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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】2024-11-14
(45)【発行日】2024-11-22
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20241115BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20241115BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101C
H05H1/46 L
H05H1/46 M
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021012816
(22)【出願日】2021-01-29
(65)【公開番号】P2021182620
(43)【公開日】2021-11-25
【審査請求日】2023-07-26
(31)【優先権主張番号】P 2020085141
(32)【優先日】2020-05-14
(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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】キム ボンソク
(72)【発明者】
【氏名】井上 雅博
(72)【発明者】
【氏名】大秦 充敬
(72)【発明者】
【氏名】小林 憲
【審査官】加藤 芳健
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１８－５３５５０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１８２８４７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０００－３１１８９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／０３６８０６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／０３７３３１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０５Ｈ １／４６
(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る基板支持部と、
前記プラズマ処理チャンバに結合され、ソースＲＦ信号を生成するように構成されるソースＲＦ生成部であり、前記ソースＲＦ信号は、各サイクルにおける第１の期間にゼロパワーレベルより大きい第１のソースパワーレベルを有し、各サイクルにおける前記第１の期間に続く第２の期間に前記第１のソースパワーレベルとは異なりゼロパワーレベルより大きい第２のソースパワーレベルを有し、各サイクルにおける前記第２の期間に続く第３の期間に前記第２のソースパワーレベルを有し、各サイクルにおける前記第３の期間に続く第４の期間にゼロパワーレベルを有する、ソースＲＦ生成部と、
前記基板支持部に結合され、バイアスＲＦ信号を生成するように構成されるバイアスＲＦ生成部であり、前記バイアスＲＦ信号は、前記第１の期間にゼロパワーレベルを有し、前記第２の期間における遅延時間にゼロパワーレベルを有し、前記遅延時間を除く前記第２の期間にゼロパワーレベルより大きい第１のバイアスパワーレベルを有し、前記第３の期間に前記第１のバイアスパワーレベルとは異なりゼロパワーレベルより大きい第２のバイアスパワーレベルを有し、前記第４の期間にゼロパワーレベルを有する、バイアスＲＦ生成部と、
を備える、プラズマ処理装置。
【請求項2】
前記第２のソースパワーレベルは、前記第１のソースパワーレベルより小さい、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項3】
前記第２のバイアスパワーレベルは、前記第１のバイアスパワーレベルより小さい、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
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る基板支持部と、
前記プラズマ処理チャンバに結合され、ソースＲＦ信号を生成するように構成されるソースＲＦ生成部であり、前記ソースＲＦ信号は、各サイクルにおける第１の期間にゼロパワーレベルより大きい第１のソースパワーレベルを有し、各サイクルにおける前記第１の期間に続く第２の期間に前記第１のソースパワーレベルとは異なりゼロパワーレベルより大きい第２のソースパワーレベルを有し、各サイクルにおける前記第２の期間に続く第３の期間にゼロパワーレベルを有する、ソースＲＦ生成部と、
前記基板支持部に結合され、バイアスＲＦ信号を生成するように構成されるバイアスＲＦ生成部であり、前記バイアスＲＦ信号は、前記第１の期間における第１の時間にゼロパワーレベルより大きい第１のバイアスパワーレベルを有し、前記第１の期間における前記第１の時間に続く第２の時間に前記第１のバイアスパワーレベルとは異なりゼロパワーレベルより大きい第２のバイアスパワーレベルを有し、前記第２の期間に前記第２のバイアスパワーレベルを有し、前記第３の期間における前記第２の期間に続く第３の時間に前記第２のバイアスパワーレベルを有し、前記第３の期間における前記第３の時間に続く第４の時間にゼロパワーレベルを有する、バイアスＲＦ生成部とを備える、
プラズマ処理装置。
【請求項5】
前記第２のソースパワーレベルは、前記第１のソースパワーレベルより大きい、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項6】
前記第２のバイアスパワーレベルは、前記第１のバイアスパワーレベルより大きい、請求項４又は請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項7】
前記ソースＲＦ信号は、各サイクルにおける前記第３の期間に続く第４の期間にゼロパワーレベルを有し、
前記バイアスＲＦ信号は、前記第４の期間にゼロパワーレベルを有する、請求項４～６のうちいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項8】
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る基板支持部と、
前記プラズマ処理チャンバに結合され、ソースＲＦ信号を生成するように構成されるソースＲＦ生成部であり、前記ソースＲＦ信号は、各サイクルにおける第１の期間にゼロパワーレベルより大きい第１のソースパワーレベルを有し、各サイクルにおける前記第１の期間に続く第２の期間に前記第１のソースパワーレベルとは異なりゼロパワーレベルより大きい第２のソースパワーレベルを有し、各サイクルにおける前記第２の期間に続く第３の期間に前記第１のソースパワーレベル及び前記第２のソースパワーレベルとは異なりゼロパワーレベルより大きい第３のソースパワーレベルを有し、各サイクルにおける前記第３の期間に続く第４の期間にゼロパワーレベルを有し、各サイクルにおける前記第４の期間に続く第５の期間にゼロパワーレベルを有する、ソースＲＦ生成部と、
前記基板支持部に結合され、バイアスＲＦ信号を生成するように構成されるバイアスＲＦ生成部であり、前記バイアスＲＦ信号は、前記第１の期間にゼロパワーレベルより大きい第１のバイアスパワーレベルを有し、前記第２の期間に前記第１のバイアスパワーレベルとは異なりゼロパワーレベルより大きい第２のバイアスパワーレベルを有し、前記第３の期間に前記第１のバイアスパワーレベル及び前記第２のバイアスパワーレベルとは異なりゼロパワーレベルより大きい第３のバイアスパワーレベルを有し、前記第４の期間にゼロパワーレベルを有し、前記第５の期間に前記第１のバイアスパワーレベルを有する、バイアスＲＦ生成部とを備える、
プラズマ処理装置。
【請求項9】
前記第２のソースパワーレベルは、前記第１のソースパワーレベルより小さく、前記第３のソースパワーレベルより大きい、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項10】
前記第１のバイアスパワーレベルは、前記第２のバイアスパワーレベルより大きく、前記第３のバイアスパワーレベルより小さい、請求項８又は請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
以下の開示は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma: ICP、トランス結合型プラズマ（Transformer Coupled Plasma: TCP）とも呼ぶ。）を用いた装置においてＲＦ（Radio Frequency）信号をパルス化する技術が開示されている。この特許文献１は、例えば、コイルに供給するソースＲＦ信号とチャックに供給するバイアスＲＦ信号とをパルスシーケンスが逆になるように同期させることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４０１７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、プラズマエッチングの処理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】
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、基板支持部と、ソースＲＦ生成部と、バイアスＲＦ生成部と、を備える。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に配置される。ソースＲＦ生成部は、プラズマ処理チャンバに結合され、ソースＲＦ信号を生成するように構成される。ソースＲＦ信号は、複数のソースサイクルを含み、各ソースサイクルは、ソースオン状態及びソースオフ状態を含む。ソースオン状態は、少なくとも２つのソースパワーレベルを有する。バイアスＲＦ生成部は、バイアスＲＦ信号を下部電極に供給するように構成される。バイアスＲＦ信号は、複数のソースサイクルにそれぞれ対応する複数のバイアスサイクルを含む。各バイアスサイクルは、バイアスオン状態及びバイアスオフ状態を含む。バイアスオン状態は、少なくとも２つのバイアスパワーレベルを有する。第１のバイアスサイクルにおけるバイアスオン状態への遷移タイミングは、第１のバイアスサイクルに対応する第１のソースサイクルにおけるソースオン状態への遷移タイミングに対してずらされる。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、プラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、本開示によるプラズマ処理装置を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
【0009】
（エッチングにおいて発生する形状異常の例）
まず、実施形態について説明する前にシリコン膜のエッチングにおいて発生する形状異常の例について説明する。図１２は、シリコン膜のエッチングにおいて発生する形状異常の例について説明するための図である。
まず、実施形態について説明する前にシリコン膜のエッチングにおいて発生する形状異常の例について説明する。図１２は、シリコン膜のエッチングにおいて発生する形状異常の例について説明するための図である。
【0010】
