CN117438272A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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户来雅也
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Abstract

提供使蚀刻形状提高并且抑制在等离子体处理装置中的异常放电的技术。提供一种等离子体处理装置。等离子体处理装置具备与下部电极耦合的第一射频信号生成器以及第二射频信号生成器和与上部电极耦合的直流信号生成器。第一射频信号在重复期间内的第一状态期间有第一功率电平，在重复期间内的第二状态期间有比第一功率电平小的第二功率电平，在重复期间内的第三状态期间有第二功率电平。第二射频信号在第一状态期间有第三功率电平，在第二状态期间有比第三功率电平大的第四功率电平，在第三状态期间有第三功率电平。直流信号在第一状态期间有第一电压电平，在第二状态期间有第二电压电平，第一电压电平的绝对值比第二电压电平的绝对值大。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本公开的示例性实施方式涉及等离子体处理装置。
背景技术
作为有效地防止堆积物附着在等离子体处理装置中的腔室内壁或绝缘体等的腔室内部件上的技术，存在专利文献1中记载的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-5755号公报
发明内容
本公开提供使蚀刻形状提高并且抑制等离子体处理装置中的异常放电的技术。
在本公开的一个示例性实施方式中，提供一种离子体处理装置，具备：等离子体处理腔室；基板支持部，配置于所述等离子体处理腔室内且包含下部电极；上部电极，配置于所述基板支持部的上方；第一射频信号生成器，构成为与所述下部电极耦合且生成第一射频信号，所述第一射频信号在重复期间内的第一状态期间具有第一功率电平，在所述重复期间内的第二状态期间具有比所述第一功率电平小的第二功率电平，在所述重复期间内的第三状态期间具有所述第二功率电平；第二射频信号生成器，构成为与所述下部电极耦合且生成第二射频信号，所述第二射频信号在所述第一状态期间具有第三功率电平，在所述第二状态期间具有比所述第三功率电平大的第四功率电平，在所述第三状态期间具有所述第三功率电平；以及直流信号生成器，构成为与所述上部电极耦合且生成直流信号，所述直流信号在所述第一状态期间具有第一电压电平，在所述第二状态期间具有第二电压电平，所述第一电压电平的绝对值比所述第二电压电平的绝对值大。
发明效果
根据本公开的一个示例性实施方式，能够提供一种使蚀刻形状提高并且抑制在等离子体处理装置中的异常放电的技术。
附图说明
图1是用于说明电容耦合型的等离子体处理装置的构成例的图。
图2是表示本处理方法的一例的流程图。
图3是表示在工序ST1中提供的基板W的截面构造的一例的图。
图4是表示工序ST3的处理中的基板W的截面构造的一例的图。
图5是表示期间T中的各信号的功率或者电压的一例的图。
图6是用于说明图5的期间T中的等离子体与上部电极的电位差的图。
图7是表示期间T中的各信号的功率或者电压的其他例的图。
图8是表示期间T中的各信号的功率或者电压的其他例的图。
图9是表示期间T中的各信号的功率或者电压的其他例的图。
图10是表示期间T中的各信号的功率或者电压的其他例的图。
图11是表示期间T中的各信号的功率或者电压的其他例的图。
具体实施方式
以下，关于本公开的各实施方式进行说明。
在一个示例性实施方式中，提供一种等离子体处理装置，具备：等离子体处理腔室；基板支持部，配置于等离子体处理腔室内且包含下部电极；上部电极，配置于基板支持部的上方；第一射频信号生成器，构成为与下部电极耦合且生成第一射频信号，第一射频信号在重复期间内的第一状态期间具有第一功率电平，在重复期间内的第二状态期间具有比第一功率电平小的第二功率电平，在重复期间内的第三状态期间具有第二功率电平；第二射频信号生成器，构成为与下部电极耦合且生成第二射频信号，第二射频信号在第一状态期间具有第三功率电平，在第二状态期间具有比第三功率电平大的第四功率电平，在第三状态期间具有第三功率电平；以及直流信号生成器，构成为与上部电极耦合且生成直流信号，直流信号在第一状态期间具有第一电压电平，在第二状态期间具有第二电压电平，第一电压电平的绝对值比第二电压电平的绝对值大。
在一个示例性实施方式中，第一电压电平具有负极性。
在一个示例性实施方式中，直流信号在第三状态期间具有第一电压电平。
在一个示例性实施方式中，第二功率电平为零功率电平。
在一个示例性实施方式中，第三功率电平为零功率电平。
在一个示例性实施方式中，第二电压电平为零电压电平。
在一个示例性实施方式中，第一射频信号的频率比第二射频信号的频率大。
在一个示例性实施方式中，重复期间为20μs以上800μs以下的范围内的期间。
在一个示例性实施方式中，第一状态占重复期间的10％以上80％以下的期间。
在一个示例性实施方式中，第二状态占重复期间的10％以上80％以下的期间。
在一个示例性实施方式中，第三状态占重复期间的10％以上80％以下的期间。
在一个示例性实施方式中，第一电压电平处于-500V至-2500V的范围内。
