CN110416075A - 等离子体处理方法和等离子体处理装置 - Google Patents

等离子体处理方法和等离子体处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明抑制基片的蚀刻速率降低并且降低照射到腔室主体的内壁的离子的能量。等离子体处理方法包括：从高频电源供给高频的步骤；从一个以上的直流电源对下部电极施加具有负极性的直流电压的步骤，在施加直流电压的步骤中，将直流电压周期性地施加到下部电极，在将规定对下部电极施加直流电压的各个周期的频率设定为不到1MHz的状态下，调节在各个周期内将直流电压施加到下部电极的时间所占的比例。

Description

等离子体处理方法和等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及等离子体处理方法和等离子体处理装置。
背景技术
在电子器件的制造过程中，使用等离子体处理装置。等离子体处理装置一般包括腔室主体、载置台和高频电源。腔室主体提供其内部空间作为腔室。腔室主体接地。载置台设置于腔室内，能够支承载置在其上的基片。载置台包含下部电极。为了激发腔室内的气体，高频电源供给高频。在该等离子体处理装置中，利用下部电极的电位与等离子体的电位的电位差将离子加速，将加速的离子照射到基片。
在等离子体处理装置中，在腔室主体与等离子体之间也产生电位差。在腔室主体与等离子体之间的电位差较大的情况下，照射到腔室主体的内壁的离子的能量变高，从腔室主体释放颗粒。从腔室主体释放出的颗粒污染载置于载置台上的基片。为了防止产生这样的颗粒，在专利文献1中，提出了一种能够调节腔室的接地容量的调节机构的技术。专利文献1所记载的调节机构能够调节与腔室相对的正极和负极的面积比例、即A/C比。
另外，在等离子体处理装置中，从提高照射到基片的离子的能量来提高基片的蚀刻速率的观点出发，存在一种将偏置用的直流电压供给到下部电极的技术。例如，在专利文献2中，发明了一种将作为具有负极性的直流电压偏置用的直流电压周期性地施加到下部电极的技术。在专利文献2的技术中，记载了如下技术：在将直流电压的频率设定为例如1MHz以上的状态下，通过将直流电压的占空比调节到50％以上，来提高照射到基片的离子的能量。此处，占空比是在对下部电极施加直流电压的各个周期内，对下部电极施加直流电压的时间所占的比例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-53516号公报
专利文献2：日本专利第4714166号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
本发明提供一种技术，其能够抑制基片的蚀刻速率降低并且降低照射到腔室主体的内壁的离子的能量。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的一方式的等离子体处理方法为一种在等离子体处理装置中执行的等离子体处理方法，上述等离子体处理装置包括：提供腔室的腔室主体；设置在上述腔室主体内的载置台，其用于支承基片，包括下部电极；高频电源，其供给用于生成供给到上述腔室的气体的等离子体的高频；和一个以上的直流电源，其产生施加到上述下部电极的具有负极性的直流电压，上述等离子体处理方法包括：从上述高频电源供给高频的步骤；和从上述一个以上的直流电源对上述下部电极施加具有负极性的直流电压的步骤，在施加上述直流电压的步骤中，将上述直流电压周期性地施加到上述下部电极，在将规定对上述下部电极施加上述直流电压的各个周期的频率设定为不到1MHz的状态下，调节在上述各个周期内将上述直流电压施加到上述下部电极的时间所占的比例。
发明效果
根据本发明，能够起到能够抑制基片的蚀刻速率降低并且降低照射到腔室主体的内壁的离子的能量的效果。
附图说明
图1是概略地表示一实施方式的等离子体处理装置的图。
图2是表示图1所示的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的一实施方式的图。
图3是表示图2所示的直流电源、切换单元、高频滤波器和匹配器的电路构成的图。
图4是与使用图1所示的等离子体处理装置来执行的一实施方式的等离子体处理方法有关的时序图。
图5是表示等离子体的电位的时序图。
图6A是表示DC频率与照射到基片的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图6B是表示DC频率与照射到基片的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图6C是表示DC频率与照射到基片的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图6D是表示DC频率与照射到基片的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图7A是表示DC频率与照射到腔室主体的内壁的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图7B是表示DC频率与照射到腔室主体的内壁的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图7C是表示DC频率与照射到腔室主体的内壁的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图7D是表示DC频率与照射到腔室主体的内壁的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图8的(a)和图8的(b)是与另一实施方式的等离子体处理方法有关的时序图。
图9是表示另一实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。
图10是表示又一实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。
图11是与使用图10所示的等离子体处理装置执行的一实施方式的等离子体处理方法有关的时序图。
图12是与使用图10所示的等离子体处理装置执行的另一实施方式的等离子体处理方法有关的时序图。
图13是表示另一实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。
图14是表示又一实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。
