特許 7536540 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-09

(45)【発行日】2024-08-20

(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 20060101AFI20240813BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240813BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240813BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H01L21/31 C

H05H1/46 M

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020122121

(22)【出願日】2020-07-16

(65)【公開番号】P2022018776

(43)【公開日】2022-01-27

【審査請求日】2023-07-12

(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】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(74)【代理人】

【識別番号】100212059

【弁理士】

【氏名又は名称】三根 卓也

(72)【発明者】

【氏名】鳥井 夏実

(72)【発明者】

【氏名】永海 幸一

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－００４０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８６９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６１５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４０６２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板にプラズマ処理を行う装置であって、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたステージであり、電極と、前記電極上に設けられた静電チャックと、前記静電チャック上に載置された基板を囲むように当該静電チャック上に配置されるエッジリングとを有する前記ステージと、
前記ステージに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記エッジリングに負極性の直流電圧を印加する直流電源と、
前記エッジリングに前記直流電圧を印加するための直流電源回路と、
前記エッジリングを除電するための除電回路と、
前記エッジリングと、前記直流電源回路又は前記除電回路との接続を切り替える切替ユニットと、
前記高周波電力と前記直流電圧を制御する制御部と、
備え、
前記制御部は、
（ａ）前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止し、さらに前記エッジリングを除電する工程と、
（ｂ）前記高周波電力の供給を開始すると共に、前記エッジリングの除電を停止し、第１の遅延時間が経過した後、前記直流電圧の印加を開始する工程と、
（ｃ）前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止し、第２の遅延時間が経過した後、前記エッジリングの除電を開始する工程と、
を含む処理を実行するように前記装置を制御する、プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記第２の遅延時間は０．１μｓ～１０００μｓである、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記直流電源は、
第１の直流電圧を印加する第１の直流電源と、
前記第１の直流電圧と異なる第２の直流電圧を印加する第２の直流電源と、
を備え、
前記直流電圧の印加では、前記第１の直流電圧又は前記第２の直流電圧を印加する、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の遅延時間は０．１μｓ～１０００μｓ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】

基板にプラズマ処理を行う装置であって、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたステージであり、電極と、前記電極上に設けられた静電チャックと、前記静電チャック上に載置された基板を囲むように当該静電チャック上に配置されるエッジリングとを有する前記ステージと、
前記ステージに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記エッジリングに負極性の直流電圧を印加する直流電源と、
前記高周波電力と前記直流電圧を制御する制御部と、
備え、
前記制御部は、
（ａ）前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止する工程と、
（ｂ）前記高周波電力の供給を開始し、第１の遅延時間が経過した後、前記直流電圧の印加を開始する工程と、
を含む処理を実行するように前記装置を制御し、
前記直流電源は、
第１の直流電圧を印加する第１の直流電源と、
前記第１の直流電圧と異なる第２の直流電圧を印加する第２の直流電源と、
を備え、
前記直流電圧の印加では、前記第１の直流電圧又は前記第２の直流電圧を印加する、プラズマ処理装置。

【請求項6】

前記第１の遅延時間は０．１μｓ～１０００μｓである、請求項５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

基板にプラズマ処理を行う装置であって、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたステージであり、電極と、前記電極上に設けられた静電チャックと、前記静電チャック上に載置された基板を囲むように当該静電チャック上に配置されるエッジリングとを有する前記ステージと、
前記ステージに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記エッジリングに負極性の直流電圧を印加する直流電源と、
前記高周波電力と前記直流電圧を制御する制御部と、
備え、
前記制御部は、
（ａ）前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止する工程と、
（ｂ）前記高周波電力の供給を開始し、第１の遅延時間が経過した後、前記直流電圧の印加を開始する工程と、
を含む処理を実行するように前記装置を制御し、
前記第１の遅延時間は０．１μｓ～１０００μｓである、プラズマ処理装置。

【請求項8】

前記第１の遅延時間は０．１μｓ～１００μｓである、請求項４、６又は７に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記第１の遅延時間は１μｓ～３００μｓである、請求項４、６又は７に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記エッジリングに前記直流電圧を印加するための直流電源回路を備え、
前記エッジリングを除電するための除電回路を備えていない、請求項５～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記高周波電源は、
プラズマを生成するための第１の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、
前記静電チャックに載置された基板にイオンを引き込むための第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源と、
を備え、
前記高周波電力の供給では、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力のうち一方又は双方を供給する、請求項１～１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

プラズマ処理装置を用いて基板にプラズマ処理を行う方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたステージであり、電極と、前記電極上に設けられた静電チャックと、前記静電チャック上に載置された基板を囲むように当該静電チャック上に配置されるエッジリングとを有する前記ステージと、
前記ステージに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記エッジリングに負極性の直流電圧を印加する直流電源と、
前記エッジリングに前記直流電圧を印加するための直流電源回路と、
前記エッジリングを除電するための除電回路と、
前記エッジリングと、前記直流電源回路又は前記除電回路との接続を切り替える切替ユニットと、
備え、
前記方法は、
（ａ）前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止し、さらに前記エッジリングを除電する工程と、
（ｂ）前記高周波電力の供給を開始すると共に、前記エッジリングの除電を停止し、第１の遅延時間が経過した後、前記直流電圧の印加を開始する工程と、
（ｃ）前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止し、第２の遅延時間が経過した後、前記エッジリングの除電を開始する工程と、
を含む、プラズマ処理方法。

【請求項13】

プラズマ処理装置を用いて基板にプラズマ処理を行う方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたステージであり、電極と、前記電極上に設けられた静電チャックと、前記静電チャック上に載置された基板を囲むように当該静電チャック上に配置されるエッジリングとを有する前記ステージと、
前記ステージに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記エッジリングに負極性の直流電圧を印加する直流電源と、
備え、
前記方法は、
（ａ）前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止する工程と、
（ｂ）前記高周波電力の供給を開始し、第１の遅延時間が経過した後、前記直流電圧の印加を開始する工程と、
を含み、
前記直流電源は、
第１の直流電圧を印加する第１の直流電源と、
前記第１の直流電圧と異なる第２の直流電圧を印加する第２の直流電源と、
を備え、
前記直流電圧の印加では、前記第１の直流電圧又は前記第２の直流電圧を印加する、プラズマ処理方法。

【請求項14】

プラズマ処理装置を用いて基板にプラズマ処理を行う方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたステージであり、電極と、前記電極上に設けられた静電チャックと、前記静電チャック上に載置された基板を囲むように当該静電チャック上に配置されるエッジリングとを有する前記ステージと、
前記ステージに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記エッジリングに負極性の直流電圧を印加する直流電源と、
備え、
前記方法は、
（ａ）前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止する工程と、
（ｂ）前記高周波電力の供給を開始し、第１の遅延時間が経過した後、前記直流電圧の印加を開始する工程と、
を含み、
前記第１の遅延時間は０．１μｓ～１０００μｓである、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には、チャンバ内に配されてウェハを載置する載置台と、載置台上においてウェハを囲むように配されるエッジリングとを備え、ウェハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が開示されている。このプラズマ処理装置では、プラズマによって消耗したエッジリングに負の直流電圧を印加することで、シースの歪みを解消し、イオンをウェハの全面において垂直に入射させることを図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－２２７０６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示にかかる技術は、プラズマ処理において基板のエッジ領域でのチルト角度を適切に制御しつつ、基板とエッジリングとの間の放電を抑制する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、基板にプラズマ処理を行う装置であって、チャンバと、前記チャンバの内部に設けられたステージであり、電極と、前記電極上に設けられた静電チャックと、前記静電チャック上に載置された基板を囲むように当該静電チャック上に配置されるエッジリングとを有する前記ステージと、前記ステージに高周波電力を供給する高周波電源と、前記エッジリングに負極性の直流電圧を印加する直流電源と、前記エッジリングに前記直流電圧を印加するための直流電源回路と、前記エッジリングを除電するための除電回路と、前記エッジリングと、前記直流電源回路又は前記除電回路との接続を切り替える切替ユニットと、前記高周波電力と前記直流電圧を制御する制御部と、備え、前記制御部は、（ａ）前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止し、さらに前記エッジリングを除電する工程と、（ｂ）前記高周波電力の供給を開始すると共に、前記エッジリングの除電を停止し、第１の遅延時間が経過した後、前記直流電圧の印加を開始する工程と、（ｃ）前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止し、第２の遅延時間が経過した後、前記エッジリングの除電を開始する工程と、を含む処理を実行するように前記装置を制御する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、プラズマ処理において基板のエッジ領域でのチルト角度を適切に制御しつつ、基板とエッジリングとの間の放電を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。

