CN114999881A - 等离子体处理装置和控制方法 - Google Patents

等离子体处理装置和控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114999881A
CN114999881A CN202210614585.0A CN202210614585A CN114999881A CN 114999881 A CN114999881 A CN 114999881A CN 202210614585 A CN202210614585 A CN 202210614585A CN 114999881 A CN114999881 A CN 114999881A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
power supply
negative
period
pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210614585.0A
Other languages
English (en)
Inventor
舆水地盐
广津信
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority claimed from CN201910958163.3A external-priority patent/CN111029238B/zh
Publication of CN114999881A publication Critical patent/CN114999881A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32201—Generating means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32642—Focus rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/16—Vessels; Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching
    • H01J37/3053—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32018—Glow discharge
    • H01J37/32027—DC powered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32128—Radio frequency generated discharge using particular waveforms, e.g. polarised waves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32146—Amplitude modulation, includes pulsing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32293—Microwave generated discharge using particular waveforms, e.g. polarised waves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32697—Electrostatic control
    • H01J37/32706—Polarising the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/24—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the tube and not otherwise provided for
    • H01J37/241—High voltage power supply or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本发明提供等离子体处理装置和控制方法。等离子体处理装置包括：容器；设置在所述容器内并具有电极的载置台；在所述容器内生成等离子体的等离子体源；周期性地对所述电极供给脉冲状负直流电压的偏置电源；周边环，其以包围载置于所述载置台的基片的方式配置；和对所述周边环供给直流电压的直流电源，所述直流电源被配置成，当所述脉冲状负直流电压没有被供给到所述电极时在第一期间供给第一直流电压，并当所述脉冲状负直流电压被供给到所述电极时在第二期间供给第二直流电压。本发明的目的在于提高被处理体的蚀刻形状的精度。

Description

等离子体处理装置和控制方法
本案是申请日为2019年10月10日、申请号为201910958163.3的名为“等离子体处理装置和控制方法”这一申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置和控制方法。
背景技术
已知一种等离子体处理装置，其利用载置于载置台的晶片的周缘的周边环，能够提高处理的面内均匀性(例如，参照专利文献1)。在等离子体处理装置中，利用通过高频功率从气体生成的等离子体进行蚀刻处理，在晶片形成微小的孔等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-277369号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在蚀刻正圆的孔时，存在在晶片的边缘部所蚀刻的孔的正圆度被破坏，成为在径向具有长边的椭圆的孔的情况。尤其在施加400kHz程度的低频率的偏置用的高频功率时，容易发生该现象。
对于上述技术问题，在一个方面，本发明的目的在于提高被处理体的蚀刻形状的精度。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述的技术问题，依照一个方式，提供一种等离子体处理装置，其包括：处理容器；在所述处理容器内载置被处理体的电极；对所述处理容器内供给等离子体的等离子体生成源；对所述电极供给偏置功率的偏置电源；配置在所述被处理体的周缘的周边环；对所述周边环供给直流电压的直流电源；存储介质，其具有包含第一控制步骤的程序，其中该第一控制步骤中，所述直流电压周期性地反复具有第一电压值的第一状态和具有比所述第一电压值高的第二电压值的第二状态，在所述电极的电位的各周期内的部分期间中施加所述第一电压值，并以所述第一状态和所述第二状态连续的方式施加所述第二电压值；和执行所述存储介质的程序的控制部。
发明效果
依照一个方面，能够提高被处理体的蚀刻形状的精度。
附图说明
图1是表示一个实施方式的等离子体处理装置的一例的图。
图2是表示一个实施方式的控制部的构成的一例的图。
图3A是用于说明一个实施方式的变形例的控制信号的生成的图。
图3B是表示一个实施方式的由安装在供电系统的传感器的相位信号进行控制的例子图。
图3C是表示由一个实施方式的由与偏置功率的高频或脉冲波的周期同步的信号进行控制的例子图。
图3D是表示由一个实施方式的由与偏置功率的高频或脉冲波的周期同步的信号进行控制的例子图。
图4是说明等离子体电位、晶片电位与鞘厚的关系的图。
图5是表示一个实施方式的负直流电压的施加方法及其效果的一例的图。
图6是表示一个实施方式的负直流电压的施加方法的一例的图。
图7是表示一个实施方式的负直流电压的施加方法的一例的图。
图8是表示变形例的负直流电压的施加方法(倾斜控制)的一例的图。
图9是表示变形例的负直流电压的施加方法(倾斜控制)的一例的图。
图10A是表示一个实施方式的变形例1-1的控制方法的时序图。
图10B是表示一个实施方式的变形例1-2的控制方法的时序图。
图10C是表示一个实施方式的变形例1-3的控制方法的时序图。
图10D是表示一个实施方式的变形例1-4的控制方法的时序图。
图11是表示一个实施方式的变形例2的控制方法的时序图。
图12A是表示一个实施方式的变形例3-1的控制方法的时序图。
图12B是表示一个实施方式的变形例3-2的控制方法的时序图。
图12C是表示一个实施方式的变形例3-3的控制方法的时序图。
图12D是表示一个实施方式的变形例3-4的控制方法的时序图。
