JP2021118314A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】上部電極から基板に調整された量の電子を供給可能とする技術を提供する。【解決手段】例示的実施形態に係るプラズマ処理装置では、第１の期間においてプラズマの生成のための高周波電力が供給され、第２の期間において高周波電力のパワーレベルが減少されたパワーレベルに設定される。第２の期間においてバイアス電力が基板支持器の下部電極に印加される。バイアス電力は、第２の周波数で規定される各周期内で基板の電位を変動させる。第２の期間においては、上部電極に直流電圧が印加される。直流電圧は、第２の周波数で規定される各周期内で、第１の副期間におけるその極性が負であり、第１の副期間におけるその絶対値が、第２の副期間におけるその絶対値よりも大きくなるように設定される。【選択図】図１

Description

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。
プラズマ処理装置が、プラズマエッチングといった基板のプラズマ処理に用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ内でプラズマを生成し、当該プラズマからの化学種により基板を処理するように構成されている。プラズマ処理装置の一種として、容量結合型のプラズマ処理装置が知られている。容量結合型のプラズマ処理装置は、上部電極及び下部電極を有する。下部電極を含む基板支持器は、チャンバ内で基板を支持する。上部電極は、基板支持器の上方に設けられている。容量結合型のプラズマ処理装置は、上部電極と下部電極との間で高周波電界を生成することにより、チャンバ内のガスからプラズマを生成する。
下記の特許文献１に記載された容量結合型のプラズマ処理装置は、上部電極に接続された直流電源を有する。直流電源は、上部電極に負極性の直流電圧を印加するように構成されている。
特開２００６−２７００１７号公報
本開示は、上部電極から基板に調整された量の電子を供給可能とする技術を提供する。
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、チャンバ、基板支持器、上部電極、高周波電源、バイアス電源、直流電源、及び制御部を備える。基板支持器は、下部電極を有する。基板支持器は、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。上部電極は、下部電極の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために第１の周波数を有する高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、下部電極に電気的に接続されている。バイアス電源は、基板支持器上に載置された基板にイオンを引き込むためにバイアス電力を供給するように構成されている。バイアス電力は、第２の周波数で規定される各周期内で基板支持器上に載置された基板の電位を変動させる。直流電源は、上部電極に電気的に接続されている。制御部は、高周波電源、バイアス電源、及び直流電源を制御するように構成されている。制御部は、第１の期間において高周波電力を供給するよう高周波電源を制御する。制御部は、第１の期間の後の第２の期間における高周波電力のパワーレベルを第１の期間における高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定するよう高周波電源を制御する。制御部は、第２の期間内でバイアス電力を下部電極に与えるようバイアス電源を制御する。制御部は、第２の期間において上部電極に直流電圧を印加するよう直流電源を制御する。第２の期間における直流電圧は、第２の周波数で規定される各周期内で、第１の副期間におけるその極性が負であり、第１の副期間におけるその絶対値が、第１の副期間とは異なる第２の副期間におけるその絶対値よりも大きくなるように設定される。
一つの例示的実施形態によれば、上部電極から基板に調整された量の電子を供給することが可能となる。
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。 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１に示すプラズマ処理装置におけるバイアス電力ＢＰのレベル、高周波電力ＲＦのパワーレベル、電位、及び直流電圧ＤＣＳの一例のタイミングチャートである。 バイアス電力の別の例を示すタイミングチャートである。 図１に示すプラズマ処理装置におけるバイアス電力ＢＰのレベル、高周波電力ＲＦのパワーレベル、電位（基板Ｗ又は下部電極１８の電位）、及び直流電圧ＤＣＳの別の例のタイミングチャートである。 直流電圧ＤＣＳの別の例のタイミングチャートである。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