【図2】本実施形態においてエッジリングに直流電圧を印加する電源系の説明図である。

【図3】従来におけるＲＦオンオフ、ＤＣオンオフ、除電オンオフを示す説明図である。

【図4】本実施形態におけるＲＦオンオフ、ＤＣオンオフ、除電オンオフを示す説明図である。

【図5】本実施形態における高周波電力と直流電圧の経時変化を示す説明図である。

【図6】図５におけるＲＦオンオフ、ＤＣオンオフ、除電オンオフの状態を示す表である。

【図7】図５における直流電源回路と除電回路の状態を示す説明図である。

【図8】他の実施形態においてエッジリングに直流電圧を印加する電源系の説明図である。

【図9】他の実施形態においてエッジリングに直流電圧を印加する電源系の説明図である。

【図10】他の実施形態においてエッジリングに直流電圧を印加する電源系の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）にプラズマ処理が行われる。プラズマ処理では、処理ガスを励起させることによりプラズマを生成し、当該プラズマによってウェハを処理する。

【0009】

プラズマ処理は、プラズマ処理装置で行われる。プラズマ処理装置は、一般的に、チャンバ、ステージ、高周波（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）電源を備える。一例では、高周波電源は、第１の高周波電源、及び第２の高周波電源を備える。第１の高周波電源は、チャンバ内のガスのプラズマを生成するために、第１の高周波電力を供給する。第２の高周波電源は、ウェハにイオンを引き組むために、バイアス用の第２の高周波電力を下部電極に供給する。チャンバはその内部空間を、プラズマが生成される処理空間として画成する。ステージは、チャンバ内に設けられている。ステージは、下部電極及び静電チャックを有する。静電チャックは下部電極上に設けられている。静電チャック上には、当該静電チャック上に載置されたウェハを囲むようにエッジリングが配置される。エッジリングは、ウェハに対するプラズマ処理の均一性を向上させるために設けられる。

【0010】

エッジリングは、プラズマ処理が実施される時間の経過に伴い、消耗する。エッジリングが消耗すると、エッジリングの厚みが減少する。エッジリングの厚みが減少すると、エッジリング及びウェハのエッジ領域の上方においてシースの形状が変化する。このようにシースの形状が変化すると、ウェハのエッジ領域におけるイオンの入射方向が鉛直方向に対して傾斜する。その結果、ウェハのエッジ領域に形成される開口が、ウェハの厚み方向に対して傾斜する。

【0011】

ウェハのエッジ領域においてウェハの厚み方向に平行に延びる開口を形成するためには、エッジリング及びウェハのエッジ領域の上方におけるシースの形状を制御して、ウェハのエッジ領域へのイオンの入射方向の傾き（以下、「チルト角度」という場合がある。）を調整する必要がある。そこで、エッジリング及びウェハのエッジ領域の上方におけるシースの形状を制御するために、例えば特許文献１では、直流電源からエッジリングに負の直流電圧を印加するように構成されたプラズマ処理装置が提案されている。

【0012】

ところで、従来のプラズマ処理装置では高いバイアスが生じるため、高周波電力をウェハにパルス状に供給する際、ウェハとエッジリングとの間の電位差による放電が生じるおそれがある。このため、プラズマ処理装置は、高周波電源のパルスに同期して、高周波電力を供給する際に直流電圧を印加し、さらに高周波電力の供給を停止する際にエッジリングを除電する機能を実装している。

【0013】

しかしながら、高周波電力をパルス状に供給する際には、高周波電力の反射（反射電力）の影響により、バイアスがすぐに立ち上がらない。また、高周波電力の供給を停止する際には、ウェハの電荷はすぐに除去されない。このため、高周波電力に同期して、直流電圧をエッジリングにすぐに印加し、或いはエッジリングを除電すると、ウェハとエッジリングとの間に電位差が生じて、放電が生じるおそれがある。そしてその結果、ウェハがダメージを被る場合がある。

【0014】

本開示にかかる技術は、プラズマ処理において基板のエッジ領域でのチルト角度を適切に制御しつつ、基板とエッジリングとの間の放電を抑制する。以下、本実施形態にかかるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0015】

＜プラズマ処理装置＞
先ず、本実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。図１は、プラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。図２は、エッジリング１４に直流電圧を印加する電源系の説明図である。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では、基板としてのウェハＷに対してプラズマ処理を行う。プラズマ処理は特に限定されるものではないが、例えばエッチング処理、成膜処理、拡散処理などが行われる。

【0016】

図１に示すようにプラズマ処理装置１は、略円筒形状のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、その内部においてプラズマが生成される処理空間Ｓを画成する。チャンバ１０は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ１０は接地電位に接続されている。

【0017】

チャンバ１０の内部には、ウェハＷを載置するステージ１１が収容されている。ステージ１１は、下部電極１２、静電チャック１３、及びエッジリング１４を有している。なお、下部電極１２の下面側には、例えばアルミニウムから構成される電極プレート（図示せず）が設けられていてもよい。

【0018】

下部電極１２は、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、略円板形状を有している。

【0019】

下部電極１２の内部には、冷媒流路１５ａが形成されている。冷媒流路１５ａには、チャンバ１０の外部に設けられたチラーユニット（図示せず）から冷媒入口配管１５ｂを介して冷媒が供給される。冷媒流路１５ａに供給された冷媒は、冷媒出口流路１５ｃを介してチラーユニットに戻るようになっている。冷媒流路１５ａの中に冷媒、例えば冷却水等を循環させることにより、静電チャック１３、エッジリング１４、及びウェハＷを所望の温度に冷却することができる。

【0020】

静電チャック１３は、下部電極１２上に設けられている。静電チャック１３は、ウェハＷとエッジリング１４の両方を静電力により吸着保持可能に構成された部材である。静電チャック１３は、周縁部の上面に比べて中央部の上面が高く形成されている。静電チャック１３の中央部の上面は、ウェハＷが載置されるウェハ載置面となり、静電チャック１３の周縁部の上面は、エッジリング１４が載置されるエッジリング載置面となる。

【0021】

静電チャック１３の内部において中央部には、ウェハＷを吸着保持するための第１の電極１６ａが設けられている。静電チャック１３の内部において周縁部には、エッジリング１４を吸着保持するための第２の電極１６ｂが設けられている。静電チャック１３は、絶縁材料からなる絶縁材の間に電極１６ａ、１６ｂを挟んだ構成を有する。

【0022】

第１の電極１６ａには、直流電源（図示せず）からの直流電圧が印加される。これにより生じる静電力により、静電チャック１３の中央部の上面にウェハＷが吸着保持される。同様に、第２の電極１６ｂには、直流電源（図示せず）からの直流電圧が印加される。これにより生じる静電力により、静電チャック１３の周縁部の上面にエッジリング１４が吸着保持される。

