JP2020119982A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】上部電極に負極性の直流電圧を印加するように構成されたプラズマ処理装置であって、プロセスの変動を抑制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】一実施形態に係るプラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、上部電極、高周波電源、及び直流電源装置を備える。基板支持器は、下部電極を含む。下部電極は、チャンバ内に設けられている。上部電極は、基板支持器の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成する。直流電源装置は、上部電極に電気的に接続されている。直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。直流電源装置の出力電圧は、負極性の直流電圧とゼロボルトとの間で交互に切り替えられる。【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処理方法に関するものである。
電子デバイスの製造では、プラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置の一種として、容量結合型のプラズマ処理装置が知られている。容量結合型のプラズマ処理装置は、チャンバ、上部電極、及び下部電極を含む。下部電極は、載置台の一部を構成し、チャンバ内に設けられている。上部電極は、下部電極の上方に設けられている。容量結合型のプラズマ処理装置では、上部電極又は下部電極に高周波電力が供給されることにより、チャンバ内のガスが励起されて、プラズマが生成される。載置台上の基板は、生成されたプラズマからの化学種により処理される。
容量結合型のプラズマ処理装置は、直流電源を備え、チャンバ内でプラズマが生成されているときに上部電極に直流電源からの負極性の直流電圧を印加するように構成されていることがある。このような直流電源を備えるプラズマ処理装置では、上部電極に供給された直流電流をチャンバ内のプラズマ空間を介して受けるグランドブロックをチャンバ内に設ける必要がある。グランドブロックを備えたプラズマ処理装置は、特許文献１に記載されている。
特開２００６−２７００１９号公報
上部電極に負極性の直流電圧を印加するように構成されたプラズマ処理装置では、プロセスの変動を抑制することが求められている。
一つの例示的実施形態において、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、基板支持器、上部電極、高周波電源、及び直流電源装置を備える。基板支持器は、下部電極を含む。下部電極は、チャンバ内に設けられている。上部電極は、基板支持器の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成する。直流電源装置は、上部電極に電気的に接続されている。直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。直流電源装置の出力電圧は、繰り返される周期の各々における第１の期間では、パルス状の負極性の直流電圧である。直流電源装置の出力電圧は、周期の各々における残りの第２の期間では、ゼロボルトである。
一つの例示的実施形態によれば、上部電極に負極性の直流電圧を印加するように構成されたプラズマ処理装置におけるプロセスの変動を抑制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直流電源装置の構成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処理装置を用いて実行されるプラズマ処理のタイミングチャートである。 別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。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法の流れ図である。 第１の実験で求めたエッチングレートの分布及び第２の実験で求めたエッチングレートの分布を示すグラフである。 図７の（ａ）は第３の実験で求めた直流電流を示すグラフであり、図７の（ｂ）は第４の実験で求めた直流電流を示すグラフである。
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、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、基板支持器、上部電極、高周波電源、及び直流電源装置を備える。基板支持器は、下部電極を含む。下部電極は、チャンバ内に設けられている。上部電極は、基板支持器の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成する。直流電源装置は、上部電極に電気的に接続されている。直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。直流電源装置の出力電圧は、繰り返される周期の各々における第１の期間では、パルス状の負極性の直流電圧である。直流電源装置の出力電圧は、周期の各々における残りの第２の期間では、ゼロボルトである。