近年、半導体製造技術において、アスペクト比が高い孔を加工する技術が注目されている。一例として高アスペクト比コンタクト（High Aspect Ratio Contact: HARC）がある。ＨＡＲＣは、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）や３次元ＮＡＮＤに用いられる。ＤＲＡＭに用いるＨＡＲＣのアスペクト比は例えば４５であり、３次元ＮＡＮＤに用いるＨＡＲＣのアスペクト比は６５を超える。
【0011】
形成する孔のアスペクト比が高くなるにつれ、垂直方向にまっすぐに孔を形成することが難しくなっている。たとえば、図１２の（Ａ）に示すように、孔の底部付近に近づくにつれ先細りする現象が発生する。この現象の原因としてはたとえば、プラズマ中のイオンの入射方向が孔の深さ方向に対して斜めになり、イオンが孔の底部まで輸送されにくいことが考えられる。また、イオンが孔の中に滞留して、続くイオンの進路を阻害すること等が考えられる。
【0012】
また、図１２の（Ｂ）に示すように、基板にエッチングにより削られた物質や、プラズマによって生じた反応生成物が堆積する場合もある。孔の開口付近にかかる物質が堆積すると孔の開口が閉塞し、エッチングが進まなくなる。また、開口が完全に閉塞しなくても孔の内部にエッチングにより生じた生成物が滞留する場合がある。孔の内部に生成物が滞留するとイオンが孔の内部に到達しにくくなり、孔の形状がゆがんだりエッチングが進まなくなったりする。
【0013】
また、エッチングによりマスクの開口の縁部分が削れる場合がある。この場合、図１２の（Ｃ）に示すように、イオンの孔に対する入射方向が歪み、孔の側壁にあたって孔の形が樽状に歪むボーイングと呼ばれる現象が発生することがある。
【0014】
このように、高アスペクト比のプラズマ処理は、プラズマ中で生成されるラジカルやイオン、プラズマ処理によって発生する反応生成物によって処理性能が左右される。このため、プラズマ処理の進行度合いに応じて、生成される反応種、ラジカル、副生成物等を個別に制御できる技術が望まれる。
【0015】
（実施形態）
以下に説明する実施形態においては、プラズマ生成時に用いるＲＦ（高周波）電力をパルス状に印加することで、プラズマ処理のパラメータである各物理量を制御する。制御する物理量はたとえば、イオンエネルギー、イオン入射角、ラジカルフラックス、イオンフラックス、副生成物の量、等である。
以下に説明する実施形態においては、プラズマ生成時に用いるＲＦ（高周波）電力をパルス状に印加することで、プラズマ処理のパラメータである各物理量を制御する。制御する物理量はたとえば、イオンエネルギー、イオン入射角、ラジカルフラックス、イオンフラックス、副生成物の量、等である。
【0016】
以下に説明する実施形態に係るプラズマ処理装置はＩＣＰ装置である。実施形態のプラズマ処理装置の制御部は、コイル（アンテナ）に供給されるＲＦ電力（ソースＲＦ信号、ソース電力）を制御信号により制御する。一実施形態において、ソースＲＦ信号の供給により、高密度のプラズマが生成される。なお、ＲＦ電力の供給は多様な態様で実現できる。たとえば、予め準備したプログラムに基づき、プラズマ処理装置の制御部が複数のソースＲＦ生成部からの電力供給経路を切り替えて、異なるパワーレベルのソース電力を順次パルス状に供給してもよい。
【0017】
コイルにＲＦ電力が供給される期間をオン期間、コイルへのＲＦ電力供給が停止される期間をオフ期間と呼ぶ。ソースＲＦ信号は、オン期間に対応する第１状態たとえばオン状態（ソースオン状態）と、オフ期間に対応する第２状態たとえばオフ状態（ソースオフ状態）と、を有する。ソースＲＦ信号は、第１状態のオン期間とそれに続く第２状態のオフ期間とで１周期（ソースサイクル）をなすパルス信号である。ソースＲＦ信号の周波数はたとえば、約０．１ｋＨｚ～約１０ｋＨｚであってよい。
【0018】
なお、実施形態のソースＲＦ信号は、第１状態中、２以上のレベル（たとえば、第１ソースパワーレベル、第２ソースパワーレベル）に遷移してもよい。たとえば、ソースＲＦ信号は、第１状態中、４レベル間を遷移してもよい。たとえば、ソースＲＦ信号の第１状態は、予め定められた値のＲＦ電力がコイルに供給される第１レベルと、第１レベルよりも低い値のＲＦ電力がコイルに供給される第２レベルと、第２レベルよりも低い値のＲＦ電力がコイルに供給される第３レベルと、を有してもよい。たとえば、ソースＲＦ信号は、コイルに２７ＭＨｚ、約１３００ワットのＲＦ電力が供給される第１レベルと、コイルに約４００ワットのＲＦ電力が供給される第２レベルと、コイルに約５０ワットのＲＦ電力が供給される第３レベルと、を有してもよい。なお、第１レベルのソース電力はたとえば、約３００ワット～約５００ワットであってもよい。第２レベルのソース電力は、残留ラディカル状態によって任意に設定可能である。なお以下の記載中、第１状態中、第１～第３レベルをそれぞれ、ハイレベル、ミドルレベル、ローレベルとも呼ぶ。また、一つの波形中にオン状態のレベルが２つしか含まれない場合、実際の値に関わらず、ハイレベル、ローレベルと呼ぶ。また、以下の説明中、ハイレベル、ミドルレベル、ローレベルのソース電力ＰＳを各々、ＰＳＨ，ＰＳＭ，ＰＳＬとも表記する。また、ソースＲＦ信号がオフ状態のときのソース電力ＰＳの値をＰＳＯＦＦとも表記する。
【0019】
制御部はまた、プラズマ処理装置の下部電極に供給するＲＦ電力（バイアスＲＦ信号、バイアス電力）を制御信号により制御する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号の供給により、下部電極上に載置される基板においてイオン結合が生じ、反応種およびラジカルが生成される。なお、ＲＦ電力の供給は多様な態様で実現できる。たとえば、予め準備したプログラムに基づき、プラズマ処理装置の制御部が複数のバイアスＲＦ生成部からの電力供給経路を切り替えて、異なるパワーレベルのバイアス電力を順次パルス状に供給してもよい。
【0020】
下部電極にＲＦ電力が供給される期間をオン期間、下部電極へのＲＦ電力供給が停止する期間をオフ期間と呼ぶ。バイアスＲＦ信号は、オン期間に対応する第１状態たとえばオン状態（バイアスオン状態）と、オフ期間に対応する第２状態たとえばオフ状態（バイアスオフ状態）と、を有する。バイアスＲＦ信号は、第１状態のオン期間とそれに続く第２状態のオフ期間とで１周期（バイアスサイクル）をなすパルス信号である。バイアスＲＦ信号の周波数はたとえば、約０．１ｋＨｚ～約１０ｋＨｚであってよい。
【0021】
なお、実施形態のバイアスＲＦ信号は、第１状態中、２以上のレベル（たとえば、第１バイアスパワーレベル、第２バイアスパワーレベル）に遷移してもよい。たとえば、バイアスＲＦ信号は、第１状態中、４レベル間を遷移してもよい。たとえば、バイアスＲＦ信号の第１状態は、予め定められた値のＲＦ電力が下部電極に供給される第１レベルと、第１レベルよりも低い値のＲＦ電力が下部電極に供給される第２レベルと、第２レベルよりも低い値のＲＦ電力が下部電極に供給される第３レベルと、を有してもよい。たとえば、バイアスＲＦ信号は、下部電極に１３Ｍｈｚ、約９００ワットのＲＦ電力が供給される第１レベルと、下部電極に約２７０ワットのＲＦ電力が供給される第２レベルと、下部電極に約１８０ワットのＲＦ電力が供給される第３レベルと、を有してもよい。なお、第１レベルのバイアス電力はたとえば、約３００ワット～約５００ワットであってもよい。また、第２レベルのバイアス電力は、残留ラディカル状態によって任意に設定可能である。なお以下の記載中、第１状態中、第１～第３レベルをそれぞれ、ハイレベル、ミドルレベル、ローレベルとも呼ぶ。また、一つの波形中にオン状態のレベルが２つしか含まれない場合、実際の値に関わらず、ハイレベル、ローレベルと呼ぶ。また、以下の説明中、ハイレベル、ミドルレベル、ローレベルのバイアス電力ＰＢを各々、ＰＢＨ，ＰＢＭ，ＰＢＬとも表記する。また、バイアスＲＦ信号がオフ状態のときのバイアス電力ＰＢの値をＰＢＯＦＦとも表記する。
【0022】
以下にまず、プラズマ処理を実行するプラズマ処理装置の構成例について説明する。
【0023】
（実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例）
図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の概念図である。図２は、図１のプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略縦断面図である。図１および図２を参照し、実施形態に係るプラズマ処理装置１について説明する。なお、図２に示すプラズマ処理装置１は、いわゆる誘導結合型プラズマ（Inductively-coupled plasma：ＩＣＰ）装置であり、誘導結合型プラズマを生成するためのプラズマ源を有する。
図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の概念図である。図２は、図１のプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略縦断面図である。図１および図２を参照し、実施形態に係るプラズマ処理装置１について説明する。なお、図２に示すプラズマ処理装置１は、いわゆる誘導結合型プラズマ（Inductively-coupled plasma：ＩＣＰ）装置であり、誘導結合型プラズマを生成するためのプラズマ源を有する。
【0024】
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、電力供給部３０及び排気システム４０を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓１０ａ及び側壁１０ｂを含む。誘電体窓１０ａ及び側壁１０ｂは、プラズマ処理チャンバ１０内のプラズマ処理空間１０ｓを規定する。また、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理空間１０ｓ内に配置された支持部１１、エッジリング１２、ガス導入部１３及びアンテナ１４を含む。支持部１１は、基板支持部１１ａ及びエッジリング支持部１１ｂを含む。エッジリング支持部１１ｂは、基板支持部１１ａの外周面を囲むように配置される。アンテナ１４は、プラズマ処理チャンバ１０（誘電体窓１０ａ）の上部又は上方に配置される。
【0025】
基板支持部１１ａは、基板支持領域を有し、基板支持領域上で基板を支持するように構成される。一実施形態において、基板支持部１１ａは、静電チャック及び下部電極を含む。下部電極は、静電チャックの下に配置される。静電チャックは、基板支持領域として機能する。また、図示は省略するが、一実施形態において、基板支持部１１ａは、静電チャック及び基板のうち少なくとも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、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。
【0026】
エッジリング１２は、下部電極の周縁部上面において基板Ｗを囲むように配置される。 エッジリング支持部１１ｂは、エッジリング支持領域を有し、エッジリング支持領域上でエッジリング１２を支持するように構成される。
【0027】
ガス導入部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に供給するように構成される。一実施形態において、ガス導入部１３は、中央ガス注入部１３ａ及び／又は側壁ガス注入部１３ｂを含む。中央ガス注入部１３ａは、基板支持部１１ａの上方に配置され、誘電体窓１０ｃに形成された中央開口部に取り付けられる。側壁ガス注入部１３ｂは、プラズマ処理チャンバ１０の側壁に形成された複数の側壁開口部に取り付けられる。
【0028】