图15是表示波形调整器的一例的电路图。
图16的(a)是表示通过第一评价实验求取的、占空比与在顶板的腔室侧的面紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量的关系的图表，图16的(b)是表示通过第一评价实验求取的、占空比与在顶板的腔室侧的面紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量的关系的图表。
图17是表示通过第一评价实验求取的、占空比与载置于静电吸盘上的样本的硅氧化物膜的蚀刻量的关系的图表。
图18的(a)是表示分别通过第二评价实验和比较实验求取的、在顶板的腔室侧的面紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量的图表，图18的(b)是表示分别通过第二评价实验和比较实验求取的、在腔室主体的侧壁紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量的图表。
图19A是表示占空比与照射到基片的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图19B是表示占空比与照射到基片的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图19C是表示占空比与照射到基片的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图19D是表示占空比与照射到基片的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图19E是表示占空比与照射到基片的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图20A是表示占空比与照射到腔室主体的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图20B是表示占空比与照射到腔室主体的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图20C是表示占空比与照射到腔室主体的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图20D是表示占空比与照射到腔室主体的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
图20E是表示占空比与照射到腔室主体的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
附图标记说明
10、10A～10D 等离子体处理装置
12 腔室主体
12c 腔室
16 载置台
18 下部电极
61 第一高频电源
70、701、702 直流电源
72、721、722 切换单元
PC 控制器
MC 主控制部。
具体实施方式
下面，参照附图，详细地说明各种实施方式。此外，对于在各附图中相同或者相当的部分，标注相同的附图标记。
在电子器件的制造过程中，使用等离子体处理装置。等离子体处理装置一般而言包括腔室主体、载置台和高频电源。腔室主体提供其内部空间作为腔室。腔室主体接地。载置台设置于腔室内，构成为能够支承载置在其上的基片。载置台包含下部电极。为了激发腔室内的气体，高频电源供给高频。在该等离子体处理装置中，利用下部电极的电位与等离子体的电位的电位差将离子加速，将加速的离子照射到基片。
在等离子体处理装置中，在腔室主体与等离子体之间也产生电位差。在腔室主体与等离子体之间的电位差较大的情况下，照射到腔室主体的离子的能量变高，从腔室主体释放颗粒。从腔室主体释放出的颗粒污染载置于载置台上的基片。为了防止产生这样的颗粒，在专利文献1中，提出了一种能够调节腔室的接地容量的调节机构的技术。专利文献1所记载的调节机构能够调节与腔室相对的正极和负极的面积比例、即A/C比。
另外，在等离子体处理装置中，从提高照射到基片的离子的能量来提高基片的蚀刻速率的观点出发，存在一种将偏置用的直流电压供给到下部电极的技术。例如，在专利文献2中，发明了一种将作为具有负极性的直流电压偏置用的直流电压周期性地施加到下部电极的技术。在专利文献2的技术中，记载了如下技术：在将直流电压的频率设定为例如1MHz以上的状态下，通过将直流电压的占空比调节到50％以上，来提高照射到基片的离子的能量。此处，占空比是在对下部电极施加直流电压的各个周期内，对下部电极施加直流电压的时间所占的比例。
然而，在对下部电极周期性地施加直流电压的等离子体处理装置中，在停止施加直流电压的期间，由于等离子体中的离子的移动减少，有时等离子体的电位变高。当等离子体的电位变高时，等离子体与腔室主体的电位差变大，照射到腔室主体的离子的能量变高。另外，当将直流电压的频率设定为例如1MHz以上时，存在照射到基片的离子的能量和照射到腔室主体的离子的能量都变高的倾向。照射到腔室主体的离子的能量变得越高，从腔室主体释放的颗粒的量变得越多，有可能加剧基片的污染。根据上述的背景，希望抑制基片的蚀刻速率降低并且降低照射到腔室主体的内壁的离子的能量。
图1是概略地表示一实施方式的等离子体处理装置的图。图2是表示图1所示的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的一实施方式地图。图1所示的等离子体处理装置10是电容耦合型的等离子体处理装置。
等离子体处理装置10包括腔室主体12。腔室主体12具有大致圆筒形状。腔室主体12提供其内部空间作为腔室12c。腔室主体12例如由铝构成。腔室主体12与接地电位连接。在腔室主体12的内壁面即划分腔室12c的壁面，形成具有耐等离子体性的膜。该膜可以为通过阳极氧化处理而形成的膜或者由氧化钇形成的膜之类的陶瓷制的膜。另外，在腔室主体12的侧壁形成有通路12p。当将基片W送入腔室12c时或者将基片W送出腔室12c时，基片W通过通路12p。为了打开和关闭通路12p，沿腔室主体12的侧壁设置有闸阀12g。
在腔室12c内，支承部15从腔室主体12的底部向上方延伸。支承部15具有大致圆筒形状，由陶瓷之类的绝缘材料形成。在支承部15上安装有载置台16。载置台16由支承部15支承。载置台16构成为能够在腔室12c内支承基片W。载置台16包括下部电极18和静电吸盘20。在一实施方式中，载置台16还包括电极板21。电极板21由铝之类的导电性材料形成，具有大致圆盘形状。下部电极18设置于电极板21上。下部电极18由铝之类的导电性材料形成，具有大致圆盘形状。下部电极18与电极板21电连接。