在一个示例性实施方式中，提供一种等离子体处理装置，具备：等离子体处理腔室；基板支持部，配置于等离子体处理腔室内且包含下部电极；上部电极，配置于基板支持部的上方；射频信号生成器，构成为与下部电极耦合且生成射频信号，射频信号在重复期间内的第一状态期间具有第一功率电平，在重复期间内的第二状态期间具有比第一功率电平小的第二功率电平，在重复期间内的第三状态期间具有第二功率电平；以及第一直流信号生成器，构成为与下部电极耦合且生成第一直流信号，第一直流信号在第一状态期间具有第一电压电平，在第二状态期间具有具备第二电压电平的电压脉冲的序列，在第三状态期间具有第一电压电平，第一电压电平的绝对值比第二电压电平的绝对值小；以及第二直流信号生成器，构成为与上部电极耦合且生成第二直流信号，第二直流信号在第一状态期间具有第三电压电平，在第二状态期间具有第四电压电平，第三电压电平的绝对值比第四电压电平的绝对值大。
在一个示例性实施方式中，第二电压电平具有负极性。
在一个示例性实施方式中，电压脉冲的序列具有在100kHz以上500kHz以下的范围内的脉冲频率。
在一个示例性实施方式中，第一电压电平为零电压电平。
在一个示例性实施方式中，第二电压电平处于-5kV至-30kV的范围内。
在一个示例性实施方式中，第三电压电平具有负极性。
在一个示例性实施方式中，第二直流信号在第三状态期间具有第三电压电平。
在一个示例性实施方式中，第四电压电平为零电压电平。
以下，参照附图，关于本公开的各实施方式进行详细地说明。此外，在各附图中对相同或同样的要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。除非另有说明，否则基于如附图所示的位置关系说明上下左右等的位置关系。附图中的尺寸比例不代表实际比例，并且实际比例不限于图示比例。＜等离子体处理装置的构成例＞
图1是用于说明电容耦合型的等离子体处理装置的构成例的图。
电容耦合型的等离子体处理装置1包含控制部2、等离子体处理腔室10、气体供给部20、电源30以及排气系统40。此外，等离子体处理装置1包含基板支持部11以及气体导入部。气体导入部构成为向等离子体处理腔室10内导入至少一种处理气体。气体导入部包含喷头13。基板支持部11配置在等离子体处理腔室10内。喷头13配置在基板支持部11的上方。在一实施方式中，喷头13构成等离子体处理腔室10的顶部(ceiling)的至少一部分。等离子体处理腔室10具有由喷头13、等离子体处理腔室10的侧壁10a以及基板支持部11规定的等离子体处理空间10s。等离子体处理腔室10具有用于向等离子体处理空间10s供给至少一种处理气体的至少一个气体供给口和用于从等离子体处理空间排出气体的至少一个气体排出口。等离子体处理腔室10接地。喷头13以及基板支持部11与等离子体处理腔室10的框体电绝缘。
基板支持部11包含主体部111以及环组件112。主体部111具有用于支持基板W的中央区域111a和用于支持环组件112的环状区域111b。晶圆是基板W的一例。主体部111的环状区域111b在俯视下包围主体部111的中央区域111a。基板W配置在主体部111的中央区域111a上，环组件112以包围主体部111的中央区域111a上的基板W的方式配置在主体部111的环状区域111b上。因此，中央区域111a也称为用于支持基板W的基板支持面，环状区域111b也称为用于支持环组件112的环支持面。
在一实施方式中，主体部111包含基台1110以及静电吸盘1111。基台1110包含导电性部件。基台1110的导电性部件能够作为下部电极发挥作用。静电吸盘1111配置在基台1110上。静电吸盘1111包含陶瓷部件1111a和配置在陶瓷部件1111a内的静电电极1111b。陶瓷部件1111a具有中央区域111a。在一实施方式中，陶瓷部件1111a也具有环状区域111b。此外，也可以是环状静电吸盘或如环状绝缘部件那样的包围静电吸盘1111的其他部件具有环状区域111b。在这种情况下，环组件112既可以配置在环状静电吸盘或者环状绝缘部件上，也可以配置在静电吸盘1111和环状绝缘部件这两方上。此外，与后述的射频(RadioFrequency)电源31和/或直流(Direct Current)电源32耦合的至少一个射频/直流电极也可以配置在陶瓷部件1111a内。在这种情况下，至少一个射频/直流电极作为下部电极发挥作用。在后述的偏置射频信号和/或直流信号供给至至少一个射频/直流电极的情况下，射频/直流电极也称为偏置电极。此外，基台1110的导电性部件和至少一个射频/直流电极也可以作为多个下部电极发挥作用。此外，静电电极1111b也可以作为下部电极发挥作用。因此，基板支持部11包含至少一个下部电极。
环组件112包含一个或者多个环状部件。在一实施方式中，一个或者多个环状部件包含一个或者多个边缘环和至少一个覆盖环。边缘环由导电性材料或者绝缘材料形成，覆盖环由绝缘材料形成。
此外，基板支持部11也可以包含构成为将静电吸盘1111、环组件112以及基板之中的至少一个调节至目标温度的调温模块。调温模块也可以包含加热器、传热介质、流路1110a或者它们的组合。在流路1110a中，流过盐水或气体那样的传热流体。在一实施方式中，流路1110a形成于基台1110内，一个或者多个加热器配置在静电吸盘1111的陶瓷部件1111a内。此外，基板支持部11也可以包含构成为向基板W的背面与中央区域111a之间的间隙供给传热气体的传热气体供给部。
