CN113948364A - 等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够在等离子体处理中恰当地控制基片的边缘区域的倾斜角度、并抑制基片与边缘环之间的放电的等离子体处理装置和等离子体处理方法。等离子体处理装置包括：腔室；设置在腔室内部的载置台，其具有电极、设置在电极上的静电卡盘、和以包围被载置在静电卡盘上的基片的方式配置在该静电卡盘上的边缘环；高频电源，其用于供给用于从腔室的内部的气体生成等离子体的高频电功率；直流电源，其用于对边缘环施加负极性的直流电压；和控制部，其用于控制高频电功率和直流电压。执行包括下述步骤的处理：步骤(a)，停止供给高频电功率，并且停止施加直流电压；和步骤(b)，开始供给高频电功率，经过预先设定的延迟时间后，开始施加直流电压。

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

专利文献1公开了一种等离子体处理装置，其包括：配置在腔室内的用于载置晶片的载置台；和以包围晶片的方式配置在载置台上的边缘环，所述等离子体处理装置能够对晶片实施等离子体处理。在该等离子体处理装置中，通过对因等离子体而消耗的边缘环施加负的直流电压，能够消除鞘层的变形，使离子垂直地入射晶片的整个面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-227063号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的技术用于在等离子体处理中恰当地控制基片的边缘区域的倾斜角度、并且抑制基片与边缘环之间的放电。

用于解决技术问题的手段

本发明的一个方式为用于对基片进行等离子体处理的装置，其特征在于，包括：腔室；设置在所述腔室的内部的载置台，其具有电极、设置在所述电极上的静电卡盘、和以包围被载置在所述静电卡盘上的基片的方式配置在该静电卡盘上的边缘环；高频电源，其用于供给高频电功率，该高频电功率用于从所述腔室的内部的气体生成等离子体；直流电源，其用于对所述边缘环施加负极性的直流电压；和控制部，其用于对所述高频电功率和所述直流电压进行控制，所述控制部控制所述装置，使得所述装置执行包括下述步骤的处理：步骤(a)，停止供给所述高频电功率，并且停止施加所述直流电压；和步骤(b)，开始供给所述高频电功率，在经过预先确定的延迟时间后，开始施加所述直流电压。

发明效果

采用本发明，能够在等离子体处理中恰当地控制基片的边缘区域的倾斜角度、并且抑制基片与边缘环之间的放电。

附图说明

图1是表示本实施方式的等离子体处理装置的概略构成的纵截面图。

图2是本实施方式中对边缘环施加直流电压的电源系统的说明图。

图3是表示以往的RF接通断开、DC接通断开、除电开启关闭的说明图。

图4是表示本实施方式中的RF接通断开、DC接通断开、除电开启关闭的说明图。

图5是表示本实施方式中的高频电功率和直流电压的经时变化的说明图。

图6是表示图5中的RF接通断开、DC接通断开、除电开启关闭的状态的表。

图7是表示图5中的直流电源电路和除电电路的状态的说明图。

图8是在其它的实施方式中对边缘环施加直流电压的电源系统的说明图。

图9是在其它的实施方式中对边缘环施加直流电压的电源系统的说明图。

图10是在其它的实施方式中对边缘环施加直流电压的电源系统的说明图。

附图标记说明

1等离子体处理装置，10腔室，11载置台，12下部电极，13静电卡盘，14边缘环，50第一高频电源，51第二高频电源，60直流电源，100控制部，W晶片。

具体实施方式

在半导体器件的制造工序中，对半导体晶片(下面称为“晶片”)进行等离子体处理。在等离子体处理中，通过激发处理气体来生成等离子体，利用该等离子体对晶片进行处理。

等离子体处理由等离子体处理装置进行。等离子体处理装置一般包括腔室、载置台、高频(Radio Frequency：RF)电源。在一个例子中，高频电源包括第一高频电源和第二高频电源。第一高频电源能够供给第一高频电功率，用于生成腔室内的气体的等离子体。第二高频电源能够对下部电极供给偏置用的第二高频电功率，用于向晶片引入离子。腔室的内部空间构成为能够生成等离子体的处理空间。载置台设置在腔室内。载置台具有下部电极和静电卡盘。静电卡盘设置在下部电极上。在静电卡盘上，能够以包围被载置在该静电卡盘上的晶片的方式配置边缘环。设置边缘环是为了提高对晶片的等离子体处理的均匀性。

边缘环会随着实施等离子体处理的时间的经过而消耗。当边缘环消耗时，边缘环的厚度减少。当边缘环的厚度减少时，在边缘环和晶片的边缘区域的上方，鞘层的形状会发生变化。当如上所述鞘层的形状发生变化时，晶片的边缘区域的离子的入射方向相对于铅垂方向倾斜。其结果是，在晶片的边缘区域形成的开口相对于晶片的厚度方向倾斜。

为了在晶片的边缘区域形成与晶片的厚度方向平行地延伸的开口，需要控制边缘环和晶片的边缘区域的上方的鞘层的形状，来调整离子向晶片的边缘区域入射的入射方向的倾斜度(下面，有时称为“倾斜角度”)。于是，为了控制边缘环和晶片的边缘区域的上方的鞘层的形状，例如在专利文献1中提出了能够从直流电源对边缘环施加负的直流电压的等离子体处理装置。

可是，在以往的等离子体处理装置中会产生高的偏置，因此，在呈脉冲状向晶片供给高频电功率时，有可能会产生由晶片与边缘环之间的电位差导致的放电。因此，等离子体处理装置具有与高频电源的脉冲同步地在供给高频电功率时施加直流电压，并且在停止供给高频电功率时对边缘环进行除电的功能。

但是，在呈脉冲状供给高频电功率时，因高频电功率的反射(反射电功率)的影响，偏置不会立刻上升。另外，在停止供给高频电功率时，晶片的电荷无法立刻被除去。因此，当与高频电功率同步地，立刻对边缘环施加直流电压，或者对边缘环进行除电时，有可能在晶片与边缘环之间产生电位差，从而产生放电。其结果是，有时晶片会产生损坏。

