JP2019220435A - プラズマ処理装置及びプラズマを生成する方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマを生成する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】パルス状の高周波電力が利用される場合において、反射波を低減することが可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】例示的実施形態に係るプラズマ処理装置は、チャンバ、高周波電源部、及び補正信号生成部を備える。高周波電源部は、第１の期間においてパルス状の高周波電力を出力する。高周波電源部は、第１の期間の後の一以上の第２の期間において合成高周波電力を出力する。補正信号生成部は、第１の期間における反射波モニタ信号に対して逆位相で振動する補正信号を生成する。高周波電源部は、補正信号を用いて合成高周波電力を生成する。電源部は、第１の期間におけるパルス状の高周波電力の出力と一以上の第２の期間における合成高周波電力の出力を交互に繰り返すように構成されている。【選択図】図１

Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマを生成する方法に関するものである。
電子デバイスの製造のために、プラズマ処理が行われている。プラズマ処理では、プラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置は、チャンバ及び高周波電源を備える。高周波電源は、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために、高周波電力を出力するように構成されている。
プラズマ処理装置では、高周波電力に対する反射波を低減するために、整合器が高周波電源と負荷との間に設けられている。整合器については、特許文献１〜３に記載されている。
特開平１０−２４１８９５号公報 特表２０１８−５０４８６４号公報 特許第３６２９７０５号明細書
プラズマ処理装置では、プラズマの生成のためにパルス状の高周波電力が利用されることがある。パルス状の高周波電力が利用される場合においても、反射波を低減することが求められる。
一つの例示的実施形態によれば、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、高周波電源部、及び補正信号生成部を備える。高周波電源部は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために、パルス状の高周波電力又は合成高周波電力を出力するように構成されている。合成高周波電力は、パルス状の高周波電力と補正高周波電力との合成電力である。補正高周波電力は、パルス状の高周波電力に対する反射波に対して逆位相で振動する電力である。補正信号生成部は、補正信号を生成するよう構成されている。補正信号は、パルス状の高周波電力に対する反射波を表す反射波モニタ信号に対して逆位相で振動する信号である。高周波電源部は、第１の期間においてパルス状の高周波電力を出力するように構成されている。補正信号生成部は、第１の期間における反射波モニタ信号から補正信号を生成するように構成されている。高周波電源部は、第１の期間の後の一以上の第２の期間の各々において、補正信号を用いて生成した合成高周波電力を出力するように構成されている。高周波電源部は、第１の期間におけるパルス状の高周波電力の出力と一以上の第２の期間における合成高周波電力の出力を交互に繰り返すように構成されている。
パルス状の高周波電力が利用される場合において、反射波を低減することが可能となる。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図１に示すプラズマ処理装置の高周波電源部の構成の一例及び補正信号生成部の構成の一例を示す図である。 図１に示すプラズマ処理装置におけるプラズマの生成に関連するタイミングチャートの一例を示す図である。 図１に示すプラズマ処理装置において生成される反射波モニタ信号の一例及び逆相信号の一例を示す図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマを生成する方法を示す流れ図である。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、高周波電源部、及び補正信号生成部を備える。高周波電源部は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために、パルス状の高周波電力又は合成高周波電力を出力するように構成されている。合成高周波電力は、パルス状の高周波電力と補正高周波電力との合成電力である。