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、チャンバ、基板支持器、上部電極、高周波電源、バイアス電源、直流電源、及び制御部を備える。基板支持器は、下部電極を有する。基板支持器は、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。上部電極は、下部電極の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために第１の周波数を有する高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、下部電極に電気的に接続されている。バイアス電源は、基板支持器上に載置された基板にイオンを引き込むためにバイアス電力を供給するように構成されている。バイアス電力は、第２の周波数で規定される各周期内で基板支持器上に載置された基板の電位を変動させる。直流電源は、上部電極に電気的に接続されている。制御部は、高周波電源、バイアス電源、及び直流電源を制御するように構成されている。制御部は、第１の期間において高周波電力を供給するよう高周波電源を制御する。制御部は、第１の期間の後の第２の期間における高周波電力のパワーレベルを第１の期間における高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定するよう高周波電源を制御する。制御部は、第２の期間内でバイアス電力を下部電極に与えるようバイアス電源を制御する。制御部は、第２の期間において上部電極に直流電圧を印加するよう直流電源を制御する。第２の期間における直流電圧は、第２の周波数で規定される各周期内で、第１の副期間におけるその極性が負であり、第１の副期間におけるその絶対値が、第１の副期間とは異なる第２の副期間におけるその絶対値よりも大きくなるように設定される。
上記実施形態によれば、その絶対値が大きい負極性の直流電圧が上部電極に印加されるときの、基板の電位の極性を設定することができる。基板の電位が正の電位であるときにその絶対値が大きい負極性の直流電圧が上部電極に印加されている状態では、基板には比較的多量の電子が供給される。一方、基板の電位が負の電位であるときにその絶対値が大きい負極性の直流電圧が上部電極に印加されている状態では、基板に供給される電子の量は少ない。したがって、上記実施形態によれば、上部電極から基板に調整された量の電子を供給することが可能となる。また、基板の電位が正の電位であるときにその絶対値が大きい負極性の直流電圧が上部電極に印加されている状態では、チャンバ内のガスの解離度は低くなる。一方、基板の電位が負の電位であるときにその絶対値が大きい負極性の直流電圧が上部電極に印加されている状態では、チャンバ内のガスの解離度は高くなる。したがって、上記実施形態によれば、第２の期間においてチャンバ内のガスの解離度を調整された解離度に設定することが可能となる。
一つの例示的実施形態において、制御部は、第２の期間内でバイアス電力が正の電位を有するときの直流電圧の絶対値が、第２の期間内でバイアス電力が負の電位を有するときの直流電圧の絶対値よりも大きくなるように直流電源を制御してもよい。
一つの例示的実施形態において、制御部は、第２の期間内でバイアス電力が負の電位を有するときの直流電圧の絶対値が、第２の期間内でバイアス電力が正の電位を有するときの直流電圧の絶対値よりも大きくなるように直流電源を制御してもよい。
一つの例示的実施形態において、制御部は、第１の期間と第２の期間との間の期間において、高周波電力の供給及びバイアス電力の供給を停止するよう高周波電源及びバイアス電源を制御してもよい。
一つの例示的実施形態において、制御部は、直流電圧を、第１の期間と第２の期間との間の期間において上部電極に印加するよう直流電源を制御してもよい。第１の期間と第２の期間との間の期間において上部電極に印加される直流電圧は、第１の副期間において上部電極に印加される直流電圧の最小の絶対値よりも小さい絶対値を有し、且つ、負極性を有する。この実施形態によれば、第１の期間と第２の期間との間の期間では、比較的少量の電子が上部電極からチャンバ内に放出される。その結果、プラズマは、第１の期間と第２の期間との間の期間においても、確実に維持され得る。
一つの例示的実施形態において、制御部は、第１の副期間において上部電極に印加される直流電圧の最小の絶対値よりも小さい絶対値を有し、且つ、負極性を有する直流電圧を、第１の期間において上部電極に印加するよう直流電源を制御してもよい。
一つの例示的実施形態において、第１の副期間において直流電源によって上部電極に印加される直流電圧のレベルは、上部電極と下部電極との間の電位差を一定に維持するように変化してもよい。
一つの例示的実施形態において、第２の副期間における直流電圧のレベルはゼロであってもよい。
一つの例示的実施形態において、バイアス電力は、第２の周波数を有する高周波バイアス電力であってもよい。