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。一実施形態において、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスを、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を介してガス導入部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、１又はそれ以上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。
【0029】
電力供給部３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電力供給部３１を含む。ＲＦ電力供給部３１は、ＲＦ信号（ＲＦ電力、たとえばソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号）を、下部電極及びアンテナ１４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生成される。一実施形態において、ＲＦ信号は、パルス化される。これにより、パルスＲＦ信号、パルスＲＦ電力、パルスソースＲＦ信号、およびパルスバイアスＲＦ信号が生成される。
【0030】
一実施形態において、ＲＦ電力供給部３１は、ソースＲＦ生成部３１ａ及びバイアスＲＦ生成部３１ｂを含む。ソースＲＦ生成部３１ａ及びバイアスＲＦ生成部３１ｂは、プラズマ処理チャンバ１０に結合される。一実施形態において、ソースＲＦ生成部３１ａは、アンテナ１４に結合され、バイアスＲＦ生成部３１ｂは、基板支持部１１ａ内の下部電極に結合される。ソースＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのソースＲＦ信号を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。生成されたソースＲＦ信号は、アンテナ１４に供給される。バイアスＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのバイアスＲＦ信号を生成するように構成される。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。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。生成されたバイアスＲＦ信号は、下部電極に供給される。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つのＲＦ信号の振幅がパルス化又は変調されてもよい。振幅変調は、オン状態とオフ状態との間、あるいは、２又はそれ以上の異なるオン状態の間でＲＦ信号振幅をパルス化することを含んでもよい。
【0031】
また、電力供給部３０は、ＤＣ電力供給部３２を含んでもよい。 一実施形態において、ＤＣ電力供給部３２は、少なくとも１つのＤＣ電圧を下部電極に印加するように構成される。一実施形態において、少なくとも１つのＤＣ電圧が、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。一実施形態において、ＤＣ信号は、パルス化されてもよい。また、ＤＣ電力供給部３２は、ＲＦ電力供給部３１に加えて設けられてもよく、バイアスＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
【0032】
アンテナ１４は、１又は複数のコイル（ＩＣＰコイル）を含む。一実施形態において、アンテナ１４は、同軸上に配置された外側コイルおよび内側コイルを含んでもよい。この場合、ＲＦ電力供給部３１は、外側コイルおよび内側コイルの双方に接続されてもよく、外側コイルおよび内側コイルのうちいずれか一方に接続されてもよい。前者の場合、同一のＲＦ生成部が外側コイルおよび内側コイルの双方に接続されてもよく、別個のＲＦ生成部が外側コイルおよび内側コイルに別々に接続されてもよい。
【0033】
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排気口（ガス出口）に接続され得る。排気システム４０は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
【0034】
一実施形態において、制御部（図２の制御装置５０に対応）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。制御部は、例えばコンピュータを含んでもよい。コンピュータは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、記憶部、及び通信インターフェースを含んでもよい。処理部は、記憶部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。
【0035】
（実施形態に係るプラズマ処理の流れ）
図３は、実施形態に係るプラズマ処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３に示すプラズマ処理は、図１，２のプラズマ処理装置１において実施することができる。図４は、実施形態に係るプラズマ処理により処理される基板の一例を示す図である。
図３は、実施形態に係るプラズマ処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３に示すプラズマ処理は、図１，２のプラズマ処理装置１において実施することができる。図４は、実施形態に係るプラズマ処理により処理される基板の一例を示す図である。
【0036】
まず、プラズマ処理チャンバ１０内に基板Ｗを提供する（ステップＳ３１）。基板Ｗはたとえば図４に示すように、シリコンの基板上に順番に形成された下地層Ｌ１、エッチング対象層（例えばＳｉ層）Ｌ２、マスクＭＫを含む。基板Ｗには予め凹部ＯＰが形成されている（図４（Ａ）参照）。なお、プラズマ処理装置１内で凹部ＯＰの形成を行ってもよい。次に、制御部によりプラズマ処理装置１を制御して、ガス供給部２０からエッチングのためのガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する。また、制御部によりプラズマ処理装置１を制御して、ＲＦ電力供給部３１（ソースＲＦ生成部３１ａおよびバイアスＲＦ生成部３１ｂ）からアンテナ１４（コイル）および下部電極にＲＦ電力を供給する。このとき、ＲＦ電力供給部３１は、ＲＦ信号の波形に応じたレベルのＲＦ電力を下部電極およびアンテナ１４に供給する。ＲＦ信号の波形については後述する。ＲＦ電力が供給されることにより、プラズマ処理チャンバ１０内に供給されたガスのプラズマが生成され、プラズマエッチングが実行される（ステップＳ３２）。プラズマエッチングにより、基板ＷのマスクＭＫに形成された凹部ＯＰの底部が削られ、凹部ＯＰが徐々に深くなる（図４の（Ｂ）参照。）。そして、プラズマ処理装置１の制御部は、予め定められた処理時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３３）。予め定められた処理時間が経過すると、凹部ＯＰの底部が下地層Ｌ１に到達し、図４（Ｃ）に示す形状となる。処理時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ３３、Ｎｏ）、制御部はステップＳ３２に戻りプラズマエッチングを継続する。他方、処理時間が経過したと判定した場合（ステップＳ３３、Ｙｅｓ）、制御部は処理を終了する。
【0037】
本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、ステップＳ３２のプラズマエッチングにおいて、ソースＲＦ生成部３１ａおよびバイアスＲＦ生成部３１ｂ各々からソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号を供給する。プラズマ処理装置１は、ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号の波形に応じてプラズマ中のイオンおよびラジカル、プラズマエッチングにより発生する副生成物の量等を制御する。また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、ソースＲＦ信号の波形と、バイアスＲＦ信号の波形とをそれぞれ別個に制御する。たとえばプラズマ処理装置１は、ソースＲＦ信号がオフ状態のときにバイアスＲＦ信号をオン状態とすることができる。また、プラズマ処理装置１は、ソースＲＦ信号がオン状態のときにバイアスＲＦ信号をオフ状態とすることができる。また、プラズマ処理装置１は、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号がオン状態のときのパワーレベルを別個に制御できる。次に、ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号の波形について説明する。
【0038】
（ＲＦ信号の波形例）
図５は、実施形態に係るプラズマ処理においてＲＦ電力供給に用いるＲＦ信号の波形の一例を示す図である。
図５は、実施形態に係るプラズマ処理においてＲＦ電力供給に用いるＲＦ信号の波形の一例を示す図である。
【0039】
図５に示すタイミング図３００は、ソース電力（ソースＲＦ信号）ＰＳとバイアス電力（バイアスＲＦ信号）ＰＢとを示す。ソース電力ＰＳとは、ソースＲＦ生成部３１ａからアンテナ（コイル）１４に供給されるＲＦ電力である。また、バイアス電力ＰＢとは、バイアスＲＦ生成部３１ｂから基板支持部１１ａ中の下部電極に供給されるＲＦ電力である。ソースＲＦ生成部３１ａは、たとえば、制御部から供給される制御信号に応じてソース電力ＰＳを生成する。生成されたソース電力ＰＳは、コイルに供給される。バイアスＲＦ生成部３１ｂは、たとえば、制御部から供給される制御信号に応じてバイアス電力ＰＢを生成する。生成されたバイアス電力ＰＢは、下部電極に供給される。
【0040】
図５中、周期１００は、ソースＲＦ信号の１周期を示す。以下、各周期１００１、１００２…を区別する必要がない場合、まとめて周期１００と呼ぶ。周期２００は、バイアスＲＦ信号の１周期を示す。以下、各周期２００１、２００２、…を区別する必要がない場合、まとめて周期２００と呼ぶ。１周期はパルス信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間、すなわち、オン期間とオフ期間を合計した期間を指す。ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号は、同一周波数のパルス信号である。
【0041】
ソースＲＦ信号は、コイルにＲＦ電力が供給される状態であるソースオン状態（第１状態：図５のＰｈａｓｅ １～Ｐｈａｓｅ ３を参照）と、コイルにＲＦ電力が供給されない状態であるソースオフ状態（第２状態：図５のＰｈａｓｅ ４を参照）とを繰り返す。ソースＲＦ信号がソースオン状態のとき、ソース電力ＰＳがコイルに供給される。ソースＲＦ信号がソースオフ状態のとき、コイルには電力は供給されない、すなわち、コイルへのＲＦ電力の供給は停止される。各ソースオン状態は、少なくとも２つのソースパワーレベル（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）を有する。図５に示す例では、ソースオン状態は、第１のソース期間（Ｐｈａｓｅ １）の間の第１のソースパワーレベル（Ｈｉｇｈ）と、前記第１のソース期間（Ｐｈａｓｅ １）の後の第２のソース期間（Ｐｈａｓｅ ２，３）の間の第２のソースパワーレベル（Ｌｏｗ）とを有する。つまり、図５の例においては、第１のソースパワーレベル（Ｈｉｇｈ）は、第２のソースパワーレベル（Ｌｏｗ）よりも大きい。
【0042】
