JP2022018484A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ中の負イオンを基板に効率的に供給する技術を提供する。【解決手段】開示されるプラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、プラズマ生成部、第１の電源、及び第２の電源を備える。基板支持器は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。第１の電源は、電気バイアスを発生するように構成されており、下部電極に電気的に接続されている。第２の電源は、第１の電源から下部電極に出力される電気バイアスがその周期内で該電気バイアスの平均電位以上の電位を有する全期間のうち一部の第１の期間において、部材に正の電圧を印加するように構成されている。部材は、チャンバ内で生成されたプラズマに晒されるように配置されている。第１の電源は、第１の期間の後の第２の期間において正の電位を有する電気バイアスを下部電極に出力する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処理方法に関するものである。

プラズマ処理では、基板が、プラズマから供給されるイオンを用いて処理される。一般的には、基板に供給されるイオンは正イオンであるが、正イオンに加えて負イオンが基板に供給されることがある。特開２０１２－９５４４号公報（以下、「特許文献１」という）は、正イオンに加えて負イオンを基板に供給する技術を開示している。

特許文献１の技術では、プラズマ高周波電力のパルス波とバイアス高周波電力のパルス波の双方が供給されているときに、正イオンがプラズマから基板に供給される。これらのパルス波の双方が停止されているときに、プラズマ中で負イオンが生成される。プラズマ高周波電力のパルス波が停止され、バイアス高周波電力のパルス波が供給されているときに、負イオンがプラズマから基板に供給される。

特開２０１２－９５４４号公報

一つの例示的実施形態において、プラズマ中の負イオンを基板に効率的に供給する技術を提供する。

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、プラズマ生成部、第１の電源、及び第２の電源を備える。基板支持器は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。プラズマ生成部は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するように構成されている。第１の電源は、電気バイアスを発生するように構成されており、下部電極に電気的に接続されている。第２の電源は、チャンバ内で生成されたプラズマに晒される部材に正の電圧を印加するように構成されている。第２の電源は、第１の電源から下部電極に出力される電気バイアスがその周期内で該電気バイアスの平均電位以上の電位を有する全期間のうち一部の第１の期間において、部材に正の電圧を印加するように構成されている。第１の電源は、第１の期間の後の第２の期間において正の電位を有する電気バイアスを下部電極に出力するように構成されている。

一つの例示的実施形態によれば、プラズマ中の負イオンを基板に効率的に供給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。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置に関連するタイミングチャートである。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の電気的構成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装置に関連する別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の電気的構成を概略的に示す図である。 別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置に関連するタイミングチャートである。 図７の（ａ）、図７の（ｂ）、及び図７の（ｃ）の各々は、更に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。

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、プラズマ生成部、第１の電源、及び第２の電源を備える。基板支持器は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。プラズマ生成部は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するように構成されている。第１の電源は、電気バイアスを発生するように構成されており、下部電極に電気的に接続されている。第２の電源は、チャンバ内で生成されたプラズマに晒される部材に正の電圧を印加するように構成されている。第２の電源は、第１の電源から下部電極に出力される電気バイアスがその周期内で該電気バイアスの平均電位以上の電位を有する全期間のうち一部の第１の期間において、部材に正の電圧を印加するように構成されている。第１の電源は、第１の期間の後の第２の期間において正の電位を有する電気バイアスを下部電極に出力するように構成されている。

プラズマがチャンバ内に存在するときに正の電位を有する電気バイアスが下部電極に与えられると、プラズマ中の電子がプラズマ中のイオンよりも早く基板支持器に到達する。その結果、下部電極の電位が中和され、基板支持器に負イオンを引き込むための電界の強度が小さくなる。一方、上記実施形態では、プラズマに晒される部材にプラズマ中の電子が引き込まれた後に下部電極に正の電位を有する電気バイアスが与えられるので、プラズマ中の負イオンは、基板支持器上の基板に効率的に供給される。

一つの例示的実施形態において、プラズマ生成部は、少なくとも第１の期間の開始時点から第２の期間の開始時点と終了時点との間の時点までの期間において、チャンバ内でのプラズマの生成のための高周波電力の供給を停止するか、該高周波電力の電力レベルを低下させるように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、第１の期間における部材の電位は、第１の期間における下部電極の電位よりも高くてもよい。