一つの例示的実施形態において、バイアス電力は、第２の周波数で規定される各周期内の二つの副期間のうち一方の副期間においてその極性が負である直流電圧であってもよい。この実施形態では、バイアス電力は、二つの副期間のうち他方の副期間においてそのレベルがゼロであるかその極性が負であり且つその絶対値が一方の副期間におけるその絶対値よりも小さい直流電圧であり得る。
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。プラズマ処理方法において用いられるプラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、上部電極、高周波電源、バイアス電源、直流電源、及び制御部を備える。基板支持器は、下部電極を有する。基板支持器は、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。上部電極は、下部電極の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために第１の周波数を有する高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、下部電極に電気的に接続されている。バイアス電源は、基板支持器上に載置された基板にイオンを引き込むためにバイアス電力を供給するように構成されている。バイアス電力は、第２の周波数で規定される各周期内で基板支持器上に載置された基板の電位を変動させる。直流電源は、上部電極に電気的に接続されている。プラズマ処理方法は、第１の期間において高周波電力を供給する工程を含む。プラズマ処理方法は、第１の期間の後の第２の期間における高周波電力のパワーレベルを第１の期間における高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定する工程を更に含む。プラズマ処理方法は、第２の期間内でバイアス電力を下部電極に与える工程を更に含む。プラズマ処理方法は、第２の期間において直流電源から上部電極に直流電圧を印加する工程を更に含む。直流電圧は、第２の周波数で規定される各周期内で、第１の副期間におけるその極性が負であり、該第１の副期間におけるその絶対値が、第１の副期間とは異なる第２の副期間におけるその絶対値よりも大きくなるように設定される。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。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。
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。
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。
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ＧＳ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。
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。
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１の周波数を有する。第１の周波数は、２７〜１００ＭＨｚ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の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるように構成されている。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。
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に電気的に接続されている。一実施形態において、バイアス電源６２は、回路６４を介して下部電極１８に接続されている。バイアス電源６２は、下部電極１８に供給されるバイアス電力ＢＰを発生するように構成されている。バイアス電力ＢＰは、基板支持器１６上に載置された基板Ｗにイオンを引き込むために、利用される。バイアス電力ＢＰは、基板支持器１６上に載置された基板Ｗの電位を、第２の周波数で規定される各周期内で変動させるように設定される。バイアス電力ＢＰは、第２の周波数で規定される各周期内で、基板支持器１６上に載置された基板Ｗの電位を正の電位と負の電位に変動させ得る。第２の周波数は、第１の周波数よりも低い周波数であり得る。第２の周波数は、例えば、５０ｋＨｚ以上、２７ＭＨｚ以下である。