バイアスＲＦ信号は、下部電極にＲＦ電力が供給される状態であるバイアスオン状態（第１状態：図５における期間Ｄ２を除くＰｈａｓｅ ２～Ｐｈａｓｅ ３を参照）と、下部電極にＲＦ電力が供給されない状態であるオフ状態（第２状態；図５のＰｈａｓｅ ４参照）とを繰り返す。図５の例では、バイアスＲＦ信号がオン状態のとき、バイアス電力ＰＢが下部電極に供給される。バイアスＲＦ信号がオフ状態のとき、下部電極には電力は供給されない、すなわち、下部電極へのＲＦ電力の供給は停止される。各バイアスオン状態は、少なくとも２つのバイアスパワーレベル（Ｈｉｇｈ/Ｌｏｗ）を有する。図５に示す例では、バイアスオン状態は、第１のバイアス期間（期間D2を除くＰｈａｓｅ ２）の間の第１のバイアスパワーレベル（Ｈｉｇｈ）と、前記第１のバイアス期間（期間Ｄ２を除くＰｈａｓｅ ２）の後の第２のバイアス期間（Ｐｈａｓｅ ３）の間の第２のバイアスパワーレベル（Ｌｏｗ）とを有する。つまり、図５の例においては、第１のバイアスパワーレベル（Ｈｉｇｈ）は、第２のバイアスパワーレベル（Ｌｏｗ）よりも大きい。
【0043】
図５において、バイアスＲＦ信号の立ち上がり（タイミングｔＢ１）は、ソースＲＦ信号の立ち上がり（タイミングｔＳ１）に対して期間Ｄ１だけ遅延している。つまり、ソースＲＦ信号の周期１００とバイアスＲＦ信号の周期２００とは、期間Ｄ１だけずれている。ソースＲＦ信号がオン状態のハイレベル（図５中、Ｈ）からローレベル（図５中、Ｌ）に遷移（タイミングｔＳ２）してから期間Ｄ２後にバイアスＲＦ信号が立ち上がる。図５の例では、前のバイアスサイクルのバイアスオフ状態から第１のバイアスサイクル２００１におけるバイアスオン状態（Ｈｉｇｈ）への遷移タイミングｔＢ１は、第１のバイアスサイクルｔＢ１に対応する第１のソースサイクルｔＳ１におけるソースオン状態（Ｈｉｇｈ）への遷移タイミングｔＳ１に対してずれている（遅延している）。また、バイアスＲＦ信号は、第１のソース期間（Ｐｈａｓｅ １）の間にバイアスオフ期間を有する。
【0044】
次に、ソースＲＦ信号がローレベルを維持している間に、バイアスＲＦ信号はハイレベルからローレベルに遷移する（タイミングｔＢ２）。従って、第１のバイアス期間（期間Ｄ２を除くＰｈａｓｅ ２）及び第２のバイアス期間（Ｐｈａｓｅ ３）は、第２のソース期間（Ｐｈａｓｅ ２，３）と部分的に重複している。また、バイアスＲＦ信号は、第２のソース期間（Ｐｈａｓｅ ２，３）の間に第１のバイアスパワーレベル（Ｈｉｇｈ）から第２のバイアスパワーレベル（Ｌｏｗ）に遷移される、そして、ソースＲＦ信号がローレベルからオフ状態に遷移するタイミング（タイミングｔＳ３）と同時に、バイアスＲＦ信号はオフ状態に遷移する（タイミングｔＢ３）。従って、図５のＰｈａｓｅ ４において、ソースオフ状態の期間は、バイアスオフ状態の期間と重複している。
【0045】
ソースＲＦ信号はオフ状態に遷移した後、タイミングｔＳ４でオン状態に遷移し、次の周期１００２が開始する。他方、バイアスＲＦ信号は、タイミングｔＳ４ではオフ状態を維持する。そして、ソースＲＦ信号の立ち上がりから期間Ｄ１だけ遅延したタイミングｔＢ４において、バイアスＲＦ信号はオフ状態からオン状態に遷移する。
【0046】
このように、ソースＲＦ信号が状態遷移するタイミングと、バイアスＲＦ信号が状態遷移するタイミングとはずれている。図５の例では、ソースＲＦ信号がハイレベルからローレベルに遷移するタイミングと、バイアスＲＦ信号がオフ状態からオン状態に遷移するタイミングとは、期間Ｄ２だけずれている。また、ソースＲＦ信号の状態とバイアスＲＦ信号の状態とは非対称に遷移する。
【0047】
また、ソースＲＦ信号のオン期間（タイミングｔＳ１からｔＳ３まで）およびオフ期間（タイミングｔＳ３からｔＳ４まで）それぞれの長さは、バイアスＲＦ信号のオン期間（タイミングｔＢ１からｔＢ３まで）およびオフ期間（タイミングｔＢ３からｔＢ４まで）それぞれの長さと異なる。図５の例では、ソースＲＦ信号のデューティ比（１周期に対するオン期間の長さの割合）は、約７５％である。また、バイアスＲＦ信号のデューティ比は約４０％である。ただし、ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号が同一のデューティ比を有してもよい。また、ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号のデューティ比は、約３％から約９０％の範囲内でそれぞれ別個に設定可能である。ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のデューティ比についてはさらに後述する。
【0048】
ソース電力ＰＳとバイアス電力ＰＢの供給態様は、以下の４つのフェーズを推移する。
【0049】
（１）第１フェーズ（図５中１１０、成膜モード）：
第１フェーズ１１０は、パラメータセット｛ＰＳ１，ＰＢ１，ｔ１｝により定義される。ここで、ＰＳ１は、第１フェーズ１１０中に供給されるソース電力ＰＳの値である。ＰＢ１は、第１フェーズ１１０中に供給されるバイアス電力ＰＢの値である。ｔ１は、第１フェーズ１１０の期間の長さを示す。ここで、以下の関係が成立する。
ＰＳ１＞０
ＰＢ１＝０
ｔ１＞０
第１フェーズ１１０は、パラメータセット｛ＰＳ１，ＰＢ１，ｔ１｝により定義される。ここで、ＰＳ１は、第１フェーズ１１０中に供給されるソース電力ＰＳの値である。ＰＢ１は、第１フェーズ１１０中に供給されるバイアス電力ＰＢの値である。ｔ１は、第１フェーズ１１０の期間の長さを示す。ここで、以下の関係が成立する。
ＰＳ１＞０
ＰＢ１＝０
ｔ１＞０
【0050】
第１フェーズ１１０中は、ソース電力ＰＳはハイレベルでコイルに供給されるが、バイアス電力ＰＢは下部電極に供給されない。第１フェーズ１１０中は、プラズマ処理装置１の上部のみにＲＦ電力が供給されてプラズマが生成され、プラズマ中にイオンおよびラジカルが生成される。バイアス電力ＰＢも重畳して供給される場合と比較すると生成されるラジカルやイオンは少ないが、バイアス電力ＰＢによる引き込み力がないため、基板上では主として成膜が進む。
【0051】
（２）第２フェーズ（図５中１２０、高選択性エッチングモード）：
第２フェーズ１２０は、パラメータセット｛ＰＳ２，ＰＢ２，ｔ２｝および｛ＰＳ３，ＰＢ３，ｔ３｝により定義される。ここで、ＰＳ２は、第２フェーズ１２０中、期間Ｄ２の間に供給されるソース電力ＰＳの値である。ＰＢ２は、第２フェーズ１２０中、期間Ｄ２の間に供給されるバイアス電力ＰＢの値である。ｔ２は、第２フェーズ１２０中、期間Ｄ２の長さを示す。Ｄ２は、第２フェーズ１２０開始からバイアス電力ＰＢの供給が開始するまでの遅延期間の長さを示す。ここで、以下の関係が成立する。
ＰＳ１＞ＰＳ２＞０
ＰＢ２＝０
ｔ２＝Ｄ２＞０
第２フェーズ１２０は、パラメータセット｛ＰＳ２，ＰＢ２，ｔ２｝および｛ＰＳ３，ＰＢ３，ｔ３｝により定義される。ここで、ＰＳ２は、第２フェーズ１２０中、期間Ｄ２の間に供給されるソース電力ＰＳの値である。ＰＢ２は、第２フェーズ１２０中、期間Ｄ２の間に供給されるバイアス電力ＰＢの値である。ｔ２は、第２フェーズ１２０中、期間Ｄ２の長さを示す。Ｄ２は、第２フェーズ１２０開始からバイアス電力ＰＢの供給が開始するまでの遅延期間の長さを示す。ここで、以下の関係が成立する。
ＰＳ１＞ＰＳ２＞０
ＰＢ２＝０
ｔ２＝Ｄ２＞０
【0052】
また、ＰＳ３は、第２フェーズ１２０中、期間Ｄ２を除いた期間中に供給されるソース電力ＰＳの値である。ＰＢ３は、第２フェーズ１２０中、期間Ｄ２を除いた期間中に供給されるバイアス電力ＰＢの値である。また、ｔ３は、第２フェーズ１２０中、期間Ｄ２を除いた期間の長さを示す。ここで、以下の関係が成立する。
ＰＳ３＝ＰＳ２＞０
ＰＢ３＞０
ｔ３＞０
ＰＳ３＝ＰＳ２＞０
ＰＢ３＞０
ｔ３＞０
【0053】
第２フェーズ１２０開始時（タイミングｔＳ２）にソース電力ＰＳのレベルがハイレベルからローレベルに切り替わる。また、第２フェーズ１２０が開始してから期間Ｄ２経過後（タイミングｔＢ１）に、バイアス電力ＰＢがオン状態（ハイレベル）に遷移する。期間Ｄ２は、エッチング生成物の排気時間に対応する。第２フェーズ１２０中は、バイアス電力ＰＢが供給されることで、下部電極へのイオンの引き込み力（イオンエネルギー）が生じる。また、ソース電力ＰＳの供給はローレベルに移行するが継続される。このため、高い選択性でのエッチングが進む。
【0054】
（３）第３フェーズ（図５中１３０、マイルドエッチングモード）：
第３フェーズ１３０は、パラメータセット｛ＰＳ４，ＰＢ４，ｔ４｝により定義される。ここで、ＰＳ４は、第３フェーズ１３０中に供給されるソース電力ＰＳの値である。ＰＢ４は、第３フェーズ１３０中に供給されるバイアス電力ＰＢの値である。ｔ４は、第３フェーズ１３０の期間の長さを示す。ここで以下の関係が成立する。
ＰＳ２＝ＰＳ３＝ＰＳ４
ＰＢ３＞ＰＢ４＞０
ｔ４＞０
第３フェーズ１３０は、パラメータセット｛ＰＳ４，ＰＢ４，ｔ４｝により定義される。ここで、ＰＳ４は、第３フェーズ１３０中に供給されるソース電力ＰＳの値である。ＰＢ４は、第３フェーズ１３０中に供給されるバイアス電力ＰＢの値である。ｔ４は、第３フェーズ１３０の期間の長さを示す。ここで以下の関係が成立する。
ＰＳ２＝ＰＳ３＝ＰＳ４
ＰＢ３＞ＰＢ４＞０
ｔ４＞０
【0055】
第３フェーズ１３０開始時（タイミングｔＢ２）に、バイアス電力ＰＢはハイレベルからローレベルに切り替わる。他方、ソース電力ＰＳはローレベルのまま維持される。このため、プラズマ処理空間１０ｓ中のラジカルおよびイオンの量は大きく減少しないが、基板へのイオンの引き込み力（イオンエネルギー）が減少する。このため、凹部ＯＰの底部ではエッチングが抑制され、凹部ＯＰの底部よりも頂部付近がエッチングされて、堆積物による開口閉塞が防止される。
【0056】
（４）第４フェーズ（図５中１４０、排気モード）：
第４フェーズ１４０は、パラメータセット｛ＰＳ５，ＰＢ５，ｔ５｝により定義される。ここで、ＰＳ５は、第４フェーズ１４０中に供給されるソース電力ＰＳの値である。ＰＢ５は、第４フェーズ１４０中に供給されるバイアス電力ＰＢの値である。ｔ５は、第４フェーズ１４０の期間の長さを示す。ここで以下の関係が成立する。
ＰＳ５＝ＰＢ５＝０
ｔ５＞０
第４フェーズ１４０は、パラメータセット｛ＰＳ５，ＰＢ５，ｔ５｝により定義される。ここで、ＰＳ５は、第４フェーズ１４０中に供給されるソース電力ＰＳの値である。ＰＢ５は、第４フェーズ１４０中に供給されるバイアス電力ＰＢの値である。ｔ５は、第４フェーズ１４０の期間の長さを示す。ここで以下の関係が成立する。
ＰＳ５＝ＰＢ５＝０
ｔ５＞０
【0057】
第４フェーズ１４０開始時（タイミングｔＳ３，ｔＢ３）に、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢはともにオフ状態に遷移する。このため、プラズマ処理空間１０ｓ内でのプラズマの生成が停止し、ラジカル密度、イオン密度、イオンエネルギーがいずれも減少していく。このとき、排気システム４０は動作を継続しているため、プラズマ処理空間１０ｓ内からラジカルや副生成物が徐々に排気されていく。
【0058】
第４フェーズの後、再び第１フェーズに戻り、ソース電力ＰＳが印加される。ソース電力ＰＳの印加により、再びプラズマが生成される。
【0059】
このように実施形態に係るプラズマ処理では、ソース電力ＰＳとバイアス電力ＰＢを異なるタイミングで状態遷移させる。また、ソース電力ＰＳとバイアス電力ＰＢは非対称な状態に遷移する。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置１は、プラズマ処理空間１０ｓ内のプラズマの状態を、所望のプラズマ処理に適した状態に制御することができる。このため、プラズマ処理装置１は、効率的に基板上に所望形状のパターンを形成できる。プラズマ処理装置１は、たとえば図５のパルス波形を有するソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号を用いることで、プラズマ処理空間１０ｓ内のイオン、ラジカルおよび副生成物の状態を制御しつつ垂直方向のエッチングを実現できる。このため、プラズマ処理装置１は、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