一つの例示的実施形態において、第１の電源は、第１の期間における電気バイアスの電位よりも高い正の電位を有する電気バイアスを、第２の期間において下部電極に出力するように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置であってもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、基板支持器の上方に設けられた上部電極を更に備えていてもよい。上記部材は、上部電極であってもよい。

一つの例示的実施形態において、第１の電源は、電気バイアスとして、パルス状の直流電圧又は任意の電圧波形を周期的に出力するように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、第１の電源は、電気バイアスとして、高周波電力を出力するように構成されていてもよい。

別の例示的実施形態においては、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内でガスからプラズマを生成する工程（ａ）を含む。プラズマ処理装置は、チャンバ内に設けられた基板支持器を備える。第１の電源が、基板支持器内の下部電極に電気的に接続されている。プラズマ処理方法は、第１の電源から下部電極に出力される電気バイアスがその周期内で該電気バイアスの平均電位以上の電位を有する全期間のうち一部の第１の期間において、プラズマに晒される部材に第２の電源から正の電圧を印加する工程（ｂ）を更に含む。プラズマ処理方法は、第１の期間の後の第２の期間において、第１の電源から下部電極に正の電位を有する電気バイアスを出力する工程（ｃ）を更に含む。

一つの例示的実施形態では、少なくとも第１の期間の開始時点から第２の期間の開始時点と終了時点との間の時点までの期間において、チャンバ内でのプラズマの生成のための高周波電力の供給が停止されるか、該高周波電力の電力レベルが低下されてもよい。

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、容量結合型の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の中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線ＡＸである。

一実施形態において、チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいてもよい。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の中に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ本体１２は、電気的に接地されている。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の側壁は、通路１２ｐを提供している。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。

プラズマ処理装置１は、基板支持器１６を更に備えている。基板支持器１６は、チャンバ１０内で基板Ｗを支持するように構成されている。基板Ｗは、略円盤形状を有し得る。基板支持器１６は、支持体１５によって支持されていてもよい。支持体１５は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持体１５は、略円筒形状を有している。支持体１５は、石英といった絶縁材料から形成されている。

基板支持器１６は、下部電極１８を含んでいる。基板支持器１６は、静電チャック２０を更に含んでいてもよい。基板支持器１６は、電極プレート１９を更に含んでいてもよい。電極プレート１９は、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。電極プレート１９は略円盤形状を有しており、その中心軸線は軸線ＡＸである。下部電極１８は、電極プレート１９上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。下部電極１８は略円盤形状を有しており、その中心軸線は軸線ＡＸである。下部電極１８は、電極プレート１９に電気的に接続されている。

下部電極１８は、その中に流路１８ｆを提供している。流路１８ｆは、熱交換媒体の供給装置（例えば、チラーユニット）に接続されている。この供給装置は、チャンバ１０の外部に設けられている。流路１８ｆは、供給装置から配管２３ａを介して供給される熱交換媒体を受ける。熱交換媒体は、流路１８ｆを流れて、配管２３ｂを介して供給装置に戻される。供給装置は、プラズマ処理装置１の温度調整機構を構成する。

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。本体は、誘電体から形成されている。静電チャック２０及びその本体の各々は、略円盤形状を有しており、その中心軸線は軸線ＡＸである。電極は、導電性を有する膜であり、本体内に設けられている。電極は、スイッチを介して直流電源に接続されている。直流電源からの電圧が電極に印加されると、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１６は、その周縁部上に搭載されるエッジリングＥＲを支持してもよい。エッジリングＥＲは、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。基板Ｗは、静電チャック２０上且つエッジリングＥＲによって囲まれた領域内に配置される。

プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２５を更に備えていてもよい。ガス供給ライン２５は、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（下面）との間の間隙に供給する。

プラズマ処理装置１は、筒状部２８及び絶縁部２９を更に備えていてもよい。筒状部２８は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。筒状部２８は、支持体１５の外周に沿って延在している。筒状部２８は、導電性材料から形成されており、略円筒形状を有している。筒状部２８は、電気的に接地されている。絶縁部２９は、筒状部２８上に設けられている。絶縁部２９は、絶縁性を有する材料から形成されている。絶縁部２９は、例えば石英といったセラミックから形成されている。絶縁部２９は、略円筒形状を有している。絶縁部２９は、電極プレート１９の外周、下部電極１８の外周、及び静電チャック２０の外周に沿って延在している。

