JP7511423B2 - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、及び電源システム - Google Patents
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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。
基板に対するプラズマ処理では、プラズマ処理装置が用いられる。下記の特許文献１は、一種のプラズマ処理装置が記載されている。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、チャンバ、電極、高周波電源、及び高周波バイアス電源を備えている。電極は、チャンバ内に設けられている。基板は、電極上に載置される。高周波電源は、チャンバ内で高周波電界を形成するために高周波電力のパルスを供給する。高周波バイアス電源は、電極に高周波バイアス電力のパルスを供給する。
本開示は、高周波電源の負荷からの反射波のパワーレベルを低減させる技術を提供する。
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、高周波電源、バイアス電源、及び制御部を備える。基板支持器は、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。基板支持器は、チャンバ内で、その上に載置される基板を支持するように構成されている。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供給される高周波電力を発生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おり、周期的にパルス状の負極性の直流電圧を下部電極に印加するように構成されている。制御部は、高周波電源を制御するように構成されている。制御部は、高周波電源の負荷からの反射波のパワーレベルを低減するために、下部電極に対するバイアス電源からのパルス状の負極性の直流電圧の印加の周期内でその周波数が変化する高周波電力を供給するように高周波電源を制御する。
一つの例示的実施形態によれば、高周波電源の負荷からの反射波のパワーレベルを低減させることが可能となる。
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、高周波電源、バイアス電源、及び制御部を備える。基板支持器は、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。基板支持器は、チャンバ内で、その上に載置される基板を支持するように構成されている。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供給される高周波電力を発生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おり、周期的にパルス状の負極性の直流電圧を下部電極に印加するように構成されている。制御部は、高周波電源を制御するように構成されている。制御部は、高周波電源の負荷からの反射波のパワーレベルを低減するために、下部電極に対するバイアス電源からのパルス状の負極性の直流電圧の印加の周期内でその周波数が変化する高周波電力を供給するように高周波電源を制御する。
高周波電源の負荷からの反射は、高周波電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの差に起因して生じる。高周波電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの差は、高周波電力の周波数を変化させることにより低減させることが可能である。したがって、上記実施形態によれば、高周波電源の負荷からの反射波のパワーレベルを低減させることが可能となる。また、パルス状の負極性の直流電圧の印加の周期、即ちパルス周期内では、負荷インピーダンスが変動する。一般的に、高周波電源は、整合器によるインピーダンスの変更速度よりも高速に、高周波電力の周波数を変更することができる。したがって、上記実施形態によれば、負荷インピーダンスの変動に応じて周期内で反射波のパワーレベルを低減させるように、高速に高周波電力の周波数を変化させることが可能である。
一つの例示的実施形態において、制御部は、周期内の第１の部分期間内の少なくとも一部の期間において高周波電力を供給するように高周波電源を制御してもよい。制御部は、周期内の第２の部分期間における高周波電力のパワーレベルを、第１の部分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に高周波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の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加される期間であってもよい。第２の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加されない期間であってもよい。
一つの例示的実施形態において、第１の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加されない期間であってもよい。第２の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加される期間であってもよい。
一つの例示的実施形態において、制御部は、周期内での反射波のパワーレベルを低減するため、周期内での位相に応じて高周波電力の周波数を変化させるように高周波電源を制御してもよい。制御部は、周期内での反射波のパワーレベルを低減するための周期内の位相と高周波電力の周波数との予め求められた関係を用いて、周期内での位相に応じて高周波電力の周波数を変化させるように高周波電源を制御してもよい。
別の例示的実施形態において、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法で用いられるプラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、高周波電源、及びバイアス電源、を備える。基板支持器は、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。基板支持器は、チャンバ内で、その上に載置される基板を支持するように構成されている。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供給される高周波電力を発生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。プラズマ処理方法は、静電チャック上に基板が載置されている状態で該基板にプラズマ処理を行うために実行される。プラズマ処理方法は、バイアス電源から下部電極に周期的にパルス状の負極性の直流電圧を印加する工程を含む。プラズマ処理方法は、高周波電源の負荷からの反射波のパワーレベルを低減するために、下部電極に対するバイアス電源からのパルス状の負極性の直流電圧の印加の周期内でその周波数が変化する高周波電力を供給する工程を含む。
