CN114188208A - 等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents

等离子体处理装置和等离子体处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供等离子体处理装置和等离子体处理方法，其使用多个高频电功率脉冲信号来提高处理的性能。等离子体处理装置具有：第一RF生成部，其生成第一RF脉冲信号，该信号在第一期间具有第一功率水平，在第二期间具有第二功率水平，在第三期间具有第三功率水平，第一期间为30μs以下；第二RF生成部，其生成第二RF脉冲信号，该信号的频率比第一RF脉冲信号的频率低，在第一期间具有第四功率水平，在第二期间和第三期间中的至少一者具有第五功率水平；第三RF生成部，其生成第三RF脉冲信号，该信号的频率比第二RF脉冲信号的频率低，在第二期间具有第六功率水平，并且在第一期间和第三期间中的至少一者具有第七功率水平。

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
例如，专利文献1提案了一种具有2个高频电源，并且对腔室上部的天线和下部电极(基座)供给2个频率的高频电功率的ICP(Inductively Coupled Plasma：电感耦合等离子体)装置。从2个高频电源中的一个高频电源对下部电极供给例如13MHz的频率的偏置用的高频电功率。在腔室的上方设置天线，从另一个高频电源对构成天线的外侧线圈的线路的中点或者其附近供给例如27MHz的等离子体激发用的高频电功率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-67503号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明提供能够使用多个高频(RF：Radio Frequency)电功率脉冲信号来提高处理的性能的技术。
用于解决问题的技术手段
根据本发明的一个方式，提供一种等离子体处理装置，其具有：与腔室耦合的第一匹配电路；与腔室耦合的第二匹配电路；第一RF生成部，其构成为与第一匹配电路耦合，能够生成包含多个脉冲周期的第一RF脉冲信号，多个脉冲周期分别包含第一期间、第二期间和第三期间，第一RF脉冲信号在第一期间具有第一功率水平，在第二期间具有第二功率水平，并且在第三期间具有第三功率水平，第一期间为30μs以下；第二RF生成部，其构成为与第二匹配电路耦合，能够生成包含多个脉冲周期的第二RF脉冲信号，第二RF脉冲信号的频率比第一RF脉冲信号的频率低，第二RF脉冲信号在第一期间具有第四功率水平，并且在第二期间和第三期间中的至少一者具有第五功率水平；和第三RF生成部，其构成为与第二匹配电路耦合，能够生成包含多个脉冲周期的第三RF脉冲信号，第三RF脉冲信号的频率比第二RF脉冲信号的频率低，第三RF脉冲信号在第二期间具有第六功率水平，并且在第一期间和第三期间中的至少一者具有第七功率水平。
发明效果
根据本发明的一个方面，能够使用多个高频电功率脉冲信号来提高处理的性能。
附图说明
图1是表示实施方式的等离子体处理系统的一例的截面示意图。
图2是表示实施方式的等离子体处理装置的一例的图。
图3是表示实施方式的2个偏置RF脉冲信号的匹配电路的一例的图。
图4是表示自由基、离子、电子温度、离子能量、副产物的一例的图。
图5是表示实施方式的2个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。
图6是表示实施方式的3个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。
附图标记说明
1 等离子体处理装置
2 控制部
10 腔室
10s 等离子体处理空间
11 基片支承部
12 环状部件
13 气体导入部
14 天线
20 气体供给部
21 计算机
21a 处理部
21b 存储部
21c 通信接口
31 RF电功率供给部
31a 生成源RF生成部
31b 第一偏置RF生成部
34b1 第一调节电路
34b2 第一分离电路
34c1 第二调节电路
34c2 第二分离电路
31c 第二偏置RF生成部
33 第一匹配电路
34 第二匹配电路
37 供电线
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中，对相同构成部分标注相同的附图标记，有时省略重复的说明。