喷头13构成为向等离子体处理空间10s内导入来自气体供给部20的至少一种处理气体。喷头13具有至少一个气体供给口13a、至少一个气体扩散室13b以及多个气体导入口13c。向气体供给口13a供给的处理气体通过气体扩散室13b从多个气体导入口13c导入等离子体处理空间10s内。此外，喷头13包含至少一个上部电极。此外，气体导入部除了喷头13以外，也可以包含安装于在侧壁10a上形成的一个或者多个开口部的一个或者多个侧面气体注入部(SGI：Side Gas Injector)。
气体供给部20也可以包含至少一个气体源21以及至少一个流量控制器22。在一实施方式中，气体供给部20构成处于分别对应的气体源21经由分别对应的流量控制器22向喷头13供给至少一种处理气体。各流量控制器22例如也可以包含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也可以包含对至少一种处理气体的流量进行调制或者脉冲化的一个或多个流量调制设备。
电源30包含作为经由至少一个阻抗匹配电路与等离子体处理腔室10耦合的射频电源31。射频电源31构成为向至少一个下部电极供给至少一种射频信号(射频功率)。由此，由供给至等离子体处理空间10s的至少一种处理气体形成等离子体。由此，射频电源31能够作为构成为在等离子体处理腔室10中由一种或多种处理气体生成等离子体的等离子体生成部的至少一部分发挥作用。此外，通过向至少一个下部电极供给偏置射频信号，能够在基板W上产生偏置电位，将形成的等离子体中的离子成分引入基板W。
在一实施方式中，射频电源31包含第一射频生成部31a以及第二射频生成部31b。第一射频生成部31a构成为经由至少一个阻抗匹配电路与至少一个下部电极耦合，生成等离子体生成用的源射频信号(源射频功率)。在一实施方式中，源射频信号具有10MHz～150MHz的范围内的频率。在一实施方式中，第一射频生成部31a也可以构成为生成具有不同频率的多个源射频信号。生成的一个或者多个源射频信号供给至至少一个下部电极。在一个实施方式中，生成的一个或者多个源射频信号供给至至少一个下部电极。
第二射频生成部31b构成为经由至少一个阻抗匹配电路与至少一个下部电极耦合，生成偏置射频信号(偏置射频功率)。偏置射频信号的频率既可以与源射频信号的频率相同也可以不同。在一实施方式中，偏置射频信号具有比源射频信号的频率低的频率。在一实施方式中，偏置射频信号具有100kHz～60MHz的范围内的频率。在一实施方式中，第二射频生成部31b也可以构成为生成具有不同频率的多种偏置射频信号。生成的一种或者多种偏置射频信号供给至至少一个下部电极。此外，在各种实施方式中，源射频信号以及偏置射频信号之中的至少一种可以被脉冲化。
此外，电源30也可以包含与等离子体处理腔室10耦合的直流电源32。直流电源32包含第一直流生成部32a以及第二直流生成部32b。在一实施方式中，第一直流生成部32a构成为与至少一个下部电极连接，生成第一直流信号(以下，也称为“偏置直流信号”)。生成的偏置直流信号施加于至少一个下部电极。在一实施方式中，第二直流生成部32构成为与至少一个上部电极连接，生成第二直流信号(以下也称为“上部直流信号”)。生成的上部直流信号施加于至少一个上部电极。通过向上部电极供给上部直流信号，在一实施方式中，能够得到从以下的(I)到(V)的任一个或者多个效果。(I)增大上部电极的自偏电压而使相对于上部电极的表面的溅射效应増加。(II)使上部电极中的等离子体鞘套扩大而缩小等离子体。(III)向基板W照射在上部电极产生的电子。(IV)控制等离子体电势。(V)使等离子体的电子密度上升。
在各种实施方式中，第一以及第二直流信号之中的至少一种可以被脉冲化。在这种情况下，电压脉冲的序列施加于至少一个下部电极和/或至少一个上部电极。电压脉冲也可以具有矩形、梯形、三角形或者它们的组合的脉冲波形。在一实施方式中，用于从直流信号生成电压脉冲的序列的波形生成部连接在第一直流生成部32a与至少一个下部电极之间。因此，第一直流生成部32a以及波形生成部构成电压脉冲生成部。在第二直流生成部32b以及波形生成部构成电压脉冲生成部的情况下，电压脉冲生成部与至少一个上部电极连接。电压脉冲既可以具有正极性，也可以具有负极性。此外，电压脉冲的序列也可以在一个周期内包含一个或者多个正极性电压脉冲和一个或者多个负极性电压脉冲。此外，第一以及第二直流生成部32a，32b既可以是除了射频电源31以外设置，也可以是第一直流生成部32a代替第二射频生成部31b设置。在一实施方式中，电源30可以由包含第一射频生成部31a以及第二射频生成部31b的射频电源31和包含第二直流生成部32b的直流电源32构成。在一实施方式中，电源30可以由包含第一射频生成部31a的射频电源31和包含第一直流生成部32a以及第二直流生成部32b的直流电源32构成。
排气系统40能够与例如设置于等离子体处理腔室10的底部的气体排出口10e连接。排气系统40也可以包含压力调节阀以及真空泵。通过压力调节阀调节等离子体处理空间10s内的压力。真空泵也可以包含涡轮分子泵、干泵或者它们的组合。
