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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-07
(45)【発行日】2024-08-16
(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 20060101AFI20240808BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20240808BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240808BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
H01L21/302 101B
H01L21/302 101C
H01L21/302 101D
H01L21/31 C
H05H1/46 M
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020182790
(22)【出願日】2020-10-30
(65)【公開番号】P2021141050
(43)【公開日】2021-09-16
【審査請求日】2023-05-16
(31)【優先権主張番号】P 2020033167
(32)【優先日】2020-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】輿水 地塩
【審査官】小林 幹
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１３－５３５０７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－００４７１０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、電極を含む基板支持器と、
前記電極に結合され、１周期内の第１の期間において第１の電圧レベルを有し、該１周期内の第２の期間及び該第２の期間の後の第３の期間において第２の電圧レベルを有する電気バイアスを発生するように構成されたバイアス電源であり、該第１の電圧レベルの絶対値は該第２の電圧レベルの絶対値よりも大きい、バイアス電源と、
前記プラズマ処理チャンバに結合され、前記１周期内の前記第１の期間において第１の電力レベルを有し、前記１周期内の前記第２の期間において第２の電力レベルを有し、前記１周期内の前記第３の期間において第３の電力レベルを有し、前記１周期内の前記第２の期間と前記第３の期間との間の第４の期間において第４の電力レベルを有する高周波電力を発生するように構成された高周波電源であり、前記第２の電力レベルは前記第３の電力レベルよりも大きく、前記第３の電力レベルは前記第１の電力レベルよりも大きく、前記第４の電力レベルは前記第１の電力レベルと前記第３の電力レベルとの間のレベルである、該高周波電源と、
を備える、プラズマ処理装置。
【請求項2】
前記電気バイアスは、矩形、台形、三角形、又はこれらの組み合わせのパルス波形を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項3】
前記電気バイアスは、整形パルスを有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
前記第１の電圧レベルは、負の極性を有する、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】
前記第２の電圧レベルは、ゼロ電圧レベルである、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】
前記第１の電力レベルは、ゼロ電力レベルである、請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項7】
プラズマ処理装置で使用するプラズマ処理方法であって、前記プラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、下部電極を含む基板支持器と、前記下部電極の上方に配置された上部電極とを備え、該プラズマ処理方法は、前記基板支持器上に基板を載置する工程と、
電気バイアスを前記下部電極に供給する工程であり、該電気バイアスは、１周期内の第１の期間において第１の電圧レベルを有し、該１周期内の第２の期間及び該第２の期間の後の第３の期間において第２の電圧レベルを有し、該第１の電圧レベルの絶対値は該第２の電圧レベルの絶対値よりも大きい、該工程と、
高周波電力を前記上部電極又は前記下部電極に供給する工程であり、該高周波電力は、前記１周期内の前記第１の期間において第１の電力レベルを有し、前記１周期内の前記第２の期間において第２の電力レベルを有し、前記１周期内の前記第３の期間において第３の電力レベルを有し、前記１周期内の前記第２の期間と前記第３の期間との間の第４の期間において第４の電力レベルを有し、前記第２の電力レベルは前記第３の電力レベルよりも大きく、前記第３の電力レベルは前記第１の電力レベルよりも大きく、前記第４の電力レベルは前記第１の電力レベルと前記第３の電力レベルとの間のレベルである、該工程と、
