特開 2023-70771 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】P2023070771

(43)【公開日】2023-05-22

(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 20060101AFI20230515BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 L

H05H1/46 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021183060

(22)【出願日】2021-11-10

(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】齊藤 均

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 和男

(72)【発明者】

【氏名】植松 治志

【テーマコード（参考）】

2G084

【Ｆターム（参考）】

2G084BB06

2G084CC12

2G084CC13

2G084CC25

2G084CC33

2G084DD03

2G084DD13

2G084DD55

2G084DD62

2G084FF15

2G084HH05

2G084HH28

2G084HH32

2G084HH35

(57)【要約】      （修正有）

【課題】希ガスを用いることなくプラズマ着火性を向上させることができる技術を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置は、プラズマ処理を施す処理容器1と、下部電極を兼ねると共に前記基板を載置する載置台3と、接地に接続された金属窓2と、前記金属窓2との電気的絶縁を保ちながら配置される誘導結合アンテナ70と、前記プラズマ処理を制御する制御部9と、を備え、該制御部9は、第１の高周波を第１の電力で前記載置台3に供給し、前記金属窓2と前記載置台3との間で容量結合により前記プラズマを着火する第１の制御と、第２の高周波を第２の電力で前記誘導結合アンテナ70に供給し、前記金属窓2を媒介して誘導結合により前記プラズマを維持する第２の制御と、前記第１の高周波を前記第１の電力よりも大きな第３の電力に変更し、前記載置台に載置された前記基板に前記プラズマ処理を施す第３の制御と、を実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部で基板にプラズマによるプラズマ処理を施す処理容器と、
該処理容器の内部に配置され、下部電極を兼ねると共に前記基板を載置する載置台と、
前記処理容器の天井部を、前記処理容器との電気的絶縁を保ちながら形成し、接地に接続された金属窓と、
該金属窓を介して前記載置台と対向し、前記金属窓との電気的絶縁を保ちながら配置される誘導結合アンテナと、
前記プラズマ処理を制御する制御部と、
を備え、
該制御部は、
第１の高周波を第１の電力で前記載置台に供給し、前記金属窓と前記載置台との間で容量結合により前記プラズマを着火する第１の制御と、
第２の高周波を第２の電力で前記誘導結合アンテナに供給し、前記金属窓を媒介して誘導結合により前記プラズマを維持する第２の制御と、
前記第１の高周波を前記第１の電力よりも大きな第３の電力に変更し、前記載置台に載置された前記基板に前記プラズマ処理を施す第３の制御と、を実行する、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記第３の制御において、前記第１の高周波の前記第３の電力への変更は、前記第２の高周波が前記第２の電力で前記誘導結合アンテナへ供給される時点から、予め定められた時間の経過以後に実施される、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記第１の制御における前記処理容器の内部の第１の圧力は、前記基板に前記プラズマ処理を施す際の前記処理容器の内部の第２の圧力よりも高い、
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２の制御において、前記第２の高周波が前記第２の電力で前記誘導結合アンテナに供給される前に、前記第１の圧力から前記第２の圧力に変更される、
請求項３に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記金属窓は複数の分割窓により構成され、前記複数の分割窓のそれぞれがインピーダンス調整回路を介して接地に接続されている、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記処理容器の内部には処理ガスが供給され、前記第１の制御において前記処理ガスから前記プラズマが着火され、前記第３の制御において前記プラズマが維持される、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

内部で基板にプラズマによるプラズマ処理を施す処理容器と、
該処理容器の内部に配置され、下部電極を兼ねると共に前記基板を載置する載置台と、
前記処理容器の天井部を、前記処理容器との電気的絶縁を保ちながら形成し、接地に接続された金属窓と、
該金属窓を介して前記載置台と対向し、前記金属窓との電気的絶縁を保ちながら配置される誘導結合アンテナと、
を備えたプラズマ処理装置において、
第１の高周波を第１の電力で前記載置台に供給し、前記金属窓と前記載置台との間で容量結合により前記プラズマを着火することと、
第２の高周波を第２の電力で前記誘導結合アンテナに供給し、前記金属窓を媒介して誘導結合により前記プラズマを維持することと、
前記第１の高周波を前記第１の電力よりも大きな第３の電力に変更し、前記載置台に載置された前記基板に前記プラズマ処理を施すことと、
を有する、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】

誘導結合プラズマを用いて基板を処理するプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１７６４６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、希ガスを用いることなくプラズマ着火性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】