在下部电极18内设置有流路18f。流路18f是热交换介质用的流路。作为热交换介质，可以使用液状的制冷剂或者通过其气化来冷却下部电极18的制冷剂(例如氟利昂)。从设置于腔室主体12的外部的冷却单元经由配管23a将热交换介质供给到流路18f。供给到流路18f的热交换介质经由配管23b返回冷却单元。即，将热交换介质以其在该流路18f与冷却单元之间循环的方式供给到流路18f。
静电吸盘20设置于下部电极18上。静电吸盘20包括由绝缘体形成的主体和设置于该主体内的膜状的电极。静电吸盘20的电极与直流电源电连接。当从直流电源对静电吸盘20的电极施加电压时，在载置于静电吸盘20上的基片W与静电吸盘20之间产生静电引力。利用产生的静电引力，基片W被吸附到静电吸盘20并由该静电吸盘20保持。在该静电吸盘20的周缘区域上配置聚焦环FR。聚焦环FR具有大致环状板形状，例如由硅形成。聚焦环FR以包围基片W的边缘的方式配置。
在等离子体处理装置10设置有气体供给线路25。气体供给线路25将来自气体供给机构的导热气体(例如He气体)供给到静电吸盘20的上表面与基片W的背面(下表面)之间。
筒状部28从腔室主体12的底部延伸到上方。筒状部28沿支承部15的外周延伸。筒状部28由导电性材料形成，具有大致圆筒形状。筒状部28与接地电位连接。在筒状部28上设置有绝缘部29。绝缘部29具有绝缘性，例如由石英或者陶瓷形成。绝缘部29沿载置台16的外周延伸。
等离子体处理装置10还包括上部电极30。上部电极30设置于载置台16的上方。上部电极30与部件32一起关闭腔室主体12的上部开口。部件32具有绝缘性。上部电极30隔着部件32支承于腔室主体12的上部。在后述的第一高频电源61与下部电极18电连接的情况下，上部电极30与接地电位连接。
上部电极30包括顶板34和支承体36。顶板34的下表面划分出腔室12c。在顶板34设置有多个气体排出孔34a。多个气体排出孔34a各自在板厚方向(铅垂方向)贯通顶板34。该顶板34不限于此，可以由例如硅形成。或者，顶板34可以具有在铝制的母材的表面形成耐等离子体性的膜的结构。该膜可以是通过阳极氧化处理而形成的膜或者由氧化钇形成的膜之类的陶瓷制的膜。
支承体36是可拆装地支承顶板34的部件。支承体36可以由例如铝之类的导电性材料形成。在支承体36的内部设置有气体扩散室36a。多个气体孔36b从气体扩散室36a向下方延伸。多个气体孔36b分别与多个气体排出孔34a连通。在支承体36形成有将气体导入气体扩散室36a的气体导入口36c，该气体导入口36c与气体供给管38连接。
气体供给管38经由阀组42和流量控制器组44与气体源组40连接。气体源组40包括多个气体源。阀组42包括多个阀，流量控制器组44包括多个流量控制器。流量控制器组44的多个流量控制器各自为质量流量控制器或者压力控制式的流量控制器。气体源组40的多个气体源分别经由阀组42的对应的阀和流量控制器组44的对应的流量控制器与气体供给管38连接。等离子体处理装置10能够以单独调节后的流量将来气体源组40的多个气体源中选择出的一个以上的气体源的气体供给到腔室12c。
在筒状部28与腔室主体12的侧壁之间设置有挡板48。挡板48例如能够通过在铝制的母材上覆盖氧化钇等陶瓷而构成。在该挡板48形成有多个贯通孔。在挡板48的下方，排气管52与腔室主体12的底部连接。该排气管52与排气装置50连接。排气装置50具有自动压力控制阀等压力控制器和涡轮分子泵等真空泵，能够将腔室12c减压。
如图1和图2所示，等离子体处理装置10还包括第一高频电源61。第一高频电源61是产生第一高频的电源，该第一高频用于激发腔室12c内的气体来生成等离子体。第一高频具有27～100MHz的范围内的频率，例如60MHz的频率。第一高频电源61经由匹配器64的第一匹配电路65和电极板21与下部电极18连接。第一匹配电路65是用于使第一高频电源61的输出阻抗与负载侧(下部电极18侧)的阻抗匹配的电路。此外，第一高频电源61可以不与下部电极18电连接，而可以经由第一匹配电路65与上部电极30连接。
等离子体处理装置10还包括第二高频电源62。第二高频电源62是偏置用的第二高频的电源，该偏置用的第二高频用于向基片W引入离子。第二高频的频率低于第一高频的频率。第二高频的频率为400kHz～13.56MHz的范围内的频率，例如400kHz。第二高频电源62经由匹配器64的第二匹配电路66和电极板21与下部电极18连接。第二匹配电路66是用于使第二高频电源62的输出阻抗与负载侧(下部电极18侧)的阻抗匹配的电路。
等离子体处理装置10还包括直流电源70和切换单元72。直流电源70是产生负极性的直流电压的电源。负极性的直流电压被用作向载置于载置台16上的基片W引入离子的偏置电压。直流电源70与切换单元72连接。切换单元72经由高频滤波器74与下部电极18电连接。在等离子体处理装置10中，选择性地对下部电极18供给由直流电源70产生的直流电压和由第二高频电源62产生的第二高频中的任一者。
等离子体处理装置10还包括控制器PC。控制器PC构成为能够控制切换单元72。控制器PC也可以构成为还能够控制第一高频电源61和第二高频电源62中的一个或者两个高频电源。
在一实施方式中，等离子体处理装置10还可以包括主控制部MC。主控制部MC是包括处理器、存储装置、输入装置、显示装置等的计算机，控制等离子体处理装置10的各部。具体而言，主控制部MC执行存储于存储装置的控制程序，根据存储于该存储装置的方案数据来控制等离子体处理装置10的各部。通过这样的控制，等离子体处理装置10执行由方案数据指定的处理。
下面，参照图2和图3。图3是表示图2所示的直流电源、切换单元、高频滤波器和匹配器的电路构成的图。直流电源70是可变直流电源，产生要施加到下部电极18的负极性的直流电压。
切换单元72构成为能够停止对下部电极18施加来自直流电源70的直流电压。在一实施方式中，切换单元72包括场效应管(FET)72a、FET72b、电容器72c和电阻元件72d。FET72a例如为N沟道MOSFET。FET72b例如为P沟道MOSFET。FET72a的源极与直流电源70的负极连接。直流电源70的负极和FET72a的源极与电容器72c的一端连接。电容器72c的另一端与FET72b的源极连接。FET72b的源极与地连接。FET72a的栅极和FET72b的栅极互相连接。将来自控制器PC的脉冲控制信号供给到连接于FET72a的栅极与FET72b的栅极之间的节点NA。FET72a的漏极与FET72b的漏极连接。连接FET72a的漏极与FET72b的漏极的节点NB经由电阻元件72d与高频滤波器74连接。