控制部2处理使等离子体处理装置1执行本公开中描述的各种工序的计算机可执行指令。控制部2能够构成为以执行在此描述的各种工序的方式控制等离子体处理装置1的各要素。在一实施方式中，也可以是控制部2的一部分或者全部包含于等离子体处理装置1。控制部2也可以包含处理部2a1、存储部2a2以及通信接口2a3。控制部2例如通过计算机2a实现。处理部2a1能够构成为通过从存储部2a2读出程序，执行读出的程序进行各种控制动作。该程序可以预先存储于存储部2a2，在需要时，也可以经由介质获取。获取的程序存储于存储部2a2，通过处理部2a1从存储部2a2读出而执行。介质既可以是能够在计算机2a中读取的各种存储介质，也可以是与通信接口2a3连接的通信线路。处理部2a1也可以是CPU(CentralProcessing Unit)。存储部2a2也可以包含RAM(Random Access Memory)、ROM(Read OnlyMemory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)或者它们的组合。通信接口2a3也可以经由LAN(Local Area Network)等的通信线路在与等离子体处理装置1之间通信。
＜等离子体处理方法的一例＞
一个示例性实施方式涉及的等离子体处理装置1执行对基板进行等离子体处理的等离子体处理方法(以下也称为“本处理方法”)。等离子体处理能够为蚀刻处理、成膜处理、修整处理、清洁处理等的使用等离子体的各种处理。
图2是表示本处理方法的一例的流程图。图2是对基板进行蚀刻处理的方法的一例。如图2所示那样，本处理方法可以包含提供基板的工序(ST1)、供给处理气体的工序(ST2)和生成等离子体的工序(ST3)。在一实施方式中，控制部2控制等离子体处理装置1的各部分，执行本处理方法。
在工序ST1中，向等离子体处理装置1的等离子体处理空间10s内提供基板W。基板W通过搬运臂搬入腔室10内，载置于基板支持部11的中央区域111a。基板W通过静电吸盘1111被吸附保持在基板支持部11上(参照图1)。
图3是表示在工序ST1提供的基板W的截面构造的一例的图。基板W在底膜UF上按顺序层积有蚀刻对象膜EF以及掩模MK。基板W可以在半导体设备的制造中使用。半导体设备例如包含DRAM、3D-NAND闪速存储器等的半导体存储器设备。
底膜UF在一例中，为硅晶圆或在硅晶圆上形成的有机膜、介电膜、金属膜、半导体膜等。底膜UF可以是多个膜层积而构成。
蚀刻对象膜EF为与底膜UF不同的膜。蚀刻对象膜EF例如可以为有机膜、介电膜、半导体膜、金属膜。蚀刻对象膜EF既可以由一个膜构成，或者也可以多个膜层积而构成。例如，蚀刻对象膜EF可以为含硅膜、含碳膜、旋涂玻璃(SOG)膜、含硅防反射膜(SIARC)等的膜层积一层或者多层而构成。在一实施方式中，蚀刻对象膜为含硅膜。在一例中，含硅膜为氧化硅膜与氮化硅膜交替地层积而构成。在一例中，含硅膜为氧化硅膜与多晶硅膜交替地层积而构成。在一例中，含硅膜为包含氮化硅膜、氧化硅膜以及多晶硅膜的层积膜。含硅膜在一例中，包含碳氮化硅膜。
掩模MK由相对于在工序ST3中生成的等离子体的蚀刻速率比蚀刻对象膜EF低的材料形成。掩模MK既可以为由一层构成的单层掩模，也可以为由两层以上构成的多层掩模。如图3所示，掩模MK在掩模MK上规定至少一个开口OP。开口OP为掩模MK上的空间，被掩模MK的侧壁包围。即，蚀刻对象膜EF的上表面具有被掩模MK覆盖的区域和在开口OP的底部露出的区域。
开口OP在基板W的俯视(即，图3中从上向下的方向观察基板W的情况)下，可以具有任意的形状。该形状例如可以为圆、楕圆、矩形、线或组合这些形状的一种以上的形状。掩模MK也可以具有多个侧壁，多个侧壁规定多个开口OP。多个开口OP也可以分别具有线形状，以一定的间隔排列，构成线与间距的图案。此外，多个开口OP也可以分别具有孔形状，构成阵列图案。
在工序ST2中，处理气体通过气体供给部20向喷头13供给，从喷头13向等离子体处理空间10s供给。处理气体包含生成为了基板W的蚀刻处理需要的活性种的气体。处理气体的种类可以基于蚀刻对象膜的材料、掩模的材料、底膜的材料、掩模所具有的图案、蚀刻的深度等适当选择。
在工序ST3中，由处理气体生成等离子体。在工序ST3中，向下部电极供给源射频信号和偏置信号，向上部电极供给第二直流信号(上部直流信号)。在一实施方式中，偏置信号为在第二射频生成部31b中生成的偏置射频信号。在一实施方式中，偏置信号为在第一直流生成部32a中生成的第一直流信号(偏置直流信号)。由此，由等离子体处理空间10s内的处理气体生成等离子体。此外，在等离子体与基板W之间产生偏置电位。然后，通过等离子体中的离子、自由基等的活性种向基板W吸引，对蚀刻对象膜EF进行蚀刻。
图4是表示工序ST3的处理中的基板W的截面构造的一例的图。如图4所示那样，通过蚀刻进行，蚀刻对象膜EF之中的没有被掩模MK覆盖的部分(在开口OP露出的部分)在深度方向上蚀刻。由此，基于掩模MK的开口OP的形状在蚀刻对象膜EF上形成凹部RC。然后，当满足给定的停止条件时，停止源射频信号、偏置信号以及上部直流信号的供给，结束工序ST3。停止条件例如既可以为蚀刻时间，或者也可以为凹部RC的深度。蚀刻结束时的凹部RC的纵横比例如既可以为20以上，也可以为30以上、40以上、50以上或者100以上。
在一实施方式中，源射频信号、偏置信号以及上部直流信号(以下，也合并称为“各信号”)分别被脉冲化，在给定的重复期间T(以下也称为“期间T”)周期性地供给。在一实施方式中，期间T为20μs至800μs的范围内的期间。
图5是表示期间T的各信号的功率或者电压的一例的图。图5为向下部电极供给源射频信号(RF1)和偏置射频信号(RF2)，向上部电极供给上部直流信号(DC2)的情况的例子。在图5中，横轴表示时间。此外，纵轴表示源射频信号(RF1)、偏置射频信号(RF2)的功率(作为一例，功率的有效值)以及上部直流信号(DC2)的电压(作为一例，电压的有效值)。