本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、内部で基板にプラズマによるプラズマ処理を施す処理容器と、該処理容器の内部に配置され、下部電極を兼ねると共に前記基板を載置する載置台と、前記処理容器の天井部を、前記処理容器との電気的絶縁を保ちながら形成し、接地に接続された金属窓と、該金属窓を介して前記載置台と対向し、前記金属窓との電気的絶縁を保ちながら配置される誘導結合アンテナと、前記プラズマ処理を制御する制御部と、を備え、該制御部は、第１の高周波を第１の電力で前記載置台に供給し、前記金属窓と前記載置台との間で容量結合により前記プラズマを着火する第１の制御と、第２の高周波を第２の電力で前記誘導結合アンテナに供給し、前記金属窓を媒介して誘導結合により前記プラズマを維持する第２の制御と、前記第１の高周波を前記第１の電力よりも大きな第３の電力に変更し、前記載置台に載置された前記基板に前記プラズマ処理を施す第３の制御と、を実行する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、希ガスを用いることなくプラズマ着火性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装置を示す概略図

【図2】実施形態に係るプラズマ処理方法を示す図

【図3】実施形態の変形例に係るプラズマ処理方法を示す図

【図4】図２に示されるプラズマ処理方法を実施したときのプラズマ着火性を示す図

【図5】図３に示されるプラズマ処理方法を実施したときのプラズマ着火性を示す図

【図6】オフセット時間を変更したときのプラズマ着火性を示す図（１）

【図7】オフセット時間を変更したときのプラズマ着火性を示す図（２）

【図8】オフセット時間を変更したときのプラズマ着火性を示す図（３）

【図9】処理ガスを変更したときのプラズマ着火性を示す図（１）

【図10】処理ガスを変更したときのプラズマ着火性を示す図（２）

【図11】処理ガスを変更したときのプラズマ着火性を示す図（３）

【図12】マルチステップ処理を実施したときのプラズマ着火性を示す図

【図13】第１の制御による処理が施された対象膜の削れ量を示す図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

【0009】

〔プラズマ処理装置〕
図１を参照し、実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。プラズマ処理装置は、処理容器１、金属窓２、載置台３、プラズマ生成部７及び制御部９を備える。

【0010】

処理容器１は、内部が減圧可能な真空容器である。処理容器１は、内部に載置台３を収容する。処理容器１は、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料により形成される。処理容器１は、接地に接続される。

【0011】

処理容器１の側面には、搬入出口１１が設けられている。搬入出口１１は、プラズマ処理される基板Ｇを受け渡すための開口である。搬入出口１１には、ゲートバルブ１２が設けられている。ゲートバルブ１２は、搬入出口１１を開閉する。基板Ｇは、例えば矩形のガラス基板である。

【0012】

処理容器１の底面には、排気口１３が設けられる。排気口１３は、図１に示されるように１箇所に設けられてもよく、複数箇所に設けられてもよい。排気口１３には、排気配管１４を介して排気部１５が接続される。排気部１５は、処理容器１内の圧力を調整する。排気部１５は、真空ポンプ及び圧力調整弁（いずれも図示せず）を含む。

【0013】

金属窓２は、絶縁部材１６を介して処理容器１の上部を密閉し、処理容器１の上方に隣接して設けられたアンテナ室（図示せず）の天井部から吊り下げられて支持される。金属窓２は、処理容器１との電気的絶縁を保ちながら処理容器１の天井部を形成する。金属窓２は、処理容器１内に処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。金属窓２は、複数の分割窓２ａにより形成される。複数の分割窓２ａは、絶縁部材２ｂを介して互いに電気的に絶縁される。複数の分割窓２ａは、例えば上面視において放射状に配置される。複数の分割窓２ａは、上面視において格子状に配置されてもよい。複数の分割窓２ａの配置は、これらに限定されない。分割窓２ａの個数は特に限定されないが、例えば２０個であってよい。なお、金属窓２は単一の部材により形成されてもよい。

【0014】

各分割窓２ａは、ガス分散室２０及びガス供給孔２１を有する。ガス分散室２０は、各分割窓２ａの内部に形成される。ガス供給孔２１は、各分割窓２ａの下面に、載置台３の上面と対向するように複数形成される。ガス供給孔２１は、ガス分散室２０と連通する。各ガス分散室２０には、ガス供給管２２を介してガス供給源２３が接続される。ガス供給源２３は、処理ガスの供給源である。処理ガスの種類は限定されないが、例えば四フッ化炭素（ＣＦ_４）、酸素（Ｏ_２）、アルゴン（Ａｒ）であってよい。ガス供給管２２には、ガス供給源２３の側から順に、流量調整部２４及びバルブ２５が介設される。各ガス分散室２０には、ガス供給管２２を介して流量が調整された処理ガスが供給される。