を含む、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加工のために用いられている。一種のプラズマ処理装置は、チャンバ、載置台、第１の高周波電源、及び第２の高周波電源を備える。載置台は、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。載置台は、下部電極を含む。第１の高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するための高周波電力を発生するように構成されている。第２の高周波電源は、プラズマからのイオンを基板に引き込むための高周波バイアス電力を発生するように構成されている。高周波バイアス電力は、下部電極に供給される。下記の特許文献１は、高周波電力及び高周波バイアス電力のうち少なくとも一方をパルス状の電力として供給するように構成されたプラズマ処理装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】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、プラズマの径方向の密度分布の均一性を高め、プラズマの密度の低下又は消失を抑制する技術を提供する。
【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、プラズマ処理チャンバ、基板支持器、バイアス電源、及び高周波電源を備える。基板支持器は、プラズマ処理チャンバ内に配置され、電極を含む。バイアス電源は、電極に結合され、第１の周波数を有するバイアス電力を発生するように構成されている。高周波電源は、プラズマ処理チャンバに結合され、第１の周波数よりも高い第２の周波数を有する高周波電力を発生するように構成されている。高周波電力は、バイアス電力の１周期内の第１の期間に第１の電力レベルを有し、バイアス電力の１周期内の第２の期間に第１の電力レベルよりも低い第２の電力レベルを有する。
【発明の効果】
【0006】
一つの例示的実施形態によれば、プラズマの径方向の密度分布の均一性を高め、プラズマの密度の低下又は消失を抑制す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で用いられる高周波電力及び電気バイアスの一例のタイミングチャートである。
【図3】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる高周波電力及び電気バイアスの別の例のタイミングチャートである。
【図4】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる電気バイアスの更に別の例のタイミングチャートである。
【図5】別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7】エッジリングの別の例を示す図である。
【図8】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、プラズマ処理チャンバ、基板支持器、バイアス電源、及び高周波（ＲＦ；Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源を含む。基板支持器は、プラズマ処理チャンバ内に配置され、下部電極を含む。バイアス電源は、下部電極に結合され、第１の周波数を有するバイアス電力を発生するように構成される。高周波電源は、プラズマ処理チャンバに結合され、第１の周波数よりも高い第２の周波数を有する高周波電力を発生するように構成される。一実施形態において、高周波電源は、二つの対向する電極、例えば上部電極及び下部電極のうち少なくともいずれかに結合される。高周波電力は、バイアス電力の１周期内の第１の期間に第１の電力レベルを有し、バイアス電力の１周期内の第２の期間に第１の電力レベルよりも低い第２の電力レベルを有する。バイアス電力の１周期は、第１の周波数により規定される固有周期である。即ち、固有周期は、第１の周波数の逆数である。例えば、第１の周波数が４００ｋＨｚの場合、固有周期は２．５μｓである。第１の期間は、第２の期間と異なる。第２の期間は、第１の期間の前であってもよく、第１の期間の後であってもよい。
【0010】
一つの例示的実施形態において、バイアス電力は、１周期内に少なくとも一つのバイアスパルスを含む。少なくとも一つのバイアスパルスは、矩形、台形、三角形、又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよく、ＵＳ２０１８／０１６６２４９Ａ１に開示されているような整形（Ｓｈａｐｅｄ）パルス（テーラード（Ｔａｉｌｏｒｅｄ）パルスとも呼ばれる）を有してもよい。少なくとも一つのバイアスパルスは、正又は負の極性を有する。また、少なくとも一つのバイアスパルスは、正及び／又は負の極性を有する複数のバイアスパルスを含んでもよい。一実施形態において、バイアス電力は、１周期内に少なくとも一つの正バイアスパルスと少なくとも一つの負バイアスパルスとを含む。
【0011】
一つの例示的実施形態において、バイアス電力は、第１の周波数を有する高周波バイアス電力である。一実施形態において、バイアス電源は、高周波バイアス電力を連続的に発生するように構成される。この場合、高周波バイアス電力は、Ｏｆｆ期間を含まない。
【0012】
別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、基板支持器、バイアス電源、及び高周波電源を備える。基板支持器は、下部電極を含み、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。バイアス電源は、基板にイオンを引き込むための電気バイアスを発生するように構成されており、下部電極に電気的に接続されている。電気バイアスは、第１の周波数で規定される周期内で基板の電位を変動させる。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の第２の周波数を有する高周波電力を発生するように構成されている。高周波電源は、第１の期間において高周波電力の第１のパルスを供給し、第２の期間において高周波電力の第２のパルスを供給するように構成されている。第１の期間は、第１の周波数で規定される周期と少なくとも部分的に重複し、該周期の時間長よりも短い時間長を有する。第２の期間は、第１の周波数で規定される周期と少なくとも部分的に重複し、該周期の時間長よりも短い時間長を有する。第２のパルスは、第１のパルスの電力レベルよりも低い電力レベルを有する。