補正高周波電力は、パルス状の高周波電力に対する反射波に対して逆位相で振動する電力である。補正信号生成部は、補正信号を生成するよう構成されている。補正信号は、パルス状の高周波電力に対する反射波を表す反射波モニタ信号に対して逆位相で振動する信号である。高周波電源部は、第１の期間においてパルス状の高周波電力を出力するように構成されている。補正信号生成部は、第１の期間における反射波モニタ信号から補正信号を生成するように構成されている。高周波電源部は、第１の期間の後の一以上の第２の期間の各々において、補正信号を用いて生成した合成高周波電力を出力するように構成されている。高周波電源部は、第１の期間におけるパルス状の高周波電力の出力と一以上の第２の期間における合成高周波電力の出力を交互に繰り返すように構成されている。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置では、一以上の第２の期間の各々において、合成高周波電力が出力される。合成高周波電力に含まれる補正高周波電力は、反射波モニタ信号に対して逆位相で振動する補正信号を用いて生成されている。したがって、このプラズマ処理装置によれば、一以上の第２の期間の各々において、反射波が低減される。また、第１の期間においてパルス状の高周波電力を出力することにより補正信号が生成された後に、一以上の第２の期間の各々において当該補正信号を用いて合成高周波電力が生成される。第１の期間と一以上の第２の期間とは交互に繰り返す。したがって、反射波の低減に適した合成高周波電力を適時に更新することができる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、方向性結合器を更に備える。方向性結合器は、高周波電源部から出力されたパルス状の高周波電力及び合成高周波電力がその上で伝送される電気経路上に設けられている。補正信号生成部は、方向性結合器によって出力された反射波モニタ信号から補正信号を生成するよう構成されている。高周波電源部は、高周波信号発生器、加算器、及び増幅器を有する。高周波信号発生器は、パルス状の高周波信号を発生するよう構成されている。加算器は、パルス状の高周波信号に補正信号を加算することにより合成高周波信号を生成するように構成されている。増幅器は、パルス状の高周波信号を増幅することによりパルス状の高周波電力を生成し、合成高周波信号を増幅することにより合成高周波電力を生成するように構成されている。第１の期間では、補正信号がパルス状の高周波信号に加算されない。
一つの例示的実施形態において、第１の期間及び一以上の第２の期間は、所定の周波数で規定される連続する複数の周期とそれぞれ同一の期間であってもよい。
一つの例示的実施形態において、補正信号生成部は、反射波モニタ信号の逆相信号を生成し、増幅器の入力信号の振幅に対する増幅率の依存性を解消するように逆相信号を補正することにより補正信号を生成するように構成されている。増幅器の増幅率は、入力信号の振幅に対して依存性、即ち増幅率の振幅依存性を有することがある。この実施形態によれば、増幅器の増幅率の振幅依存性を予め打ち消すように補正信号が生成される。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、上記高周波電源部を第１の高周波電源部として備える。プラズマ処理装置は、支持台、第２の高周波電源部、及び同期信号発生器を更に備える。支持台は、下部電極を有する。支持台は、チャンバの中で基板を支持するように構成されている。第２の高周波電源部は、支持台に電気的に接続されており、別の高周波電力を出力するように構成されている。別の高周波電力の周波数は、パルス状の高周波電力の周波数よりも低い。同期信号発生器は、別の高周波電力に同期した同期信号を発生するように構成されている。第１の期間及び一以上の第２の期間は、別の高周波電力の連続する複数の周期とそれぞれ同一である。第１の高周波電源部は、同期信号に応じて第１の期間においてパルス状の高周波電力を生成し、同期信号に応じて一以上の第２の期間の各々において合成高周波電力を生成するように構成されている。
別の例示的実施形態においては、プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する方法が提供される。この方法は、（ｉ）チャンバ内でガスからプラズマを生成するために、第１の期間においてパルス状の高周波電力を出力する工程と、（ｉｉ）パルス状の高周波電力に対する反射波を表す反射波モニタ信号に対して逆位相で振動する補正信号を生成する工程と、（ｉｉｉ）チャンバ内でガスからプラズマを生成するために、第１の期間の後の一以上の第２の期間の各々において、合成高周波電力を出力する工程と、を含む。合成高周波電力は、パルス状の高周波電力と補正高周波電力との合成電力である。補正高周波電力は、パルス状の高周波電力に対する反射波に対して逆位相で振動する電力である。補正高周波電力は、補正信号を用いて生成される。パルス状の高周波電力を出力する工程及び合成高周波電力を出力する工程は、第１の期間におけるパルス状の高周波電力の出力と一以上の第２の期間における合成高周波電力の出力が交互に繰り返されるように、実行される。