图13是表示一个实施方式的RF的频率以及晶片与周边环的电位差的一例的图。
图14是表示一个实施方式的RF的频率以及晶片与周边环的电位差的一例的图。
图15是表示一个实施方式的RF的频率以及晶片与周边环的电位差的一例的图。
图16是表示一个实施方式的变形例4的控制方法的时序图。
图17是表示一个实施方式的变形例5的控制方法的时序图。
附图标记说明
1…等离子体处理装置
10…处理容器
16…载置台(下部电极)
34…上部电极
47…供电棒
46…匹配器
48…第一高频电源
50…可变直流电源
66…处理气体供给源
84…排气装置
88…匹配器
89…供电棒
90…第二高频电源
100…处理器
102…信号产生电路
200…控制部。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明方式进行说明。此外，在本说明书和附图中，对实质上相同的结构标注相同的附图标记，因而省略重复的说明。
以下，将作为生成源功率(source power)的频率(高频)称为HF((HighFrequency))，将生成源功率称为HF功率。此外，将比生成源功率的频率低的偏置功率的频率(高频)称为LF(Low Frequency)，将偏置功率称为LF功率。
[首先]
近年来，将对等离子体处理装置的载置台施加的LF的频率从3.2MHz程度低频化至400kHz程度。在该处理条件下，存在半导体晶片(以下也称为晶片。)的边缘周边形成的孔的蚀刻形状的正圆度在径向被破坏，形成在径向具有长边的椭圆形状的孔的技术问题。此外，存在因配置于晶片的周缘的周边环(也称为聚焦环。)的消耗，而产生在晶片的边缘部蚀刻形状向内侧倾斜地形成的倾斜形状的技术问题。
因此，在本实施方式的等离子体处理装置中，使晶片W的边缘部的孔的形状形成为正圆且防止倾斜，解决上述技术问题。以下，对本实施方式的等离子体处理装置1的一例进行说明，对使用该等离子体处理装置1的直流电压(以下也称为“DC电压”。)的控制进行说明。
[等离子体处理装置的整体结构]
图1是表示一个实施方式的等离子体处理装置1的一例的图。本实施方式的等离子体处理装置1是电容耦合型的平行平板等离子体处理装置，例如具有由表面经过了阳极氧化处理的铝形成的圆筒形的处理容器10。处理容器10接地。
在处理容器10的底部经由由陶瓷等形成的绝缘板12配置有圆柱状的支承台14，在该支承台14上例如设置有由铝形成的载置台16。载置台16构成下部电极，在其上经由静电吸盘20载置作为被处理体的一例的晶片W。
在载置台16的上表面设置有用静电吸附保持晶片W的静电吸盘20。该静电吸盘20具有用绝缘层20b夹着由导电膜构成的电极20a的结构，电极20a与直流电源22连接。而且，利用由来自直流电源22的直流电压产生的库仑力等静电力，将晶片W保持于静电吸盘20。
在载置台16上晶片W的周缘，例如配置有由硅形成的导电性的周边环24。周边环24也称为聚焦环。在载置台16和支承台14的侧面设置有例如由石英形成的圆筒状的内壁部件26。
在支承台14的内部例如在圆周上设置有冷却介质室28。从设置于外部的冷却单元经由配管30a、30b将规定温度的冷却介质例如冷却水循环供给到冷却介质室28，利用冷却介质的温度来控制载置台16上的晶片W的处理温度。此外，冷却介质是被循环供给到配管30a、30b的温度调节用的介质的一个例子，温度调节用的介质不仅能够冷却载置台16和晶片W，有时也能够进行加热。而且，来自导热气体供给机构的导热气体例如He气体经由气体供给通路32被供给到静电吸盘20的上表面与晶片W的背面之间。
在载置台16的上方以与载置台16相对的方式平行地设置有上部电极34。上部电极34与下部电极间之间形成等离子体处理空间。上部电极34形成与载置台16上的晶片W相对且与等离子体处理空间接触的面，即相对面。
上部电极34经由绝缘性的遮挡部件42支承于处理容器10的上部。上部电极34包括电极板36和电极支承体38，其中，该电极板36构成与下部电极16相对的相对面且具有多个气体排出孔37，该电极支承体38可拆装地支承该电极板36，由导电性材料例如表面经过了阳极氧化处理的铝形成。电极板36优选由硅或者SiC构成。在电极支承体38的内部设置有气体扩散室40，与气体排出孔37连通的多个气体流通孔41从该气体扩散室40从下方延伸。
在电极支承体38形成有用于向气体扩散室40导入处理气体的气体导入口62，该气体导入口62与气体供给管64连接，气体供给管64与处理气体供给源66连接。在气体供给管64从上游侧依次设置有质量流量控制器(MFC)68和开闭阀70。而且，从处理气体供给源66使用于蚀刻的处理气体从气体供给管64达到气体扩散室40，经由气体流通孔41从气体排出孔37以喷淋状被排出到等离子体处理空间。这样一来，上部电极34作为用于供给处理气体的喷淋头发挥作用。
周边环24与可变直流电源50电连接，从可变直流电源50对其施加直流电压。用控制部200进行从可变直流电源50供给的直流电压、直流电流的极性和电流/电压以及用于对它们进行导通和断开的电子开关的控制。
载置台16经由供电棒47和匹配器46与第一高频电源48连接。第一高频电源48对载置台16施加LF功率。由此，将离子引入到载置台16上的晶片W。第一高频电源48输出200kHz～13.56MHz的范围内的频率的高频功率。匹配器46使第一高频电源48的内部阻抗与负载阻抗匹配。
载置台16经由供电棒89和匹配器88与第二高频电源90连接。第二高频电源90对载置台16施加HF功率。HF的频率可以为13.56MHz以上，例如100MHz。LF的频率可以比HF的频率低，例如为400kHz。匹配器88使第二高频电源90的内部阻抗与负载阻抗匹配。载置台16可以与用于使规定的高频通达底面的滤波器94连接。此外，可以将从第二高频电源90供给的HF功率施加到上部电极34。
在处理容器10的底部设置有排气口80，该排气口80经由排气管82与排气装置84连接。排气装置84具有涡轮分子泵等真空泵，能够将处理容器10内减压至所希望的真空度。此外，在处理容器10的侧壁设置有晶片W的送入送出口85，该送入送出口85能够由闸阀86开闭。另外，沿处理容器10的内壁可拆装地设置有用于防止蚀刻副生物(沉积物)附着在处理容器10的防沉积件11。即，防沉积件11构成处理容器壁。此外，防沉积件11也设置于内壁部件26的外周。在处理容器10的底部的处理容器壁侧的防沉积件11和内壁部件26侧的防沉积件11之间设置有排气板83。作为防沉积件11和排气板83，可以使用在铝材覆盖了Y2O3等陶瓷的部件。
在上述结构的等离子体处理装置中进行蚀刻处理时，首先，使闸阀86为打开状态，经由送入送出口85将作为蚀刻对象的晶片W送入处理容器10内，载置在载置台16上。然后，将用于蚀刻的处理气体从处理气体供给源66以规定的流量供给到气体扩散室40，经由气体流通孔41和气体排出孔37供给到处理容器10内。而且，用排气装置84对处理容器10内进行排气，使其中的压力为例如0.1～150Pa的范围内的设定值。在此，作为处理气体，可以采用一直以来使用的各种气体，例如能够优选使用以如C4F8气体这样的碳氟化合物气体(CxFy)为代表的含卤素元素的气体。并且，也可以含有Ar气体、O2气体等其他气体。
在如上所述将蚀刻气体导入到处理容器10内的状态下，从第二高频电源90将HF功率施加到载置台16。此外，从第一高频电源48将LF功率施加到载置台16。此外，从直流电源22将直流电压施加到电极20a，将晶片W保持在载置台16。此外，从可变直流电源50将负直流电压施加到周边环24。
从上部电极34的气体排出孔37排出的处理气体主要被HF功率解离和电离而生成等离子体。用等离子体中的自由基和离子对晶片W的被处理面进行蚀刻。此外，通过对载置台16施加LF功率，来控制等离子体中的离子，使进行较高的高宽比的孔的蚀刻成为可能等，能够扩大等离子体的控制余量。
在等离子体处理装置1设置有控制装置整体的动作的控制部200。控制部200按照保存于ROM(Read Only Memory，只读存储器)和RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等存储器的方案，执行蚀刻等所希望的等离子体处理。在方案中，设定了与处理条件的相应装置的控制信息，即处理时间、压力(气体的排气)、高频功率和电压、各种气体流量、处理容器内温度(上部电极温度、处理容器的侧壁温度、晶片W温度、静电吸盘温度等)、从冷却器输出的冷却介质的温度等。此外，上述的程序和给出处理条件的方案可以存储于硬盘、半导体存储器中。另外，方案也可以在保存于CD-ROM、DVD等移动式计算机可读取的存储介质的状态下被设置在规定位置，以进行读取。