【0060】
図５の例においては、以下の関係が成立する。
ＰＳ１＞ＰＳ２＝ＰＳ３＝ＰＳ４＞０
ＰＢ３＞ＰＢ４＞０
ＰＢ１＝ＰＢ２＝ＰＢ５＝ＰＳ５＝０
ｔ１＞０
ｔ２＝Ｄ２＞０
ｔ３＞０
ｔ４＞０
ｔ５＞０
ただし、本実施形態は上記の関係が成立する場合だけでなく、他の関係においても適用できる。他の関係については変形例として後述する。
ＰＳ１＞ＰＳ２＝ＰＳ３＝ＰＳ４＞０
ＰＢ３＞ＰＢ４＞０
ＰＢ１＝ＰＢ２＝ＰＢ５＝ＰＳ５＝０
ｔ１＞０
ｔ２＝Ｄ２＞０
ｔ３＞０
ｔ４＞０
ｔ５＞０
ただし、本実施形態は上記の関係が成立する場合だけでなく、他の関係においても適用できる。他の関係については変形例として後述する。
【0061】
図６は、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢの値とプラズマの状態を示す物理量との関係について説明するための図である。
【0062】
図６の（Ａ）に示す波形例は、実験用に設定した波形例である。図６の波形例について、期間１～４に分けて説明する。期間１、２、３に対応して、ソース電力ＰＳの値は、ハイレベル、ミドルレベル、ローレベルの順に遷移する。期間３と期間４の間はソース電力ＰＳの値は変わらない。期間１～４に対応して、バイアス電力ＰＢの値は、ハイレベル、ミドルレベル、ハイレベル、ローレベルの順に遷移する。
【0063】
図６の（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）はそれぞれ、（Ａ）の電力値の変化に対応する、プラズマ処理空間１０ｓ内のイオン密度Γｉ、ラジカル密度Γｒ、イオンエネルギーεｉおよび副生成物密度Γｂｐの変化を示す。
【0064】
誘導結合型、波励起型、ＥＣＲ型の場合、反応種の生成量はソース電力ＰＳと相関関係にあるといってよい。このため、プラズマ処理の開始時にまず反応種を生成する段階で、ソース電力ＰＳを高いレベルに設定している。また、イオン密度Γｉやラジカル密度Γｒも、ソース電力ＰＳの供給量が多い期間１において増加している。このため、期間１のように、ソース電力ＰＳを高いレベルで供給することが、効率的な成膜やエッチングに効果的といえる。
【0065】
しかし、ソース電力ＰＳを高いレベルで供給し続けると、副生成物密度Γｂｐも増加していく。Γｂｐは、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢをともにハイレベルからミドルレベルに下げた期間２において増加している。これは、バイアス電力ＰＢが相対的に高くなったことで、増加したイオンエネルギーによりエッチングの効果が強くなり、エッチングにより生じる副生成物が増加したと考えられる。イオンエネルギーは、バイアス電力ＰＢをハイレベルに戻した期間３においてスパイク状に増加している。期間３では、ソース電力ＰＳはローレベルとなっているがラジカル密度Γｒは大幅な減少は見られない。イオン密度Γｉは徐々に減少している。そして、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがともにローレベルとなる期間４では、ラジカル密度Γｒ以外の３つの物理量はいずれも減少し、０に近づく。特に、イオンエネルギーがεｉと副生成物密度Γｂｐは大幅に減少する。
【0066】
期間１のように、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢを同時に高レベルで供給することで、ラジカルおよびイオンの量を迅速に増加させることができる。このため、プラズマ処理開始時にはソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢを高レベルに供給することが好ましいと考えられる。
【0067】
次に期間２のように、ソース電力ＰＳのレベルを下げると、イオンは減少してもラジカルの量はさほど変化しない。他方、バイアス電力ＰＢが相対的に高いレベルに維持されると、イオンエネルギーを増加させることができる。このため、バイアス電力ＰＢのレベル制御によって、イオン入射角を調整して垂直方向のエッチングを効果的に実現できる。また、期間１中にバイアス電力ＰＢのレベルを先に低くし、一定の遅延後にソース電力ＰＳのレベルを下げていることは、イオンエネルギーや副生成物の量に影響していると考えられる。このため、ソース電力ＰＳのレベルの切換タイミングを調整することで、副生成物の量やイオンエネルギーの変動を制御できると考えられる。また、バイアス電力ＰＢのレベルを調整することでイオンエネルギーを制御でき、イオンとラジカルの比率を調整できると言える。このため、バイアス電力ＰＢのレベル調整により、さらにエッチング角度を調整して効果的にパターンをエッチングすることが可能である。
【0068】
また、期間３のように、バイアス電力ＰＢをハイレベルに戻したときにスパイク状にイオンエネルギーが増加することは、エッチングの際のイオン入射角を基板表面に対して垂直に近づける。このため、バイアス電力ＰＢのレベル調整は、パターン底部のエッチングを効果的に実現するためにも有用と言える。図６の波形例からは、相対的にソース電力ＰＳをローレベルにし、バイアス電力ＰＢをハイレベルにすることが、垂直にパターン側壁をエッチングするために有用と考えられる。期間３におけるスパイク状のイオンエネルギーの増加は、基板上の凹部ＯＰ底部のコーナーのエッチングに効果的といえる。
【0069】
さらに、期間４のように、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢをともに低いレベルに設定すれば、副生成物を高速で排気できると考えられる。
【0070】
また、図６の波形のうち、期間２，４のソース電力ＰＳのレベル、期間２～４のバイアス電力ＰＢのレベルを調整すれば、さらにパターン中エッチングが進む位置や角度を調整できると考えられる。
【0071】
図５の波形例では、第１フェーズ１１０においてソース電力ＰＳをハイレベルで供給して反応種を生成した後に、第２フェーズ１２０でソース電力ＰＳをローレベルに下げる。その段階でバイアス電力ＰＢをハイレベルで供給することでイオンエネルギーを上げて相対的に基板への引き込み（バイアス）力を強くしてエッチングを進める。その後、第３フェーズでバイアス電力ＰＢをローレベルに切換え、引き込み力を弱めてパターン頂部側をエッチングして閉塞を防ぐ。その後、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢの両方をオフ状態に移行させて開口等に滞留している副生成物を排気する。
【0072】
このように、ソース電力ＰＳとバイアス電力ＰＢ各々のレベルを、形成するパターンの形状に合わせて組み合わせてシーケンス化することにより、多様なパターン形成に適したＲＦ電力の供給が実現できる。
【0073】
図７は、実施形態に係るプラズマ処理に用いるＲＦ信号の３レベル波形の他の例を説明するための図である。図７の波形例では、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢのレベルをそれぞれ、ローレベル、ハイレベル、オフ状態の順に遷移させる。ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがオフ状態からオン状態に遷移するタイミングは同一である。また、ソース電力ＰＳがローレベルからハイレベルに遷移するタイミングは、バイアス電力ＰＢがローレベルからハイレベルに遷移するタイミングから期間Ｄ３だけ遅延する。また、バイアス電力ＰＢがハイレベルからオフ状態に遷移するタイミングは、ソース電力ＰＳがハイレベルからオフ状態に遷移するタイミングから期間Ｄ４だけ遅延する。
【0074】
【0075】
第１フェーズ１１０においては、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがともにローレベルで供給される。このため、反応種が生成され、かつ、イオンエネルギーが生成されて引き込み力が生じる。バイアス電力ＰＢはローレベルで供給されるため、パターン頂部付近が徐々にエッチングされる。このため、急速なエッチングにより生成物が開口を閉塞する等の異常が抑制される。
【0076】
バイアス電力ＰＢは、第１フェーズ１１０が終了する前にローレベルからハイレベルに遷移する。このため、第２フェーズ１２０の開始前にイオンエネルギーが上昇する。そして、第２フェーズ１２０に入ると、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがともにハイレベルとなり、エッチングが進む。
【0077】
次に、第３フェーズ１３０が開始するとまず、ソース電力ＰＳがオフ状態に遷移する。このため、バイアス電力ＰＢのみがハイレベルで印加される状態となり、パターン底部がエッチングされて垂直方向にパターン形状が補正される。
【0078】
次に、第４フェーズ１４０は、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがともにオフ状態となる。このため、プラズマ処理空間１０ｓ内の副生成物等の排気が進む。そして、次の周期１００２が開始するときまでに、エッチング効果の妨げとなる副生成物が排気される。
【0079】
図７の例においては、各フェーズのパラメータセットの関係は以下のようになる。第１フェーズ１１０は、パラメータセット｛ＰＳ１，ＰＢ１，ｔ１｝および｛ＰＳ２，ＰＢ２，ｔ２｝により定義される。第２フェーズ１２０は、パラメータセット｛ＰＳ３，ＰＢ３，ｔ３｝により定義される。第３フェーズ１３０は、パラメータセット｛ＰＳ４，ＰＢ４，ｔ４｝および｛ＰＳ５，ＰＢ５，ｔ５｝により定義される。第４フェーズ１４０は、パラメータセット｛ＰＳ６，ＰＢ６，ｔ６｝により定義される。
【0080】
パラメータセットは各フェーズ中、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢが一定値の期間ごとに規定される。図７の例では、６つのパラメータセットが規定される。
【0081】
第１のパラメータセット｛ＰＳ１，ＰＢ１，ｔ１｝は、第１フェーズ中、ソース電力ＰＳがローレベル、バイアス電力ＰＢがローレベルの期間に対応する。したがって、以下の関係が成立する。
ＰＳ１＝ＰＳＬ
ＰＢ１＝ＰＢＬ
ｔ１＞０
ＰＳ１＝ＰＳＬ
ＰＢ１＝ＰＢＬ
ｔ１＞０
【0082】
第２のパラメータセット｛ＰＳ２，ＰＢ２，ｔ２｝は、第１フェーズ中、ソース電力ＰＳがローレベル、バイアス電力ＰＢがハイレベルの期間に対応する。したがって、以下の関係が成立する。
ＰＳ２＝ＰＳＬ
ＰＢ２＝ＰＢＨ
ｔ２＝Ｄ３＞０
ＰＳ２＝ＰＳＬ
ＰＢ２＝ＰＢＨ
ｔ２＝Ｄ３＞０
【0083】
第３のパラメータセット｛ＰＳ３，ＰＢ３，ｔ３｝は、第２フェーズのソース電力ＰＳがハイレベル、バイアス電力ＰＢがハイレベルの期間に対応する。したがって、以下の関係が成立する。
ＰＳ３＝ＰＳＨ
ＰＢ３＝ＰＢＨ
ｔ３＞０
ＰＳ３＝ＰＳＨ
ＰＢ３＝ＰＢＨ
ｔ３＞０
【0084】
第４のパラメータセット｛ＰＳ４，ＰＢ４，ｔ４｝は、第３フェーズ中、ソース電力ＰＳがオフ状態、バイアス電力ＰＢがハイレベルの期間に対応する。したがって、以下の関係が成立する。
ＰＳ４＝ＰＳＯＦＦ
ＰＢ４＝ＰＢＨ
ｔ４＝Ｄ４＞０
ＰＳ４＝ＰＳＯＦＦ
ＰＢ４＝ＰＢＨ
ｔ４＝Ｄ４＞０
【0085】
第５のパラメータセット｛ＰＳ５，ＰＢ５，ｔ５｝は、第３フェーズ中、ソース電力ＰＳがオフ状態、バイアス電力ＰＢがオフ状態の期間に対応する。したがって、以下の関係が成立する。
ＰＳ５＝ＰＳＯＦＦ
ＰＢ５＝ＰＢＯＦＦ
ｔ５＞０
ＰＳ５＝ＰＳＯＦＦ
ＰＢ５＝ＰＢＯＦＦ
ｔ５＞０
【0086】
第６のパラメータセット｛ＰＳ６，ＰＢ６，ｔ６｝は、第４フェーズ中、ソース電力ＰＳがオフ状態、バイアス電力ＰＢがオフ状態の期間に対応する。したがって、以下の関係が成立する。