【0023】

なお、本実施形態において、第１の電極１６ａが設けられる静電チャック１３の中央部と、第２の電極１６ｂが設けられる周縁部とは一体となっているが、これら中央部と周縁部とは別体であってもよい。

【0024】

エッジリング１４は、静電チャック１３の中央部の上面に載置されたウェハＷを囲むように配置される、環状部材である。エッジリング１４は、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられる。このため、エッジリング１４は、プラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されており、例えばＳｉやＳｉＣから構成され得る。

【0025】

以上のように構成されたステージ１１は、チャンバ１０の底部に設けられた略円筒形状の支持部材１７に締結される。支持部材１７は、例えばセラミックや石英等の絶縁体により構成される。

【0026】

なお、図示は省略するが、ステージ１１は、静電チャック１３、エッジリング１４、及びウェハＷのうち少なくとも１つを所望の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、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。

【0027】

ステージ１１の上方には、ステージ１１と対向するように、シャワーヘッド２０が設けられている。シャワーヘッド２０は、処理空間Ｓに面して配置される電極板２１、及び電極板２１の上方に設けられる電極支持体２２を有している。電極板２１は、下部電極１２と一対の上部電極として機能する。後述するように第１の高周波電源５０が下部電極１２に電気的に接続されている場合には、シャワーヘッド２０は、接地電位に接続される。なお、シャワーヘッド２０は、絶縁性遮蔽部材２３を介して、チャンバ１０の上部（天井面）に支持されている。

【0028】

電極板２１には、後述のガス拡散室２２ａから送られる処理ガスを処理空間Ｓに供給するための複数のガス噴出口２１ａが形成されている。電極板２１は、例えば、発生するジュール熱の少ない低い電気抵抗率を有する導電体又は半導体から構成される。

【0029】

電極支持体２２は、電極板２１を着脱自在に支持するものである。電極支持体２２は、例えばアルミニウム等の導電性材料の表面に耐プラズマ性を有する膜が形成された構成を有している。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。電極支持体２２の内部には、ガス拡散室２２ａが形成されている。ガス拡散室２２ａからは、ガス噴出口２１ａに連通する複数のガス流通孔２２ｂが形成されている。また、ガス拡散室２２ａには、後述するガス供給管３３に接続されるガス導入孔２２ｃが形成されている。

【0030】

また、電極支持体２２には、ガス拡散室２２ａに処理ガスを供給するガス供給源群３０が、流量制御機器群３１、バルブ群３２、ガス供給管３３、ガス導入孔２２ｃを介して接続されている。

【0031】

ガス供給源群３０は、プラズマ処理に必要な複数種のガス供給源を有している。流量制御機器群３１は複数の流量制御器を含み、バルブ群３２は複数のバルブを含んでいる。流量制御機器群３１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。プラズマ処理装置１においては、ガス供給源群３０から選択された一以上のガス供給源からの処理ガスが、流量制御機器群３１、バルブ群３２、ガス供給管３３、ガス導入孔２２ｃを介してガス拡散室２２ａに供給される。そして、ガス拡散室２２ａに供給された処理ガスは、ガス流通孔２２ｂ、ガス噴出口２１ａを介して、処理空間Ｓ内にシャワー状に分散されて供給される。

【0032】

チャンバ１０の底部であって、チャンバ１０の内壁と支持部材１７との間には、バッフルプレート４０が設けられている。バッフルプレート４０は、例えばアルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成される。バッフルプレート４０には、複数の貫通孔が形成されている。処理空間Ｓは当該バッフルプレート４０を介して排気口４１に連通されている。排気口４１には例えば真空ポンプ等の排気装置４２が接続され、当該排気装置４２により処理空間Ｓ内を減圧可能に構成されている。

【0033】

また、チャンバ１０の側壁にはウェハＷの搬入出口４３が形成され、当該搬入出口４３はゲートバルブ４４により開閉可能となっている。

【0034】

プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源５０、第２の高周波電源５１、及び整合器５２を更に有している。第１の高周波電源５０と第２の高周波電源５１は、整合器５２を介して下部電極１２に接続されている。なお、第１の高周波電源５０と第２の高周波電源５１は、本開示における高周波電源を構成している。

【0035】

第１の高周波電源５０は、プラズマ発生用の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電源５０からは２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの周波数であってよく、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力ＨＦが下部電極１２に供給される。第１の高周波電源５０は、整合器５２の第１の整合回路５３を介して、下部電極１２に接続されている。第１の整合回路５３は、第１の高周波電源５０の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１２側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。なお、第１の高周波電源５０は、下部電極１２に電気的に接続されていなくてもよく、第１の整合回路５３を介して上部電極であるシャワーヘッド２０に接続されていてもよい。

【0036】

第２の高周波電源５１は、ウェハＷにイオンを引き込むための高周波電力（高周波バイアス電力）ＬＦを発生して、当該高周波電力ＬＦを下部電極１２に供給する。高周波電力ＬＦの周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であってよく、一例においては４００ｋＨｚである。第２の高周波電源５１は、整合器５２の第２の整合回路５４を介して、下部電極１２に接続されている。第２の整合回路５４は、第２の高周波電源５１の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１２側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。

【0037】

なお、以下の説明において、第１の高周波電源５０からの高周波電力ＨＦと第２の高周波電源５１からの高周波電力ＬＦのうち一方又は双方を、下部電極１２に供給する状態を「ＲＦオン」という場合がある。また、高周波電力ＨＦと高周波電力ＬＦのいずれも下部電極１２に供給しない状態を「ＲＦオフ」という場合がある。また、高周波電力ＨＦと高周波電力ＬＦをまとめて「高周波電力ＲＦ」という場合がある。

【0038】

図１及び図２に示すように、プラズマ処理装置１は、直流（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源６０、切替ユニット６１、第１のＲＦフィルタ６２、及び第２のＲＦフィルタ６３を更に有している。直流電源６０は、切替ユニット６１、第２のＲＦフィルタ６３、及び第１のＲＦフィルタ６２を介して、エッジリング１４に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、直流電源６０に対して２つのＲＦフィルタ６２、６３を設けたが、ＲＦフィルタの数はこれに限定されず、例えば１つであってもよい。

【0039】

また、本実施形態では、直流電源６０は、切替ユニット６１、第１のＲＦフィルタ６２、及び第２のＲＦフィルタ６３を介して、エッジリング１４に接続されていたが、エッジリング１４に直流電圧を印加する電源系はこれに限定されない。例えば、直流電源６０は、切替ユニット６１、第２のＲＦフィルタ６３、第１のＲＦフィルタ６２、及び下部電極１２を介して、エッジリング１４に電気的に接続されていてもよい。

【0040】

直流電源６０は、エッジリング１４に印加される負極性の直流電圧ＤＣを発生する電源である。また、直流電源６０は、可変直流電源であり、直流電圧ＤＣの高低を調整可能である。

【0041】

切替ユニット６１は、エッジリング１４に対する直流電源６０からの直流電圧ＤＣの印加を停止可能に構成されている。具体的に切替ユニット６１は、エッジリング１４と、直流電源回路６４又は除電回路６５との接続を切り替える。

【0042】

直流電源回路６４は、直流電源６０に接続され、当該直流電源６０からエッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加するための回路である。一例では、直流電源回路６４は、切替素子６４ａとダンピング素子６４ｂを有している。切替素子６４ａには、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられる。但し、切替素子６４ａには、ＦＥＴ以外にも絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やリレーを用いてもよい。そして、切替素子６４ａをクローズした状態（オンした状態）で、エッジリング１４と直流電源６０が接続され、エッジリング１４に直流電圧ＤＣが印加される。一方、切替素子６４ａをオープンした状態（オフした状態）では、エッジリング１４に直流電圧ＤＣは印加されない。なお、以下の説明においては、切替素子６４ａをオンした状態を「ＤＣオン」といい、切替素子６４ａをオフした状態を「ＤＣオフ」という場合がある。また、ダンピング素子６４ｂは、例えば抵抗やコイルなどであり、その値や位置については設計者によって自由に決めることができる。