上記実施形態では、上部電極に印加される直流電圧が負極性の直流電圧とゼロボルトとの間で変化する。即ち、直流電源装置からのエネルギーは、直流結合ではなく、容量結合によって伝達される。したがって、直流電源装置からのエネルギー伝達に対するプラズマ処理装置の部品の電気的特性の影響が抑制される。故に、上部電極に負極性の直流電圧を印加するように構成されたプラズマ処理装置におけるプロセスの変動を抑制することが可能となる。
一つの例示的実施形態において、上記周期の逆数である周波数は、４００ｋＨｚ以上であってもよい。一つの例示的実施形態において、周波数は、１ＭＨｚ以下であってもよい。一つの例示的実施形態では、周期において第１の期間が占める割合は、２０％以上、６０％以下であってもよい。
一つの例示的実施形態において、直流電源装置からのエネルギーを伝達する回路のグランド電極は、チャンバの導電性の壁部のみであってもよい。
別の例示的実施形態において、プラズマ処理方法が提供される。このプラズマ処理方法は、上述した種々の例示的実施形態の何れかのプラズマ処理装置を用いて実行される。プラズマ処理方法は、チャンバ内のガスからプラズマを形成するために高周波電源から高周波電力を供給する工程を含む。プラズマ処理方法は、プラズマの生成中に直流電源装置から周期的にパルス状の負極性の直流電圧を上部電極に印加する工程を含む。直流電源装置の出力電圧は、繰り返される周期の各々における第１の期間では、パルス状の負極性の直流電圧であり、周期の各々における残りの第２の期間では、ゼロボルトである。
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、一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。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処理装置である。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、アルミニウムといった導体から形成されている。チャンバ本体１２は、接地されている。チャンバ本体１２の内壁面には、耐腐食性を有する膜が施されている。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、基板支持器１４を支持している。基板支持器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。
基板支持器１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。下部電極１８及び静電チャック２０は、チャンバ１０内に設けられている。基板支持器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、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。
基板支持器１４上には、エッジリングＦＲが配置される。エッジリング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。チャンバ１０内において基板Ｗの処理が行われるときには、基板Ｗは、静電チャック２０上、且つ、エッジリングＦＲによって囲まれた領域内に、配置される。
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。チラーユニット２２は、チャンバ１０の外部に設けられている。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を更に備え得る。ガス供給ライン２４は、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。伝熱ガスは、伝熱ガス供給機構からガス供給ライン２４に供給される。
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、基板支持器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、シリコン含有材料から形成されている。天板３４は、例えばシリコン又は炭化シリコンから形成されている。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、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３は、ガス供給部ＧＳを構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースは、複数のガスの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にプラズマ処理の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、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、一例では、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して上部電極３０に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３０側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、下部電極１８に接続されていてもよい。