[等离子体处理系统]
首先，参照图1和图2，对实施方式的等离子体处理系统进行说明。图1是表示实施方式的等离子体处理系统的一个例子的截面示意图。图2是表示实施方式的等离子体处理装置1的一个例子的图。
在实施方式中，等离子体处理系统包含等离子体处理装置1和控制部2。等离子体处理装置1构成为能够通过将3个高频电功率脉冲(3个RF脉冲信号)供给到腔室10内而从腔室10内的处理气体生成等离子体。等离子体处理装置1也可以构成为能够通过将2个高频电功率脉冲(2个RF脉冲信号)供给到腔室10内而从腔室10内的处理气体生成等离子体。而且，等离子体处理装置1通过使所生成等离子体暴露于基片来对基片进行处理。
等离子体处理装置1包含腔室10、基片支承部11和等离子体生成部。腔室10规定等离子体处理空间10s。此外，腔室10具有：用于将至少一种处理气体供给到等离子体处理空间10s的气体入口10a；和用于从等离子体处理空间将气体排出的气体出口10b。气体入口10a与至少一个气体供给部20连接。
气体出口10b例如是设置于腔室10的底部的排气口，与排气系统40连接。排气系统40可以包含压力阀和真空泵。真空泵可以包含涡轮分子泵、粗抽泵或者它们的组合。
基片支承部11配置在等离子体处理空间10s内，支承基片W。等离子体生成部构成为能够从被供给到等离子体处理空间10s内的至少一种处理气体生成等离子体。在等离子体处理空间10s形成的等离子体可以是电容耦合等离子体(CCP：Capacitively CoupledPlasma)、感应耦合等离子体(ICP：Inductively Coupled Plasma)。
控制部2处理使等离子体处理装置1执行本发明中说明的各种步骤的计算机可执行的命令。控制部2可以构成为能够控制等离子体处理装置1的各要素，以执行此处说明的各种步骤。在实施方式中，如图1所示，控制部2的一部分或者全部包含在等离子体处理装置1中。控制部2例如可以包含计算机21。计算机21例如可以包含处理部(CPU：CentralProcessing Unit，中央处理单元)21a、存储部21b和通信接口21c。处理部21a可以构成为能够基于存储部21b中保存的程序进行各种控制动作。存储部21b也可以包含RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、HDD(Hard DiskDrive，硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive：固态硬盘驱动器)或者它们的组合。通信接口21c也可以经由LAN(Local Area Network)等的通信回线与等离子体处理装置1之间通信。
以下，将图2的电感耦合等离子体处理装置作为一个例子，对等离子体处理装置1的结构例进一步进行说明。等离子体处理装置1包含腔室10。腔室10包含电介质窗10c和侧壁10d。电介质窗10c和侧壁10d规定腔室10内的等离子体处理空间10s。此外，等离子体处理装置1包含基片支承部11、气体导入部13、气体供给部20、电功率供给部和天线14。
基片支承部11配置在腔室10内的等离子体处理空间10s。天线14配置在腔室10(电介质窗10c)的上部或者上方。
基片支承部11包含主体部和环状部件(边缘环)12。主体部具有用于支承基片(晶片)W的中央区域(基片支承面)11a和用于支承环状部件12的环状区域(边缘环支承面)11b。主体部的环状区域11b包围主体部的中央区域11a。基片W配置在主体部的中央区域11a上，环状部件12以包围主体部的中央区域11a上的基片W的方式配置在主体部的环状区域11b上。在实施方式中，主体部包含静电吸盘111和导电部件112。静电吸盘111配置在导电部件112之上。导电部件112作为RF电极发挥功能，静电吸盘111的上表面作为基片支承面(中央区域11a)发挥功能。此外，虽然省略图示，在实施方式中，基片支承部11也可以包含构成为能够将静电吸盘111和基片W中的至少一者调节为目标温度的温度调节模块。温度调节模块可以包含加热器、流路或者它们的组合。在流路中，能够流动制冷剂、传热气体等的温度调节流体。此外，腔室10、基片支承部11和环状部件12配置成各自以轴Z为中心轴时轴Z是一致的。
气体导入部13构成为能够将来自气体供给部20的至少一种处理气体供给到等离子体处理空间10s。在实施方式中，气体导入部13配置在基片支承部11的上方，安装在形成于电介质窗10c的中央开口部。