【0015】

各分割窓２ａは、インピーダンス調整回路２６を介して接地に接続される。インピーダンス調整回路２６は、各分割窓２ａと接地との間のインピーダンスを調整する。なお、各分割窓２ａは、インピーダンス調整回路２６を介さずに接地に接続されてもよい。

【0016】

載置台３は、平面形状が矩形である角柱状を有する。載置台３には、基板Ｇが載置される。載置台３は、スペーサ３５及びサセプタ３３を下方からこの順で積層し、スペーサ３５及びサセプタ３３の側面を例えばセラミック製のカバー３８により覆った構成となっている。載置台３は、絶縁層３９を介して処理容器１の底面における中央部に設置される。

【0017】

載置台３の内部には、伝熱ガス供給路３４が設けられる。伝熱ガス供給路３４は、下流側の端部が複数に分岐し、載置台３の上面に分散して開口することにより、複数の伝熱ガス供給口３４ａを構成する。伝熱ガス供給路３４の上流側は、処理容器１の外部に設けられた伝熱ガス供給管６２に接続される。伝熱ガス供給管６２の上流側は、流量調整部６３を介して伝熱ガス供給源６４に接続される。複数の伝熱ガス供給口３４ａは、載置台３の上面に載置された基板Ｇの下側の面と載置台３の上面との間の微細な隙間に伝熱ガスを供給する。

【0018】

スペーサ３５の内部には、例えば周方向に延びる環状の冷媒流路３６が設けられる。冷媒流路３６には、チラーユニット（図示せず）により所定の温度に調整された冷媒が循環供給される。冷媒の温度を制御することにより、サセプタ３３、及び基板Ｇの下面の伝熱ガスを介して、基板Ｇの温度を調整できる。

【0019】

載置台３には、外部の搬送装置（図示せず）との間で基板Ｇを受け渡すための昇降ピン（図示せず）が設けられる。昇降ピンは、載置台３及び処理容器１の底板を垂直方向に貫通し、載置台３の表面から突没する。

【0020】

サセプタ３３の上面には、誘電体層３１が設けられる。誘電体層３１には、水平方向に広がる金属からなる吸着電極３２が埋設される。誘電体層３１及び吸着電極３２は、静電チャックを構成する。吸着電極３２は、配線４１を介して直流電源４０に接続される。直流電源４０は、例えば制御部９から入力される設定値に基づき、吸着電極３２に直流電圧（吸着電圧）を印加する。吸着電極３２に吸着電圧が印加されると、誘電体層３１を介して吸着電極３２と基板Ｇとの間に静電引力が発生する。これにより、誘電体層３１上に基板Ｇが吸着保持される。配線４１には、吸着電圧を調整するための抵抗４２及びスイッチ４３が介設される。

【0021】

プラズマ生成部７は、誘導結合アンテナ７０を有する。誘導結合アンテナ７０は、処理容器１の上方に金属窓２を介して、載置台３と対向するように設けられる。誘導結合アンテナ７０は、渦巻き状又は環状を有する。誘導結合アンテナ７０は、金属窓２の上方に設けられるアンテナ室（図示せず）に収納される。誘導結合アンテナ７０には、整合器７１を介してソース電源７２が接続される。整合器７１は、可変容量コンデンサを含む。ソース電源７２は、ソースＲＦ信号（第２の高周波）を誘導結合アンテナ７０に供給する。これにより、処理容器１内にプラズマの生成状態を維持するための電界が発生する。ソースＲＦ信号は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数を有する。

【0022】

プラズマ生成部７は、また、バイアス電源７５を有する。バイアス電源７５は、配線７３を介してサセプタ３３に接続されている。バイアス電源７５は、バイアスＲＦ信号（第１の高周波）をサセプタ３３に供給する。これにより、本実施形態においては、金属窓２と載置台３との間で容量結合によりプラズマの生成を開始（プラズマの着火）できる。このように、金属窓２及び載置台３は、プラズマの着火の時点においてはそれぞれ容量結合における上部電極及び下部電極の機能を兼ねる。また、ソースＲＦ信号の供給によって処理容器１内に生成状態が維持された処理ガスのプラズマに含まれるイオン等を、載置台３に載置した基板Ｇに引き込むことができる。配線７３には、バイアスＲＦ信号の整合を取るための整合器７４が介設されている。整合器７４は、可変容量コンデンサを含む。バイアスＲＦ信号は、例えば３．２ＭＨｚの周波数を有する。なお、一般的には、バイアス電源などを含む回路は生成されたプラズマからイオンを引き込むためのものであるため、「プラズマ生成部」には含まない。しかしながら、本実施形態においては、バイアス電源などを含む回路がプラズマを着火する機能を有するため、敢えて「プラズマ生成部」の一部を構成するものとして記載する。