【0043】

除電回路６５は、エッジリング１４を除電するための回路である。一例では、除電回路６５は、切替素子６５ａとダンピング素子６５ｂを有している。切替素子６５ａには、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられる。但し、切替素子６５ａには、ＦＥＴ以外にも絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やリレーを用いてもよい。そして、切替素子６５ａをクローズした状態（オンした状態）で、エッジリング１４と除電回路６５が接続され、エッジリング１４の電荷が除電回路６５に流れ、エッジリング１４が除電される。一方、切替素子６５ａをオープンした状態（オフした状態）では、エッジリング１４は除電されない。なお、以下の説明においては、切替素子６５ａをオンした状態を「除電オン」といい、切替素子６５ａをオフした状態を「除電オフ」という場合がある。また、ダンピング素子６５ｂは、例えば抵抗やコイルなどであり、その値や位置については設計者によって自由に決めることができる。

【0044】

第１のＲＦフィルタ６２と第２のＲＦフィルタ６３はそれぞれ、高周波を低減又は遮断するフィルタであり、直流電源６０を保護するために設けられる。第１のＲＦフィルタ６２は、例えば第１の高周波電源５０からの４０ＭＨｚの高周波を低減又は遮断する。第２のＲＦフィルタ６３は、例えば第２の高周波電源５１からの４００ｋＨｚの高周波を低減又は遮断する。なお、第１のＲＦフィルタ６２と第２のＲＦフィルタ６３の回路構成は、当業者が任意に設計することができる。

【0045】

図１に示すように、プラズマ処理装置１は、パルス信号源７０を更に有している。パルス信号源７０は、第１の高周波電源５０、第２の高周波電源５１、及び直流電源６０に、パルス信号、すなわちパルスタイミングを制御する信号を発信する。第１の高周波電源５０と第２の高周波電源５１のそれぞれでは、パルス信号に基づいて、高周波電力ＨＦと高周波電力ＬＦをパルス状に供給する。また、直流電源６０では、パルス信号に基づいて、高周波電力ＨＦ、高周波電力ＬＦ、直流電圧ＤＣをパルス状に印加する。そして、パルス信号源７０では、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦと、直流電圧ＤＣとの同期タイミングを制御することができる。なお、このパルス信号源は、第１の高周波電源５０、第２の高周波電源５１、直流電源６０のそれぞれに内蔵されていてもよい。

【0046】

プラズマ処理装置１は、エッジリング１４の自己バイアス電圧（又は、下部電極１２もしくはウェハＷの自己バイアス電圧）を測定する測定器（図示せず）を更に有している。なお、測定器の構成は、当業者が任意に設計することができる。

【0047】

以上のプラズマ処理装置１には、制御部１００が設けられている。制御部１００は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部１００にインストールされたものであってもよい。

【0048】

＜プラズマ処理方法＞
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１を用いて行われるプラズマ処理について説明する。

【0049】

先ず、チャンバ１０の内部にウェハＷを搬入し、静電チャック１３上にウェハＷを載置する。その後、静電チャック１３の第１の電極１６ａに直流電圧ＤＣを印加することにより、ウェハＷはクーロン力によって静電チャック１３に静電吸着され、保持される。また、ウェハＷの搬入後、排気装置４２によってチャンバ１０の内部を所望の真空度まで減圧する。

【0050】

次に、ガス供給源群３０からシャワーヘッド２０を介して処理空間Ｓに処理ガスを供給する。また、第１の高周波電源５０によりプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを下部電極１２に供給し、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。この際、第２の高周波電源５１によりイオン引き込み用の高周波電力ＬＦを供給してもよい。そして、生成されたプラズマの作用によって、ウェハＷにプラズマ処理が施される。

【0051】

プラズマ処理を終了する際には、先ず、第１の高周波電源５０からの高周波電力ＨＦの供給及びガス供給源群３０による処理ガスの供給を停止する。また、プラズマ処理中に高周波電力ＬＦを供給していた場合には、当該高周波電力ＬＦの供給も停止する。次いで、ウェハＷの裏面への伝熱ガスの供給を停止し、静電チャック１３によるウェハＷの吸着保持を停止する。

【0052】

その後、チャンバ１０からウェハＷを搬出して、ウェハＷに対する一連のプラズマ処理が終了する。

【0053】

なお、プラズマ処理においては、第１の高周波電源５０からの高周波電力ＨＦを使用せず、第２の高周波電源５１からの高周波電力ＬＦのみを用いて、プラズマを生成する場合もある。

【0054】

＜チルト角度制御方法＞
次に、上述したプラズマ処理において、チルト角度を制御する方法について説明する。チルト角度は、ウェハＷのエッジ領域へのイオンの入射方向の鉛直方向に対する傾き（角度）である。

【0055】

一例においては、エッジリング１４が消耗していない状態にある場合、シースの形状は、ウェハＷ及びエッジリング１４の上方においてフラットに保たれている。したがって、ウェハＷの全面に略垂直な方向（鉛直方向）にイオンが入射する。すなわち、チルト角度は０（ゼロ）である。

【0056】

一方、エッジリング１４が消耗し、その厚みが減少すると、ウェハＷのエッジ領域及びエッジリング１４の上方において、シースの厚みが小さくなり、当該シースの形状が下方凸形状に変化する。その結果、ウェハＷのエッジ領域に対するイオンの入射方向が鉛直方向に対して傾斜する。そして、ウェハＷのエッジ領域には、その厚み方向に対して傾斜した開口が形成される。

【0057】

また、ウェハＷの中央領域に対し、ウェハＷのエッジ領域及びエッジリング１４の上方において、シースの厚みが大きくなり、当該シースの形状が上方凸形状になる場合もあり得る。

【0058】

本実施形態のプラズマ処理装置１では、直流電源６０からの直流電圧ＤＣを調整して、チルト角度を制御する。

【0059】

図２に示すように、直流電源６０では、エッジリング１４に印加する直流電圧ＤＣが、自己バイアス電圧Ｖｄｃの絶対値と設定値ΔＶの和をその絶対値として有する負極性の電圧、すなわち、－（｜Ｖｄｃ｜＋ΔＶ）に設定される。図２において、ウェハＷとエッジリング１４の上方の点線はそれぞれ、ウェハＷの電位とエッジリング１４の電位を示している。自己バイアス電圧Ｖｄｃは、ウェハＷの自己バイアス電圧であり、一方又は双方の高周波電力ＲＦが供給されており、且つ、直流電源６０からの直流電圧ＤＣが下部電極１２に印加されていないときの下部電極１２の自己バイアス電圧である。設定値ΔＶは、制御部１００によって与えられる。

【0060】

制御部１００は、予め定められた関数又はテーブルを用いて、エッジリング１４の消耗量（エッジリング１４の厚みの初期値からの減少量）とプラズマ処理のプロセス条件（例えば処理時間）から推定されるエッジリング１４の消耗量から、設定値ΔＶを特定する。すなわち、制御部１００は、エッジリング１４の消耗量と自己バイアス電圧を上記関数に入力するか、エッジリング１４の消耗量と自己バイアス電圧を用いて上記テーブルを参照することにより、設定値ΔＶを決定する。