气体供给部20也可以包含至少一个气源23和至少一个流量控制器22。在实施方式中，气体供给部20构成为能够将一个或其以上的处理气体从分别与之对应的气源23经由分别与之对应的流量控制器22供给到气体导入部13。各流量控制器22也可以包含例如质量流量控制器或者压力控制式的流量控制器。而且，气体供给部20也可以包含将一个或其以上的处理气体的流量进行调制或者脉冲化的一个或其以上的流量调制器件。
电功率供给部包含与腔室10耦合的RF电功率供给部31。RF电功率供给部31构成为能够将3个RF信号(RF电功率)供给到基片支承部11的导电部件112或者天线14。由此，从被供给到等离子体处理空间10s的至少一种处理气体形成等离子体。此外，等离子体生成部也可以构成为包含对等离子体处理空间10s内供给至少一种处理气体的气体供给部20和RF电功率供给部31，能够从处理气体生成等离子体。
天线14包含一个或多个线圈。在实施方式中，天线14也可以包含配置于同轴上的外侧线圈和内侧线圈。此时，RF电功率供给部31可以与外侧线圈和内侧线圈这两者连接，也可以与外侧线圈和内侧线圈中的任一者连接。在前者的情况下，可以为同一RF生成部与外侧线圈和内侧线圈这两者连接，也可以为不同的RF生成部与外侧线圈和内侧线圈分别连接。
在实施方式中，RF电功率供给部31包括生成源RF生成部31a、第一偏置RF生成部31b和第二偏置RF生成部31c。生成源RF生成部31a与天线14耦合，第一偏置RF生成部31b和第二偏置RF生成部31c与导电部件112耦合。生成源RF生成部31a构成为经由第一匹配电路33与天线14连接，能够生成等离子体生成用的第一RF脉冲信号(以下称为HF电功率。)。在实施方式中，第一RF脉冲信号具有20MHz～60MHz的范围内的频率。生成的第一RF脉冲信号被供给至天线14。第一RF脉冲信号包括多个脉冲周期，多个脉冲周期分别包含第一期间、第二期间和第三期间。第一RF脉冲信号在第一期间具有第一功率水平，在第二期间具有第二功率水平，并且在第三期间具有第三功率水平，第一期间为30μs以下。第一RF脉冲信号至少具有3个功率水平，各功率水平为0以上。由此，第一RF脉冲信号可以具有高/中/低功率水平，它们大于0。此外，第一RF脉冲信号也可以具有高/低功率水平和零功率水平(Off，关断)。生成源RF生成部31a是构成为与第一匹配电路33耦合，能够生成包含多个脉冲周期的第一RF脉冲信号的第一RF生成部的一例。
此外，第一偏置RF生成部构成为经由第二匹配电路34和供电线37与基片支承部11的导电部件112连接，能够生成第二RF脉冲信号(以下称为LF1电功率。)。生成的第二RF脉冲信号被供给至基片支承部11的导电部件112。在实施方式中，第二RF脉冲信号具有比第一RF脉冲信号低的频率。在实施方式中，第二RF脉冲信号具有1MHz～15MHz的范围内的频率。第二RF脉冲信号在第一期间具有第四功率水平，在所述第二期间和所述第三期间中的至少一者具有第五功率水平。由此，第二RF脉冲信号可以具有高/低功率水平，它们大于0。此外，第二RF脉冲信号也可以具有比0大的功率水平和零功率水平，即具有接通/关断信号。第一偏置RF生成部是构成为与第二匹配电路34耦合，能够生成包含多个脉冲周期的第二RF脉冲信号的第二RF生成部的一例。
此外，第二偏置RF生成部构成为经由第二匹配电路34和供电线37与基片支承部11的导电部件112连接，能够生成第三RF脉冲信号(以下称为LF2电功率。)。生成的第三RF脉冲信号供给至基片支承部11的导电部件112。在实施方式中，第三RF脉冲信号具有比第二RF脉冲信号低的频率。在实施方式中，第三RF脉冲信号具有100kHz～4MHz的范围内的频率。第三RF脉冲信号在第二期间具有第六功率水平，并且在第一期间和第三期间中的至少一者具有第七功率水平，第三RF脉冲信号具有至少2个功率水平，各功率水平为0以上。由此，第三RF脉冲信号可以具有高/低功率水平，它们大于0。此外，第三RF脉冲信号可以具有比0大的功率水平和零功率水平，即接通/关断信号。第二偏置RF生成部是构成为与第二匹配电路34耦合，能够生成包含多个脉冲周期的第三RF脉冲信号的第三RF生成部的一例。
像这样，第一RF脉冲信号、第二RF脉冲信号和第三RF脉冲信号被脉冲化。第二RF脉冲信号和第三RF脉冲信号在接通状态与关断状态之间，或2个以上的不同的接通状态(高/低)之间被脉冲化。第一RF脉冲信号在2个以上的不同的接通状态(高/低)与关断状态之间，或3个以上的不同的接通状态(高/中/低)之间被脉冲化。第一RF脉冲信号可以在接通状态与关断状态之间，或2个不同的接通状态(高/低)之间被脉冲化。