【0023】

制御部９は、プラズマ処理装置の各部を制御する。制御部９は、例えばコンピュータ９０を含む。コンピュータ９０は、ＣＰＵ９１、記憶部９２及び通信インターフェース９３を含む。ＣＰＵ９１は、記憶部９２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。記憶部９２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の補助記憶装置からなるグループから選択される少なくとも１つのメモリタイプを含む。記憶部９２は、後述するプラズマ処理方法を実施する際に用いられる各種の情報を記憶する。各種の情報は、例えば吸着電圧、ソースＲＦ信号の電力、バイアスＲＦ信号の電力、処理ガスの流量等の設定値を含む。各種の情報は、例えば整合器７１，７４の可変容量コンデンサのプリセット位置を含む。通信インターフェース９３は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介してプラズマ処理装置との間で通信してもよい。

【0024】

〔プラズマ処理方法〕
図２を参照し、実施形態に係るプラズマ処理方法について、図１に示されるプラズマ処理装置において載置台３に載置された基板Ｇにプラズマ処理を施す場合を例に挙げて説明する。

【0025】

まず、時刻ｔ１１において、制御部９は、スイッチ４３をオンに制御することにより、直流電源４０から吸着電極３２に吸着電圧を印加する。また、時刻ｔ１１において、制御部９は、バルブ２５を開くと共に流量調整部２４を制御することにより、ガス供給源２３から流量が調整された処理ガスを各ガス分散室２０に供給する。また、時刻ｔ１１において、制御部９は、排気部１５を制御することにより、処理容器１内の圧力を処理前圧力Ｐ１から着火圧力Ｐ３に調整する。処理前圧力Ｐ１は、排気部１５による引き切りの状態の圧力であってよい。例えば、１ｍＴｏｒｒ（０．１３Ｐａ）以下の圧力である。処理前圧力Ｐ１は、排気部１５によって調整される所定の圧力であってもよい。着火圧力Ｐ３は、処理前圧力Ｐ１よりも高い圧力であり、排気部１５によって調整される所定の圧力であってよい。着火圧力Ｐ３は、処理ガスの種類によらずに安定したプラズマ着火を実現しやすいという観点から、１５ｍＴｏｒｒ～２５ｍＴｏｒｒ（２．０Ｐａ～３．３Ｐａ）であることが好ましく、２０ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ）であることがより好ましい。

【0026】

次に、時刻ｔ１２において、制御部９は、バイアス電源７５を制御することにより、バイアスＲＦ信号を第１バイアス電力Ｐｂ１でサセプタ３３に供給し、金属窓２と載置台３との間で容量結合によりプラズマの生成を開始（プラズマの着火）する第１の制御を実行する。第１の制御では、制御部９は、整合器７４の可変容量コンデンサの位置を、記憶部９２に記憶されたバイアス電源７５によるプラズマ着火用のプリセット位置に移動させた状態で、バイアスＲＦ信号をサセプタ３３に供給することが好ましい。これにより、プラズマの着火時間を短縮できる。バイアス電源７５によるプラズマ着火用のプリセット位置は、予備実験等により決定され、予め記憶部９２に記憶される。

【0027】

次に、時刻ｔ１３において、制御部９は、排気部１５を制御することにより、処理容器１内の圧力を着火圧力Ｐ３から処理圧力Ｐ２に調整する。処理圧力Ｐ２は、着火圧力Ｐ３よりも低い圧力であってよい。処理圧力Ｐ２は、例えば５ｍＴｏｒｒ～１５ｍＴｏｒｒ（０．６７Ｐａ～２．０Ｐａ）であってよい。

【0028】

次に、時刻ｔ１４において、制御部９は、ソース電源７２を制御することにより、ソースＲＦ信号を第１ソース電力Ｐｓ１で誘導結合アンテナ７０に供給し、金属窓２を媒介して誘導結合によりプラズマの生成状態を維持する第２の制御を実行する。時刻ｔ１４においては、処理容器１内の圧力が処理圧力Ｐ２に維持された状態で、ソースＲＦ信号が誘導結合アンテナ７０に供給される。

【0029】

次に、時刻ｔ１５において、制御部９は、バイアス電源７５を制御することにより、バイアスＲＦ信号を第１バイアス電力Ｐｂ１から第２バイアス電力Ｐｂ２に変更し、載置台３に載置された基板Ｇにプラズマ処理を施す第３の制御を実行する。第２バイアス電力Ｐｂ２は、第１バイアス電力Ｐｂ１よりも高い値である。ただし、基板Ｇに施すプラズマ処理の種類によっては、第２バイアス電力Ｐｂ２は、第１バイアス電力Ｐｂ１よりも低い値であってもよい。時刻ｔ１５は、ソースＲＦ信号が誘導結合アンテナ７０へ供給される時点（時刻ｔ１４）から予め定められた時間（以下「オフセット時間」という。）の経過以後に実施されることが好ましい。これにより、バイアスＲＦ信号が第２バイアス電力Ｐｂ２に安定しやすくなる。オフセット時間は、２秒以上であることが好ましい。