一実施形態において、バイアス電力ＢＰは、高周波バイアス電力である。高周波バイアス電力は、第２の周波数を有する高周波電力である。バイアス電力ＢＰが高周波バイアス電力である場合には、回路６４は、整合回路であり、バイアス電力ＢＰの出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるように構成される。
或いは、バイアス電源６２は、負極性の直流電圧のパルスＮＰを第２の周波数で規定される周期ＣＹで周期的に下部電極１８に印加するように構成されていてもよい（図４参照）。各周期ＣＹは、二つの副期間Ｐｃ及びＰｄを含む。負極性の直流電圧のパルスＮＰは、これら二つの副期間のうち一方の副期間Ｐｄにおいて下部電極１８に印加される。これら二つの副期間のうち他方の副期間Ｐｃにおいては、負極性の直流電圧のパルスＮＰは、下部電極１８に印加されない。或いは、副期間Ｐｃにおいてバイアス電源６２から下部電極１８に印加される直流電圧の絶対値は、副期間Ｐｄにおいてバイアス電源６２から下部電極１８に印加される直流電圧（即ち、負極性の直流電圧のパルスＮＰ）の絶対値よりも小さくてもよい。バイアス電力ＢＰとして負極性の直流電圧のパルスＮＰが下部電極１８に印加される場合には、回路６４はローパスフィルタであり得る。
プラズマ処理装置１は、直流電源７０を更に備えている。直流電源７０は、上部電極３０に電気的に接続されている。直流電源７０は、上部電極３０に印加される直流電圧ＤＣＳを発生するように構成されている。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、電圧センサ７８を更に備えていてもよい。電圧センサ７８は、基板Ｗの電位を直接的に又は間接的に測定するように構成されている。図１に示す例では、電圧センサ７８は、下部電極１８の電位を測定するように構成されている。具体的には、電圧センサ７８は、下部電極１８とバイアス電源６２との間で接続されている給電路の電位を測定する。
プラズマ処理装置１においてプラズマ処理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。その結果、内部空間１０ｓの中でプラズマが生成される。基板支持器１６によって支持された基板Ｗは、プラズマからのイオン及びラジカルといった化学種により処理される。例えば、基板は、プラズマからの化学種によりエッチングされる。プラズマ処理装置１では、バイアス電力ＢＰが下部電極１８に供給されることにより、プラズマからの正イオンが基板Ｗに向けて加速される。また、プラズマ処理装置１では、負極性の直流電圧が上部電極３０に印加されることにより、プラズマからの正イオンが上部電極３０（天板３４）に衝突する。その結果、電子が上部電極３０から放出される。上部電極３０から放出された電子が基板Ｗに供給されると、正電荷による基板Ｗの帯電量が減少する。その結果、基板Ｗに形成された開口の底まで正イオンを到達させることが可能となる。
プラズマ処理装置１は、制御部ＭＣを更に備える。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。
以下、図２〜図６を参照する。図２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３は、図１に示すプラズマ処理装置におけるバイアス電力ＢＰのレベル、高周波電力ＲＦのパワーレベル、電位（基板Ｗ又は下部電極１８の電位）、及び直流電圧ＤＣＳの一例のタイミングチャートである。図４は、バイアス電力の別の例を示すタイミングチャートである。図５は、図１に示すプラズマ処理装置におけるバイアス電力ＢＰのレベル、高周波電力ＲＦのパワーレベル、電位（基板Ｗ又は下部電極１８の電位）、及び直流電圧ＤＣＳの別の例のタイミングチャートである。図６は、直流電圧ＤＣＳの別の例のタイミングチャートである。以下、図２〜図６を参照しつつ、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）について説明する。加えて、制御部ＭＣによる高周波電源６１、バイアス電源６２、及び直流電源７０の制御について説明する。
方法ＭＴは、基板Ｗが基板支持器１６上に載置されている状態で、実行される。方法ＭＴは、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２１、工程ＳＴ２２、及び工程ＳＴ２３を含む。方法ＭＴは、工程ＳＴＭを更に含んでいてもよい。方法ＭＴのこれらの工程の各々の実行中、ガス供給部ＧＳからのガスが、チャンバ１０内に供給され得る。また、方法ＭＴのこれらの工程の各々の実行中、チャンバ１０内のガスの圧力が、指定された圧力に設定される。方法ＭＴのこれらの各工程の実行のために、制御部ＭＣは、ガス供給部ＧＳ及び排気装置５０を制御する。
