CN113936985A - 等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够抑制对基片的离子冲击的同时高效地生成等离子体来进行等离子体处理的等离子体处理装置和等离子体处理方法。等离子体处理装置对基片实施等离子体处理，其包括：处理容器；设置在处理容器内的能够载置基片的基片载置台；基片载置台所包含的接地的下部电极；与下部电极相对地设置的上部电极；向上部电极与基片载置台之间供给处理气体的气体供给部；对上部电极施加高频电功率来生成处理气体的等离子体的高频电源；和电压波形整形部，其设置在高频电源与上部电极之间，对高频电源的电压波形进行整形，以抑制被施加于上部电极的高频电压中的正电压。

Description

等离子体处理装置和等离子体处理方法
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置和等离子体处理方法。
背景技术
作为对半导体晶片等基片进行的处理，大多使用等离子体处理。在专利文献1中公开有等离子体处理装置，其具有：真空容器；在真空容器内载置基片且连接有高频电源的基片电极；和设置在真空容器中的接地电极，在基片电极与接地电极之间生成等离子体。此外，在专利文献1中记载有在基片电极连接包含二极管的电位调节机构的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-306891号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明提供能够在抑制对基片的离子冲击的同时高效地生成等离子体来进行等离子体处理的等离子体处理装置和等离子体处理方法。
用于解决问题的技术手段
本发明的一个方式的等离子体处理装置是对基片实施等离子体处理的等离子体处理装置，其包括：处理容器；设置在所述处理容器内的能够载置基片的基片载置台；所述基片载置台所包含的接地的下部电极；与所述下部电极相对地设置的上部电极；向所述上部电极与所述基片载置台之间供给处理气体的气体供给部；对所述上部电极施加高频电功率来生成所述处理气体的等离子体的高频电源；和电压波形整形部，其设置在所述高频电源与所述上部电极之间，对高频电源的电压波形进行整形，以抑制被施加于上部电极的高频电压中的正电压。
发明的效果
根据本发明，提供能够在抑制对基片的离子冲击的同时高效地生成等离子体来进行等离子体处理的等离子体处理装置和等离子体处理方法。
附图说明
图1是概略地表示第一实施方式的等离子体处理装置的截面图。
图2是表示一般的电容耦合等离子体处理装置中，上部电极为0V的瞬间的等离子体电位的图。
图3是表示一般的电容耦合等离子体处理装置中，上部电极为100V的瞬间的等离子体电位的图。
图4是表示一般的电容耦合等离子体处理装置中的施加于上部电极的电压波形的图。
图5是表示一般的电容耦合等离子体处理装置中的概算鞘电压的图。
图6是表示图1的等离子体处理装置和一般的电容耦合等离子体处理装置的上部电极电压波形的图。
图7是表示对图1的等离子体处理装置与一般的电容耦合等离子体处理装置的离子进行加速的概算鞘电压的图。
图8是表示图1的等离子体处理装置和一般的电容耦合等离子体处理装置中的、高频电源的输出功率为100W时的离子的能量分布的图。
图9是表示图1的等离子体处理装置与一般的电容耦合等离子体处理装置中的、高频电源的输出功率为500W时的离子的能量分布的图。
图10是表示图1的等离子体处理装置中激发了等离子体的情况下生成的等离子体和气体的流动的图。
图11是表示一般的电容耦合等离子体处理装置中激发了等离子体的情况下生成的等离子体和气体的流动的图。
图12是表示在下部电极连接高频电源且在下部电极侧设置有电压波形整形部的等离子体处理装置中，激发了等离子体的情况下生成的等离子体和气体的流动的图。
图13是概略地表示第二实施方式的等离子体处理装置的截面图。
图14是表示一般的电容耦合等离子体处理装置的上部电极的电压波形和恰当地开闭电压波形整形部的开关元件的情况下的上部电极的电压波形的图。
图15是概略地表示第三实施方式的等离子体处理装置的截面图。
图16是表示图15的等离子体处理装置中的上部电极的电压波形的图。
图17是表示图15的等离子体处理装置中的鞘电压的图。
图18是表示第三实施方式的等离子体处理装置的其他例子的电压波形整形部的图。
图19是概略地表示第四实施方式的等离子体处理装置的截面图。
图20是表示第四实施方式的等离子体处理装置的其他例子的电压波形整形部的图。
图21是概略地表示第五实施方式的等离子体处理装置的截面图。
图22是表示第五实施方式的等离子体处理装置的其他例子的电压波形整形部的图。
图23是表示第六实施方式的等离子体处理装置的截面图。
图24是表示使用了电压波形整形部的图23的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部的等离子体处理装置的、在Si上形成有Ti膜时的成膜时间与膜厚的关系的图。
图25是表示使用了电压波形整形部的图23的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部的等离子体处理装置的、在SiN上形成有Ti膜时的成膜时间与膜厚的关系的图。
图26是表示了使用电压波形整形部的图23的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部的等离子体处理装置的、Si上与SiN上的Ti膜的膜厚的选择比(Si/SiN选择比)的平均值的图。
图27是表示第七实施方式的等离子体处理装置的截面图。
图28是表示施加了连续波的高频电功率时的上部电压波形的图。
图29是表示施加了脉冲状的高频电功率时的上部电极波形的图，其中，(a)是占空比为30％的情况，(b)是占空比为50％的情况，(c)是占空比为80％的情况。
图30是表示第八实施方式的等离子体处理装置的截面图。
图31是表示使用了电压波形整形部的图30的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部的等离子体处理装置中的、上部电极的电压波形的图。
图32是表示使用了电压波形整形部的图30的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部的等离子体处理装置中的、各晶片位置(X方向和Y方向)的蚀刻速率的图。
图33是表示使用了电压波形整形部的图30的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部的等离子体处理装置中的、高频功率与电子密度(平均值)的关系的图。
附图标记的说明
1、111、201：处理容器
2、216：基片载置台(下部电极)
10、120、234：喷淋头(上部电极)
20、130、250：气体供给部
30：高频电源
33、331、332、333、334、335、336、337：电压波形整形部
34：电容器
35：二极管
36、361、362、363、364、365、366、367：接地电路