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型プラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。
チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体１２の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。耐腐食性を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。
チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成されている。支持部１３は、略円筒形状を有している。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、支持台１４を支持している。支持台１４は、内部空間１０ｓの中に設けられている。支持台１４は、チャンバ１０内、即ち内部空間１０ｓの中で、基板Ｗを支持するように構成されている。
支持台１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。支持台１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面の上には、基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有し、誘電体から形成されている。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。
下部電極１８の周縁部上には、基板Ｗのエッジを囲むように、フォーカスリングＦＲが配置される。フォーカスリングＦＲは、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。
下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１０の外部に設けられているチラーユニット２２から配管２２ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニット２２に戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。
プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２４は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、支持台１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａは、天板３４をその板厚方向に貫通している。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６には、複数のガス孔３６ｂが形成されている。複数のガス孔３６ｂは、ガス拡散室３６ａから下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応の開閉バルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。
プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、支持部１３の外周にも設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２にエッチング副生物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。
支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。
プラズマ処理装置１は、高周波電源部６１を更に備えている。高周波電源部６１は、一例の第１の高周波電源部である。高周波電源部６１は、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成するために、高周波電力ＨＦを出力するように構成されている。高周波電力ＨＦの基本周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。一例では、高周波電力ＨＦの基本周波数は、４０．６８ＭＨｚである。