例如，控制部200可以进行控制，以使得在各周期内的部分期间中施加从可变直流电源50输出的负直流电压，交替地反复进行负直流电压的导通、断开，其中，该各周期是在偏置功率的传递通路测量的电压、电流、电磁场、产生的等离子体的发光周期或者晶片W(下部电极)上的等离子体的鞘厚的变化(以下，称为“周期性地变动的参数”。)的周期。也可以进行控制，以使得在周期性地变动的参数的各周期内的部分期间中施加从第二高频电源90输出的HF的电压，交替地反复进行HF的电压的导通、断开。由此，能够使晶片W的边缘部的孔的形状成为为正圆形且防止倾斜。
偏置功率的供给路径是指，第一高频电源48→匹配器46→供电棒47→载置台16→等离子体→上部电极34→(接地)。在偏置功率的传递通路测量的电压、电流、电磁场是指，在从第一高频电源48经由匹配器46的内部和供电棒47到达载置台16的部件和上部电极34测量的电压、电流、电磁场，或者在等离子体测量的电磁场。
负直流电压被控制成周期性地反复后述的第一状态和第二状态，在周期性地变动的参数的各周期内的部分期间中施加第一状态，并以与第一状态连续的方式施加第二状态。
优选周期性地变动的参数为在从载置台16至经由供电棒47连接的匹配器的内部位置的任意部件中测量的电压、电流或者电场的任意者。
也可以进行控制，以使直流电压的通断或绝对值的高低(High·Low)与偏置功率的高频或脉冲波的周期同步的信号、或者在偏置功率的传递通路(供电系统)测量的电压、电流或电磁场的任意者的一个周期内的相位同步。例如，控制部200也可以进行控制以使DC电压的通断或绝对值的高低与LF的电压或电流的一个周期内的相位同步。
另外，将与偏置功率的高频或脉冲波的周期同步的信号的状态或者在偏置功率的供电系统测量出的电压、电流或电磁场的任意者称为“基准电力状态”。也可以进行控制，使得以与基准电力状态的一个周期内的相位同步地交替后述的第一状态和第二状态的方式施加DC电压。
作为在偏置功率的传递通路测量周期性地变动的参数的方法，作为一个例子，可以举出在偏置功率的传递通路的任意部件的附近设置电压传感器、电流传感器或者BZ传感器(测量感应磁场的传感器)来计量各部件的电压、电流或者感应磁场的方法。此外，在图2中示出了电压传感器300，但是不限于此，也可以为电流传感器或者BZ传感器。另外，上述各传感器的配置优选与供电棒47连接，但是不限于此。例如，来自电压传感器300等传感器的信号被输入控制部200的信号产生电路102。
另外，也可以将等离子体的发光周期、晶片W上的等离子体的鞘厚的变化的周期为指标。等离子体的发光周期能够由光电二极管、微型光电传感器等检测。关于鞘厚，能够使用ICCD相机等按纳秒的间隔(例如10～250nsec)按下快门，从而能够测量鞘厚的变化。
此外，载置台16是载置晶片W的电极(下部电极)的一例。上部电极是与下部电极相对的电极的一例。第一高频电源48是对下部电极供给偏置功率的偏置电源的一例。第二高频电源90是对下部电极或者上部电极供给频率比偏置功率高的生成源功率的生成源电源的一例。可变直流电源50是对周边环24供给直流电压的直流电源的一例。生成源电源相当于对处理容器10内供给等离子体的等离子体生成源。
控制部200是控制偏置电源、生成源电源和直流电源的控制部的一例。将施加偏置功率的下部电极(载置台16)的电位称为电极电位。
[控制部的构成]
参照图2，说明控制部200的具体的构成。控制部200包括处理器100、信号产生电路102、定向耦合器105、108、功率计111、示波器112。其中，也可以不设置功率计111、示波器112、定向耦合器108。
在第一高频电源48的供电通路上，在第一高频电源48与匹配器46之间连接有定向耦合器105。在第二高频电源90的供电通路上，在第二高频电源90与匹配器88之间连接有定向耦合器108。
定向耦合器105将LF的行波功率的一部分提供给示波器112。定向耦合器108将HF的行波功率的一部分提供给示波器112。在一个实施方式中，示波器112所示的LF的频率例如是400kHz，HF的频率例如是100MHz。由此，能够用示波器112观察LF的行波的波形和HF的行波的波形。
定向耦合器108将HF的行波的一部分提供给功率计111。功率计111计量HF的行波的功率量。
定向耦合器105将LF的行波的一部分提供给处理器100。处理器100生成与LF的行波同步的DC用的同步信号。例如，处理器100可以与LF的行波的正的时刻同步地生成DC用的同步信号。此外，也可以代替定向耦合器105，而将使用上述传感器检测出的LF的波形提供给处理器100。
处理器100将生成的同步信号提供给信号产生电路102。信号产生电路102根据所提供的同步信号产生与LF的行波同步的控制信号，将其提供给可变直流电源50和第一高频电源48。
控制信号的生成方法具有以下的2种方式。在第一高频电源48为普通电源的情况下，定向耦合器105将从第一高频电源48输出的LF功率的一部分以波形的形式取出，输入处理器100。但是不限于此，也可以为从第一高频电源48直接将LF功率的一部分输入处理器100。处理器100生成与输入的波形的信号同步的或者从该信号具有任意延迟和任意长度的导通信号，将该导通信号发送到信号产生电路102。也可以为处理器100不从第一高频电源48输入LF功率的一部分，而自身生成用于控制第一高频电源48的LF信号，生成与该LF信号同步的或者从该信号具有任意延迟和任意长度的导通信号。导通信号是同步信号的一个例子。
信号产生电路102在导通信号之间为了产生直流电压而对可变直流电源50发送指令信号。关于指令信号，根据可变直流电源50的输入方式，在导通信号之间使用产生直流电压的控制信号或者导通信号本身。同样，信号产生电路102也可以在导通信号之间，为了产生HF功率而对第二高频电源90发送指令信号。
在第一高频电源48为对LF功率、电压或者电流进行放大的放大器的情况下，不使用来自定向耦合器105的信号，而信号产生电路102将从第一高频电源48输出的LF的一部分以波形的形式取出，生成从该波形的信号具有任意延迟和任意长度的导通信号。信号产生电路102将该波形的信号和导通信号发送到可变直流电源50。
例如，也可以为代替可变直流电源50而具有未图示的交流电源，将交流电源与周边环24电连接，基于控制(导通)信号从交流电源将高频电压施加到周边环24。可变直流电源50和交流电源是对周边环24供给负直流电压和高频电压的至少任一者的电源的一例。
另外，如图3A所示，也可以将从第一高频电源48输出的LF的一部分输入设置于控制部200的移相电路210，将用移相电路210使LF的相位改变了规定量的高频电压施加到周边环24。
也可以代替用移相电路210使LF的相位改变规定量，而生成从第一高频电源48输出的LF的波形具有任意延迟和任意长度的高频电压，将生成的高频电压施加到周边环24。
但是，以上的控制信号的生成方法是一个例子，并不限于此。只要能够生成用于进行控制以使得在所提供的周期性地变动的参数的各周期内的部分期间中施加负直流电压和高频电压的至少任一者的控制信号即可，不限于图2所示的控制部200的电路，可以使用其他硬件或者软件。在直流电压的情况下，例如也可以生成用于进行控制以使得交替地反复进行导通、断开的控制信号。
第一高频电源48的放大器对400kHz的LF的调制信号的振幅(AM：amplitudemodulation)进行放大，将其供给到下部电极。第二高频电源90的放大器对100MHz的HF的调制信号的进行放大，供给到下部电极。
也可以为信号产生电路102根据所提供的同步信号在偏置功率的传递通路测量的周期性地变动的参数的各周期内的部分期间中施加负直流电压，产生用于进行控制以使得负直流电压的绝对值交替的反复高、低的控制信号，将其发送到可变直流电源50。信号产生电路102根据所提供的同步信号在偏置功率的传递通路测量的周期性地变动的参数的各周期内的部分期间中施加高频电压，产生用于进行控制以使得负直流电压的绝对值交替地反复高、低的控制信号，将其发送到第二高频电源90。
例如，图3B和图3C是将在偏置功率的传送路径(供电系统)测量出的电压、电流或电磁场的任意者作为“基准电力状态”的情况下的一个例子。例如，在图3B中，从安装于传送路径的VI探测器等传感器将HF的电压或电流、LF的电压或电流、HF的相位信号或LF的相位信号的任意者输入处理器100。处理器100与表示所输入的HF的电压或电流、LF的电压或电流、HF的相位信号或LF的相位信号的任意者的基准电力状态的一个周期内的相位同步地以第一状态和第二状态交替地施加DC电压。