工程ＳＴ１は、第１の期間Ｐ１において実行される。工程ＳＴ２１、工程ＳＴ２２及び工程ＳＴ２３は、第１の期間Ｐ１の後の第２の期間Ｐ２において実行される。工程ＳＴ１の実行により、第１の期間Ｐ１においては、図３及び図５に示すように、高周波電源６１から高周波電力ＲＦが供給される。図３及び図５では、第１の期間Ｐ１内の高周波電力ＲＦのパワーレベルは、「Ｈ」レベル、即ち高いレベルとして示されている。第１の期間Ｐ１においては、高周波電力ＲＦの連続波が供給されてもよい。或いは、第１の期間Ｐ１において、高周波電力ＲＦのパルスが周期的に供給されてもよい。工程ＳＴ１の実行のために、制御部ＭＣは、第１の期間Ｐ１において高周波電力ＲＦを供給するよう、高周波電源６１を制御する。工程ＳＴ１の実行により、チャンバ１０内でガスからプラズマが生成される。
バイアス電力ＢＰが高周波バイアス電力である場合には、第１の期間Ｐ１において、高周波バイアス電力は、下部電極１８に供給されない。或いは、バイアス電力ＢＰが高周波バイアス電力である場合には、第１の期間Ｐ１において、高周波バイアス電力のパワーレベルは、第２の期間Ｐ２における高周波バイアス電力のパワーレベル（「Ｈ」レベル）よりも低いパワーレベルに設定される。なお、図３及び図５では、第１の期間Ｐ１における高周波バイアス電力のパワーレベルは、「Ｌ」レベルとして示されている。
バイアス電力ＢＰは、上述したように、周期ＣＹで周期的に下部電極１８に印加される負極性の直流電圧のパルスＮＰ（図４参照）であってもよい。バイアス電力ＢＰとして負極性の直流電圧のパルスＮＰが用いられる場合には、第１の期間Ｐ１において、負極性の直流電圧のパルスＮＰは、下部電極１８に印加されない。或いは、第１の期間Ｐ１における負極性の直流電圧のパルスＮＰのレベルは、第２の期間Ｐ２における負極性の直流電圧のパルスＮＰの絶対値（「Ｈ」レベル）よりも小さい絶対値に設定される。なお、図４では、第１の期間Ｐ１における負極性の直流電圧のパルスＮＰの絶対値は、「Ｌ」レベルとして示されている。
上述したように、バイアス電力ＢＰは、基板Ｗ又は下部電極１８の電位を各周期ＣＹ内において変動させる。図３及び図４に示すように、第１の期間Ｐ１において、バイアス電力ＢＰが下部電極１８に供給されない場合には、基板Ｗ又は下部電極１８の電位は、ゼロであり得る。
第１の期間Ｐ１において、負極性の直流電圧ＤＣＳは、直流電源７０から上部電極３０に印加されなくてもよい。或いは、第１の期間Ｐ１において、負極性の直流電圧ＤＣＳが直流電源７０から上部電極３０に印加されてもよい。第１の期間Ｐ１において上部電極３０に印加される直流電圧ＤＣＳは、第２の期間Ｐ２における各周期ＣＹ内の第１の副期間Ｐａにおいて上部電極３０に印加される負極性の直流電圧ＤＣＳの最小の絶対値よりも小さい絶対値を有する。図３及び図５では、第１の期間Ｐ１において上部電極３０に印加される直流電圧ＤＣＳのレベルは、「Ｖ１」レベルとして示されている。また、第１の副期間Ｐａにおいて上部電極３０に印加される負極性の直流電圧ＤＣＳのレベルは、「ＶＨ」レベルとして示されている。なお、各周期ＣＹは、第１の副期間Ｐａと第２の副期間Ｐｂを含む。第２の副期間Ｐｂは、第１の副期間Ｐａと異なる期間である。
第１の期間Ｐ１において、制御部ＭＣは、上述したように高周波電力ＲＦのパワーレベル、バイアス電力ＢＰのレベル、及び負極性の直流電圧ＤＣＳの絶対値を設定するよう、高周波電源６１、バイアス電源６２、及び直流電源７０を制御する。
一実施形態では、工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の間で、工程ＳＴＭが実行されてもよい。工程ＳＴＭは、第１の期間Ｐ１と第２の期間Ｐ２との間の期間ＰＭにおいて実行される。工程ＳＴＭの実行により、期間ＰＭにおいて、高周波電力ＲＦの供給及びバイアス電力ＢＰの供給が停止される。工程ＳＴＭの実行のために、制御部ＭＣは、期間ＰＭにおいて高周波電力ＲＦの供給を停止するよう、高周波電源６１を制御する。また、工程ＳＴＭの実行のために、制御部ＭＣは、期間ＰＭにおいてバイアス電力の供給を停止するよう、バイアス電源６２を制御する。方法ＭＴで実行されるプラズマ処理がプラズマエッチングである場合には、基板Ｗ上の堆積物の量が期間ＰＭにおいて増加し得る。或いは又は加えて、基板Ｗに形成された開口内からの反応生成物の排出が、期間ＰＭにおいて促進される。
期間ＰＭにおいて、負極性の直流電圧ＤＣＳは、直流電源７０から上部電極３０に印加されなくてもよい。或いは、期間ＰＭにおいて、負極性の直流電圧ＤＣＳが、直流電源７０から上部電極３０に印加されてもよい。期間ＰＭにおいて上部電極３０に印加される直流電圧ＤＣＳは、第１の副期間Ｐａにおいて上部電極３０に印加される負極性の直流電圧ＤＣＳの最小の絶対値よりも小さい絶対値を有する。なお、図３及び図５では、期間ＰＭにおいて上部電極３０に印加される直流電圧ＤＣＳのレベルは、「ＶＭ」レベルとして示されている。期間ＰＭにおいて、制御部ＭＣは、上述したように直流電圧ＤＣＳのレベルを設定するよう、直流電源７０を制御する。かかる絶対値を有する負極性の直流電圧ＤＣＳが期間ＰＭにおいて上部電極に印加されると、比較的少量の電子が上部電極３０からチャンバ１０内に放出される。その結果、プラズマは、期間ＰＭにおいて確実に維持され得る。