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１６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。一実施形態において、天板３４は、シリコンから形成されている。天板３４は、複数のガス吐出孔３４ａを提供している。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は、その中にガス拡散室３６ａを提供している。支持体３６は、複数のガス孔３６ｂを更に提供している。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は、ガス導入口３６ｃを更に提供している。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、ガスソース群４０が、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して、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は、バッフル部材４８を更に備えていてもよい。バッフル部材４８は、筒状部２８とチャンバ本体１２の側壁との間に設けられている。バッフル部材４８は、板状の部材であり得る。バッフル部材４８は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面上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。バッフル部材４８は、複数の貫通孔を提供している。チャンバ本体１２の底部は、バッフル部材４８の下方で排気口１２ｅを提供している。排気口１２ｅには、排気装置５０が排気管５２を介して接続されている。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６１を更に備えている。高周波電源６１は、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦを発生する電源である。高周波電力ＨＦは、第１の周波数を有する。第１の周波数は、例えば２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。高周波電源６１は、高周波電力ＨＦを下部電極１８に供給するために、整合器６１ｍ及び電極プレート１９を介して下部電極１８に接続されている。整合器６１ｍは、整合回路を有している。整合器６１ｍの整合回路は、可変インピーダンスを有する。整合器６１ｍの整合回路のインピーダンスは、高周波電源６１の負荷からの反射を低減させるように調整される。なお、高周波電源６１は、下部電極１８に電気的に接続されていなくてもよく、整合器６１ｍを介して上部電極３０に接続されていてもよい。高周波電源６１は、一実施形態のプラズマ生成部を構成している。

プラズマ処理装置１は、バイアス電源６２を更に備えている。バイアス電源６２は、一実施形態の第１の電源を構成している。バイアス電源６２は、電極プレート１９を介して下部電極１８に接続されており、電気バイアスＥＢを発生するように構成されている。バイアス電源６２から下部電極１８に与えられる電気バイアスＥＢは、基板Ｗの電位を変化させる。

一実施形態において、バイアス電源６２は、電気バイアスＥＢとして、パルス状の直流電圧又は任意の電圧波形を周期的に出力するように構成されている。電気バイアスＥＢの周期ＣＹ（図２参照）を規定する第２の周波数は、第１の周波数よりも低い。第２の周波数は、周期ＣＹの時間長の逆数である。第２の周波数は、例えば、１ｋＨｚ～２７ＭＨｚの範囲内の周波数である。この実施形態において、バイアス電源６２は、負の直流電圧のパルス及び正の直流電圧のパルスを含む電気バイアスＥＢを、下部電極１８に与えるように構成される。

プラズマ処理装置１は、電源６４を更に備えている。電源６４は、一実施形態の第２の電源を構成している。電源６４は、部材６０に電気的に接続されており、部材６０に電圧を印加するように構成されている。部材６０は、チャンバ１０内で生成されるプラズマに晒されるように配置されている。一実施形態において、部材６０は上部電極３０であり、電源６４は上部電極３０に電気的に接続されている。

以下、図１と共に図２を参照する。図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置に関連するタイミングチャートである。図２において、横軸は時間を示している。図２の縦軸の「ＨＦ」は、それがＯＮであるときに、高周波電力ＨＦが供給されることを示しており、それがＯＦＦであるときに、高周波電力ＨＦの供給が停止されていることを示している。図２の縦軸の「ＰＶ」は、電源６４が部材６０に印加する電圧を示している。図２の縦軸の「ＥＢ」は、電気バイアスＥＢを示している。

プラズマ処理装置１では、高周波電力ＨＦが供給されている期間において、プラズマが、チャンバ１０内のガスから生成される。バイアス電源６２は、周期ＣＹ内の期間ＰＮにおいて、負の電位を有する電気バイアスＥＢを下部電極１８に出力する。期間ＰＮにおいては、プラズマ中の正イオンが基板Ｗに供給される。