高频滤波器74是用于降低或者切断高频的滤波器。在一实施方式中，高频滤波器74具有电感74a和电容器74b。电感74a的一端与电阻元件72d连接。电感74a的一端与电容器74b的一端连接。电容器74b的另一端与地连接。电感74a的另一端与匹配器64连接。
匹配器64具有第一匹配电路65和第二匹配电路66。在一实施方式中，第一匹配电路65具有可变电容器65a和可变电容器65b，第二匹配电路66具有可变电容器66a和可变电容器66b。可变电容器65a的一端是电感74a的另一端连接。可变电容器65a的另一端与第一高频电源61和可变电容器65b的一端连接。可变电容器65b的另一端与地连接。可变电容器66a的一端与电感74a的另一端连接。可变电容器66a的另一端与第二高频电源62和可变电容器66b的一端连接。可变电容器66b的另一端与地连接。可变电容器65a的一端和可变电容器66a的一端与匹配器64的端子64a连接。匹配器64的端子64a经由电极板21与下部电极18连接。
以下，说明由主控制部MC和控制器PC进行的控制。在以下的说明中，参照图2和图4。图4是与使用图1所示的等离子体处理装置执行的一实施方式的等离子体处理方法有关的时序图。在图4中，横轴表示时间。在图4中，纵轴表示第一高频的功率、从直流电源70施加到下部电极18的直流电压和由控制器PC输出的控制信号。在图4中，第一高频的功率为高电平的情况表示为了生成等离子体而供给第一高频，第一高频的功率为低电平的情况表示停止供给第一高频。另外，在图4中，直流电压为低电平的情况表示从直流电源70对下部电极18施加负极性的直流电压，直流电压为0V的情况表示未从直流电源70对下部电极18施加直流电压。
主控制部MC对第一高频电源61指定第一高频的功率和频率。另外，在一实施方式中，主控制部MC对第一高频电源61直到开始供给第一高频的时刻和结束供给第一高频的时刻。在由第一高频电源61供给第一高频的期间，生成腔室内的气体的等离子体。即，在该期间，为了生成等离子体执行从高频电源供给高频的步骤S1。此外，在图4的例中，在一实施方式的等离子体处理方法的执行中，连续地供给第一高频。
主控制部MC对控制器PC指定频率(以下，称为“DC频率”)和占空比，这两者规定将来自直流电源70的负极性的直流电压施加到下部电极18的各个周期。占空比是在各个周期(图4的“PDC”)内，将来自直流电源70的负极性的直流电压施加到下部电极18的期间(图4的“T1”)所占的比例。将DC频率设定为不到1MHz。例如，将DC频率设定在50～800kHz的范围内。在将DC频率设定为不到1MHz的状态下，调节占空比。例如，将占空比调节到50％以下，更优选地调节到35％以下。
控制器PC根据由主控制部MC指定的DC频率和占空比来生成控制信号。由控制器PC生成的控制信号可以是脉冲信号。在一例中，如图4所示，由控制器PC生成的控制信号在期间T1具有高电平，在期间T2具有低电平。期间T2是在一个周期PDC内除期间T1之外的期间。或者，由控制器PC生成的控制信号在期间T1具有低电平，在期间T2具有高电平。
在一实施方式中，将由控制器PC生成的控制信号施加到切换单元72的节点NA。当施加控制信号时，切换单元72在期间T1将直流电源70与节点NB互相连接，使得将来自直流电源70的负极性的直流电压施加到下部电极18。另一方面，切换单元72在期间T2中切断直流电源70与节点NB的连接，使得来自直流电源70的负极性的直流电压不能够施加到下部电极18。由此，如图4所示，在期间T1，来自直流电源70的负极性的直流电压被施加到下部电极18，在期间T2，停止对对下部电极18施加来自直流电源70的负极性的直流电压。即，在一实施方式的等离子体处理方法中，执行将来自直流电源70的负极性的直流电压周期性地施加到下部电极18的步骤S2。
此处，参照图5的(a)和图5的(b)，说明占空比与等离子体的电位的关系。图5的(a)和图5的(b)是表示等离子体的电位的时序图。在期间T1中，由于将来自直流电源70的负极性的直流电压施加到下部电极18，因此等离子体中的正离子向基片W移动。因此，如图5的(a)和图5的(b)所示，在期间T1，等离子体的电位变低。另一方面，在期间T2中，停止对下部电极18施加来自直流电源70的负极性的直流电压，因此正离子的移动变少，以等离子体中的电子移动为主。所以，在期间T2中，等离子体的电位变高。
在图5的(a)所示的时序图中，与图5的(b)所示的时序图相比，占空比变小。在与等离子体的生成有关的各条件是相同的情况下，等离子体中的正离子的总量和电子的总量各自不依赖于占空比。即，图5的(a)所示的面积A1与面积A2之比和图5的(b)所示的面积A1与面积A2之比相同。因此，占空比变得越小，期间T2中的等离子体的电位PV变得越小。
在占空比即各个周期PDC内基片W的蚀刻速率对将负极性的直流电压施加到下部电极18的期间T1所占的比例的依赖性减少。另一方面，在将占空比调节为比较小的值的情况下，尤其是将占空比调节为50％以下的情况下，等离子体的电位变得较小，因此腔室主体12的蚀刻速率大大降低。
接着，参照图6A～图6D和图7A～图7D，说明DC频率、照射到基片W的离子的能量与照射到腔室主体12的内壁的离子的能量的关系。图6A～图6D表示DC频率与照射到基片W的离子的能量的关系的一例的模拟结果。图7A～图7D表示DC频率与照射到腔室主体12的内壁的离子的能量的关系的一例的模拟结果。图6A～图6D分别是模拟将DC频率设定为200kHz、400kHz、800kHz和1.6MHz而照射到基片W的离子的能量分布(IED：Ion EnergyDistribution)得到的结果。图7A～图7D分别是模拟将DC频率设定为200kHz、400kHz、800kHz和1.6MHz而照射到腔室主体12的内壁的离子的能量分布(IED)得到的结果。此外，作为其他模拟条件，对下部电极18的负极性的直流电压的占空比：40％，对下部电极18的负极性的直流电压的电压值：－450V，腔室12c的压力：30mTorr(4.00Pa)，供给到腔室12c的处理气体：Ar气体：第一高频：使用100MHz，500W的连续波。