上述したように、工程ＳＴ２１、工程ＳＴ２２及び工程ＳＴ２３は、第１の期間Ｐ１の後の第２の期間Ｐ２において実行される。工程ＳＴ２１の実行により、第２の期間Ｐ２においては、高周波電力ＲＦのパワーレベルが、第１の期間Ｐ１における高周波電力ＲＦのパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定される。第２の期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルは、ゼロであってもよい。即ち、第２の期間Ｐ２における高周波電力ＲＦの供給は停止されてもよい。工程ＳＴ２１の実行のために、制御部ＭＣは、第２の期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルをかかるパワーレベルに設定するよう、高周波電源６１を制御する。
工程ＳＴ２２は、工程ＳＴ２１の実行中に実行される。工程ＳＴ２２の実行により、第２の期間Ｐ２においては、バイアス電力ＢＰがバイアス電源６２から下部電極１８に供給される。バイアス電力ＢＰは、上述したように、基板支持器１６上に載置された基板Ｗの電位を、第２の周波数で規定される各周期ＣＹ内で、正の電位と負の電位に変動させるように設定される。バイアス電力ＢＰは、上述したように、高周波バイアス電力であり得る。或いは、バイアス電力ＢＰは、上述したように、第２の周波数で規定される周期ＣＹで周期的に下部電極１８に印加される負極性の直流電圧のパルスＮＰを含み得る。工程ＳＴ２２の実行のために、制御部ＭＣは、第２の期間Ｐ２においてバイアス電力ＢＰを下部電極１８に与えるよう、バイアス電源６２を制御する。
工程ＳＴ２３は、工程ＳＴ２１及び工程ＳＴ２２の実行中に実行される。工程ＳＴ２３の実行により、第２の期間Ｐ２においては、直流電圧ＤＣＳが直流電源７０から上部電極３０に印加される。第２の期間Ｐ２における直流電圧ＤＣＳは、各周期ＣＹ内の第１の副期間Ｐａにおけるその極性が負であり、第１の副期間Ｐａにおけるその絶対値が、第２の副期間Ｐｂにおけるその絶対値よりも大きくなるように設定される。図３及び図５においては、第１の副期間Ｐａにおける直流電圧ＤＣＳのレベルは、「ＶＨ」レベルとして示されている。第２の副期間Ｐｂにおいては、直流電圧ＤＣＳは、上部電極３０に印加されなくてもよい。或いは、第２の副期間Ｐｂにおいて上部電極３０に印加される直流電圧ＤＣＳは、その極性が負であり、且つ、その絶対値が第１の副期間Ｐａにおけるその絶対値よりも小さくなるように設定されてもよい。図３及び図５においては、第２の副期間Ｐｂにおける直流電圧ＤＣＳのレベルは、「ＶＬ」レベルとして示されている。工程ＳＴ２３の実行のために、制御部ＭＣは、第２の期間Ｐ２において直流電圧ＤＣＳを上部電極３０に印加するよう、直流電源７０を制御する。
一実施形態においては、図６に示すように、第１の副期間Ｐａにおいて直流電源７０によって上部電極３０に印加される直流電圧ＤＣＳのレベルは、上部電極３０と下部電極１８との間の電位差を一定に維持するように変化してもよい。この実施形態によれば、上部電極３０から放出されて基板Ｗに供給される電子のエネルギーの分布を狭くすることが可能となる。
一実施形態においては、図３に示すように、直流電圧ＤＣＳは、基板Ｗ又は下部電極１８が正の電位を有するときに、その絶対値が、基板Ｗ又は下部電極１８が負の電位を有するときのその絶対値よりも大きくなるように、設定されてもよい。例えば、直流電圧ＤＣＳは、バイアス電力ＢＰが正の電位を有するときに、その絶対値が、バイアス電力ＢＰが負の電位を有するときのその絶対値よりも大きくなるように、設定されてもよい。この実施形態において、第１の副期間Ｐａは、基板Ｗ又は下部電極１８が正の電位を有する期間と重複するように設定される。また、第２の副期間Ｐｂは、基板Ｗ又は下部電極１８が負の電位を有する期間と重複するように設定される。第１の副期間Ｐａ及び第２の副期間Ｐｂは、予め決定されたデータとして制御部ＭＣの記憶装置に記憶されていてもよく、このデータを用いて制御部ＭＣにより指定されてもよい。或いは、第１の副期間Ｐａ及び第２の副期間Ｐｂは、電圧センサ７８によって測定される電位に応じて、制御部ＭＣにより指定されてもよい。この実施形態では、基板Ｗの電位が正の電位であるときに、上部電極３０にその絶対値が大きい直流電圧ＤＣＳが印加される。したがって、上部電極３０から放出されて基板Ｗに供給される電子の量が多くなる。