【0061】

制御部１００は、設定値ΔＶの決定において、エッジリング１４の初期の厚みと、例えばレーザ測定器やカメラなどの測定器を用いて実測されたエッジリング１４の厚みとの差を、エッジリング１４の消耗量として用いてもよい。或いは、制御部１００は、設定値ΔＶの決定のために、予め定められた別の関数又はテーブルを用いて、特定のパラメータから、エッジリング１４の消耗量を決定してもよい。この特定のパラメータは、自己バイアス電圧Ｖｄｃ、高周波電力ＨＦ又は高周波電力ＬＦの波高値Ｖｐｐ、負荷インピーダンス、エッジリング１４又はエッジリング１４の周辺電気的特性等のうちのいずれかであり得る。エッジリング１４又はエッジリング１４の周辺の電気特性は、エッジリング１４又はエッジリング１４の周辺の任意の箇所の電圧、電流値、エッジリング１４を含む抵抗値等のうちいずれかであり得る。別の関数又はテーブルは、特定のパラメータとエッジリング１４の消耗量の関係を定めるように予め定められている。エッジリング１４の消耗量を決定するために、実際のプラズマ処理の実行前又はプラズマ処理装置１のメンテナンス時に、消耗量を決定するための測定条件、すなわち、高周波電力ＨＦ、高周波電力ＬＦ、処理空間Ｓ内の圧力、及び、処理空間Ｓに供給される処理ガスの流量等の設定の下で、プラズマ処理装置１が動作される。そして、上記特定のパラメータが取得され、この当該特定のパラメータを上記別の関数に入力することにより、或いは、当該特定のパラメータを用いて上記テーブルを参照することにより、エッジリング１４の消耗量が特定される。

【0062】

プラズマ処理装置１では、プラズマ処理中、すなわち、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦのうち一方又は双方の高周波電力が供給される期間において、直流電源６０からエッジリング１４に直流電圧ＤＣが印加される。これにより、エッジリング１４及びウェハＷのエッジ領域の上方におけるシースの形状が制御されて、ウェハＷのエッジ領域へのイオンの入射方向の傾きが低減され、チルト角度が制御される。その結果、ウェハＷの全領域にわたって、当該ウェハＷの厚み方向に略平行な開口が形成される。

【0063】

より詳細には、プラズマ処理中、測定器（図示せず）によって自己バイアス電圧Ｖｄｃが測定される。また、直流電源６０からエッジリング１４に直流電圧ＤＣが印加される。エッジリング１４に印加される直流電圧ＤＣの値は、上述したように－（｜Ｖｄｃ｜＋ΔＶ）である。｜Ｖｄｃ｜は、直前に測定器によって取得された自己バイアス電圧Ｖｄｃの測定値の絶対値であり、ΔＶは制御部１００によって決定された設定値である。このようにプラズマ処理中に測定された自己バイアス電圧Ｖｄｃからエッジリング１４に印加される直流電圧ＤＣが決定される。そうすると、自己バイアス電圧Ｖｄｃに変化が生じても、直流電源６０によって発生される直流電圧ＤＣが補正され、チルト角度が適切に補正される。

【0064】

＜高周波電力及び直流電圧の制御方法＞
次に、上述したプラズマ処理において、高周波電力ＲＦの供給タイミング、直流電圧ＤＣの印加タイミング、エッジリング１４の除電タイミングについて説明する。高周波電力ＲＦの供給は、第１の高周波電源５０からの高周波電力ＨＦと第２の高周波電源５１からの高周波電力ＬＦのうち一方又は双方を、下部電極１２に供給する状態である。高周波電力ＲＦの供給タイミングは、すなわち上述したＲＦオンとＲＦオフのタイミングである。直流電圧ＤＣの印加は、エッジリング１４と直流電源６０（直流電源回路６４）を接続した状態であり、直流電圧ＤＣの印加タイミングは、すなわち上述したＤＣオンとＤＣオフのタイミングである。エッジリング１４の除電は、エッジリング１４と除電回路６５を接続した状態であり、エッジリング１４の除電タイミングは、すなわち上述した除電オンと除電オフのタイミングである。

【0065】

［遅延時間Ｄｔの原理］
ここで、上述したようにチルト角度を制御するため、直流電源６０からエッジリング１４に印加する直流電圧ＤＣを調整し、ウェハＷとエッジリング１４との間に電位差である設定値ΔＶを設ける。この際、例えば上記電位差が大きくなり過ぎたり、或いは直流電圧ＤＣを印加するタイミングがずれて意図しない電位差が生じると、ウェハＷとエッジリング１４との間で放電が生じるおそれがある。そしてその結果、ウェハＷがダメージを被る場合がある。

【0066】

そこで、本実施形態では、直流電源６０側のパルスタイミングに対する遅延時間（Ｄｅａｄ Ｔｉｍｅ）機能を応用して利用することで、直流電源６０の出力端において浮遊電位状態を形成し、エッジリング１４においてウェハＷの電位変化への追従性を持たせる。

【0067】

なお、切替ユニット６１が通常備える遅延時間機能は、直流電源回路６４と除電回路６５が切り替わる際に、これら２つの回路が同時にオンにならないように、一方の回路への切り替わりに遅延を持たせる機能である。２つの回路が同時にオンすると、短絡が生じるため、このような遅延時間機能が設けられている。高周波電力ＲＦをパルス状に供給する際、パルス信号はパルス信号源７０から発信され、第１の高周波電源５０、第２の高周波電源５１、及び直流電源６０において同期信号として使用される。上記遅延時間機能は、このパルス信号に対して遅延時間を設ける。そしてこの遅延時間中、直流電源６０はオン状態でもオフ状態でもなく、不定状態となる。なお、以下の説明においては、通常の遅延時間を「遅延時間Ｄо」と称し、本実施形態の遅延時間を「遅延時間Ｄｔ」と称する場合がある。

【0068】

本実施形態では、ＲＦオンオフ、ＤＣオンオフ、除電オンオフのそれぞれのタイミングを制御する。図３は、本実施形態の比較例として、従来におけるＲＦオンオフ、ＤＣオンオフ、除電オンオフを示す説明図である。図３においては、上述した切替ユニット６１が通常備える遅延時間Ｄоはあるが、本実施形態の遅延時間Ｄｔは設けられていない。一方、図４は、本実施形態におけるＲＦオンオフ、ＤＣオンオフ、除電オンオフを示す説明図である。図３及び図４中、ウェハＷ及びエッジリング１４の上方に図示している点線グラフはそれぞれ、ウェハＷの電位及びエッジリング１４の電位の経時変化を模式的に示している。すなわち、点線グラフの縦軸は電位であり、横軸は時間である。なお、図３及び図４では、技術の理解を容易にするため、第１のＲＦフィルタ６２と第２のＲＦフィルタ６３の図示を省略する。

【0069】

従来、図３（ａ）に示すように、下部電極１２に高周波電力ＲＦを供給する際（ＲＦオン）、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加する（ＤＣオン、除電オフ）。かかる場合、ＲＦオンすると、高周波電力ＲＦの反射が発生して下部電極１２に供給される高周波電力ＲＦは緩やかに上昇する。このため、高周波電力ＲＦによってウェハＷに発生する電位も、ＲＦオンのタイミングに対して緩やかにゆっくりと上昇する。これに対して、直流電源６０は通常立ち上がりが速いため、エッジリング１４の電位は急激に上昇して、直流電源６０の電位と同じになる。このため、ウェハＷとエッジリング１４との間において、意図しているものより大きい電位差が生じて、ウェハＷとエッジリング１４との間で放電が生じるおそれがある。

【0070】

また従来、図３（ｂ）に示すように、下部電極１２への高周波電力ＲＦの供給を停止する際（ＲＦオフ）、エッジリング１４への直流電圧ＤＣの印加を停止し（ＤＣオフ）、エッジリング１４を除電する（除電オン）。かかる場合、ＲＦオフすると、ハード（装置）やプラズマの時定数で緩やかに除電されるため、ウェハＷの電位は緩やかにゆっくりと下降する。これに対して、エッジリング１４の電位は急激に下降して、略０（ゼロ）Ｖとなる。このため、ウェハＷとエッジリング１４との間において、意図しているものより大きい電位差が生じて、ウェハＷとエッジリング１４との間で放電が生じるおそれがある。