本发明的技术能够在等离子体处理中恰当地控制基片的边缘区域的倾斜角度、并且抑制基片与边缘环之间的放电。下面，参照附图，对本实施方式的等离子体处理装置和等离子体处理方法进行说明。在本说明书和附图中，对于具有实质上相同的功能构成的要素，通过标注相同的附图标记，省略重复说明。

＜等离子体处理装置＞

首先，对本实施方式的等离子体处理装置进行说明。图1是表示等离子体处理装置1的概略构成的纵截面图。图2是对边缘环14施加直流电压的电源系统的说明图。等离子体处理装置1是电容耦合型的等离子体处理装置。在等离子体处理装置1中，对作为基片的晶片W进行等离子体处理。等离子体处理没有特别限定，例如能够进行蚀刻处理、成膜处理、扩散处理等。

如图1所示，等离子体处理装置1具有大致圆筒形状的腔室10。在腔室10的内部构成能够生成等离子体的处理空间S。腔室10例如由铝构成。腔室10与接地电位连接。

在腔室10的内部收纳有用于载置晶片W的载置台11。载置台11具有下部电极12、静电卡盘13和边缘环14。此外，在下部电极12的下表面侧可以设置有例如由铝构成的电极板(未图示)。

下部电极12由导电性的金属例如铝等构成，具有大致圆板形状。

在下部电极12的内部形成有制冷剂流路15a。能够从设置在腔室10的外部的制冷单元(未图示)经由制冷剂入口配管15b向制冷剂流路15a供给制冷剂。被供给到制冷剂流路15a的制冷剂，经由制冷剂出口流路15c返回到制冷单元。通过使制冷剂、例如冷却水等在制冷剂流路15a中循环，能够将静电卡盘13、边缘环14和晶片W冷却至期望的温度。

静电卡盘13设置在下部电极12上。静电卡盘13是能够利用静电力吸附保持晶片W和边缘环14两者的部件。静电卡盘13形成为，中央部的上表面高于周缘部的上表面。静电卡盘13的中央部的上表面成为用于载置晶片W的晶片载置面，静电卡盘13的周缘部的上表面成为用于载置边缘环14的边缘环载置面。

在静电卡盘13的内部，在中央部设置有用于吸附保持晶片W的第一电极16a。在静电卡盘13的内部，在周缘部设置有用于吸附保持边缘环14的第二电极16b。静电卡盘13具有在由绝缘材料形成的绝缘件之间夹着电极16a、16b的结构。

能够对第一电极16a施加来自直流电源(未图示)的直流电压。能够利用由此产生的静电力，在静电卡盘13的中央部的上表面吸附保持晶片W。同样地，能够对第二电极16b施加来自直流电源(未图示)的直流电压。能够利用由此产生的静电力，在静电卡盘13的周缘部的上表面吸附保持边缘环14。

在本实施方式中，用于设置第一电极16a的静电卡盘13的中央部和用于设置第二电极16b的静电卡盘13的周缘部形成为一体，但是，该中央部和周缘部也可以是分体的。

边缘环14为能够以包围被载置在静电卡盘13的中央部的上表面的晶片W的方式配置的环状部件。设置边缘环14是为了提高等离子体处理的均匀性。因此，边缘环14由与等离子体处理相应地适当选择的材料构成，例如可以由Si或SiC构成。

如上述那样构成的载置台11被固定于设置在腔室10的底部的大致圆筒形状的支承部件17上。支承部件17例如由陶瓷、石英等绝缘体构成。

此外，虽然图示省略，但是，载置台11可以包括温度调节组件，该温度调节组件能够将静电卡盘13、边缘环14和晶片W中的至少一者调节至期望的温度。温度调节组件可以包含加热器、流路或者它们的组合。在流路中流动制冷剂、传热气体那样的温度调节流体。

在载置台11的上方，以与载置台11相对的方式设置有喷淋头20。喷淋头20具有与处理空间S相对地配置的电极板21、和设置在电极板21的上方的电极支承体22。电极板21作为与下部电极12构成一对的上部电极发挥作用。在如后述那样第一高频电源50与下部电极12电连接的情况下，喷淋头20与接地电位连接。此外，喷淋头20经由绝缘性屏蔽部件23被支承在腔室10的上部(顶面)。

在电极板21上形成有用于将从后述的气体扩散室22a输送的处理气体供给到处理空间S的多个气体喷出口21a。电极板21例如由产生的焦耳热少的具有低电阻率的导电体或者半导体构成。

电极支承体22是将电极板21以可拆装的方式支承的部件。电极支承体22例如具有在铝等导电性材料的表面形成有具有耐等离子体性的膜的结构。该膜可以为通过阳极氧化处理形成的膜、或者由氧化钇形成的膜等陶瓷制的膜。在电极支承体22的内部形成有气体扩散室22a。从气体扩散室22a形成有与气体喷出口21a连通的多个气体流通孔22b。另外，在气体扩散室22a形成有与后述的气体供给管33连接的气体导入孔22c。

另外，用于向气体扩散室22a供给处理气体的气体供给源组30，经由流量控制设备组31、阀组32、气体供给管33、气体导入孔22c，与电极支承体22连接。

气体供给源组30具有等离子体处理所需要的多种气体供给源。流量控制设备组31包含多个流量控制器，阀组32包含多个阀。流量控制设备组31的多个流量控制器各自是质量流量控制器或者压力控制式的流量控制器。在等离子体处理装置1中，来自从气体供给源组30中选择的一种以上的气体供给源的处理气体，经由流量控制设备组31、阀组32、气体供给管33、气体导入孔22c被供给到气体扩散室22a。然后，被供给到气体扩散室22a的处理气体，经由气体流通孔22b、气体喷出口21a，呈喷淋状被分散供给到处理空间S内。