【0030】

時刻ｔ１５から所定の時間が経過して基板Ｇに施すプラズマ処理が終了した後、制御部９は、ソース電源７２を制御することにより金属窓２へのソースＲＦ信号の供給を停止し、バイアス電源７５を制御することによりサセプタ３３へのバイアスＲＦ信号の供給を停止する。また、制御部９は、バルブ２５を閉じることにより各ガス分散室２０への処理ガスの供給を停止し、排気部１５を制御することにより処理容器１内を減圧する。その後、制御部９は処理を終了する。

【0031】

従来、プラズマが着火し難い場合には、プラズマが着火しやすい希ガスを導入してプラズマを着火するという方法があるが、基板Ｇに形成されたデバイスによっては電気特性を劣化させるなどの悪い影響をもたらす場合がある。以上に説明した実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、制御部９は、処理容器１内に処理ガスを供給した状態で、バイアスＲＦ信号をサセプタ３３に供給し、金属窓２と載置台３との間で容量結合によりプラズマを着火する。次いで、制御部９は、ソースＲＦ信号を誘導結合アンテナ７０に供給し、金属窓２を媒介して誘導結合によりプラズマを維持する。これにより、処理ガス以外のガス（例えば希ガス）を用いることなくプラズマ着火性を向上させることができる。そのため、基板Ｇが処理ガス以外のガスから生成されるプラズマに晒されることがない。その結果、基板Ｇ上に形成されたデバイスの電気特性への影響を低減できる。

【0032】

また、実施形態に係るプラズマ処理方法において、制御部９は、第１の制御を実行したときに容量結合によりプラズマが着火されたか否かを判断するためのログ情報を記憶部９２に記憶してもよい。これにより、管理者等は記憶部９２に記憶されたログ情報を確認することで、第１の制御を実行したときに容量結合によりプラズマが着火されたか否かを判断できる。ログ情報は、例えば第１の制御を開始する直前、第１の制御の実行中及び第１の制御を終了した直後における、バイアスＲＦ信号の状態を示す実測値を含んでよい。バイアスＲＦ信号の状態を示す実測値としては、バイアスＲＦ信号の進行波電力、反射波電力、バイアスＲＦ信号の最大電圧と最小電圧の差Ｖｐｐ（Voltage peak to peak）、バイアスＲＦ信号の中間電圧Ｖｄｃ（Voltage direct current）等が挙げられる。また、ログ情報は、第１の制御に係る設定値、例えばバイアスＲＦ信号の電力の設定値、第１の制御の実行時間の設定値を含んでよい。

【0033】

また、載置台３に載置された基板Ｇにプラズマ処理を施す放電ステップが複数回含まれるマルチステップ処理では、少なくとも最初の放電ステップに対して実施形態に係るプラズマ処理方法を実施すればよい。すなわち、少なくとも最初の放電ステップにおいて、金属窓２と載置台３との間で容量結合によりプラズマを着火し、次いで金属窓２を媒介して誘導結合によりプラズマを維持する。マルチステップ処理においては、最初の放電ステップにおいてプラズマ着火すれば、２回目以降の放電ステップにおいても安定してプラズマ着火するためである。また、マルチステップ処理では、複数回の放電ステップのうちの途中（例えば２回目）の放電ステップから開始する場合がある。この場合、少なくとも開始直後（例えば２回目）の放電ステップに対して実施形態に係るプラズマ処理方法を実施すればよい。

【0034】

図３を参照し、実施形態の変形例に係るプラズマ処理方法について、図１に示されるプラズマ処理装置において載置台３に載置された基板Ｇにプラズマ処理を施す場合を例に挙げて説明する。実施形態の変形例に係るプラズマ処理方法は、ソースＲＦ信号を誘導結合アンテナ７０に供給した後に、処理容器１内の圧力を着火圧力Ｐ３から処理圧力Ｐ２に調整する点で、図２に示される実施形態に係るプラズマ処理方法と異なる。以下、図２に示される実施形態に係るプラズマ処理方法と異なる点を中心に説明する。