【0071】

これに対して本実施形態では、下部電極１２に高周波電力ＲＦを供給し（ＲＦオン）、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加する際（ＤＣオン）、ＲＦオンしてから、第１の遅延時間Ｄｔ１を経過した後、ＤＣオンする。ここで、通常の切替ユニット６１が備える遅延時間Ｄоの場合、直流電源６０はオン状態でもオフ状態でもない不定状態であるため、遅延時間Ｄоはできるだけ短くするのが好ましい。これに対して、本実施形態の第１の遅延時間Ｄｔ１では、図４（ａ）に示すように直流電源回路６４の切替素子６４ａをオープンしつつ、除電回路６５の切替素子６５ａをオープンの状態としておくことで、不定状態の際に直流電源６０の出力端を浮遊電位にする。すなわち、直流電源回路６４と除電回路６５を両方使用しないアイドル状態を設定しておくことで、第１の遅延時間Ｄｔ１の間、直流電源６０の出力端は浮遊電位となる。この浮遊電位状態では、エッジリング１４はウェハＷと同じような電位変化となるため、第１の遅延時間Ｄｔ１が経過した時点では、ウェハＷとエッジリング１４との間の電位差は小さい。そして、第１の遅延時間Ｄｔ１が経過した後、ＤＣオンする。かかる場合、エッジリング１４の電位は、ウェハＷの電位（プラズマ及びシースの電位）と等しくなり、すなわち、高周波電力ＲＦ（発生してる反射を除いたもの）に準じた自己バイアス電圧Ｖｄｃとするとことができる。そして、エッジリング１４の電位は、ウェハＷの電位に追従して緩やかに上昇する。したがって、ウェハＷとエッジリング１４との間の電位差を抑制することができる。

【0072】

また本実施形態では、下部電極１２への高周波電力ＲＦの供給を停止し（ＲＦオフ）、エッジリング１４への直流電圧ＤＣの印加を停止し（ＤＣオフ）、さらにエッジリング１４を除電する際（除電オン）、ＤＣオフしてから、第２の遅延時間Ｄｔ２を経過した後、除電オンする。すなわち、第２の遅延時間Ｄｔ２では、図４（ｂ）に示すように直流電源回路６４の切替素子６４ａをオープンしつつ、除電回路６５の切替素子６５ａをオープンの状態としておくことで、不定状態の際に直流電源６０の出力端を浮遊電位にする。すなわち、直流電源回路６４と除電回路６５を両方使用しないアイドル状態を設定しておくことで、第２の遅延時間Ｄｔ２の間、直流電源６０の出力端は浮遊電位となる。そして、この第２の遅延時間Ｄｔ２における浮遊電位状態が経過した後、除電オンする。かかる場合、エッジリング１４の電位は、ウェハＷの電位と等しくなろうとして、当該ウェハＷの電位に追従して緩やかに下降する。したがって、ウェハＷとエッジリング１４との間の電位差を抑制することができる。

【0073】

［ＲＦオンオフ、ＤＣオンオフ、除電オンオフのタイミング］
以上のように本実施形態では、ＲＦオン時とＲＦオフ時のそれぞれにおいて遅延時間Ｄｔ１、Ｄｔ２を設けることで、ウェハＷとエッジリング１４との間の電位差を抑制する。以下、上述したプラズマ処理における、ＲＦオンオフ、ＤＣオンオフ、除電オンオフのタイミングについて具体的に説明する。

【0074】

図５は、高周波電力ＲＦと直流電圧ＤＣの経時変化を示す説明図である。図５中の上グラフの縦軸は高周波電力ＲＦであり、横軸は時間ｔである。図５中の下グラフの縦軸は直流電圧ＤＣであり、横軸は時間ｔである。図６は、図５におけるＲＦオンオフ、ＤＣオンオフ、除電オンオフの状態を示す表である。図７は、図５における直流電源回路６４と除電回路６５の状態を示す説明図である。

【0075】

（ステップＳ１）
ステップＳ１は、エッジリング１４の除電を行うステップである。ステップＳ１では、直流電源回路６４の切替素子６４ａをオープンにし（ＤＣオフ）、除電回路６５の切替素子６５ａをクローズする（除電オン）。そうすると、エッジリング１４と除電回路６５が接続され、エッジリング１４の電荷が除電回路６５を介して除去される。なお、このステップＳ１では、下部電極１２への高周波電力ＲＦの供給は停止されている（ＲＦオフ）。

【0076】

（ステップＳ２）
ステップＳ２は、下部電極１２に高周波電力ＲＦを供給した後（ＲＦオン）、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加する（ＤＣオン）までの間、すなわち第１の遅延時間Ｄｔ１のステップである。ステップＳ２では、直流電源回路６４の切替素子６４ａをオープンに維持しつつ（ＤＣオフ）、除電回路６５の切替素子６５ａをオープンする（除電オフ）。すなわち、エッジリング１４を直流電源回路６４と除電回路６５の両方に接続しない状態とすることで、直流電源６０の出力端は浮遊電位となる。ＲＦオンすると、高周波電力ＲＦの反射が発生するため、ウェハＷの電位は緩やかに上昇する。そして、直流電源６０が浮遊電位状態では、エッジリング１４の電位は、ウェハＷの電位に追従して緩やかに上昇する。したがって、第１の遅延時間Ｄｔ１が経過した時点では、ウェハＷとエッジリング１４との間の電位差を小さくして、放電を抑制することができる。

【0077】

（ステップＳ３）
ステップＳ３は、下部電極１２に高周波電力ＲＦを供給しつつ（ＲＦオン）、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加して（ＤＣオン）、ウェハＷにプラズマ処理を行うステップである。ステップＳ３では、除電回路６５の切替素子６５ａをオープンに維持しつつ（除電オフ）、直流電源回路６４の切替素子６４ａをクローズする（ＤＣオン）。そうすると、直流電圧ＤＣによってウェハＷのエッジ領域でのチルト角度を適切に制御して、イオンの入射方向を適切に調整し、ウェハＷに対してプラズマ処理を均一に行うことができる。

【0078】

（ステップＳ４）
ステップＳ４は、下部電極１２への高周波電力ＲＦの供給を停止し（ＲＦオフ）、エッジリング１４への直流電圧ＤＣの印加を停止した後（ＤＣオフ）、エッジリング１４の除電を行う（除電オン）までの間、すなわち第２の遅延時間Ｄｔ２のステップである。ステップＳ４では、除電回路６５の切替素子６５ａをオープンに維持しつつ（除電オフ）、直流電源回路６４の切替素子６４ａをオープンにする（ＤＣオフ）。すなわち、エッジリング１４を直流電源回路６４と除電回路６５の両方に接続しない状態とすることで、直流電源６０の出力端は浮遊電位となる。ＲＦオフすると、ウェハＷの電位は緩やかに下降する。そして、直流電源６０が浮遊電位状態では、エッジリング１４の電位は、ウェハＷの電位に追従して緩やかに下降する。したがって、第２の遅延時間Ｄｔ２が経過した時点では、ウェハＷとエッジリング１４との間の電位差を小さくして、放電を抑制することができる。

【0079】

（ステップＳ５）
ステップＳ５は、エッジリング１４の除電を行うステップである。ステップＳ５では、ステップＳ１と同様に、直流電源回路６４の切替素子６４ａをオープンに維持しつつ（ＤＣオフ）、除電回路６５の切替素子６５ａをクローズする（除電オン）。そうすると、エッジリング１４と除電回路６５が接続され、エッジリング１４の電荷が除電回路６５を介して除去される。