在如图5所示的例子中，期间T按顺序具有第一状态Ta(时刻T11～T12)、第二状态Tb(时刻T12～T13)和第三状态Tc(时刻T13～T14)。在一实施方式中，第一状态Ta占期间T的10％至80％的期间。在一实施方式中，第二状态Tb占期间T的10％至80％的期间。在一实施方式中，第三状态Tc占期间T的10％至80％的期间。
在如图5所示的例子中，源射频信号(RF1)被脉冲化，在期间T具有矩形的功率脉冲波形。源射频信号(RF1)在第一状态Ta期间，具有第一功率P1，在第二状态Tb以及第三状态Tc期间，具有比第一功率P1低的第二功率P2。在一实施方式中，第二功率为0W。
在如图5所示的例子中，偏置射频信号(RF2)被脉冲化，在期间T具有矩形的功率脉冲波形。偏置射频信号(RF2)在第一状态Ta以及第三状态Tc期间具有第三功率P3，在第二状态Tb期间，具有比第三功率P3高的第四功率P4。在一实施方式中，第三功率为0W。
在如图5所示的例子中，上部直流信号(DC2)被脉冲化，在期间T中具有矩形的电压脉冲波形。上部直流信号(DC2)在第一状态Ta以及第三状态Tc期间，具有负极性的第一电压V1，在第二状态Tb期间，具有第二电压V2。第一电压V1的绝对值比第二电压V2的绝对值大。在一实施方式中，第一电压V1处于-500V至-2500V的范围内。第二电压V2既可以为正极性也可以为负极性，或者也可以为0V。在一实施方式中，第二电压V2为0V。
在如图5所示的例子中，在第一状态Ta与第二状态Tb期间，源射频信号功率电平高的状态(功率电平P1)与偏置射频信号的功率电平高的状态(功率电平P4)不重复。即，在第一状态Ta与第二状态Tb期间，源射频信号的脉冲与偏置射频信号的脉冲彼此偏移。此外，在如图5所示的例子中，在第一状态Ta和第二状态Tb期间，上部直流信号的电压电平的绝对值高的状态(电压电平V1)与偏置射频信号的功率电平高的状态(功率电平P4)不重复。即，在第一状态Ta和第二状态Tb期间，上部直流信号的脉冲与偏置射频信号的脉冲彼此偏移。其结果是，在偏置射频信号的功率电平高的第二状态Tb期间，源射频信号以及上部直流信号的功率电平或者电压电平的绝对值低或者不供给这些信号。由此，第二状态Tb中的等离子体的电子密度降低，等离子体的鞘套厚度变大。由此，在第二状态Tb中，能够使向凹部RC底部供给的等离子体中的活性种増加。
在一实施方式中，存在在第一状态Ta或第二状态Tb期间，当等离子体中的离子引入基板W而对蚀刻对象膜EF进行蚀刻时，凹部RC的底部等带正电的情况。在这方面，在如图5所示的例子中，在第三状态Tc期间能够消解或者降低基板W的带电。
即，在第三状态Tc期间，由于源射频信号以及偏置射频信号的功率电平低或者不供给这些信号，所以抑制基板W的带电。此外，由于在第三状态Tc期间，向上部电极供给负极性的上部直流信号，所以等离子体中的离子引入上部电极侧而放出二次电子。放出的二次电子通过成为负电位(V1)的上部电极加速而到达基板W。到达基板W的二次电子能够消解或者降低基板W之中的带正电的部分(例如凹部RC的底部等)的带电。由此，在下一个重复的期间T，能够使向凹部RC底部供给等离子体中的活性种増加。
此外，在如图5所示的例子中，在第三状态Tc期间，源射频信号以及偏置射频信号的功率电平低或者不供给这些信号。由此，在第三状态Tc期间，抑制蚀刻进行，能够促进通过蚀刻产生的副产品的排气。由此，在下一个重复的期间T，能够使向凹部RC底部供给的等离子体中的活性种増加。
根据以上，在一实施方式中，能够改善蚀刻对象膜EF的蚀刻速率。此外，在一实施方式中，能够抑制由蚀刻导致的形状异常或形状恶化。
可是，近几年，趋向RF功率増加。当RF功率増加时，腔室内的等离子体的电位(电势)变大。当等离子体的电位变大时，等离子体与上部电极表面之间或上部电极的背面和与该背面邻接之处(在一例中是冷却板)之间的电位差变大，能够产生异常放电。
在这方面，如上述那样，在如图5所示的例子中，在偏置射频信号的功率电平高的第二状态Tb期间，源射频信号以及上部直流信号的功率电平或者电压电平的绝对值低或者不供给这些信号。由此，抑制等离子体与上部电极的电位差变大。
图6是用于说明图5的期间T中的等离子体与上部电极的电位差的图。图6为第二电压V2为0V的情况的例子。在图6中，横轴表示时间，纵轴表示电位(V)。在图6中，PPL表示等离子体的电位(等离子体电势)。PW表示基板W的电位。PCL表示上部电极(在一例中喷头13)的电位。
如图6所示那样，等离子体的电位PPL与基板W的电位PW的电位的大小(振幅)在第一状态Ta期间变小，在第二状态Tb期间变大。另一方面，上部电极的负电位PCL的大小在第一状态Ta期间变大，在第二状态Tb期间变小(在该例中为0V)。由此，抑制在第二状态Tb期间，等离子体与上部电极的电位差的最大值(图6的Vd)变大。根据一实施方式，能够抑制上述异常放电的发生。
在期间T供给的源射频信号、偏置信号以及上部直流信号不限定于如图5所示的例子，能够采用各种方式。
图7至图11是表示在期间T供给的各信号的功率或者电压的其他例的图。在图7至图11中，横轴表示时间。此外，纵轴表示源射频信号(RF1)/偏置射频信号(RF2)的功率(作为一例，功率的有效值)以及偏置直流信号(DC1)/上部直流信号(DC2)的电压(作为一例，电压的有效值)。以下，将与如图5所示的例子的差异作为中心进行说明，关于与如图5所示的例子相同或者同样的点省略说明。