第２の高周波電源６４は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第２の高周波電力は、基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力として用いられ得る。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜４０ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。
プラズマ処理装置１は、直流電源装置７０を更に備えている。直流電源装置７０は、上部電極３０に電気的に接続されている。直流電源装置７０は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。図２は、図１に示すプラズマ処理装置の直流電源装置の構成の一例を示す図である。図３は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を用いて実行されるプラズマ処理のタイミングチャートである。図３において、横軸は時間を示している。図３において縦軸は、チャンバ１０内に供給されるガスの流量、高周波電力（第１の高周波電力及び又は第２の高周波電力）の供給、及び直流電圧を示している。図３において、高周波電力が高レベルであることは、高周波電力が供給されていることを表している。図３において、高周波電力が低レベルであることは、高周波電力が供給されていないことを表している。以下、図１と共に、図２及び図３を参照する。
一実施形態において、直流電源装置７０は、可変直流電源７０ａ及びスイッチングデバイス７０ｂを有する。可変直流電源７０ａは、負極性の直流電圧を発生するように構成されている。可変直流電源７０ａが出力する負極性の直流電圧のレベルは、後述する制御部８０によって制御され得る。スイッチングデバイス７０ｂは、その導通状態の切り替えにより、可変直流電源７０ａと上部電極３０との間の接続及び遮断を切り替える。スイッチングデバイス７０ｂの導通状態の切り替えは、制御部８０によって制御されてもよい。
上述したように、直流電源装置７０の出力電圧は、繰り返される周期ＰＴの各々における第１の期間Ｐ１では、パルス状の負極性の直流電圧である。一実施形態においては、周期ＰＴ内の第１の期間Ｐ１では、可変直流電源７０ａと上部電極３０を互いに接続するように、スイッチングデバイス７０ｂの導通状態が切り替わる。直流電源装置７０の出力電圧は、周期ＰＴの各々における残りの第２の期間Ｐ２では、ゼロボルトである。一実施形態においては、周期ＰＴ内の第２の期間Ｐ２では、可変直流電源７０ａと上部電極３０を互いに遮断するよう、スイッチングデバイス７０ｂの導通状態が切り替わる。
一実施形態において、周期ＰＴの逆数である周波数ｆは、４００ｋＨｚ以上であり得る。一実施形態において、周波数ｆは、１ＭＨｚ以下であり得る。周波数ｆが１ＭＨｚ以下である場合には、チャンバ１０内でのラジカルの生成に対するイオンの挙動の独立性御性が高くなる。一実施形態において、周期ＰＴにおいて第１の期間Ｐ１が占める割合（即ち、パルス状の負極性の直流電圧のデューティー比）は、２０％以上、６０％以下であり得る。
プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備えている。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、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入力装置を用いて行うことができる。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、後述する実施形態のプラズマ処理方法がプラズマ処理装置１で実行される。
プラズマ処理装置１では、上部電極３０に印加される直流電圧が負極性の直流電圧とゼロボルトとの間で変化する。即ち、直流電源装置７０からのエネルギーは、直流結合ではなく、容量結合によって伝達される。したがって、直流電源装置７０からのエネルギー伝達に対するプラズマ処理装置１の部品の電気的特性の影響が抑制される。故に、上部電極３０に負極性の直流電圧を印加するように構成されたプラズマ処理装置におけるプロセスの変動を抑制することが可能となる。
以下、図４を参照して、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図４は、別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４に示すプラズマ処理装置１Ｂは、プラズマ処理装置１の構成要素と同じ構成要素に加えて、グランド電極７２を備えている。グランド電極７２は、チャンバ１０内に設けられており、接地されている。プラズマ処理装置１Ｂでは、直流電源装置７０からのエネルギーを伝達する回路は、上部電極３０、内部空間１０ｓで形成されるプラズマ、及びグランド電極７２から構成されている。一方、プラズマ処理装置１では、直流電源装置７０からのエネルギーを伝達する回路は、上部電極３０、内部空間１０ｓのプラズマＰＬ（図２参照）、及びチャンバ１０の導電性の壁部（即ち、チャンバ本体１２）から構成されている。即ち、プラズマ処理装置１では、直流電源装置７０からのエネルギーを伝達する回路のグランド電極は、チャンバ１０の導電性の壁部（即ち、チャンバ本体１２）のみである。