高周波電源部６１は、整合器６３を介して下部電極１８に電気的に接続されている。整合器６３は、整合回路を有している。整合器６３の整合回路は、高周波電源部６１の負荷側（下部電極側）のインピーダンスを、高周波電源部６１の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。別の実施形態では、高周波電源部６１は、整合器６３を介して上部電極３０に電気的に接続されていてもよい。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、方向性結合器６５を更に備え得る。方向性結合器６５は、電気経路ＥＰ１上に設けられている。高周波電力ＨＦは、高周波電源部６１によって出力されて電気経路ＥＰ１上で伝送される。一実施形態において、方向性結合器６５は、高周波電源部６１と整合器６３との間に設けられている。方向性結合器６５は、高周波電力ＨＦに対する反射波の一部を電気経路ＥＰ１から分岐させる。方向性結合器６５は、当該反射波の一部を反射波モニタ信号ＭＳとして出力する。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、高周波電源部６２を更に備え得る。高周波電源部６２は、第２の高周波電源部の一例である。高周波電源部６２は、高周波電力ＬＦを出力するように構成されている。高周波電力ＬＦは、主としてイオンを基板Ｗに引き込むことに適した周波数を有する。高周波電力ＬＦの基本周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。一例では、高周波電力ＬＦの基本周波数は、４００ｋＨｚである。
高周波電源部６２は、整合器６４を介して下部電極１８に電気的に接続されている。整合器６４は、整合回路を有している。整合器６４の整合回路は、高周波電源部６２の負荷側（下部電極側）のインピーダンスを、高周波電源部６２の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、方向性結合器６６を更に備え得る。方向性結合器６６は、電気経路ＥＰ２上に設けられている。高周波電力ＬＦは、高周波電源部６２によって出力されて電気経路ＥＰ２上で伝送される。一実施形態において、方向性結合器６６は、高周波電源部６２と整合器６４との間に設けられている。方向性結合器６６は、高周波電力ＬＦに対する反射波の一部を電気経路ＥＰ２から分岐させる。方向性結合器６６は、当該反射波の一部を反射波モニタ信号として出力する。方向性結合器６６からの反射波モニタ信号は、例えば高周波電力ＬＦのパワー制御のために利用される。
プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部８０の記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、制御部８０のプロセッサによって実行される。制御部８０のプロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御することにより、後述する方法ＭＴがプラズマ処理装置１で実行される。
以下、図１に加えて、図２、図３、及び図４を参照する。図２は、図１に示すプラズマ処理装置の電源部の構成の一例及び補正信号生成部の構成の一例を示す図である。図３は、図１に示すプラズマ処理装置におけるプラズマの生成に関連するタイミングチャートの一例を示す図である。図４は、図１に示すプラズマ処理装置において生成される反射波モニタ信号の一例及び逆相信号の一例を示す図である。
高周波電源部６１は、図３に示すように、高周波電力ＨＦとして、パルス状の高周波電力ＰＨＦ又は合成高周波電力ＳＨＦを出力するように構成されている。パルス状の高周波電力ＰＨＦは、ある期間内での電力レベルが当該期間の前後の期間内での電力レベルよりも高くなるようにその電力レベルが設定された高周波電力である。一例では、パルス状の高周波電力ＰＨＦは、ある期間においてＯＮ状態に設定され、当該期間の前後の期間においてＯＦＦ状態に設定される。即ち、一例では、パルス状の高周波電力ＰＨＦは、ある期間においてプラズマを生成するための電力レベルを有し、当該期間の前後の期間において０Ｗに設定される。
合成高周波電力ＳＨＦは、パルス状の高周波電力ＰＨＦと補正高周波電力との合成電力である。補正高周波電力は、パルス状の高周波電力ＰＨＦに対する反射波に対して逆位相で振動する電力である。