【0035】

まず、時刻ｔ２１において、制御部９は、スイッチ４３をオンに制御することにより、直流電源４０から吸着電極３２に吸着電圧を印加する。また、時刻ｔ２１において、制御部９は、バルブ２５を開くと共に流量調整部２４を制御することにより、ガス供給源２３から流量が調整された処理ガスを各ガス分散室２０に供給する。また、時刻ｔ２１において、制御部９は、排気部１５を制御することにより、処理容器１内の圧力を処理前圧力Ｐ１から着火圧力Ｐ３に調整する。

【0036】

次に、時刻ｔ２２において、制御部９は、バイアス電源７５を制御することにより、バイアスＲＦ信号を第１バイアス電力Ｐｂ１でサセプタ３３に供給し、金属窓２と載置台３との間で容量結合によりプラズマを着火する第１の制御を実行する。

【0037】

次に、時刻ｔ２３において、制御部９は、ソース電源７２を制御することにより、ソースＲＦ信号を第１ソース電力Ｐｓ１で誘導結合アンテナ７０に供給し、金属窓２を媒介して誘導結合によりプラズマを維持する第２の制御を実行する。時刻ｔ２３においては、処理容器１内の圧力が着火圧力Ｐ３に維持された状態で、ソースＲＦ信号が誘導結合アンテナ７０に供給される。

【0038】

次に、時刻ｔ２４において、制御部９は、バイアス電源７５を制御することにより、バイアスＲＦ信号を第１バイアス電力Ｐｂ１から第２バイアス電力Ｐｂ２に変更し、載置台３に載置された基板Ｇにプラズマ処理を施す第３の制御を実行する。

【0039】

次に、時刻ｔ２５において、制御部９は、排気部１５を制御することにより、処理容器１内の圧力を着火圧力Ｐ３から処理圧力Ｐ２に調整する。処理圧力Ｐ２は、着火圧力Ｐ３よりも低い圧力であってよい。

【0040】

時刻ｔ２５から所定の時間が経過して基板Ｇに施すプラズマ処理が終了した後、制御部９は、ソース電源７２を制御することにより金属窓２へのソースＲＦ信号の供給を停止し、バイアス電源７５を制御することによりサセプタ３３へのバイアスＲＦ信号の供給を停止する。また、制御部９は、バルブ２５を閉じることにより各ガス分散室２０への処理ガスの供給を停止し、排気部１５を制御することにより処理容器１内を減圧する。その後、制御部９は処理を終了する。

【0041】

以上に説明した実施形態の変形例に係るプラズマ処理方法によれば、図２に示される実施形態に係るプラズマ処理方法と同様に、処理ガス以外のガス（例えば希ガス）を用いることなくプラズマ着火性を向上させることができる。

【0042】

なお、実施形態の変形例に係るプラズマ処理方法においては、バイアスＲＦ信号を第２バイアス電力Ｐｂ２に変更した後に処理容器１内の圧力を着火圧力Ｐ３から処理圧力Ｐ２に調整する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、ソースＲＦ信号を誘導結合アンテナ７０に供給した後であって、バイアスＲＦ信号を第２バイアス電力Ｐｂ２に変更する前に、処理容器１内の圧力を着火圧力Ｐ３から処理圧力Ｐ２に調整してもよい。

【0043】

〔実施例〕
実施形態の効果を確認するために行った実施例について説明する。

【0044】

（実施例１）
実施例１では、図１に示されるプラズマ処理装置を用いて、図２に示される実施形態に係るプラズマ処理方法を実施したときのプラズマ着火性を確認した。実施例１では、第１バイアス電力Ｐｂ１を０．５ｋＷ、第２バイアス電力Ｐｂ２を２．０ｋＷ、第１ソース電力Ｐｓ１を７．５ｋＷに設定した。実施例１では、処理前圧力Ｐ１を排気部１５による引き切りの状態の圧力、着火圧力Ｐ３を２０ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ）、処理圧力Ｐ２を１０ｍＴｏｒｒ（１．３Ｐａ）に設定した。実施例１では、処理ガスとしてＣＦ_４とＯ_２の混合ガス（ＣＦ_４／Ｏ_２＝４００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ）を用いた。

【0045】

図４は、図２に示されるプラズマ処理方法を実施したときのプラズマ着火性を示す図である。図４中、横軸は時間［秒］を示し、第１縦軸（左側の軸）は電力［Ｗ］を示し、第２縦軸（右側の軸）は圧力［ｍＴｏｒｒ］を示す。図４中、太い実線及び太い破線はそれぞれソースＲＦ信号の進行波電力及び反射波電力を示し、細い実線及び細い破線はそれぞれバイアスＲＦ信号の進行波電力及び反射波電力を示し、一点鎖線は処理容器１内の圧力を示す。