第一匹配电路33与生成源RF生成部31a和天线14连接，经由天线14与腔室10连接。第一匹配电路33使得第一RF脉冲信号能够从生成源RF生成部31a经由第一匹配电路33被供给到天线14。另外，第一匹配电路33在其他等离子体处理装置中，可以与天线14以外的构成部件连接。例如，在包含2个相对的电极的电容耦合等离子体处理装置中，第一匹配电路33可以与2个电极中的一者连接。
第二匹配电路34与第一偏置RF生成部31b、第二偏置RF生成部31c和基片支承部11(导电部件112)连接。第二匹配电路34使得第二RF脉冲信号能够从第一偏置RF生成部31b经由第二匹配电路34被供给到基片支承部11。此外，第二匹配电路34使得第三RF脉冲信号能够从第二偏置RF生成部31c经由第二匹配电路34被供给到基片支承部11。
控制部2输出用于对生成源RF生成部31a、第一偏置RF生成部31b和第二偏置RF生成部31c分别指示各脉冲信号的供给的控制信号。由此，能够在预先设定的时机供给包含多个脉冲周期的第一RF脉冲信号、第二RF脉冲信号和第三RF脉冲信号，从腔室10内的处理气体生成等离子体。然后，通过将基片曝露于所生成的等离子体中来进行基片处理。由此，能够提高处理的效率，进行高精度的基片处理。关于控制部2进行的第一RF脉冲信号、第二RF脉冲信号和第三RF脉冲信号的接通/关断状态或0以上的功率水平的控制时机在后面叙述。
[第二匹配电路的内部结构的一例]
接着，参照图3，对第二匹配电路34的结构的一例进行说明。图3是表示实施方式的第二匹配电路34的内部结构的一例的图。
第一偏置RF生成部31b和第二偏置RF生成部31c经由第二匹配电路34和供电线37与基片支承部11(导电部件112)连接。以下的说明中，将从第一偏置RF生成部31b供给的第二RF脉冲信号记为LF1电功率(LF1 Power)。此外，以下的说明中，将从第二偏置RF生成部31c供给的第三RF脉冲信号记为LF2电功率(LF2 Power)。
从第一偏置RF生成部31b供给的第二RF脉冲信号(LF1电功率)经由第二匹配电路34内的供电线36与相反侧(第二偏置RF生成部31c侧)耦合时，向腔室10供给的LF1电功率的供给效率下降。同样，从第二偏置RF生成部31c供给的第三RF脉冲信号(LF2电功率)经由供电线36与相反侧(第一偏置RF生成部31b侧)耦合时，向腔室10供给的LF2电功率的供给效率下降。这样的话，由于向腔室10的偏置电功率的供给下降，所以离子能量的控制等难以进行，处理的性能变差。
于是，本实施方式的第二匹配电路34具有第一调节电路34b1、第一分离电路34b2、第二调节电路34c1、第二分离电路34c2。第一调节电路34b1和第一分离电路34b2连接于第一偏置RF生成部31b与供电线37之间。第二调节电路34c1和第二分离电路34c2连接于第二偏置RF生成部31c与供电线37之间。根据该结构，在第一偏置RF生成部31b生成的第二RF脉冲信号(LF1电功率)一边被抑制与第二偏置RF生成部31c的耦合一边向基片支承部11(导电部件112)供给。此外，在第二偏置RF生成部31c生成的第三RF脉冲信号(LF2电功率)一边被抑制向第一偏置RF生成部31b的耦合一边向基片支承部11(导电部件112)供给。
第一调节电路34b1具有可变元件，构成为能够使第一偏置RF生成部31b的负载侧(基片支承部11侧)的阻抗与第一偏置RF生成部31b的输出阻抗匹配。在一个实施方式中，第一调节电路34b1的可变元件是可变电容器。
第二分离电路34c2连接于第二偏置RF生成部31c与基片支承部11之间，防止来自第一偏置RF生成部31b的作为LF1电功率的第二RF脉冲信号的耦合。
第二调节电路34c1具有可变元件，构成为使第二偏置RF生成部31c的负载侧(基片支承部11侧)的阻抗与第二偏置RF生成部31c的输出阻抗匹配。在一个实施方式中，第二调节电路34c1的可变元件是可变电感。
第一分离电路34b2连接于第一偏置RF生成部31b与基片支承部11之间，防止来自第二偏置RF生成部31c的作为LF2电功率的第三RF脉冲信号的耦合。
第二分离电路34c2是包含电感L2的RF扼流电路。第一分离电路34b2是包含电容器C1和电感L1的共振电路。第一分离电路34b2由电容器C1和电感L1构成。第二分离电路34c2由电感L2构成。