一つの例示的実施形態において、周期内の第１の部分期間内の少なくとも一部の期間において高周波電力が供給されてもよい。周期内の第２の部分期間における高周波電力のパワーレベルが、第１の部分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されてもよい。
一つの例示的実施形態において、第１の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加される期間であってもよい。第２の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加されない期間であってもよい。
一つの例示的実施形態において、第１の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加されない期間であってもよい。第２の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加される期間であってもよい。
一つの例示的実施形態において、周期内での反射波のパワーレベルを低減するため、高周波電力の周波数が周期内における位相に応じて変更され得る。高周波電力の周波数は、周期内での反射波のパワーレベルを低減するための周期内の位相と高周波電力の周波数との予め求められた関係を用いて、周期内における位相に応じて変更されてもよい。
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、石英又はアルミナ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の周波数は、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数であり得る。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（例えば、下部電極１８側）のインピーダンス、即ち負荷インピーダンスを整合させるよう構成されている。高周波電源６１は、更にパワーセンサ６５を介して下部電極１８に電気的に接続されていてもよい。パワーセンサ６５は、方向性結合器及び反射波パワー検出器を含み得る。方向性結合器は、高周波電源６１の負荷からの反射波を少なくとも部分的に反射波パワー検出器に与えるように構成されている。反射波パワー検出器は、方向性結合器から受けた反射波のパワーレベルを検出す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、ローパスフィルタ６４を介して下部電極１８に電気的に接続されている。バイアス電源６２は、周期ＰＰ、即ちパルス周期で周期的にパルス状の負極性の直流電圧ＰＶを下部電極１８に印加するように構成されている。周期ＰＰを規定する周波数は、高周波電力ＲＦの周波数よりも低い。周期ＰＰを規定する周波数は、例えば、５０ｋＨｚ以上、２７ＭＨｚ以下である。周期ＰＰは、第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２を含む。一実施形態では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間であってもよく、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間であってもよい。別の実施形態では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間であってもよく、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間であってもよい。
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、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されることにより、プラズマからのイオンが基板Ｗに向けて加速される。
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。
一実施形態において、制御部ＭＣは、周期ＰＰ内の第１の部分期間Ｐ１内の少なくとも一部の期間において高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御し得る。プラズマ処理装置１では、高周波電力ＲＦは、下部電極１８に供給される。或いは、高周波電力ＲＦは、上部電極３０に供給されてもよい。制御部ＭＣは、周期ＰＰ内の第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルを、第１の部分期間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してもよい。即ち、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦの一つ以上のパルスを供給するように高周波電源６１を制御してもよい。
第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルは、０［Ｗ］であってもよい。即ち、制御部ＭＣは、第２の部分期間Ｐ２においては、高周波電力ＲＦの供給を停止するように、高周波電源６１を制御してもよい。或いは、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルは、０［Ｗ］よりも大きくてもよい。
制御部ＭＣは、同期パルス、遅延時間長、及び供給時間長を高周波電源６１に与えるように構成されている。同期パルスは、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶに同期されている。遅延時間長は、同期パルスによって特定される周期ＰＰの開始時点からの遅延時間長である。供給時間長は、高周波電力ＲＦの供給時間の長さである。高周波電源６１は、周期ＰＰの開始時点に対して遅延時間長だけ遅れた時点から供給時間長の間、高周波電力ＲＦの一つ以上のパルスを供給する。その結果、第１の部分期間Ｐ１において、高周波電力ＲＦが下部電極１８に供給される。なお、遅延時間長は、ゼロであってもよい。
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。
制御部ＭＣは、電圧センサ７８によって測定された基板Ｗの電位が周期ＰＰにおける基板Ｗの電位の平均値ＶＡＶＥよりも高いか又は低い期間を第１の部分期間Ｐ１として決定してもよい。制御部ＭＣは、電圧センサ７８によって測定された基板Ｗの電位が平均値ＶＡＶＥよりも低いか又は高い期間を第２の部分期間Ｐ２として決定してもよい。基板Ｗの電位の平均値ＶＡＶＥは、予め定められた値であってもよい。制御部ＭＣは、決定した第１の部分期間Ｐ１において上述したように高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御してもよい。また、制御部ＭＣは、決定した第２の部分期間Ｐ２において上述したように高周波電力ＲＦのパワーレベルを設定するように高周波電源６１を制御してもよい。なお、プラズマ処理装置１は、電圧センサ７８に代えて、周期ＰＰにおける第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２の決定において用いることが可能な測定値を取得することができる他のセンサ（例えば電流センサ）を備えていてもよい。