一実施形態では、グランド電極７２は、上部電極３０の周囲において、部材３２の下面に接するように設けられている。或いは、グランド電極７２は、上部電極３０の周囲において、シールド４６に接するように設けられている。グランド電極７２は、例えばリング形状を有し得る。
上述したように、直流電源装置７０からのエネルギーは、直流結合ではなく、容量結合によって伝達される。したがって、直流電源装置７０からのエネルギー伝達に対するプラズマ処理装置１の部品の電気的特性の影響が抑制される。故に、上部電極３０に負極性の直流電圧を印加するように構成されたプラズマ処理装置におけるプロセスの変動を抑制することができるという効果は、グランド電極７２の有無に依存することなく得られる。
以下、図３と共に図５を参照して、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理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処理方法の流れ図である。以下、図５に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）について、それがプラズマ処理装置１又はプラズマ処理装置１Ｂを用いて実行される場合を例として、説明する。
方法ＭＴは、処理されるべき基板Ｗがチャンバ１０内で静電チャック２０によって保持された状態で実行される。方法ＭＴでは、図３に示すように、チャンバ１０内へのガスの導入が開始される。チャンバ１０内にガスを供給するために、制御部８０は、ガス供給部ＧＳを制御する。また、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、制御部８０によって排気装置５０が制御される。
そして、図３及び図５に示すように、ガスの供給が開始された後に、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、高周波電力、即ち第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力の供給が開始される。工程ＳＴ１の実行のために、制御部８０は、第１の高周波電源６２及び／又は第２の高周波電源６４を制御する。
続く工程ＳＴ２では、直流電源装置７０によって、パルス状の負極性の直流電圧が周期的に上部電極３０に印加される。上述したように、直流電源装置７０の出力電圧は、繰り返される周期ＰＴの各々における第１の期間Ｐ１では、パルス状の負極性の直流電圧である。直流電源装置７０の出力電圧は、周期ＰＴの各々における残りの第２の期間Ｐ２では、ゼロボルトである。工程ＳＴ２の実行のために、直流電源装置７０は、制御部８０によって制御され得る。
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。
以下、プラズマ処理装置１及びプラズマ処理装置１Ｂの評価のために行った実験について説明する。なお、本開示は以下に説明する実験により限定されるものではない。
（第１の実験及び第２の実験）
第１の実験及び第２の実験では、シリコン酸化膜を有するサンプルを準備した。サンプルは、直径３００ｍｍの円盤形状を有していた。第１の実験では、プラズマ処理装置１を用いてサンプルのシリコン酸化膜のプラズマエッチングを行った。第２の実験では、プラズマ処理装置１Ｂを用いてサンプルのシリコン酸化膜のプラズマエッチングを行った。以下、第１の実験及び第２の実験の条件を示す。
＜第１の実験及び第２の実験の条件＞
・チャンバ１０内の圧力：１３．３Ｐａ
・ＣＦ４ガスの流量：５０ｓｃｃｍ
・Ａｒガスの流量：６００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電力：６０ＭＨｚ、１０００Ｗ
・第２の高周波電力：４０ＭＨｚ、５５０Ｗ
・パルス状の負極性の直流電圧の周波数ｆ：４００ｋＨｚ
・パルス状の負極性の直流電圧のデューティー比：５０％
・パルス状の負極性の直流電圧：−９００Ｖ
第１の実験及び第２の実験の各々では、サンプルの直径上の複数の測定位置でシリコン酸化膜のエッチングレートを求めた。その結果を図６に示す。図６において横軸は測定位置を表している。測定位置は、サンプルの中心からの径方向の距離（ｍｍ）で表されている。負の距離で表される測定位置は、正の距離で表される測定位置に対してサンプルの中心を基準として反対側の位置である。図６において、縦軸はエッチングレートを表している。図６に示すように、プラズマ処理装置１を用いた第１の実験におけるエッチングレートの分布は、プラズマ処理装置１Ｂを用いた第２の実験におけるエッチングレートの分布と略一致していた。したがって、直流電源装置からパルス状の負極性の直流電圧を周期的に上部電極に印加することにより、直流電源装置からのエネルギー伝達に対するプラズマ処理装置の部品の電気的特性の影響が抑制されることが確認された。
（第３の実験及び第４の実験）
第３の実験及び第４の実験では、プラズマ処理装置１Ｂを用いて第１の工程と第２の工程を交互に実行した。第１の工程では、チャンバ１０の内壁面に膜を形成するようプラズマ支援ＣＶＤによる成膜を行った。第２の工程では、チャンバ１０内で処理ガスのプラズマを生成した。なお、第３の実験の第２の工程では、パルス状の負極性の直流電圧を上部電極３０に周期的に印加した。第４の実験の第２の工程では、負極性の直流電圧を上部電極３０に連続的に印加した。以下、第３の実験及び第４の実験における第１の工程及び第２の工程の各々の条件を示す。
