には反応生成物の排気促進とマスク選択比の向上を図ることができる。このようにして図５（ｃ）に示すようにＬＦパルスをオンするＥ期間とＬＦパルスをオフするＦ期間とを交互に設けることでエッチングの促進と、反応生成物の排気の促進及びマスク選択比の向上と、を図ることができる。

【0054】

Ｏｆｆ ｔｉｍｅ３は、ＨＦパルスの第２インターバル時間（２）であり、かつＬＦパルスの第４インターバル時間（４）であり、ＨＦパルス及びＬＦパルスのいずれもオフに制御される。８～１０サイクル目の間、図５（ｄ）に示すように反応生成物の排気が十分に促進される。これにより、反応生成物がエッチング対象膜１０１に形成された凹部から排気される途中でマスク１０２に付着し、マスク選択比の向上が図れる。

【0055】

以上に説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理方法では、Ｏｆｆ ｔｉｍｅ１を設ける。これにより、ＨＦパルスをオフするＤ期間にプラズマ密度を中程度に制御することができる。

【0056】

加えてＯｆｆ ｔｉｍｅ２を設けることで、ＬＦパルスをオンするＥ期間にエッチング時に発生した反応生成物と次のエッチングで使われるイオンとの衝突を減らし、エッチングを促進させ、ＬＦパルスをオフするＦ期間にイオンとの衝突が減るために反応生成物の排気の促進とマスク選択比の向上を図ることができる。これを交互に繰り返すことで、エッチングの間に排気の促進及びマスク選択比を向上させることができる。加えてＯｆｆ ｔｉｍｅ３を設けることで、反応生成物の排気を十分に促進させることができる。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理方法では、マスクのクロッギングの回避とマスクの高選択比を両立させることができる。これにより、プラズマ処理装置において実行されるプロセスの性能を向上させることができる。

【0057】

以上は一例であり、第１実施形態に係るプラズマ処理方法では、１～５サイクル目では、ＨＦパルスがオン及びオフを周期的に繰り返し、６～７サイクル目では、ＬＦパルスがオン及びオフを周期的に繰り返すが、ＨＦパルスとＬＦパルスが繰り返されるサイクルはこれに限られない。

【0058】

（第２実施形態）
第２実施形態に係るプラズマ処理方法について、図７を参照しながら説明する。図７は、第２施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示す図である。第２施形態に係るプラズマ処理方法が第１施形態に係るプラズマ処理方法と異なる点は、ＨＦパルスのパルス周期が２０ｋＨｚ及び１０ｋＨｚの２種類あり、Ｄｕｔｙ比が異なる点である。また、ＬＦパルスのパルス周期は同じであるがＤｕｔｙ比が異なる点である。その他の条件は同じである。

【0059】

１～５サイクル目のＨＦパルスの出力時間では、１、３、５サイクル目はパルス周期が１０ｋＨｚであり、Ｄｕｔｙ比が７５％である。２、４サイクル目はパルス周期が２０ｋＨｚであり、Ｄｕｔｙ比が８０％である。これにより、１、３、５サイクル目はサイクル毎にＯｆｆ ｔｉｍｅ１が１回発生し、２、４サイクル目はサイクル毎にＯｆｆ ｔｉｍｅ１が２回発生する。

【0060】

６～７サイクル目のＬＦパルスの出力時間では、６～７サイクル目のいずれもパルス周期が１０ｋＨｚであり、６サイクル目ではＤｕｔｙ比が７５％であり、７サイクル目ではＤｕｔｙ比が５０％である。これにより、６～７サイクル目はサイクル毎にＯｆｆ ｔｉｍｅ２が１回発生する。

【0061】

以上は一例であり、第２実施形態に係るプラズマ処理方法では、ＨＦパルスのパルス周期の周波数又はＤｕｔｙ比のいずれか一方が同一でもよい。また、ＬＦパルスのパルス周期が異なっていてもよい。また、ＨＦパルス及びＬＦパルスの少なくとも一方の周波数及びＤｕｔｙ比は３種類以上で構成されていてもよい。

【0062】

（第３実施形態）
第３実施形態に係るプラズマ処理方法について、図８を参照しながら説明する。図８は、第３施形態に係るプラズマ処理方法の一例を示す図である。第３施形態に係るプラズマ処理方法が第１施形態に係るプラズマ処理方法と異なる点は、ＨＦパルスの振幅が２種類あり、ＬＦパルスの振幅が２種類ある点である。その他の条件は同じである。

【0063】

１～５サイクル目のＨＦパルスの出力時間では、１、３、５サイクル目の振幅がＡ１であり、２、４サイクル目の振幅がＡ２である。６～７サイクル目のＬＦパルスの出力時間では、６サイクル目の振幅のＢ１であり、７サイクル目の振幅のＢ２である。

【0064】

以上は一例であり、ＨＦパルス及びＬＦパルスのそれぞれの出力時間では、各サイクルについてパルス周期、Ｄｕｔｙ、振幅の少なくともいずれかを変えて制御してもよい。また、ＨＦパルス及びＬＦパルスの少なくとも一方の振幅は３種類以上で構成されていてもよい。

【0065】

（その他）
Ｄｕｔｙ１は、９０％以下に設定される。Ｄｕｔｙ１を９０％以上に設定すると、マスクのクロッギングが発生する可能性が高まり、かつ、エッチング対象膜１０１の凹部からの反応生成物の排気の促進が阻害されるためである。さらに、Ｄｕｔｙ１は、１０％以上かつ９０％以下であることが好ましい。Ｄｕｔｙ１が１０％未満であると、ＨＦがオンされる時間が短く、プラズマが着火しない可能性があるためである。

【0066】

Ｄｕｔｙ２は、１０％以上かつ９０％以下であることが好ましい。Ｄｕｔｙ２を１０％未満に設定すると、ＬＦがオンされる時間が短くなり、エッチング対象膜１０１のエッチング対象膜１０１の凹部からの反応生成物の排気は良くなるが、エッチングレートが下がるためである。また、Ｄｕｔｙ２を９０％よりも大きくすると、エッチングレートは上がるが、エッチング対象膜１０１の凹部からの反応生成物の排気が悪くなり、マスクのクロッギング（マスク閉塞）を発生させ、エッチストップが発生する可能性があるためである。

【0067】

以上に説明したように、本実施形態のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、マスクのクロッギングの回避とマスクの高選択比を両立させることができる。これにより、プラズマ処理装置において実行されるプロセスの性能を向上させることができる。

【0068】

今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0069】

本開示のプラズマ処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

【符号の説明】

【0070】

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
２ａ コンピュータ
２ａ１ 処理部
２ａ２ 記憶部
２ａ３ 通信インターフェース
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
２１ ガスソース
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３２ａ 第１のＤＣ生成部
３２ｂ 第２のＤＣ生成部
４０ 排気システム
１００ シリコン基板
１０１ エッチング対象膜
１０２ マスク
１１１ 本体部
１１２ リングアセンブリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】