在腔室10的底部且在腔室10的内壁与支承部件17之间，设置有挡板40。挡板40例如通过在铝材上覆盖氧化钇等陶瓷而构成。在挡板40上形成有多个贯通孔。处理空间S经由该挡板40与排气口41连通。例如真空泵等排气装置42与排气口41连接，能够利用该排气装置42对处理空间S内进行减压。

另外，在腔室10的侧壁上形成有晶片W的送入送出口43，该送入送出口43能够由闸阀44开关。

等离子体处理装置1还具有第一高频电源50、第二高频电源51和匹配器52。第一高频电源50和第二高频电源51经由匹配器52与下部电极12连接。第一高频电源50和第二高频电源51构成本发明中的高频电源。

第一高频电源50是用于产生等离子体发生用的高频电功率的电源。能够从第一高频电源50对下部电极12供给可以为27MHz～100MHz的频率、在一个例子中为40MHz的高频电功率HF。第一高频电源50经由匹配器52的第一匹配电路53与下部电极12连接。第一匹配电路53是用于使第一高频电源50的输出阻抗和负载侧(下部电极12侧)的输入阻抗匹配的电路。此外，第一高频电源50也可以不与下部电极12电连接，也可以经由第一匹配电路53与作为上部电极的喷淋头20连接。

第二高频电源51能够产生用于向晶片W引入离子的高频电功率(高频偏置电功率)LF，并将该高频电功率LF供给到下部电极12。高频电功率LF的频率可以为400kHz～13.56MHz的范围内的频率，在一个例子中为400kHz。第二高频电源51经由匹配器52的第二匹配电路54与下部电极12连接。第二匹配电路54是用于使第二高频电源51的输出阻抗和负载侧(下部电极12侧)的输入阻抗匹配的电路。

此外，在下面的说明中，有时将对下部电极12供给来自第一高频电源50的高频电功率HF和来自第二高频电源51的高频电功率LF中的一者或两者的状态称为“RF接通”。另外，有时将不对下部电极12供给高频电功率HF和高频电功率LF的状态称为“RF断开”。另外，有时将高频电功率HF和高频电功率LF合称为“高频电功率RF”。

如图1和图2所示，等离子体处理装置1还具有直流(DC：Direct Current)电源60、切换单元61、第一RF过滤器62和第二RF过滤器63。直流电源60经由切换单元61、第二RF过滤器63和第一RF过滤器62，与边缘环14电连接。此外，在本实施方式中，对直流电源60设置了2个RF过滤器62、63，但是，RF过滤器的数量并不限于此，例如也可以为1个。

另外，在本实施方式中，直流电源60经由切换单元61、第一RF过滤器62和第二RF过滤器63与边缘环14连接，但是，用于对边缘环14施加直流电压的电源系统并不限于此。例如，也可以是直流电源60经由切换单元61、第二RF过滤器63、第一RF过滤器62和下部电极12，与边缘环14电连接。

直流电源60是用于产生对边缘环14施加的负极性的直流电压DC的电源。另外，直流电源60是可变直流电源，能够调整直流电压DC的高低。

切换单元61能够使从直流电源60对边缘环14的直流电压DC的施加停止。具体而言，切换单元61能够切换边缘环14与直流电源电路64或除电电路65的连接。

直流电源电路64与直流电源60连接，是用于从该直流电源60对边缘环14施加直流电压DC的电路。在一个例子中，直流电源电路64具有切换元件64a和阻尼元件64b。切换元件64a例如可使用场效应晶体管(FET)。但是，切换元件64a除了FET以外还可以使用绝缘栅型双极晶体管(IGBT)或继电器。在使切换元件64a闭合的状态(导通的状态)下，边缘环14和直流电源60连接，能够对边缘环14施加直流电压DC。另一方面，在使切换元件64a打开的状态(断开的状态)下，不对边缘环14施加直流电压DC。在下面的说明中，有时将使切换元件64a导通的状态称为“DC接通”，将使切换元件64a断开的状态称为“DC断开”。另外，阻尼元件64b例如为电阻或线圈等，其值和位置可以由设计者自由决定。

除电电路65是用于对边缘环14进行除电的电路。在一个例子中，除电电路65具有切换元件65a和阻尼元件65b。切换元件65a例如可使用场效应晶体管(FET)。但是，切换元件65a除了FET以外还可以使用绝缘栅型双极晶体管(IGBT)或继电器。在使切换元件65a闭合的状态(导通的状态)下，边缘环14和除电电路65连接，边缘环14的电荷流入除电电路65，能够对边缘环14进行除电。另一方面，在使切换元件65a打开的状态(断开的状态)下，不对边缘环14进行除电。在下面的说明中，有时将使切换元件65a导通的状态称为“除电开启”，将使切换元件65a断开的状态称为“除电关闭”。另外，阻尼元件65b例如为电阻或线圈等，其值和位置可以由设计者自由决定。

第一RF过滤器62和第二RF过滤器63各自是用于将高频减少或者屏蔽的过滤器，是为了保护直流电源60而设置的。第一RF过滤器62例如用于将来自第一高频电源50的40MHz的高频减少或者屏蔽。第二RF过滤器63例如用于将来自第二高频电源51的400kHz的高频减少或者屏蔽。第一RF过滤器62和第二RF过滤器63的电路构成可以由本领域技术人员任意设计。

如图1所示，等离子体处理装置1还具有脉冲信号源70。脉冲信号源70用于对第一高频电源50、第二高频电源51和直流电源60发送脉冲信号、即控制脉冲时刻的信号。第一高频电源50和第二高频电源51各自，基于脉冲信号，呈脉冲状供给高频电功率HF和高频电功率LF。另外，直流电源60，基于脉冲信号，呈脉冲状施加高频电功率HF、高频电功率LF、直流电压DC。而且，脉冲信号源70能够控制高频电功率HF及高频电功率LF与直流电压DC的同步时刻。此外，该脉冲信号源也可以是内置在第一高频电源50、第二高频电源51、直流电源60各自中。