【0013】
高周波電力が連続的に供給される場合、即ち高周波電力の連続波が供給される場合には、チャンバ内のプラズマの密度は、中央で高くなり径方向外側において低くなる。上記実施形態では、高周波電力は、第１のパルスとして供給される。したがって、上記実施形態によれば、プラズマの径方向の密度分布の均一性が高くなる。また、上記実施形態では、第１のパルスの供給後に、比較的低い電力を有する高周波電力の第２のパルスが供給される。したがって、上記実施形態によれば、プラズマの密度の低下又は消失を抑制することが可能となる。
【0014】
一つの例示的実施形態において、電気バイアスは、第１の周波数で規定される周期で周期的に発生されるパルス波であってもよい。パルス波は、負の直流電圧のパルスを含む。
【0015】
一つの例示的実施形態において、第１の期間及び第２の期間の各々は、第１の周波数で規定される周期内でバイアス電源からの負の直流電圧のパルスが供給されていない期間内の期間であってもよい。この実施形態によれば、第１のパルス及び第２のパルスの各々に対する反射が低減される。
【0016】
一つの例示的実施形態において、高周波電源は、第１の期間と第２の期間との間の期間において、第１のパルスの電力レベル及び第２のパルスの電力レベルよりも低く、０Ｗよりも大きい電力レベルを有する高周波電力を供給するように構成されていてもよい。
【0017】
一つの例示的実施形態において、第１の期間は、バイアス電源からの負の直流電圧のパルスが供給されている期間と重複してもよい。第２の期間は、周期内でバイアス電源からの負の直流電圧のパルスが供給されていない期間内の期間であってもよい。
【0018】
一つの例示的実施形態において、高周波電源は、第１の周波数で規定される周期内の第２の期間と当該周期の終了時点との間の期間において、高周波電力を供給するように構成されていてもよい。第２の期間と当該周期の終了時点との間の期間において供給される高周波電力は、第１のパルスの電力レベル及び第２のパルスの電力レベルよりも低く、０Ｗよりも大きい電力レベルを有する。
【0019】
一つの例示的実施形態において、電気バイアスは、第１の周波数を有する高周波バイアス電力であってもよい。
【0020】
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、バイアス電源と下部電極との間で接続された整合器を更に備えていてもよい。第１のパルス及び第２のパルスは、バイアス電源に対する負荷のインピーダンスが略整合状態にあるときに供給されてもよい。
【0021】
更に別の例示的実施形態においては、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器上に基板を準備する工程を含む。プラズマ処理装置は、バイアス電源及び高周波電源を備える。バイアス電源は、第１の周波数で規定される周期内で基板の電位を変動させる電気バイアスを発生するように構成されている。高周波電源は、第２の周波数を有する高周波電力を発生するように構成されている。プラズマ処理方法は、基板支持器の下部電極にバイアス電源からの電気バイアスを供給する工程を含む。プラズマ処理方法は、第１の期間において、高周波電源から高周波電力の第１のパルスを供給する工程を更に含む。第１の期間は、第１の周波数で規定される周期と少なくとも部分的に重複し、該周期の時間長よりも短い時間長を有する。プラズマ処理方法は、第１の周波数で規定される周期内の第２の期間において、高周波電源から高周波電力の第２のパルスを供給する工程を更に含む。第２の期間は、第１の周波数で規定される周期と少なくとも部分的に重複し、該周期の時間長よりも短い時間長を有する。第２のパルスは、第１のパルスの電力レベルよりも低い電力レベルを有する。
【0022】
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。
【0023】
図１は、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１に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。内部空間１０ｓの中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線ＡＸである。一実施形態において、チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の中に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ本体１２は、電気的に接地されている。チャンバ本体１２の内壁面、即ち内部空間１０ｓを画成する壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。
【0024】
チャンバ本体１２の側壁には通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。この通路１２ｐの開閉のために、ゲートバルブ１２ｇがチャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
【0025】