ＰＳ６＝ＰＳＯＦＦ
ＰＢ６＝ＰＢＯＦＦ
ｔ６＞０
ＰＳ６＝ＰＳＯＦＦ
ＰＢ６＝ＰＢＯＦＦ
ｔ６＞０
【0087】
まとめると、以下の関係が成立する。
ＰＳ３＞ＰＳ１＝ＰＳ２＞０＝ＰＳ４＝ＰＳ５＝ＰＳ６
ＰＢ２＝ＰＢ３＝ＰＢ４＞ＰＢ１＞０＝ＰＢ５＝ＰＢ６
このように、図７の例では、第１のバイアスサイクル（２００１）におけるバイアスオフ状態への遷移タイミング（ｔＢ１）は、第１のバイアスサイクル（２００１）に対応する第１のソースサイクル（１００１）におけるソースオフ状態への遷移タイミング（ｔＳ１）に対してずらされる（遅延される）。
ＰＳ３＞ＰＳ１＝ＰＳ２＞０＝ＰＳ４＝ＰＳ５＝ＰＳ６
ＰＢ２＝ＰＢ３＝ＰＢ４＞ＰＢ１＞０＝ＰＢ５＝ＰＢ６
このように、図７の例では、第１のバイアスサイクル（２００１）におけるバイアスオフ状態への遷移タイミング（ｔＢ１）は、第１のバイアスサイクル（２００１）に対応する第１のソースサイクル（１００１）におけるソースオフ状態への遷移タイミング（ｔＳ１）に対してずらされる（遅延される）。
【0088】
図８は、実施形態に係るプラズマ処理に用いるＲＦ信号の４レベル波形の一例を説明するための図である。図８の波形例は、図５および図７の波形例とは異なり、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがそれぞれ、４つのレベルに遷移する。４つのレベルは、オフ状態と、３つのオン状態すなわちハイレベル、ミドルレベルおよびローレベルを含む。ソース電力ＰＳは１周期１００中、ハイレベル、ミドルレベル、ローレベル、オフ状態の順に遷移する。他方、バイアス電力ＰＢは１周期２００中、ミドルレベル、ローレベル、ハイレベル、オフ状態の順に遷移する。図８に示す例では、ソースオン状態（１１０，１２０，１３０）は、第１のソース期間（１１０）の間の第１のソースパワーレベル（Ｈｉｇｈ）と、第２のソース期間（１２０）の間の第２のソースパワーレベル（Ｍｉｄｄｌｅ）と、第３のソース期間（１３０）の間の第３のソースパワーレベル（Ｌｏｗ）とを有する。第１のソースパワーレベル（Ｈｉｇｈ）は、第３のソースパワーレベル（Ｌｏｗ）よりも大きく、第２のソースパワーレベル（Ｍｉｄｄｌｅ）は、第１のソースパワーレベル（Ｈｉｇｈ）と第３のソースパワーレベル（Ｌｏｗ）との間の大きさである。バイアスオン状態（１５０，１６０，１７０，１８０）は、第１のバイアス期間（１５０，１６０）の間の第１のバイアスパワーレベル（Ｍｉｄｄｌｅ）と、第２のバイアス期間（１７０）の間の第２のバイアスパワーレベル（Ｌｏｗ）と、第３のバイアス期間（１８０）の間の第３のバイアスパワーレベル（Ｈｉｇｈ）とを有する。第３のバイアスパワーレベル（Ｈｉｇｈ）は、第２のバイアスパワーレベル（Ｌｏｗ）よりも大きく、第１のソースパワーレベル（Ｍｉｄｄｌｅ）は、第２のソースパワーレベル（Ｌｏｗ）と第３のソースパワーレベル（Ｈｉｇｈ）との間の大きさである。
【0089】
また、図８の例では、ソースＲＦ信号の１周期１００はソース電力ＰＳとバイアス電力ＰＢのレベルの組み合わせに応じて、第１フェーズ１１０、第２フェーズ１２０、第３フェーズ１３０、第４フェーズ１４０および第５フェーズ１５０の５つの期間に分けられる。
【0090】
図８の例では、ソース電力ＰＳがオフ状態からオン状態に遷移するタイミングは、バイアス電力ＰＢがオフ状態からオン状態に遷移するタイミングに対して、期間Ｄ５だけ遅延する。逆にいうと、バイアスＲＦ信号の立ち上がりは、ソースＲＦ信号の立ち上がりに対して期間Ｄ６だけ遅延する。その他の状態遷移のタイミングは、ソース電力ＰＳとバイアス電力ＰＢとで一致している。
【0091】
第１フェーズ１１０では、ソース電力ＰＳがオフ状態からハイレベルに遷移する。バイアス電力ＰＢはミドルレベルで供給される。第２フェーズ１２０に入ると、ソース電力ＰＳはハイレベルからミドルレベルに遷移する。他方、バイアス電力ＰＢは、ミドルレベルからローレベルに遷移する。次の第３フェーズ１３０に入ると、ソース電力ＰＳはミドルレベルからローレベルに遷移する。他方、バイアス電力ＰＢは、ローレベルからハイレベルに遷移する。そして、第４フェーズ１４０では、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがともにオフ状態に遷移する。次の第５フェーズ１５０では、バイアス電力ＰＢのみがオフ状態からミドルレベルに遷移し、ソース電力ＰＳはオフ状態を維持する。
【0092】
第１フェーズ１１０では、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがともに供給されてプラズマ処理空間１０ｓ中に反応種が生成される。このためエッチングが進む。
【0093】
第２フェーズ１２０では、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがともに相対的に低いレベルに切り替わる。このため、生成される反応種の量が減少し、それに伴って生成される副生成物の量が減少する。
【0094】
第３フェーズ１３０では、ソース電力ＰＳは減じられるのに対して、バイアス電力ＰＢがハイレベルに切り替えられる。このため、図６の期間３と同様に、イオンエネルギーがスパイク状に増加し、パターン底部のコーナーがエッチングされる。このため、第３フェーズはパターン側壁を垂直にする役割を果たす。
【0095】
第４フェーズ１４０では、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがともにオフ状態に遷移する。このため、プラズマ処理空間１０ｓ内の副生成物やラジカルが排気される。
【0096】
第５フェーズ１５０では、バイアス電力ＰＢのみがミドルレベルで供給される。この時点では、プラズマ処理空間１０ｓ内にラジカルが残存しているため、イオンエネルギーの引き込み力によりエッチングが緩やかに進み開口閉塞が防止される。
【0097】
【0098】
図８の例においては、各フェーズのパラメータセットの関係は以下のようになる。第１フェーズ１１０は、パラメータセット｛ＰＳ１，ＰＢ１，ｔ１｝により定義される。第２フェーズ１２０は、パラメータセット｛ＰＳ２，ＰＢ２，ｔ２｝により定義される。第３フェーズ１３０は、パラメータセット｛ＰＳ３，ＰＢ３，ｔ３｝により定義される。第４フェーズ１４０は、パラメータセット｛ＰＳ４，ＰＢ４，ｔ４｝により定義される。第５フェーズ１５０は、パラメータセット｛ＰＳ５，ＰＢ５，ｔ５｝により定義される。
【0099】
ここで、以下の関係が成立する。
ＰＳ１＞ＰＳ２＞ＰＳ３＞０
ＰＳ４＝ＰＳ５＝０
ＰＢ３＞ＰＢ１＝ＰＢ５＞ＰＢ２＞０
ＰＢ４＝０
ｔ１＞０
ｔ２＞０
ｔ３＞０
ｔ４＞０
ｔ５＝Ｄ５＞０
ＰＳ１＞ＰＳ２＞ＰＳ３＞０
ＰＳ４＝ＰＳ５＝０
ＰＢ３＞ＰＢ１＝ＰＢ５＞ＰＢ２＞０
ＰＢ４＝０
ｔ１＞０
ｔ２＞０
ｔ３＞０
ｔ４＞０
ｔ５＝Ｄ５＞０
【0100】
（デューティ比）
ところで、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のオン状態のデューティ比は、約３％から９０％の範囲で別個に設定可能である旨、説明した。
ところで、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のオン状態のデューティ比は、約３％から９０％の範囲で別個に設定可能である旨、説明した。
【0101】
たとえば３レベル波形の場合、ソースＲＦ信号のハイレベルでのオン状態のデューティ比は、約５％から約５０％の範囲内で設定可能である。また、ソースＲＦ信号のローレベルでのオン状態のデューティ比は、０％から約４５％の範囲内で設定可能である。また、ソースＲＦ信号のオフ状態のデューティ比は、約５％から約９０％の範囲内で設定可能である。
【0102】
また、バイアスＲＦ信号のハイレベルでのオン状態のデューティ比は、約５％から約５０％の範囲内で設定可能である。また、バイアスＲＦ信号のローレベルでのオン状態のデューティ比は、０％から約４５％の範囲内で設定可能である。また、バイアスＲＦ信号のオフ状態のデューティ比は、約５％から約９０％の範囲内で設定可能である。
【0103】
また、ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号とが同時にオフ状態となる期間の長さは、デューティ比約５％から約９０％の範囲で設定可能である。この期間はたとえば、約０マイクロ秒から約５００マイクロ秒の範囲内、さらに好ましくは、約１０マイクロ秒から約５０ミリ秒の範囲内で設定可能である。また、この期間は、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のデューティ比で約１０％から約５０％の範囲内に設定してもよい。
【0104】
（ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号との間の遅延）
図５と図８の波形例では、ソースＲＦ信号の立ち上がりとバイアスＲＦ信号の立ち上がりとの間に遅延を設けた。遅延はたとえば、１周期に対して－１００％から＋１００％までの範囲内で任意に設定可能である。ここで、－１００％から＋１００％は、ソースＲＦ信号の立下りからバイアスＲＦ信号の立ち上がりまでを基準として設定する。図９Ａ～図９Ｄは、実施形態のＲＦ信号における遅延について説明するための図である。図９Ａ～図９Ｄは、図５の波形例における遅延の設定例である。
図５と図８の波形例では、ソースＲＦ信号の立ち上がりとバイアスＲＦ信号の立ち上がりとの間に遅延を設けた。遅延はたとえば、１周期に対して－１００％から＋１００％までの範囲内で任意に設定可能である。ここで、－１００％から＋１００％は、ソースＲＦ信号の立下りからバイアスＲＦ信号の立ち上がりまでを基準として設定する。図９Ａ～図９Ｄは、実施形態のＲＦ信号における遅延について説明するための図である。図９Ａ～図９Ｄは、図５の波形例における遅延の設定例である。
【0105】
図９Ａは、ソースＲＦ信号の立ち下がりとバイアスＲＦ信号の立ち上がりが一致している場合である。ここでは、このような場合を遅延０％と定義する。
【0106】
図９Ｂは、ソースＲＦ信号の立ち下がりとバイアスＲＦ信号の立ち上がりが、ソースＲＦ信号のオン状態分だけソース信号の立ち上がりより前にずれている場合である。ソースＲＦ信号のオン状態のデューティ比をＡ％とすると、この場合の遅延は－Ａ％である。
【0107】
図９Ｃは、図９Ｂと同様、ソースＲＦ信号の立ち下がりとバイアスＲＦ信号の立ち上がりが、ソースＲＦ信号のオン状態分だけずれている場合である。ただし、図９Ｃでは、ソースＲＦ信号の立下りが先、バイアスＲＦ信号の立ち上がりが後である。この場合の遅延は＋Ａ％である。
【0108】
図９Ｄは、ソースＲＦ信号の立ち下りとバイアスＲＦ信号の立ち上がりが、＋１００％遅延している場合である。すなわち、ソースＲＦ信号の１周期分だけ、バイアスＲＦ信号の立ち上がりがソースＲＦ信号の立下りより後になっている。
【0109】
これらの例から分かるように、ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号を重畳させる態様は特に限定されない。
【0110】
（ＲＦ電力供給の流れ）
図１０は、実施形態に係るプラズマ処理のＲＦ電力供給におけるパワーレベルの組み合わせシーケンスについて説明するための図である。
図１０は、実施形態に係るプラズマ処理のＲＦ電力供給におけるパワーレベルの組み合わせシーケンスについて説明するための図である。
【0111】