等离子体处理装置1还具有用于测量边缘环14的自偏置电压(或者下部电极12或晶片W的自偏置电压)的测量器(未图示)。此外，测量器的构成可以由本领域技术人员任意设计。

在上述的等离子体处理装置1中设置有控制部100。控制部100例如为包括CPU、存储器等的计算机，具有程序存储部(未图示)。程序存储部存储有用于对等离子体处理装置1中的等离子体处理进行控制的程序。此外，上述程序也可以是存储在计算机可读取的存储介质中，从该存储介质安装到控制部100。

＜等离子体处理方法＞

接下来，说明使用如上述那样构成的等离子体处理装置1进行的等离子体处理。

首先，将晶片W送入到腔室10的内部，将晶片W载置在静电卡盘13上。之后，通过对静电卡盘13的第一电极16a施加直流电压DC，利用库仑力将晶片W静电吸附并保持在静电卡盘13上。另外，在送入晶片W后，利用排气装置42将腔室10的内部减压至期望的真空度。

接着，从气体供给源组30经由喷淋头20向处理空间S供给处理气体。另外，由第一高频电源50对下部电极12供给等离子体生成用的高频电功率HF，使处理气体激发，生成等离子体。此时，可以由第二高频电源51供给离子引入用的高频电功率LF。于是，能够利用所生成的等离子体的作用，对晶片W实施等离子体处理。

在使等离子体处理结束时，首先，停止来自第一高频电源50的高频电功率HF的供给和由气体供给源组30进行的处理气体的供给。另外，在等离子体处理中供给高频电功率LF的情况下，也停止该高频电功率LF的供给。接着，停止对晶片W的背面的传热气体的供给，停止由静电卡盘13进行的晶片W的吸附保持。

之后，将晶片W从腔室10送出，对晶片W的一系列的等离子体处理结束。

此外，在等离子体处理中，也存在不使用来自第一高频电源50的高频电功率HF，仅使用来自第二高频电源51的高频电功率LF来生成等离子体的情况。

＜倾斜角度控制方法＞

接着，对在上述的等离子体处理中控制倾斜角度的方法进行说明。倾斜角度是指离子向晶片W的边缘区域入射的入射方向相对于铅垂方向的倾斜度(角度)。

在一个例子中，在边缘环14处于没有消耗的状态下，鞘层的形状在晶片W和边缘环14的上方保持为水平。因此，离子在晶片W的整个面上以大致垂直的方向(铅垂方向)入射。即，倾斜角度为0(零)。

而当边缘环14消耗、其厚度减少时，在晶片W的边缘区域和边缘环14的上方，鞘层的厚度变小，该鞘层的形状变化为向下方凸的形状。其结果是，离子向晶片W的边缘区域入射的入射方向相对于铅垂方向倾斜。于是，在晶片W的边缘区域形成相对于其厚度方向倾斜的开口。

另外，也存在下述情况：相对于晶片W的中央区域，在晶片W的边缘区域和边缘环14的上方，鞘层的厚度变大，该鞘层的形状成为向上方凸的形状。

在本实施方式的等离子体处理装置1中，通过调整来自直流电源60的直流电压DC，来控制倾斜角度。

如图2所示，在直流电源60中，对边缘环14施加的直流电压DC被设定为具有自偏置电压Vdc的绝对值与设定值ΔV之和作为其绝对值的负极性的电压、即-(|Vdc|+ΔV)。在图2中，晶片W和边缘环14的上方的虚线分别表示晶片W的电位和边缘环14的电位。自偏置电压Vdc为晶片W的自偏置电压，是供给高频电功率RF中的一者或两者、并且没有对下部电极12施加来自直流电源60的直流电压DC时的下部电极12的自偏置电压。设定值ΔV由控制部100提供。

控制部100使用预先确定的函数或者表格，根据边缘环14的消耗量(边缘环14的厚度相对于初始值的减少量)和从等离子体处理的处理条件(例如处理时间)推算的边缘环14的消耗量，来确定设定值ΔV。即，控制部100将边缘环14的消耗量和自偏置电压输入上述函数中，或者使用边缘环14的消耗量和自偏置电压参照上述表格，来决定设定值ΔV。

控制部100在决定设定值ΔV时，可以是使用边缘环14的初始的厚度与使用例如激光测量器或摄像机等测量器实际测量的边缘环14的厚度之差作为边缘环14的消耗量。或者，控制部100也可以是使用为了决定设定值ΔV而预先确定的其它的函数或者表格，根据特定的参数来决定边缘环14的消耗量。该特定的参数可以为自偏置电压Vdc、高频电功率HF或高频电功率LF的波高值Vpp、负载阻抗、边缘环14或边缘环14周边的电特性等中的任一者。边缘环14或边缘环14周边的电特性可以为边缘环14或边缘环14周边的任意部位的电压、电流值、包含边缘环14的电阻值等中的任一者。其它的函数或者表格是为了确定特定的参数与边缘环14的消耗量的关系而预先确定的。为了决定边缘环14的消耗量，在执行实际的等离子体处理之前或者等离子体处理装置1维护时，在用于决定消耗量的测量条件、即高频电功率HF、高频电功率LF、处理空间S内的压力、和向处理空间S供给的处理气体的流量等的设定下，使等离子体处理装置1动作。于是，能够取得上述特定的参数，通过将该特定的参数输入到上述其它的函数中，或者，通过使用该特定的参数参照上述表格，能够确定边缘环14的消耗量。

