JP2022027459A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジリング上でのシースの厚さの調整と径方向におけるプラズマの密度の分布の調整を可能と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、高周波電源、及びバイアス電源を備える。高周波電源は、高周波電極に高周波電力を供給する。バイアス電源は、バイアス電極に電気バイアスを与える。基板支持器上に搭載されたエッジリングが、電気バイアスの一部又は別の電気バイアスを受ける。アウターリングが、エッジリングに対して径方向において外側で延在して、高周波電力の一部を受ける。高周波電力の電力レベルが、電気バイアスの各周期内で電気バイアスに同期して変更される。【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。

プラズマ処理装置が、基板に対するプラズマ処理のために用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ、静電チャック、及び下部電極を備える。静電チャック及び下部電極は、チャンバ内に設けられている。静電チャックは、下部電極上に設けられている。静電チャックは、その上に載置されるエッジリングを支持する。エッジリングは、フォーカスリングと呼ばれることがある。静電チャックは、エッジリングによって囲まれた領域内に配置される基板を支持する。プラズマ処理装置においてプラズマ処理が行われるときには、ガスがチャンバ内に供給される。また、高周波電力が下部電極に供給される。プラズマが、チャンバ内のガスから形成される。基板は、プラズマからのイオン、ラジカルといった化学種により処理される。

プラズマ処理が実行されると、エッジリングは消耗し、エッジリングの厚さが小さくなる。エッジリングの厚さが小さくなると、エッジリングの上方でのプラズマシース（以下、「シース」という）の上端の位置が低くなる。エッジリングの上方でのシースの上端の鉛直方向における位置と基板の上方でのシースの上端の鉛直方向における位置は等しくあるべきである。特開２００８－２２７０６３号公報（以下、「特許文献１」という）は、エッジリングの上方でのシースの上端の鉛直方向における位置を調整することを可能としたプラズマ処理装置を開示している。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、直流電圧をエッジリングに印加するように構成されている。また、特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、直流電圧をエッジリングに印加しているときに、下部電極に供給される高周波電力のパワーレベルを調整するように構成されている。

特開２００８－２２７０６３号公報

本開示は、エッジリング上でのシースの厚さの調整と径方向におけるプラズマの密度の分布の調整を可能と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、高周波電源、及びバイアス電源を備える。基板支持器は、バイアス電極を有する。高周波電源は、チャンバ内で基板支持器によって支持された基板の上方でプラズマを生成するために高周波電極に供給される高周波電力を発生するように構成されている。バイアス電源は、バイアス電極に電気的パスを介して接続されている。エッジリングが、基板支持器上に搭載される。エッジリングは、バイアス電極とエッジリングとの間又は前記電気的パスとエッジリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を介してバイアス電源に電気的に接続されるか、別のバイアス電源に電気的に接続されている。アウターリングが、エッジリングに対して径方向において外側で延在している。アウターリングは、高周波電力の一部を受けるように高周波電源に電気的に接続されている。高周波電源は、バイアス電源からバイアス電極に出力される電気バイアスの各周期内で電気バイアスに同期して高周波電力の電力レベルを変更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、エッジリング上でのシースの厚さを調整することと、径方向におけるプラズマの密度の分布を調整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２の（ａ）及び図２の（ｂ）の各々は、図１に示すプラズマ処理装置において用いられる一例の高周波電力と電気バイアスのタイミングチャートである。 図３の（ａ）及び図３の（ｂ）の各々は、図１に示すプラズマ処理装置において用いられる別の例の高周波電力と電気バイアス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。 図６の（ａ）及び図６の（ｂ）の各々は、図４に示すプラズマ処理装置において用いられる一例の第１の高周波電力、第２の高周波電力、及び電気バイアスのタイミングチャートである。 図６の（ａ）及び図６の（ｂ）の各々は、図４に示すプラズマ処理装置において用いられる別の例の第１の高周波電力、第２の高周波電力、及び電気バイアスのタイミングチャートである。 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。 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、高周波電源、及びバイアス電源を備える。基板支持器は、バイアス電極を有する。高周波電源は、チャンバ内で基板支持器によって支持された基板の上方でプラズマを生成するために高周波電極に供給される高周波電力を発生するように構成されている。バイアス電源は、バイアス電極に電気的パスを介して接続されている。エッジリングが、基板支持器上に搭載される。エッジリングは、バイアス電極とエッジリングとの間又は前記電気的パスとエッジリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を介してバイアス電源に電気的に接続されるか、別のバイアス電源に電気的に接続されている。アウターリングが、エッジリングに対して径方向において外側で延在している。アウターリングは、高周波電力の一部を受けるように高周波電源に電気的に接続されている。高周波電源は、バイアス電源からバイアス電極に出力される電気バイアスの各周期内で電気バイアスに同期して高周波電力の電力レベルを変更するように構成されている。

上記実施形態によれば、エッジリングにおける負バイアスのレベルが、インピーダンス調整器又は別のバイアス電源により調整される。したがって、上記実施形態によれば、エッジリング上でのシースの厚さを調整することが可能となる。また、上記実施形態では、電気バイアスの各周期内でアウターリングに供給される高周波電力の電力レベルが変更される。したがって、上記実施形態によれば、径方向におけるプラズマの密度の分布を電気バイアスの各周期内で調整することが可能となる。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第１の電極及び第２の電極を更に備えていてもよい。第１の電極は、エッジリングと電気的に結合される。第１の電極は、エッジリングと容量結合されてもよい。第２の電極は、アウターリングと電気的に結合される。第２の電極は、アウターリングと容量結合されてもよい。インピーダンス調整器は、バイアス電極と第１の電極との間又は前記電気的パスと第１の電極との間で可変インピーダンスを提供する。アウターリングは、第２の電極を介して高周波電力の一部又は別の高周波電源からの別の高周波電力を受ける。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、電気バイアスの各周期内の同一の期間において高周波電極及びアウターリングに高周波電力のパルスを供給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、上記の同一の期間は、電気バイアスがその周期内で該電気バイアスの平均電圧以上の電圧を有する第１の期間又は該電気バイアスが該周期内で該平均電圧よりも低い電圧を有する第２の期間であってもよい。高周波電力のパルスが第１の期間において高周波電極及びアウターリングに供給される場合には、基板上でのプラズマの密度とアウターリングの周囲でのプラズマの密度を増加させることができる。また、高周波電力のパルスが第２の期間において高周波電極及びアウターリングに供給される場合には、基板上でのプラズマ密度に対して相対的にアウターリングの周囲でのプラズマ密度を増加させることができる。

一つの例示的実施形態において、基板支持器は、基台及び該基台上に設けられた静電チャックを有していてもよい。

一つの例示的実施形態において、基台は、バイアス電極である下部電極を提供していてもよい。下部電極は、高周波電極であってもよい。高周波電源は、上記の電気的パスを介して下部電極に電気的に接続されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、インピーダンス調整器を更に備えていてもよい。このインピーダンス調整器は、上記の電気的パスとアウターリングとの間又は下部電極とアウターリングとの間で可変インピーダンスを提供する。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、前記電気的パスとアウターリングとの間又は下部電極とアウターリングとの間で可変インピーダンスを提供する前記インピーダンス調整器と第２の電極との間で接続されたフィルタを更に備えていてもよい。フィルタは、バイアス電源から下部電極に供給される電気バイアスに対して高周波電力を選択的に通過させる周波数特性を有していてもよい。

一つの例示的実施形態において、バイアス電極は、静電チャックの中に設けられていてもよい。基台は、高周波電極である下部電極を提供していてもよい。高周波電源は、下部電極に電気的に接続されていてもよい。一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、高周波電源を下部電極に接続する電気的パスとアウターリングとの間又下部電極とアウターリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を更に備えていてもよい。

別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、第１の高周波電源、バイアス電源、及び第２の高周波電源を備える。基板支持器は、バイアス電極を有する。第１の高周波電源は、チャンバ内で基板支持器によって支持された基板の上方でプラズマを生成するために高周波電極に供給される第１の高周波電力を発生するように構成されている。バイアス電源は、バイアス電極に電気的パスを介して接続されている。第２の高周波電源は、アウターリングに供給される第２の高周波電力を発生するように構成されている。アウターリングは、基板支持器上に搭載されるエッジリングに対して径方向において外側で延在する。エッジリングが、バイアス電極とエッジリングとの間又は前記電気的パスとエッジリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を介してバイアス電源に電気的に接続されるか、別のバイアス電源に電気的に接続される。第２の高周波電源は、バイアス電源からバイアス電極に出力される電気バイアスの各周期内で該電気バイアスに同期して第２の高周波電力の電力レベルを変更するように構成されている。

上記実施形態によれば、エッジリングにおける負バイアスのレベルが、インピーダンス調整器又は別のバイアス電源により調整される。したがって、上記実施形態によれば、エッジリング上でのシースの厚さを調整することが可能となる。また、上記実施形態では、電気バイアスの各周期内でアウターリングに供給される第２の高周波電力の電力レベルが変更される。したがって、上記実施形態によれば、径方向におけるプラズマの密度の分布を電気バイアスの各周期内で調整することが可能となる。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第１の電極及び第２の電極を更に備えていてもよい。第１の電極は、エッジリングと電気的に結合される。第１の電極は、エッジリングと容量結合されてもよい。第２の電極は、アウターリングと電気的に結合される。第２の電極は、アウターリングと容量結合されてもよい。インピーダンス調整器は、バイアス電極と第１の電極との間又は前記電気的パスと第１の電極との間で可変インピーダンスを提供する。アウターリングは、第２の電極を介して第２の高周波電力を受ける。

一つの例示的実施形態において、基板支持器は、基台及び該基台上に設けられた静電チャックを有していてもよい。

一つの例示的実施形態において、基台は、バイアス電極である下部電極を提供していてもよい。下部電極は、高周波電極であってもよい。高周波電源は、上記の電気的パスを介して下部電極に電気的に接続されてもよい。

一つの例示的実施形態において、バイアス電極は、静電チャックの中に設けられていてもよい。基台は、高周波電極である下部電極を提供していてもよい。第１の高周波電源は、下部電極に電気的に接続されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、第２の高周波電源は、電気バイアスの各周期内の同一の期間において、アウターリングに第２の高周波電力のパルスを供給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、電気バイアスの各周期は、該電気バイアスがその周期内で該電気バイアスの平均電圧以上の電圧を有する第１の期間又は該電気バイアスが該周期内で該平均電圧よりも低い電圧を有する第２の期間を含む。上記の同一の期間は、第１の期間であってもよい。この実施形態では、基板上でのシースが薄い期間においてアウターリングに供給される第２の高周波電力と高周波電極に供給される第１の高周波電力との比により、径方向におけるプラズマ密度の分布が調整される。

一つの例示的実施形態において、第１の高周波電源は、第１の期間及び第２の期間の双方において第１の高周波電力の連続波を供給してもよく、或いは、第２の期間において第１の高周波電力のパルスを供給してもよい。

一つの例示的実施形態において、第１の高周波電源は、第１の期間において第１の高周波電力のパルスを供給してもよい。

一つの例示的実施形態において、アウターリングは、エッジリングを囲むように延在していてもよい。

一つの例示的実施形態において、バイアス電源は、高周波バイアス電力をバイアス電極に供給するか、パルス状の電圧又は任意の波形を有する電圧を周期的に下部電極に印加するように構成されていてもよい。パルス状の電圧は、負極性を有していてもよい。パルス状の電圧は、パルス状の負極性の直流電圧であってもよい。

更に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。プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持器によって支持された基板の上方でプラズマを生成するために、高周波電源から高周波電極に高周波電力を供給する工程（ａ１）を含む。プラズマ処理方法は、基板支持器のバイアス電極にバイアス電源から電気バイアスを与える工程（ｂ１）を更に含む。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、高周波電源、及びバイアス電極に電気的パスを介して接続されたバイアス電源を備える。エッジリングが、基板支持器上に搭載される。エッジリングは、バイアス電極とエッジリングとの間又は前記電気的パスとエッジリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を介してバイアス電源に電気的に接続されるか、別のバイアス電源に電気的に接続されている。アウターリングが、エッジリングに対して径方向において外側で延在する。アウターリングは、高周波電力の一部を受けるように高周波電源に電気的に接続されている。工程（ａ１）において、高周波電源は、バイアス電源からバイアス電極に出力される電気バイアスの各周期内で電気バイアスに同期して高周波電力の電力レベルを変更する。

一つの例示的実施形態では、工程（ａ１）において、高周波電源は、電気バイアスの各周期内の同一の期間において高周波電極及びアウターリングに高周波電力のパルスを供給してもよい。同一の期間は、電気バイアスがその周期内で該電気バイアスの平均電圧以上の電圧を有する第１の期間又は該電気バイアスが該周期内で該平均電圧よりも低い電圧を有する第２の期間であってもよい。

更に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。プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持器によって支持された基板の上方でプラズマを生成するために、第１の高周波電源から高周波電極に第１の高周波電力を供給する工程（ａ２）を含む。プラズマ処理方法は、基板支持器のバイアス電極にバイアス電源から電気バイアスを与える工程（ｂ２）を更に含む。プラズマ処理方法は、第２の高周波電源からアウターリングに第２の高周波電力を供給する工程（ｃ２）を更に含む。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、第１の高周波電源、バイアス電極に電気的パスを介して接続されたバイアス電源、及び第２の高周波電源を備える。エッジリングが、基板支持器上に搭載される。エッジリングは、バイアス電極とエッジリングとの間又は前記電気的パスとエッジリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を介してバイアス電源に電気的に接続されるか、別のバイアス電源に電気的に接続されている。アウターリングは、エッジリングに対して径方向において外側で延在する。工程（ｃ２）において、第２の高周波電源は、電気バイアスの各周期内で電気バイアスに同期して第２の高周波電力の電力レベルを変更する。

一つの例示的実施形態では、工程（ｃ２）において、第２の高周波電源は、電気バイアスの各周期内の同一の期間において、アウターリングに第２の高周波電力のパルスを供給してもよい。電気バイアスの各周期は、電気バイアスがその周期内で該電気バイアスの平均電圧以上の電圧を有する第１の期間又は該電気バイアスが該周期内で該平均電圧よりも低い電圧を有する第２の期間を含み得る。同一の期間は、第１の期間であってもよい。

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。内部空間１０ｓ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、即ち内部空間１０ｓを画成する壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。

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。この通路１２ｐの開閉のために、ゲートバルブ１２ｇがチャンバ本体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の中で、その上に載置された基板Ｗを支持するように構成されている。基板Ｗは、略円盤形状を有する。基板Ｗは、その中心が軸線ＡＸ上に位置するように基板支持器１６上に載置される。基板支持器１６は、エッジリングＥＲを更に支持するように構成されている。エッジリングＥＲは、環形状を有している。エッジリングＥＲは、導電性を有し得る。エッジリングＥＲは、例えばシリコン又は炭化ケイ素から形成される。エッジリングＥＲは、軸線ＡＸにその中心軸線が一致するように、基板支持器１６上に載置される。基板Ｗは、基板支持器１６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。

基板支持器１６は、絶縁部１７によって囲まれていてもよい。絶縁部１７は、軸線ＡＸに対して径方向において基板支持器１６の外側で周方向に延在している。絶縁部１７は、石英といった絶縁材料から形成されている。絶縁部１７は、基板支持器１６を支持していてもよい。

基板支持器１６は、基台１８を有する。基板支持器１６は、静電チャック２０を更に有していてもよい。基台１８及び静電チャック２０は、チャンバ１０の中に設けられている。基台１８は、アルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を有している。基台１８の中心軸線は、軸線ＡＸである。

基台１８は、その中に流路１８ｆを提供している。流路１８ｆは、熱交換媒体用の流路である。熱交換媒体は、例えば冷媒である。流路１８ｆは、熱交換媒体の供給装置２２に接続されている。供給装置２２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２２から供給される熱交換媒体を受ける。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、流路１８ｆを流れて供給装置２２に戻される。

静電チャック２０は、基台１８上に設けられている。基板Ｗは、内部空間１０ｓの中で処理されるときに、静電チャック２０上に載置され、静電チャック２０によって保持される。

静電チャック２０は、本体及びチャック電極を有している。静電チャック２０の本体は、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムといった誘電体から形成されている。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有している。静電チャック２０の中心軸線は、軸線ＡＸである。チャック電極は、静電チャック２０の本体内に設けられている。チャック電極は、膜形状を有している。チャック電極は、スイッチを介して直流電源に電気的に接続されている。直流電源からの電圧がチャック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。

静電チャック２０は、基板載置領域を含んでいる。基板載置領域は、略円盤形状を有する領域である。基板載置領域の中心軸線は、軸線ＡＸである。基板Ｗは、チャンバ１０内で処理されるときには、基板載置領域の上面の上に載置される。

一実施形態において、静電チャック２０は、エッジリング載置領域を更に含んでいてもよい。エッジリング載置領域は、静電チャック２０の中心軸線の周りで基板載置領域を囲むように周方向に延在している。エッジリング載置領域の上面の上にはエッジリングＥＲが載置される。エッジリングＥＲは、部分的に絶縁部１７上に載置されていてもよい。

プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２４を提供していてもよい。ガス供給ライン２４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、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と共にチャンバ本体１２の上部開口を閉じている。部材３２は、絶縁性を有している。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。

上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含んでいてもよい。天板３４の下面は、内部空間１０ｓを画成している。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の各々は、天板３４をその板厚方向（鉛直方向）に貫通している。天板３４は、例えばシリコンから形成されている。或いは、天板３４は、アルミニウム製の部材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持している。支持体３６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されている。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、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、ガス導入ポート３６ｃを更に提供している。ガス導入ポート３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入ポート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。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数のバルブ（例えば開閉バルブ）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、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一つ以上のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、内部空間１０ｓに供給することが可能である。

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、絶縁部１７とチャンバ本体１２の側壁との間で延在している。バッフル部材４８は、例えば、アルミニウム製の部材に酸化イットリウム等のセラミックを被覆することにより構成され得る。バッフル部材４８は、複数の貫通孔を提供している。バッフル部材４８の上方の空間とバッフル部材４８の下方の空間は、バッフル部材４８の複数の貫通孔を介して接続される。

プラズマ処理装置１は、排気装置５０を更に備え得る。排気装置５０は、バッフル部材４８の下方でチャンバ本体１２の底部に排気管５２を介して接続される。排気装置５０は、自動圧力制御弁といった圧力制御器、及び、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、内部空間１０ｓの圧力を減圧することができる。

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、基板支持器１６によって支持された基板Ｗの上方でプラズマを生成するために高周波電極に供給される高周波電力ＨＦを発生する。高周波電力ＨＦは、第１の周波数を有する。第１の周波数は、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば４０ＭＨｚ又は６０ＭＨｚの周波数である。一実施形態において、高周波電極は、基台１８である。即ち、一実施形態において、基台１８は、高周波電極である下部電極を提供している。高周波電源６１は、整合器６３を介して基台１８に接続されている。整合器６３は、高周波電源６１の負荷側（基台１８側）のインピーダンスを、高周波電源６１の出力インピーダンスに整合させるように構成された整合回路を有している。一実施形態において、高周波電源６１は、整合器６３及び電気的パス７１を介して基台１８に接続されていてもよい。一実施形態において、電気的パス７１は、バイアス電源６２を基台１８に接続する。即ち、一実施形態において、基台１８は、バイアス電極である下部電極を提供している。

バイアス電源６２は、電気バイアスＥＢを基板支持器１６のバイアス電極（図１の例では基台１８）に与えるように構成されている。電気バイアスＥＢは、基板Ｗにイオンを引き込むために用いられ得る。

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、高周波バイアス電力を発生してもよい。高周波バイアス電力は、第２の周波数を有する。第２の周波数は、高周波電力ＨＦの周波数と異なる。第２の周波数は、第１の周波数よりも低くてもよい。第２の周波数は、５０ｋＨｚ～２７ＭＨｚの範囲内の周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。なお、高周波電源６１が基台１８ではなく上部電極３０に接続される場合には、第２の周波数は、第１の周波数より低くても、高くてもよく、第１の周波数と同一であってもよい。

バイアス電源６２は、高周波バイアス電力をバイアス電極に供給するために、整合器６４を介してバイアス電極（図１の例では基台１８）に接続されている。整合器６４は、バイアス電源６２の負荷側のインピーダンスを、バイアス電源６２の出力インピーダンスに整合させるように構成された整合回路を有している。

別の実施形態において、バイアス電源６２は、電気バイアスＥＢとして電圧のパルス（即ちパルス状の電圧）又は任意の波形を有する電圧をバイアス電極（図１の例では基台１８）に周期的に与えるように構成されていてもよい。電圧のパルスは、負極性を有していてもよい。電圧のパルスは、負の直流電圧のパルスであってもよい。電圧のパルスは、第２の周波数で規定される周期で基台１８に与えられる。この実施形態において、第２の周波数は、１ｋＨｚ～１ＭＨｚの範囲内の周波数であってもよい。パルスの電圧は、当該パルスがバイアス電極に与えられている期間内で、変化してもよい。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、第１の電極８１を更に備えていてもよい。第１の電極８１は、エッジリングＥＲと電気的に結合される。第１の電極８１は、エッジリングＥＲと容量結合されていてもよい。第１の電極８１は、エッジリングＥＲの下方に配置される。一実施形態において、第１の電極８１は、静電チャック２０のエッジリング載置領域内に設けられていてもよい。別の実施形態において、第１の電極８１は、絶縁部１７の中に設けられていてもよい。なお、第１の電極８１は、エッジリングＥＲに直接的に結合されていてもよい。第１の電極８１は、単一の電極であってもよく、軸線ＡＸの周りで周方向に延在していてもよい。或いは、第１の電極８１は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って配列された複数の電極を含んでいてもよい。第１の電極８１を構成する複数の電極は、等間隔に配列されていてもよい。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、インピーダンス調整器８３を更に備えていてもよい。インピーダンス調整器８３は、可変インピーダンスを提供する。インピーダンス調整器８３の可変インピーダンスは、後述する制御部ＭＣによって制御され得る。一実施形態において、インピーダンス調整器８３は、高周波電極（図１の例では、基台１８）と第１の電極８１との間で接続されている。一実施形態において、インピーダンス調整器８３は、一つ以上の可変インピーダンス素子を含む。一つ以上の可変インピーダンス素子は、可変容量コンデンサを含んでいてもよい。別の実施形態において、インピーダンス調整器８３は、複数の直列回路の並列接続から構成された回路を含んでいてもよい。複数の直列回路の各々は、固定インピーダンス素子とスイッチング素子の直列接続を含み得る。固定インピーダンス素子は、例えば固定容量コンデンサである。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、第２の電極８２を更に備えていてもよい。第２の電極８２は、アウターリングＯＲと電気的に結合される。第２の電極８２は、アウターリングＯＲと容量結合されていてもよい。アウターリングＯＲは、環形状を有する。アウターリングＯＲは、導電性を有し得る。アウターリングＯＲは、例えばシリコン又は炭化ケイ素から形成される。アウターリングＯＲは、エッジリングＥＲに対して径方向において外側で延在する。アウターリングＯＲは、軸線ＡＸにその中心軸線が一致するように配置される。一実施形態において、アウターリングＯＲは、エッジリングＥＲを囲むように延在する。アウターリングＯＲは、基板支持器１６上又は絶縁部１７上に載置され得る。

第２の電極８２は、図１に示すように、アウターリングＯＲの下方に配置されていてもよい。第２の電極８２は、絶縁部１７の中又は表面上に設けられていてもよい。なお、第２の電極８２は、アウターリングＯＲに直接的に結合されていてもよい。第２の電極８２は、単一の電極であってもよく、軸線ＡＸの周りで周方向に延在していてもよい。或いは、第２の電極８２は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って配列された複数の電極を含んでいてもよい。第２の電極８２を構成する複数の電極は、等間隔に配列されていてもよい。

プラズマ処理装置１では、高周波電力ＨＦの一部がアウターリングＯＲに供給される。一実施形態では、高周波電力ＨＦの一部は、第２の電極８２を介してアウターリングＯＲに供給される。アウターリングＯＲは、インピーダンス調整器８４を介して電気的パス７１と接続されている。一実施形態では、第２の電極８２は、インピーダンス調整器８４を介して電気的パス７１と接続されている。即ち、インピーダンス調整器８４は、電気的パス７１と第２の電極８２との間で接続されている。インピーダンス調整器８４は、可変インピーダンスを提供する。インピーダンス調整器８４の可変インピーダンスは、制御部ＭＣによって制御され得る。一実施形態において、インピーダンス調整器８４は、一つ以上の可変インピーダンス素子を含んでいる。一つ以上のインピーダンス素子は、可変容量コンデンサを含んでいてもよい。別の実施形態において、インピーダンス調整器８４は、複数の直列回路の並列接続から構成された回路を含んでいてもよい。複数の直列回路の各々は、固定インピーダンス素子とスイッチング素子の直列接続を含み得る。固定インピーダンス素子は、例えば固定容量コンデンサである。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、制御部ＭＣを更に備え得る。制御部ＭＣ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ＭＣ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ＭＣ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。

一実施形態において、電気的パス７１は、軸線ＡＸに対して周方向において均一に基台１８に電力を分配するように構成されていてもよい。一実施形態において、電気的パス７１は、基台１８の複数の位置にそれぞれ接続する複数の分岐ラインを含んでいてもよい。複数の位置は、軸線ＡＸから等しい距離を有し、且つ、軸線ＡＸに対して周方向に等間隔で配列される。また、電気的パス７１の複数の分岐ラインは、軸線ＡＸに対して周方向に等間隔で配列される。また、基台１８の複数の位置それぞれに対する電気的パス７１の電気的長さは、互いに略等しい。この実施形態によれば、電気的パス７１を介して基台１８に均一に電力を供給することが可能となる。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、電気的パス７２を更に備えていてもよい。電気的パス７２は、バイアス電極（図１の例では基台１８）とエッジリングＥＲ（又は第１の電極８１）との間で分配されて第１の電極８１に供給される電力のための電気的パスである。電気的パス７２は、エッジリングＥＲ（又は第１の電極８１）の複数の位置にそれぞれ接続する複数の分岐ラインを含んでいてもよい。複数の位置は、軸線ＡＸから等しい距離を有し、且つ、軸線ＡＸに対して周方向に等間隔で配列される。また、電気的パス７２の複数の分岐ラインは、軸線ＡＸに対して周方向に等間隔で配列される。また、エッジリングＥＲ（又は第１の電極８１）の複数の位置それぞれに対する電気的パス７２の電気的長さは、互いに略等しい。この実施形態によれば、電気的パス７２を介してエッジリングＥＲに均一に電力を供給することが可能となる。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、電気的パス７３を更に備えていてもよい。電気的パス７３は、高周波電極（図１の例では基台１８）とアウターリングＯＲ（又は第２の電極８２）との間で分配されてアウターリングＯＲに供給される電力のための電気的パスである。電気的パス７３は、アウターリングＯＲ（又は第２の電極８２）の複数の位置にそれぞれ接続する複数の分岐ラインを含んでいてもよい。複数の位置は、軸線ＡＸから等しい距離を有し、且つ、軸線ＡＸに対して周方向に等間隔で配列される。また、電気的パス７３の複数の分岐ラインは、軸線ＡＸに対して周方向に等間隔で配列される。また、アウターリングＯＲ（又は第２の電極８２）の複数の位置それぞれに対する電気的パス７３の電気的長さは、互いに略等しい。この実施形態によれば、電気的パス７３を介してアウターリングＯＲに均一に電力を供給することが可能となる。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、フィルタ７４を更に備えていてもよい。フィルタ７４は、インピーダンス調整器８４とアウターリングＯＲ（又は第２の電極８２）との間で接続されている。フィルタ７４は、電気バイアスＥＢに対して高周波電力ＨＦを選択的に通過させる周波数特性を有していてもよい。或いは、フィルタ７４は、高周波電力ＨＦに対して電気バイアスＥＢを選択的に通過させる周波数特性を有していてもよい。或いは、フィルタ７４の通過帯域は、高周波電力ＨＦの帯域、電気バイアスＥＢの帯域、及びそれらの双方の帯域の何れかに変更可能であってもよい。

以下、図１と共に、図２の（ａ）、図２の（ｂ）、図３の（ａ）、及び図３の（ｂ）を参照する。図２の（ａ）及び図２の（ｂ）の各々は、図１に示すプラズマ処理装置において用いられる一例の高周波電力と電気バイアスのタイミングチャートである。図３の（ａ）及び図３の（ｂ）の各々は、図１に示すプラズマ処理装置において用いられる別の例の高周波電力と電気バイアスのタイミングチャートである。これらの図は、高周波電力ＨＦの電力レベル及び電気バイアスＥＢの電圧レベルを示している。

図２の（ａ）、図２の（ｂ）、図３の（ａ）、及び図３の（ｂ）において、高周波電力ＨＦの「Ｈ」は高周波電力ＨＦの電力レベルが高いことを示している。高周波電力ＨＦの「Ｌ」は高周波電力ＨＦの電力レベルが「Ｈ」で示されるレベルよりも低いことを示している。高周波電力ＨＦの「ＯＮ」は高周波電力ＨＦが供給されていることを示しており、高周波電力ＨＦの「ＯＦＦ」は高周波電力ＨＦの供給が停止されていること、即ち、高周波電力ＨＦが０（Ｗ）であることを示している。また、電気バイアスＥＢの「ＯＮ」は電圧のパルス（例えば負の直流電圧のパルス）が基台１８に与えられていることを示している。また、電気バイアスＥＢの「ＯＦＦ」は電圧のパルスが停止されていること、即ち電気バイアスＥＢの電圧が０（Ｖ）であることを示している。

電気バイアスＥＢの周期ＣＹは、第１の期間Ｐ１及び第２の期間Ｐ２を含む。第１の期間Ｐ１は、電気バイアスＥＢが周期ＣＹ内で電気バイアスＥＢの平均電圧以上の電圧を有する期間である。第１の期間Ｐ１は、例えば、電気バイアスＥＢが正又は０の電圧を有する期間である。第２の期間Ｐ２は、電気バイアスＥＢが上記平均電圧よりも低い電圧を有する期間である。第２の期間Ｐ２は、例えば、電気バイアスＥＢが負の電圧を有する期間である。図２の（ａ）及び図２の（ｂ）に示すように、電気バイアスＥＢは、高周波バイアス電力であってもよい。或いは、図３の（ａ）及び図３の（ｂ）に示すように、電気バイアスＥＢは、バイアス電極に周期的に印加される電圧のパルス（例えば負の直流電圧のパルス）を含んでいてもよい。

プラズマ処理装置１において、高周波電源６１は、電気バイアスＥＢの各周期ＣＹ内で電気バイアスＥＢに同期して高周波電力ＨＦの電力レベルを変更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６１は、電気バイアスＥＢの各周期ＣＹ内の同一の期間において、高周波電力ＨＦのパルスを高周波電極（図１の例では基台１８）及びアウターリングＯＲに供給してもよい。

図２の（ａ）に示す例及び図３の（ａ）に示す例では、高周波電力ＨＦのパルスが第１の期間Ｐ１において高周波電極（図１の例では基台１８）及びアウターリングＯＲに供給される。第１の期間Ｐ１においては、基板Ｗ上のシース（プラズマシース）の厚さが小さく、基板Ｗ上でのインピーダンスが小さい。したがって、第１の期間Ｐ１においては、基板Ｗを通ってプラズマに結合される高周波電力ＨＦが、アウターリングＯＲの周囲でプラズマに結合される高周波電力ＨＦに対して相対的に多くなる。その結果、これらの例では、基板Ｗの中央の上方の領域でのプラズマの密度が、基板Ｗのエッジの上方の領域でのプラズマの密度に対して相対的に高められる。故に、これらの例によれば、基板Ｗのエッジの上方の領域でプラズマの密度が高く、基板Ｗの中央の上方の領域でプラズマの密度が低いプラズマの密度の分布を、径方向において均一な密度の分布に補正することが可能となる。また、これらの例では、径方向におけるプラズマの密度の分布を、エッジリングＥＲの上方の領域の外側の領域をも含む空間においても調整することが可能となる。