第1分离电路34b2以从第二RF脉冲信号来看阻抗为0或者接近0，从第三RF脉冲信号来看阻抗高，将第1偏置RF生成部31b侧视为壁的方式设定C1和L1的电路常数。由此，将第1分离电路34b2中从第三RF脉冲信号来看的阻抗记为ZLF2，将等离子体的负载阻抗记为Zchamber时，ZLF2＞＞Zchamber。
另外，第2分离电路34c2以从第三RF脉冲信号来看阻抗为0或者接近0，从第二RF脉冲信号来看阻抗高，将第2偏置RF生成部31c侧视为壁的方式设定L2的电路常数。由此，将在第2分离电路34c2中从第二RF脉冲信号来看的阻抗记为ZLF1时，ZLF1＞＞Zchamber成立。
像这样，通过如上述那样对第1分离电路34b2的电路常数进行设定，在第1分离电路34b2中，阻抗ZLF2远大于等离子体的负载阻抗Zchamber。由此，第1分离电路34b2防止来自第2偏置RF生成部31c的第三RF脉冲信号的耦合(图3的“LF2电功率→×”)。其结果，LF2电功率经由供电线37被供给到腔室10内，由此能够抑制LF2电功率的供给效率的降低。
同样，通过如上述那样对第2分离电路34c2的电路常数进行设定，在第2分离电路34c2中，阻抗ZLF1远大于等离子体的负载阻抗Zchamber。由此，第2分离电路34c2防止来自第1偏置RF生成部31b的第二RF脉冲信号的耦合(图3的“LF1电功率→×”)。其结果，LF1电功率经由供电线37被供给到腔室10内，由此能够抑制LF1电功率的供给效率的降低。
利用该结构，能够将具有不同频率的2个偏置电功率(LF1电功率和LF2电功率)的脉冲信号高效地供给至基片支承部11。
[脉冲信号]
例如，对深宽比高的深孔进行蚀刻的处理时，能够使用HF电功率、LF1电功率和LF2电功率的脉冲信号，使离子的入射角垂直，或提高掩膜选择比。
图4是表示自由基、离子、电子温度、离子能量、副产物的一例的图。图4的横轴表示使RF电功率的供给停止(关断)后的经过时间(1周期)。图4的纵轴表示关断时间中的自由基(Radical)、离子(Ions)、电子温度(Te)、离子能量(ε1)、副产物(By-products)的各时间的状态。
据此，自由基(Radical)从使RF电功率处于关断状态起的变化缓慢，与此不同，离子(Ions)和等离子体温度(Te)从使RF电功率处于关断状态起的变化比自由基快。考虑这样的等离子体中的自由基、离子的衰减、能量的变化等，控制HF电功率和LF电功率(例如LF1电功率和LF2电功率)的脉冲信号。作为使HF电功率成为关断状态后供给的LF电功率的脉冲信号的一个例子，考虑在等离子体温度(Te)高的初始时间，使LF电功率成为关断状态，在等离子体温度(Te)降低后，使LF电功率成为接通状态的控制。据此，虽然离子仍有残留，但在等离子体温度(Te)低的时间使用LF电功率，能够高效地进行离子向基片的引入。
作为在使HF电功率为关断状态后供给的LF电功率的脉冲信号的其他例子，作为等离子体参数使用表示离子能量的ε1，在等离子体电子温度Te几乎不变化的时间控制LF2电功率。由此，能够控制离子能量ε1将离子的入射角控制得更垂直。
像这样，根据自由基、离子、等离子体电子温度、离子能量、副产物等的等离子体参数的变动，细致地控制使HF电功率和LF电功率成为接通/关断状态的时机。由此，能够提高处理的性能。以下，对于高频电功率的脉冲信号的供给时机，参照图5～图6进行说明。另外，高频电功率的脉冲信号的供给时机由控制部2控制。
(2个频率的脉冲信号)
图5是表示实施方式的2个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。作为图5所示的2个频率的高频电功率脉冲的HF电功率(Source Power，生成源电功率)和LF1电功率(Bias Power，偏置电功率)的脉冲信号分别包含多个脉冲周期。以下说明各脉冲信号的供给时机。图5的横轴表示1周期的时间，纵轴表示HF电功率和LF1电功率的接通/关断状态。将期间(1)和期间(2)作为1个周期，反复进行HF电功率和LF1电功率的各脉冲信号的控制。
在2个频率的高频电功率脉冲的控制中，HF电功率的接通状态和LF1电功率的接通状态在时间上重叠，在使HF电功率为接通状态的期间中，使LF1电功率为接通状态，在使HF电功率为关断状态的期间中，使LF1电功率为关断状态。生成源RF生成部31a构成为能够生成第一RF脉冲信号(HF电功率)，本实施方式中，第一RF脉冲信号具有2个功率水平(On/Off，接通/关断)。例如第一RF脉冲信号可以具有27MHz的频率。
