JP2016134461A - プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりを向上させたプラズマ処理方法またはプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に処理対象のウエハを配置し、前記処理室内にプラズマ形成用の第１の高周波電力による電界を供給してプラズマを形成し、前記試料台内部に配置された電極にバイアス電位形成用の第２の高周波電力を供給して前記ウエハ上面の膜を処理するプラズマ処理方法であって、前記第１及び第２の高周波電力のうち少なくとも何れかは、各々所定の期間だけ所定の複数の振幅になる変化を所定の周期で繰り返すものであり、前記膜の処理中に、前記少なくとも何れかの高周波電力の前記周期、前記期間の比率及び振幅のうちで前記振幅の所定の大きさを最後に増加させる、または前記振幅の所定の大きさを最初に減少させて当該高周波電力の供給を変化させる工程を備えたプラズマ処理方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は、真空容器の内部に配置された処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料を当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法に係り、特に、プラズマ形成用の高周波電力または試料が載せられた試料台内の電極に供給されるバイアス電位形成用の高周波電力の何れかのパルス状の出力の強度、デューティ比およびパルスの周波数を異なる値に切り替えるプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法に関する。

半導体製造工程では、プラズマを用いて半導体ウエハ上面に予め積層されて形成されたマスク層を含む複数の膜層を有する膜構造をエッチングするドライエッチング処理が行われている。このような処理を実施するプラズマ処理装置は、減圧された真空容器内部の処理室内に処理用のガスを導入しつつプラズマ形成用の高周波電力による電界を供給してプラズマを形成し、処理室内の試料台内に配置された電極に別の高周波電源からの電力を供給して当該試料台の上面上に載せられて保持された半導体ウエハ等の試料上にバイアス電位を形成してプラズマ中の荷電粒子を試料表面に誘引して衝突させつつ試料表面の膜構造の対称の膜を処理する構成を備えている。近年の半導体デバイスの高集積化、さらには三次元構造化に伴い、このようなドライエッチングを行うプラズマ処理装置には、加工精度の向上が要求されるとともに、エッチング選択比の向上あるいはエッチング形状の高精度な制御等の向上が要求されている。

このような加工を精度良く実施する為には、エッチング処理時におけるイオンの密度、ラジカルの密度、被エッチング材料に入射するイオンのエネルギー、対称の膜の表面でのエッチング反応により生成された反応生成物の密度や濃度といった複数のパラメータを、当該処理対象の膜の材料に合わせて最適化する必要がある。これらのパラメータは、エッチング処理を実施する条件（例えば、ガスの種類、処理室内の処理中の圧力、複数元素から構成されたガスの組成（混合比）、プラズマ生成用の高周波電力の電力値やバイアス形成用の高周波電力値等）に依存している。

一般に、少なくとも１つの特定の膜に対してエッチング処理を行う際には、各膜層または同一の材料の層であっても処理の進行に伴ってこれに適した処理の条件に切り替えて処理を実行することが行われている。このような処理条件はレシピと呼ばれ、従来からプラズマ処理装置での１つの試料の上面の膜構造のエッチング処理では、異なる処理の条件（レシピ）のもとで実施される異なる複数の処理ステップが継続的に実施する。このような処理の条件（レシピ）は、電子また電気的なデータや情報としてプラズマ処理装置の制御器に入力され、制御器は入力された情報から示されるレシピを個々に実現して複数の処理ステップを順次切り替えてエッチング処理が実行されるように真空処理装置の動作を調節する。

近年では、エッチング処理条件のさらなる最適化のため、プラズマの生成をパルス化することでイオン密度およびラジカル密度の制御性を向上する方法が提案されている。さらに多層膜構造や三次元構造の高アスペクト比のエッチングを行うために、バイアスをパルス化して印加し、デポジションを効果的に用いた選択比の向上や電子シェーディング効果の低減によるダメージの抑制も提案されている。