【0046】

図４に示されるように、実施例１では良好な着火性が得られていることが分かる。

【0047】

（実施例２）
実施例２では、図１に示されるプラズマ処理装置を用いて、図３に示される実施形態の変形例に係るプラズマ処理方法を実施したときのプラズマ着火性を確認した。実施例２における電力、圧力及び処理ガスは、それぞれ実施例１における電力、圧力及び処理ガスと同じである。

【0048】

図５は、図３に示されるプラズマ処理方法を実施したときのプラズマ着火性を示す図である。図５中、横軸は時間［秒］を示し、第１縦軸（左側の軸）は電力［Ｗ］を示し、第２縦軸（右側の軸）は圧力［ｍＴｏｒｒ］を示す。図５中、太い実線及び太い破線はそれぞれソースＲＦ信号の進行波電力及び反射波電力を示し、細い実線及び細い破線はそれぞれバイアスＲＦ信号の進行波電力及び反射波電力を示し、一点鎖線は処理容器１内の圧力を示す。

【0049】

図５に示されるように、実施例２においても実施例１と同様に、良好な着火性が得られていることが分かる。

【0050】

（実施例３）
実施例３では、バイアス電力変化までのオフセット時間を変更したときのプラズマ着火性を確認した。実施例３では、図１に示されるプラズマ処理装置を用いて、図２に示される実施形態に係るプラズマ処理方法を実施した。実施例３では、バイアス電力変化までのオフセット時間を１秒、２秒、３秒に設定した。実施例３における電力、圧力及び処理ガスは、それぞれ実施例１における電力、圧力及び処理ガスと同じである。

【0051】

図６～図８は、図２に示されるプラズマ処理方法においてバイアス電力変化までのオフセット時間を変更したときのプラズマ着火性を示す図である。図６、図７及び図８は、それぞれオフセット時間を１秒、２秒及び３秒に設定したときの結果を示す。図６～図８中、横軸は時間［秒］を示し、第１縦軸（左側の軸）は電力［Ｗ］を示し、第２縦軸（右側の軸）は圧力［ｍＴｏｒｒ］を示す。図６～図８中、太い実線はソースＲＦ信号の進行波電力を示し、細い実線はバイアスＲＦ信号の進行波電力を示し、一点鎖線は処理容器１内の圧力を示す。

【0052】

図６に示されるように、バイアス電力変化までのオフセット時間を１秒に設定した場合、バイアスＲＦ信号を第１バイアス電力Ｐｂ１から第２バイアス電力Ｐｂ２に変更し始めた直後に、ソースＲＦ信号の進行波電力が略ゼロになり、プラズマが失火していることが分かる。また、この時、バイアスＲＦ信号についても第２バイアス電力Ｐｂ２として設定された２．０ｋＷに到達する前に遮断されてしまっている。図７及び図８に示されるように、バイアス電力変化までのオフセット時間を２秒及び３秒に設定した場合、良好な着火性が得られていることが分かる。これらの結果から、バイアス電力変化までのオフセット時間を２秒以上に設定することが好ましいと考えられる。

【0053】

（実施例４）
実施例４では、処理ガスを変更したときのプラズマ着火性を確認した。実施例４では、図１に示されるプラズマ処理装置を用いて、図２に示される実施形態に係るプラズマ処理方法を実施した。実施例４では、処理ガスとして、ＣＦ_４とＯ_２の混合ガス（ＣＦ_４／Ｏ_２）、Ｏ_２、ＣＦ_４とＡｒの混合ガス（ＣＦ_４／Ａｒ）を用いた。

【0054】

処理ガスとしてＣＦ_４／Ｏ_２を用いた条件では、第１バイアス電力Ｐｂ１を０．５ｋＷ、第２バイアス電力Ｐｂ２を２．０ｋＷ、第１ソース電力Ｐｓ１を７．５ｋＷに設定した。また、処理前圧力Ｐ１を排気部１５による引き切りの状態の圧力、着火圧力Ｐ３を２０ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ）、処理圧力Ｐ２を１０ｍＴｏｒｒ（１．３Ｐａ）に設定した。

【0055】

処理ガスとしてＯ_２を用いた条件では、第１バイアス電力Ｐｂ１を０．５ｋＷ、第２バイアス電力Ｐｂ２を０．１５ｋＷ、第１ソース電力Ｐｓ１を５．０ｋＷに設定した。また、処理前圧力Ｐ１を排気部１５による引き切りの状態の圧力、着火圧力Ｐ３を２０ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ）、処理圧力Ｐ２を３０ｍＴｏｒｒ（４．０Ｐａ）に設定した。