制御部ＭＣは、高周波電源６１の負荷からの反射波のパワーレベルを低減するために、周期ＰＰ内でその周波数が変化する高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御する。周期ＰＰ内での反射波のパワーレベルを低減するための周期ＰＰ内の位相と高周波電力ＲＦの周波数との関係は、プラズマ処理装置１において基板Ｗに対するプラズマ処理が実行される前又は当該プラズマ処理の実行中に予め求められ得る。この関係は、関数又はテーブル形式のデータとして、制御部ＭＣの記憶装置に記憶される。制御部ＭＣは、この関係を用いて、高周波電源６１を制御する。この関係は、周期ＰＰ内の各位相での高周波電力ＲＦの周波数を変更しつつパワーセンサ６５を用いて反射波のパワーレベルを検出して、周期ＰＰ内の各位相での反射波のパワーレベルを抑制又は最小化する高周波電力ＲＦの周波数を決定することにより、得られる。
高周波電源６１の負荷からの反射は、高周波電源６１の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの差に起因して生じる。高周波電源６１の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの差は、高周波電力ＲＦの周波数を変化させることにより低減させることが可能である。したがって、プラズマ処理装置１によれば、高周波電源６１の負荷からの反射波のパワーレベルを低減させることが可能となる。また、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶの印加の周期ＰＰ内では、負荷インピーダンスが変動する。一般的に、高周波電源は、整合器によるインピーダンスの変更速度よりも高速に、高周波電力の周波数を変更することができる。したがって、プラズマ処理装置１によれば、負荷インピーダンスの変動に応じて周期ＰＰ内で反射波のパワーレベルを低減させるように、高速に高周波電力ＲＦの周波数を変化させることが可能である。
また、負極性のパルス状の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されている期間においては、プラズマと下部電極１８（又は基板Ｗ）との間の電位差が比較的大きくなる。したがって、負極性のパルス状の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されている期間では、基板Ｗにイオンが衝突することにより発生する２次電子が、プラズマと下部電極１８との間で基板Ｗ上のシースにかかる大きな電位差で加速されて大きなエネルギーを得る。故に、負極性のパルス状の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されている期間では、２次電子のエネルギーが比較的高く、プラズマ中の電子温度及びプラズマ中でのガスの解離度が高くなる。一方、負極性のパルス状の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されていない期間においては、プラズマと下部電極１８（又は基板Ｗ）との間の電位差は比較的低くなる。したがって、負極性のパルス状の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されていない期間では、２次電子を加速する電位差が小さいので、２次電子のエネルギーが比較的低く、プラズマ中の電子温度及びプラズマ中でのガスの解離度が低くなる。故に、プラズマ処理装置１によれば、プラズマ中の電子温度及びプラズマのガスの解離度を制御することが可能である。
以下、図２～図９を参照する。図２～図９の各々は、一例に係るパルス状の負極性の直流電圧、高周波電力のパワー、及び高周波電力の周波数のタイミングチャートである。図２～図９の各々において、「ＶＯ」、「ＲＦパワー」、「ＲＦ周波数」はそれぞれ、バイアス電源６２の出力電圧、高周波電力ＲＦのパワーレベル、高周波電力ＲＦの周波数を示している。
図２に示す例では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間である。図２に示す例では、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間である。図２に示す例では、制御部ＭＣは、周期ＰＰの繰り返しの間、プラズマの生成のために連続的に高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御する。図２に示す例では、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが０［Ｖ］から負のピーク電圧まで変化する過渡期間（以下、「第１の過渡期間」という）において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが増大するように変化する。図２に示す例では、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが負のピーク電圧から０［Ｖ］まで変化する過渡期間（以下、「第２の過渡期間」という）において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが低下するように変化する。図２に示す例では、第１の部分期間Ｐ１における高周波電力ＲＦの周波数は、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦの周波数よりも高い周波数に設定される。
図３は、別の一例に係るパルス状の負極性の直流電圧、高周波電力のパワー、及び高周波電力の周波数のタイミングチャートである。図３に示すタイミングチャートでは、第２の部分期間Ｐ２内でも、高周波電力ＲＦの周波数が変化する点で、図２に示すタイミングチャートと異なっている。図３に示す例のように、高周波電力ＲＦの周波数は、第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２の少なくとも一方において、一回以上変更されてもよい。即ち、高周波電力ＲＦの周波数は、第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２の少なくとも一方において、変動してもよい。
図４に示す例では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間である。図４に示す例では、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間である。図４に示す例では、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦを供給し、第２の部分期間Ｐ２において高周波電力ＲＦの供給を停止するように高周波電源６１を制御する。即ち、図４に示す例では、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦのパルスを供給するように高周波電源６１を制御する。図４に示す例では、第１の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが増大するように変化する。図４に示す例では、第２の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが低下するように変化する。