プラズマ処理装置１は、基板支持器１６を更に備える。基板支持器１６は、チャンバ１０の中で、その上に載置された基板Ｗを支持するように構成されている。基板Ｗは、略円盤形状を有する。基板支持器１６は、支持部１７によって支持されている。支持部１７は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１７は、略円筒形状を有している。支持部１７は、石英といった絶縁材料から形成されている。
【0026】
基板支持器１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を有する。下部電極１８及び静電チャック２０は、チャンバ１０の中に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を有している。
【0027】
下部電極１８内には、流路１８ｆが形成されている。流路１８ｆは、熱交換媒体用の流路である。熱交換媒体としては、液状の冷媒、或いは、その気化によって下部電極１８を冷却する冷媒（例えば、フロン）が用いられる。流路１８ｆには、熱交換媒体の供給装置（例えば、チラーユニット）が接続されている。この供給装置は、チャンバ１０の外部に設けられている。流路１８ｆには、供給装置から配管２３ａを介して熱交換媒体が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２３ｂを介して供給装置に戻される。
【0028】
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。基板Ｗは、内部空間１０ｓの中で処理されるときに、静電チャック２０上に載置され、静電チャック２０によって保持される。
【0029】
静電チャック２０は、本体及び電極を有している。静電チャック２０の本体は、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムといった誘電体から形成されている。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有している。静電チャック２０の中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。静電チャック２０の電極は、本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、膜形状を有している。静電チャック２０の電極には、直流電源がスイッチを介して電気的に接続されている。直流電源からの電圧が静電チャック２０の電極に印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。
【0030】
静電チャック２０は、基板載置領域を含んでいる。基板載置領域は、略円盤形状を有する領域である。基板載置領域の中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。基板Ｗは、チャンバ１０内で処理されるときには、基板載置領域の上面の上に載置される。
【0031】
一実施形態において、静電チャック２０は、エッジリング載置領域を更に含んでいてもよい。エッジリング載置領域は、静電チャック２０の中心軸線の周りで基板載置領域を囲むように周方向に延在している。エッジリング載置領域の上面の上には、エッジリングＥＲが搭載される。エッジリングＥＲは、環形状を有している。エッジリングＥＲは、軸線ＡＸにその中心軸線が一致するように、エッジリング載置領域上に載置される。基板Ｗは、エッジリングＥＲによって囲まれた領域内に配置される。即ち、エッジリングＥＲは、基板Ｗのエッジを囲むように配置される。エッジリングＥＲは、導電性を有し得る。エッジリングＥＲは、例えばシリコン又は炭化ケイ素から形成されている。エッジリングＥＲは、石英といった誘電体から形成されていてもよい。
【0032】
プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２５を更に備え得る。ガス供給ライン２５は、ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面（下面）との間の間隙に供給する。
【0033】
プラズマ処理装置１は、絶縁領域２７を更に備え得る。絶縁領域２７は、支持部１７上に配置されている。絶縁領域２７は、軸線ＡＸに対して径方向において下部電極１８の外側に配置されている。絶縁領域２７は、下部電極１８の外周面に沿って周方向に延在している。絶縁領域２７は、石英といった絶縁体から形成されている。エッジリングＥＲは、絶縁領域２７及びエッジリング載置領域上に載置される。
【0034】
プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、基板支持器１６の上方に設けられている。即ち、上部電極３０は、下部電極１８の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２と共にチャンバ本体１２の上部開口を閉じている。部材３２は、絶縁性を有している。上部電極３０は、この部材３２を介してチャンバ本体１２の上部に支持されている。
【0035】
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含んでいる。天板３４の下面は、内部空間１０ｓを画成している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａの各々は、天板３４を板厚方向（鉛直方向）に貫通している。この天板３４は、限定されるものではないが、例えばシリコンから形成されている。或いは、天板３４は、アルミニウム製の部材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。