在等离子体处理装置1中，在等离子体处理中、即供给高频电功率HF和高频电功率LF中的一者或两者的高频电功率的期间中，从直流电源60对边缘环14施加直流电压DC。由此，能够控制边缘环14和晶片W的边缘区域的上方的鞘层的形状，使离子向晶片W的边缘区域入射的入射方向的倾斜度减小，能够控制倾斜角度。其结果是，能够在晶片W的整个区域形成与该晶片W的厚度方向大致平行的开口。

更详细而言，在等离子体处理中，利用测量器(未图示)测量自偏置电压Vdc。另外，从直流电源60对边缘环14施加直流电压DC。对边缘环14施加的直流电压DC的值，如上所述为-(|Vdc|+ΔV)。|Vdc|是之前由测量器取得的自偏置电压Vdc的测量值的绝对值，ΔV是由控制部100决定的设定值。如上所述，能够根据在等离子体处理中测量的自偏置电压Vdc来决定对边缘环14施加的直流电压DC。这样一来，即使自偏置电压Vdc发生变化，也能够对由直流电源60产生的直流电压DC进行修正，能够恰当地修正倾斜角度。

＜高频电功率和直流电压的控制方法＞

接着，对上述的等离子体处理中的高频电功率RF的供给时刻、直流电压DC的施加时刻、边缘环14的除电时刻进行说明。高频电功率RF的供给是向下部电极12供给来自第一高频电源50的高频电功率HF和来自第二高频电源51的高频电功率LF中的一者或两者的状态。高频电功率RF的供给时刻即为上述的RF接通和RF断开的时刻。直流电压DC的施加是边缘环14和直流电源60(直流电源电路64)连接的状态，直流电压DC的施加时刻即为上述的DC接通和DC断开的时刻。边缘环14的除电是边缘环14和除电电路65连接的状态，边缘环14的除电时刻即为上述的除电开启和除电关闭的时刻。

[延迟时间Dt的原理]

在此，如上所述为了控制倾斜角度，对从直流电源60向边缘环14施加的直流电压DC进行调整，在晶片W与边缘环14之间设置作为电位差的设定值ΔV。此时，例如当上述电位差变得过大、或者施加直流电压DC的时刻发生偏移而产生不想要的电位差时，有可能在晶片W与边缘环14之间产生放电。其结果是，有时晶片W会受到损伤。

因此，在本实施方式中，通过利用对直流电源60侧的脉冲时刻的延迟时间(DeadTime)功能，在直流电源60的输出端形成浮置电位状态，使边缘环14具有对晶片W的电位变化的追随性。

切换单元61通常具有的延迟时间功能是指，在直流电源电路64和除电电路65切换时，使向一个电路的切换具有延迟，使得这2个电路不同时导通的功能。当2个电路同时导通时，会产生短路，因此，设置了这样的延迟时间功能。在呈脉冲状供给高频电功率RF时，脉冲信号从脉冲信号源70发送，在第一高频电源50、第二高频电源51和直流电源60中作为同步信号被使用。上述延迟时间功能对该脉冲信号设置延迟时间。在该延迟时间中，直流电源60不是接通状态也不是断开状态，而成为不定状态。在下面的说明中，有时将通常的延迟时间称为“延迟时间Dо”，将本实施方式的延迟时间称为“延迟时间Dt”。

在本实施方式中，控制RF接通断开、DC接通断开、除电开启关闭各自的时刻。图3是表示作为本实施方式的比较例的、以往的RF接通断开、DC接通断开、除电开启关闭的说明图。在图3中，有上述的切换单元61通常具有的延迟时间Dо，但是，没有设置本实施方式的延迟时间Dt。另一方面，图4是表示本实施方式中的RF接通断开、DC接通断开、除电开启关闭的说明图。在图3和图4中，在晶片W和边缘环14的上方图示的虚线图分别示意性地表示晶片W的电位和边缘环14的电位的经时变化。即，虚线图的纵轴为电位，横轴为时间。此外，在图3和图4中，为了使得技术容易理解，省略了第一RF过滤器62和第二RF过滤器63的图示。

以往，如图3的(a)所示，在对下部电极12供给高频电功率RF时(RF接通)，对边缘环14施加直流电压DC(DC接通、除电关闭)。在该情况下，当RF接通时，会产生高频电功率RF的反射，从而对下部电极12供给的高频电功率RF缓慢地上升。因此，因高频电功率RF而在晶片W产生的电位也相对于RF接通的时刻缓慢地上升。而直流电源60通常上升迅速，因此，边缘环14的电位急速地上升，成为与直流电源60的电位相同的电位。因此，在晶片W与边缘环14之间，会产生比想要的电位差大的电位差，有可能在晶片W与边缘环14之间产生放电。

另外，以往，如图3的(b)所示，在停止对下部电极12供给高频电功率RF时(RF断开)，停止对边缘环14施加直流电压DC(DC断开)，对边缘环14进行除电(除电开启)。在该情况下，当RF断开时，以硬件(装置)、等离子体的时间常数缓慢地被除电，因此，晶片W的电位缓慢地下降。而边缘环14的电位急速地下降，成为大致0(零)V。因此，在晶片W与边缘环14之间，会产生比想要的电位差大的电位差，有可能在晶片W与边缘环14之间产生放电。

而在本实施方式中，在对下部电极12供给高频电功率RF(RF接通)、并对边缘环14施加直流电压DC时(DC接通)，从RF接通之后，经过第一延迟时间Dt1后，将DC接通。在此，在通常的切换单元61具有的延迟时间Dо的情况下，直流电源60为不是导通状态也不是断开状态的不定状态，因此，优选延迟时间Dо尽可能短。而在本实施方式的第一延迟时间Dt1中，如图4的(a)所示，通过将直流电源电路64的切换元件64a打开、并且使除电电路65的切换元件65a为打开的状态，在不定状态时使直流电源60的输出端为浮置电位。即，通过设定不使用直流电源电路64和除电电路65两者的空闲状态(idle state)，在第一延迟时间Dt1的期间，直流电源60的输出端成为浮置电位。在该浮置电位状态下，边缘环14成为与晶片W同样的电位变化，因此，在经过第一延迟时间Dt1的时刻，晶片W与边缘环14之间的电位差小。而且，在经过第一延迟时间Dt1后，将DC接通。在该情况下，边缘环14的电位与晶片W的电位(等离子体和鞘层的电位)相等，即，能够成为与高频电功率RF(除了产生的反射以外)相应的自偏置电压Vdc。而且，边缘环14的电位追随晶片W的电位缓慢地上升。因此，能够抑制晶片W与边缘环14之间的电位差。