也可以为处理器100不基于来自传感器的信号而生成与从第一高频电源48输出的偏置功率的高频或脉冲波的周期同步的信号。在该情况下，能够将该信号的状态作为基准电信号。另外，能够省去在偏置功率的供电系统测量基准电力状态的步骤。例如，在图3C中，从第一高频电源48将LF的相位信号(小功率波形)或者关于偏置功率的信息的信号输入处理器100，处理器100基于该输入信号生成与偏置功率的高频或脉冲波的周期同步的信号。处理器100将生成的信号输出到可变直流电源50。可变直流电源50基于该信号以第一状态和第二状态交替地施加生成源功率。
此外，如图3D所示，也可以为处理器100不使用来自第一高频电源48的信号，而生成用于控制第一高频电源48的信号，生成与该生成的信号同步的信号，由此生成与从第一高频电源48输出的偏置功率的高频或脉冲波的周期同步的信号。在该情况下，处理器100生成控制第一高频电源48的LF的信号(例如参照图5等)，并且生成与该所生成的信号同步的例如图5的DC电压的信号。处理器100将所生成的LF的信号发送到第一高频电源48，将所生成的DC电压的信号发送到可变直流电源50。第一高频电源48基于LF的信号输出偏置功率。可变直流电源50基于DC电压的信号以第一状态和第二状态交替地施加DC电压。所生成的LF的信号和DC电压的信号中包含功率信息。
[等离子体电位和晶片电位和鞘厚]
图4是说明等离子体电位(Plasma potential)、晶片电位(Wafer potential)与鞘厚的关系的图。晶片电位与电极电位大致相同。图4的(a)的横轴表示时间，纵轴表示晶片W的电位。图4表示将100MHz的频率的HF功率和400kHz的频率的LF的功率施加到载置台16，实际检测此时的晶片W的电位的结果。晶片W的电位基本上由线a所示的400kHz的低频率的LFVpp的振幅表示，线b所示的100MHz的高频率的HF功率与LF的功率重叠而以HF Vpp的振幅振动。
等离子体电位成为比处理容器10内的最高的电位稍高的电位。重叠且被施加到载置台16的LF和HF之中，主要由低频率的LF决定晶片的电位，可知等离子体电位与晶片W电位的电位差在晶片W电位为正相位即区域A所示的晶片W的电位为正的区域或者其附近较小，在晶片W电位为负的较大相位即区域B所示的晶片W的电位为负的较深的区域中非常大。
鞘的厚度由式(1)求出，与等离子体电位和晶片W电位之电位差大致成比例。
Figure BDA0003672466470000131
此处，Vdc是自偏置，Te是等离子体温度，Ne是等离子体密度，ε0是真空介电常数，e是基本电荷。
据此，在晶片W电位为正相位的情况下，等离子体电位与晶片W电位的电位差以及等离子体电位与周边环24电位的电位差变小，如图4的(b)所示，晶片W和周边环24上的鞘的厚度变薄。
其结果为，等离子体进入晶片W的边缘部的与周边环24之间形成的间隙S，鞘发生变形。因此，在间隙S中，由于该鞘的变形而晶片W的外周侧的离子在晶片W的边缘部向晶片W的内侧倾斜地入射。
另一方面，在晶片W电位为负的较大的相位时，即在区域B中，等离子体电位与晶片W电位的电位差以及等离子体电位与周边环24电位的电位差变大，如图4的(c)所示，晶片W和周边环24上的鞘厚变厚。
因此，在晶片W电位为负的较大的相位时，不发生间隙S中的鞘的变形，离子在鞘中充分加速，在晶片W的边缘部也能够垂直地入射到晶片W。
人们认为，这样一来在晶片W的边缘部中，由于周期性地反复间隙S中的鞘的变形的有无，因晶片W电位而离子倾斜地入射到晶片W或垂直地入射到晶片W的情况被周期性地连续地反复，结果，在晶片W的边缘部，孔形成为椭圆形状。
另一方面，当没有间隙S时不发生上述鞘的变形。然而，晶片W被逐一输送，每次载置到载置台16时位置稍稍偏移。因此，在从晶片W至周边环24之间，需要设置间隙S以使得即使在晶片W发生位置偏移而晶片W也不会与周边环24接触。
另外，近年来，LF从数MHz低频化至数100kHz，孔的正圆度在晶片W的边缘部被破坏或者发生倾斜的这样的问题越发显著。即，当LF为数MHz程度时，即使鞘的厚度按LF的周期变化，由于离子较重，因此离子的加速方向没有明确的区别，因LF的自偏置Vdc而以大致一定的能量入射，离子的入射角的变化较少。
另一方面，例如当LF低至数100kHz时，鞘在较厚的时刻和较薄的时刻，离子的加速方向有明确的区别，晶片电位或者电极电位为正时和为负时，离子的入射角变化的情况被周期性地连续地反复，在晶片W的边缘部孔容易形成为椭圆形状。
所以，在本实施方式的等离子体处理装置1中，与晶片电位或者电极电位对应地对周边环24施加负直流电压，来控制周边环24中的鞘的厚度。由此，能够在晶片W形成正圆度高的孔，并且防止发生倾斜而使蚀刻形状垂直。
[负直流电压的施加方法及其效果]
参照图5，说明本实施方式的负直流电压的施加方法及其效果。图5是表示一个实施方式的负直流电压的施加方法的一例及其效果的一例的图。图5的(a)的横轴表示时间，纵轴表示晶片W的电位。在图5、图6、图8中，示出了HF与以深Vdc、较大的Vpp进行振动LF重叠，HF以较小的Vpp进行振动。
控制部200根据电极电位为正的时刻来控制施加到周边环24的负直流电压。以下，说明施加到周边环24的直流电压的控制。
作为控制施加到周边环24的直流电压的方法的一例，控制部200可以与电极电位为正的时刻同步地对周边环24施加负直流电压。此外，控制部200可以在电极电位为0附近的时刻对周边环24施加负直流电压。此外，控制部200可以在电极电位比自偏置Vdc接近0的时刻对周边环24施加负直流电压。此外，控制部200可以在电极电位为负的最深的时间段以外时对周边环24施加负直流电压。此外，控制部200可以控制负直流电压，以使得等离子体不进入晶片W的周缘部与周边环24的间隙S或者根据经验使孔形成为正圆。
在电极电位为正时，鞘变薄。由此，此时，将负直流电压(例如，图5的区域A所示的DC电压d1)施加到周边环24，从而将周边环24的电位控制为图5的(a)的线c所示的电位。由此，通过在晶片W电位与等离子体电位的电位差小的区域A的时刻增大该电位差，能够增厚周边环24上的鞘。即，通过在电极电位为正或者正的附近时施加负直流电压，能够使鞘从图5的(b)增厚至图5的(c)的状态。由此，能够避免等离子体进入晶片W的周缘的间隙S。由此，能够避免在晶片W的边缘部因间隙S中的鞘的变形而离子倾斜地入射到晶片W，能够防止孔形成为椭圆形状或倾斜形状。
其中，施加负直流电压的时刻，不限于电极电位为正的时刻。也可以在除此以外的时刻，例如包含电极电位为正峰值的时刻、包含电极电位为正的时刻其前后负的时刻的时刻、电极电位为0附近以外的时刻或者电极电位比自偏置Vdc深的时刻、电极电位为正的时刻或者负的时刻具有任意延迟和任意长度的时间等，施加负直流电压。
此外，作为增厚鞘的方法，也可以代替连续地施加负直流电压，而根据与LF的电压的峰值对应的脉冲状的功率(以下称为“LF脉冲”。)控制负直流电压等的供给时刻。除此之外，也可以进行控制以增大HF功率。
图7示出了根据LF脉冲i来控制施加到周边环24的负直流电压的方法。例如，如图7所示，可以根据占空比为30％～50％的LF脉冲i来控制施加到周边环24的负直流电压。例如在LF脉冲i为0的情况下，对周边环24施加负直流电压，在LF脉冲i为0以外的情况下，或停止施加负直流电压或原样连续地施加负直流电压来施加负直流电压，以使得成为图7所示的曲线c的LF Vpp的电压。
由此，能够在晶片W上的鞘较薄的区域A中将鞘控制得较厚，能够在晶片W的边缘部形成正圆度高的孔并且防止发生倾斜以使蚀刻形状垂直。此外，占空比为30％～50％的负的LF脉冲i是指在一周期中电压为0的时间的比例为30％～50％的波形。
可以对周边环24连续地施加负直流电压，不过在导通、断开对周边环24的负直流电压的施加的情况下，作为该条件的一例，也可以在一个象限仅使电流在一方向流过的DC电源或DC电源的输出安装二极管等，以使得电流仅在一个方向流过的情况下，如图6所示，在欲使与等离子体电位相比在负向较大的时刻施加负直流电压e1，在其以外的时刻将直流电压e2控制为0。这样一来，施加的负直流电压为第一状态的第一电压值e1小于第二状态的第二电压值e2。