そのため、特定の処理ステップにおいて高周波電源をパルス出力させるレシピを用いて処理を実施する技術が提案されている。例えば、異なる２種類の材料から構成された多層膜を連続的にエッチングする場合に、いずれの材料の処理においても高周波電源をパルス出力させエッチングすることが適しているならば、２種類のパルス出力を交互に切り替えるレシピが設定され、これが制御器に通信手段を介して伝達されて、制御器がレシピに従って指令信号をプラズマ処理装置の各部位に発信してエッチング処理が行われる。

このような２種類のパルス出力モードを切り替えるレシピにおいて、前後に連続した２つ処理ステップの前者から後者に移行する際に、高周波電源の出力強度とデューティ比、パルス周波数の切り替えの時刻に許容範囲を超えたズレが生じた場合には、設定値よりも長く高い出力強度で電力が出力されることになる。ここで、デューティ比とはパルス出力の１周期に対する特定のレベル（大きさ）の、特には大きな値のものが出力される期間の比率である。

図１は、従来の技術において、パルス出力を継続したまま前後する２つの処理ステップを移行する際の高周波電源の出力波形の例を模式的に示すグラフである。図１では、高周波電源の出力を高出力強度且つ低デューティ比、高パルス周波数のパルス出力から低出力強度且つ高デューティ、低パルス周波数のパルス出力へ処理ステップを移行させている。

この図において、１０１は、出力強度とデューティ比、周波数が同時に切り替わる理想的な処理ステップの移行を示している。１０２から１０５は、出力強度とデューティ比、パルス周波数の切り替え指示にズレが生じた場合の処理ステップ移行時の出力波形である。このように処理ステップの移行の際に、切り替え指示にズレが生じる要因としては、高周波電源の出力制御と外部トリガーパルス信号の切り替えとの時定数の差、制御器から高周波電源への指示のタイミングのズレ、高周波電源内部のリレーや電子部品等の遅延時間のばらつきなどが考えられる。

図１の１０２から１０５を１０１と比較すると、いずれの出力波形も、高い出力強度の期間が長くなっている。１０２から１０５のような出力強度でプラズマ生成用の高周波電力が印加されると、電子温度や解離度の高いプラズマが生成され、適切なイオンとラジカル比を保てなくなり、エッチング速度の低下や加工形状の悪化が懸念される。同様に、プラズマが生成されている状態において図１の１０２から１０５のような出力強度でイオン引き込みバイアス印加用の高周波電力が印加されると、選択比の悪化に加え、電子シェーディング効果に起因する絶縁破壊によって半導体ウエハにダメージを与えることが懸念される。

このような処理ステップの移行時における高周波電源の出力を制御する技術としては、従来から特開２００４−７９６００号公報に開示されたものが知られている。この従来技術では、出力強度と出力モードの切り替え指示タイミングを適切に制御することで、設定以上の強度での連続波（ＣＷ）の出力が起こらないようにしている。

特開２００４−７９６００号公報

上記の従来技術では次の点について十分に考慮されていなかったため問題が生じていた。

すなわち、特許文献１における出力強度と出力モードの切り替え指示タイミングの制御は、出力モードの切り替え時にしか対応していない。そのため、図１のようにパルス出力モードを継続したまま、出力強度とパルス周波数、デューティ比の異なる出力へ切り替わる際には、出力強度でプラズマ生成用の高周波電力が印加されると、電子温度や解離度の高いプラズマが生成され、適切なイオンとラジカル比を実現できず、エッチング速度が低下したり加工形状が悪化したりする虞が有った。

さらには、選択比が悪化したり、電子シェーディング効果に起因する絶縁破壊によって半導体ウエハにダメージを与えたりする虞が有った。このため、試料の処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題について上記従来技術では考慮されていなかった。

本発明の目的は、歩留まりを向上させるプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。

上記目的は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に処理対象のウエハを配置し、前記処理室内にプラズマ形成用の第１の高周波電力による電界を供給してプラズマを形成し、前記試料台内部に配置された電極にバイアス電位形成用の第２の高周波電力を供給して前記ウエハ上面の膜を処理するプラズマ処理方法であって、前記第１及び第２の高周波電力のうち少なくとも何れかは、各々所定の期間だけ所定の複数の振幅になる変化を所定の周期で繰り返すものであり、前記膜の処理中に、前記少なくとも何れかの高周波電力の前記周期、前記期間の比率及び振幅のうちで前記振幅の所定の大きさを最後に増加させる、または前記振幅の所定の大きさを最初に減少させて当該高周波電力の供給を変化させる工程を備えたことにより達成される。