＜第３の実験及び第４の実験の第１の工程の条件＞
・チャンバ１０内の圧力：２．７Ｐａ
・ＳｉＣｌ４ガスの流量：５ｓｃｃｍ
・Ｏ２ガスの流量：５０ｓｃｃｍ
・Ａｒガスの流量：８００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電力：６０ＭＨｚ、１０００Ｗ
・第２の高周波電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ
・処理時間：３０秒
＜第３の実験の第２の工程の条件＞
・チャンバ１０内の圧力：６．７Ｐａ
・Ｈ２ガスの流量：１００ｓｃｃｍ
・Ａｒガスの流量：８００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電力：６０ＭＨｚ、３００Ｗ
・第２の高周波電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ
・パルス状の負極性の直流電圧の周波数ｆ：４００ｋＨｚ
・パルス状の負極性の直流電圧のデューティー比：５０％
・パルス状の負極性の直流電圧：−９００Ｖ
・処理時間：３０秒
＜第４の実験の第２の工程の条件＞
・チャンバ１０内の圧力：６．７Ｐａ
・Ｈ２ガスの流量：１００ｓｃｃｍ
・Ａｒガスの流量：８００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電力：６０ＭＨｚ、３００Ｗ
・第２の高周波電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ
・負極性の直流電圧：−９００Ｖ
・処理時間：３０秒
第３の実験及び第４の実験では、第１の工程及び第２の工程の各々の実行中に上部電極３０に流れる直流電流を測定した。その結果を図７の（ａ）及び図７の（ｂ）に示す。図７の（ａ）において、横軸は時間を示しており、縦軸は第３の実験において上部電極３０に流れた直流電流を示している。図７の（ｂ）において、横軸は時間を示しており、縦軸は第４の実験において上部電極３０に流れた直流電流を示している。図７の（ｂ）に示すように、第２の工程において直流電圧を連続的に上部電極３０に印加した第４の実験では第１の工程と第２の工程の繰り返し回数の増加に伴って、第２の工程で上部電極３０に流れる直流電流が大きく変動していた。一方、図７の（ａ）に示すように、第２の工程においてパルス状の負極性の直流電圧を周期的に上部電極３０に印加した第４の実験では第１の工程と第２の工程の繰り返し回数に略依存せず、第２の工程で上部電極３０に流れる直流電流が安定していた。したがって、直流電源装置からパルス状の負極性の直流電圧を周期的に上部電極に印加することにより、直流電源装置からのエネルギー伝達に対するプラズマ処理装置の部品の電気的特性の影響が抑制されることが確認された。
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、１４…基板支持器、１８…下部電極、３０…上部電極、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、７０…直流電源装置。

Claims (6)

  1. チャンバと、
    前記チャンバ内に設けられた下部電極を含む基板支持器と、
    前記基板支持器の上方に設けられた上部電極と、
    前記チャンバ内でプラズマを生成するための高周波電源と、
    前記上部電極に電気的に接続された直流電源装置と、
    を備え、
    前記直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されており、
    前記直流電源装置の出力電圧は、繰り返される周期の各々における第１の期間では、前記パルス状の負極性の直流電圧であり、前記周期の各々における残りの第２の期間では、ゼロボルトである、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記周期の逆数である周波数は、４００ｋＨｚ以上である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記周波数は、１ＭＨｚ以下である、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記周期において第１の期間が占める割合は、２０％以上、６０％以下である、請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記直流電源装置からのエネルギーを伝達する回路のグランド電極は、チャンバの導電性の壁部のみである、請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
    前記チャンバ内でプラズマを生成するために前記高周波電源から高周波電力を供給する工程と、
    前記プラズマの生成中に前記直流電源装置から周期的に前記パルス状の負極性の直流電圧を前記上部電極に印加する工程と、
    を含み、
    前記直流電源装置の出力電圧は、繰り返される周期の各々における第１の期間では、前記パルス状の負極性の直流電圧であり、前記周期の各々における残りの第２の期間では、ゼロボルトである、
    プラズマ処理方法。
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