電源６４は、周期ＣＹ内の期間ＰＡ（即ち、第１の期間）において、正の電圧を部材６０に印加する。期間ＰＡは、バイアス電源６２から下部電極１８に出力される電気バイアスＥＢがその周期ＣＹ（１周期）内で電気バイアスＥＢの平均電位以上の電位を有する全期間のうち一部の期間である。期間ＰＡは、例えば、バイアス電源６２から下部電極１８に出力される電気バイアスＥＢが０又は正の電位を有する期間である。一実施形態において、期間ＰＡにおける部材６０の電位は、期間ＰＡにおける下部電極１８の電位よりも高い電位に設定されてもよい。正の電圧が期間ＰＡにおいて部材６０に与えられると、プラズマ中の電子が部材６０に引き付けられる。期間ＰＡの時間長は、プラズマ中の電子を部材６０に引き付けることができ、且つ、プラズマ中の負イオンの量の低下を抑制するように設定される。期間ＰＡの時間長は、１μ秒以下であってもよく、０．２μ秒以下であってもよい。

バイアス電源６２は、周期ＣＹ内の期間ＰＡの後の期間ＰＰ（即ち、第２の期間）において、正の電位を有する電気バイアスＥＢを下部電極１８に出力する。期間ＰＰの時間長は、０．０５μ秒以上、５μ秒以下であってもよい。一実施形態において、バイアス電源６２は、期間ＰＡにおける電気バイアスＥＢの電位よりも高い正の電位を有する電気バイアスＥＢを、下部電極１８に出力してもよい。プラズマ中の電子は期間ＰＡにおいて殆ど消失している。したがって、期間ＰＰにおいては、プラズマ中の負イオンが基板Ｗに供給される。

なお、高周波電源６１、即ちプラズマ生成部は、期間ＰＴにおいて、チャンバ１０内でのプラズマの生成のための高周波電力ＨＦの供給を停止するか、高周波電力ＨＦの電力レベルを低下させるように構成され得る。期間ＰＴは、少なくとも期間ＰＡの開始時点から期間ＰＰの開始時点と終了時点との間の時点までの期間を含む。一例では、期間ＰＴは、期間ＰＮの終了時点と期間ＰＡの開始時点との間の時点から、期間ＰＰの開始時点と終了時点との間の時点までの期間である。

プラズマがチャンバ１０内に存在するときに正の電位を有する電気バイアスＥＢが下部電極１８に与えられると、プラズマ中の電子がプラズマ中のイオンよりも早く基板支持器１６に到達する。その結果、下部電極１８の電位が中和され、基板支持器１６に負イオンを引き込むための電界の強度が小さくなる。一方、プラズマ処理装置１では、プラズマに晒される部材６０にプラズマ中の電子が引き込まれた後に下部電極１８に正の電位を有する電気バイアスＥＢが与えられるので、プラズマ中の負イオンは、基板支持器１６上の基板Ｗに効率的に供給される。

図１に示すように、プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備える。制御部８０は、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１の各部を制御する。具体的に、制御部８０は、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいてプラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０による制御により、レシピデータによって指定されたプロセスがプラズマ処理装置１において実行される。図２のタイミングチャートのような高周波電力ＨＦ、電圧ＰＶ、及び電気バイアスＥＢのタイミング制御は、制御部８０による高周波電源６１、電源６４、及びバイアス電源６２の制御により、実行される。

以下、図３を参照する。図３は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の電気的構成を概略的に示す図である。一実施形態において、図２のタイミングチャートのような高周波電力ＨＦ、電圧ＰＶ、及び電気バイアスＥＢのタイミング制御のために、プラズマ処理装置１は、図３に示す構成を有していてもよい。

バイアス電源６２は、図３に示すように、フィルタ６２ｆを介して下部電極１８に接続されていてもよい。フィルタ６２ｆは、ローパスフィルタであり、バイアス電源６２に流入し得る高周波電力ＨＦを低減させる。

バイアス電源６２は、直流電源６２ｐ１、直流電源６２ｐ２、スイッチ６２ｓ１、スイッチ６２ｓ２、及びスイッチ６２ｓ３を有していてもよい。直流電源６２ｐ１及び直流電源６２ｐ２の各々は、可変直流電源であってもよい。直流電源６２ｐ１の正極は、スイッチ６２ｓ１を介して、下部電極１８に接続されている。直流電源６２ｐ１の負極は、グランドに接続されている。直流電源６２ｐ２の負極は、スイッチ６２ｓ２を介して、下部電極１８に接続されている。直流電源６２ｐ２の正極は、グランドに接続されている。スイッチ６２ｓ３は、グランドと下部電極１８との間で接続されている。なお、直流電源６２ｐ１及び直流電源６２ｐ２の各々を構成する可変直流電源は、その正極及び負極を任意に設定できるものであってもよい。また、スイッチ６２ｓ１、スイッチ６２ｓ２、及びスイッチ６２ｓ３は、単一のフィルタ６２ｆではなく、それぞれに対応の別個のフィルタを介して下部電極１８に接続されていてもよい。