另外，在本实施方式中，在停止对下部电极12供给高频电功率RF(RF断开)、停止对边缘环14施加直流电压DC(DC断开)、进而对边缘环14进行除电时(除电开启)，从DC断开之后，在经过第二延迟时间Dt2后，将除电开启。即，在第二延迟时间Dt2中，如图4的(b)所示，通过将直流电源电路64的切换元件64a打开、并且使除电电路65的切换元件65a为打开的状态，在不定状态时使直流电源60的输出端为浮置电位。即，通过设定不使用直流电源电路64和除电电路65两者的空闲状态，在第二延迟时间Dt2的期间，直流电源60的输出端成为浮置电位。在经过该第二延迟时间Dt2中的浮置电位状态后，将除电开启。在该情况下，边缘环14的电位为了成为与晶片W的电位相等，追随该晶片W的电位缓慢地下降。因此，能够抑制晶片W与边缘环14之间的电位差。

[RF接通断开、DC接通断开、除电开启关闭的时刻]

如上述那样，在本实施方式中，通过在RF接通时和RF断开时分别设置延迟时间Dt1、Dt2，能够抑制晶片W与边缘环14之间的电位差。下面，对上述的等离子体处理中的、RF接通断开、DC接通断开、除电开启关闭的时刻进行具体说明。

图5是表示高频电功率RF和直流电压DC的经时变化的说明图。图5中的上图的纵轴是高频电功率RF，横轴是时间t。图5中的下图的纵轴是直流电压DC，横轴是时间t。图6是表示图5中的RF接通断开、DC接通断开、除电开启关闭的状态的表。图7是表示图5中的直流电源电路64和除电电路65的状态的说明图。

(步骤S1)

步骤S1是进行边缘环14的除电的步骤。在步骤S1中，使直流电源电路64的切换元件64a打开(DC断开)，使除电电路65的切换元件65a闭合(除电开启)。这样一来，边缘环14与除电电路65连接，边缘环14的电荷经由除电电路65被除去。此外，在该步骤S1中，停止对下部电极12供给高频电功率RF(RF断开)。

(步骤S2)

步骤S2是在对下部电极12供给高频电功率RF后(RF接通)到对边缘环14施加直流电压DC(DC接通)为止的期间、即第一延迟时间Dt1的步骤。在步骤S2中，将直流电源电路64的切换元件64a维持为打开(DC断开)，将除电电路65的切换元件65a打开(除电关闭)。即，通过使边缘环14成为不与直流电源电路64和除电电路65两者连接的状态，直流电源60的输出端成为浮置电位。当RF接通时，会发生高频电功率RF的反射，因此，晶片W的电位缓慢地上升。而且，在直流电源60为浮置电位状态的情况下，边缘环14的电位追随晶片W的电位缓慢地上升。因此，在经过第一延迟时间Dt1的时刻，能够使晶片W与边缘环14之间的电位差减小，从而抑制放电。

(步骤S3)

步骤S3是对下部电极12供给高频电功率RF(RF接通)、并且对边缘环14施加直流电压DC(DC接通)，从而对晶片W进行等离子体处理的步骤。在步骤S3中，将除电电路65的切换元件65a维持为打开(除电关闭)，并且使直流电源电路64的切换元件64a闭合(DC接通)。这样一来，能够利用直流电压DC恰当地控制晶片W的边缘区域的倾斜角度，从而恰当地调整离子的入射方向，对晶片W均匀地进行等离子体处理。

(步骤S4)

步骤S4是在停止对下部电极12供给高频电功率RF(RF断开)、并停止对边缘环14施加直流电压DC后(DC断开)到进行边缘环14的除电(除电开启)为止的期间、即第二延迟时间Dt2的步骤。在步骤S4中，将除电电路65的切换元件65a维持为打开(除电关闭)，并且使直流电源电路64的切换元件64a打开(DC断开)。即，通过使边缘环14为不与直流电源电路64和除电电路65两者连接的状态，直流电源60的输出端成为浮置电位。当RF断开时，晶片W的电位缓慢地下降。而且，在直流电源60为浮置电位状态的情况下，边缘环14的电位追随晶片W的电位缓慢地下降。因此，在经过第二延迟时间Dt2的时刻，能够使晶片W与边缘环14之间的电位差减小，从而抑制放电。

(步骤S5)

步骤S5是进行边缘环14的除电的步骤。在步骤S5中，与步骤S1同样地，将直流电源电路64的切换元件64a维持为打开(DC断开)，并且使除电电路65的切换元件65a闭合(除电开启)。这样一来，边缘环14与除电电路65连接，边缘环14的电荷经由除电电路65被除去。

(步骤S6)

步骤S6是再次对下部电极12供给高频电功率RF后(RF接通)到对边缘环14施加直流电压DC(DC接通)为止的期间、即第一延迟时间Dt1的步骤。即，是与步骤S2同样的步骤。

通过如上所述反复进行步骤S1～S4，一系列的等离子体处理结束。

根据本实施方式，在对下部电极12供给高频电功率RF(RF接通)、并对边缘环14施加直流电压DC时(DC接通)，从RF接通之后，在经过第一延迟时间Dt1后，将DC接通。在该情况下，边缘环14的电位追随晶片W的电位缓慢地上升。因此，能够抑制晶片W与边缘环14之间的电位差。