本発明により、パルス出力モードを継続したまま処理ステップを移行する際に、高周波電源が設定値よりも長く高い出力強度で出力をしないように制御される。このことにより、電子温度や解離度の高いプラズマ生成を抑止し、半導体ウエハへのダメージが低減され、処理の歩留まりが向上する。

従来の技術において、パルス出力を継続したまま前後する２つの処理ステップを移行する際の高周波電源の出力波形の例を模式的に示すグラフである。 本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す第１の実施例に係るプラズマ処理装置の処理ステップの変更の際の動作の流れを示すフローチャートである。 図３に示した第１の実施例のプラズマ処理装置における外部トリガーパルス設定の動作の流れを示すフローチャートである。 図１に示す第１の実施例に係るプラズマ処理装置において前後２つの処理ステップの前者から後者に移行する際の電源の出力の設定を変更する場合分けを示す表である。 図５に示すケース６００において出力強度、デューティ比、パルス周波数のいずれもが高くなる場合での電源の出力の変化を示す表である。 図５に示すケース７００において出力強度とデューティ比が高くなり、パルス周波数が低くなる場合での電源の出力の変化を示す表である。 図５に示すケース８００において出力強度とパルス周波数とが高くなりデューティ比が低くなる場合での電源の出力の変化を示す表である。 図５に示すケース９００において出力強度が高くなり、デューティ比とパルス周波数とが低くなる場合での電源の出力の変化を示す表である。 図５に示すケース１０００において出力強度が低くなり、デューティ比とパルス周波数とが高くなる場合での電源の出力の変化を示す表である。 図５に示すケース１１００において出力強度とパルス周波数とが低くなり、デューティ比が高くなる場合での電源の出力の変化を示す表である。 図５に示すケース１２００において出力強度とデューティ比とが低くなり、パルス周波数が高くなる場合での電源の出力の変化を示す表である。 図５に示すケース１３００において出力強度、デューティ比、パルス周波数のいずれもが低くなる場合での電源の出力の変化を示す表である。 本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理装置において処理ステップが移行される際の外部トリガーパルス設定の動作の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

図２乃至図１３を用いて本発明の第１の実施例を説明する。図２は、本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。

図２のプラズマ処理装置は、真空処理装置の内部に配置された空間であるエッチング処理室２０１を備えている。さらに、エッチング処理室２０１の内部を排気して所定の真空度を維持して実現する真空ポンプを構成するターボ分子ポンプ２０２が真空容器の下方に連結されエッチング処理室２０１内部と連通されて配置されている。

エッチング処理室２０１を囲む真空容器の上部には、同軸ケーブルにより接続されプラズマを形成するための所定の周波数（本例ではＶＨＦ帯のものが使用される）の高周波電力を出力するソース電源２０３にソース整合器２０４を介して電気的に接続された平板アンテナ２０９が備えられている。さらに、エッチング処理室２０１内部の下部には、処理対象のウエハ２１４がその上面に載せられて保持される円筒形を有した処理台２１１が備えられ、処理台２１１内部に配置された金属製の円板または円筒形状の電極部材が、真空容器の外部に配置されたバイアス整合器２０６を介して同じく外部のバイアス電源２０５と同軸ケーブルにより電気的に接続されている。

本例のプラズマ処理装置のソース電源２０３及びバイアス電源２０５は所定の周波数の高周波電力を各々平板アンテナまたは処理台２１１内の電極に供給するものであるが、その出力はパルス状に振幅が増減するものである。すなわち、高周波電力は大小複数の所定の大きさの振幅に変化するものであって、各々の振幅となる期間は各々が予め定められている。そして、このような振幅の変化は所定の周期で繰り返されるものとなっている。