スイッチ６２ｓ１、スイッチ６２ｓ２、及びスイッチ６２ｓ３の各々の開閉は、制御部８０によって制御され得る。スイッチ６２ｓ１が閉じられ、スイッチ６２ｓ２とスイッチ６２ｓ３が開かれると、直流電源６２ｐ１からの正の電圧が、下部電極１８に出力される。スイッチ６２ｓ２が閉じられ、スイッチ６２ｓ１とスイッチ６２ｓ３が開かれると、直流電源６２ｐ２からの負の電圧が、下部電極１８に出力される。スイッチ６２ｓ３が閉じられ、スイッチ６２ｓ１とスイッチ６２ｓ２が開かれると、下部電極１８はグランドに接続される。

電源６４は、図３に示すように、フィルタ６４ｆを介して部材６０に接続されていてもよい。フィルタ６４ｆは、ローパスフィルタであり、電源６４に流入し得る高周波電力を低減させる。

電源６４は、直流電源６４ｐ１、直流電源６４ｐ２、スイッチ６４ｓ１、スイッチ６４ｓ２、及びスイッチ６４ｓ３を有していてもよい。直流電源６４ｐ１及び直流電源６４ｐ２の各々は、可変直流電源であってもよい。直流電源６４ｐ１の正極は、スイッチ６４ｓ１を介して、部材６０に接続されている。直流電源６４ｐ１の負極は、グランドに接続されている。直流電源６４ｐ２の負極は、スイッチ６４ｓ２を介して、部材６０に接続されている。直流電源６４ｐ２の正極は、グランドに接続されている。スイッチ６４ｓ３は、グランドと部材６０との間で接続されている。なお、電源６４は、直流電源６４ｐ２及びスイッチ６４ｓ２を有していなくてもよい。なお、直流電源６４ｐ１及び直流電源６４ｐ２の各々を構成する可変直流電源は、その正極及び負極を任意に設定できるものであってもよい。また、スイッチ６４ｓ１、スイッチ６４ｓ２、及びスイッチ６４ｓ３は、単一のフィルタ６４ｆではなく、それぞれに対応の別個のフィルタを介して部材６０に接続されていてもよい。

スイッチ６４ｓ１、スイッチ６４ｓ２、及びスイッチ６４ｓ３の各々の開閉は、制御部８０によって制御され得る。スイッチ６４ｓ１が閉じられ、スイッチ６４ｓ２とスイッチ６４ｓ３が開かれると、直流電源６４ｐ１からの正の電圧が、部材６０に印加される。スイッチ６４ｓ２が閉じられ、スイッチ６４ｓ１とスイッチ６４ｓ３が開かれると、直流電源６４ｐ２からの負の電圧が、部材６０に印加される。スイッチ６４ｓ３が閉じられ、スイッチ６４ｓ１とスイッチ６４ｓ２が開かれると、部材６０はグランドに接続される。

以下、図４を参照する。図４は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置に関連する別のタイミングチャートである。プラズマ処理装置１は、図４に示すタイミングチャートのように、高周波電力ＨＦ、電圧ＰＶ、及び電気バイアスＥＢのタイミング制御を実行してもよい。具体的には、電源６４は、周期ＣＹ内で期間ＰＡの開始時点から期間ＰＰの終了時点までの期間を除く期間において、部材６０に負の電圧を印加してもよい。

以下、図５及び図６を参照する。図５は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の電気的構成を概略的に示す図である。図６は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置に関連するタイミングチャートである。図５に示すプラズマ処理装置１Ｂは、バイアス電源６２に代えてバイアス電源６２Ｂを備えている点においてプラズマ処理装置１と異なっている。以下、プラズマ処理装置１Ｂを、プラズマ処理装置１に対するその相違点の観点から説明する。なお、以下に説明する点以外では、プラズマ処理装置１Ｂの構成は、プラズマ処理装置１の対応の構成と同様であり得る。