【0036】
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持している。支持体３６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されている。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは、複数のガス孔３６ｂが下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入ポート３６ｃが形成されている。ガス導入ポート３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入ポート３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
【0037】
ガス供給管３８には、ガスソース群４０が、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して接続されている。ガスソース群４０、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３は、ガス供給部を構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数のバルブ（例えば開閉バルブ）を含んでいる。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応のバルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応のバルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。プラズマ処理装置１は、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、内部空間１０ｓに供給することが可能である。
【0038】
基板支持器１６又は支持部１７とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウム製の部材に酸化イットリウム等のセラミックを被覆することにより構成され得る。このバッフルプレート４８には、多数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方においては、排気管５２がチャンバ本体１２の底部に接続されている。この排気管５２には、排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、自動圧力制御弁といった圧力制御器、及び、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、内部空間１０ｓの圧力を減圧することができる。
【0039】
プラズマ処理装置１は、高周波電源６１を更に備えている。高周波電源６１は、高周波電力ＲＦを発生する電源である。高周波電力ＲＦは、チャンバ１０内のガスからプラズマを生成するために用いられる。高周波電力ＲＦは、第２の周波数を有する。第２の周波数は、１３～２００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば４０ＭＨｚ又は６０ＭＨｚの周波数である。高周波電源６１は、高周波電力ＲＦを下部電極１８に供給するために、整合回路６３を介して下部電極１８に接続されている。整合回路６３は、高周波電源６１の負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを、高周波電源６１の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。なお、高周波電源６１は、下部電極１８に電気的に接続されていなくてもよく、整合回路６３を介して上部電極３０に接続されていてもよい。
【0040】
プラズマ処理装置１は、バイアス電源６２を更に備えている。バイアス電源６２は、下部電極１８に回路６４を介して接続されている。バイアス電源６２は、電気バイアス（バイアス電力）ＥＢを発生する。電気バイアスＥＢは、基板Ｗにイオンを引き込むために用いられる。電気バイアスＥＢは、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの電位を第１の周波数で規定される周期ＣＰ内で変動させるように設定されている。周期ＣＰは、第１の周波数の逆数である。第１の周波数は、第２の周波数よりも低い周波数であり得る。第１の周波数は、例えば５０ｋＨｚ以上、２７ＭＨｚ以下の周波数である。
【0041】
図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる高周波電力及び電気バイアスの一例のタイミングチャートである。図３は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる高周波電力及び電気バイアスの別の例のタイミングチャートである。一実施形態においては、図２又は図３に示すように、パルス波ＰＬＷが、電気バイアスＥＢとして用いられる。パルス波ＰＬＷが電気バイアスＥＢとして用いられる場合には、回路６４は高周波電力ＲＦを遮断するか低減させるフィルタ回路を含む。パルス波ＰＬＷは、パルス周期ＣＰで周期的に下部電極１８に与えられる。パルス波ＰＬＷは、少なくとも一つのバイアスパルスを含む。一実施形態では、パルス波ＰＬＷは、負直流電圧パルスＮＰＬを含む。パルスＮＰＬも、周期ＣＰで周期的に下部電極１８に与えられる。パルスＮＰＬは、周期ＣＰ内の期間ＰＡにおいて下部電極１８に与えられる。周期ＣＰ内の期間ＰＡ以外の期間ＰＢでは、パルス波ＰＬＷの電圧レベルは、０Ｖであってもよい。或いは、パルス波ＰＬＷの電圧レベルは、期間ＰＢにおいてパルスＮＰＬの電圧の絶対値よりも小さい絶対値を有していてもよい。また、パルス波ＰＬＷの電圧レベルは、期間ＰＢにおいてパルスＮＰＬの電圧の値よりも小さい正の値を有していてもよい。なお、周期ＣＰの開始タイミング及び時間長、パルス波ＰＬＷの電圧のレベル、並びに周期ＣＰにおいて期間ＰＡが占める割合（即ち、デューティ比）は、後述する制御部ＭＣからの制御信号によりバイアス電源６２に指定され得る。