高周波電源部６１は、第１の期間Ｐ１においてパルス状の高周波電力ＰＨＦを出力するように構成されている。第１の期間Ｐ１内でパルス状の高周波電力ＰＨＦの出力が開始されるタイミング及び第１の期間Ｐ１内でパルス状の高周波電力ＰＨＦが出力される時間長は、制御部８０から高周波電源部６１に指定される。高周波電源部６１は、一以上の第２の期間Ｐ２の各々において、合成高周波電力ＳＨＦを出力するように構成されている。一以上の第２の期間Ｐ２は、第１の期間Ｐ１の後の期間である。一以上の第２の期間Ｐ２は、第１の期間Ｐ１に順に続いてもよい。一以上の第２の期間Ｐ２の各々の時間長は、第１の期間Ｐ１の時間長と同一であり得る。第１の期間Ｐ１及び一以上の第２の期間Ｐ２は、所定の周波数で規定される連続する複数の周期とそれぞれ同一の期間であってもよい。
高周波電源部６１は、第１の期間Ｐ１におけるパルス状の高周波電力ＰＨＦの出力と一以上の第２の期間Ｐ２における合成高周波電力ＳＨＦの出力を交互に繰り返すように構成されている。なお、図３に示す例では、第１の期間Ｐ１の後に四つの第２の期間Ｐ２が続いているが、第１の期間Ｐ１の後の第２の期間の数は限定されるものではない。
高周波電源部６１は、補正信号ＣＳを用いて合成高周波電力ＳＨＦを生成するように構成されている。補正信号ＣＳは、補正信号生成部７０によって生成される。補正信号生成部７０は、第１の期間Ｐ１における反射波モニタ信号ＭＳから補正信号ＣＳを生成するように構成されている。反射波モニタ信号ＭＳは、方向性結合器６５によって出力される。補正信号ＣＳは、反射波モニタ信号ＭＳに対して逆位相で振動する信号である。
一実施形態において、補正信号生成部７０は、Ａ／Ｄ変換器７０ａ、演算器７０ｂ、及び、Ｄ／Ａ変換器７０ｃを有する。Ａ／Ｄ変換器７０ａは、反射波モニタ信号ＭＳに対してＡ／Ｄ変換を実行して、デジタル信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器７０ａによって生成されたデジタル信号は、反射波モニタデジタル信号として、演算器７０ｂに与えられる。演算器７０ｂは、例えばプロセッサである。演算器７０ｂは、反射波モニタデジタル信号の逆相信号ＲＳを生成する。図４に示すように、逆相信号ＲＳは、反射波モニタ信号ＭＳに対して逆位相で振動する信号であり、逆相信号ＲＳは、反射波モニタ信号ＭＳに対する１８０°の位相反転処理のみによって生成される。
一実施形態では、補正信号ＣＳは、逆相信号ＲＳのＤ／Ａ変換により生成されるアナログ信号であってもよい。即ち、演算器７０ｂは、逆相信号ＲＳを補正デジタル信号として出力してもよい。別の実施形態では、補正信号生成部７０は、逆相信号ＲＳを補正することにより補正信号を生成するように構成されていてもよい。具体的には、演算器７０ｂは、増幅器６１ｃの入力信号の振幅に対する増幅率の依存性（非線形の依存性）を解消するように逆相信号ＲＳの振幅を補正することにより、補正デジタル信号を生成してもよい。
演算器７０ｂによって生成された補正デジタル信号は、Ｄ／Ａ変換器７０ｃに与えられる。Ｄ／Ａ変換器７０ｃは、入力された補正デジタル信号に対してＤ／Ａ変換を実行して、補正信号ＣＳ（アナログ信号）を生成する。Ｄ／Ａ変換器７０ｃによって生成された補正信号ＣＳは、高周波電源部６１に与えられる。
補正信号生成部７０は、第１の期間Ｐ１においては補正信号ＣＳを高周波電源部６１に与えない。一方、補正信号生成部７０は、第１の期間Ｐ１の後の一以上の第２の期間Ｐ２の各々においては、補正信号ＣＳを高周波電源部６１に与える。
一実施形態において、高周波電源部６１は、高周波信号発生器６１ａ、加算器６１ｂ、及び増幅器６１ｃを有している。高周波信号発生器６１ａは、パルス状の高周波信号ＰＳを発生するように構成されている。高周波信号発生器６１ａは、例えばファンクションジェネレータである。高周波信号発生器６１ａによって発生されるパルス状の高周波信号ＰＳの基本周波数は、高周波電力ＨＦの基本周波数と同一である。
高周波信号発生器６１ａは、第１の期間Ｐ１及び一以上の第２の期間Ｐ２の各々においてパルス状の高周波信号ＰＳを出力するように構成されている。第１の期間Ｐ１及び一以上の第２の期間Ｐ２の各々において、高周波信号発生器６１ａがパルス状の高周波信号ＰＳの出力を開始するタイミングは、制御部８０から高周波信号発生器６１ａに指定される。また、第１の期間Ｐ１及び一以上の第２の期間Ｐ２の各々において、高周波信号発生器６１ａがパルス状の高周波信号ＰＳを出力する時間長は、制御部８０から高周波信号発生器６１ａに指定される。
加算器６１ｂは、高周波信号発生器６１ａからパルス状の高周波信号ＰＳを受ける。また、加算器６１ｂは、補正信号生成部７０から補正信号ＣＳを受ける。加算器６１ｂは、パルス状の高周波信号ＰＳに補正信号ＣＳを加算して、合成高周波信号ＡＳを生成するように構成されている。補正信号ＣＳが与えられない場合には、加算器６１ｂは、パルス状の高周波信号ＰＳを出力する。増幅器６１ｃは、パルス状の高周波信号ＰＳを増幅することによりパルス状の高周波電力ＰＨＦを生成するように構成されている。また、増幅器６１ｃは、合成高周波信号ＡＳを増幅することにより合成高周波電力ＳＨＦを生成するように構成されている。