【0080】

（ステップＳ６）
ステップＳ６は、再び下部電極１２に高周波電力ＲＦを供給した後（ＲＦオン）、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加する（ＤＣオン）までの間、すなわち第１の遅延時間Ｄｔ１のステップである。すなわち、ステップＳ２と同様のステップである。

【0081】

以上のようにステップＳ１～Ｓ４が繰り返し行われて、一連のプラズマ処理が終了する。

【0082】

本実施形態によれば、下部電極１２に高周波電力ＲＦを供給し（ＲＦオン）、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加する際には（ＤＣオン）、ＲＦオンしてから、第１の遅延時間Ｄｔ１を経過した後、ＤＣオンする。かかる場合、エッジリング１４の電位は、ウェハＷの電位に追従して緩やかに上昇する。したがって、ウェハＷとエッジリング１４との間の電位差を抑制することができる。

【0083】

また、下部電極１２への高周波電力ＲＦの供給を停止し（ＲＦオフ）、エッジリング１４への直流電圧ＤＣの印加を停止し（ＤＣオフ）、さらにエッジリング１４を除電する際（除電オン）、ＤＣオフしてから、第２の遅延時間Ｄｔ２を経過した後、除電オンする。かかる場合、エッジリング１４の電位は、ウェハＷの電位に追従して緩やかに下降する。したがって、ウェハＷとエッジリング１４との間の電位差を抑制することができる。

【0084】

なお、本実施形態の機能を既存機能で設ける場合、通常はパルスのタイミング信号を２つ使う等して、ＤＣオンの状態、ＤＣオフの状態、浮遊電位状態を含む３状態が判断できるタイミング信号が必要となる。したがって、装置構成が非常に煩雑となる。

【0085】

この点、本実施形態では遅延時間Ｄｔ１、Ｄｔ２を用いることで、どのような直流電源でも、ウェハＷの電位へのエッジリング１４の電位の追従タイミングを決めることができる。また、直流電源６０側で浮遊電位のタイミングを形成しているため、高周波電力ＲＦと同じパルスタイミング信号を用いることができる。換言すれば、既存のパルス信号源７０を用いることができ、パルス信号源７０を作り直す必要がない。

【0086】

＜遅延時間Ｄｔの具体例＞
次に、上述したＲＦオン時の第１の遅延時間Ｄｔ１とＲＦオフ時の第２の遅延時間Ｄｔ２の具体例について説明する。

【0087】

先ず、遅延時間Ｄｔ１、Ｄｔ２の比較として、通常の切替ユニット６１が備える遅延時間Ｄоの具体例について説明する。遅延時間Ｄоを決定する要因は、切替ユニット６１が有するＦＥＴの切り替わり速度である。詳細には、遅延時間Ｄоは、ＦＥＴの立ち上がり時間及び立ち下がり時間に、余白時間（マージン）を加えた時間である。例えば、直流電源回路６４のＦＥＴが完全にオフするまで（立ち下がり）の時間が経過してから、除電回路６５にオンするタイミングを指示する場合、この立ち下がりの時間とマージンを加えた時間が遅延時間Ｄоとなる。これら立ち上がり時間及び立ち下がり時間は、素子の種類によって異なるが、例えば１ｎｓ～１０ｎｓである。また、遅延時間Ｄоは、例えば１ｎｓ～１００ｎｓである。

【0088】

遅延時間Ｄｔ１、Ｄｔ２に共通する制約条件は、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加する時間（ＤＣオン時間）に対する遅延時間Ｄｔ１、Ｄｔ２の割合である。遅延時間Ｄｔ１、Ｄｔ２は直流電圧ＤＣを印加しない時間であるため、遅延時間Ｄｔ１、Ｄｔ２が長くなると、高周波電力ＲＦと同期した直流電圧ＤＣの印加状態から乖離してしまう。そこで、ＤＣオン時間に基づいて、遅延時間Ｄｔ１、Ｄｔ２を決定する。なお、遅延時間Ｄｔ１、Ｄｔ２の必要最小限の割合は、プラズマ処理のプロセス評価結果から判断する。

【0089】

ＲＦオン時の第１の遅延時間Ｄｔ１の具体的な決定方法は次のとおりである。すなわち、高周波電力ＲＦを供給してからの反射時間を事前に測定し、この反射時間以上を第１の遅延時間Ｄｔ１に決定する。或いは、エッジリング１４の電位を測定し、高周波電力ＲＦとエッジリング１４の電位に基づいて、第１の遅延時間Ｄｔ１を決定してもよい。そして、第１の遅延時間Ｄｔ１は、例えば０．１μｓ～１０００μｓ、より好ましくは０．１μｓ～１００μｓ又は１μｓ～３００μｓに決定される。なお、第１の遅延時間Ｄｔ１の上限値は、後述するようにプラズマを用いて第２の直流電圧ＤＣ２と第１の直流電圧ＤＣ１の電位差を除電する場合に必要な時間に決定される。

【0090】

ＲＦオフ時の第２の遅延時間Ｄｔ２の具体的な決定方法は次のとおりである。すなわち、エッジリング１４の電位を測定し、当該エッジリング１４の電位が十分に下がりきってからエッジリング１４を除電するように、第２の遅延時間Ｄｔ２を決定する。或いは、高周波電力ＲＦを測定し、当該高周波電力ＲＦのみに基づいて第２の遅延時間Ｄｔ２を決定してもよい。そして、第２の遅延時間Ｄｔ２は、例えば０．１μｓ～１０００μｓ、より好ましくは０．１μｓ～１００μｓ又は１μｓ～３００μｓに決定される。

【0091】

＜他の実施形態＞
以上の実施形態のプラズマ処理装置１は、直流電源６０、直流電源回路６４及び除電回路６５を有していたが、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加する電源系はこれに限定されない。図８～図１０は、他の実施形態において、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加する電源系の説明図である。なお、図８～図１０では、技術の理解を容易にするため、第１のＲＦフィルタ６２と第２のＲＦフィルタ６３の図示を省略する。

【0092】

図８に示すようにプラズマ処理装置１は、直流電源６０、直流電源回路６４及び除電回路６５に代えて、直流電源２００と直流電源回路２１０を有していてもよい。すなわち、本実施形態のプラズマ処理装置１は、除電回路を有していない。直流電源回路２１０は、切替素子２１０ａとダンピング素子２１０ｂを有している。

【0093】

かかる場合、図８（ａ）に示すように、下部電極１２に高周波電力ＲＦを供給した直後には（ＲＦオン）、切替素子２１０ａをオープンして、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加しない（ＤＣオフ）。

【0094】

その後、図８（ｂ）に示すように、遅延時間Ｄｔが経過した後、切替素子２１０ａをクローズして、エッジリング１４に直流電圧ＤＣを印加する（ＤＣオフ）。かかる場合、エッジリング１４の電位がウェハＷの電位に追従してから、エッジリング１４に直流電圧ＤＣが印加される。その結果、ウェハＷとエッジリング１４との間の電位差を小さくして、放電を抑制することができる。そして、ウェハＷに対してプラズマ処理が行われる。

【0095】

その後、図８（ｃ）に示すように、下部電極１２に高周波電力ＲＦの印加を停止した際（ＲＦオフ）、切替素子２１０ａをオープンして、エッジリング１４への直流電圧ＤＣを停止する。