一実施形態においては、図５に示すように、直流電圧ＤＣＳは、基板Ｗ又は下部電極１８が負の電位を有するときに、その絶対値が、基板Ｗ又は下部電極１８が正の電位を有するときのその絶対値よりも大きくなるように、設定されてもよい。例えば、直流電圧ＤＣＳは、バイアス電力ＢＰが負の電位を有するときに、その絶対値が、バイアス電力ＢＰが正の電位を有するときのその絶対値よりも大きくなるように、設定されてもよい。この実施形態において、第１の副期間Ｐａは、基板Ｗ又は下部電極１８が負の電位を有する期間と重複するように設定される。また、第２の副期間Ｐｂは、基板Ｗ又は下部電極１８が正の電位を有する期間と重複するように設定される。第１の副期間Ｐａ及び第２の副期間Ｐｂは、予め決定されたデータとして制御部ＭＣの記憶装置に記憶されていてもよく、このデータを用いて制御部ＭＣにより指定されてもよい。或いは、第１の副期間Ｐａ及び第２の副期間Ｐｂは、電圧センサ７８によって測定される電位に応じて、制御部ＭＣにより指定されてもよい。この実施形態では、基板Ｗの電位が負の電位であるときに、上部電極３０にその絶対値が大きい直流電圧ＤＣＳが印加される。したがって、上部電極３０から放出されて基板Ｗに供給される電子の量は少なくなる。この実施形態では、上部電極３０から放出された電子は、チャンバ１０内のガスの解離度を増加させる。
図２に示すように、一実施形態においては、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２１、工程ＳＴ２２、及び工程ＳＴ２３を含むサイクルが繰り返されてもよい。このサイクルは、工程ＳＴＭを更に含んでいてもよい。この場合には、工程ＳＴＪにおいて、停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、サイクルの実行回数が所定回数に達している場合に満たされる。工程ＳＴＪにおいて停止条件が満たされないと判定されると、サイクルが繰り返される。工程ＳＴＪにおいて停止条件が満たされていると判定されると、方法ＭＴは終了する。
以上説明したように、プラズマ処理装置１では、その絶対値が大きい負極性の直流電圧ＤＣＳが上部電極３０に印加されるときの、基板Ｗの電位の極性を設定することができる。基板Ｗの電位が正の電位であるときにその絶対値が大きい負極性の直流電圧ＤＣＳが上部電極３０に印加されている状態では、基板Ｗには比較的多量の電子が供給される。一方、基板Ｗの電位が負の電位であるときにその絶対値が大きい負極性の直流電圧ＤＣＳが上部電極３０に印加されている状態では、基板Ｗに供給される電子の量は少ない。したがって、上部電極３０から基板Ｗに調整された量の電子を供給することが可能となる。また、基板Ｗの電位が正の電位であるときにその絶対値が大きい負極性の直流電圧ＤＣＳが上部電極３０に印加されている状態では、チャンバ１０内のガスの解離度は低くなる。一方、基板Ｗの電位が負の電位であるときにその絶対値が大きい負極性の直流電圧ＤＣＳが上部電極３０に印加されている状態では、チャンバ１０内のガスの解離度は高くなる。したがって、第２の期間Ｐ２においてチャンバ１０内のガスの解離度を調整された解離度に設定することが可能となる。
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。
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。
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、３０…上部電極、６１…高周波電源、６２…バイアス電源、７０…直流電源、ＭＣ…制御部。

Claims (11)

  1. チャンバと、
    下部電極を有し、前記チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持器と、
    前記下部電極の上方に設けられた上部電極と、
    前記チャンバ内のガスからプラズマを生成するために第１の周波数を有する高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
    前記下部電極に電気的に接続されたバイアス電源であり、前記基板支持器上に載置された基板にイオンを引き込むために、第２の周波数で規定される各周期内で前記基板支持器上に載置された基板の電位を変動させるバイアス電力を供給するように構成されたバイアス電源と、
    前記上部電極に電気的に接続された直流電源と、
    前記高周波電源、前記バイアス電源、及び前記直流電源を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    第１の期間において前記高周波電力を供給し、該第１の期間の後の第２の期間における前記高周波電力のパワーレベルを前記第１の期間における前記高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定するよう前記高周波電源を制御し、
    前記第２の期間内で前記バイアス電力を前記下部電極に与えるよう前記バイアス電源を制御し、