如图7所示的例子是第三状态Tc不仅设置在第二状态Tb之后(时刻T24～时刻T25)，还设置在第一状态Ta与第二状态Tb之间(时刻T22～时刻T23)的例子。如图7所示那样，可以在源射频信号的脉冲下降的时点(时刻T22)至经过了给定期间的时点(时刻T23)使偏置射频信号的脉冲上升。在如图7所示的例子中，第一状态Ta、第二状态Tb以及第三状态Tc期间的各信号之间的关系与图5相同。由此，即使在如图7所示的例子中，能够得到蚀刻速率的改善、蚀刻的形状异常以及形状恶化的抑制、异常放电的抑制的效果。
如图8所示的例子是在第三状态Tc期间，作为上部直流信号(DC2)，供给与第一电压V1不同的负极性的第三电压V3的例子。如图8所示那样，第三电压V3的绝对值可以比第一电压V1的绝对值大。此外，第三电压V3的绝对值也可以比第一电压V1的绝对值小。在一实施方式中，可以与第一状态Ta以及第二状态Tb期间的基板W的带电量相应地适当调整第三电压V3的大小，提高该带电的解消或者抑制效果。在如图8所示的例子中，第一状态Ta、第二状态Tb以及第三状态Tc期间的各信号之间的关系与在图5中说明的例子是相同的。由此，在图8所示的例子中，也能够得到蚀刻速率的改善、蚀刻的形状异常以及形状恶化的抑制、异常放电的抑制的效果。
图9至图11所示的例子是分别在如图5、图7以及图8所示的例子中，作为偏置信号，不使用偏置射频信号而是使用偏置直流信号(DC1)的例子。在如图9至图11所示的例子中，偏置直流信号(DC1)被脉冲化，在期间T具有矩形的电压脉冲波形。
在如图9至图11所示的例子中，偏置直流信号(DC1)在第二状态Tb期间具有负电压脉冲的序列。在一实施方式中，负电压脉冲的序列具有处于100kHz至500kHz的范围内的脉冲频率。负电压脉冲具有负极性的第四电压V4。在一实施方式中，第四电压V4处于-5kV至-30kV的范围内。负电压脉冲的波形可以具有矩形、梯形、三角形或者它们的组合的波形。
在如图9至图11所示的例子中，偏置直流信号(DC1)在第一状态Ta以及第三状态Tc期间，具有第五电压V5。第五电压V5的绝对值比第四电压V4小。在一实施方式中，第五电压为0V。此外，在一实施方式中，偏置直流信号(DC1)在第一状态Ta以及第三状态Tc期间可以具有负电压脉冲的序列。在这种情况下，该负电压脉冲的电压的绝对值比第二状态Tb期间的负电压脉冲的绝对值小。
在如图9至图11所示的例子中，第一状态Ta、第二状态Tb以及第三状态Tc期间的偏置射频信号、偏置直流信号以及上部直流信号之间的关系与在图5中说明的源射频信号、偏置射频信号以及上部直流信号之间的关系相同。由此，即使在如图9至图11所示的例子中，能够得到蚀刻速率的改善、蚀刻的形状异常以及形状恶化的抑制、异常放电的抑制这样的效果。
＜实施例＞
接着，关于本处理方法的实施例进行说明。本公开不受以下实施例的任何限定。
(实施例1)
在实施例1中，使用等离子体处理装置1，适用本处理方法，蚀刻具有与如图3所示的基板W相同的构造的基板。含硅膜SF为氧化硅膜和氮化硅膜的层积膜。在工序ST3中，各信号具有如图5所示的重复期间T。
(参考例1)
参考例1除了在工序ST3中将一定的负电压持续施加于上部电极这一点以外，以与实施例1相同的条件蚀刻基板W。
作为结果，实施例1中的含硅膜SF的蚀刻与参考例1相比，蚀刻速率提高，且蚀刻形状也提高。
本公开的实施方式还包含以下方式。
(附记1)
一种等离子体处理装置，具备：
等离子体处理腔室；
基板支持部，配置于所述等离子体处理腔室内且包含下部电极；
上部电极，配置于所述基板支持部的上方；
第一射频信号生成器，构成为与所述下部电极耦合且生成第一射频信号，所述第一射频信号在重复期间内的第一状态期间具有第一功率电平，在所述重复期间内的第二状态期间具有比所述第一功率电平小的第二功率电平，在所述重复期间内的第三状态期间具有所述第二功率电平；
第二射频信号生成器，构成为与所述下部电极耦合且生成第二射频信号，所述第二射频信号在所述第一状态期间具有第三功率电平，在所述第二状态期间具有比所述第三功率电平大的第四功率电平，在所述第三状态期间具有所述第三功率电平；以及
直流信号生成器，构成为与所述上部电极耦合且生成直流信号，所述直流信号在所述第一状态期间具有第一电压电平，在所述第二状态期间具有第二电压电平，所述第一电压电平的绝对值比所述第二电压电平的绝对值大。
(附记2)
根据附记1中记载的等离子体处理装置，其中，所述第一电压电平具有负极性。
(附记3)
根据附记1或2中记载的等离子体处理装置，其中，所述直流信号在所述第三状态期间具有负极性的第三电压电平。
(附记4)
根据附记1至3中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第二功率电平为零功率电平。
(附记5)
根据附记1至4中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第三功率电平为零功率电平。
(附记6)
根据附记1至5中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第二电压电平为零电压电平。
(附记7)
根据附记1至6中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第一射频信号的频率比所述第二射频信号的频率大。
(附记8)
根据附记1至7中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述重复期间为20μs至800μs的范围内。
(附记9)