如图6A～图6C所示，在DC频率为800kHz以下的情况下，在照射到基片W的离子的能量分布中，出现低能量侧峰值和高能量侧峰值。另外，如图7A～图7C所示，在DC频率为800kHz以下的情况下，在照射到腔室主体12的内壁的离子的能量分布中，出现低能量侧峰值和高能量侧峰值。即，在DC频率为800kHz的情况下，跟踪周期性地施加到下部电极18的离子。
另一方面，如图6D所示，在DC频率为1.6MHz的情况下，在照射到基片W的离子的能量分布中，不出现低能量侧峰值和高能量侧峰值。另外，如图7D所示，在DC频率为1.6MHz的情况下，在照射到腔室主体12的内壁的离子的能量分布中，不出现低能量侧峰值和高能量侧峰值。即，在DC频率为1.6MHz的情况下，不跟踪周期性地施加到下部电极18的直流电压。
本申请的发明人，基于图6A～图6D和图7A～图7D的模拟结果，反复进行了深入研究。结果确认了以下事实。
·在将DC频率设定为不到1MHz(优选50～800kHz)的范围内的情况下，对周期性地施加到下部电极18的直流电压跟踪离子。
·在离子跟踪对周期性地施加到下部电极18的直流电压的状况下，基片W的蚀刻速率对直流电压的占空比的依赖性减小。另一方面，将占空比调节为比较小的值的情况下，尤其是将占空比调节为50％以下的情况下，如使用图5的(a)所说明的那样，等离子体的电位变小，因此腔室主体12的蚀刻速率大大降低。
·在将DC频率设定为1MHz以上的情况下，对周期性地施加到下部电极18的直流电压跟踪离子。
·在离子不跟踪对周期性地施加到下部电极18的直流电压的状况下，存在照射到基片的离子的能量和照射到腔室主体12的内壁的离子的能量都变高的情况。
因此，在一实施方式的等离子体处理装置10中，在将直流电压周期性地施加到下部电极18时，在将DC频率设定为不到1MHz的状态下，将占空比调节到50％以下。由此，能够抑制基片W的蚀刻速率降低并且降低照射到腔室主体12的内壁的离子的能量。结果，能够抑制产生来自腔室主体12的颗粒。此外，在占空比为35％以下的情况下，能够进一步降低照射到腔室主体12的内壁的离子的能量。
下面，说明另一实施方式。图8的(a)和图8的(b)是与另一实施方式的等离子体处理方法有关的时序图。在图8的(a)和图8的(b)各自中，横轴表示时间。在图8的(a)和图8的(b)各自中，纵轴表示第一高频的功率和从直流电源70施加到下部电极18的直流电压。在图8的(a)和图8的(b)各自中，第一高频的功率为高电平的情况表示为了生成等离子体而供给第一高频。另外，在图8的(a)和图8的(b)各自中，第一高频的功率为低电平的情况表示停止供给第一高频。另外，在图8的(a)和图8的(b)各自中，直流电压为低电平的情况表示从直流电源70对下部电极18施加负极性的直流电压。另外，在图8的(a)和图8的(b)各自中，直流电压为0V的情况表示从直流电源70对下部电极18施加直流电压。
在图8的(a)所示的实施方式中，对下部电极18周期性地施加来自直流电源70的负极性的直流电压或者为了生成等离子体而周期性地供给第一高频。在图8的(a)所示的实施方式中，对下部电极18施加来自直流电源70的负极性的直流电压与供给第一高频同步。即，在将来自直流电源70的直流电压施加到下部电极18的期间T1供给第一高频，在停止对下部电极18施加来自直流电源70的直流电压的期间T2停止供给第一高频。
在图8的(b)所示的实施方式中，对下部电极18周期性地施加来自直流电源70的负极性的直流电压或者为了生成等离子体而周期性地供给第一高频。在图8的(b)所示的实施方式中，供给第一高频的相位相对于对下部电极18施加来自直流电源70的负极性的直流电压的相位反转。即，在将来自直流电源70的直流电压施加到下部电极18的期间T1停止供给第一高频，在停止对对下部电极18施加来自直流电源70的直流电压的期间T2供给第一高频。
在图8的(a)所示的实施方式和图8的(b)所示的实施方式中，将来自控制器PC的上述的控制信号施加到第一高频电源61。第一高频电源61在控制信号上升(或者下降)的时刻开始从控制器PC供给第一高频，在控制信号下降(或者上升)的时刻停止从控制器PC供给第一高频。在图8的(a)所示的实施方式和图8的(b)所示的实施方式中，能够抑制产生因互调失真(Inter Modulation Distortion)导致的不想要的高频。
下面，对若干另一实施方式的等离子体处理装置进行说明。图9是表示另一实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。如图9所示，另一实施方式的等离子体处理装置10A在第一高频电源61包括控制器PC这一点上，与等离子体处理装置10不同。即，在等离子体处理装置10A中，控制器PC是第一高频电源61的一部分。另一方面，在等离子体处理装置10中，控制器PC与第一高频电源61和第二高频电源62是单独的。在等离子体处理装置10A中，控制器PC是第一高频电源61的一部分，因此不将来自控制器PC的上述的控制信号(脉冲信号)发送到第一高频电源61。
图10是表示又一实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。图10所示的等离子体处理装置10B包括多个直流电源701、702和多个切换单元721、722。多个直流电源701和702各自为与直流电源70相同的电源，构成为能够产生要施加到下部电极18的负极性的直流电压。多个切换单元721和722各自具有与切换单元72相同的构成。直流电源701与切换单元721连接。切换单元721与切换单元72同样构成为能够停止对下部电极18施加来自直流电源701的直流电压。直流电源702与切换单元722连接。切换单元722与切换单元72同样构成为能够停止对下部电极18施加来自直流电源702的直流电压。
图11是与使用图10所示的等离子体处理装置执行一实施方式的等离子体处理方法有关的时序图。在图11中，横轴表示时间。在图11中，纵轴表示合成的直流电压、直流电源701的直流电压和直流电源702的直流电压。直流电源701的直流电压表示从直流电源701施加到下部电极18的直流电压，直流电源702的直流电压表示从直流电源702施加到下部电极18的直流电压。合成的直流电压在各个周期PDC内被施加到下部电极18。如图11所示，在等离子体处理装置10B中，在各个周期PDC内施加到下部电极18的直流电压由从多个直流电源701和702依次输出的多个直流电压形成。即，在等离子体处理装置10B中，在各个周期PDC内施加到下部电极18的直流电压通过将从多个直流电源701和702依次输出的多个直流电压在时间上合成而生成。依照该等离子体处理装置10B，能够减轻多个直流电源701和702的各负载。