バイアス電源６２Ｂは、電気バイアスＥＢとして、高周波電力（即ち、高周波バイアス電力）を下部電極１８に出力してもよい。バイアス電源６２Ｂが出力する電気バイアスＥＢ、即ち高周波電力は、第２の周波数を有する。第２の周波数は、例えば１００ｋＨｚ～２７ＭＨｚの範囲内の周波数である。バイアス電源６２Ｂから下部電極１８に出力される電気バイアスＥＢは、図６に示すように、周期ＣＹ内の期間ＰＮにおいて負の電位を有し、周期ＣＹ内の期間ＰＮを除く期間において０又は正の電位を有する。

図５に示すように、バイアス電源６２Ｂは、高周波電源６２１及び電源６２２を有していてもよい。高周波電源６２１は、第２の周波数を有する高周波電力を発生するように構成されている。高周波電源６２１は、整合器６２ｍ及び電極プレート１９を介して下部電極１８に接続されている。整合器６２ｍは、整合回路を有している。整合器６２ｍの整合回路は、可変インピーダンスを有する。整合器６２ｍの整合回路のインピーダンスは、バイアス電源６２の負荷からの反射を低減させるように調整される。

電源６２２は、図５に示すように、フィルタ６２ｆを介して下部電極１８に接続されていてもよい。フィルタ６２ｆは、ローパスフィルタであり、電源６２２に流入し得る高周波電力ＨＦを低減させる。

電源６２２は、直流電源６２ｐ１、スイッチ６２ｓ１、及びスイッチ６２ｓ３を有していてもよい。直流電源６２ｐ１は、可変直流電源であってもよい。直流電源６２ｐ１の正極は、スイッチ６２ｓ１を介して、下部電極１８に接続されている。直流電源６２ｐ１の負極は、グランドに接続されている。スイッチ６２ｓ３は、グランドと下部電極１８との間で接続されている。なお、直流電源６２ｐ１を構成する可変直流電源は、その正極及び負極を任意に設定できるものであってもよい。また、スイッチ６２ｓ１及びスイッチ６２ｓ３は、単一のフィルタ６２ｆではなく、それぞれに対応の別個のフィルタを介して下部電極１８に接続されていてもよい。

スイッチ６２ｓ１及びスイッチ６２ｓ３の各々の開閉は、制御部８０によって制御され得る。スイッチ６２ｓ１が閉じられ、スイッチ６２ｓ３が開かれると、直流電源６２ｐ１からの正の電圧が、下部電極１８に出力される。スイッチ６２ｓ３が閉じられ、スイッチ６２ｓ１が開かれると、下部電極１８はグランドに接続される。

図６に示す電気バイアスＥＢを生成するために、スイッチ６２ｓ１及びスイッチ６２ｓ３は、期間ＰＰを除く期間において開かれる。したがって、期間ＰＰを除く期間では、高周波電源６２１からの高周波電力のみが、電気バイアスＥＢとして、下部電極１８に供給される。期間ＰＰにおいては、スイッチ６２ｓ１が閉じられ、スイッチ６２ｓ３が開かれる。したがって、期間ＰＰにおいては、高周波電源６２１からの高周波電力と電源６２２からの正の電圧との重畳により生成された電気バイアスＥＢが、下部電極１８に供給される。

以下、図７の（ａ）、図７の（ｂ）、及び図７の（ｃ）を参照する。図７の（ａ）、図７の（ｂ）、及び図７の（ｃ）の各々は、更に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７の（ａ）、図７の（ｂ）、及び図７の（ｃ）に示すように、部材６０は、上部電極３０とは別の部材であってもよい。図７の（ａ）に示すように、部材６０は、上部電極３０の周りで周方向に延在していてもよい。図７の（ｂ）に示すように、部材６０は、上部電極３０と基板支持器１６との間で生成されるプラズマを囲むように周方向に延在していてもよい。部材６０は、チャンバ１０の側壁（例えば、チャンバ本体１２の側壁）又はその一部であってもよく、チャンバ１０の側壁とは別の部材であってもよい。図７の（ｃ）に示すように、部材６０は、基板支持器１６の周りの空間を含む排気路において周方向に延在していてもよい。部材６０は、バッフル部材４８であってもよく、バッフル部材４８とは別の部材であってもよい。

以下、例示的実施形態に係るプラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１又はプラズマ処理装置１Ｂが用いられる場合を例にとって、説明する。以下の説明では、図２、図４、及び図６を参照する。プラズマ処理方法は、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成することを含む。プラズマは、高周波電源６１からの高周波電力ＨＦが供給されることにより、チャンバ１０内のガスから生成される。