【0042】
プラズマ処理装置１においてプラズマエッチングが行われる場合には、内部空間１０ｓにガスが供給される。そして、高周波電力ＲＦが供給されることにより、内部空間１０ｓの中でガスが励起される。また、電気バイアスＥＢが下部電極１８に与えられることにより、プラズマからのイオンが基板Ｗに引き込まれる。そして、プラズマからのイオン及び／又はラジカルといった化学種により、基板Ｗが処理される。例えば、基板Ｗのプラズマエッチングが行われる。
【0043】
プラズマ処理装置１において、高周波電源６１は、図２又は図３に示すように、第１の期間Ｐ１において、高周波電力ＲＦの第１のパルスＲＦＰ１を供給する。第１の期間Ｐ１は、周期ＣＰの時間長よりも短い時間長を有し、周期ＣＰと少なくとも部分的に重複する。また、高周波電源６１は、第２の期間Ｐ２において高周波電力ＲＦの第２のパルスＲＦＰ２を供給する。第２の期間Ｐ２は、第１の期間Ｐ１とは別の期間である。第２の期間Ｐ２は、周期ＣＰの時間長よりも短い時間長を有し、周期ＣＰと少なくとも部分的に重複する。第２のパルスＲＦＰ２の電力レベル（第２の電力レベル）は、第１のパルスＲＦＰ１の電力レベル（第１の電力レベル）よりも低い。第１の期間Ｐ１及び第２の期間Ｐ２並びに高周波電力ＲＦの電力レベルは、制御部ＭＣからの制御信号により高周波電源６１に対して指定され得る。高周波電源６１に対して指定され得る高周波電力ＲＦの電力レベルは、第１のパルスＲＦＰ１の電力レベル及び第２のパルスＲＦＰ２の電力レベルを含む。
【0044】
一実施形態においては、図２に示すように、第１の期間Ｐ１及び第２の期間Ｐ２の各々は、周期ＣＰ内でパルスＮＰＬが供給されていない期間（即ち、期間ＰＢ）内の期間である。期間ＰＢでは、シース（プラズマシース）の厚さが薄くなり、インピーダンスが小さくなる。したがって、第１のパルスＲＦＰ１及び第２のパルスＲＦＰ２の各々に対する反射が抑制される。この実施形態においては、図２に示すように、高周波電源６１は、第１の期間Ｐ１と第２の期間Ｐ２との間の第３の期間Ｐ３において高周波電力ＲＦを供給するように構成されていてもよい。期間Ｐ１と期間Ｐ２との間の期間Ｐ３において供給される高周波電力ＲＦの電力レベルは、第１のパルスＲＦＰ１の電力レベル及び第２のパルスＲＦＰ２の電力レベルよりも低く、０Ｗよりも大きい第３の電力レベルを有し得る。なお、この実施形態では、期間ＰＡにおける高周波電力ＲＦの電力レベルは、０Ｗであってもよい。或いは、期間ＰＡにおける高周波電力ＲＦの電力レベルは、０Ｗよりも大きく、第１のパルスの電力レベル、第２のパルスの電力レベル、及び期間Ｐ３における高周波電力ＲＦの電力レベルよりも低くてもよい。
【0045】
一実施形態においては、図３に示すように、第１の期間Ｐ１は、パルスＮＰＬが供給されている期間ＰＡと重複する。この実施形態において、第２の期間Ｐ２は、周期ＣＰ内でパルスＮＰＬが供給されていない期間（即ち、期間ＰＢ）内の期間である。この実施形態においては、図３に示すように、高周波電源６１は、第２の期間Ｐ２とこれを含む周期ＣＰの終了時点（又は次の周期ＣＰの開始時点）との間の第４の期間Ｐ４において、高周波電力ＲＦを供給するように構成されていてもよい。期間Ｐ２の後の期間Ｐ４において供給される高周波電力ＲＦの電力レベルは、第１のパルスＲＦＰ１の電力レベル及び第２のパルスＲＦＰ２の電力レベルよりも低く、０Ｗよりも大きい第４の電力レベルを有し得る。なお、この実施形態では、第１の期間Ｐ１と第２の期間Ｐ２との間の期間における高周波電力ＲＦの電力レベルは、０Ｗであってもよい。或いは、第１の期間Ｐ１と第２の期間Ｐ２との間の期間における高周波電力ＲＦの電力レベルは、０Ｗよりも大きく、第１のパルスの電力レベル、第２のパルスの電力レベル、及び期間Ｐ４における高周波電力ＲＦの電力レベルよりも低くてもよい。
【0046】
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、図１に示すように、シース調整器７４を更に備えていてもよい。シース調整器７４は、基板Ｗのエッジに対するプラズマからのイオンの進行方向を垂直方向に補正するために、エッジリングＥＲの上方でのシースの上端位置を調整するように構成されている。シース調整器７４は、エッジリングＥＲの上方でのシースの上端位置と基板Ｗの上方でのシースの上端位置との差を解消又は減少させるように、エッジリングＥＲの上方でのシースの上端位置を調整する。
【0047】
一実施形態において、シース調整器７４は、エッジリングＥＲに電圧ＶＮを印加するように構成された電源である。電圧ＶＮは、負の電圧であり得る。なお、電圧ＶＮは、電気バイアスＥＢと同じ波形を有する電圧であってもよい。この実施形態において、シース調整器７４は、フィルタ７５及び導線７６を介してエッジリングＥＲに接続されている。フィルタ７５は、シース調整器７４に流入する高周波電力を遮断するか又は低減させるためのフィルタである。
【0048】