根据附记1至8中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第一状态占所述重复期间的10％至80％的期间。
(附记10)
根据附记1至9中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第二状态占所述重复期间的10％至80％的期间。
(附记11)
根据附记1至10中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第三状态占所述重复期间的10％至80％的期间。
(附记12)
根据附记1至11中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第一电压电平处于-500V至-2500V的范围内。
(附记13)
一种等离子体处理装置，具备：
等离子体处理腔室；
基板支持部，配置于所述等离子体处理腔室内且包含下部电极；
上部电极，配置于所述基板支持部的上方；
射频信号生成器，构成为与所述下部电极耦合且生成射频信号，所述射频信号在重复期间内的第一状态期间具有第一功率电平，在所述重复期间内的第二状态期间具有比所述第一功率电平小的第二功率电平，在所述重复期间内的第三状态期间具有所述第二功率电平；以及
第一直流信号生成器，构成为与所述下部电极耦合且生成第一直流信号，所述第一直流信号在所述第一状态期间具有第一电压电平，在所述第二状态期间具有具备第二电压电平的电压脉冲的序列，在所述第三状态期间具有所述第一电压电平，所述第一电压电平的绝对值比所述第二电压电平的绝对值小；以及
第二直流信号生成器，构成为与所述上部电极耦合且生成第二直流信号，所述第二直流信号在所述第一状态期间具有第三电压电平，在所述第二状态期间具有第四电压电平，所述第三电压电平的绝对值比所述第四电压电平的绝对值大。
(附记14)
根据附记13中记载的等离子体处理装置，其中，所述第二电压电平具有负极性。
(附记15)
根据附记13或14中记载的等离子体处理装置，其中，所述电压脉冲的序列具有在从100kHz至500kHz的范围内的脉冲频率。
(附记16)
根据附记13～15中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第一电压电平为零电压电平。
(附记17)
根据附记13～16中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第二电压电平处于-5kV至-30kV的范围内。
(附记18)
根据附记13～17中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第三电压电平具有负极性。
(附记19)
根据附记13～18中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第二直流信号在所述第三状态期间具有所述第三电压电平。
(附记20)
根据附记13～19中任一项记载的等离子体处理装置，其中，所述第四电压电平为零电压电平。
(附记21)
一种使用了等离子体处理装置的等离子体处理方法，其中，
所述等离子体处理装置具备：等离子体处理腔室；基板支持部，配置于所述等离子体处理腔室内且包含下部电极；上部电极，配置于所述基板支持部的上方；第一射频信号生成器；第二射频信号生成器；以及直流信号生成器，
所述等离子体处理方法包含：(a)向所述基板支持部提供基板的工序；(b)向所述等离子体处理腔室内供给处理气体的工序；以及(c)由所述处理气体生成等离子体的工序，
在所述(c)的工序中，
从所述第一射频信号生成器向所述下部电极供给第一射频信号，所述第一射频信号在重复期间内的第一状态期间具有第一功率电平，在所述重复期间内的第二状态期间具有比所述第一功率电平小的第二功率电平，在所述重复期间内的第三状态期间具有所述第二功率电平，
从所述第二射频信号生成器向所述下部电极供给第二射频信号，所述第二射频信号在所述第一状态期间具有第三功率电平，在所述第二状态期间具有比所述第三功率电平大的第四功率电平，所述第三状态期间具有所述第三功率电平，
从所述直流信号生成器向所述上部电极供给直流信号，所述直流信号在所述第一状态期间具有第一电压电平，在所述第二状态期间具有第二电压电平，所述第一电压电平的绝对值比所述第二电压电平的绝对值大。
(附记22)
一种使用了等离子体处理装置的等离子体处理方法，
所述等离子体处理装置具备：等离子体处理腔室；基板支持部，配置于所述等离子体处理腔室内且包含下部电极；上部电极，配置于所述基板支持部的上方；射频信号生成器；第一直流信号生成器；以及第二直流信号生成器，
所述等离子体处理方法包含：(a)向所述基板支持部提供基板的工序；(b)向所述等离子体处理腔室内供给处理气体的工序；以及(c)由所述处理气体生成等离子体的工序，
在所述(c)的工序中，
从所述射频信号生成器向所述下部电极供给射频信号，所述射频信号在重复期间内的第一状态期间具有第一功率电平，在所述重复期间内的第二状态期间具有比所述第一功率电平小的第二功率电平，在所述重复期间内的第三状态期间具有所述第二功率电平，
从所述第一直流信号生成器向所述下部电极供给第一直流信号，所述第一直流信号在所述第一状态期间具有第一电压电平，在所述第二状态期间具有具备第二电压电平的电压脉冲的序列，在所述第三状态期间具有所述第一电压电平，所述第一电压电平的绝对值比所述第二电压电平的绝对值小，