另外，在停止对下部电极12供给高频电功率RF(RF断开)、停止对边缘环14施加直流电压DC(DC断开)、进而对边缘环14进行除电时(除电开启)，从DC断开之后，在经过第二延迟时间Dt2后，将除电开启。在该情况下，边缘环14的电位追随晶片W的电位缓慢地下降。因此，能够抑制晶片W与边缘环14之间的电位差。

此外，在利用已有功能来设置本实施方式的功能的情况下，通常使用2个脉冲的时刻信号等，需要能够判断包括DC接通状态、DC断开状态、浮置电位状态的3个状态的时刻信号。因此，装置构成变得非常复杂。

关于这一点，在本实施方式中，通过使用延迟时间Dt1、Dt2，不论是什么样的直流电源，都能够决定边缘环14的电位对晶片W的电位的追随时刻。另外，因为在直流电源60侧形成有浮置电位的时刻，所以，能够使用与高频电功率RF相同的脉冲时刻信号。换言之，能够使用已有的脉冲信号源70，不需要改造脉冲信号源70。

＜延迟时间Dt的具体例＞

接着，对上述的RF接通时的第一延迟时间Dt1和RF断开时的第二延迟时间Dt2的具体例进行说明。

首先，作为延迟时间Dt1、Dt2的比较，对通常的切换单元61具有的延迟时间Dо的具体例进行说明。决定延迟时间Dо的主要因素是切换单元61具有的FET的切换速度。详细而言，延迟时间Dо是在FET的上升时间和下降时间上加上空白时间(margin)而得到的时间。例如，在至直流电源电路64的FET完全断开为止(下降)的时间经过之后，对除电电路65指示进行导通的时刻的情况下，将该下降的时间和空白时间相加而得到的时间为延迟时间Dо。上述上升时间和下降时间因元件的种类而不同，例如为1ns～10ns。延迟时间Dо例如为1ns～100ns。

延迟时间Dt1、Dt2相同的制约条件是延迟时间Dt1、Dt2相对于对边缘环14施加直流电压DC的时间(DC接通时间)的比例。延迟时间Dt1、Dt2是不施加直流电压DC的时间，因此，当延迟时间Dt1、Dt2变长时，会偏离与高频电功率RF同步的直流电压DC的施加状态。因此，基于DC接通时间来决定延迟时间Dt1、Dt2。此外，延迟时间Dt1、Dt2的必要最小限度的比例，根据等离子体处理的处理评价结果来判断。

RF接通时的第一延迟时间Dt1的具体的决定方法如下所述。即，事前测量供给高频电功率RF之后的反射时间，将该反射时间以上的时间决定为第一延迟时间Dt1。或者，也可以是测量边缘环14的电位，基于高频电功率RF和边缘环14的电位，来决定第一延迟时间Dt1。第一延迟时间Dt1例如可决定为0.1μs～1000μs，更优选0.1μs～100μs或者1μs～300μs。此外，第一延迟时间Dt1的上限值可决定为在如后述那样使用等离子体对第二直流电压DC2与第一直流电压DC1的电位差进行除电的情况下所需要的时间。

RF断开时的第二延迟时间Dt2的具体的决定方法如下所述。即，测量边缘环14的电位，决定第二延迟时间Dt2，使得该边缘环14的电位充分地下降完之后对边缘环14进行除电。或者，也可以是测量高频电功率RF，仅基于该高频电功率RF来决定第二延迟时间Dt2。第二延迟时间Dt2例如可决定为0.1μs～1000μs，更优选0.1μs～100μs或者1μs～300μs。

＜其它的实施方式＞

上述的实施方式的等离子体处理装置1具有直流电源60、直流电源电路64和除电电路65，但是，对边缘环14施加直流电压DC的电源系统并不限于此。图8～图10是其它的实施方式中对边缘环14施加直流电压DC的电源系统的说明图。此外，在图8～图10中，为了使得技术容易理解，省略了第一RF过滤器62和第二RF过滤器63的图示。

可以是如图8所示的那样，等离子体处理装置1具有直流电源200和直流电源电路210，代替直流电源60、直流电源电路64和除电电路65。即，本实施方式的等离子体处理装置1可以不具有除电电路。直流电源电路210具有切换元件210a和阻尼元件210b。

在该情况下，如图8的(a)所示，在刚对下部电极12供给高频电功率RF后(RF接通)，将切换元件210a打开，从而不对边缘环14施加直流电压DC(DC断开)。

之后，如图8的(b)所示，在经过延迟时间Dt后，将切换元件210a闭合，从而对边缘环14施加直流电压DC(DC接通)。在该情况下，能够在边缘环14的电位追随晶片W的电位之后，对边缘环14施加直流电压DC。其结果是，能够使晶片W与边缘环14之间的电位差减小，从而抑制放电。于是，能够对晶片W进行等离子体处理。

之后，如图8的(c)所示，在停止对下部电极12施加高频电功率RF时(RF断开)，将切换元件210a打开，从而停止对边缘环14施加直流电压DC。

也可以是如图9所示的那样，具有第一直流电源300、第二直流电源301、第一直流电源电路310、第二直流电源电路311和除电电路320，代替直流电源60、直流电源电路64和除电电路65。第一直流电源300用于对边缘环14施加第一直流电压DC1。第二直流电源301用于对边缘环14施加与第一直流电压DC1不同的第二直流电压DC2。第一直流电源电路310具有切换元件310a和阻尼元件310b。第二直流电源电路311具有切换元件311a和阻尼元件311b。除电电路320具有切换元件320a和阻尼元件320b。

例如，在对下部电极12供给高频电功率RF时(RF接通)，在想要高速切换对边缘环14施加的直流电压DC的情况下，通过切换第一直流电源电路310和第二直流电源电路311，来切换第一直流电压DC1和第二直流电压DC2。例如，在第一直流电压DC1小于第二直流电压DC2的情况下，能够在如图9的(a)所示的那样对边缘环14施加第一直流电压DC1后，如图9的(b)所示的那样对边缘环14施加第二直流电压DC2。