特に、本例では、複数の振幅のうち小さい方は値が０または大きな方の振幅の値と比べてこれと見做せる程度の値であって、高周波電力が所定の周期で所定の期間だけオンとなるパルス状の変化が繰り返されるものとなっている。以下、当該所定の周期に対応する繰り返しの周波数をパルス周波数、オンとなる期間とオフとなる期間との比率または繰り返しの周期との比率をデューティ比、オンの期間での振幅の大きさを出力強度と呼称する。

また、プラズマ処理装置は、上記の各部と通信可能に接続されそれらの動作を検知するセンサ等の検知器からの出力を受信し、その結果に応じて各部の動作を調節する指令信号を発信する制御器２０７を備えている。そして、ソース電源２０３およびバイアス電源２０５の出力強度、出力モード、パルス出力時のパルス周波数およびデューティ比は、制御器２０７からの指令に応じて調節される。本例の制御器２０７は、パルス出力時のパルス周波数およびデューティ比に応じたトリガー信号を生成するパルス発生器２０８を有している。

ここにおいて、ソース電源２０３およびバイアス電源２０５は、制御部２２１，２３１と発振部２２２，２３２、分配部２２３，２３３、増幅部２２４，２３４、合成部２２５，２３５、高周波検出部２２６，２３６を備えて構成されている。制御器２０７から発信される指令信号を受信したソース電源２０３およびバイアス電源２０５は、当該指令に応じた出力となるように、制御部２２１、２３１が出力を制御する。

水晶発振回路等の発振部２２２、２３２から出力される高周波は、分配部２２３，２３３において分岐され、増幅部２２４，２３４において増幅された後、合成部２２５，２３５にて合成され、ソース電源２０３およびバイアス電源２０５から出力される。制御部２２１，２３１には、高周波検出部２２６，２３６において検出された出力値がフィードバックされ、設定通りの出力となるよう調節が行われる。

このようなフィードバック回路によって高周波電力の出力が調節されるには、数ｍｓから数十ｍｓの時間を要する。また、本例のソース電源２０３およびバイアス電源２０５は、パルス発生器２０８から出力されるパルス周波数１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ、デューティ比１０〜９０％である外部トリガーパルス信号に同期して、パルス出力する機能を有するものである。

アルミニウムなどの導電性材料から構成され接地されている円筒形状のエッチング処理室２０１はその上方が円形の平板アンテナ２０９に覆われており、その下方にはエッチング処理室２０１の天井面を構成してエッチング用のガスをエッチング処理室２０１内に上方から半径方向及び周方向に均等に導入するように均等に分布させて配置された複数個のガス導入口２１２を下面に有した円板状のシャワープレート２１０が配置されている。さらに内部の下方部には、シャワープレート２１０またはエッチング処理室２０１の円筒の中心軸とその軸を合致させて配置された円筒形を有した処理台２１１がその上面をシャワープレート２１０と対向させて配置されていている。

本例のエッチング処理室２０１を囲む真空容器の外側の周囲には、エッチング処理室２０１に磁場を導入するためのコイル２１３が、エッチング処理室２０１を囲んで配置されている。コイル２１３はエッチング処理室２０１の中心軸と同軸となるように円筒形または円板形を有して、複数のコイルが周方向に均等に巻かれて配置されている。

エッチング処理対象のウエハ２１４は、次の過程を経て処理される。処理台２１１にウエハ２１４が配置された状態で、ガス導入口２１２からエッチング処理用のガスが流入する。平板アンテナ２０９にソース電源２０３より高周波電力が出力されて印加されることでエッチング処理室２０１内に高周波の電界が形成される。

さらに、コイル２１３に直流電流が供給されて形成された磁界がエッチング処理室２０１の内部に供給される。この際、高周波電力による電界と磁界とによる相互作用が生起され、電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）により処理用のガスの原子または分子が励起され高密度のプラズマ２１５が処理台２１１上方のエッチング処理室２０１内に生成される。

この状態で、処理台２１１内部の電極にバイアス電源２０５からの高周波電力が印加されることで、ウエハ２１４上面上方に所定の電位を有したプラズマとの間の電位差に応じてバイアス電位が形成される。プラズマ２１５中のイオン等の荷電粒子は、バイアス電位とプラズマの電位との差の大きさに応じてそのエネルギーを制御されながらウエハ２１４上面の膜構造に向って誘引されて衝突することでプラズマ２１５中に形成され当該膜構造表面に付着したラジカル（活性種）と膜層の材料との化学的、物理的反応を促進しエッチング処理が行われる。

このようなエッチング処理を適切に実施するために定められる必要な各種パラメータ（ガス種、ガス圧、ガスの混合比、ソース電源２０３の出力強度、バイアス電源２０５の出力強度等）は、予め一連の処理ステップをまとめたレシピとして制御器２０７内のＲＡＭ等のメモリやＣＤ−ＲＯＭ等の着脱可能な外部記録装置を有する記憶装置に記憶されており、処理ステップ毎にパラメータの値が記憶され処理の条件に関する情報が更新される。

図３乃至図４は、図１に示す第１の実施例に係るプラズマ処理装置の処理ステップの変更の際の動作の流れを示すフローチャートである。このフローチャートは、制御器２０７がパルス出力を継続させたままソース電源２０３またはバイアス電源２０５の少なくとも何れかの出力の設定を変更する動作に関して記載している。

図３のステップ３００より、処理ステップの変更が開始され、ステップ３０１に移行する。本図のステップ３０１では、制御器２０７が現行の処理ステップと次に実行される予定の処理ステップとのその出力の強度を比較する。

次の処理ステップの出力の強度が高くなると判定された場合は外部トリガーパルス設定（ステップ４００）へ、低くなる場合はステップ３２０へ、変わらない場合は、高くなる場合と同様に外部トリガーパルス設定（ステップ４００）の各ステップへ移行する。ステップ４００の外部トリガーパルス設定での動作については図４において説明する。

制御器２０７がステップ３０１にて出力の強度が高くなると判定した場合は、ステップ４００の外部トリガーパルス設定の後ステップ３１０へ移行する。制御器２０７は、ステップ３１０で次の処理ステップにおける設定値となるよう出力に強度を調節してステップ３１１へ移行する。ステップ３１１では、調節された出力が設定された強度であるかを検出する。設定された値になっていない、あるいは調節が終了していないと判定された場合には、ステップ３１０に戻って再度の調節がされた後にステップ３１１において判定を繰り返す。設定値またはその許容範囲内の値にされていると判定された場合には、ステップ３３０の処理ステップの切り替え完了の動作へ移行する。

制御器２０７によりステップ３２０において次の処理ステップにおいて設定される値となるよう出力の強度が調節された後、ステップ３２１へ移行する。ステップ３２１では、ステップ３１１と同様に設定通りの出力の強度に調節されているかが判定され、調節されていないと判定された場合には、ステップ３２０に移行して再度調節した後ステップ３２１において調節されていると判定されるまで処理を繰り返す。

設定された値またはその許容範囲内の値に調節されたと判定された場合には、制御器２０７はステップ４００の外部トリガーパルス設定のフローに移行してこれを実行する。さらに、図４に示す外部トリガーパルス設定の動作フローが終了した後、ステップ３３０に移行して処理ステップの変更を終了する。

制御器２０７は、ステップ３０１において出力の強度が変わらない又は変更後の値は元の強度の所定の範囲内の値に留まると判定した場合には、ステップ４００に移行して外部トリガーパルス設定を行った後、ステップ３３０に移行して処理ステップの変更を終了する。

図４に、図３に示した外部トリガーパルス設定の動作の流れを示す。図４は、図３に示した第１の実施例のプラズマ処理装置における外部トリガーパルス設定の動作の流れを示すフローチャートである。

本図において、外部トリガーパルス設定の動作は、前後２つの処理のステップの前者の高周波電力のデューティ比と周波数とを後者のものに変更する。まず、制御器２０７がステップ４０１において現行あるいは前の処理ステップと次の処理ステップとのデューティ比を比較する。次の処理ステップにおいてデューティ比が高くなると判定された場合には、外部トリガーパルス設定はステップ４１０へ、低くなる場合はステップ４２０へ、変わらない場合は、ステップ４３０に移行する。

ステップ４１０では、制御器２０７がレシピの情報を読み出してこれに示された次の処理ステップにおける設定値となるようパルス周波数を調節する。その後、ステップ４１１において、制御器２０７がレシピの情報の通りにパルス周波数が調節されたか否かを判定する。

調節されていないと判定された場合には、ステップ４１０に戻り再度パルス周波数を調節した後にステップ４１１において判定する動作を当該パルス周波数が調節されたと判定されるまで繰り返す。制御器２０７が調節されたと判定した場合は、ステップ４１２において、読み出したレシピの情報に基づいて次の処理ステップにおける設定値となるようにデューティ比を調節する。

その後、ステップ４１３において、制御器２０７がレシピの情報の通りにデューティ比が調節されたか否かを判定する。調節されていないと判定された場合には、ステップ４１２に戻り再度デューティ比を調節をした後にステップ４１３において判定する動作を当該デューティ比が調節されたと判定されるまで繰り返す。制御器２０７は、調節されたと判定した場合には、外部トリガーパルス設定４００を終了して、図３のフローに戻り所定の次のステップに移行する。

ステップ４２０では、制御器２０７が次の処理ステップにおける設定値となるようにデューティ比を調整する。ステップ４２１では、制御器２０７がレシピの情報の通りにデューティ比が調節されたか否かを判定する。

調節されていないと判定された場合には、ステップ４２０に戻り再度デューティ比を調節をした後にステップ４２１において判定する動作を当該デューティ比が調節されたと判定されるまで繰り返す。制御器２０７は、調節されたと判定した場合には、ステップ４２２へ移行する。

ステップ４２２では、次の処理ステップの設定値となるようにパルス周波数が調節される。ステップ４２３では、制御器２０７がレシピの情報の設定値の通りにパルス周波数が調節されたか否かを判定する。

調節されていないと判定された場合には、ステップ４２２に戻り再度パルス周波数を調節をした後にステップ４２３において判定する動作を当該デューティ比が調節されたと判定されるまで繰り返す。制御器２０７は、調節されたと判定した場合には、外部トリガーパルス設定４００を終了して、図３のフローに戻り所定の次のステップに移行する。

ステップ４３０では、次の処理ステップの設定値となるようパルス周波数が調節される。ステップ４３１では、制御器２０７がレシピの情報の設定値の通りにパルス周波数が調節されたか否かを判定する。

調節されていないと判定された場合には、ステップ４３０に戻り再度パルス周波数を調節をした後にステップ４３１において判定する動作を当該デューティ比が調節されたと判定されるまで繰り返す。制御器２０７は、調節されたと判定した場合には、外部トリガーパルス設定４００を終了して、図３のフローに戻り所定の次のステップに移行する。

以上のように、現行または直前の処理ステップと次の処理ステップの出力の強度とデューティ比とを比較し、フローチャートに従って各種パラメータを設定していくことで、高周波電源が設定値よりも長く高い出力強度で出力しないように調節される。ここで、各種パラメータは、フローチャートに従うよう制御器２０７によって順次設定の値が変更される。

上記の実施例では、制御部２０７の動作を説明したが、ソース電源２０３またはバイアス電源２０５が前後２つの処理ステップでの各々の出力強度およびデューティ比を比較し、図３乃至図４のフローチャートに従って出力の設定を変更してもよい。

図５は、図１に示す第１の実施例に係るプラズマ処理装置において前後２つの処理ステップの前者から後者に移行する際の電源の出力の設定を変更する場合分けを示す表である。前の処理ステップと次の処理ステップとで出力のパラメータを比較し、出力強度、デューティ比、パルス周波数の３つのパラメータが高くなるか低くなるかで場合分けしたものを示している。

次に、本表の６００から１３００の８つのケースに関して図３乃至図４のフローチャートの妥当性について説明する。図６乃至図１３は、図１に示す第１の実施例に係る処理ステップの移行の際に高周波電力のパラメータの切り替える場合毎の電源からの出力の変化を模式的に示す表である。これらの図の各々において、出力の強度、デューティ比、パルス周波数が同時に切り替わる処理ステップの理想的な切り替えと、設定値よりも長く高い出力強度で出力する場合、ならびに図３乃至図４のフローチャートに従い処理ステップの切り替えを行った場合をそれぞれ説明している。

図６のケース６００は、図５に示すケース６００において出力強度、デューティ比、パルス周波数のいずれもが高くなる場合での電源の出力の変化を示す表である。６０１には、理想的な処理ステップの切り替えを示している。６０７は、図３乃至図４のフローチャートに従い各設定値を切り替えた場合を示しており、６０２から６０６は、その他の順序で各設定値を切り替えた場合を示している。

ここで、６０２から６０６の処理ステップの切り替えと６０７の処理ステップの切り替えを比較すると、６０２，６０３，６０４，６０６は、処理ステップの移行中においても６０７よりも高い出力強度で出力している期間長くなっている。特に６０２と６０４では、処理ステップの移行後の設定値よりも長く高い出力強度で出力している。また、６０５は、高い出力強度で出力している期間は６０７と変わらないものの、低い出力強度で出力している期間が長くなっている。

図７から図１３に示した各ケースに対しても、図６のケース６００の場合についてと同様の検討を行った。いずれのケーススタディ結果においても、図３乃至図４のフローチャートに従い各設定値を切り替えた場合が、出力強度は低く、出力期間は短くなることが判った。

このことから、図３乃至図４のフローチャートに従い処理ステップの移行を行うことで、高周波電源が設定以上の出力強度で出力をしないよう制御できることが分かる。これにより、電子温度や解離度の高いプラズマ生成を抑止し、半導体ウエハへのダメージを与えることのないエッチング処理条件を提供できる。

上記実施例では、ソース電源２０３及びバイアス電源２０５の両者がパルス状の高周波電力を出力する構成を備えているが、本発明はこれに限られたものではない。本願発明は、少なくとも何れか一方の電源が電力をパルス状に出力するものである場合に、当該何れか一方において上記の処理ステップの移行の際に電力の出力の変更を実施することで同様の作用・効果を奏することができるものである。

第１の実施例では、ステップ４００の外部トリガーパルス設定において、ソース電源２０３またはバイアス電源２０５からの高周波電力の出力のデューティ比とパルス周波数とを順次切り替えるよう制御を行った例を示したが、デューティ比とパルス周波数を並行して切り替えることができるようにパルス発生器２０８を構成することも可能である。特に、演算器と記憶装置と通信手段とのインターフェースとを備えたマイクロコンピュータ等の演算用のデバイスの一部としてパルス発生器２０８が備えられた場合には、ソース電源２０３およびバイアス電源２０５各々で実施される出力の制御に比べて、一般に十分の一以下程度の短時間で外部トリガーパルス信号の切り替えを行うことが可能である。

以下説明する実施例では、時定数の大きな出力強度の設定と時定数の小さな外部トリガーパルス信号の設定の切り替え順序を制御する例について、図２，３および図１４を用いて説明する。

本実施例に係るプラズマ処理装置は、第１の実施例にて説明した装置と同様である。図３および図１４は、本発明の第２の実施例に掛かる処理ステップ切り替え時のフローチャートである。図１４は、本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理装置において処理ステップが移行される際の外部トリガーパルス設定の動作の流れを示すフローチャートである。

図３に示した電源からの出力の各種パラメータの設定を変更する動作の流れは、第１の実施例と同様である。ただし、第２の実施例における外部トリガーパルス設定は、ソース電源２０３またはバイアス電源２０５の各々の電源に備えられた、或いはこれらと通信可能に接続された制御器２０７内部に配置された各々の電源用の出力制御用パルス発生器２０８において、ステップ４００ではなく、図１４においてステップ１４００として示す外部トリガーパルス設定に沿って実施される。