另外，在仅使电流在一个方向流过的情况下变，即使施加比等离子体电位浅的电位的负直流电压，电流也不流过，不产生增厚鞘的效果。在四象限的电源的情况下，电压和电流的方向为双方向，因此，优选为了保护电源而不切断直流电压，沿晶片W电位施加直流电压。如图5所示，在欲使与等离子体电位相比在负向更大的时刻施加负直流电压d1，在除此以外的时刻施加负直流电压d2以使得成为图5所示的曲线a的LF Vpp的电压。在该情况下，施加的负直流电压为第一状态的第一电压值d2小于第二状态的第二电压值d1。
(直流电压的施加方法的其他例子)
也可以测量晶片W上的鞘的厚度，根据测量出的鞘的厚度来控制施加到周边环24的负直流电压的值。例如，可以在晶片W的鞘的厚度为预先确定的阈值以下时，施加对周边环24施加的负直流电压。也可以在晶片W的鞘的厚度超过阈值时，停止供给施加到周边环24的负直流电压。
另外，也可以在晶片W的鞘的厚度在阈值以下时，进行控制以使施加到周边环24的负直流电压阶梯地或者顺滑地变化。
也可以在电极电位从正的时刻起具有任意延迟和任意长度的时间段，施加对周边环24施加的负直流电压。例如，也可以在电极电位为正的时刻起在前后延长规定时间的时间段、在前后缩短规定时间的时间段、在前后错开任意时间的时间段，施加对周边环24施加的负直流电压。
利用控制部200使用具有程序的存储介质来控制直流电压，其中，在该程序中，使直流电压周期性地反复具有第一电压值的第一状态和具有比上述第一电压值高的第二电压值的第二状态，在上述电极的电位的各周期内的部分期间中施加上述第一电压值，控制上述第二电压值以使得上述第一状态和上述第二状态连续。
[变形例：DC电压的施加方法(倾斜控制)]
接着，参照图8和图9，说明与周边环24的消耗相应的变形例的负直流电压的施加方法。
因周边环24的消耗而在晶片W的鞘的高度与周边环24的鞘的高度之间产生高低差时，晶片W的边缘部的蚀刻形状不形成为垂直形状，而产生成为倾斜状态的倾斜形状。对此，通过根据周边环24的消耗来增大施加到周边环24的负直流电压的绝对值，能够将鞘增厚。
即，在变形例的施加到周边环24的直流电压的施加方法中，对于用上述实施方式的直流电压的施加方法控制的负直流电压进行修正，以使得与周边环24的消耗程度相应地增大负直流电压的绝对值，将修正后的负直流电压施加到周边环24。由此，如图8所示，将施加了直流电压后的周边环24的电位从施加了修正前的负直流电压时的电位c变化为施加了与周边环24的消耗程度相应的修正后的负直流电压时的电位f。
由此，通过根据周边环24的消耗来增厚周边环24的鞘的厚度，能够使晶片W的鞘和周边环24的鞘的厚度一致。由此，能够抑制在晶片W的边缘部发生倾斜并且形成正圆的孔。
优选控制部200在电极电位为正时和为负时分别无关地修正直流电压。例如，控制部200可以在电极电位为正时和为负时分别施加不同的负值来修正的直流电压，也可以在电极电位为负时使负直流电压断开。
控制部200基于周边环24的使用时间、HF功率的施加时间、HF功率和LF功率的合计施加时间的至少任一者，预测周边环24的消耗程度来修正进行控制的负直流电压。
作为修正方法，例如，可以将与周边环24的使用时间、HF功率的施加时间或者HF功率和LF功率的合计施加时间对应的直流电压的修正值预先存储在控制部200的存储器中。也可以为控制部200根据周边环24的使用时间、H功率F的施加时间或者HF功率和LF功率的合计施加时间从存储于存储器的信息抽取与周边环24的消耗量相应的直流电压的修正量，决定施加到周边环24的修正后的直流电压的值。
或者，也可以将与周边环24的消耗量对应的直流电压的修正值预先存储于控制部200的存储器。控制部200实际检测周边环24的厚度，根据周边环24的消耗量的实测值从存储于存储器的信息抽取与周边环24的消耗量相应的直流电压的修正量，决定施加到周边环24的修正后的直流电压的值。
也可以根据电极电位将负直流电压分为多个阶段进行控制。图9表示与各个不同阶段的电极电位相应地施加固定或者可变的负直流电压的例子。在图9中，与电极电位(晶片电位)相应地施加3个阶段的固定的不同的负直流电压。g表示将3个阶段的负直流电压阶段性地施加到周边环24的情况的一例。也可以与电极电位相应地将负直流电位顺滑地施加到周边环24。
如以上说明的那样，依照本实施方式的等离子体处理装置1和DC的施加方法，通过与电极电位相应地控制直流电压等的施加时刻，能够在晶片W中抑制发生孔的椭圆形状和倾斜形状。
[控制方法]
如以上说明的那样，一个实施方式的平行平板型的等离子体处理装置1的控制方法包括：将偏置功率供给到载置晶片W的载置台16的步骤；将负直流电压供给到周边环24的步骤；和将生成源功率供给到等离子体处理空间的步骤。
本控制方法中，负直流电压和高频电压周期性地反复第一状态和第二状态。上述负直流电压的上述第一状态的第一电压值比上述第二状态的第二电压值小。上述高频电压的上述第一状态的第一电压值比上述第二状态的第二电压值大。
而且，本控制方法包括第一控制步骤，在第一控制步骤中，在偏置功率的传递通路测量的周期性地变动的参数的各周期内的部分期间中施加第一状态，并以与第一状态连续的方式施加第二状态。
第一状态和第二状态不限于将施加到周边环的直流电压控制为导通和断开的状态，而包含将电压值的绝对值控制为高和低的状态。
[变形例1-1～1-4]
接着，说明一个实施方式的变形例1-1～1-4的等离子体处理装置1的控制方法。在变形例1-1～1-4中，进行使偏置功率和DC电压的任一者或者两者间歇地停止的控制。图10A～图10D是表示一个实施方式的变形例1-1～1-4的控制方法的时序图。
在图10A的变形例1-1中，除了第一控制步骤之外还包括第二控制步骤，在第二控制步骤中，用LF电压使DC电压以与一例中所示的周期性地变动的参数的周期无关的周期间歇地停止。反复执行第一控制步骤和第二控制步骤。
在变形例1-1中，在第一控制步骤和第二控制步骤中以相同的周期施加LF电压。另一方面，关于DC电压，在第一控制步骤中将其以第一状态和第二状态交替地反复一次以上，在第二控制步骤中使其在第一控制步骤之间间歇地停止。
在第一控制步骤和第二控制步骤中，LF的频率可以为例如0.1Hz～100kHz。在图10A的变形例1-1～图10D的变形例1-4中，在包含将电极电位作为一例的周期性地变动的参数为正值的部分期间中施加DC电压或者高频电压，以使得周边环的电位成为第一状态，并以与第一状态连续的方式施加第二状态。DC电压为负的值，第一状态的第一电压值比第二状态的第二电压值小。
在图10A的变形例1-1～图10D的变形例1-4中，DC的电压的第一状态具有负电压值，第二状态为0。此外，DC电压的占空比(＝第四状态/(第三状态+第四状态))在1％～99％的范围内即可。
可以将规定的高频电压(以下称为“RF电压”。)供给到周边环24。在该情况下，可以从第二高频电源90将RF电压供给到周边环24，也可以在载置台16另外设置施加RF电压的RF电源。RF电压为第一状态的第一电压值大于第二状态的第二电压值。
在图10A的变形例1-1中，在第一控制步骤中的LF电压为正的时刻同步的DC的电压为第一状态，但是这是第三状态的一例。第二控制步骤中的LF电压的周期和无关的DC的电压的状态是与第三状态不同的第四状态的一例。
图10B的变形例1-2的控制方法中，除了与变形例1-1相同的第一控制步骤，还包括使偏置功率(LF电压)以与DC的电压的周期无关的周期间歇地停止的第三控制步骤。第三控制步骤中的偏置功率的状态是第四状态的一例。
在变形例1-2中，反复执行第一控制步骤和第三控制步骤。在变形例1-2中，使第三控制步骤中的DC的电压以与第一控制步骤相同的周期反复第一状态和第二状态。
此外，在第一控制步骤中，LF的频率例如可以为0.1Hz～100Hz，LF的电压的占空比(＝第四状态/(第三状态+第四状态))在1％～90％的范围内即可。
图10C的变形例1-3的控制方法中，除了与变形例1-1相同的第一控制步骤之外，还进行变形例1-1的第二控制步骤的DC的控制和变形例1-2的第三控制步骤的LF的控制。即，使变形例1-3中的DC的电压和偏置功率这两者间歇地停止的状态是第四状态的一例。
可以将使偏置功率间歇地停止的周期和使DC的电压间歇地停止的周期设置成同步。在该情况下，使DC和偏置功率间歇地停止的周期可以如图10C所示为一致的，也可以如图10D所示DC与偏置功率相比靠后地错开，也可以DC与偏置功率相比靠前地错开。
此外，在图10A～图10D中，在第三状态中，在偏置功率为正的一部分时刻使DC的电压导通，但是不限于此。另外，也可以代替使DC的电压周期性地导通、断开，而进行控制以使DC的电压为负的值而绝对值周期性地成为高、低。
[变形例2]
接着，参照图11，说明一个实施方式的变形例2的控制方法。图11是表示一个实施方式的变形例2的控制方法的时序图。