37：开关元件
60：高频脉冲电源
100、101、102、103、104、105、105a、106：等离子体处理装置112：基片载置台
114：下部电极
381、381a、381b、381c：齐纳二极管
383：电阻
384：可变电阻
385：电源
386：可变电源
W：基片
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式。
＜第一实施方式＞
首先，说明作为基本的实施方式的第一实施方式。
图1是概略地表示第一实施方式的等离子体处理装置的截面图。
等离子体处理装置100是对基片W进行等离子体处理的装置，作为电容耦合等离子体处理装置构成。作为基片W，例如能够列举半导体晶片，不过并不限定于此。
等离子体处理装置100具有大致圆筒状的金属制的处理容器1。处理容器1接地。在处理容器1的内部设置有用于水平地载置基片W的基片载置台2。基片载置台2包含接地的下部电极。在图示的例子中，基片载置台2为金属制，基片载置台2作为下部电极发挥作用，基片载置台2接地。基片载置台2也可以由绝缘体构成，在这种情况下，基片载置台2能够采用埋设有金属制的接地的下部电极的结构。
在基片载置台2，也可以与等离子体处理相应地，具有加热机构或冷却机构。此外，在基片载置台2，插通有能够相对于其上表面突出和没入的多个升降销(未图示)，通过升降机构(未图示)进行的多个升降销的升降动作，进行相对于基片载置台2的、基片W的交接。
在处理容器1的上部形成有开口，在开口，喷淋头10经由绝缘部件9以与基片载置台2相对的方式嵌入。喷淋头10为金属制，整体形状为圆筒状，包含上部电极。在图示的例子中，喷淋头10自身作为上部电极发挥作用，不过也可以喷淋头10的一部分为上部电极。喷淋头10包括在下部具有开口的主体部11和以封闭主体部11的开口的方式设置的喷淋盘12，它们之间的内部空间作为气体扩散空间发挥作用。在喷淋盘12形成有多个气体释放孔13。
在喷淋头10形成有气体导入孔14，从气体供给部20供给的用于等离子体处理的处理气体经由气体导入孔14被导入喷淋头10内。而且，被导入喷淋头10内的处理气体从气体释放孔13向处理容器1内释放，向作为上部电极的喷淋头10与作为下部电极的基片载置台2之间的空间供给处理气体。
气体供给部20供给等离子体处理所需的处理气体、等离子体生成气体、吹扫气体等多种气体。作为处理气体，可与实施的等离子体处理相应地选择恰当的气体。气体供给部20具有多个气体供给源和气体供给配管，在气体供给配管设置有阀门类和质量流量控制器那样的流量控制器。
在作为上部电极的喷淋头10的大致中央，经由供电线31连接有高频电源30。作为高频电源30，能够使用频率为10kHz～60MHz的电源。通过从高频电源30向作为上部电极的喷淋头10供给高频电功率，在作为上部电极的喷淋头10与作为下部电极的基片载置台2之间生成电容耦合等离子体。
在供电线31的高频电源30下游侧连接有匹配器32。匹配器32是使负载阻抗与高频电源30的内部(或输出)阻抗匹配的器件。
在高频电源30与上部电极之间，更详细而言在供电线31的匹配器32下游侧部分，设置有电压波形整形部33，其对高频电源的电压波形整形，以抑制被施加于上部电极的高频电压中的正电压。在本实施方式中，电压波形整形部33具有设置在匹配器32的下游侧的电容器34和从电容器34的下游侧分支且经由二极管35接地的接地电路36。作为电容器34，使用具有从高频电源30看阻抗变低的程度的充分的容量的电容器。也可以取代电容器34，使用匹配器32的阻断电容。
电压波形整形部33构成为，利用由电容器34实现的蓄积电荷的功能和接地电路36中的二极管35的整流功能，在高频电源30输出了正电压时，使得电流通过二极管35流向接地侧。此时，高频电源30输出的电力蓄积于电容器34。由此，能够消除上部电极电压向正侧大幅波动的现象，等离子体电位的上升受到抑制。即，通过设置电压波形整形部33，能够使等离子体电位比不存在电压波形整形部33时更低。另一方面，在高频电源30输出负电压时，高频电源30输出的电力和蓄积于电容器34中的电力被投入等离子体。此时的电力被投入上部电极的鞘，因此对于对基片W的离子冲击几乎没有影响。
此外，当以设置具有二极管35的电压波形整形部33的状态激发等离子体时，偏向于作为上部电极的喷淋头10的附近地生成高密度等离子体。因此，从喷淋头10的气体释放孔13释放的气体可靠地通过高密度等离子体区域，所供给的气体被高效地等离子体化或自由基化，向处理区域供给。
在处理容器1的底壁设置有排气口41，在排气口41经由排气管42连接有排气装置43。排气装置43具有自动压力控制阀和真空泵，能够通过排气装置43对处理容器1内进行排气，并且将处理容器1内保持在所希望的真空度。
虽然未图示，不过在处理容器1的侧壁设置有用于相对于处理容器1送入送出基片W的送入送出口，该送入送出口构成为能够通过闸阀来开闭。
作为等离子体处理装置100的结构部的气体供给部20的阀门类和流量控制器、高频电源等，通过控制部50控制。控制部50具有主控制部、输入装置、输出装置、显示装置和存储装置，该主控制部具有CPU。而且，基于存储装置的存储介质中存储的处理方案来控制等离子体处理装置100的处理。
接着，对如以上那样构成的等离子体处理装置100的动作进行说明。
首先，打开闸阀，利用输送装置(未图示)，将基片W经由送入送出口送入处理容器1内，载置在基片载置台2上。使输送装置避让后，关闭闸阀。
接着，对处理容器1进行调压后，向处理容器1内导入处理气体，并且从高频电源30向作为上部电极的喷淋头10供给高频电功率。由此，在作为上部电极的喷淋头10与作为下部电极的基片载置台2之间形成高频电场，在它们之间生成电容耦合等离子体。
此时，在一般的电容耦合等离子体处理装置中，下部电极接地的情况下，等离子体电位非常依赖于上部电极电位。如图2所示，在上部电极为0V的瞬间，等离子体电位为αV，不过如图3所示那样，在上部电极为100V的瞬间，等离子体电位成为100+αV左右。
等离子体中的离子通过基片上表面的鞘电压(等离子体电位与基片电位的差)加速，流入基片W。在上部电极被施加图4所示那样的正弦波，当为了提高所生成的等离子体的强度而提高从高频电源30施加的电力时，正侧也被施加高的电压。因此，如图5所示那样，在正侧的部分，等离子体电位被提升而鞘电压变高，离子的加速度变大，对基片W的离子冲击变强。
因此，在本实施方式中，在匹配器32下游侧部分设置电压波形整形部33，对高频电源的电压波形进行整形以抑制向上部电极施加的高频电压中的正电压。
在本实施方式中，电压波形整形部33具体而言利用由电容器34实现的蓄积电荷的功能和接地电路36中的二极管35的整流功能，如以下那样动作。首先，在高频电源30输出了正电压时，电流通过二极管35流向接地侧。此时，高频电源30输出的电力蓄积在电容器34中。由此，能够消除上部电极电压向正向侧大幅波动的现象，等离子体电位的上升受到抑制。因此，能够降低离子对基片W的冲击。另一方面，在高频电源30输出了负电压时，高频电源30输出的电力和电容器34中蓄积的电力被投入等离子体。此时的电力被投入上部电极的鞘，因此对于对基片W的离子冲击几乎没有影响。