第一偏置RF生成部31b构成为能够生成第二RF脉冲信号(LF1电功率)，本实施方式中，第二RF脉冲信号具有2个功率水平(On/Off，接通/关断)。第二RF脉冲信号的频率比第一RF脉冲信号的频率低。例如第二RF脉冲信号具有13MHz的频率。
图5的期间(1)中，HF电功率和LF1电功率维持为接通状态。即，在时刻t0，HF电功率和LF1电功率转移至接通状态，在时刻t1，HF电功率和LF1电功率转移至关断状态。由此，在从时刻t0到时刻t1的时间中，通过供给HF电功率，生成包含自由基和离子的等离子体，通过供给LF1电功率，控制到达所蚀刻的凹部的底部的离子流(离子量)，促进蚀刻。
在期间(1)后的时刻t1，HF电功率和LF1电功率转移至关断状态，在期间(2)中，HF电功率和LF1电功率维持为关断状态。期间(2)中，HF电功率为关断状态，因此如图4中表示的一例那样，自由基、离子、等离子体温度分别基于时间常数而衰减。此外，期间(2)中，HF电功率和LF1电功率为关断状态，因此副产物被排气。表示排气期间的期间(2)预先设定成使副产物不附着在基片W上的时间。
在经过了排气期间的时刻t2，从期间(2)回到期间(1)，在时刻t0，HF电功率和LF1电功率再次转移至接通状态。然后，以期间(1)和期间(2)为1个周期，反复进行HF电功率和LF1电功率的各脉冲信号的控制。1个周期是10kHz～20kHz。多个脉冲周期具有相同的时间期间，各脉冲周期具有50μs～100μs的时间期间。即，脉冲周期的1个周期为50μs～100μs。
本例中，第一偏置RF生成部31b构成为，使第二RF脉冲信号的功率水平的变化时间与第一RF脉冲信号的功率水平的变化时间同步。
此外，期间(1)设定为30μs以下。下一期间(2)设定为任意的时间，可以比30μs长。即，本例中，HF电功率和LF1电功率在期间(1)中在30μs以下的时间中维持接通状态，在期间(2)的任意时间维持关断状态，反复进行接通/关断。通过像这样，使LF1电功率的1个周期中的供给时间为30μs以下，能够将离子控制为垂直，进行各向异性高的蚀刻。
另外，期间(1)的HF电功率的功率水平是第一功率水平的一例，期间(2)的HF电功率的功率水平是第二功率水平的一例。期间(1)的LF1电功率的功率水平是第三功率水平的一例，期间(2)的LF1电功率的功率水平是第四功率水平的一例。
(3个频率的脉冲信号)
图6是表示实施方式的3个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。首先，作为图6所示的3个频率的高频电功率的HF电功率(Source Power)、LF1电功率(Bias1 Power)和LF2电功率(Bias2 Power)的脉冲信号分别包含多个脉冲周期。以下说明各脉冲信号的供给时机。图6的横轴表示1个周期的时间，纵轴表示HF电功率、LF1电功率和LF2电功率的接通/关断状态。以期间(1)～(3)作为1个周期，反复进行HF电功率、LF1电功率和LF2电功率的各脉冲信号的控制。
3个频率的高频电功率脉冲的控制中，LF1电功率的接通状态和LF2电功率的接通状态在时间上不重叠，在使LF1电功率为接通状态的期间，使LF2电功率为关断状态，在使LF1电功率为关断状态的期间，使LF2电功率为接通状态。HF电功率的接通状态与LF1电功率的接通状态、以及HF电功率的接通状态与LF2电功率的接通状态在时间上可以重叠，也可以不重叠。
生成源RF生成部31a构成为能够生成第一RF脉冲信号(HF电功率)，本实施方式中，第一RF脉冲信号具有3个功率水平(高/低/无)。这些功率水平根据对象处理能够任意地设定和变更。例如第一RF脉冲信号具有27MHz的频率。
第一偏置RF生成部31b构成为能够生成第二RF脉冲信号(LF1电功率)，本实施方式中，第二RF脉冲信号具有2个功率水平(On/Off，接通/关断)。即，第二RF脉冲信号具有包含零功率水平的2个以上的功率水平。第二RF脉冲信号的频率比第一RF脉冲信号的频率低。例如第二RF脉冲信号具有13MHz的频率。
第二偏置RF生成部31c构成为能够生成第三RF脉冲信号(LF2电功率)，本实施方式中，第三RF脉冲信号具有2个功率水平(On/Off，接通/关断)。即，第三RF脉冲信号具有包含零功率水平的2个以上的功率水平。第三RF脉冲信号的频率比第二RF脉冲信号的频率低。例如第三RF脉冲信号具有1.2MHz的频率。