例如，在变形例2的控制方法中，如图11所示将LF脉冲施加到载置台16。LF脉冲的正值与LF的电压的正峰值一致，LF脉冲的负值与LF的电压的负峰值一致。
在该情况下，在变形例2的控制方法中，负直流电压或者高频电压周期性地反复第一状态和第二状态，在LF脉冲的各周期内的部分期间中施加第一状态，并以与第一状态连续的方式施加第二状态。由此，也能够防止晶片W的边缘部的孔产生椭圆形状和倾斜形状。
例如在LF脉冲为0或者正的期间的一部分或者全部期间，将DC电压控制为第一状态的第一电压值，在LF脉冲为负的期间的一部分或者全部期间将第二状态的第二电压值控制为大于第一状态的第一电压值。由此，将LF脉冲二值化，相应地将DC的电压二值化来进行控制，因此控制变得容易。
[变形例3-1、3-2]
图12A是表示一个实施方式的变形例3-1的控制方法的时序图。图12B是表示一个实施方式的变形例3-2的控制方法的时序图。图12C是表示一个实施方式的变形例3-3的控制方法的时序图。图12D是表示一个实施方式的变形例3-4的控制方法的时序图。例如，在图12A和图12B所示的变形例3-1、3-2的控制方法中，在包含将电极电位作为一例的周期性地变动的参数为正值的部分期间中施加DC的电压或者高频电压，以使得周边环的电位成为第一状态，并以与第一状态连续的方式施加第二状态。在图12C和图12D所示的变形例3－3、3－4的控制方法中，在包含将电极电位在作为一例的周期变动的参数为负值的部分期间中施加DC电压或高频电压，以使得周边环的电位成为第一状态，并以与第一状态连续的方式施加第二状态。在图12A所示的变形例3－1和图12C所示的变形例3－3中，DC的电压的第一状态为负值且阶段性地具有2个以上的第一电压值。在该情况下，负直流电压也为第一状态的第一电压值小于第二状态的第二电压值。
在施加高频电压时，第一状态的第一电压值的绝对值比第二状态的第二电压值的绝对值大。关于高频电压，可以从第二高频电源90供给到周边环24，也可以另外设置施加高频电压的RF电源。
在图12B所示的变形例3-2和图12D所示的变形例3-4中，高频电压的第一状态顺滑地具有2个以上的第一电压值。在图12A和图12B的任意情况下，周期性地反复第一状态和第二状态。
例如，在图12A所示的变形例3-1和图12C所示的变形例3-3中，DC的电压的第一状态为负值且阶段性地具有2个以上的第一电压值。在该情况下，负直流电压也为第一状态的第一电压值小于第二状态的第二电压值。
在施加高频电压的情况下，第一状态的第一电压值大于第二状态的第二电压值大。关于高频电压，可以从第二高频电源90供给到周边环24，也可以另外设置施加高频电压的RF电源。
在图12B所示的变形例3-2和图12D所示的变形例3-4中，高频电压的第一状态顺滑地具有2个以上的第一电压值。在图12A～图12D的任意情况下，周期性地反复第一状态和第二状态。
如以上说明的那样，负直流电压和高频电压周期性地反复第一状态和第二状态。负直流电压为第一状态的第一电压值小于第二状态的第二电压值，高频电压为第一状态的第一电压值大于第二状态的第二电压值。
可以在包含电极电位为负值的部分期间中施加DC电压和高频电压的第一状态。在变形例3-1、3-2中，通过将第一状态中的DC电压或者RF电压控制为多个值，能够防止晶片W的边缘部的孔产生椭圆形状和倾斜形状。此外，也可以为各变形例的第一状态的直流电压和RF电压是与周边环24的消耗程度相应地进行了修正的值。
优选对周边环24供给的RF电压的频率高于偏置功率的频率。参照图13～图15，说明对周边环24施加RF电压时的RF频率的优选值。图13～图15是表示一个实施方式的RF的频率与晶片W及周边环24之电位差的一例的图。
如图13中一例所示，当将比偏置功率的频率(400kHz)低的频率(200kHz)的RF电压施加到周边环24时，在晶片W的电位与周边环24的电位之间产生各种的电位差，相应地晶片W与周边环24的鞘的厚度在径向变大。由此，将频率比偏置功率的频率低的RF电压施加到周边环24时，存在晶片W的边缘周边的蚀刻形状劣化的可能性。
接着，如图14的(a)和(b)中一例所示，说明将频率与偏置功率的频率(400kHz)相同的RF电压施加到周边环24。图14的(a)表示使RF电压的相位与偏置功率的相位相同，改变了RF电压的情况下的晶片W的电位和周边环24的电位。在该情况下，无法改变晶片W与周边环24的鞘的厚度的大小关系。例如，能够加深周边环24的电位，但是无法减薄周边环24的鞘。
图14的(b)表示还相对于偏置功率的相位改变了RF电压的相位的情况下的晶片W的电位和周边环24的电位。在该情况下，在图14的(b)的T区域中，晶片W的电位变得比周边环24的电位深，周边环24的鞘变得比晶片W的鞘薄。另一方面，在图14的(b)的U区域中，周边环24的电位变得比晶片W的电位深，周边环24的鞘变得比晶片W的鞘厚。因此，根据晶片W的电位与周边环24的电位的电位差，在晶片W的边缘周边离子的入射角或朝向内侧或朝向外侧。因此，存在晶片W的边缘周边的孔的正圆度被破坏的可能性。所以，在将频率与偏置功率的频率相同的RF电压施加到周边环24的情况下，优选使LF和RF的相位一致。
图15是在将频率比偏置功率的频率高的RF电压施加到周边环24时，调节了RF电压的施加时间的图。图15的(a)表示在LF的Vdc深、Vpp较大的晶片电位(晶片电位与电极电位大致相等)为负时，施加了RF电压的情况下的偏置功率的振幅和RF电压的振幅。
图15的(b)表示连续施加RF电压时的偏置功率的振幅和RF的振幅。图15的(c)表示晶片电位为正时，施加了RF电压时的偏置功率的振幅和RF的振幅。
在图15的(a)中，在LF的Vdc深、Vpp较大的时刻对周边环24施加RF电压。在电极电位为负时，等离子体密度变低，周边环24的鞘变厚。由此，能够在晶片W的边缘周边使离子的入射角修正为垂直或者径向的外侧。
对此，在图15的(c)中，在电极电位为正时，等离子体密度变高，周边环24的鞘变薄。由此，能够在晶片W的边缘周边将离子的入射角修正为垂直或者径向的内侧。
如上所述，如图15的(b)所示连续地施加RF电压，如图15的(a)和(c)所示与电极电位的值相应地断续地施加RF电压，能够控制周边环24的鞘的厚度。由此，能够使晶片W的边缘周边的蚀刻形状良好。
以上，说明了关于从可变直流电源50施加到周边环24的直流电压的控制方法，但是不限于此，例如也可以与直流电压的控制方法同样地控制从未图示的交流电源施加到周边环24的高频电压。
即，本实施方式的等离子体处理装置包括：处理容器；在上述处理容器内载置被处理体的电极；对上述处理容器内供给等离子体的等离子体生成源；对上述电极供给偏置功率的偏置电源；配置在上述被处理体的周缘的周边环；高频电源，其将具有与上述偏置功率的频率相同频率的高频电压供给到上述周边环；存储介质，其具有包含第一控制步骤的程序，其中该第一控制步骤中，对上述周边环施加上述高频电压以使得上述周边环的电位的相位相对于上述电极的电位的相位产生规定的相位差；和执行上述存储介质的程序的控制部。规定的相位差可以为90°～270°。
另外，例如，可以施加以三角波输出的电压合成直流电压等其他的电压合成直流电压的电压。
上述程序在保存于CD-ROM、DVD等移动式计算机可读取的存储介质的状态下设置的规定位置，能够由控制部读取。
[变形例4]
参照图16，说明变形例4。图16是表示一个实施方式的变形例4的控制方法的时序图。在变形例4中，DC电压的第一状态为反复2个以上的电压值的脉冲状的电压值。在图16的例子中，DC电压的第一状态反复负电压值和0电压值。但是，不限于此，也可以反复三个电压值等反复2个以上的电压值。
[变形例5]
参照图17，说明变形例5。图17是表示一个实施方式的变形例5的控制方法的时序图。偏置功率可以为正弦波形或者脉冲波形的功率，也可以为定制波形的功率。即，偏置的电压或电流可以为正弦波形，也可以为LF脉冲的波形。LF脉冲除了图11所示的波形之外，还包含图17所示的定制波形等任意的波形。在定制波形中，可以在图17所示的DC电压为第二状态时对偏置的功率进行调制，也可以在DC电压为第一状态时对偏置的功率进行调制。
另外，同样地，在DC电压的第一状态取2个以上的电压值时，DC电压的波形如图12A～图12D所示，第一状态可以取2个以上的电压值，第二状态可以取2个以上的电压值。第二状态的电压值可以为0。此外，如图16所示，第一状态可以反复2个以上的的电压值。DC电压的第一状态或第二状态的波形可以与LF脉冲同样为图17所示的定制波形。