電圧ＶＮのレベルは、エッジリングＥＲの上方でのシースの上端位置の調整量を定める。エッジリングＥＲの上方でのシースの上端位置の調整量、即ち電圧ＶＮのレベルは、エッジリングＥＲの厚さを表すパラメータに応じて決定される。このパラメータは、光学的又は電気的に測定されるエッジリングＥＲの厚さの測定値、光学的又は電気的に測定されるエッジリングＥＲの上面の鉛直方向における位置、又はエッジリングＥＲがプラズマに晒された時間長であり得る。電圧ＶＮのレベルは、かかるパラメータと電圧ＶＮのレベルとの間の所定の関係を用いて決定される。例えば、パラメータと電圧ＶＮのレベルとの間の所定の関係は、エッジリングＥＲの厚さが減少すると電圧ＶＮの絶対値が増加するように、予め定められている。この関係は、関数又はテーブル形式のデータとして後述する制御部ＭＣの記憶装置に記憶されている。電圧ＶＮのレベルは、制御部ＭＣによって決定されて、シース調整器７４に対して指定される。決定されたレベルを有する電圧ＶＮがシース調整器７４によってエッジリングＥＲに印加されると、エッジリングＥＲの上方でのシースの上端位置と基板Ｗの上方でのシースの上端位置との差が解消又は減少される。
【0049】
なお、シース調整器７４によってエッジリングＥＲに印加される電圧は、直流電圧又は高周波電圧であり得る。エッジリングＥＲに印加される電圧は、電気バイアスＥＢと同じ波形を有する電圧であってもよい。シース調整器７４によってエッジリングＥＲに印加される電圧は、パルス状の高周波電圧又はパルス状の直流電圧であってもよい。即ち、電圧ＶＮは、周期的にエッジリングＥＲに印加されてもよい。電圧ＶＮは、例えば、周期ＣＰ内の期間ＰＡにおいて又は期間ＰＡと重複する期間において、エッジリングＥＲに印加されてもよい。電圧ＶＮとしてパルス状の直流電圧が周期的にエッジリングＥＲに印加される場合には、電圧ＶＮがエッジリングＥＲに印加されている期間において、電圧ＶＮのレベルが変化してもよい。
【0050】
制御部ＭＣは、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部ＭＣは、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいてプラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部ＭＣによる制御により、レシピデータによって指定されたプロセスがプラズマ処理装置１において実行される。後述する例示的実施形態に係るプラズマ処理方法は、制御部ＭＣによるプラズマ処理装置１の各部の制御により、プラズマ処理装置１において実行され得る。
【0051】
高周波電力ＲＦが連続的に供給される場合、即ち高周波電力ＲＦの連続波が供給される場合には、チャンバ１０内のプラズマの密度は、中央（即ち、軸線ＡＸ上の位置及びその近傍）で高くなり径方向外側において低くなる。プラズマ処理装置１では、高周波電力ＲＦは、第１のパルスＲＦＰ１として供給される。したがって、プラズマ処理装置１によれば、プラズマの径方向の密度分布の均一性が高くなる。また、プラズマ処理装置１では、第１のパルスＲＦＰ１の供給後に、比較的低い電力を有する高周波電力ＲＦの第２のパルスＲＦＰ２が供給される。したがって、プラズマ処理装置１によれば、プラズマの密度の低下又は消失を抑制することが可能となる。
【0052】
以下、図４を参照する。図４は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる電気バイアスの更に別の例のタイミングチャートである。図４に示すように、プラズマ処理装置１のバイアス電源６２は、電気バイアスＥＢとして、高周波（ＲＦ）バイアス電力を下部電極１８に供給してもよい。高周波バイアス電力は、上述した第１の周波数を有する。この実施形態において、回路６４は、整合回路であり、バイアス電源６２の負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを、バイアス電源６２の出力インピーダンスと整合させるように構成されている。
【0053】
高周波バイアス電力が電気バイアスＥＢとして用いられる場合には、第１のパルスＲＦＰ１及び第２のパルスＲＦＰ２の各々は、バイアス電源６２に対する負荷のインピーダンスが略整合状態にあるときに、供給され得る。即ち、第１の期間Ｐ１及び第２の期間Ｐ２の各々は、周期ＣＰ内においてバイアス電源６２に対する負荷のインピーダンスがバイアス電源６２の出力インピーダンスに対して略整合状態にある期間と重複し得る。なお、バイアス電源６２に対する負荷は、チャンバ１０内で生成されるプラズマを含む。
【0054】
以下、図５及び図６を参照する。図５は、別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６は、図５に示すプラズマ処理装置において用いられ得る一例のエッジリングを示す図である。図５に示すプラズマ処理装置１Ｂは、エッジリングＥＲではなくエッジリングＥＲＢを用いる点で、プラズマ処理装置１と異なっている。また、プラズマ処理装置１Ｂは、シース調整器７４ではなく、シース調整器７４Ｂを備えている点で、プラズマ処理装置１と異なっている。その他の点において、プラズマ処理装置１Ｂの構成は、プラズマ処理装置１の構成と同一であり得る。
【0055】
図６に示すように、エッジリングＥＲＢは、第１環状部ＥＲ１及び第２環状部ＥＲ２を有している。第１環状部ＥＲ１及び第２環状部ＥＲ２は、互いから分離されている。第１環状部ＥＲ１は、環状且つ板状をなしており、軸線ＡＸの周りで延在するようにエッジリング載置領域上に載置される。基板Ｗは、そのエッジが第１環状部ＥＲ１の上又は上方に位置するように基板載置領域上に載置される。第２環状部ＥＲ２は、環状且つ板状をなしており、軸線ＡＸの周りで延在するようにエッジリング載置領域上に載置される。第２環状部ＥＲ２は、径方向において第１環状部ＥＲ１の外側に位置している。
【0056】