一実施形態において、高周波電源部６２は、高周波信号発生器６２ａ及び増幅器６２ｃを有している。高周波信号発生器６２ａは、高周波信号を発生するように構成されている。高周波信号発生器６２ａは、例えばファンクションジェネレータである。高周波信号発生器６２ａによって発生される高周波信号の周波数は、高周波電力ＬＦの周波数と同一である。増幅器６２ｃは、高周波信号発生器６２ａからの高周波信号を増幅して、高周波電力ＬＦを生成する。高周波信号発生器６２ａは、連続的に高周波信号を発生してもよい。即ち、高周波電源部６２は、連続的に高周波電力ＬＦを出力してもよい。或いは、高周波信号発生器６２ａは、パルス状の高周波信号を発生してもよい。即ち、高周波電源部６２は、パルス状の高周波電力ＬＦを出力してもよい。
一実施形態においては、図３に示すように、第１の期間Ｐ１及び一以上の第２の期間Ｐ２は、高周波電力ＬＦの連続する複数の周期とそれぞれ同一である。即ち、パルス状の高周波電力ＰＨＦ及び合成高周波電力ＳＨＦの各々の出力は、高周波電力ＬＦの対応の周期内で行われる。このため、一実施形態において、プラズマ処理装置１は、同期信号発生器７６を更に備え得る。
同期信号発生器７６は、同期信号ＳＳを発生し、同期信号ＳＳを出力する。同期信号ＳＳは、例えば、高周波電力ＬＦの各周期の開始時点において同期パルスを含む。高周波電源部６２は、同期信号発生器７６から与えられる同期信号ＳＳ（その同期パルス）に各周期が同期するように、高周波電力ＬＦを出力する。
同期信号は、補正信号生成部７０及び高周波電源部６１にも与えられる。補正信号生成部７０は、第２の期間Ｐ２の各々では、同期信号ＳＳの同期パルスを基準として制御部８０から与えられた遅延時間で規定されるタイミングで、補正信号ＣＳを高周波電源部６１に出力する。高周波電源部６１の高周波信号発生器６１ａは、第１の期間Ｐ１及び第２の期間Ｐ２の各々において、同期信号ＳＳの同期パルスを基準として制御部８０から与えられた遅延時間で規定されるタイミングで、高周波信号ＰＳの出力を開始する。
以上説明したプラズマ処理装置１によれば、一以上の第２の期間Ｐ２の各々においては、合成高周波電力ＳＨＦが出力される。合成高周波電力ＳＨＦに含まれる補正高周波電力は、反射波モニタ信号ＭＳに対して逆位相で振動する補正信号ＣＳを用いて生成されている。したがって、プラズマ処理装置１によれば、一以上の第２の期間Ｐ２の各々において、反射波が低減される。また、第１の期間Ｐ１においてパルス状の高周波電力ＰＨＦを出力することにより補正信号ＣＳが生成された後に、一以上の第２の期間の各々において補正信号ＣＳを用いて合成高周波電力ＳＨＦが生成される。第１の期間Ｐ１と一以上の第２の期間Ｐ２とは交互に繰り返す。したがって、プラズマ処理装置１は、反射波の低減に適した合成高周波電力ＳＨＦを適時に更新することができる。
一実施形態においては、上述したように、増幅器６１ｃの増幅率の振幅依存性（非線形の依存性）を予め打ち消すように補正信号ＣＳが生成される。この実施形態によれば、反射波がより低減され得る。なお、補正信号ＣＳは、パルス状の高周波電力ＰＨＦに対する反射波を打ち消すように調整された遅延時間で、合成高周波電力ＳＨＦの生成に用いられ得る。一実施形態では、補正信号ＣＳは、パルス状の高周波電力ＰＨＦに対する反射波を打ち消すように調整された遅延時間で、パルス状の高周波信号ＰＳに対して加算され得る。
以下、図５を参照して、一つの例示的実施形態に係るプラズマを生成する方法について説明する。図５は、一つの例示的実施形態に係るプラズマを生成する方法を示す流れ図である。以下の説明では、プラズマ処理装置１が用いられる場合を例として、方法ＭＴを説明する。しかしながら、方法ＭＴは、その複数の工程を実行し得る他のプラズマ処理装置を用いて実行されてもよい。
方法ＭＴは、工程ＳＴ１で開始する。工程ＳＴ１では、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成するために、高周波電源部６１からパルス状の高周波電力ＰＨＦが出力される。パルス状の高周波電力ＰＨＦは、第１の期間Ｐ１において出力される。
工程ＳＴ２では、補正信号生成部７０によって補正信号ＣＳが生成される。補正信号ＣＳは、反射波モニタ信号ＭＳに対して逆位相で振動する信号である。反射波モニタ信号ＭＳは、パルス状の高周波電力ＰＨＦに対する反射波を表す信号である。反射波モニタ信号ＭＳは、方向性結合器６５によって補正信号生成部７０に与えられる。