如以上说明的那样，电极的电位可以由在偏置功率的传送路径测量出的周期性地变动的参数确定。周期性地变动的参数，可以为电压、电流、电磁场、所产生的等离子体的发光变化或者被处理体上的等离子体的鞘的厚度的变化。电极的电位可以由与偏置功率的高频或脉冲波的周期同步的信号确定。
本发明的控制方法和等离子体处理装置不限于上述实施方式，能够在本发明的范围内进行各种的变形和改良。能够将上述多个实施方式所记载的内容在不矛盾的范围内组合。
本发明的等离子体处理装置可以应用于Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、ElectronCyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)等的类型。
在本说明书中，作为被处理体的一例列举半导体晶片W进行了说明。但是，被处理体不限于此，可以为LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)中使用的各种基片、CD基片、印刷基片等。

Claims (20)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
容器；
设置在所述容器内并具有电极的载置台；
在所述容器内生成等离子体的等离子体源；
周期性地对所述电极供给脉冲状负直流电压的偏置电源；
周边环，其以包围载置于所述载置台的基片的方式配置；和
对所述周边环供给直流电压的直流电源，
所述直流电源被配置成，当所述脉冲状负直流电压没有被供给到所述电极时在第一期间供给第一直流电压，并当所述脉冲状负直流电压被供给到所述电极时在第二期间供给第二直流电压。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述直流电源在与所述脉冲状负直流电压的周期无关的周期间歇地停止供给所述直流电压。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述偏置电源在与所述直流电压的周期无关的周期间歇地停止供给所述脉冲状负直流电压。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述直流电源在与所述脉冲状负直流电压的周期无关的周期间歇地停止供给所述直流电压，同步地，所述偏置电源在与所述直流电压的周期无关的周期间歇地停止供给所述脉冲状负直流电压。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一直流电压取2个以上的电压值。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二直流电压取2个以上的电压值。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二直流电压的电压值是0。
8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一直流电压与所述周边环的消耗程度相应地被修正。
9.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一直流电压反复所述2个以上的电压值。
10.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
容器；
设置在所述容器内并具有电极的载置台；
在所述容器内生成等离子体的等离子体源；
周期性地对所述电极供给脉冲状负直流电压的偏置电源；
周边环，其以包围载置于所述载置台的基片的方式配置；和
对所述周边环供给高频电压的高频电源，
所述高频电源被配置成，当所述脉冲状负直流电压没有被供给到所述电极时在第一期间供给正高频电压，并当所述脉冲状负直流电压被供给到所述电极时在第二期间供给负高频电压。
11.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源在与所述脉冲状负直流电压的周期无关的周期间歇地停止供给所述高频电压。
12.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述偏置电源在与所述高频电压的周期无关的周期间歇地停止供给所述脉冲状负直流电压。
13.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源在与所述脉冲状负直流电压的周期无关的周期间歇地停止供给所述高频电压，同步地，所述偏置电源在与所述高频电压的周期无关的周期间歇地停止供给所述脉冲状负直流电压。
14.一种等离子体处理装置的控制方法，其特征在于：
所述等离子体处理装置包括：
容器；
设置在所述容器内并具有电极的载置台；
在所述容器内生成等离子体的等离子体源；
周期性地对所述电极供给脉冲状负直流电压的偏置电源；
周边环，其以包围载置于所述载置台的基片的方式配置；和
电源，其对所述周边环供给直流电压，或者对所述周边环供给高频电压，
所述控制方法包括：
当所述电源供给所述直流电压时，控制所述电源，以使得当所述脉冲状负直流电压没有被供给到所述电极时在第一期间供给第一直流电压，并当所述脉冲状负直流电压被供给到所述电极时在第二期间供给第二直流电压，以及
当所述电源供给所述高频电压时，控制所述电源，以使得当所述脉冲状负直流电压没有被供给到所述电极时在第一期间供给正高频电压，并当所述脉冲状负直流电压被供给到所述电极时在第二期间供给负高频电压。
15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，还包括：
生成与所述电极的电位同步的同步信号，生成从该同步信号输出的所述电源用的控制信号，将所述生成的控制信号发送到所述电源和移相电路的至少一者，以及
从所述电源和所述移相电路的至少一者对所述周边环供给直流电压。
16.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，还包括：
生成从所述偏置电源输出的所述脉冲状负直流电压用的控制信号，将所述生成的控制信号发送到移相电路，以及
从所述移相电路对所述周边环供给所述高频电压。
17.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于：
所述直流电压的供给在与所述脉冲状负直流电压的周期无关的周期间歇地停止。
18.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于：
所述脉冲状负直流电压的供给在与所述直流电压的周期无关的周期间歇地停止。
19.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于：
所述高频电压的供给在与所述脉冲状负直流电压的周期无关的周期间歇地停止。
20.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于：
所述脉冲状负直流电压的供给在与所述高频电压的周期无关的周期间歇地停止。
CN202210614585.0A 2018-10-10 2019-10-10 等离子体处理装置和控制方法 Pending CN114999881A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018191735 2018-10-10
JP2018-191735 2018-10-10
JP2019-156107 2019-08-28
JP2019156107A JP6762410B2 (ja) 2018-10-10 2019-08-28 プラズマ処理装置及び制御方法
CN201910958163.3A CN111029238B (zh) 2018-10-10 2019-10-10 等离子体处理装置和控制方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910958163.3A Division CN111029238B (zh) 2018-10-10 2019-10-10 等离子体处理装置和控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114999881A true CN114999881A (zh) 2022-09-02

Family