图6是表示设置有电压波形整形部33的图1的等离子体处理装置和没有设置电压波形整形部33的一般的电容耦合等离子体处理装置的上部电极电压波形的图。由该图所示可知，通过设置电压波形整形部33，能够消除在没有设置电压波形整形部33的情况下产生的、上部电极电压向正向侧大幅波动的现象，等离子体电位的上升受到抑制。由此，能够抑制离子对基片W的冲击。即，能够独立地进行等离子体的强度的控制与离子对基片W的冲击的抑制。
图7是表示通过简单的计算导出对设置有电压波形整形部33的图1的等离子体处理装置与没有设置电压波形整形部33的一般的电容耦合等离子体处理装置的离子进行加速的鞘电压的结果的图。由该图所示可知，通过设置电压波形整形部33，鞘电压降低至0V附近，能够降低离子对基片W的冲击。
接着，说明对设置有电压波形整形部33的图1的等离子体处理装置与没有设置电压波形整形部33的一般的电容耦合等离子体处理装置的离子能量进行实测的结果。图8表示高频电源30的输出功率为100W时的离子的能量分布，图9表示高频电源30的输出功率为500W时的离子的能量分布。如这些图所示，通过设置电压波形整形部33，在实际的评价中也确认到离子能量的降低。
此外，当以设置具有二极管35的电压波形整形部33的状态激发等离子体时，上部电极不向正向侧波动，因此，如图10所示那样，高密度等离子体区域P偏向于作为上部电极的喷淋头10附近地生成。因此，从喷淋头10的气体释放孔13释放的气体可靠地通过高密度等离子体区域P，所供给的气体被高效地等离子体化或自由基化，向处理区域供给。此外，因为来自高频电源30的电力被投入偏向于喷淋头10的附近地生成的高等离子体区域P，所以在电力方面也是高效率的。
与此不同，在没有设置电压波形整形部33的情况下，如图11所示那样，除上部电极附近的高密度等离子体区域P以外，在作为下部电极的基片载置台2侧也生成高密度等离子体区域P′，被投入的电力分散至高密度等离子体区域P和高密度等离子体区域P′。因此，从喷淋头10的气体释放孔13释放的气体可靠地通过的上部电极附近的高密度等离子体区域P的密度会比设置有电压波形整形部33时低。因此，自由基生成的效率会下降。
进一步，如图12所示，与专利文献1同样，在作为下部电极的基片载置台2连接高频电源30′，在下部电极侧的匹配器32′的下游侧设置具有经由电容器34′和二极管35′接地的接地电路36′的电压波形整形部33′的情况下，仅偏向于基片载置台2侧地生成等离子体P′。因此，一部分气体不与高密度等离子体区域P′相接而从处理空间排气，因此自由基生成的效率会下降。
如上所述，在本实施方式中，能够抑制对基片W的离子冲击，并且高效地生成等离子体并进行等离子体处理。
＜第二实施方式＞
接着，说明第二实施方式。
图13是概略地表示第二实施方式的等离子体处理装置的截面图。
第二实施方式的等离子体处理装置101与第一实施方式的等离子体处理装置100同样，是基本的实施方式。本实施方式的等离子体处理装置101取代第一实施方式的电压波形整形部33，而设置有结构不同的电压波形整形部331，仅这一点与等离子体处理装置100不同。因此，图13中，对与图1相同的部分标注相同的附图标记，并省略说明。
电压波形整形部331设置在供电线31的匹配器32下游侧部分，具有对高频电源的电压波形进行整形以抑制向上部电极施加的高频电压中的正电压的功能。在本实施方式中，电压波形整形部331具有设置在匹配器32的下游侧的电容器34和从电容器34的下游侧分支且经由开关元件37接地的接地电路361。即，在本实施方式中，取代第一实施方式的二极管35，而设置有开关元件37，作为具有向上部电极施加正电压时有选择地向接地侧流动电流的功能的元件。作为电容器34，也可以使用匹配器32的阻断电容。此外，开关元件37既可以是机械继电器，也可以是晶体管等半导体开关。
电压波形整形部331能够利用由电容器34实现的蓄积电荷的功能和接地电路361中的开关元件37的开闭功能，在高频电源30输出了正电压时，使得电流流向接地侧。即，通过将开关元件37例如在电压波形接近0V的时刻进行开闭，在高频电源30输出正电压时使得电流流向接地侧，能够具有与第一实施方式中的二极管35相同的功能。此时，高频电源30输出的电力蓄积于电容器34。由此，能够消除上部电极电压向正侧大幅波动的现象，等离子体电位的上升受到抑制。另一方面，在高频电源30输出负电压时，高频电源30输出的电力和蓄积于电容器34中的电力被投入等离子体。此时的电力被投入上部电极的鞘，因此对于对基片W的离子冲击几乎没有影响。
图14是表示(a)没有设置电压波形整形部331的一般的电容耦合等离子体处理装置的上部电极的电压波形、和(b)恰当地开闭电压波形整形部331的开关元件37的情况下的上部电极的电压波形的图。由该图所示可知，通过恰当地开闭电压波形整形部331的开关元件37，能够消除上部电极电压向正向侧大幅波动的现象，等离子体电位的上升受到抑制。由此，能够抑制对基片W的离子的冲击。
此外，在本实施方式中也与第一实施方式同样，所供给的气体被高效地等离子体化或自由基化，并被供给至处理区域。
＜第三实施方式＞
接着，说明第三实施方式。
图15是概略地表示第三实施方式的等离子体处理装置的截面图。
第三实施方式的等离子体处理装置102，取代第一实施方式的电压波形整形部33，作为对施加于上部电极的电压进行调节的电压调节部而设置具有齐纳二极管381的电压波形整形部332，仅这一点与第一实施方式的等离子体处理装置100不同。因此，图15中，对与图1相同的部分标注相同的附图标记，省略说明。
电压波形整形部332设置在供电线31的匹配器32下游侧部分，具有抑制向上部电极施加的高频电压中的正电压，并且对电压波形进行整形以使其成为上部电极的正电压的上限被任意地确定了的电压波形的功能。在本实施方式中，电压波形整形部332具有设置在匹配器32的下游侧的电容器34和从电容器34的下游侧分支的接地电路362。接地电路362具有二极管35和与二极管35串联设置的作为电压调节部的齐纳二极管381，并经由它们接地。
齐纳二极管381具有以当电压成为一定值(齐纳电压Vz)时，不施加这以上电压的方式开始流动电流的功能。通过该功能，能够缓和二极管35的功能，任意地确定上部电极(喷淋头10)的正侧(正向侧)电压的上限。即，通过调节齐纳电压Vz，能够使向上部电极施加的正电压任意地变化，调节等离子体电位，适当地调节向基片W供给的离子能量。
图16是表示图15的具有设置有二极管35和齐纳二极管381的接地电路362的等离子体处理装置中，作为齐纳二极管381使用齐纳电压Vz为39V的齐纳二极管的情况下的上部电极的电压波形的图。由该图所示可知，通过使用具有二极管35和齐纳二极管381的接地电路362，能够使上部电极的正侧(正向侧)的最大电压为齐纳电压Vz程度。
图17是表示图15的等离子体处理装置中，通过简单的计算导出对离子进行加速的鞘电压的结果的图。由该图所示可知，通过设置具有设置有二极管35和齐纳二极管381的接地电路362的电压波形整形部332而使得鞘电压取为齐纳电压Vz的附近的值，能够调节对于基片W的离子能量。