图6中，生成源功率(HF电功率)表示第一RF脉冲信号的状态，第一偏置功率(LF1电功率)表示第二RF脉冲信号的状态，第二偏置功率(LF2电功率)表示第三RF脉冲信号的状态。
图6的期间(1)中，HF电功率具有高功率水平，LF1电功率处于接通状态，LF2电功率处于关断状态。即，从时刻t0到时刻t11的时间Ts中，通过HF电功率的供给，生成包含自由基和离子的等离子体。此外，从时刻t0到时刻t11的时间中，通过LF1电功率的供给，能够控制到达所蚀刻的凹部的底部的离子流(离子量)，能够促进蚀刻。由此，如图6中的(a)所示，经由掩膜101蚀刻对象膜100被蚀刻，在形成于蚀刻对象膜100的孔HL的内壁主要附着自由基R。此外，控制离子，控制到达所蚀刻的凹部的底部的离子流。
进而，期间(1)设定为30μs以下的时间。另外，接着的期间(2)和(3)设定为任意的时间，可以比30μs长。即，本例中，HF电功率和LF1电功率在期间(1)中在30μs以下的时间中维持为接通状态。通过像这样在期间(1)中以30μs以下的短时间进行LF1电功率的供给，能够进一步将离子控制为垂直，进行各向异性高的蚀刻。
经过期间(1)后，在时刻t11，HF电功率从高功率水平转移到低功率水平(或关断状态)，LF1电功率转移至关断状态，LF2电功率转移至接通状态。这样，如图4中表示的一例，自由基、离子、等离子体温度以各自的时间常数衰减。根据这些等离子体参数的衰减状态，控制在将HF电功率的功率水平控制为下降或关断状态的期间(2)和对副产物进行排气的期间(3)中，使LF2电功率接通的时间。
本实施方式中，期间(2)中，HF电功率维持为低功率水平，LF1电功率维持为关断状态，LF2电功率维持为接通状态。在期间(2)中，供给频率比在期间(1)所供给的LF1电功率的频率低的LF2电功率。LF2电功率的Vpp大于LF1电功率的Vpp。由此，期间(2)中，与期间(1)相比，能够使偏置电压的Vpp更大，使离子能量εl更大，将离子入射角控制得更为垂直。由此，在期间(2)能够控制到达所蚀刻的凹部的底部的离子流，如图6中的(b)所示，在孔HL的底部的角部等残留的副产物B等被蚀刻，能够促进蚀刻。
在时刻t12，HF电功率转移至关断状态(或低功率水平)，LF1电功率维持为关断状态，LF2电功率转移至关断状态。期间(3)中，控制副产物的排气。即，期间(3)中，HF电功率、LF1电功率和LF2电功率维持为关断状态。由此，如图6中的(c)所示，将附着于孔HL内的副产物B排气。由此，能够促进下一周期的蚀刻。期间(3)预先设定为副产物B不会再次附着于基片W上的时间。
在时刻t13，回到期间(1)，HF电功率转移至高功率水平，LF1电功率转移至接通状态，LF2电功率维持为关断状态。期间(1)～(3)反复进行处理，1个周期是10kHz～20kHz，期间(1)是30μs以下。多个脉冲周期分别为50μs～100μs。
像这样，在蚀刻深宽比高的深穴的处理中，使用HF电功率、LF1电功率和LF2电功率的脉冲信号，能够提高掩膜选择比，使离子的入射角垂直。由此，能够使蚀刻形状垂直、或促进蚀刻。但是，蚀刻深宽比高的深穴的处理是基片处理的一个例子，处理的种类不限于此。
图6的例子中，将HF电功率的功率水平控制为3个功率水平，将LF1电功率和LF2电功率的功率水平控制为接通/关断状态的2个功率水平，但并不限定于此。例如也可以将HF电功率的功率水平控制为4个功率水平以上。
另外，期间(1)的HF电功率的功率水平是第一功率水平的一个例子，期间(2)的HF电功率的功率水平是第二功率水平的一个例子，期间(3)的HF电功率的功率水平是第三功率水平的一个例子。期间(1)的LF1电功率的功率水平是第四功率水平的一个例子，期间(2)和/或期间(3)的LF1电功率的功率水平是第五功率水平的一个例子。期间(2)的LF2电功率的功率水平是第六功率水平的一个例子，期间(1)和/或期间(3)的LF1电功率的功率水平是第七功率水平的一个例子。
如以上所说明的，根据本实施方式的等离子体处理装置和等离子体处理方法，能够使用多个高频电功率脉冲信号来提高处理的性能。
此次公开的实施方式的等离子体处理装置和等离子体处理方法的所有方面均是例示，而不是限制。实施方式能够在不脱离主旨的条件下，进行各种变形和改良。上述多个实施方式中记载的事项也能够在不矛盾的范围内由其他结构实现，此外，能够在不矛盾的范围内进行组合。