図５に示す例では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間である。図５に示す例では、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間である。図５に示す例では、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御する。図５に示す例では、制御部ＭＣは、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルを、０［Ｗ］よりも大きく、第１の部分期間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するように高周波電源６１を制御する。図５に示す例では、第１の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが増大するように変化する。図５に示す例では、第２の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが低下するように変化する。図５に示す例では、第１の部分期間Ｐ１における高周波電力ＲＦの周波数は、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦの周波数よりも高い。
図６に示す例では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間である。図６に示す例では、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間である。図６に示す例では、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御する。図６に示す例では、制御部ＭＣは、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルを、第１の部分期間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するように高周波電源６１を制御する。また、図６に示す例では、制御部ＭＣは、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルを変化させるように高周波電源６１を制御する。このように、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２の少なくとも一方において高周波電力ＲＦのパワーレベルを一回以上変化させるように高周波電源６１を制御してもよい。
図６に示す例では、第１の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが増大するように変化する。図６に示す例では、第２の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが低下するように変化する。図６に示す例では、第１の部分期間Ｐ１における高周波電力ＲＦの周波数は、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦの周波数よりも高い。また、図６に示す例では、高周波電力ＲＦのパワーが増大する期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが増大するように変化する。また、図６に示す例では、高周波電力ＲＦのパワーが低下する期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが低下するように変化する。また、図６に示す例では、高周波電力ＲＦのパワーが高い期間における高周波電力ＲＦの周波数は、高周波電力ＲＦのパワーが低い期間における高周波電力ＲＦの周波数よりも高い。
図７に示す例では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間である。図７に示す例では、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間である。図７に示す例では、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦを供給し、第２の部分期間Ｐ２において高周波電力ＲＦの供給を停止するように高周波電源６１を制御する。即ち、図７に示す例では、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦのパルスを供給するように高周波電源６１を制御する。図７に示す例では、第１の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが増大するように変化する。図７に示す例では、第２の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが低下するように変化する。
図８に示す例では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間である。図８に示す例では、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間である。図８に示す例では、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御する。図８に示す例では、制御部ＭＣは、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルを、０［Ｗ］よりも大きく、第１の部分期間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するように高周波電源６１を制御する。図８に示す例では、第１の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが増大するように変化する。図８に示す例では、第２の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが低下するように変化する。図８に示す例では、第１の部分期間Ｐ１における高周波電力ＲＦの周波数は、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦの周波数よりも低い。
図９に示す例では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間である。図９に示す例では、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間である。図９に示す例では、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御する。図９に示す例では、制御部ＭＣは、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルを、第１の部分期間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するように高周波電源６１を制御する。また、図９に示す例では、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１における高周波電力ＲＦのパワーレベルを変化させるように高周波電源６１を制御する。このように、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２の少なくとも一方において高周波電力ＲＦのパワーレベルを一回以上変化させるように高周波電源６１を制御してもよい。