ID=70219084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210614585.0A Pending CN114999881A (zh) 2018-10-10 2019-10-10 等离子体处理装置和控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11830704B2 (zh)
JP (2) JP6762410B2 (zh)
KR (2) KR102311566B1 (zh)
CN (1) CN114999881A (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7486450B2 (ja) 2020-04-28 2024-05-17 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP7475193B2 (ja) 2020-05-07 2024-04-26 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP7504686B2 (ja) 2020-07-15 2024-06-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
WO2022224795A1 (ja) * 2021-04-23 2022-10-27 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及び基板処理方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000357600A (ja) * 1999-06-11 2000-12-26 Hitachi Kokusai Electric Inc プラズマ処理装置
JP4526139B2 (ja) * 1999-10-13 2010-08-18 キヤノンアネルバ株式会社 基板処理装置及びスパッタリング装置
JP4640922B2 (ja) 2003-09-05 2011-03-02 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US7988816B2 (en) 2004-06-21 2011-08-02 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and method
JP4833890B2 (ja) 2007-03-12 2011-12-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ分布補正方法
JP5097632B2 (ja) * 2008-07-11 2012-12-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマエッチング処理装置
JP5371466B2 (ja) * 2009-02-12 2013-12-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法
JP5227264B2 (ja) 2009-06-02 2013-07-03 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置，プラズマ処理方法，プログラム
JP2011029444A (ja) * 2009-07-27 2011-02-10 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置
JP5893864B2 (ja) 2011-08-02 2016-03-23 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング方法
WO2013125523A1 (ja) 2012-02-20 2013-08-29 東京エレクトロン株式会社 電源システム、プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法
US20140149221A1 (en) 2012-11-29 2014-05-29 Cirrus Systems, Inc. System and method for billboard control
JP6180824B2 (ja) * 2013-07-02 2017-08-16 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
KR102222902B1 (ko) * 2014-05-12 2021-03-05 삼성전자주식회사 플라즈마 장비 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR20160022458A (ko) * 2014-08-19 2016-03-02 삼성전자주식회사 플라즈마 장비 및 이의 동작 방법
JP6346855B2 (ja) 2014-12-25 2018-06-20 東京エレクトロン株式会社 静電吸着方法及び基板処理装置
JP6539113B2 (ja) 2015-05-28 2019-07-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP6552346B2 (ja) 2015-09-04 2019-07-31 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
US10283330B2 (en) * 2016-07-25 2019-05-07 Lam Research Corporation Systems and methods for achieving a pre-determined factor associated with an edge region within a plasma chamber by synchronizing main and edge RF generators
JP6869034B2 (ja) * 2017-01-17 2021-05-12 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US10672589B2 (en) * 2018-10-10 2020-06-02 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and control method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020205444A (ja) 2020-12-24
US11830704B2 (en) 2023-11-28
KR20210124143A (ko) 2021-10-14
JP7000521B2 (ja) 2022-01-19
KR20200040690A (ko) 2020-04-20
KR102311566B1 (ko) 2021-10-13
JP6762410B2 (ja) 2020-09-30
US20230162946A1 (en) 2023-05-25
JP2020061546A (ja) 2020-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111029238B (zh) 等离子体处理装置和控制方法
US11742181B2 (en) Control method and plasma processing apparatus
US11742182B2 (en) Control method and plasma processing apparatus
TWI835826B (zh) 電漿處理裝置之控制方法及電漿處理裝置
US11742183B2 (en) Plasma processing apparatus and control method
KR102311566B1 (ko) 플라즈마 처리 장치 및 제어 방법
WO2020026802A1 (ja) 制御方法及びプラズマ処理装置
CN111383898A (zh) 等离子体处理装置和控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination