JP2022018776A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
先ず、本実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。図1は、プラズマ処理装置1の構成の概略を示す縦断面図である。図2は、エッジリング14に直流電圧を印加する電源系の説明図である。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では、基板としてのウェハWに対してプラズマ処理を行う。プラズマ処理は特に限定されるものではないが、例えばエッチング処理、成膜処理、拡散処理などが行われる。
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置1を用いて行われるプラズマ処理について説明する。
次に、上述したプラズマ処理において、チルト角度を制御する方法について説明する。チルト角度は、ウェハWのエッジ領域へのイオンの入射方向の鉛直方向に対する傾き(角度)である。
次に、上述したプラズマ処理において、高周波電力RFの供給タイミング、直流電圧DCの印加タイミング、エッジリング14の除電タイミングについて説明する。高周波電力RFの供給は、第1の高周波電源50からの高周波電力HFと第2の高周波電源51からの高周波電力LFのうち一方又は双方を、下部電極12に供給する状態である。高周波電力RFの供給タイミングは、すなわち上述したRFオンとRFオフのタイミングである。直流電圧DCの印加は、エッジリング14と直流電源60(直流電源回路64)を接続した状態であり、直流電圧DCの印加タイミングは、すなわち上述したDCオンとDCオフのタイミングである。エッジリング14の除電は、エッジリング14と除電回路65を接続した状態であり、エッジリング14の除電タイミングは、すなわち上述した除電オンと除電オフのタイミングである。
ここで、上述したようにチルト角度を制御するため、直流電源60からエッジリング14に印加する直流電圧DCを調整し、ウェハWとエッジリング14との間に電位差である設定値ΔVを設ける。この際、例えば上記電位差が大きくなり過ぎたり、或いは直流電圧DCを印加するタイミングがずれて意図しない電位差が生じると、ウェハWとエッジリング14との間で放電が生じるおそれがある。そしてその結果、ウェハWがダメージを被る場合がある。
以上のように本実施形態では、RFオン時とRFオフ時のそれぞれにおいて遅延時間Dt1、Dt2を設けることで、ウェハWとエッジリング14との間の電位差を抑制する。以下、上述したプラズマ処理における、RFオンオフ、DCオンオフ、除電オンオフのタイミングについて具体的に説明する。
ステップS1は、エッジリング14の除電を行うステップである。ステップS1では、直流電源回路64の切替素子64aをオープンにし(DCオフ)、除電回路65の切替素子65aをクローズする(除電オン)。そうすると、エッジリング14と除電回路65が接続され、エッジリング14の電荷が除電回路65を介して除去される。なお、このステップS1では、下部電極12への高周波電力RFの供給は停止されている(RFオフ)。
ステップS2は、下部電極12に高周波電力RFを供給した後(RFオン)、エッジリング14に直流電圧DCを印加する(DCオン)までの間、すなわち第1の遅延時間Dt1のステップである。ステップS2では、直流電源回路64の切替素子64aをオープンに維持しつつ(DCオフ)、除電回路65の切替素子65aをオープンする(除電オフ)。すなわち、エッジリング14を直流電源回路64と除電回路65の両方に接続しない状態とすることで、直流電源60の出力端は浮遊電位となる。RFオンすると、高周波電力RFの反射が発生するため、ウェハWの電位は緩やかに上昇する。そして、直流電源60が浮遊電位状態では、エッジリング14の電位は、ウェハWの電位に追従して緩やかに上昇する。したがって、第1の遅延時間Dt1が経過した時点では、ウェハWとエッジリング14との間の電位差を小さくして、放電を抑制することができる。
ステップS3は、下部電極12に高周波電力RFを供給しつつ(RFオン)、エッジリング14に直流電圧DCを印加して(DCオン)、ウェハWにプラズマ処理を行うステップである。ステップS3では、除電回路65の切替素子65aをオープンに維持しつつ(除電オフ)、直流電源回路64の切替素子64aをクローズする(DCオン)。そうすると、直流電圧DCによってウェハWのエッジ領域でのチルト角度を適切に制御して、イオンの入射方向を適切に調整し、ウェハWに対してプラズマ処理を均一に行うことができる。
ステップS4は、下部電極12への高周波電力RFの供給を停止し(RFオフ)、エッジリング14への直流電圧DCの印加を停止した後(DCオフ)、エッジリング14の除電を行う(除電オン)までの間、すなわち第2の遅延時間Dt2のステップである。ステップS4では、除電回路65の切替素子65aをオープンに維持しつつ(除電オフ)、直流電源回路64の切替素子64aをオープンにする(DCオフ)。すなわち、エッジリング14を直流電源回路64と除電回路65の両方に接続しない状態とすることで、直流電源60の出力端は浮遊電位となる。RFオフすると、ウェハWの電位は緩やかに下降する。そして、直流電源60が浮遊電位状態では、エッジリング14の電位は、ウェハWの電位に追従して緩やかに下降する。したがって、第2の遅延時間Dt2が経過した時点では、ウェハWとエッジリング14との間の電位差を小さくして、放電を抑制することができる。
ステップS5は、エッジリング14の除電を行うステップである。ステップS5では、ステップS1と同様に、直流電源回路64の切替素子64aをオープンに維持しつつ(DCオフ)、除電回路65の切替素子65aをクローズする(除電オン)。そうすると、エッジリング14と除電回路65が接続され、エッジリング14の電荷が除電回路65を介して除去される。
ステップS6は、再び下部電極12に高周波電力RFを供給した後(RFオン)、エッジリング14に直流電圧DCを印加する(DCオン)までの間、すなわち第1の遅延時間Dt1のステップである。すなわち、ステップS2と同様のステップである。
次に、上述したRFオン時の第1の遅延時間Dt1とRFオフ時の第2の遅延時間Dt2の具体例について説明する。
以上の実施形態のプラズマ処理装置1は、直流電源60、直流電源回路64及び除電回路65を有していたが、エッジリング14に直流電圧DCを印加する電源系はこれに限定されない。図8~図10は、他の実施形態において、エッジリング14に直流電圧DCを印加する電源系の説明図である。なお、図8~図10では、技術の理解を容易にするため、第1のRFフィルタ62と第2のRFフィルタ63の図示を省略する。
10 チャンバ
11 ステージ
12 下部電極
13 静電チャック
14 エッジリング
50 第1の高周波電源
51 第2の高周波電源
60 直流電源
100 制御部
W ウェハ
Claims (14)
- 基板にプラズマ処理を行う装置であって、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたステージであり、電極と、前記電極上に設けられた静電チャックと、前記静電チャック上に載置された基板を囲むように当該静電チャック上に配置されるエッジリングとを有する前記ステージと、
前記チャンバの内部のガスからプラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、
前記エッジリングに負極性の直流電圧を印加する直流電源と、
前記高周波電力と前記直流電圧を制御する制御部と、
備え、
前記制御部は、
(a)前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止する工程と、
(b)前記高周波電力の供給を開始し、予め定められた遅延時間が経過した後、前記直流電圧の印加を開始する工程と、
を含む処理を実行するように前記装置を制御する、プラズマ処理装置。 - 前記制御部は、前記直流電圧の印加時間に対する前記遅延時間の割合に基づいて、当該遅延時間を決定する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、前記高周波電力を供給してからの反射時間を測定し、当該反射時間以上を前記遅延時間に決定する、請求項2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、前記エッジリングの電位を測定し、当該エッジリングの電位に基づいて前記遅延時間を決定する、請求項2又は3に記載のプラズマ処理装置。
- 前記遅延時間は0.1μs~1000μsである、請求項2~4のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記エッジリングに前記直流電圧を印加するための直流電源回路を備え、
前記エッジリングを除電するための除電回路を備えていない、請求項1~5のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記エッジリングに前記直流電圧を印加するための直流電源回路と、
前記エッジリングを除電するための除電回路と、
前記エッジリングと、前記直流電源回路又は前記除電回路との接続を切り替える切替ユニットと、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記(a)工程において、前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止し、さらに前記エッジリングを除電し、
前記(b)工程において、前記高周波電力の供給を開始すると共に、前記エッジリングの除電を停止し、予め定められた第1の遅延時間が経過した後、前記直流電圧の印加を開始し、
(c)前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止し、予め定められた第2の遅延時間が経過した後、前記エッジリングの除電を開始する工程と、
を含む処理を実行するように前記装置を制御する、請求項1~5のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記制御部は、前記直流電圧の印加時間に対する前記第2の遅延時間の割合に基づいて、当該第2の遅延時間を決定する、請求項7に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、前記エッジリングの電位を測定し、当該エッジリングの電位に基づいて前記第2の遅延時間を決定する、請求項8に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、前記高周波電力を測定し、当該高周波電力に基づいて前記第2の遅延時間を決定する、請求項8又は9に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第2の遅延時間は0.1μs~1000μsである、請求項8~10のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記直流電源は、
第1の直流電圧を印加する第1の直流電源と、
前記第1の直流電圧と異なる第2の直流電圧を印加する第2の直流電源と、
を備え、
前記直流電圧の印加では、前記第1の直流電圧又は前記第2の直流電圧を印加する、請求項1~11のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記高周波電源は、
前記プラズマを生成するための第1の高周波電力を供給する第1の高周波電源と、
前記静電チャックに載置された基板にイオンを引き込むための第2の高周波電力を供給する第2の高周波電源と、
を備え、
前記高周波電力の供給では、前記第1の高周波電力及び前記第2の高周波電力のうち一方又は双方を供給する、請求項1~12のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 - プラズマ処理装置を用いて基板にプラズマ処理を行う方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたステージであり、電極と、前記電極上に設けられた静電チャックと、前記静電チャック上に載置された基板を囲むように当該静電チャック上に配置されるエッジリングとを有する前記ステージと、
前記チャンバの内部のガスからプラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、
前記エッジリングに負極性の直流電圧を印加する直流電源と、
備え、
前記方法は、
(a)前記高周波電力の供給を停止すると共に、前記直流電圧の印加を停止する工程と、
(b)前記高周波電力の供給を開始し、予め定められた遅延時間が経過した後、前記直流電圧の印加を開始する工程と、
を含む、プラズマ処理方法。
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