図１０は、図５、図７および図８の波形例におけるパワーレベルの組み合わせシーケンスをまとめている。図１０中、ハイレベル、ミドルレベル、ローレベル、オフ状態をそれぞれ、Ｈ，Ｍ，Ｌ，ＯＦＦと表示する。図１０に示すように、図５の３レベル波形の場合、｛ＰＳ，ＰＢ｝は、｛Ｈ，ＯＦＦ｝、｛Ｌ，Ｈ｝、｛Ｌ，Ｌ｝、｛ＯＦＦ，ＯＦＦ｝の順に推移する。図７の３レベル波形の場合、｛ＰＳ，ＰＢ｝は、｛Ｌ，Ｌ｝、｛Ｌ，Ｈ｝、｛Ｈ，Ｈ｝、｛ＯＦＦ，Ｈ｝、｛ＯＦＦ，ＯＦＦ｝の順に推移する。また、図８の４レベル波形の場合、｛ＰＳ，ＰＢ｝は、｛Ｈ，Ｍ｝、｛Ｍ，Ｌ｝、｛Ｌ，Ｈ｝、｛ＯＦＦ，ＯＦＦ｝、｛ＯＦＦ，Ｍ｝の順に推移する。
【0112】
各波形に共通している点は以下の通りである。
（１）ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢの双方がオフ状態の期間がある。
（２）ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがともにオン状態であり、かつレベルが異なる期間がある。
（３）ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢのいずれか一方がオフ状態であり、他方がオン状態の期間がある。
（１）ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢの双方がオフ状態の期間がある。
（２）ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢがともにオン状態であり、かつレベルが異なる期間がある。
（３）ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢのいずれか一方がオフ状態であり、他方がオン状態の期間がある。
【0113】
このように、本実施形態に係るプラズマ処理方法は、ソース電力ＰＳとバイアス電力ＰＢの供給態様、たとえば、各々のレベルの組み合わせを複数パターン設けている。このため、本実施形態に寄ればプラズマ処理の進行度合いに応じてプラズマ処理空間１０ｓ内のプラズマの状態を細かく制御してプラズマ処理を実行できる。このため、本実施形態によれば、基板上のパターン形状の異常を防止しつつプラズマエッチングを実現できる。
【0114】
【0115】
まず、制御部の制御下で、ＲＦ電力供給部３１は第１パラメータセット｛ＰＳ１，ＰＢ１，ｔ１｝に規定されるＲＦ電力供給を実行する（ステップＳ１１１０）。
【0116】
次に、制御部の制御下で、ＲＦ電力供給部３１は第２パラメータセット｛ＰＳ２，ＰＢ２，ｔ２｝により規定されるＲＦ電力供給を実行する（ステップＳ１１２０）。
【0117】
次に、制御部の制御下で、ＲＦ電力供給部３１は第３パラメータセット｛ＰＳ３，ＰＢ３，ｔ３｝により規定されるＲＦ電力供給を実行する（ステップＳ１１３０）。
【0118】
次に、制御部の制御下で、ＲＦ電力供給部３１は第４パラメータセット｛ＰＳ４，ＰＢ４，ｔ４｝により規定されるＲＦ電力供給を実行する（ステップＳ１１４０）。
【0119】
次に、制御部の制御下で、ＲＦ電力供給部３１は第５パラメータセット｛ＰＳ５，ＰＢ５，ｔ５｝により規定されるＲＦ電力供給を実行する（ステップＳ１１５０）。
【0120】
ステップＳ１１１０～Ｓ１１５０は１サイクルとして実行される。ステップＳ１１５０の後に続けてステップＳ１１１０に戻ってサイクルが再度実行されてもよい。
【0121】
なお、上記第１～第５パラメータセットのうち、いずれか２つが同一であってもよい。この場合、図５の３レベル波形に基づくＲＦ電力供給が実行できる。
【0122】
また、上記第１～第５のパラメータセットのうち、少なくとも一つのパラメータセットにおいて、｛ＰＳＸ，ＰＢＸ｝（ただしＸは１から５の任意の整数）は｛ＰＳＯＦＦ，ＰＢＯＦＦ｝であってよい。この場合、図５，７，８の波形例のように、いずれかのフェーズにおいてソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢの供給を共に停止できる。
【0123】
また、上記第１～第５のパラメータセットのうち、少なくとも一つのパラメータセットにおいて、｛ＰＳＹ，ＰＢＹ｝（ただし、Ｙ≠Ｘ、かつ、Ｙは１から５の整数）は｛ＰＳα，ＰＢβ｝であってよい。ただし、α≠β、かつ、αおよびβは、Ｈ，Ｌ，Ｍのいずれか一つである。この場合、図５，７，８の波形例のように、いずれかのフェーズにおいて、ソース電力ＰＳとバイアス電力ＰＢとを異なるレベルで供給できる。
【0124】
また、上記第１～第５のパラメータセットのうち、少なくとも一つのパラメータセットにおいて、｛ＰＳＺ，ＰＢＺ｝（ただし、Ｚ≠Ｘ、Ｚ≠Ｙ、かつ、Ｚは１から５の整数）は｛ＰＳγ，ＰＢδ｝（ただし｛γ，δ｝≠｛α，β｝）、であってよい。ただし、γおよびδのうち一方がＯＦＦ、他方がＨ，Ｌ，Ｍのいずれか一つである。この場合、図５，７，８の波形例のように、いずれかのフェーズにおいて、ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢの一方の供給を停止して他方の供給を実行できる。
【0125】
なお、上記の実施形態および変形例の一部は適宜変更してもよい。以下に考えられる変形態様を記載する。
【0126】
（他の実施形態）
ソース電力ＰＳは、交流（ＡＣ）電力であってもよい。また、ソース電力ＰＳは、ＲＦ電力であっても、ＶＨＦ（Very High Frequency）電力であってもよい。ソース電力ＰＳはたとえば、約６０ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲内のＲＦ電力であってもよい。また、ソース電力ＰＳはたとえば、約２５ＭＨｚから約６０ＭＨｚの範囲内のＲＦ電力であってもよい。ソース電力ＰＳはたとえば、２７ＭＨｚであってもよい。本実施形態において、ソース電力ＰＳは、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）を生成する。ソース電力ＰＳはたとえば、ヘリカルアンテナと結合してプラズマを生成する。
ソース電力ＰＳは、交流（ＡＣ）電力であってもよい。また、ソース電力ＰＳは、ＲＦ電力であっても、ＶＨＦ（Very High Frequency）電力であってもよい。ソース電力ＰＳはたとえば、約６０ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲内のＲＦ電力であってもよい。また、ソース電力ＰＳはたとえば、約２５ＭＨｚから約６０ＭＨｚの範囲内のＲＦ電力であってもよい。ソース電力ＰＳはたとえば、２７ＭＨｚであってもよい。本実施形態において、ソース電力ＰＳは、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）を生成する。ソース電力ＰＳはたとえば、ヘリカルアンテナと結合してプラズマを生成する。
【0127】
バイアス電力ＰＢは、交流（ＡＣ）電力であってもよい。また、バイアス電力ＰＢは、直流（ＤＣ）パルス電力であってもよい。バイアス電力ＰＢは、ＲＦ電力、ＨＦ（High Frequency）電力、ＭＦ（Medium Frequency）電力のいずれかであってもよい。バイアス電力ＰＢはたとえば、約２００ｋＨｚから約６００ｋＨｚの範囲内の周波数の電力であってよい。バイアス電力ＰＢはたとえば４００ｋＨｚであってもよい。また、バイアス電力ＰＢはたとえば、約６００ｋＨｚから約１３ＭＨｚの範囲内の電力であってもよい。
【0128】
ソース電力ＰＳおよびバイアス電力ＰＢは各々、各周期において、単一パルスとして、または連続パルスとして印加されてよい。たとえば、第１フェーズにおいて、期間ｔ１に印加されるソース電力ＰＳ１は単一パルスであってもよく、連続パルスであってもよい。同様に、期間ｔ３に印加されるバイアス電力ＰＢ３は単一パルスであってもよく、連続パルスであってもよい。
【0129】
プラズマ処理チャンバ１０には、予め定められたプラズマ処理に応じて選択される流量で、ガスが供給される。１周期中、実質的に同一の流量でガスがプラズマ処理チャンバ１０に供給される。供給されるガスはたとえば、臭化水素（ＨＢｒ）を含む。また、供給されるガスはたとえば、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）等の希ガスを含む。また、供給されるガスはたとえば、酸素（Ｏ２）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、塩素（Ｃｌ２）、テトラクロロメタン（ＣＣｌ４）等を含んでもよい。
【0130】
実施形態に係るプラズマ処理中に生成される副生成物は、プラズマ処理チャンバ１０内のガスおよび基板の組成物に含まれる１以上の種の元素を含む化合物であってよい。たとえば、シリコン基板とＨＢｒガスを用いる場合は、ＳｉＢｒｘを含有する副生成物が形成されうる。他にフッ化シリコン（ＳｉＦｘ）、塩化シリコン（ＳｉＣｌｘ）等のシリコン含有残渣や、（フォトレジスト、有機膜、プリカーサを用いた処理の場合には）フルオロカーボン（ＣＦｘ）、ハイロドフルオロカーボン（ＣＨｘＦｙ）等の炭素含有残渣なども副生成物として形成されうる。
【0131】
実施形態においてエッチングの対象とする膜およびエッチングに用いるマスクの材料は特に限定されない。たとえば、下地層Ｌ１（図４参照）はシリコンウエハであってよい。エッチング対象層Ｌ２は、誘電体膜たとえばシリコン含有誘電体膜であってもよい。エッチング対象層Ｌ２は複数種類の膜を積層して形成されてもよい。たとえば、エッチング対象層Ｌ２は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が順次積層された層であってもよい。エッチング対象層Ｌ２は、シリコン酸化膜とポリシリコン膜が順次積層された層であってもよい。マスクＭＬは、カーボン含有膜であってよい。カーボン含有膜はアモルファスカーボン層（ＡＣＬ）、スピンオンカーボン膜（ＳＯＣ）で形成されてもよい。またはマスクＭＫは金属膜で形成されてもよい。また、図４には図示しないが、マスクＭＫの上にマスクＭＫと同様の開口パターンが形成されたシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）や裏面反射防止膜（ＢＡＲＣ）が存在してもよい。
【0132】
実施形態に係るプラズマ処理方法において、エッチング対象層Ｌ２がシリコン含有誘電体膜である場合は、マスクＭＫはＡＣＬ、ＳＯＣ等のカーボン含有膜であってよい。また、エッチング対象層Ｌ２がポリシリコン膜である場合はマスクＭＫはＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いて形成したシリコン酸化膜等であってよい。
【0133】
実施形態において、ソースＲＦ生成部３１ａおよびバイアスＲＦ生成部３１ｂはそれぞれ複数個配置されてもよい。この場合、各ソースＲＦ生成部３１ａは予め定められたタイミングで予め定められた一定量のパワーをコイルに供給してもよい。同様に、各バイアスＲＦ生成部３１ｂは予め定められたタイミングで予め定められた一定量のパワーを下部電極に供給してもよい。
【0134】
実施形態に係るＲＦ信号のパルスシーケンスは、基板上に形成するパターン形状に応じてユーザが自由にプラズマ処理装置１上に設定して実行させることができる。たとえば、ユーザは、記憶部に格納された複数パターンの一つを選択して実行させたり、記憶部に新しいシーケンスのパターンを記憶させたりすることができる。
【0135】
（実施形態の効果）