図１４の外部トリガーパルス設定（ステップ１４００）では、まずステップ１４０１において次の処理ステップにおける処理の条件で設定される値となるようにソース電源２０３またはバイアス電源２０５からの高周波電力のパルス周波数およびデューティ比を、各々の電源に対応する各々用のパルス発生器２０８を備えた制御２０７が並行して調節する。次に、ステップ１４０２において、各々の電源用のパルス発生器２０８を備えた制御器２０７が、上記設定の通りにパルス周波数およびデューティ比が調節されたか否かを検出して判定し、調節されていないと判定した場合には、制外部トリガーパルス設定１４００はステップ１４０１に戻って再度調節を行った後ステップ１４０２での判定を設定値に調節されたか許容範囲内の値となったと判定されるまで繰り返す。その後、制御器２０７は外部トリガーパルス設定１４００を終了して図３のフローに戻る。

以上のように、図３および図１４のフローチャートに従って出力強度と外部トリガーパルス信号を設定していくことで、高周波電源が設定値よりも長く高い出力強度で出力しないよう制御できる。また、第１の実施例の図６乃至図１３のケーススタディ結果において、適切な切り替え順では、パルス周波数およびデューティ比の調整を連続して行なっている。そのため、パルス周波数およびデューティ比を並行して調整する第２の実施例のフローチャートにおいても適切な順序で出力設定を切り替えることができる。

２０１…エッチング処理室
２０２…ターボ分子ポンプ
２０３…ソース電源
２０４…ソース整合器
２０５…バイアス電源
２０６…バイアス整合器
２０７…制御器
２０８…パルス発生器
２０９…平板アンテナ
２１０…シャワープレート
２１１…処理台
２１２…ガス導入口
２１３…コイル
２１４…ウエハ
２１５…プラズマ。

Claims (8)

1. 真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に処理対象のウエハを配置し、前記処理室内にプラズマ形成用の第１の高周波電力による電界を供給してプラズマを形成し、前記試料台内部に配置された電極にバイアス電位形成用の第２の高周波電力を供給して前記ウエハ上面の膜を処理するプラズマ処理方法であって、
   前記第１及び第２の高周波電力のうち少なくとも何れかは、各々所定の期間だけ所定の複数の振幅になる変化を所定の周期で繰り返すものであり、
   前記膜の処理中に、前記少なくとも何れかの高周波電力の前記周期、前記期間の比率及び振幅のうちで前記振幅の所定の大きさを最後に増加させる、または前記振幅の所定の大きさを最初に減少させて当該高周波電力の供給を変化させる工程を備えたプラズマ処理方法。
   
2. 請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記工程において前記少なくとも何れかの高周波電力の前記周期、比率のうち先に何れか一方を減少させ後に他方を増大させるプラズマ処理方法。
   
3. 請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記工程において前記少なくとも何れかの高周波電力の前記周期を増大させて後に前記比率を増大させるプラズマ処理方法。
   
4. 請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記工程において前記少なくとも何れかの高周波電力の前記比率を減少させて後に前記周期を減少させるプラズマ処理方法。
   
5. 真空容器内部に配置された処理室と、この処理室内に配置され上面に処理対象のウエハが配置される試料台とを備え、前記処理室内にプラズマ形成用の第１の高周波電力による電界を供給してプラズマを形成し、前記試料台内部に配置された電極にバイアス電位形成用の第２の高周波電力を供給して前記ウエハ上面の膜を処理するプラズマ処理装置であって、
   前記第１及び第２の高周波電力のうち少なくとも何れかは、各々所定の期間だけ所定の複数の振幅になる変化を所定の周期で繰り返すものであり、
   前記膜の処理中に、前記少なくとも何れかの高周波電力の前記周期、前記期間の比率及び振幅のうちで前記振幅の所定の大きさを最後に増加させる、または前記振幅の所定の大きさを最初に減少させて当該高周波電力の供給を変化させる制御部を備えたプラズマ処理装置。
   
6. 請求項５に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記制御部が前記少なくとも何れかの高周波電力の前記周期、比率のうち先に何れか一方を減少させ後に他方を増大させるプラズマ処理装置。
   
7. 請求項５に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記制御部が前記少なくとも何れかの高周波電力の前記周期を増大させて後に前記比率を増大させるプラズマ処理装置。
   
8. 請求項５に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記制御部が前記少なくとも何れかの高周波電力の前記比率を減少させて後に前記周期を減少させるプラズマ処理装置。