    前記第２の周波数で規定される各周期内で、第１の副期間におけるその極性が負であり、該第１の副期間におけるその絶対値が、該第１の副期間とは異なる第２の副期間におけるその絶対値よりも大きくなるように設定された直流電圧を、前記第２の期間において前記上部電極に印加するよう前記直流電源を制御する、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記制御部は、前記第２の期間内で前記バイアス電力が正の電位を有するときの前記直流電圧の絶対値が、前記第２の期間内で前記バイアス電力が負の電位を有するときの前記直流電圧の絶対値よりも大きくなるように前記直流電源を制御する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記制御部は、前記第２の期間内で前記バイアス電力が負の電位を有するときの前記直流電圧の絶対値が、前記第２の期間内で前記バイアス電力が正の電位を有するときの前記直流電圧の絶対値よりも大きくなるように前記直流電源を制御する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記制御部は、前記第１の期間と前記第２の期間との間の期間において、前記高周波電力の供給及び前記バイアス電力の供給を停止するよう前記高周波電源及び前記バイアス電源を制御する、請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記制御部は、前記第１の副期間において前記上部電極に印加される前記直流電圧の最小の絶対値よりも小さい絶対値を有し、且つ、負極性を有する前記直流電圧を、前記第１の期間と前記第２の期間との間の前記期間において前記上部電極に印加するよう前記直流電源を制御する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記制御部は、前記第１の副期間において前記上部電極に印加される前記直流電圧の最小の絶対値よりも小さい絶対値を有し、且つ、負極性を有する前記直流電圧を、前記第１の期間において前記上部電極に印加するよう前記直流電源を制御する、請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記第１の副期間において前記直流電源によって前記上部電極に印加される前記直流電圧のレベルは、前記上部電極と前記下部電極との間の電位差を一定に維持するように変化する、請求項１〜６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記第２の副期間における前記直流電圧のレベルはゼロである、請求項１〜７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記バイアス電力は、前記第２の周波数を有する高周波バイアス電力である、請求項１〜８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記バイアス電力は、前記第２の周波数で規定される各周期内の二つの副期間のうち一方の副期間においてその極性が負であり、他方の副期間においてそのレベルがゼロであるか、その極性が負であり且つその絶対値が該一方の副期間におけるその絶対値よりも小さい直流電圧である、請求項１〜８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
    前記プラズマ処理装置は、
    チャンバと、
    下部電極を有し、前記チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持器と、
    前記下部電極の上方に設けられた上部電極と、
    前記チャンバ内のガスからプラズマを生成するために第１の周波数を有する高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
    前記下部電極に電気的に接続されたバイアス電源であり、前記基板支持器上に載置された基板にイオンを引き込むために、第２の周波数で規定される各周期内で前記基板支持器上に載置された基板の電位を変動させるバイアス電力を供給するように構成されたバイアス電源と、
    前記上部電極に電気的に接続された直流電源と、
    を備え、
    該プラズマ処理方法は、
    第１の期間において前記高周波電力を供給する工程と、
    前記第１の期間の後の第２の期間における前記高周波電力のパワーレベルを前記第１の期間における前記高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定する工程と、
    前記第２の期間内で前記バイアス電力を前記下部電極に与える工程と、
    前記第２の期間において前記直流電源から前記上部電極に直流電圧を印加する工程と、
    を含み、
    前記直流電圧は、前記第２の周波数で規定される各周期内で、第１の副期間におけるその極性が負であり、該第１の副期間におけるその絶対値が、該第１の副期間とは異なる第２の副期間におけるその絶対値よりも大きくなるように設定される、
    プラズマ処理方法。
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