在执行图11所示的等离子体处理方法的等离子体处理装置10B中，控制器PC将第一控制信号供给到切换单元721。第一控制信号在将来自直流电源701的直流电压施加到下部电极18的期间具有高电平(或者低电平)，在不对下部电极18施加来自直流电源701的直流电压的期间具有低电平(或者高电平)。另外，控制器PC将第二控制信号供给到切换单元722。第二控制信号在将来自直流电源702的直流电压施加到下部电极18的期间具有高电平(或者低电平)，在不对下部电极18施加来自直流电源702的直流电压的期间具有低电平(或者高电平)。即，分别对与多个直流电源连接的多个切换单元721、722供给具有不同的相位的控制信号(脉冲信号)。
图12是与使用图10所示的等离子体处理装置执行的另一实施方式的等离子体处理方法有关的时序图。在图12中，横轴表示时间。在图12中，纵轴表示合成的直流电压、直流电源701的直流电压和直流电源702的直流电压。直流电源701的直流电压表示从直流电源701施加到下部电极18的直流电压，直流电源702的直流电压表示从直流电源702施加到下部电极18的直流电压。合成的直流电压在各个周期内被施加到下部电极18。如图12所示，在等离子体处理装置10B中，在相邻的周期PDC1和周期PDC2内施加到下部电极18的直流电压由从多个直流电源701和702依次输出且相位偏移90度的多个直流电压形成。即，在等离子体处理装置10B中，在相邻的周期PDC1和周期PDC2内施加到下部电极18的直流电压通过将从多个直流电源701和702依次输出且相位偏移90度的多个直流电压在时间上合成而生成。通过将从多个直流电源701和702依次输出且相位偏移90度的多个直流电压在时间上合成而生成的直流电压的频率，为从多个直流电源701和702各自输出的直流电压的频率的2倍。
在执行图12所示的等离子体处理方法的等离子体处理装置10B中，控制器PC将第三控制信号供给到切换单元721。第三控制信号在将来自直流电源701的直流电压施加到下部电极18的期间具有高电平(或者低电平)，在不对下部电极18施加来自直流电源701的直流电压的期间具有低电平(或者高电平)。另外，控制器PC将第四控制信号供给到切换单元722。第四控制信号在将来自直流电源702的直流电压施加到下部电极18的期间具有高电平(或者低电平)，在不对下部电极18施加来自直流电源702的直流电压的期间具有低电平(或者高电平)。另外，第四控制信号的相位相对于第三控制信号的相位偏移90度。即，对与多个直流电源701、702连接的多个切换单元721、722分别供给相位偏移了90度的控制信号(脉冲信号)。另外，第三控制信号的频率和第四控制信号的频率为通过将从多个直流电源701和702依次输出且相位偏移90度的多个直流电压在时间上合成而生成的直流电压的频率的1/2倍。利用该等离子体处理装置10B，能够降低对与多个直流电源701、702连接的多个切换单元721、722各自供给的控制信号(脉冲信号)的频率。其结果，利用该等离子体处理装置10B，能够抑制伴随多个切换单元721、722各自的控制而来的发热。
图13是表示另一实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。如图13所示，另一实施方式的等离子体处理装置10C在省略了直流电源702这一点上，与等离子体处理装置10B不同。在等离子体处理装置10C中，直流电源701与切换单元721和切换单元722连接。
图14是表示又一实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。图14所示的等离子体处理装置10D在还包括波形调整器76这一点上，与等离子体处理装置10不同。波形调整器76连接在切换单元72与高频滤波器74之间。波形调整器76用于调节从直流电源70经由切换单元72输出的直流电源即交替地具有负极性的值和0V的值的直流电压的波形。具体而言，波形调整器76调节该直流电压的波形，使得施加到下部电极18的直流电压的波形具有大致三角形形状。波形调整器76例如为积分电路。
图15是表示波形调整器76的一例的电路图。图15所示的波形调整器76构成为积分电路，具有电阻元件76a和电容器76b。电阻元件76a的一端与切换单元72的电阻元件72d连接，电阻元件76a的另一端与高频滤波器74连接。电容器76b的一端与电阻元件76a的另一端连接。电容器76b的另一端与地连接。在图15所示的波形调整器76中，根据电阻元件76a的电阻值和电容器76b的静电电容值决定的时间常数，在从切换单元72输出的直流电压的上升、下降中发生延迟。因此，利用图15所示的波形调整器76，能够类似地将具有三角波的波形的电压施加到下部电极18。利用具有上述波形调整器76的等离子体处理装置10D，能够调节照射到腔室主体12的内壁的离子的能量。
以上，对各种实施方式进行了说明，但是不限于上述的实施方式而能够构成各种变形方式。例如，上述的各种实施方式的等离子体处理装置也可以具有第二高频电源62。即，上述的各种实施方式的等离子体处理装置也可以具有单一的高频电源。
另外，在上述的各种的实施方式中，来自直流电源的负极性的直流电压对下部电极18的施加或停止能够由切换单元来切换，但是，如果能够由直流电源自身切换负极性的直流电压的输出或停止输出，也可以不要切换单元。
另外，在上述的各种的实施方式中，以规定直流电压施加到下部电极18的各个周期的频率即将DC频率设定为不到1MHz的一定值的情况为例进行了说明，但是，也可以随着时间经过，使DC频率降低。由此，在基片被等离子体蚀刻而形成的孔或槽的深度变深的情况下，也能够抑制在孔或槽内离子的直进性降低，结果能够抑制蚀刻特性的劣化。
另外，上述的各种实施方式的特征性的构成，能够任意地组合进行利用。而且，上述的各种实施方式的等离子体处理装置为电容耦合型的等离子体处理装置，但是，变形方式中的等离子体处理装置也可以为电感耦合型的等离子体处理装置。
此外，在占空比较高的情况下，照射到腔室主体12的离子的能量变大。因此，通过将占空比设定为较高的值，例如将占空比设定为大于50％的值，而能够进行腔室主体12的内壁的清洁。
以下，说明与使用等离子体处理装置10的等离子体处理方法有关而进行的评价实验。
(第一评价实验)