此外，在本实施方式中，也具有抑制上部电极的正向侧的电压的效果，因此能够维持所供给的气体被高效地等离子体化或自由基化的效果。
在本实施方式中，也可以采用能够切换为不同的齐纳电压而能够切换上部电极的正侧电压的上限值的电压波形整形部333。图18是表示这样的电压波形整形部333的图。电压波形整形部333在二极管35的下游侧具有能够通过开关39切换的、具有齐纳电压不同的、接地的多个线路的接地电路363。在本例中，作为多个线路，具有不设置齐纳二极管(Vz＝0)第一线路382a，设置有第一齐纳二极管381a(Vz＝40)的第二线路382b，设置有第二齐纳二极管381b(Vz＝80)的第三线路382c，设置有第三齐纳二极管381c(Vz＝120)的第三线路382d。另外，此处的各线路的齐纳电压Vz只是例示，并不限定于此。
通过这样在各线路设置齐纳电压Vz不同的齐纳二极管而利用开关进行切换，能够对上部电极(喷淋头10)的正侧电压的上限进行多级切换。由此，能够仅通过开关的切换就控制向基片W供给的离子能量。
另外，在本实施方式中，也可以取代二极管35使用第二实施方式的开关元件。
＜第四实施方式＞
接着，说明第四实施方式。
图19是概略地表示第四实施方式的等离子体处理装置的截面图。
第四实施方式的等离子体处理装置103仅作为电压调节部设置具有电阻383的电压波形整形部334这一点与第一实施方式的等离子体处理装置100不同。因此，在图19中，对与图1相同的部分标注相同的附图标记，省略说明。
电压波形整形部334设置在供电线31的匹配器32下游侧部分，具有抑制向上部电极施加的高频电压中的正电压，并且对电压波形进行整形以使其成为上部电极的正电压的上限被任意地确定了的电压波形的功能。在本实施方式中，电压波形整形部334具有设置在匹配器32的下游侧的电容器34和从电容器34的下游侧分支的接地电路364。接地电路364具有二极管35和与二极管35串联设置的作为电压调节部的电阻383，经由它们接地。
通过电阻383，能够任意地确定上部电极(喷淋头10)的正侧(正向侧)电压的上限。即，通过调节电阻383的电阻值，能够使向上部电极施加的正电压任意地变化，调节等离子体电位，适当地调节向基片W供给的离子能量。由此，能够与等离子体处理相应地，对基片W供给适当的量的离子。
此外，在本实施方式中，也具有抑制上部电极的正向侧的电压的效果，因此能够维持所供给的气体被高效地等离子体化或自由基化的效果。
在本实施方式中，也可以令电阻为可变电阻。图20是表示取代电阻383而具有设置有可变电阻384的接地电路365的电压波形整形部335的图。通过这样设置可变电阻384，能够通过仅切换其电阻值来控制向基片W供给的离子能量。
另外，在本实施方式中，也可以取代二极管35而使用第二实施方式的开关元件。
＜第五实施方式＞
接着，说明第五实施方式。
图21是概略地表示第五实施方式的等离子体处理装置的截面图。
第五实施方式的等离子体处理装置104仅在设置有作为电压调节部具有电源385的电压波形整形部336这一点上与第一实施方式的等离子体处理装置100不同。因此，在图21中，对与图1相同的部分标注相同的附图标记，省略说明。
电压波形整形部336设置在供电线31的匹配器32下游侧部分，具有抑制向上部电极施加的高频电压中的正电压，并且对电压波形进行整形以使其成为上部电极的正电压的上限被任意地确定了的电压波形的功能。在本实施方式中，电压波形整形部336具有设置在匹配器32的下游侧的电容器34和从电容器34的下游侧分支的接地电路366。接地电路366具有二极管35和与二极管35串联设置的作为电压调节部的电源385，经由它们接地。在本例中作为电源385设置有直流电源。
通过电源385，能够任意地确定上部电极(喷淋头10)的正侧(正向侧)电压的上限。即，通过调节电源385的电压，能够使向上部电极施加的正电压任意地变化，调节等离子体电位，适当地调节向基片W供给的离子能量。
此外，在本实施方式中，也具有抑制上部电极的正向侧的电压的效果，因此能够维持所供给的气体被高效地等离子体化或自由基化的效果。
在本实施方式中，也可以令电源为可变电源。图22是表示取代电源385具有设置有可变电源386的接地电路367的电压波形整形部337的图。通过这样设置可变电源386，能够通过仅切换其电阻值来控制向基片W供给的离子能量。
另外，在本实施方式中，也可以取代二极管35而使用第二实施方式的开关元件。
＜第六实施方式＞
接着，说明作为具体的实施方式的第六实施方式。
在本实施方式中，示出将第一实施方式中所示的基本的结构的等离子体处理装置应用于成膜装置的例子。
图23是表示第六实施方式的等离子体处理装置的截面图。
等离子体处理装置105是通过等离子体CVD对基片W形成Ti膜的等离子体CVD装置，作为电容耦合等离子体处理装置构成。作为基片W，例如能够列举半导体晶片，不过并不限定于此。
等离子体处理装置105具有形成为圆筒状的金属制的处理容器111。处理容器111具有以将形成于主体的底壁111b的中央部的圆形的孔150覆盖的方式向下方突出的排气室151。在排气室151的侧面连接有排气管152，在该排气管152设置具有自动压力控制阀和真空泵的排气装置153。通过该排气装置153，能够对处理容器111内进行排气，并且将处理容器111内保持为所希望的真空度。
在处理容器111的侧壁设置有用于将基片W相对于处理容器111送入送出的送入送出口157，该送入送出口157构成为能够通过闸阀158来进行开闭。
在处理容器111的内部设置有用于水平地载置基片W的基片载置台112。基片载置台112具有由Ni等金属构成的主体113以及设置于其内部的下部电极114和加热器115。下部电极114接地。加热器115通过从加热器电源116被供电而发热，将载置的基片W加热至所希望的温度。基片载置台112由从主体113的下部中央向下方延伸的圆筒状的支承部件117支承，支承部件117隔着绝缘部件118安装在排气室151的底壁。
在处理容器111的顶壁111a形成有开口，在开口，经由绝缘部件119，喷淋头120以与基片载置台112相对的方式被嵌入。喷淋头120为金属制，整体形状为圆筒状，包含上部电极。在图示的例子中，喷淋头120自身作为上部电极发挥作用，也可以喷淋头120的一部分为上部电极。喷淋头120具有基体部件121和喷淋盘122，喷淋盘122形成为圆板状，在其外周形成有凸缘部122a，凸缘部122a经由形成为圆环状的中间部件123被螺纹固定于基体部件121。而且，在基体部件121与喷淋盘122之间形成有气体扩散空间124。基体部件121在其外周形成有凸缘部121a，该凸缘部121a由绝缘部件119支承。在喷淋盘122形成有多个气体释放孔125。在基体部件121的上部中央附近形成有一个气体导入孔126。在气体导入孔126连接有与后述的气体供给部130连接的气体配管130a，从气体供给部130供给的处理气体经由喷淋头120呈喷淋状地被导入处理容器111内。即，向作为上部电极的喷淋头120与包含下部电极114的基片载置台112之间的空间供给处理气体。