而且，在本实施方式中，也像上述实施方式那样，在RF接通时设置第一延迟时间Dt1，在RF断开时设置第二延迟时间Dt2。具体而言，在对下部电极12供给高频电功率RF后至对边缘环14施加第一直流电压DC1为止的期间，设置第一延迟时间Dt1。另外，在停止对下部电极12供给高频电功率RF、并停止对边缘环14施加第二直流电压DC2后至进行边缘环14的除电为止的期间，设置第二延迟时间Dt2。另外，也可以是在第一直流电压DC1的施加和第二直流电压DC2的期间也设置延迟时间Dt。

此外，在第一直流电压DC1小于第二直流电压DC2的情况下，从第二直流电压DC2向第一直流电压DC1的切换，需要隔着由除电电路320进行的边缘环14的除电。即，需要按照施加第二直流电压DC2、边缘环14除电、施加第一直流电压DC1的顺序进行。

另外，在将对边缘环14施加的电压从第二直流电压DC2切换为第一直流电压DC1的情况下，在使用等离子体对第二直流电压DC2与第一直流电压DC1的电位差进行除电的情况下，可以如图10所示的那样省略除电电路320。在该情况下，在对边缘环14施加第二直流电压DC2之后至施加第一直流电压DC1为止的期间，设置延迟时间Dt。

上述的实施方式的等离子体处理装置1为电容耦合型的等离子体处理装置，但是，使用本发明的等离子体处理装置并不限于此。例如等离子体处理装置也可以为感应耦合型的等离子体处理装置。

本次公开的实施方式在所有方面均应认为是例示性的而不是限制性的。上述的实施方式在不脱离所附的权利要求书及其主旨的情况下，可以以各种方式省略、替换、改变。

Claims (14)

1.一种等离子体处理装置，其为用于对基片进行等离子体处理的装置，所述等离子体处理装置的特征在于，包括：

腔室；

设置在所述腔室的内部的载置台，其具有电极、设置在所述电极上的静电卡盘、和以包围被载置在所述静电卡盘上的基片的方式配置在该静电卡盘上的边缘环；

高频电源，其用于供给高频电功率，该高频电功率用于从所述腔室的内部的气体生成等离子体；

直流电源，其用于对所述边缘环施加负极性的直流电压；和

控制部，其用于对所述高频电功率和所述直流电压进行控制，

所述控制部控制所述装置，使得所述装置执行包括下述步骤的处理：

步骤(a)，停止供给所述高频电功率，并且停止施加所述直流电压；和

步骤(b)，开始供给所述高频电功率，在经过预先确定的延迟时间后，开始施加所述直流电压。

2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述控制部基于所述延迟时间相对于所述直流电压的施加时间的比例，来决定该延迟时间。

3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述控制部测量供给所述高频电功率之后的反射时间，将该反射时间以上的时间决定为所述延迟时间。

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：

所述控制部测量所述边缘环的电位，基于该边缘环的电位来决定所述延迟时间。

5.如权利要求2～4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述延迟时间为0.1μs～1000μs。

6.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：

包括用于对所述边缘环施加所述直流电压的直流电源电路，

不具有用于对所述边缘环进行除电的除电电路。

7.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：

用于对所述边缘环施加所述直流电压的直流电源电路；

用于对所述边缘环进行除电的除电电路；和

用于切换所述边缘环与所述直流电源电路或所述除电电路的连接的切换单元，

所述控制部控制所述装置，使得所述装置执行包括下述步骤的处理：

在所述步骤(a)中，停止供给所述高频电功率，并且停止施加所述直流电压，进而对所述边缘环进行除电，

在所述步骤(b)中，开始供给所述高频电功率，并且停止所述边缘环的除电，在经过预先确定的第一延迟时间后，开始施加所述直流电压，

步骤(c)，停止供给所述高频电功率，并且停止施加所述直流电压，在经过预先确定的第二延迟时间后，开始所述边缘环的除电。

8.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述控制部基于所述第二延迟时间相对于所述直流电压的施加时间的比例，来决定该第二延迟时间。

9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述控制部测量所述边缘环的电位，基于该边缘环的电位来决定所述第二延迟时间。

10.如权利要求8或9所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述控制部测量所述高频电功率，基于该高频电功率来决定所述第二延迟时间。

11.如权利要求8～10中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述第二延迟时间为0.1μs～1000μs。

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：

所述直流电源包括：

用于施加第一直流电压的第一直流电源；和

用于施加与所述第一直流电压不同的第二直流电压的第二直流电源，

在施加所述直流电压时，施加所述第一直流电压或所述第二直流电压。

13.如权利要求1～12中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述高频电源包括：

用于供给第一高频电功率的第一高频电源，所述第一高频电功率用于生所述等离子体；和

用于供给第二高频电功率的第二高频电源，所述第二高频电功率用于向被载置在所述静电卡盘上的基片引入离子，

在供给所述高频电功率时，供给所述第一高频电功率和所述第二高频电功率中的一者或两者。

14.一种等离子体处理方法，其为使用等离子体处理装置对基片进行等离子体处理的方法，所述等离子体处理方法的特征在于：

所述等离子体处理装置包括：

腔室；

设置在所述腔室的内部的载置台，其具有电极、设置在所述电极上的静电卡盘、和以包围被载置在所述静电卡盘上的基片的方式配置在该静电卡盘上的边缘环；

高频电源，其用于供给高频电功率，该高频电功率用于从所述腔室的内部的气体生成等离子体；和

直流电源，其用于对所述边缘环施加负极性的直流电压，

所述方法包括：

步骤(a)，停止供给所述高频电功率，并且停止施加所述直流电压；和

步骤(b)，开始供给所述高频电功率，在经过预先确定的延迟时间后，开始施加所述直流电压。

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