【0056】

処理ガスとしてＣＦ_４／Ａｒを用いた条件では、第１バイアス電力Ｐｂ１を０．５ｋＷ、第２バイアス電力Ｐｂ２を５．０ｋＷ、第１ソース電力Ｐｓ１を５．０ｋＷに設定した。また、処理前圧力Ｐ１を排気部１５による引き切りの状態の圧力、着火圧力Ｐ３を２０ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ）、処理圧力Ｐ２を１０ｍＴｏｒｒ（１．３Ｐａ）に設定した。

【0057】

図９～図１１は、図２に示されるプラズマ処理方法において処理ガスを変更したときのプラズマ着火性を示す図である。図９、図１０及び図１１は、それぞれ処理ガスとして、ＣＦ_４／Ｏ_２、Ｏ_２及びＣＦ_４／Ａｒを用いたときの結果を示す。図９～図１１中、横軸は時間［秒］を示し、第１縦軸（左側の軸）は電力［Ｗ］を示し、第２縦軸（右側の軸）は圧力［ｍＴｏｒｒ］を示す。図９～図１１中、太い実線はソースＲＦ信号の進行波電力を示し、細い実線はバイアスＲＦ信号の進行波電力を示し、一点鎖線は処理容器１内の圧力を示す。

【0058】

図９～図１１に示されるように、いずれの処理ガスを用いた場合においても良好な着火性が得られていることが分かる。

【0059】

（実施例５）
実施例５では、マルチステップ処理を実施したときのプラズマ着火性を確認した。実施例５では、マルチステップ処理は４回の放電ステップを含む。実施例５では、最初の放電ステップにおいて、図１に示されるプラズマ処理装置を用いて、図２に示される実施形態に係るプラズマ処理方法を実施した。２～４回目の放電ステップにおいて、金属窓２と載置台３との間で容量結合によるプラズマの着火を実施することなく、ソースＲＦ信号を誘導結合アンテナ７０に供給すると同時にバイアスＲＦ信号をサセプタ３３に供給した。

【0060】

図１２は、マルチステップ処理を実施したときのプラズマ着火性を示す図である。図１２中、横軸は時間［秒］を示し、第１縦軸（左側の軸）は電力［Ｗ］を示し、第２縦軸（右側の軸）は圧力［ｍＴｏｒｒ］を示す。図１２中、太い実線はソースＲＦ信号の進行波電力を示し、細い実線はバイアスＲＦ信号の進行波電力を示し、一点鎖線は処理容器１内の圧力を示す。

【0061】

図１２に示されるように、１～４回目の全ての放電ステップにおいて、良好な着火性が得られていることが分かる。この結果から、マルチステップ処理においては、最初の放電ステップにおいてプラズマ着火すれば、２回目以降の放電ステップにおいて実施形態に係るプラズマ処理方法を実施しなくても安定してプラズマ着火することが示された。

【0062】

（実施例６）
実施例６では、容量結合により着火されたプラズマが基板Ｇの表面に形成された膜に与える影響を確認した。実施例６では、図１に示されるプラズマ処理装置を用いて、図２に示される実施形態に係るプラズマ処理方法における第１の制御のみを実施した。実施例６では、評価される対象膜としてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜が表面に形成された基板Ｇに対して第１の制御による処理を施すと共に、該処理を施す前後の対象膜の膜厚を測定することにより対象膜の削れ量を算出した。実施例６では、第１バイアス電力Ｐｂ１を０．５ｋＷ、着火圧力Ｐ３を２０ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ）、処理時間を５秒に設定した。実施例６では、処理ガスとしてＣＦ_４とＯ_２の混合ガス（ＣＦ_４／Ｏ_２＝４００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ）を用いた。

【0063】

図１３は、第１の制御による処理が施された対象膜の削れ量を示す図である。図１３中、「０Å」は膜厚測定器の測定限界未満の削れ量であったことを意味し、対象膜が全く削れなかった場合及び対象膜がほとんど削れなかった場合を含む。

【0064】

図１３に示されるように、第１の制御による処理が施されたシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の削れ量が０Åであることが分かる。この結果から、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜は、容量結合により着火され生成されたプラズマに晒されても、全く削れない又はほとんど削れないことが示された。すなわち、容量結合により着火されたプラズマは対象膜にほとんど影響を与えないことが示された。

【0065】

なお、上記の実施形態において、第１バイアス電力Ｐｂ１は第１の電力の一例であり、第１ソース電力Ｐｓ１は第２の電力の一例であり、第２バイアス電力Ｐｂ２は第３の電力の一例である。また、着火圧力Ｐ３は第１の圧力の一例であり、処理圧力Ｐ２は第２の圧力の一例である。

【0066】

今回開示された実施形態はすべての点で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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0067】

１ 処理容器
２ 金属窓
３ 載置台
９ 制御部
Ｇ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】