上記のように実施形態に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、少なくとも一つのコイルと、基板支持部と、ソースＲＦ生成部と、バイアスＲＦ生成部と、を備える。少なくとも一つのコイルは、プラズマ処理チャンバの上方に配置される。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に配置され、下部電極を有する。ソースＲＦ生成部は、ソースＲＦ信号を少なくとも一つのコイルに供給するように構成される。ソースＲＦ信号は、複数のソースサイクルを含み、各ソースサイクルは、ソースオン状態及びソースオフ状態を含む。ソースオン状態は、少なくとも２つのソースパワーレベルを有する。バイアスＲＦ生成部は、バイアスＲＦ信号を下部電極に供給するように構成される。バイアスＲＦ信号は、複数のソースサイクルにそれぞれ対応する複数のバイアスサイクルを含む。各バイアスサイクルは、バイアスオン状態及びバイアスオフ状態を含む。バイアスオン状態は、少なくとも２つのバイアスパワーレベルを有する。第１のバイアスサイクルにおけるバイアスオン状態への遷移タイミングは、第１のバイアスサイクルに対応する第１のソースサイクルにおけるソースオン状態への遷移タイミングに対してずらされる。このように、プラズマ処理装置は、コイルおよび下部電極に供給するＲＦ電力を異なるタイミングで変化させることができる。また、プラズマ処理装置は、コイルおよび下部電極に供給するＲＦ電力を異なる状態に遷移させることができる。このため、プラズマ処理により形成するパターンの形状に応じて、プラズマ処理チャンバ内に生成されるプラズマの状態を細かく制御できる。このため、プラズマ処理装置は、プラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
上記のように実施形態に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、少なくとも一つのコイルと、基板支持部と、ソースＲＦ生成部と、バイアスＲＦ生成部と、を備える。少なくとも一つのコイルは、プラズマ処理チャンバの上方に配置される。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に配置され、下部電極を有する。ソースＲＦ生成部は、ソースＲＦ信号を少なくとも一つのコイルに供給するように構成される。ソースＲＦ信号は、複数のソースサイクルを含み、各ソースサイクルは、ソースオン状態及びソースオフ状態を含む。ソースオン状態は、少なくとも２つのソースパワーレベルを有する。バイアスＲＦ生成部は、バイアスＲＦ信号を下部電極に供給するように構成される。バイアスＲＦ信号は、複数のソースサイクルにそれぞれ対応する複数のバイアスサイクルを含む。各バイアスサイクルは、バイアスオン状態及びバイアスオフ状態を含む。バイアスオン状態は、少なくとも２つのバイアスパワーレベルを有する。第１のバイアスサイクルにおけるバイアスオン状態への遷移タイミングは、第１のバイアスサイクルに対応する第１のソースサイクルにおけるソースオン状態への遷移タイミングに対してずらされる。このように、プラズマ処理装置は、コイルおよび下部電極に供給するＲＦ電力を異なるタイミングで変化させることができる。また、プラズマ処理装置は、コイルおよび下部電極に供給するＲＦ電力を異なる状態に遷移させることができる。このため、プラズマ処理により形成するパターンの形状に応じて、プラズマ処理チャンバ内に生成されるプラズマの状態を細かく制御できる。このため、プラズマ処理装置は、プラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
【0136】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスオン状態への遷移タイミングは、ソースオン状態への遷移タイミングに対して遅延されてもよい。
【0137】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、第１のバイアスサイクルにおけるバイアスオフ状態への遷移タイミングは、第１のソースサイクルにおけるソースオフ状態への遷移タイミングと実質的に同じであってもよい。
【0138】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、少なくとも一つのコイルと、基板支持部と、ソースＲＦ生成部と、バイアスＲＦ生成部と、を備えてもよい。少なくとも一つのコイルは、プラズマ処理チャンバの上方に配置される。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に配置され、下部電極を有する。ソースＲＦ生成部は、ソースＲＦ信号を前記少なくとも一つのコイルに供給するように構成される。ソースＲＦ信号は、複数のソースサイクルを含む。各ソースサイクルは、ソースオン状態及びソースオフ状態を含む。ソースオン状態は、少なくとも２つのソースパワーレベルを有する。バイアスＲＦ生成部は、バイアスＲＦ信号を下部電極に供給するように構成される。バイアスＲＦ信号は、複数のソースサイクルにそれぞれ対応する複数のバイアスサイクルを含む。バイアスサイクルは、バイアスオン状態及びバイアスオフ状態を含む。バイアスオン状態は、少なくとも２つのバイアスパワーレベルを有する。第１のバイアスサイクルにおけるバイアスオフ状態への遷移タイミングは、第１のバイアスサイクルに対応する第１のソースサイクルにおけるソースオフ状態への遷移タイミングに対してずらされる。
【0139】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスオフ状態への遷移タイミングは、ソースオフ状態への遷移タイミングに対して遅延されてもよい。
【0140】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、第１バイアスサイクルにおけるバイアスオン状態への遷移タイミングは、第１ソースサイクルにおけるソースオン状態への遷移タイミングと実質的に同じであってもよい。
【0141】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、前記ソースオフ状態の期間は、前記バイアスオフ状態の期間と部分的に重複してもよい。
【0142】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、ソースオン状態は、第１のソース期間の間の第１のソースパワーレベルと、第１のソース期間の後の第２のソース期間の間の第２のソースパワーレベルとを有してもよい。また、第１のソースパワーレベルは、第２のソースパワーレベルよりも大きくてもよい。
【0143】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスオン状態は、第１のバイアス期間の間の第１のバイアスパワーレベルと、第１のバイアス期間の後の第２のバイアス期間の間の第２のバイアスパワーレベルとを有してもよい。また、第１のバイアスパワーレベルは、前記第２のバイアスパワーレベルよりも大きくてもよい。
【0144】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスＲＦ信号は、第１のソース期間の間にバイアスオフ期間を有してもよい。
【0145】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、第１のバイアス期間及び第２のバイアス期間は、第２のソース期間と部分的に重複してもよい。また、バイアスＲＦ信号は、第２のソース期間の間に第１のバイアスパワーレベルから第２のバイアスパワーレベルに遷移されてもよい。
【0146】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、ソースオン状態は、第１のソース期間の間の第１のソースパワーレベルと、第１のソース期間の後の第２のソース期間の間の第２のソースパワーレベルとを有してもよい。また、第２のソースパワーレベルは、第１のソースパワーレベルよりも大きくてもよい。
【0147】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスオン状態は、第１のバイアス期間の間の第１のバイアスパワーレベルと、第１のバイアス期間の後の第２のバイアス期間の間の第２のバイアスパワーレベルとを有してもよい。また、第２のバイアスパワーレベルは、第１のバイアスパワーレベルよりも大きくてもよい。
【0148】
また、実施形態に係るプラズマ処理装置において、ソースオン状態は、第１のソース期間の間の第１のソースパワーレベルと、第１のソース期間の後の第２のソース期間の間の第２のソースパワーレベルと、第２のソース期間の後の第３のソース期間の間の第３のソースパワーレベルとを有してもよい。第１のソースパワーレベルは、第３のソースパワーレベルよりも大きくてもよい。また、第２のソースパワーレベルは、第１のソースパワーレベルと第３のソースパワーレベルとの間の大きさであってもよい。バイアスオン状態は、第１のバイアス期間の間の第１のバイアスパワーレベルと、第１のバイアス期間の後の第２のバイアス期間の間の第２のバイアスパワーレベルと、第２のバイアス期間の後の第３のバイアス期間の間の第３のバイアスパワーレベルとを有してもよい。第３のバイアスパワーレベルは、第２のバイアスパワーレベルよりも大きくてもよい。第１のソースパワーレベルは、第２のソースパワーレベルと第３のソースパワーレベルとの間の大きさであってもよい。
【0149】
今回開示された実施形態は全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、添付の請求の範囲およ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。
【0150】
例えば、上記実施形態では、誘導結合型プラズマ装置を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他のプラズマ装置に適用されてもよい。例えば、誘導結合型プラズマ装置に代えて、容量結合型プラズマ（Capacitively-coupled plasma：ＣＣＰ）装置が用いられてもよい。この場合、容量結合型プラズマ装置は、プラズマ処理チャンバ内に配置される２つの対向する電極を含む。一実施形態において、一方の電極は、基板支持部内に配置され、他方の電極は、基板支持部の上方に配置される。この場合、一方の電極は下部電極として機能し、他方の電極は上部電極として機能する。そして、ソースＲＦ生成部３１ａ及びバイアスＲＦ生成部３１ｂは、２つの対向する電極のうち少なくとも１つに結合される。一実施形態において、ソースＲＦ生成部３１ａは、上部電極に結合され、バイアスＲＦ生成部３１ｂは、下部電極に結合される。なお、ソースＲＦ生成部３１ａ及びバイアスＲＦ生成部３１ｂが下部電極に結合されてもよい。
【符号の説明】
【0151】
１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ａ 誘電体窓
１０ｂ 側壁
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 支持部
１１ａ 基板支持部
１１ｂ エッジリング支持部
１２ エッジリング
１３ ガス導入部
１３ａ 中央ガス注入部
１３ｂ 側壁ガス注入部
１４ アンテナ
２０ ガス供給部
２１ ガスソース
２２ 流量制御器
３０ 電力供給部
３１ ＲＦ電力供給部
３１ａ ソースＲＦ生成部
３１ｂ バイアスＲＦ生成部
３２ ＤＣ電力供給部
４０ 排気システム
Ｗ 基板
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ａ 誘電体窓
１０ｂ 側壁
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 支持部
１１ａ 基板支持部
１１ｂ エッジリング支持部
１２ エッジリング
１３ ガス導入部
１３ａ 中央ガス注入部
１３ｂ 側壁ガス注入部
１４ アンテナ
２０ ガス供給部
２１ ガスソース
２２ 流量制御器
３０ 電力供給部
３１ ＲＦ電力供給部
３１ａ ソースＲＦ生成部
３１ｂ バイアスＲＦ生成部
３２ ＤＣ電力供給部
４０ 排気システム
Ｗ 基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11】
【図12】