図２の（ｂ）に示す例及び図３の（ｂ）に示す例では、高周波電力ＨＦのパルスが第２の期間Ｐ２において高周波電極（図１の例では基台１８）及びアウターリングＯＲに供給される。第２の期間Ｐ２においては、基板Ｗ上のシース（プラズマシース）の厚さが大きく、基板Ｗ上でのインピーダンスが大きい。したがって、第２の期間Ｐ２においては、アウターリングＯＲの周囲でプラズマに結合される高周波電力ＨＦが、基板Ｗを通ってプラズマに結合される高周波電力ＨＦに対して相対的に多くなる。その結果、これらの例では、基板Ｗのエッジの上方の領域でのプラズマの密度が高められる。故に、これらの例では、基板Ｗのエッジの上方の領域でプラズマの密度が低く、基板Ｗの中央の上方の領域でプラズマの密度が高いプラズマの密度の分布を、径方向において均一な密度の分布に補正することが可能となる。また、これらの例では、径方向におけるプラズマの密度の分布を、エッジリングＥＲの上方の領域の外側の領域をも含む空間においても調整することが可能となる。

プラズマ処理装置１では、各周期ＣＹ内での高周波電力ＨＦの電力レベルの変更は、制御部ＭＣによる高周波電源６１の制御により実行される。一実施形態のプラズマ処理装置１では、高周波電力ＨＦのパルスの供給タイミングは、制御部ＭＣによる高周波電源６１の制御により設定され得る。また、高周波電極（図１の例では基台１８）とアウターリングＯＲとの間での高周波電力の分配比率は、制御部ＭＣによるインピーダンス調整器８４のインピーダンスの制御により設定され得る。また、バイアス電極（図１の例では基台１８）とエッジリングＥＲとの間での電気バイアスＥＢの分配比率は、制御部ＭＣによるインピーダンス調整器８３のインピーダンスの制御により設定され得る。

制御部ＭＣは、エッジリングＥＲの厚さを、一つ以上のセンサによる測定値又はエッジリングＥＲの使用時間から特定し得る。制御部ＭＣは、特定したエッジリングＥＲの厚さに応じて、プラズマとシースとの界面の高さ方向の位置を、径方向において均一化するように、インピーダンス調整器８３のインピーダンスを調整し得る。制御部ＭＣは、エッジリングＥＲの厚さとインピーダンス調整器８３のインピーダンスとの関係を、テーブル又は関数の形態で、その記憶装置に予め保持していてもよい。制御部ＭＣは、当該関係を利用してエッジリングＥＲの厚さからインピーダンス調整器８３のインピーダンスを決定してもよい。

制御部ＭＣは、特定したエッジリングＥＲの厚さ又は一つ以上のセンサによって測定される一つ以上の測定値に応じて、径方向におけるプラズマの密度の分布を均一化するように、インピーダンス調整器８４のインピーダンスを設定し得る。一つ以上のセンサは、内部空間１０ｓにおけるプラズマ密度の分布を測定するセンサを含んでいてもよい。一つ以上のセンサは、基板Ｗ、エッジリングＥＲ、及びアウターリングＯＲそれぞれの電圧を測定するセンサを含んでいてもよい。一つ以上のセンサは、基板Ｗ、エッジリングＥＲ、及びアウターリングＯＲのそれぞれに流れる電流を測定するセンサを含んでいてもよい。一つ以上のセンサは、内部空間１０ｓにおける発光強度分布を測定するセンサを含んでいてもよい。制御部ＭＣは、特定したエッジリングＥＲの厚さ又は一つ以上のセンサによって測定される一つ以上の測定値と、インピーダンス調整器８４のインピーダンスとの関係を、テーブル又は関数の形態で、その記憶装置に予め保持していてもよい。制御部ＭＣは、当該関係を利用してエッジリングＥＲの厚さ又は一つ以上のセンサによって測定される一つ以上の測定値からインピーダンス調整器８４のインピーダンスを決定してもよい。

プラズマ処理装置１によれば、バイアス電極（図１の例では基台１８）とエッジリングＥＲとの間での電気バイアスＥＢの分配比率が、インピーダンス調整器８３によって調整される。したがって、エッジリングＥＲにおける負バイアスのレベルが、インピーダンス調整器８３によって調整される。故に、エッジリングＥＲ上でのシースの厚さを調整することが可能となる。また、プラズマ処理装置１では、電気バイアスＥＢの各周期ＣＹ内でアウターリングＯＲに供給される高周波電力ＨＦの電力レベルが変更される。したがって、プラズマ処理装置１によれば、径方向におけるプラズマの密度の分布を各周期ＣＹ内で調整することが可能となる。

また、高周波電力ＨＦのパルスが第１の期間Ｐ１において高周波電極及びアウターリングＯＲに供給される場合には、基板Ｗ上でのプラズマ密度とアウターリングＯＲの周囲でのプラズマ密度を増加させることができる。また、高周波電力ＨＦのパルスが第２の期間Ｐ２において高周波電極及び第２の電極８２に供給される場合には、基板Ｗ上でのプラズマの密度に対して相対的にアウターリングＯＲの周囲でのプラズマの密度を増加させることができる。したがって、プラズマ処理装置１によれば、径方向におけるプラズマの密度の分布を各周期ＣＹ内で調整することが可能となる。

以下、プラズマ処理装置１を用いるプラズマ処理方法について説明する。プラズマ処理方法は、工程（ａ１）及び工程（ｂ１）を含む。工程（ａ１）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、高周波電力ＨＦが、高周波電源６１から高周波電極（図１の例では基台１８）に供給される。工程（ｂ１）では、電気バイアスＥＢが、バイアス電源６２からバイアス電極（図１の例では基台１８）に与えられる。工程（ａ１）において、高周波電源６１は、各周期ＣＹ内で電気バイアスＥＢに同期して高周波電力ＨＦの電力レベルを変更する。

工程（ａ１）において、高周波電源６１は、各周期ＣＹ内の同一の期間において高周波電極（図１では基台１８）及び第２の電極８２に高周波電力ＨＦのパルスを供給してもよい。同一の期間は、周期ＣＹ内の第１の期間Ｐ１又は第２の期間Ｐ２内であってもよい。

以下、図４を参照する。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。以下、図４に示すプラズマ処理装置１Ｂとプラズマ処理装置１の相違点を説明する。

プラズマ処理装置１Ｂは、インピーダンス調整器８４を備えていない。プラズマ処理装置１Ｂは、高周波電力ＨＦ（第１の高周波電力）を発生する高周波電源６１（第１の高周波電源）に加えて、第２の高周波電源として高周波電源９１を更に備えている。高周波電源９１は、第２の電極８２に供給される高周波電力ＨＦ２（第２の高周波電力）を発生するように構成されている。高周波電源９１が発生する高周波電力の周波数は、高周波電力ＨＦの周波数と同一であってもよく、異なっていてもよい。

高周波電源９１は、整合器９３及び電気的パス７５を介して、アウターリングＯＲに接続されている。高周波電源９１は、整合器９３及び電気的パス７５を介して、第２の電極８２に接続されていてもよい。整合器９３は、高周波電源９１の負荷側のインピーダンスを、高周波電源９１の出力インピーダンスに整合させるように構成された整合回路を有している。

一実施形態において、電気的パス７５は、アウターリングＯＲ（又は第２の電極８２）の複数の位置にそれぞれ接続する複数の分岐ラインを含んでいてもよい。複数の位置は、軸線ＡＸから等しい距離を有し、且つ、軸線ＡＸに対して周方向に等間隔で配列される。また、電気的パス７５の複数の分岐ラインは、軸線ＡＸに対して周方向に等間隔で配列される。また、アウターリングＯＲ（又は第２の電極８２）の複数の位置それぞれに対する電気的パス７５の電気的長さは、互いに略等しい。この実施形態によれば、電気的パス７５を介してアウターリングＯＲに均一に電力を供給することが可能となる。

以下、図４と共に、図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図６の（ａ）、及び図６の（ｂ）を参照する。図５の（ａ）及び図５の（ｂ）の各々は、図４に示すプラズマ処理装置において用いられる一例の第１の高周波電力、第２の高周波電力、及び電気バイアスのタイミングチャートである。図６の（ａ）及び図６の（ｂ）の各々は、図４に示すプラズマ処理装置において用いられる別の例の第１の高周波電力、第２の高周波電力、及び電気バイアスのタイミングチャートである。図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図６の（ａ）、及び図６の（ｂ）は、高周波電力ＨＦ（第１の高周波電力）の電力レベル、高周波電力ＨＦ２（第２の高周波電力）の電力レベル、及び電気バイアスＥＢの電圧レベルを示している。

図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図６の（ａ）、及び図６の（ｂ）において、高周波電力ＨＦの「Ｈ」は高周波電力ＨＦの電力レベルが高いことを示している。高周波電力ＨＦの「Ｌ」は高周波電力ＨＦの電力レベルが「Ｈ」で示されるレベルよりも低いことを示している。高周波電力ＨＦの「ＯＮ」は高周波電力ＨＦが供給されていることを示しており、高周波電力ＨＦの「ＯＦＦ」は高周波電力ＨＦの供給が停止されていること、即ち、高周波電力ＨＦが０（Ｗ）であることを示している。これらの図において、高周波電力ＨＦ２の「Ｈ」は高周波電力ＨＦ２の電力レベルが高いことを示しており、高周波電力ＨＦ２の「Ｌ」は高周波電力ＨＦ２の電力レベルが「Ｈ」で示されるレベルよりも低いことを示している。高周波電力ＨＦ２の「ＯＮ」は高周波電力ＨＦ２が供給されていることを示しており、高周波電力ＨＦ２の「ＯＦＦ」は高周波電力ＨＦ２の供給が停止されていること、即ち、高周波電力ＨＦ２が０（Ｗ）であることを示している。また、電気バイアスＥＢの「ＯＮ」は電圧のパルス（例えば負の直流電圧のパルス）が基台１８に与えられていることを示している。また、電気バイアスＥＢの「ＯＦＦ」は電圧のパルスが停止されていること、即ち電気バイアスＥＢの電圧が０（Ｖ）であることを示している。

プラズマ処理装置１に関して上述した電気バイアスＥＢと同様に、プラズマ処理装置１Ｂにおいても、第１の期間Ｐ１は、電気バイアスＥＢが周期ＣＹ内で電気バイアスＥＢの平均電圧以上の電圧を有する期間である。第１の期間Ｐ１は、例えば、電気バイアスＥＢが正又は０の電圧を有する期間である。第２の期間Ｐ２は、電気バイアスＥＢが上記平均電圧よりも低い電圧を有する期間である。第２の期間Ｐ２は、例えば、電気バイアスＥＢが負の電圧を有する期間である。図５の（ａ）及び図６の（ａ）に示すように、電気バイアスＥＢは、高周波バイアス電力であってもよい。或いは、図５の（ｂ）及び図６の（ｂ）に示すように、電気バイアスＥＢは、基台１８に周期的に印加される電圧のパルス（例えば負の直流電圧のパルス）を含んでいてもよい。

プラズマ処理装置１Ｂにおいて、高周波電源９１は、電気バイアスＥＢの各周期ＣＹ内で電気バイアスＥＢに同期して高周波電力ＨＦ２の電力レベルを変更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９１は、各周期ＣＹ内の同一の期間において、アウターリングＯＲに高周波電力ＨＦ２のパルスを供給するように構成されていてもよい。

図５の（ａ）に示す例及び図５の（ｂ）に示す例では、高周波電力ＨＦ２のパルスが、第１の期間Ｐ１においてアウターリングＯＲに供給される。これらの例では、図５の（ａ）及び図５の（ｂ）において実線で示すように、高周波電力ＨＦのパルスが、第２の期間Ｐ２において高周波電極（図４の例では基台１８）及びエッジリングＥＲに供給されてもよい。或いは、これらの例では、図５の（ａ）及び図５の（ｂ）において破線で示すように、高周波電力ＨＦの連続波が、第１の期間Ｐ１及び第２の期間Ｐ２の双方において高周波電極（図４の例では基台１８）及びエッジリングＥＲに供給されてもよい。

図５の（ａ）に示す例及び図５の（ｂ）に示す例では、第１の期間Ｐ１において供給される高周波電力ＨＦ２のパルスが、アウターリングＯＲの周囲でのプラズマの密度を第１の期間Ｐ１において増加させる。また、第２の期間Ｐ２において供給される高周波電力ＨＦのうち比較的多くの部分が、アウターリングＯＲの周囲でプラズマに結合される。その結果、これらの例では、基板Ｗのエッジの上方の領域でのプラズマの密度が、基板Ｗの中央の上方の領域でのプラズマの密度に対して相対的に高められる。故に、これらの例によれば、基板Ｗのエッジの上方の領域でプラズマの密度が低く、基板Ｗの中央の上方の領域でプラズマの密度が高いプラズマの密度の分布を、径方向において均一な密度の分布に補正することが可能となる。また、これらの例では、径方向におけるプラズマの密度の分布を、エッジリングＥＲの上方の領域の外側の領域をも含む空間においても調整することが可能となる。

図６の（ａ）に示す例及び図６の（ｂ）に示す例では、高周波電力ＨＦ２のパルスが、第１の期間Ｐ１においてアウターリングＯＲに供給される。これらの例では、高周波電力ＨＦのパルスが、第１の期間Ｐ１において高周波電極（図４の例では基台１８）及びエッジリングＥＲに供給される。第１の期間Ｐ１においては、基板Ｗ上のシース（プラズマシース）の厚さが小さく、基板Ｗ上でのインピーダンスが小さい。したがって、基板Ｗの中央を通ってプラズマに結合される高周波電力ＨＦが比較的多くなる。その結果、これらの例では、基板Ｗの中央の上方の領域でのプラズマの密度が高くなる。故に、これらの例では、基板Ｗのエッジの上方の領域でプラズマの密度が高く、基板Ｗの中央の上方の領域でプラズマの密度が低いプラズマの密度の分布を、径方向において均一な密度の分布に補正することが可能となる。また、これらの例では、第１の期間Ｐ１において供給される高周波電力ＨＦ２により、径方向におけるプラズマの密度の分布を、エッジリングＥＲの上方の領域の外側の領域をも含む空間においても調整することが可能となる。

プラズマ処理装置１Ｂでは、各周期ＣＹ内での高周波電力ＨＦの供給は、制御部ＭＣによる高周波電源６１の制御により実行される。また、各周期ＣＹ内での高周波電力ＨＦ２の電力レベルの変更は、制御部ＭＣによる高周波電源９１の制御により実行される。また、プラズマ処理装置１Ｂでは、高周波電極（図４の例では基台１８）とエッジリングＥＲとの間での電気バイアスＥＢの分配比率は、制御部ＭＣによるインピーダンス調整器８３のインピーダンスの制御により設定され得る。制御部ＭＣは、プラズマ処理装置１の制御部ＭＣと同様に、エッジリングＥＲの厚さからインピーダンス調整器８３のインピーダンスを決定してもよい。

プラズマ処理装置１Ｂでは、制御部ＭＣは、特定したエッジリングＥＲの厚さ又は一つ以上のセンサによって測定される一つ以上の測定値に応じて、径方向におけるプラズマの密度の分布を均一化するように、高周波電源６１及び高周波電源９１の設定を調整し得る。即ち、制御部ＭＣは、高周波電力ＨＦの供給タイミング及び電力レベル、並びに高周波電力ＨＦ２の供給タイミング及び電力レベルを調整し得る。一つ以上のセンサは、内部空間１０ｓにおけるプラズマ密度の分布を測定するセンサを含んでいてもよい。一つ以上のセンサは、基板Ｗ、エッジリングＥＲ、及びアウターリングＯＲそれぞれの電圧を測定するセンサを含んでいてもよい。一つ以上のセンサは、基板Ｗ、エッジリングＥＲ、及びアウターリングＯＲのそれぞれに流れる電流を測定するセンサを含んでいてもよい。一つ以上のセンサは、内部空間１０ｓにおける発光強度分布を測定するセンサを含んでいてもよい。制御部ＭＣは、特定したエッジリングＥＲの厚さ又は一つ以上のセンサによって測定される一つ以上の測定値と高周波電源６１及び高周波電源９１の設定との関係を、テーブル又は関数の形態で、その記憶装置に予め保持していてもよい。制御部ＭＣは、当該関係を利用してエッジリングＥＲの厚さ又は一つ以上のセンサによって測定される一つ以上の測定値から高周波電源６１及び高周波電源９１の設定を決定してもよい。

なお、図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図６の（ａ）、及び図６の（ｂ）に示す例では、第２の期間Ｐ２における高周波電力ＨＦ２の電力レベルは、０ではなく、「Ｌ」で示されるレベルに設定されてもよい。第２の期間Ｐ２においては、アウターリングＯＲの周辺におけるプラズマの密度が相対的に大きく低下する傾向がある。そこで、第２の期間Ｐ２においても高周波電力ＨＦ２をアウターリングＯＲに供給することにより、径方向におけるプラズマの密度の分布の変動を抑制することが可能となる。

プラズマ処理装置１Ｂでは、高周波電極とエッジリングＥＲとの間での電気バイアスＥＢの分配比率が、インピーダンス調整器８３によって調整される。したがって、エッジリングＥＲにおける負バイアスのレベルが調整される。故に、エッジリングＥＲ上でのシースの厚さを調整することが可能となる。また、各周期ＣＹ内でアウターリングＯＲに供給される高周波電力ＨＦ２の電力レベルが変更される。したがって、プラズマ処理装置１Ｂによれば、径方向におけるプラズマの密度の分布を各周期ＣＹ内で調整することが可能となる。また、プラズマ処理装置１Ｂでは、基板Ｗ上でのシースが薄い第１の期間Ｐ１においてアウターリングＯＲに供給される高周波電力ＨＦ２と高周波電極に供給される高周波電力ＨＦ１との比により、径方向におけるプラズマ密度の分布が各周期ＣＹ内で調整される。

以下、プラズマ処理装置１Ｂを用いるプラズマ処理方法について説明する。プラズマ処理方法は、工程（ａ２）、工程（ｂ２）、及び工程（ｃ２）を含む。工程（ａ２）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、高周波電力ＨＦが、高周波電源６１から高周波電極（図４の例では基台１８）に供給される。工程（ｂ２）では、電気バイアスＥＢが、バイアス電極（図４の例では基台１８）にバイアス電源６２から与えられる。工程（ｃ２）では、高周波電力ＨＦ２が、高周波電源９１からアウターリングＯＲに供給される。工程（ｃ２）では、高周波電源９１は、各周期ＣＹ内で電気バイアスＥＢに同期して高周波電力ＨＦ２の電力レベルを変更する。

工程（ｃ２）において、高周波電源６１は、各周期ＣＹ内の同一の期間において第２の電極８２に高周波電力ＨＦ２のパルスを供給してもよい。同一の期間は、周期ＣＹ内の第１の期間Ｐ１であってもよい。

以下、図７を参照する。図７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、図７に示すプラズマ処理装置１Ｃとプラズマ処理装置１Ｂの相違点を説明する。

プラズマ処理装置１Ｃは、インピーダンス調整器８３を備えていない。プラズマ処理装置１Ｃでは、バイアス電源９２が、整合器９４及び電気的パス７２を介してエッジリングＥＲ（又は第１の電極８１）に接続されている。バイアス電源９２はバイアス電源６２と同様の電源である。整合器９４は、バイアス電源９２の負荷側のインピーダンスを、バイアス電源９２の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含んでいる。

プラズマ処理装置１Ｃにおいて、制御部ＭＣは、エッジリングＥＲの厚さを、一つ以上のセンサによる測定値又はエッジリングＥＲの使用時間から特定し得る。制御部ＭＣは、特定したエッジリングＥＲの厚さに応じて、プラズマとシースとの界面の高さ方向の位置を、径方向において均一化するように、バイアス電源９２が発生する電気バイアスのレベルを設定してもよい。制御部ＭＣは、エッジリングＥＲの厚さとバイアス電源９２が発生する電気バイアスとの関係を、テーブル又は関数の形態で、その記憶装置に予め保持していてもよい。制御部ＭＣは、当該関係を利用してエッジリングＥＲの厚さからバイアス電源９２が発生する電気バイアスのレベルを決定してもよい。

なお、プラズマ処理装置１Ｃでは、高周波電力を発生する別の高周波電源が、整合器を介してエッジリングＥＲ（又は第１の電極８１）に電気的に接続されていてもよい。

以下、図８を参照する。図８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、図８に示すプラズマ処理装置１Ｄとプラズマ処理装置１Ｃの相違点を説明する。プラズマ処理装置１Ｄでは、バイアス電極２１が、静電チャック２０の中に設けられている。バイアス電極２１は、チャック電極を兼ねていてもよく、チャック電極とは別の電極であってもよい。プラズマ処理装置１Ｄでは、バイアス電源６２は、電気的パス７１とは別の電気的パスを介してバイアス電極２１に接続されている。

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、高周波電源６１は、整合器６３を介して、基台１８ではなく上部電極３０に接続されていてもよい。この場合には、上部電極３０が高周波電極として用いられる。

更に別の実施形態においては、高周波電源６１が電気的パス７１を介して基台１８に接続されている場合に、インピーダンス調整器８３は、電気的パス７１とエッジリングＥＲ（又は第１の電極８１）との間で接続されていてもよい。

更に別の実施形態において、アウターリングＯＲは、エッジリングＥＲの鉛直方向における位置よりも高い位置に配置されていてもよい。更に別の実施形態において、アウターリングＯＲは、上部電極３０を囲むように配置されていてもよい。この場合において、アウターリングＯＲは、部材３２の中に配置されていてもよい。

更に別の実施形態において、インピーダンス調整器８４は、基台１８とアウターリングＯＲ（又は第２の電極８２）との間で接続されていてもよい。

更に別の実施形態において、別のバイアス電源が、電気的パス７５を介してアウターリングＯＲ（又は第２の電極８２）に接続されていてもよい。別のバイアス電源は、アウターリングＯＲに供給される高周波バイアス電力を発生してもよく、或いは、アウターリングＯＲに印加されるパルス状の電圧又は任意の波形を有する電圧を周期的に発生してもよい。

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、１０…チャンバ、１６…基板支持器、１８…基台、６１…高周波電源、６２…バイアス電源、ＥＲ…エッジリング、８１…第１の電極、８３…インピーダンス調整器、ＯＲ…アウターリング、８２…第２の電極。

Claims (25)