在第一评价实验中，在等离子体处理装置10的顶板34的腔室12c侧的面和腔室主体12的侧壁分别紧贴具有硅氧化物膜的样本或者在静电吸盘20上载置具有硅氧化物膜的样本。而且，在第一评价实验中，进行了以下所示的条件的等离子体处理。此外，在第一评价实验中，将对下部电极18周期性地施加的负极性的直流电压的占空比用作可变的参数。
＜第一评价实验中的等离子体处理的条件＞
·腔室12c的压力：20mTorr(2.66Pa)
·供给到腔室12c的气体的流量
C4F8气体：24sccm
O2气体：16sccm
Ar气体：150sccm
·第一高频：100MHz，500W的连续波
·对下部电极18的负极性的直流电压
电压值：－3000V
频率(DC频率)：200kHz
·处理時间：60秒
在第一评价实验中，测量了在顶板34的腔室12c侧的面紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量(膜厚減少量)。另外，在第一评价实验中，测量了在腔室主体12的侧壁紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量(膜厚減少量)。另外，在第一评价实验中，测量了载置于静电吸盘20上的样本的硅氧化物膜的蚀刻量(膜厚減少量)。图16的(a)是表示在第一评价实验中求取的、占空比与在顶板34的腔室12c侧的面紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量的关系的图表。图16的(b)是表示在第一评价实验中求取的、占空比与在腔室主体12的侧壁紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量的关系的图表。图17是表示在第一评价实验中求取的、占空比与载置于静电吸盘20上的样本的硅氧化物膜的蚀刻量的关系的图表。
如图17所示，载置于静电吸盘20上的样本的硅氧化物膜的蚀刻量对占空比的依赖性减少。另外，如图16的(a)和图16的(b)所示，在占空比为35％以下的情况下，在顶板34的腔室12c侧的面紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量变得相当小。另外，如图16的(a)和图16的(b)所示，在占空比为35％以下的情况下，在腔室主体12的侧壁紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量变得相当小。因此，通过第一评价实验，确认了：基片的蚀刻速率对在各个周期PDC内将负极性的直流电压施加到下部电极18的时间所占的占空比的依赖性减少。另外，确认了：在占空比较小的情况下，尤其是占空比为35％以下的情况下，腔室主体12的蚀刻速率大大降低，即照射到腔室主体12的内壁的离子的能量变小。此外，根据图16的(a)和图16的(b)的图表，能够推测出当占空比在50％以下时，照射到腔室主体12的内壁的离子的能量变得相当小。
(第二评价实验)
在第二评价实验中，在等离子体处理装置10的顶板34的腔室12c侧的面和腔室主体12的侧壁分别紧贴具有硅氧化物膜的样本或者在静电吸盘20上载置具有硅氧化物膜的样本。而且，在第二评价实验中，进行了以下所示的条件的等离子体处理。
＜第二评价实验中的等离子体处理的条件＞
·腔室12c的压力：20mTorr(2.66Pa)
·供给到腔室12c的气体的流量
C4F8气体：24sccm
O2气体：16sccm
Ar气体：150sccm
·第一高频：100MHz，500W的连续波
·对下部电极18的负极性的直流电压
电压值：－3000V
频率(DC频率)：200kHz
占空比：35％
·处理時间：60秒
另外，在比较实验中，在等离子体处理装置10的顶板34的腔室12c侧的面和腔室主体12的侧壁分别紧贴具有硅氧化物膜的样本或者在静电吸盘20上载置具有硅氧化物膜的样本。而且，在比较实验中，进行了以下所示的条件的等离子体处理。此外，将比较实验中的第二高频的条件设定为载置于静电吸盘20上的样本的硅氧化物膜的蚀刻量(膜厚減少量)在第二评价实验的等离子体处理和比较实验的等离子体处理中大致相同。
＜比较实验中的等离子体处理的条件＞
·腔室12c的压力：20mTorr(2.66Pa)
·供给到腔室12c的气体的流量
C4F8气体：24sccm
O2气体：16sccm
Ar气体：150sccm
·第一高频：100MHz，500W的连续波
·第二高频：400kHz，2500W的连续波
·处理時间：60秒
在第二评价实验和比较实验各自中，测量了在顶板34的腔室12c侧的面紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量(膜厚減少量)。另外，在第二评价实验和比较实验各自中，测量了在腔室主体12的侧壁紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量(膜厚減少量)。图18的(a)是表示在第二评价实验和比较实验各自中求取的、在顶板34的腔室12c侧的面紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量的图表。图18的(b)是表示在第二评价实验和比较实验各自中求取的、在腔室主体12的侧壁紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量的图表。在图18的(a)的图表中，横轴表示在顶板34的腔室12c侧的面紧贴的样本内的测量位置距腔室12c的中心的径向的距离。另外，在图18的(a)的图表中，纵轴表示在顶板34的腔室12c侧的面紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量。在图18的(b)的图表中，横轴表示在腔室12c侧壁紧贴的样本内的测量位置距顶板34的腔室12c侧的面的垂直方向的距离。另外，在图18的(b)的图表中，纵轴表示在腔室主体12的侧壁紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量。
如图18的(a)和(b)所示，与使用了第二高频的比较实验相比，在使用了负极性的直流电压的第二评价实验中，在顶板34的腔室12c侧的面紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量变小。另外，如图18的(a)和(b)所示，与使用了第二高频的比较实验相比，在使用了负极性的直流电压的第二评价实验中，在腔室主体12的侧壁紧贴的样本的硅氧化物膜的蚀刻量变得相当小。因此，通过对下部电极18周期性地施加负极性的直流电压，确认了以下的效果。即，确认了能够抑制静电吸盘20上的照射到基片的离子的能量降低，同时大大降低照射到腔室主体12的壁面和上部电极30的壁面的离子的能量。