図９に示す例では、第１の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが増大するように変化する。図９に示す例では、第２の過渡期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが低下するように変化する。図９に示す例では、第１の部分期間Ｐ１における高周波電力ＲＦの周波数は、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦの周波数よりも低い。また、図９に示す例では、高周波電力ＲＦのパワーが増大する期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが低下するように変化する。また、図９に示す例では、高周波電力ＲＦのパワーが低下する期間において、高周波電力ＲＦの周波数はそれが増大するように変化する。また、図９に示す例では、高周波電力ＲＦのパワーが高い期間における高周波電力ＲＦの周波数は、高周波電力ＲＦのパワーが低い期間における高周波電力ＲＦの周波数よりも低い。図９に示す例のように、高周波電力ＲＦの周波数は、第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２の少なくとも一方において、一回以上変更されてもよい。即ち、高周波電力ＲＦの周波数は、第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２の少なくとも一方において、変動してもよい。
以下、図１０を参照する。図１０は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。図１０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を用いて実行され得る。
方法ＭＴは、静電チャック２０上に基板Ｗが載置されている状態で実行される。方法ＭＴは、基板Ｗにプラズマ処理を行うために実行される。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内のガス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。
方法ＭＴでは、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、バイアス電源６２から下部電極１８にパルス状の負極性の直流電圧ＰＶが周期ＰＰで周期的に印加される。
工程ＳＴ２は、工程ＳＴ１の実行中に実行される。工程ＳＴ２では、高周波電源６１の負荷からの反射波のパワーレベルを低減するために、周期ＰＰ内でその周波数が変化する高周波電力ＲＦが供給される。周期ＰＰ内の位相に応じた高周波電力ＲＦの周波数の設定及びその例については、上述した説明及び図２～図９の例を参照されたい。
一実施形態においては、高周波電力ＲＦは、周期ＰＰ内の第１の部分期間Ｐ１内の少なくとも一部の期間において高周波電源６１から供給されてもよい。一実施形態においては、周期ＰＰ内の第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルは、第１の部分期間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てもよい。第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルは、０［Ｗ］であってもよい。
一実施形態では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間であってもよく、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間であってもよい。別の実施形態では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間であってもよく、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間であってもよい。
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。
別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理装置１とは異なる容量結合型のプラズマ処理装置であってもよい。また、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、誘導結合型プラズマ処理装置であってもよい。また、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ処理装置であってもよい。また、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、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。
また、周期ＰＰは、第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２を含む三つ以上の部分期間から構成されていてもよい。周期ＰＰ内の三つ以上の部分期間の時間長は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。三つ以上の部分期間の各々における高周波電力ＲＦのパワーレベルは、同一であってもよく、前後の部分期間における高周波電力ＲＦのパワーレベルとは異なるパワーレベルに設定されてもよい。
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、２０…静電チャック、６１…高周波電源、６２…バイアス電源、ＭＣ…制御部。
Claims (21)
- チャンバと、
下部電極及び該下部電極上に設けられた静電チャックを有し、前記チャンバ内で、その上に載置される基板を支持するように構成された基板支持器と、
前記チャンバ内のガスからプラズマを生成するために供給される高周波電力を発生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ており、周期的にパルス状の負極性の直流電圧を前記下部電極に印加するように構成されたバイアス電源と、
前記高周波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、
前記高周波電源の負荷からの反射波のパワーレベルを低減するために、前記下部電極に対する前記バイアス電源からの前記パルス状の負極性の直流電圧の印加の周期内でその周波数が変化する前記高周波電力を供給するように前記高周波電源を制御し、
前記周期内の第１の部分期間内の少なくとも一部の期間において前記高周波電力を供給し、前記周期内の第２の部分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の部分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に前記高周波電源を制御し、