从所述第二直流信号生成器向所述上部电极供给第二直流信号，所述第二直流信号在所述第一状态期间具有第三电压电平，在所述第二状态期间具有第四电压电平，所述第三电压电平的绝对值比所述第四电压电平的绝对值大。
以上的各实施方式以说明的目的记载，不意图限定本公开的范围。以上的各实施方式能够不脱离本公开的范围以及主旨而进行各种变形。例如，能够在其他实施方式中追加某实施方式中的一部分构成要素。此外，能够将某实施方式中的一部分构成要素取代为其他实施方式的对应的构成要素。

Claims (20)

1.一种等离子体处理装置，具备：
等离子体处理腔室；
基板支持部，配置于所述等离子体处理腔室内且包含下部电极；
上部电极，配置于所述基板支持部的上方；
第一射频信号生成器，构成为与所述下部电极耦合且生成第一射频信号，所述第一射频信号在重复期间内的第一状态期间具有第一功率电平，在所述重复期间内的第二状态期间具有比所述第一功率电平小的第二功率电平，在所述重复期间内的第三状态期间具有所述第二功率电平；
第二射频信号生成器，构成为与所述下部电极耦合且生成第二射频信号，所述第二射频信号在所述第一状态期间具有第三功率电平，在所述第二状态期间具有比所述第三功率电平大的第四功率电平，在所述第三状态期间具有所述第三功率电平；以及
直流信号生成器，构成为与所述上部电极耦合且生成直流信号，所述直流信号在所述第一状态期间具有第一电压电平，在所述第二状态期间具有第二电压电平，所述第一电压电平的绝对值比所述第二电压电平的绝对值大。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，
所述第一电压电平具有负极性。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其中，
所述直流信号在所述第三状态期间具有所述第一电压电平。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其中，
所述第二功率电平为零功率电平。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其中，
所述第三功率电平为零功率电平。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其中，
所述第二电压电平为零电压电平。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其中，
所述第一射频信号的频率比所述第二射频信号的频率大。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的等离子体处理装置，其中，
所述重复期间为20μs至800μs的范围内。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的等离子体处理装置，其中，
所述第一状态处于所述重复期间的10％至80％的范围内。
10.根据权利要求1～7中任一项所述的等离子体处理装置，其中，
所述第二状态处于所述重复期间的10％至80％的范围内。
11.根据权利要求1～7中任一项所述的等离子体处理装置，其中，
所述第三状态处于所述重复期间的10％至80％的范围内。
12.根据权利要求1～7中任一项所述的等离子体处理装置，其中，
所述第一电压电平处于-500V至-2500V的范围内。
13.一种等离子体处理装置，具备：
等离子体处理腔室；
基板支持部，配置于所述等离子体处理腔室内且包含下部电极；
上部电极，配置于所述基板支持部的上方；
射频信号生成器，构成为与所述下部电极耦合且生成射频信号，所述射频信号在重复期间内的第一状态期间具有第一功率电平，在所述重复期间内的第二状态期间具有比所述第一功率电平小的第二功率电平，在所述重复期间内的第三状态期间具有所述第二功率电平；以及
第一直流信号生成器，构成为与所述下部电极耦合且生成第一直流信号，所述第一直流信号在所述第一状态期间具有第一电压电平，在所述第二状态期间具有具备第二电压电平的电压脉冲的序列，在所述第三状态期间具有所述第一电压电平，所述第一电压电平的绝对值比所述第二电压电平的绝对值小；以及
第二直流信号生成器，构成为与所述上部电极耦合且生成第二直流信号，所述第二直流信号在所述第一状态期间具有第三电压电平，在所述第二状态期间具有第四电压电平，所述第三电压电平的绝对值比所述第四电压电平的绝对值大。
14.根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其中，
所述第二电压电平具有负极性。
15.根据权利要求14所述的等离子体处理装置，其中，
所述电压脉冲的序列具有在从100kHz至500kHz的范围内的脉冲频率。
16.根据权利要求15所述的等离子体处理装置，其中，
所述第一电压电平为零电压电平。
17.根据权利要求16所述的等离子体处理装置，其中，
所述第二电压电平处于-5kV至-30kV的范围内。
18.根据权利要求13～17中任一项所述的等离子体处理装置，其中，
所述第三电压电平具有负极性。
19.根据权利要求18所述的等离子体处理装置，其中，
所述第二直流信号在所述第三状态期间具有所述第三电压电平。
20.根据权利要求19所述的等离子体处理装置，其中，
所述第四电压电平为零电压电平。
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