シース調整器７４Ｂは、第２環状部ＥＲ２の上面の鉛直方向における位置を調整するために第２環状部ＥＲ２を上方に移動させるように構成されている。一例において、シース調整器７４Ｂは、駆動装置７４ａ及びシャフト７４ｂを含む。シャフト７４ｂは、第２環状部ＥＲ２を支持しており、第２環状部ＥＲ２から下方に延在している。駆動装置７４ａは、シャフト７４ｂを介して第２環状部ＥＲ２を鉛直方向に沿って移動させるための駆動力を発生するように構成されている。
【0057】
シース調整器７４Ｂは、基板Ｗのエッジに対するプラズマからのイオンの進行方向を垂直方向に補正するために、エッジリングＥＲＢの上方でのシースの上端位置の調整量、即ち第２環状部ＥＲ２の上面の鉛直方向における位置を調整するように構成されている。シース調整器７４Ｂは、第２環状部ＥＲ２の上面の鉛直方向における位置を静電チャック２０上での基板Ｗの上面の鉛直方向における位置に一致させるように、第２環状部ＥＲ２を鉛直方向に沿って移動させる。
【0058】
エッジリングＥＲＢの上方でのシースの上端位置の調整量、即ち第２環状部ＥＲ２の移動量は、エッジリングＥＲＢの厚さ、即ち第２環状部ＥＲ２の厚さを反映するパラメータに応じて決定される。このパラメータは、光学的又は電気的に測定される第２環状部ＥＲ２の厚さの測定値、光学的又は電気的に測定される第２環状部ＥＲ２の上面の鉛直方向における位置、又はエッジリングＥＲＢがプラズマに晒された時間長であり得る。第２環状部ＥＲ２の移動量は、かかるパラメータと第２環状部ＥＲ２の移動量との間の所定の関係を用いて決定される。例えば、パラメータと第２環状部ＥＲ２の移動量との間の所定の関係は、第２環状部ＥＲ２の厚さが減少すると第２環状部ＥＲ２の移動量が増加するように、予め定められている。決定された移動量だけ第２環状部ＥＲ２が上方に移動されると、エッジリングＥＲＢ上でのシースの上端位置と基板Ｗの上方でのシースの上端位置との差が解消又は減少される。
【0059】
プラズマ処理装置１Ｂにおいて、制御部ＭＣは、上述したように第２環状部ＥＲ２の移動量を決定し得る。上述したパラメータと第２環状部ＥＲ２の移動量との間の所定の関係は、関数又はテーブル形式のデータとして、制御部ＭＣの記憶装置に格納されていてもよい。制御部ＭＣは、決定した移動量だけ第２環状部ＥＲ２を上方に移動させるよう、シース調整器７４Ｂを制御し得る。
【0060】
図７は、エッジリングの別の例を示す図である。図７に示すエッジリングＥＲＢでは、第１環状部ＥＲ１は、内周部及び外周部を有している。内周部の上面の鉛直方向における位置は、外周部の上面の鉛直方向における高さ方向の位置よりも低い。基板Ｗは、そのエッジが第１環状部ＥＲ１の内周部上に位置するように基板載置領域上に載置される。第２環状部ＥＲ２は、基板Ｗのエッジを囲むように、第１環状部ＥＲ１の内周部上に配置される。即ち、図７に示すエッジリングＥＲＢでは、第２環状部ＥＲ２は、第１環状部ＥＲ１の外周部の内側に配置される。図７に示すエッジリングＥＲＢが用いられる場合には、シース調整器７４Ｂのシャフト７４ｂは、第１環状部ＥＲ１の内周部に形成された貫通孔を通って、第２環状部ＥＲ２の下面に到達し得る。
【0061】
以下、図８を参照する。図８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。図８に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、上述したプラズマ処理装置１、プラズマ処理装置１Ｂといった種々の実施形態に係るプラズマ処理装置の何れかを用いて実行される。
【0062】
方法ＭＴは、工程ＳＴ１で開始する。工程ＳＴ１では、チャンバ１０内に基板Ｗが準備される。チャンバ１０内で、基板Ｗは、静電チャック２０上に載置される。方法ＭＴの工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、及び工程ＳＴ４は、基板Ｗが静電チャック２０上に載置された状態で実行される。方法ＭＴでは、ガスがガス供給部からチャンバ１０内に供給される。そして、チャンバ１０内の圧力が指定された圧力に排気装置５０によって設定される。
【0063】
工程ＳＴ２では、電気バイアスＥＢが下部電極１８に供給される。工程ＳＴ３では、高周波電力ＲＦの第１のパルスＲＦＰ１が、第１の期間Ｐ１において供給される。工程ＳＴ４では、高周波電力ＲＦの第２のパルスＲＦＰ２が、第２の期間Ｐ２において供給される。
【0064】
工程ＳＴ５では、終了条件が満たされるか否かが判定される。終了条件は、周期ＣＰの繰り返し回数が所定回数に達している場合に満たされる。工程ＳＴ５において終了条件が満たされないと判定されると、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、及び工程ＳＴ４が再び実行される。一方、工程ＳＴ５において終了条件が満たされていると判定されると、方法ＭＴの実行が終了する。
【0065】
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。
【0066】
別の実施形態において、プラズマ処理装置は、誘導結合型プラズマ処理装置、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置であってもよい。
【0067】
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】
【0068】
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１６…基板支持器、１８…下部電極、６１…高周波電源、６２…バイアス電源。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】