此外，在喷淋头120的基体部件121设置有用于对喷淋头120进行加热的加热器147。该加热器147从加热器电源(未图示)被供电，将喷淋头120加热至所希望的温度。在形成于基体部件121的上部的凹部设置有隔热部件149。
气体供给部130具有：单独地供给TiCl4气体、Ar气体和H2气体的多个气体供给源；和用于从该多个气体供给源供给各气体的多个气体供给配管。在各气体供给配管设置有开闭阀和质量流量控制器那样的流量控制器(均未图示)，通过它们，能够进行上述气体的供给/停止和各气体的流量控制。在这些气体以外还可以包含N2气体及NH3气体等其他气体。
在作为上部电极的喷淋头120，与第一实施方式同样，经由供电线31连接有高频电源30。作为高频电源30，能够使用频率为10kHz～60MHz的电源。通过从高频电源30向作为上部电极的喷淋头120供给高频电功率，在作为上部电极的喷淋头120与基片载置台112中包含的下部电极114之间生成电容耦合等离子体。在供电线31的高频电源30下游侧连接有匹配器32。
与第一实施方式同样，在供电线31的匹配器32下游侧部分设置有电压波形整形部33，其对高频电源的电压波形进行整形以抑制施加于上部电极的高频电压中的正电压。电压波形整形部33具有设置在匹配器32的下游侧的电容器34和从电容器34的下游侧分支且经由二极管35接地的接地电路36。作为电容器34，使用具有从高频电源30看阻抗变低的程度的充分的容量的电容器。也可以取代电容器34，而使用匹配器32的阻断电容。
电压波形整形部33与第一实施方式同样，构成为利用由电容器34实现的蓄积电荷的功能和接地电路36的二极管35的整流功能，在高频电源30输出了正电压时，使得电流通过二极管35流向接地侧。由此抑制等离子体电位的上升，抑制离子对基片W的冲击。
作为等离子体处理装置105的结构部的气体供给部130的阀门类及流量控制器、高频电源等，由控制部160控制。控制部160与第一实施方式的控制部50同样地构成。
接着，说明如以上那样构成的等离子体处理装置105的动作。
首先，打开闸阀158，将基片W经由送入送出口157送入处理容器111内，载置在保持为预先确定的温度的基片载置台112。然后，调节处理容器111内的压力，并且使作为等离子体生成气体的Ar气体、作为还原气体的H2气体、Ti原料气体的TiCl4气体流向未图示的预流线而进行预流。接着，在保持气体流量和压力相同的同时切换至成膜用的线，将这些气体经由喷淋头120导入处理容器111内。
然后，以Ar气体、H2气体、TiCl4气体导入处理容器111不变的状态，将高频电源30接通，生成等离子体，利用等离子体CVD，在基片W的表面形成Ti膜。
作为此时的条件，能够令基片载置台112的温度为300～700℃，令处理容器111内的压力为13.3～1333Pa(0.1～10Torr)的范围。
利用等离子体CVD进行的Ti膜的成膜，是通过利用等离子体引起的离子冲击，破坏基底膜表面，使悬空键形成，并使作为成膜原料(前体)的TiCl4的解离物即TiCl3或TiCl2吸附于悬空键形成部分而完成的。
在Si或SiGe那样的键能小的基底形成Ti膜的情况下，优选离子冲击小些即可，而尽量使等离子体的离子能量低。
此外，表面上具有Si或SiGe以及其他材料(例如SiN或SiO2)的基片中，需要在Si或SiGe上选择性地形成Ti膜。在这样的情况下使离子能量低也有效。
即，相对于Si和SiGe的键能分别小至327kJ/mol和301kJ/mol，SiN和SiO2的键能分别为798kJ/mol和439kJ/mol，比Si和SiGe大。因此认为通过使离子能量低至仅能够解离Si或SiGe，能够实现在Si或SiGe的选择性成膜。
另外，Ti膜的选择性成膜并不限定于Si和SiGe，只要是在表面具有键能相对小的第一材料部分和键能相对大的第二材料部分的情况下，就能够在第一材料部分选择性地形成Ti膜。
作为使离子能量降低的方式，一般考虑使处理容器内的压力成为高压、降低高频功率等，在使用TiCl4气体的等离子体处理中，由于在其分解中消耗电力，所以难以维持高压/低功率的放电。
与此不同，在本实施方式中，与第一实施方式同样，使用电压波形整形部33对高频电源30的电压波形进行整形以抑制施加于上部电极的高频电压中的正电压。具体而言，利用电容器34产生偏压而维持Vpp，利用接地电路36的二极管35的整流功能，消除上部电极电压向正向侧大幅波动的现象，抑制等离子体电位的上升。由此，能够不改变等离子体生成条件地降低对于基片W的离子能量，能够实现所希望的成膜处理。
此外，在高频电源30的频率高的情况下，电子温度低而放电余量下降，因此优选高频电源30的频率为10kHz～60MHz左右，例如450kHz。
接着，说明通过使用了电压波形整形部33的装置和未使用电压波形整形部33的装置，在基片表面的Si和SiN上形成Ti膜的实验结果。此处，在通过干处理除去Si和SiN表面的自然氧化膜之后，进行Ti成膜。
此时的条件如下。
高频电功率频率：450kHz
高频功率：40W
压力：2.0Torr
电极间隙：13.5mm
基片载置台温度：450℃
气体：TiCl4/Ar/H2＝25/2400/1000sccm
图24是表示使用了电压波形整形部33的图23的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部33的等离子体处理装置中的、在Si上形成了Ti膜时的成膜时间与膜厚的关系的图。由该图所示可知，在Si上，无论是否使用电压波形整形部33，膜厚都几乎同等。
另一方面，图25是表示使用了电压波形整形部33的图23的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部33的等离子体处理装置中的、在SiN上形成了Ti膜时的成膜时间与膜厚的关系的图。由该图所示，确认到在SiN上，通过使用电压波形整形部33，膜厚减少大约6成。
图26是基于以上的结果表示Si上与SiN上的Ti膜的膜厚的选择比(Si/SiN选择比)的平均值的图。由该图所示，确认到Si/SiN选择比在不使用电压波形整形部33的情况下为1.5～1.6左右，通过使用电压波形整形部33大幅改善至3.3～3.6。此外，虽然图中未示出，但是关于基片的中心，确认到Si/SiN选择比从1.6改善至4.9，改善幅度进一步扩大。
另外，在本实施方式中，也通过以设置有电压波形整形部33的状态激发等离子体，等离子体偏向于作为上部电极的喷淋头120附近地生成。因此，所释放的气体可靠地通过高密度等离子体区域，因此能够高效地实现等离子体化或自由基化。
在本实施方式中，也作为在被施加正电压时选择性地向接地侧流动电流的元件，可以取代二极管而如第二实施方式那样使用开关元件。此外，作为接地电路，也可以不仅设置二极管和开关元件那样的在被施加正电压时选择性地向接地侧流动电流时元件，而且如第三实施方式至第五实施方式那样，设置齐纳二极管、电阻、电源那样的电压调节部。由此，能够利用基底适当地进行离子能量的控制，能够控制成膜性，特别是选择成膜性。
＜第七实施方式＞
接着，说明作为具体的实施方式的第七实施方式。
图27是表示第七实施方式的等离子体处理装置的截面图。