以下，说明与使用等离子体处理装置10的等离子体处理方法有关而进行的评价模拟。
(评价模拟)
在评价模拟中，利用以下所示的条件，模拟了照射到基片W的离子的能量分布(IED)和照射到腔室主体12的内壁的离子的能量分布(IED)。此外，在评价模拟中，在将DC频率设定为不到1MHz的200kHz的状态下，将对下部电极18周期性地施加的负极性的直流电压的占空比用作可变的参数。
＜评价模拟的条件＞
·腔室12c的压力：30mTorr(4.00Pa)
·供给到腔室12c的处理气体：Ar气体
·第一高频：100MHz，500W的连续波
·对下部电极18的负极性的直流电压
电压值：－450V
频率(DC频率)：200kHz
图19A～图19E是表示占空比与照射到基片W的离子的能量的关系的一例的模拟结果。图20A～图20E是表示占空比与照射到腔室主体12的内壁的离子的能量的关系的一例的模拟结果。
如图19A～图19E所示，不论占空比怎样变化，照射到基片W的离子的能量的最大值都被维持在预先设定的容许规格的范围内即大约270eV。另外，如图20A～图20E所示，在占空比为50％以下的情况下，照射到腔室主体12的内壁的离子的能量的最大值降低至预先设定的容许规格的范围内即大约60eV以下。因此，在评价模拟中，确认了：在将DC频率设定为不到1MHz的200kHz的情况下，基片W的蚀刻速率对直流电压的占空比的依赖性较小。另外，确认了：在将DC频率设定为不到1MHz的200kHz的状态下，在将占空比调节为50％以下的情况下，照射到腔室主体12的内壁的离子的能量降低至至预先设定的容许规格的范围内。

Claims (14)

1.一种在等离子体处理装置中执行的等离子体处理方法，其特征在于：
所述等离子体处理装置包括：
提供腔室的腔室主体；
设置在所述腔室主体内的载置台，其用于支承基片，包括下部电极；
高频电源，其供给用于生成供给到所述腔室的气体的等离子体的高频；和
一个以上的直流电源，其产生施加到所述下部电极的具有负极性的直流电压，
所述等离子体处理方法包括：
从所述高频电源供给高频的步骤；和
从所述一个以上的直流电源对所述下部电极施加具有负极性的直流电压的步骤，
在所述施加直流电压的步骤中，将所述直流电压周期性地施加到所述下部电极，在将规定对所述下部电极施加所述直流电压的各个周期的频率设定为不到1MHz的状态下，调节在所述各个周期内将所述直流电压施加到所述下部电极的时间所占的比例。
2.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于：
在所述施加直流电压的步骤中，通过调节所述比例来降低向所述腔室主体的内壁照射的离子的能量。
3.如权利要求1或2所述的等离子体处理方法，其特征在于：
将所述比例调节到50％以下。
4.如权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于：
所述等离子体处理装置包括多个直流电源作为所述一个以上的直流电源，
在所述各个周期内向所述下部电极施加的所述直流电压由从所述多个直流电源依次输出的多个直流电压形成。
5.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于：
在施加所述直流电压的期间供给所述高频，在停止施加所述直流电压的期间停止供给所述高频。
6.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于：
在施加所述直流电压的期间停止供给所述高频，在停止施加所述直流电压的期间供给所述高频。
7.如权利要求1～6中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于：
所述高频具有27～100MHz的范围内的频率。
8.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
提供腔室的腔室主体；
设置在所述腔室主体内的载置台，其用于支承基片，包括下部电极；
高频电源，其供给用于激发供给到所述腔室的气体的高频；
一个以上的直流电源，其产生施加到所述下部电极的具有负极性的直流电压；
切换单元，其能够停止对所述下部电极施加所述直流电压；和
控制所述切换单元的控制器，
所述控制器控制所述切换单元，以使得将来自所述一个以上的直流电源的负极性的直流电压周期性地施加到所述下部电极，在将规定向所述直流电压施加的各个周期的频率设定为不到1MHz的状态下，调节在所述各个周期内将所述直流电压施加到所述下部电极的时间所占的比例。
9.如权利要8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述控制器控制所述切换单元，以使得通过调节所述比例来降低向所述腔室主体的内壁照射的离子的能量。
10.如权利要8或9所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述控制器控制所述切换单元，以使得将所述比例调节到50％以下。
11.如权利要8～10中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
包括多个直流电源作为所述一个以上的直流电源，
所述控制器控制所述切换单元，以使得由从所述多个直流电源依次输出的多个直流电压形成在所述各个周期内向所述下部电极施加的所述直流电压。
12.如权利要9～11中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述控制器控制所述高频电源，以使得在施加所述直流电压的期间供给所述高频，在停止施加所述直流电压的期间停止供给所述高频。
13.如权利要9～11中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述控制器控制所述高频电源，以使得在施加所述直流电压的期间停止供给所述高频，在停止施加所述直流电压的期间供给所述高频。
14.如权利要8～13中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频具有27～100MHz的范围内的频率。
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