【0096】

図９に示すように、直流電源６０、直流電源回路６４及び除電回路６５に代えて、第１の直流電源３００、第２の直流電源３０１、第１の直流電源回路３１０、第２の直流電源回路３１１、及び除電回路３２０を有していてもよい。第１の直流電源３００は、エッジリング１４に第１の直流電圧ＤＣ１を印加する。第２の直流電源３０１は、エッジリング１４に第１の直流電圧ＤＣ１と異なる第２の直流電圧ＤＣ２を印加する。第１の直流電源回路３１０は、切替素子３１０ａとダンピング素子３１０ｂを有している。第２の直流電源回路３１１は、切替素子３１１ａとダンピング素子３１１ｂを有している。除電回路３２０は、切替素子３２０ａとダンピング素子３２０ｂを有している。

【0097】

例えば、下部電極１２への高周波電力ＲＦを供給する際（ＲＦオン）、エッジリング１４に印加する直流電圧ＤＣを高速で切り替えたい場合に、第１の直流電源回路３１０と第２の直流電源回路３１１を切り替えて、第１の直流電圧ＤＣ１と第２の直流電圧ＤＣ２を切り替える。例えば、第１の直流電圧ＤＣ１が第２の直流電圧ＤＣ２より小さい場合、図９（ａ）に示すようにエッジリング１４に第１の直流電圧ＤＣ１を印加した後、図９（ｂ）に示すようにエッジリング１４に第２の直流電圧ＤＣ２を印加することができる。

【0098】

そして本実施形態においても、上記実施形態のように、ＲＦオン時に第１の遅延時間Ｄｔ１を設け、ＲＦオフ時に第２の遅延時間Ｄｔ２を設ける。具体的には、下部電極１２に高周波電力ＲＦを供給した後、エッジリング１４に第１の直流電圧ＤＣ１を印加するまでの間に、第１の遅延時間Ｄｔ１を設ける。また、下部電極１２への高周波電力ＲＦの供給を停止し、エッジリング１４への第２の直流電圧ＤＣ２の印加を停止した後、エッジリング１４の除電をするまでの間に、第２の遅延時間Ｄｔ２を設ける。さらに、第１の直流電圧ＤＣ１の印加と第２の直流電圧ＤＣ２の間にも、遅延時間Ｄｔを設けてもよい。

【0099】

なお、第１の直流電圧ＤＣ１が第２の直流電圧ＤＣ２より小さい場合、第２の直流電圧ＤＣ２から第１の直流電圧ＤＣ１への切り替えは、除電回路３２０によるエッジリング１４の除電を挟むことが必要である。すなわち、第２の直流電圧ＤＣ２の印加、エッジリング１４の除電、第１の直流電圧ＤＣ１の印加の順に行う必要がある。

【0100】

また、エッジリング１４に印加する電圧を第２の直流電圧ＤＣ２から第１の直流電圧ＤＣ１に切り替える場合において、プラズマを用いて第２の直流電圧ＤＣ２と第１の直流電圧ＤＣ１の電位差を除電する場合、図１０に示すように除電回路３２０を省略してもよい。かかる場合、エッジリング１４に第２の直流電圧ＤＣ２を印加してから、第１の直流電圧ＤＣ１を印加するまでの間に、遅延時間Ｄｔを設ける。

【0101】

以上の実施形態のプラズマ処理装置１は容量結合型のプラズマ処理装置であったが、本開示が適用されるプラズマ処理装置はこれに限定されない。例えばプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよい。

【0102】

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主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。
なお、以下のような構成例も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
プラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたステージであり、下部電極を有する前記ステージと、
前記ステージ上の基板を囲むように設けられたエッジリングと、
前記ステージの上方に設けられた上部電極と、
第１の高周波電源と、
第１の直流電源と、
制御部と、
備え、
前記制御部は、
（ａ）前記第１の高周波電源から前記上部電極又は前記下部電極への第１の高周波電力の供給を開始することと、
（ｂ）前記（ａ）の後、第１の遅延時間が経過したときに、前記第１の直流電源から前記エッジリングへの第１の直流電力の供給を開始することと、
を実行するように構成される、プラズマ処理装置。
（２）
前記第１の遅延時間は前記第１の高周波電力の反射時間以上である、前記（１）に記載のプラズマ処理装置。
（３）
前記制御部は、
（ｃ）前記（ｂ）の後、前記第１の高周波電力の供給と前記直流電力の印加を停止することと、
（ｄ）前記（ｃ）の後、第２の遅延時間が経過したときに、前記エッジリングの除電を開始することと、
をさらに実行するように構成される、前記（１）又は（２）に記載のプラズマ処理装置。
（４）
前記第２の遅延時間は０．１μｓ～１０００μｓである、前記（３）に記載のプラズマ処理装置。
（５）
前記エッジリングと前記第１の直流電源とを接続するように構成された第１の直流電源回路を備える切替ユニットをさらに備える、前記（１）～（４）のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
（６）
前記切替ユニットは、前記エッジリングを除電するように構成された除電回路をさらに備える、前記（５）に記載のプラズマ処理装置。
（７）
前記第１の直流電源からの第１の直流電圧の印加を停止した後、前記エッジリングに第２の直流電圧を印加するように構成された第２の直流電源であり、前記第１の直流電源と異なる前記第２の直流電源をさらに備える、前記（１）～（６）のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
（８）
前記（ａ）の間に前記下部電極に第２の高周波電力を供給するように構成された第２の高周波電源であり、前記第１の高周波電源と異なる前記第２の高周波電源をさらに備える、前記（１）～（７）のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
（９）
前記エッジリングは導電性材料からなる、前記（１）～（８）のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
（１０）
前記第１の遅延時間は０．１μｓ～１０００μｓである、前記（１）～（９）のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
（１１）
プラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたステージと、
前記ステージ上の基板を囲むように設けられたエッジリングと、
高周波電源と、
少なくとも１つの直流電源と、
前記エッジリングが前記少なくとも１つの直流電源に接続された第１のオン状態と、前記エッジリングが前記少なくとも１つの直流電源に接続されないオフ状態とを切り替える切替ユニットと、
制御部と、
備え、
前記制御部は、
（ａ）前記切替ユニットの前記オフ状態において高周波電力の供給を開始することと、
（ｂ）前記（ａ）の後、第１の遅延時間が経過したときに、前記オフ状態から前記第１のオン状態に切り替えることと、
を実行するように構成される、プラズマ処理装置。
（１２）
前記切替ユニットは、前記エッジリングを除電するように構成された除電回路をさらに備え、
前記切替ユニットは、前記第１のオン状態、前記エッジリングが前記除電回路に接続される第２のオン状態、及び前記オフ状態をさらに切り替えるように構成され、
前記オフ状態は、前記エッジリングが前記少なくとも１つの直流電源のいずれとも接続されず、前記エッジリングが前記除電回路に接続されない状態である、前記（１１）に記載のプラズマ処理装置。
（１３）
前記制御部は、
（ｃ）前記（ｂ）の後、前記高周波電力の供給を停止することと、
（ｄ）前記（ｃ）の後、前記第１のオン状態から前記オフ状態に前記切替ユニットを切り替えることと、
（ｅ）前記（ｄ）の後、第２の遅延時間が経過したときに、前記オフ状態から前記第２のオン状態に前記切替ユニットを切り替えることと、
をさらに実行するように構成される、前記（１２）に記載のプラズマ処理装置。
（１４）
前記切替ユニットは、前記エッジリングと前記少なくとも１つの直流電源の１つとを接続するように構成された第１の直流電源回路をさらに備え、
前記第１の直流電源回路は、第１の切替素子と第１のダンピング素子とを備え、
前記除電回路は、第２の切替素子と第２のダンピング素子とを備える、前記（１３）に記載のプラズマ処理装置。

【符号の説明】

【0103】

１ プラズマ処理装置
１０ チャンバ
１１ ステージ
１２ 下部電極
１３ 静電チャック
１４ エッジリング
５０ 第１の高周波電源
５１ 第２の高周波電源
６０ 直流電源
１００ 制御部
Ｗ ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】