Claims (10)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，具有：
腔室；
与所述腔室耦合的第一匹配电路；
与所述腔室耦合的第二匹配电路；
第一RF生成部，其构成为与所述第一匹配电路耦合，能够生成包含多个脉冲周期的第一RF脉冲信号，所述多个脉冲周期分别包含第一期间、第二期间和第三期间，所述第一RF脉冲信号在所述第一期间具有第一功率水平，在所述第二期间具有第二功率水平，并且在所述第三期间具有第三功率水平，所述第一期间为30μs以下；
第二RF生成部，其构成为与所述第二匹配电路耦合，能够生成包含所述多个脉冲周期的第二RF脉冲信号，所述第二RF脉冲信号的频率比所述第一RF脉冲信号的频率低，所述第二RF脉冲信号在所述第一期间具有第四功率水平，并且在所述第二期间和所述第三期间中的至少一者具有第五功率水平；和
第三RF生成部，其构成为与所述第二匹配电路耦合，能够生成包含所述多个脉冲周期的第三RF脉冲信号，所述第三RF脉冲信号的频率比所述第二RF脉冲信号的频率低，所述第三RF脉冲信号在所述第二期间具有第六功率水平，并且在所述第一期间和所述第三期间中的至少一者具有第七功率水平。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二RF脉冲信号在所述第二期间具有所述第五功率水平，
所述第三RF脉冲信号在所述第一期间具有所述第七功率水平。
3.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第三功率水平、所述第五功率水平和所述第七功率水平是零功率水平。
4.如权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一功率水平大于所述第二功率水平。
5.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述脉冲周期的1个周期是50μs～100μs。
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：
所述第一RF脉冲信号是20MHz～60MHz的频率，
所述第二RF脉冲信号是1MHz～15MHz的频率，
所述第三RF脉冲信号是100kHz～4MHz的频率。
7.如权利要求1～6中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第三RF脉冲信号在所述第二RF脉冲信号具有大于0的功率水平的期间具有零功率水平。
8.等离子体处理装置，其特征在于，具有：
腔室；
与所述腔室耦合的至少1个匹配电路；
第一RF生成部，其构成为与所述至少1个匹配电路耦合，能够生成包含多个脉冲周期的第一RF脉冲信号，所述多个脉冲周期分别包含第一期间和第二期间，所述第一RF脉冲信号在所述第一期间具有第一功率水平，并且在所述第二期间具有第二功率水平，所述第一期间为30μs；和
第二RF生成部，其构成为与所述至少1个匹配电路耦合，能够生成包含多个脉冲周期的第二RF脉冲信号，所述第二RF脉冲信号的频率比所述第一RF脉冲信号的频率低，所述第二RF脉冲信号在所述第一期间具有第三功率水平，在所述第二期间具有第四功率水平。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二功率水平和所述第四功率水平是零功率水平。
10.一种使用等离子体处理装置的等离子体处理方法，其特征在于：
所述等离子体处理装置具有：
腔室；
配置在所述腔室内的电极；
配置在所述电极的上方的天线；
与所述天线耦合的第一匹配电路；和
与所述电极耦合的第二匹配电路，
所述等离子体处理方法包含多个周期，各周期中具有：
在第一期间中，经由所述第一匹配电路向所述天线供给具有第一功率水平的第一RF脉冲信号的步骤，所述第一期间为30μs以下；
在所述第一期间中，经由所述第二匹配电路向所述电极供给第二RF脉冲信号的步骤，所述第二RF脉冲信号的频率比所述第一RF脉冲信号的频率低；
在第二期间中，经由所述第一匹配电路向所述天线供给具有第二功率水平的第一RF脉冲信号的步骤；和
在所述第二期间中，经由所述第二匹配电路向所述电极供给第三RF脉冲信号的步骤，所述第三RF脉冲信号的频率比所述第二RF脉冲信号的频率低。
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