本实施方式的等离子体处理装置105a仅在取代高频电源30而使用高频脉冲电源60这一点与图23的第六实施方式的等离子体处理装置105不同。此外为与图23的等离子体处理装置相同的结构，因此标注相同的附图标记，省略说明。
在本实施方式中，通过图27的等离子体处理装置105a，不仅与第六实施方式同样地实现Ti膜的选择成膜，而且使用脉冲状的高频电功率抑制Ti膜的腐蚀。
在上述第六实施方式中，通过使用电压波形整形部33抑制等离子体电位的上升，不改变等离子体生成条件地降低对基片W的离子能量，以使得仅键能小的第一材料部分能够解离，实现选择成膜。列举具体例为，降低离子能量，以使得键能相对大的SiN或SiO2不解离，仅键能相对小的Si或SiGe解离，从而实现选择成膜。
这样在要通过使用电压波形整形部33的Ti膜的选择成膜来将Ti膜厚膜化的情况下，考虑令高频电功率为高功率，或者延长成膜时间。但是，发现无论在哪种情况下，膜中的Cl残留浓度都会变高而使膜的腐蚀变严重。在没有腐蚀的Ti膜，在Ti膜的表面侧检测出O、N、Cl，在Ti膜的表面生成氧化层，而在Ti膜腐蚀了的情况下，从膜中检测出O、N、Cl，成为在Ti膜与基底的Si膜之间生成氧化层的状态。
因此，在本实施方式中，使用高频脉冲电源60向作为上部电极的喷淋头120施加脉冲状的高频电功率而生成等离子体。脉冲状的高频电功率，典型的是周期性地施加高频电功率，使高频电功率为打开(ON)的状态与关闭(OFF)的状态反复出现。
这样，通过供给脉冲状的高频电功率，即使为了在Ti膜的选择成膜中使Ti膜厚膜化而设为高功率化或成膜时间长时间化，也能够抑制膜的腐蚀。
关于这样通过供给脉冲状的高频电功率来抑制Ti膜的腐蚀的机制，设想如下。
在脉冲为关闭(OFF)的时间，TiCl4不成膜，有助于膜表面的弱的Cl键的蚀刻。此外，成膜速率也变慢，因此能够确保脱Cl的时间。
进一步，在脉冲成为关闭(OFF)后的余辉区鞘消失，电子被离子吸收而产生离子-离子等离子体。此外，在脉冲关闭(OFF)的瞬间基片带负电，因此等离子体中的作为正离子的H3+离子朝向基片。认为其结果是，H3+将Ti膜中的Cl还原，抑制腐蚀的效果变大。
高频脉冲电源60的高频的频率与第六实施方式的高频电源30的频率同样，优选为10kHz～60MHz左右，例如为450kHz。此外，脉冲的频率优选为0.1～500kHz，例如为10kHz。此外，脉冲的占空比能够在1～99％的范围，优选为10～90％。
关于施加高频电功率时的上部电压波形，在连续波(CW)的情况下成为图28那样，与此不同，在施加脉冲状的高频电功率的情况下成为图29那样。图29中的(a)是占空比为30％的情况，(b)是占空比为50％的情况，(c)向占空比上述80％的情况。另外，高频电功率的频率为450kHz，脉冲频率为10kHz。
另外，脉冲状的高频电功率也可以不像上述那样为完全的打开(ON)/关闭(OFF)，也可以反复为功率大的状态和小的状态。
接着，说明通过施加连续波的高频电功率的图23的装置和从施加脉冲状的高频电功率的图27的装置中除去了电压波形整形部33而得的装置，在基片表面的Si和SiN上形成Ti膜的实验结果。此处，在通过干处理来除去Si和SiN表面的自然氧化膜后，进行Ti成膜。
此处，在施加脉冲状的高频电功率的情况下，令占空比为80％和50％。成膜时间在连续波的情况下为360sec，在脉冲状的高频电功率的情况下，为了使施加高频电功率的时间相同，而令占空比为80％的情况下为450sec，占空比为50％的情况下为720sec。
其他条件如下所述。
高频电功率频率：450kHz
高频功率：100W
压力：4.0Torr
电极间隙：13.5mm
基片载置台温度：450℃
气体：TiCl4/Ar/H2＝25/2400/1000sccm
脉冲频率：10kHz
成膜后，将基片从处理容器送出，确认Ti膜的腐蚀的有无，并且测定薄层电阻。其结果是，在连续波的情况下Ti膜的腐蚀变严重，膜的薄层电阻为510.1Ω/sq.。与此不同，在占空比80％的脉冲的情况下虽然可见Ti膜的腐蚀但是与连续波的情况相比受到抑制，薄层电阻为276.4Ω/sq.。此外，在占空比50％的脉冲的情况下未见Ti膜的腐蚀。
即，相对于使用连续波的高频电功率，腐蚀变得严重，通过脉冲状的高频电功率，能够抑制Ti膜的腐蚀，进一步，使脉冲的占空比下降，由此确认到Ti膜的腐蚀进一步受到抑制。
另外，在以上的实验中，使用了未设置电压波形整形部的装置，因此在Si膜上和SiN膜上形成相同程度的膜厚的Ti膜，未见选择性。
接着，说明通过具有电压波形整形部33且施加连续波的高频电功率的图23的装置和具有电压波形整形部33且施加脉冲状的高频电功率的图27的装置，在基片表面的Si和SiN上形成Ti膜的实验结果。此处，在通过干处理除去Si和SiN表面的自然氧化膜后，进行Ti成膜。
此处，作为条件A、B，施加功率40W的连续波的高频电功率，令处理时间分别为900sec和1200sec。此外，作为条件C，施加令占空比为20％的脉冲状的高频电功率，令高频功率为60W，处理时间为1500sec。
其他条件如下所述。
高频电功率频率：450kHz
压力：6.0Torr
电极间隙：13.5mm
基片载置台温度：450℃
气体：TiCl4/Ar/H2＝25/2400/1000sccm
脉冲频率：10kHz
成膜后，将基片从处理容器送出，测定各条件下的Si膜上的Ti膜的膜厚与SiN膜上的Ti膜的膜厚。
其结果是，在条件A下，Si膜上和SiN膜上的Ti膜的平均厚度分别为5.7nm、0.8nm，Si/SiN选择比的平均值为7.2。在条件B下，Si膜上和SiN膜上的Ti膜的平均厚度分别为6.2nm、0.8nm，Si/SiN选择比的平均值为7.8。在条件C下，Si膜上和SiN膜上的Ti膜的平均厚度分别为8.15nm、1.07nm，Si/SiN选择比的平均值为7.63。这样，无论在哪种情况下，都由于使用电压波形整形部33而使Si/SiN选择比高。
接着，对Ti膜的腐蚀进行确认，结果在条件A下未确认到腐蚀，但在加长了处理时间的条件B下确认到了腐蚀。在施加了脉冲状的高频电功率的条件C下，尽管与条件B下相比膜厚更厚，也未确认到Ti膜的腐蚀。此外，对薄层电阻进行确认，结果在条件A下为336.2Ω/sq.，而在条件C下为259.1Ω/sq.，施加脉冲状的高频电功率来抑制膜的腐蚀的结果是，确认到薄层电阻下降。
由以上的结果确认到，通过一同使用电压波形整形部33和脉冲状的高频电功率，维持了能够在Si膜上以高选择比形成Ti膜的效果，还能够抑制腐蚀并且使Si膜上的Ti膜的膜厚变厚。
＜第八实施方式＞
接着，说明作为具体的实施方式的第八实施方式。
在本实施方式中，表示将第一实施方式所示的基本的结构的等离子体处理装置应用于蚀刻装置的例子。
图30是表示第八实施方式的等离子体处理装置的截面图。
本实施方式的等离子体处理装置106是蚀刻存在于基片W的膜的蚀刻装置，作为电容耦合等离子体处理装置而构成。作为基片W，例如能够列举半导体晶片，不过并不限定于此。
等离子体处理装置106具有形成为圆筒状的金属制的处理容器201。该处理容器201安全接地。