プラズマ処理方法は、期間ＰＡにおいて第２の電源（電源６４）から正の電圧を印加することを更に含む。期間ＰＡは、上述したように、第１の電源（バイアス電源６２又はバイアス電源６２Ｂ）から下部電極１８に出力される電気バイアスＥＢがその周期ＣＹ内で電気バイアスＥＢの平均電位以上の電位を有する全期間のうち一部の期間である。期間ＰＡは、例えば、第１の電源（バイアス電源６２又はバイアス電源６２Ｂ）から下部電極１８に出力される電気バイアスＥＢが０又は正の電位を有する期間である。

プラズマ処理方法は、期間ＰＡの後の期間ＰＰにおいて、第１の電源（バイアス電源６２又はバイアス電源６２Ｂ）から下部電極１８に正の電位を有する電気バイアスＥＢを出力することを含む。

なお、上述したように、期間ＰＴにおいて、高周波電力ＨＦの供給が停止されるか、高周波電力ＨＦの電力レベルが低下され得る。期間ＰＴは、期間ＰＡの開始時点から期間ＰＰの開始時点と終了時点との間の時点までの期間を少なくとも含む。

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、様々な追加、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、容量結合型のプラズマ生成部とは別のプラズマ生成部を備えていてもよい。即ち、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生成部、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）型のプラズマ生成部、又はマイクロ波といった表面波を用いるプラズマ生成部を備えていてもよい。

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、１６…基板支持器、６１…高周波電源、６２…バイアス電源、６４…電源。

Claims (10)

1. チャンバと、
   下部電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持器と、
   前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するように構成されたプラズマ生成部と、
   電気バイアスを発生するように構成されており、前記下部電極に電気的に接続された第１の電源と、
   前記チャンバ内で生成されたプラズマに晒される部材に正の電圧を印加するように構成された第２の電源と、
   を備え、
   前記第２の電源は、前記第１の電源から前記下部電極に出力される前記電気バイアスがその周期内で該電気バイアスの平均電位以上の電位を有する全期間のうち一部の第１の期間において、前記部材に前記正の電圧を印加するように構成されており、
   前記第１の電源は、前記第１の期間の後の第２の期間において正の電位を有する前記電気バイアスを前記下部電極に出力するように構成されている、
   プラズマ処理装置。
2. 前記プラズマ生成部は、少なくとも前記第１の期間の開始時点から前記第２の期間の開始時点と終了時点との間の時点までの期間において、前記チャンバ内でのプラズマの生成のための高周波電力の供給を停止するか、該高周波電力の電力レベルを低下させるように構成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第１の期間における前記部材の電位は、該第１の期間における前記下部電極の電位よりも高い、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１の電源は、前記第１の期間における前記電気バイアスの電位よりも高い正の電位を有する前記電気バイアスを、前記第２の期間において前記下部電極に出力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。
5. 容量結合型のプラズマ処理装置である、請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記基板支持器の上方に設けられた上部電極を更に備え、
   前記部材は、前記上部電極である、
   請求項４に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第１の電源は、前記電気バイアスとして、パルス状の直流電圧又は任意の電圧波形を周期的に出力するように構成されている、請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記第１の電源は、前記電気バイアスとして、高周波電力を出力するように構成されている、請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. （ａ）プラズマ処理装置のチャンバ内でガスからプラズマを生成する工程であり、該プラズマ処理装置は、前記チャンバ内に設けられた基板支持器を備えており、第１の電源が該基板支持器内の下部電極に電気的に接続されている、該工程と、
   （ｂ）前記第１の電源から前記下部電極に出力される電気バイアスがその周期内で該電気バイアスの平均電位以上の電位を有する全期間のうち一部の第１の期間において、前記プラズマに晒される部材に第２の電源から正の電圧を印加する工程と、
   （ｃ）前記第１の期間の後の第２の期間において、前記第１の電源から前記下部電極に正の電位を有する前記電気バイアスを出力する工程と、
   を含むプラズマ処理方法。
10. 少なくとも前記第１の期間の開始時点から前記第２の期間の開始時点と終了時点との間の時点までの期間において、前記チャンバ内でのプラズマの生成のための高周波電力の供給が停止されるか、該高周波電力の電力レベルが低下される、請求項９に記載のプラズマ処理方法。

Images