1. チャンバと、
   バイアス電極を有する基板支持器と、
   前記チャンバ内で前記基板支持器によって支持された基板の上方でプラズマを生成するために高周波電極に供給される高周波電力を発生する高周波電源と、
   前記バイアス電極に電気的パスを介して接続されたバイアス電源と、
   を備え、
   前記基板支持器上に搭載されるエッジリングが、前記バイアス電極と該エッジリングとの間又は前記電気的パスと前記エッジリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を介して前記バイアス電源に電気的に接続されるか、別のバイアス電源に電気的に接続されており、
   前記エッジリングに対して径方向において外側で延在するアウターリングが、前記高周波電力の一部を受けるように前記高周波電源に電気的に接続され、
   前記高周波電源は、前記バイアス電源から前記バイアス電極に出力される電気バイアスの各周期内で前記電気バイアスに同期して前記高周波電力の電力レベルを変更するように構成されている、
   プラズマ処理装置。
2. 前記エッジリングと電気的に結合される第１の電極と、
   前記アウターリングと電気的に結合される第２の電極と、
   を更に備え、
   前記インピーダンス調整器は、前記バイアス電極と前記第１の電極との間又は前記電気的パスと前記第１の電極との間で可変インピーダンスを提供し、
   前記アウターリングは、前記第２の電極を介して前記高周波電力の一部又は別の高周波電源からの別の高周波電力を受ける、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記高周波電源は、前記電気バイアスの各周期内の同一の期間において前記高周波電極及び前記アウターリングに前記高周波電力のパルスを供給するように構成されている、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記同一の期間は、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圧以上の電圧を有する第１の期間又は該電気バイアスが該周期内で該平均電圧よりも低い電圧を有する第２の期間である、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記基板支持器は、基台及び該基台上に設けられた静電チャックを有し、
   前記基台は、前記バイアス電極である下部電極を提供し、
   前記下部電極は、前記高周波電極であり、
   前記高周波電源は、前記電気的パスを介して前記下部電極に電気的に接続されている、
   請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記電気的パスと前記アウターリングとの間又は前記下部電極と前記アウターリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を更に備える、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記電気的パスと前記アウターリングとの間又は前記下部電極と前記アウターリングとの間で可変インピーダンスを提供する前記インピーダンス調整器と前記アウターリングとの間で接続されたフィルタを更に備え、
   前記フィルタは、前記バイアス電源から前記下部電極に供給される前記電気バイアスに対して前記高周波電力を選択的に通過させる周波数特性を有する、
   請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記基板支持器は、基台及び該基台上に設けられた静電チャックを有し、
   前記バイアス電極は、前記静電チャックの中に設けられており、
   前記基台は、前記高周波電極である下部電極を提供し、
   前記高周波電源は、前記下部電極に電気的に接続されている、
   請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記高周波電源を前記下部電極に接続する電気的パスと前記アウターリングとの間又は前記下部電極と前記アウターリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を更に備える、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. チャンバと、
    バイアス電極を有する基板支持器と、
    前記チャンバ内で前記基板支持器によって支持された基板の上方でプラズマを生成するために高周波電極に供給される第１の高周波電力を発生する第１の高周波電源と、
    前記バイアス電極に電気的パスを介して接続されたバイアス電源と、
    アウターリングに供給される第２の高周波電力を発生するように構成された第２の高周波電源であり、該アウターリングは、前記基板支持器上に搭載されるエッジリングに対して径方向において外側で延在する、該第２の高周波電源と、
    を備え、
    前記エッジリングが、前記バイアス電極と該エッジリングとの間又は前記電気的パスと前記エッジリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を介して前記バイアス電源に電気的に接続されるか、別のバイアス電源に電気的に接続されており、
    前記第２の高周波電源は、前記バイアス電源から前記バイアス電極に出力される電気バイアスの各周期内で前記電気バイアスに同期して前記第２の高周波電力の電力レベルを変更するように構成されている、プラズマ処理装置。
11. 前記エッジリングと電気的に結合される第１の電極と、
    前記アウターリングと電気的に結合される第２の電極と、
    を更に備え、
    前記インピーダンス調整器は、前記バイアス電極と前記第１の電極との間又は前記電気的パスと前記第１の電極との間で可変インピーダンスを提供し、
    前記アウターリングは、前記第２の電極を介して前記第２の高周波電力を受ける、
    請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記基板支持器は、基台及び該基台上に設けられた静電チャックを有し、
    前記基台は、前記バイアス電極である下部電極を提供し、
    前記下部電極は、前記高周波電極であり、
    前記第１の高周波電源は、前記電気的パスを介して前記下部電極に電気的に接続されている、
    請求項１０又は１１に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記基板支持器は、基台及び該基台上に設けられた静電チャックを有し、
    前記バイアス電極は、前記静電チャックの中に設けられており、
    前記基台は、前記高周波電極である下部電極を提供し、
    前記第１の高周波電源は、前記下部電極に電気的に接続されている、
    請求項１０又は１１に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記第２の高周波電源は、前記電気バイアスの各周期内の同一の期間において、前記アウターリングに前記第２の高周波電力のパルスを供給するように構成されている、請求項１０～１３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記電気バイアスの各周期は、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圧以上の電圧を有する第１の期間又は該電気バイアスが該周期内で該平均電圧よりも低い電圧を有する第２の期間を含み、
    前記同一の期間は、前記第１の期間である、
    請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記第１の高周波電源は、前記第１の期間及び前記第２の期間の双方において前記第１の高周波電力の連続波を供給するか、前記第２の期間において前記第１の高周波電力のパルスを供給する、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記第１の高周波電源は、前記第１の期間において前記第１の高周波電力のパルスを供給する、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記アウターリングは、前記エッジリングを囲むように延在している、請求項１～１７の何れか一項記載のプラズマ処理装置。
19. 前記バイアス電源は、高周波バイアス電力を前記バイアス電極に供給するか、パルス状の電圧又は任意の波形を有する電圧を周期的に前記バイアス電極に印加するように構成されている、請求項１～１８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
20. （ａ１）プラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持器によって支持された基板の上方でプラズマを生成するために、高周波電源から高周波電極に高周波電力を供給する工程と、
    （ｂ１）前記基板支持器のバイアス電極にバイアス電源から電気バイアスを与える工程と、
    を含み、
    前記プラズマ処理装置は、
    前記チャンバと、
    前記基板支持器と、
    前記高周波電源と、
    前記バイアス電極に電気的パスを介して接続された前記バイアス電源と、
    を備え、
    前記基板支持器上に搭載されるエッジリングが、前記バイアス電極と該エッジリングとの間又は前記電気的パスと前記エッジリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を介して前記バイアス電源に電気的に接続されるか、別のバイアス電源に電気的に接続されており、
    前記エッジリングに対して径方向において外側で延在するアウターリングが、前記高周波電力の一部を受けるように前記高周波電源に電気的に接続され、
    前記（ａ１）において、前記高周波電源は、前記バイアス電源から前記バイアス電極に出力される前記電気バイアスの各周期内で前記電気バイアスに同期して前記高周波電力の電力レベルを変更する、
    プラズマ処理方法。
21. 前記（ａ１）において、前記高周波電源は、前記電気バイアスの各周期内の同一の期間において前記高周波電極及び前記アウターリングに前記高周波電力のパルスを供給する、請求項２０に記載のプラズマ処理方法。
22. 前記同一の期間は、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圧以上の電圧を有する第１の期間又は該電気バイアスが該周期内で該平均電圧よりも低い電圧を有する第２の期間である、請求項２１に記載のプラズマ処理方法。
23. （ａ２）プラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持器によって支持された基板の上方でプラズマを生成するために、第１の高周波電源から高周波電極に第１の高周波電力を供給する工程と、
    （ｂ２）前記基板支持器のバイアス電極にバイアス電源から電気バイアスを与える工程と、
    （ｃ２）第２の高周波電源からアウターリングに第２の高周波電力を供給する工程と、
    を含み、
    前記プラズマ処理装置は、
    前記チャンバと、
    前記基板支持器と、
    前記第１の高周波電源と、
    前記バイアス電極に電気的パスを介して接続された前記バイアス電源と、
    前記第２の高周波電源と、
    を備え、
    前記基板支持器上に搭載されるエッジリングが、前記バイアス電極と該エッジリングとの間又は前記電気的パスと前記エッジリングとの間で可変インピーダンスを提供するインピーダンス調整器を介して前記バイアス電源に電気的に接続されるか、別のバイアス電源に電気的に接続されており、
    前記アウターリングは、前記エッジリングに対して径方向において外側で延在し、
    前記（ｃ２）において、前記第２の高周波電源は、前記電気バイアスの各周期内で前記電気バイアスに同期して前記第２の高周波電力の電力レベルを変更する、
    プラズマ処理方法。
24. 前記（ｃ２）において、前記第２の高周波電源は、前記電気バイアスの各周期内の同一の期間において、前記アウターリングに前記第２の高周波電力のパルスを供給する、請求項２３に記載のプラズマ処理方法。
25. 前記電気バイアスの各周期は、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圧以上の電圧を有する第１の期間又は該電気バイアスが該周期内で該平均電圧よりも低い電圧を有する第２の期間を含み、
    前記同一の期間は、前記第１の期間である、
    請求項２４に記載のプラズマ処理方法。

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