处理容器201的底部，隔着由陶瓷等构成的绝缘板212配置有形成为圆柱状的金属制的支承台214，在该支承台214的上例如设置有由铝构成的圆柱状的基片载置台216。基片载置台216构成下部电极，且接地。基片载置台216具有在上表面利用静电力吸附保持基片W的静电吸盘218。该静电吸盘218是具有在绝缘体的内部设置有电极220的结构的部件，通过从直流电源222向电极220施加直流电压，利用洛伦兹力等静电力来吸附并保持基片W。
在基片载置台216的上表面的静电吸盘218的周围部分，配置有用于提高蚀刻的均匀性的例如由硅构成的导电性的聚焦环224。在基片载置台216和支承台214的侧面例如设置有由石英构成的圆筒状的内壁部件226。
在支承台214的内部设置有制冷剂室228。在该制冷剂室，利用在外部设置的未图示的制冷单元经由配管230a、230b循环供给制冷剂，例如冷却水，通过制冷剂的温度来控制基片载置台216上的基片W的处理温度。
进一步，经由气体供给线232向静电吸盘218的上表面与基片W的背面之间供给来自未图示的传热气体供给机构的传热气体，例如He气体。
在作为下部电极的基片载置台216的上方，以与基片载置台216相对的方式设置有作为上部电极的喷淋头234。于是，作为上部电极的喷淋头234与作为下部电极的基片载置台216的空间成为等离子体生成空间。
作为上部电极的喷淋头234经由绝缘性遮蔽部件243被支承于处理容器201的上部。喷淋头234由构成与基片载置台216的相对面且具有多个气体释放孔237的电极板236，和可拆装地支承该电极板236的水冷结构的电极支承体238构成。在电极支承体238的内部设置有气体扩散室240，从该气体扩散室240向下方延伸有与气体释放孔237连通的多个气体通流孔241。在电极支承体238形成有向气体扩散室240导入处理气体的气体导入孔242，在该气体导入孔242连接有与后述的气体供给部250连接的气体配管251，从气体供给部250供给的处理气体经由喷淋头234向处理容器201内呈喷淋状地释放。即，处理气体向作为上部电极的喷淋头234与作为下部电极的基片载置台216之间供给。
气体供给部250具有单独地供给含有Ar气体和O2气体的多种气体的气体供给源和用于从该多个气体供给源供给各气体的多个气体供给配管。另外，在图中，在气体供给部250仅描绘了Ar和O2，不过在Ar气体和O2气体以外，还可以含有蚀刻所需的其他气体。作为其他气体，例如能够列举CF4、C4F8、CHF3、HBr、Cl2等含卤素气体。在各气体供给配管设置有开闭阀和质量流量控制器那样的流量控制器(均未图示)，由此，能够进行上述气体的供给/停止和各气体的流量控制。
在处理容器201的底部设置有排气口260，在该排气口260，经由排气管262连接有排气装置264。排气装置264具有自动压力控制阀和真空泵，通过该排气装置264，能够对处理容器201内排气，并且将处理容器201内保持在所希望的真空度。
在处理容器201的侧壁设置有用于相对于处理容器201送入送出基片W的送入送出口265，该送入送出口265构成为能够通过闸阀266来开闭。
在作为上部电极的喷淋头234，与第一实施方式同样，经由供电线31连接有高频电源30。作为高频电源30，能够使用频率为10kHz～60MHz的电源。通过从高频电源30向作为上部电极的喷淋头234供给高频电功率，在作为上部电极的喷淋头234与作为下部电极的基片载置台216之间生成电容耦合等离子体。在供电线31的高频电源30下游侧连接有匹配器32。
与第一实施方式同样，在供电线31的匹配器32下游侧部分设置有电压波形整形部33，其对高频电源的电压波形进行整形以抑制施加于上部电极的高频电压中的正电压。电压波形整形部33具有设置在匹配器32的下游侧的电容器34和从电容器34的下游侧分支且经由二极管35接地的接地电路36。作为电容器34，使用具有从高频电源30看阻抗变低的程度的充分的容量的电容器。也可以取代电容器34而使用匹配器32的阻断电容。
电压波形整形部33与第一实施方式同样，构成为利用由电容器34实现的蓄积电荷的功能和接地电路36的二极管35的整流功能，在高频电源30输出了正电压时，使得电流通过二极管35流向接地侧。由此抑制等离子体电位的上升，降低对于基片W的离子能量。
作为等离子体处理装置106的结构部的气体供给部250的阀门类及流量控制器、高频电源等，由控制部270控制。控制部270与第一实施方式的控制部50同样地构成。
接着，说明如以上那样构成的等离子体处理装置106的动作。
首先，打开闸阀266，经由送入送出口265将具有蚀刻对象膜的基片W送入处理容器201内，载置在基片载置台216上。然后，利用排气装置264对处理容器201内进行排气，调节压力，并且从气体供给部250、作为用于蚀刻的处理气体向喷淋头234供给含Ar气体和O2气体的气体，经由气体释放孔237向处理容器201内供给。与此同时将高频电源30接通，生成等离子体来对基片W的蚀刻对象膜进行等离子体蚀刻。
作为此时的条件，能够令基片载置台216(静电吸盘218)的温度为30℃以下，令处理容器201内的压力为0.133～133Pa(1～1000mTorr)，例如为67Pa(500mTorr)。
Ar/O2混合等离子体多用于等离子体蚀刻或等离子体灰化，提高其控制性在技术上很重要。特别是等离子体与基片的界面的反应很重要，界面的离子能量的差异对表面反应和处理结果影响很大。
在本实施方式中，与第一实施方式同样，使用电压波形整形部33，对高频电源30的电压波形进行整形以抑制施加于上部电极的高频电压中的正电压。具体而言，利用电容器34的电化蓄积功能来产生偏置，利用接地电路36的二极管35的整流功能，来消除上部电极电压向正向侧大幅波动的现象，抑制等离子体电位的上升。由此，能够不改变等离子体状态地降低对于基片W的离子能量，控制蚀刻性。在基片载置台216(静电吸盘218)的温度为30℃以下的低温的情况下，由离子能量引起的蚀刻是支配性的，因此特别能够利用离子能量的降低来提高蚀刻控制性。
接着，说明通过使用了电压波形整形部33的装置和未使用电压波形整形部33的装置，使用Ar/O2等离子体来对光刻胶进行等离子体蚀刻的实验结果。
此时的条件如下所述。
基片：300mmSi晶片
高频电功率频率：450kHz
高频功率：300W
压力：800mTorr
气体：Ar/O2＝1000/500sccm
电极间隙：15mm
静电吸盘温度：23℃～
聚焦环：Si(浮动)
图31是表示使用了电压波形整形部33的图30的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部33的等离子体处理装置中的、上部电极的电压波形的图。由该图所示可知，通过使用电压波形整形部33，上部电极的正向侧的电压下降。
图32是表示使用了电压波形整形部33的图30的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部33的等离子体处理装置中的、各晶片位置(X方向和Y方向)的蚀刻速率的图。由该图所示，确认到通过使用电压波形整形部33，蚀刻速率成为未使用电压波形整形部33的情况下的0.44倍。由于本实验中的静电吸盘温度为30℃以下，非常低，因此与O自由基相比离子能量的蚀刻是支配性的，使用电压波形整形部33而引起的蚀刻速率的下降是由离子能量的下降引起的效果。