工程ＳＴ３は、工程ＳＴ３ａ及び工程ＳＴ３ｂを含む。工程ＳＴ３ａでは、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成するために、合成高周波電力ＳＨＦが出力される。合成高周波電力ＳＨＦは、第２の期間Ｐ２において出力される。合成高周波電力ＳＨＦは、パルス状の高周波電力ＰＨＦと補正高周波電力との合成電力である。補正高周波電力は、反射波に対して逆位相で振動する電力である。合成高周波電力ＳＨＦは、補正信号ＣＳを用いて生成される。
工程ＳＴ３ｂでは、停止条件が満たされるか否かが判定される。工程ＳＴ３ｂでは、工程ＳＴ３ａの実行回数が所定回数に達している場合に停止条件が満たされていると判定される。工程ＳＴ３ｂにおいて停止条件が満たされていないと判定されると、工程ＳＴ３ａが再び実行される。一方、工程ＳＴ３ｂにおいて停止条件が満たされていると判定されると、工程ＳＴ４が実行される。なお、所定回数が１回の場合には、工程ＳＴ３ｂは不要である。
工程ＳＴ４では、別の停止条件が満たされるか否かが判定される。工程ＳＴ４では、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、及び工程ＳＴ３を含むシーケンスの実行回数が所定回数に達している場合に当該別の停止条件が満たされていると判定される。この所定回数は複数の回数である。工程ＳＴ４において当該別の停止条件が満たされていないと判定されると、上記シーケンスが再び実行される。一方、工程ＳＴ４において当該別の停止条件が満たされていると判定されると、方法ＭＴは終了する。
方法ＭＴでは、工程ＳＴ１が実行されることにより、第１の期間Ｐ１においてパルス状の高周波電力ＰＨＦが出力される。工程ＳＴ３が実行されることにより、第１の期間Ｐ１の後の一以上の第２の期間Ｐ２の各々において合成高周波電力ＳＨＦが出力される。工程ＳＴ１及び工程ＳＴ３は、図３に示すように、第１の期間Ｐ１におけるパルス状の高周波電力の出力と一以上の第２の期間Ｐ２における合成高周波電力の出力が交互に繰り返されるように、実行される。
方法ＭＴにおいては、高周波電力ＬＦが供給されてもよい。上述したように、第１の期間Ｐ１及び一以上の第２の期間Ｐ２の各々は、高周波電力ＬＦの対応の周期に同期されていてもよい。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
例えば、別の実施形態において、プラズマ処理装置は、高周波電源部６１と同様にパルス状の高周波電力を出力する単一の高周波電源部のみを備えていてもよい。単一の高周波電源部によって出力される高周波電力の基本周波数は、プラズマを生成することができれば、任意の周波数であってもよい。
更に別の実施形態において、プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよい。誘導結合型のプラズマ処理装置においては、高周波電源部６１は、アンテナに電気的に接続されていてもよい。アンテナは、プラズマの生成のためにチャンバ内で磁界を形成する。アンテナは、チャンバの天部の上に設けられ得る。或いは、誘導結合型のプラズマ処理装置においては、高周波電源部６１及び高周波電源部６２は下部電極に接続され、別の高周波電源がアンテナに接続されていてもよい。
更に別の実施形態のプラズマ処理装置は、プラズマの生成のためにマイクロ波を用いるプラズマ処理装置であってもよい。マイクロ波は、チャンバの天部の上に設けられたアンテナから導入され得る。このタイプのプラズマ処理装置においては、高周波電源部６１及び高周波電源部６２は下部電極に接続される。
また、プラズマ処理装置１では、上述したように、合成高周波信号ＡＳを増幅器６１ｃによって増幅することにより合成高周波電力ＳＨＦが生成されている。別の実施形態では、補正信号ＣＳを別の増幅器によって増幅することによって補正高周波電力を生成してもよい。この場合には、増幅器６１ｃの後段で、パルス状の高周波電力ＰＨＦに補正高周波電力を加算することによって、合成高周波電力ＳＨＦが生成される。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、６１…高周波電源部、７０…補正信号生成部、Ｐ１…第１の期間、Ｐ２…第２の期間、ＰＨＦ…パルス状の高周波電力、ＳＨＦ…合成高周波電力、ＣＳ…補正信号、ＭＳ…反射波モニタ信号。

Claims (6)

  1. チャンバと、
    前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために、パルス状の高周波電力又は合成高周波電力を出力するように構成された高周波電源部であり、該合成高周波電力は、該パルス状の高周波電力と該パルス状の高周波電力に対する反射波に対して逆位相で振動する補正高周波電力との合成電力である、該高周波電源部と、
    前記パルス状の高周波電力に対する前記反射波を表す反射波モニタ信号に対して逆位相で振動する補正信号を生成するよう構成された補正信号生成部と、
    を備え、
    前記高周波電源部は、第１の期間において前記パルス状の高周波電力を出力するように構成されており、
    前記補正信号生成部は、前記第１の期間における前記反射波モニタ信号から前記補正信号を生成するように構成されており、
    前記高周波電源部は、前記第１の期間の後の一以上の第２の期間の各々において、前記補正信号を用いて生成した前記合成高周波電力を出力するように構成されており、前記第１の期間における前記パルス状の高周波電力の出力と前記一以上の第２の期間における前記合成高周波電力の出力を交互に繰り返すように構成されている、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記高周波電源部から出力された前記パルス状の高周波電力及び前記合成高周波電力がその上で伝送される電気経路上に設けられた方向性結合器を更に備え、
    前記補正信号生成部は、前記方向性結合器によって出力された前記反射波モニタ信号から前記補正信号を生成するよう構成されており、
    前記高周波電源部は、
    パルス状の高周波信号を発生するよう構成された高周波信号発生器と、
    前記パルス状の高周波信号に前記補正信号を加算することにより合成高周波信号を生成するように構成された加算器と、
    前記パルス状の高周波信号を増幅することにより前記パルス状の高周波電力を生成し、前記合成高周波信号を増幅することにより前記合成高周波電力を生成するように構成された増幅器と、
    を有し、
    前記第１の期間では、前記補正信号が前記パルス状の高周波信号に加算されない、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記補正信号生成部は、前記反射波モニタ信号の逆相信号を生成し、前記増幅器の入力信号の振幅に対する増幅率の依存性を解消するように前記逆相信号を補正することにより前記補正信号を生成するように構成されている、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記第１の期間及び前記一以上の第２の期間は、所定の周波数で規定される連続する複数の周期とそれぞれ同一の期間である、請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 該プラズマ処理装置は、前記高周波電源部を第１の高周波電源部として備え、
    下部電極を有し、前記チャンバの中で基板を支持するように構成された支持台と、
    前記支持台に電気的に接続されており、別の高周波電力を出力するように構成された第２の高周波電源部であり、該別の高周波電力の周波数は、前記パルス状の高周波電力の周波数よりも低い、該第２の高周波電源部と、
    前記別の高周波電力に同期した同期信号を発生するように構成された同期信号発生器と、
    を更に備え、
    前記第１の期間及び前記一以上の第２の期間は、前記別の高周波電力の連続する複数の周期とそれぞれ同一であり、
    前記第１の高周波電源部は、前記同期信号に応じて前記第１の期間において前記パルス状の高周波電力を生成し、前記同期信号に応じて前記一以上の第２の期間の各々において前記合成高周波電力を生成するように構成されている、
    請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する方法であって、
    前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために、第１の期間においてパルス状の高周波電力を出力する工程と、
    前記パルス状の高周波電力に対する反射波を表す反射波モニタ信号に対して逆位相で振動する補正信号を生成する工程と、
    前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために、前記第１の期間の後の一以上の第２の期間の各々において、合成高周波電力を出力する工程であり、該合成高周波電力は、該パルス状の高周波電力と該パルス状の高周波電力に対する反射波に対して逆位相で振動する補正高周波電力との合成電力であり、前記補正信号を用いて生成される、該工程と、
    を含み、
    パルス状の高周波電力を出力する前記工程及び合成高周波電力を出力する前記工程は、前記第１の期間における前記パルス状の高周波電力の出力と前記一以上の第２の期間における前記合成高周波電力の出力が交互に繰り返されるように、実行される、
    プラズマを生成する方法。
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