前記第１の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加されない期間であり、
前記第２の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加される期間である、
プラズマ処理装置。 - 前記制御部は、前記周期内での反射波のパワーレベルを低減するため、前記周期内における位相に応じて前記高周波電力の前記周波数を変化させるように前記高周波電源を制御する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、前記第２の部分期間における前記高周波電力のパワーレベルをゼロに設定する、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、前記第１の部分期間及び前記第２の部分期間の少なくとも一方において前記高周波電力のパワーレベルを一回以上変更するように前記高周波電源を制御する、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
- 前記高周波電力のパワーレベルが増大する期間において前記高周波電力の周波数が低下し、前記高周波電力のパワーレベルが低下する期間において前記高周波電力の周波数が増大する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
- 前記高周波電力の周波数が、前記第１の部分期間及び前記第２の部分期間の少なくとも一方において一回以上変更される、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
- 前記高周波電力の周波数は、前記高周波電力のパワーレベルが高いほど低い、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
- プラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、
該プラズマ処理装置は、
チャンバと、
下部電極及び該下部電極上に設けられた静電チャックを有し、前記チャンバ内で、その上に載置される基板を支持するように構成された基板支持器と、
前記チャンバ内のガスからプラズマを生成するために供給される高周波電力を発生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と、
を備え、
該プラズマ処理方法は、前記静電チャック上に基板が載置されている状態で該基板にプラズマ処理を行うために実行され、
前記バイアス電源から前記下部電極に周期的にパルス状の負極性の直流電圧を印加する工程と、
前記高周波電源の負荷からの反射波のパワーレベルを低減するために、前記下部電極に対する前記バイアス電源からの前記パルス状の負極性の直流電圧の印加の周期内でその周波数が変化する前記高周波電力を供給する工程と、
を含み、
前記周期内の第１の部分期間内の少なくとも一部の期間において前記高周波電力が供給され、
前記周期内の第２の部分期間における前記高周波電力のパワーレベルが、前記第１の部分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され、
前記第１の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加されない期間であり、
前記第２の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加される期間である、
プラズマ処理方法。 - 前記周期内での反射波のパワーレベルを低減するため、前記高周波電力の前記周波数が前記周期内における位相に応じて変更される、請求項８に記載されたプラズマ処理方法。
- 前記第２の部分期間における前記高周波電力のパワーレベルをゼロに設定する、請求項８又は９に記載のプラズマ処理方法。
- 前記第１の部分期間及び前記第２の部分期間の少なくとも一方において前記高周波電力のパワーレベルを一回以上変更するように前記高周波電源を制御する、請求項８又は９に記載のプラズマ処理方法。
- 前記高周波電力のパワーレベルが増大する期間において前記高周波電力の周波数が低下し、前記高周波電力のパワーレベルが低下する期間において前記高周波電力の周波数が増大する、請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
- 前記高周波電力の周波数が、前記第１の部分期間及び前記第２の部分期間の少なくとも一方において一回以上変更される、請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
- 前記高周波電力の周波数は、前記高周波電力のパワーレベルが高いほど低い、請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
- プラズマ処理装置のチャンバ内のガスからプラズマを生成するために供給される高周波電力を発生するように構成された高周波電源と、
前記チャンバ内でその上に載置される基板を支持するように構成された基板支持器に電気的に接続されており、周期的にパルス状の負極性の直流電圧を前記基板支持器に印加するように構成されたバイアス電源と、
を備え、
前記高周波電源は、
該高周波電源の負荷からの反射波のパワーレベルを低減するために、前記基板支持器に対する前記バイアス電源からの前記パルス状の負極性の直流電圧の印加の周期内でその周波数が変化する前記高周波電力を供給し、
前記周期内の第１の部分期間内の少なくとも一部の期間において前記高周波電力を供給し、前記周期内の第２の部分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の部分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し、
前記第１の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記基板支持器に印加されない期間であり、
前記第２の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記基板支持器に印加される期間である、
電源システム。 - 前記高周波電源は、前記周期内での反射波のパワーレベルを低減するため、前記周期内における位相に応じて前記高周波電力の前記周波数を変化させる、請求項１５に記載の電源システム。
- 前記高周波電源は、前記第２の部分期間における前記高周波電力のパワーレベルをゼロに設定する、請求項１５又は１６に記載の電源システム。
- 前記高周波電源は、前記第１の部分期間及び前記第２の部分期間の少なくとも一方において前記高周波電力のパワーレベルを一回以上変更する、請求項１５又は１６に記載の電源システム。
- 前記高周波電力のパワーレベルが増大する期間において前記高周波電力の周波数が低下し、前記高周波電力のパワーレベルが低下する期間において前記高周波電力の周波数が増大する、請求項１８に記載の電源システム。
- 前記高周波電力の周波数が、前記第１の部分期間及び前記第２の部分期間の少なくとも一方において一回以上変更される、請求項１８に記載の電源システム。
- 前記高周波電力の周波数は、前記高周波電力のパワーレベルが高いほど低い、請求項１８に記載の電源システム。
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