接着，在使用了电压波形整形部33的图30的等离子体处理装置与未使用电压波形整形部33的等离子体处理装置中，使高频功率变为100W、300W、500W、800W，求取作为上部电极的喷淋头234与作为下部电极的基片载置台216之间的中间高度位置的X方向和Y方向的电子密度。在图33表示其结果。图33是表示此时的高频功率与X方向、Y方向的各位置的电子密度的平均值的关系的图。由该图所示，确认到无论在使用还是没使用电压波形整形部33的情况下，电子密度(等离子体密度)均无大的变化。
根据以上的结果，确认到通过使用电压波形整形部33，能够利用Ar/O2混合等离子体，来不使电子密度大变化地仅降低离子能量，能够进行控制性好的等离子体蚀刻。
另外，在本实施方式中，也通过以设置有电压波形整形部33的状态激发等离子体，来使等离子体偏向于作为上部电极的喷淋头234附近地生成。因此，所释放的气体可靠地通过高密度等离子体区域，所以能够高效地实现等离子体化或自由基化。
在本实施方式中，也作为在被施加正电压时选择性地向接地侧流动电流的元件，可以取代二极管而如第二实施方式那样使用开关元件。此外，作为接地电路，也可以不仅设置二极管和开关元件那样的在被施加正电压时选择性地向接地侧流动电流的元件，而且如第三实施方式至第五实施方式那样，设置齐纳二极管、电阻、电源那样的电压调节部。由此，能够进行离子能量的控制，能够控制成膜性，特别是选择成膜性，能够进一步提高等离子体蚀刻的控制性。
＜其他应用＞
以上，对实施方式进行了说明，不过应该认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示而不具限制性。上述的实施方式也可以不脱离所附的权利请求的范围及其主旨地以各种各样的方式省略、替换、变更。
例如，在上述实施方式中，列举了将向上部电极与下部电极之间导入气体的喷淋头作为上部电极使用的例子，不过也可以将气体导入部与上部电极分别设置。此外，上述实施方式的装置不过是例示，只要是向上部电极施加高频电功率且将下部电极接地的电容耦合型的等离子体处理装置，就能够应用。此外，作为基片例示了半导体晶片，但并不限定于半导体晶片，也可以为以LCD(液晶显示器)用基片为代表的FPD(平板显示器)基片、陶瓷基片等其他基片。

Claims (18)

1.一种对基片实施等离子体处理的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
处理容器；
设置在所述处理容器内的能够载置基片的基片载置台；
所述基片载置台所包含的接地的下部电极；
与所述下部电极相对地设置的上部电极；
向所述上部电极与所述基片载置台之间供给处理气体的气体供给部；
对所述上部电极施加高频电功率来生成所述处理气体的等离子体的高频电源；和
电压波形整形部，其设置在所述高频电源与所述上部电极之间，对高频电源的电压波形进行整形，以抑制被施加于上部电极的高频电压中的正电压。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电压波形整形部具有：设置在所述高频电源的供电线上的电容器；和从所述供电线的所述电容器的下游侧分支且经由二极管接地的接地电路。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电压波形整形部具有：设置在所述高频电源的供电线上的电容器；和从所述供电线的所述电容器的下游侧分支且经由开关元件接地的接地电路，其中，所述开关元件进行接通/关断以使得在所述上部电极被施加了正电压时选择性地使电流向接地侧流动。
4.如权利要求2或3所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述接地电路还具有调节对所述上部电极施加的电压的电压调节部。
5.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电压调节部包含齐纳二极管。
6.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述接地电路具有：齐纳电压不同的接地的多个线路；和能够切换至所述多个线路的任意线路的开关。
7.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电压调节部包含电阻。
8.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电阻为可变电阻。
9.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电压调节部包含电源。
10.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电源为可变电源。
11.如权利要求1～10中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述气体供给部具有向所述基片释放所述处理气体的喷淋头，所述喷淋头包含所述上部电极。
12.如权利要求1～11中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述处理气体含有TiCl4、H2和Ar，
所述等离子体处理为在所述基片的表面形成Ti膜的处理。
13.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述基片在表面具有键能相对小的第一材料部分和键能相对大的第二材料部分，在所述第一材料部分选择性地形成Ti膜。
14.如权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一材料部分为Si或SiGe。
15.如权利要求13或14所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二材料部分为SiN或SiO2。
16.如权利要求12～15中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源为供给脉冲状的高频电功率的高频脉冲电源。
17.如权利要求1～11中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述处理气体含有Ar和O2，
所述等离子体处理为对所述基片的表面部分进行等离子体蚀刻的蚀刻处理。
18.一种等离子体处理方法，使用权利要求1～17中任一项所述的等离子体处理装置来对基片进行等离子体处理，该等离子体处理方法的特征在于，包括：
在所述基片载置台载置基片的步骤；
向所述上部电极与所述基片载置台之间供给处理气体的步骤；
从所述高频电源向所述上部电极供给高频电功率，生成等离子体的步骤；和
用所述等离子体来对所述基片进行等离子体处理的步骤。
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