JP2022048811A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の高周波電力パルス信号を用いてプロセスの性能を向上させる。【解決手段】チャンバに結合された第１整合回路及び第２整合回路と、第１整合回路に結合され、複数の第１パルスサイクルを含む第１ＲＦパルス信号を生成し、第１ＲＦパルス信号は、第１期間に第１パワーレベル、第２期間に第２パワーレベル及び第３期間に第３パワーレベルを有し、第２整合回路に結合され、複数の第２パルスサイクルを含む第２ＲＦパルス信号を生成し、第２ＲＦパルス信号は、第４期間に第４パワーレベル、及び第５期間に第５パワーレベルを有し、第４期間は第１期間とは重複しない第２ＲＦ生成部と、第２整合回路に結合され、複数の第３パルスサイクルを含む第３ＲＦパルス信号を生成し、第３ＲＦパルス信号は、第６期間に第６パワーレベル及び第７期間に第７パワーレベルを有し、第６期間は第１期間及び第４期間とは重複しない第３ＲＦ生成部と、を有する。【選択図】図５

Description

本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

例えば、特許文献１は、２つの高周波電源を有し、チャンバ上部のアンテナ及び下部電極（サセプタ）に２周波の高周波電力を供給するＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置を提案する。２つの高周波電源のうち、一方の高周波電源から下部電極に、例えば１３ＭＨｚの周波数のバイアス用の高周波電力が供給される。チャンバの上方にはアンテナが設けられ、他方の高周波電源からアンテナの外側コイルを構成する線路の中点またはその近傍に、例えば２７ＭＨｚのプラズマ励起用の高周波電力が供給される。

特開２０１９－６７５０３号公報

本開示は、複数の高周波（ＲＦ；Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力パルス信号を用いてプロセスの性能を向上させることができる技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、チャンバと、前記チャンバに結合された第１整合回路と、前記チャンバに結合された第２整合回路と、前記第１整合回路に結合され、複数の第１パルスサイクルを含む第１ＲＦパルス信号を生成するように構成された第１ＲＦ生成部であり、前記複数の第１パルスサイクルの各々は、第１期間、第２期間及び第３期間を含み、前記第１ＲＦパルス信号は、前記第１期間に第１パワーレベル、前記第２期間に第２パワーレベル及び前記第３期間に第３パワーレベルを有する、第１ＲＦ生成部と、前記第２整合回路に結合され、前記複数の第２パルスサイクルを含む第２ＲＦパルス信号を生成するように構成された第２ＲＦ生成部であり、前記複数の第２パルスサイクルの各々は、第４期間及び第５期間を含み、前記第２ＲＦパルス信号の周波数は、前記第１ＲＦパルス信号の周波数よりも低く、前記第２ＲＦパルス信号は、前記第４期間に第４パワーレベル、及び前記第５期間に第５パワーレベルを有し、前記第４期間は、３０μｓ以下であり、前記第４期間は、前記第１期間とは重複しない、第２ＲＦ生成部と、前記第２整合回路に結合され、前記複数の第３パルスサイクルを含む第３ＲＦパルス信号を生成するように構成された第３ＲＦ生成部であり、前記複数の第３パルスサイクルの各々は、第６期間及び第７期間を含み、前記第３ＲＦパルス信号の周波数は、前記第２ＲＦパルス信号の周波数よりも低く、前記第３ＲＦパルス信号は、前記第６期間に第６パワーレベル、及び前記第７期間に第７パワーレベルを有し、前記第６期間は、前記第１期間及び前記第４期間とは重複しない、第３ＲＦ生成部と、を有する、プラズマ処理装置が提供される。

一の側面によれば、複数の高周波電力パルス信号を用いてプロセスの性能を向上させることができる。

実施形態に係るプラズマ処理システムの一例を示す断面模式図。 実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す図。 実施形態に係る２つのバイアスＲＦパルス信号の整合回路の一例を示す図。 ラジカル、イオン、電子温度、イオンエネルギー、副生成物の一例を示す図。 実施形態に係る２周波の高周波電力パルスのパルスパターンを示す図。 実施形態に係る３周波の高周波電力パルスのパルスパターンを示す図。 実施形態に係る３周波の高周波電力パルスのパルスパターンを示す図。 実施形態に係る３周波の高周波電力パルスのパルスパターンを示す図。 実施形態に係る３周波の高周波電力パルスのパルスパターンを示す図。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［プラズマ処理システム］
初めに、図１及び図２を参照しながら、実施形態に係るプラズマ処理システムについて説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理システムの一例を示す断面模式図である。図２は、実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す図である。

実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、３つの高周波電力パルス（３つのＲＦパルス信号）をチャンバ１０内に供給することによりチャンバ１０内の処理ガスからプラズマを生成するように構成されている。プラズマ処理装置１は、２つの高周波電力パルス（２つのＲＦパルス信号）をチャンバ１０内に供給することによりチャンバ１０内の処理ガスからプラズマを生成するように構成されてもよい。そして、プラズマ処理装置１は、生成されたプラズマを基板に曝すことにより基板を処理する。

プラズマ処理装置１は、チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部を含む。チャンバ１０は、プラズマ処理空間１０ｓを規定する。また、チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するためのガス入口１０ａと、プラズマ処理空間からガスを排出するためのガス出口１０ｂとを有する。ガス入口１０ａは、少なくとも１つのガス供給部２０に接続される。

ガス出口１０ｂは、例えばチャンバ１０の底部に設けられた排気口であり、排気システム４０に接続される。排気システム４０は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

基板支持部１１は、プラズマ処理空間１０ｓ内に配置され、基板Ｗを支持する。プラズマ生成部は、プラズマ処理空間１０ｓ内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間１０ｓにおいて形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Capacitively Coupled Plasma）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Inductively Coupled Plasma）であってもよい。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。実施形態において、図１に示すように、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２１を含んでもよい。コンピュータ２１は、例えば、処理部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）２１ａ、記憶部２１ｂ、及び通信インターフェース２１ｃを含んでもよい。処理部２１ａは、記憶部２１ｂに格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２１ｂは、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２１ｃは、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

以下に、図２の誘導結合プラズマ処理装置を一例として、プラズマ処理装置１の構成例について更に説明する。プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を含む。チャンバ１０は、誘電体窓１０ｃ及び側壁１０ｄを含む。誘電体窓１０ｃ及び側壁１０ｄは、チャンバ１０内のプラズマ処理空間１０ｓを規定する。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１、ガス導入部１３、ガス供給部２０、電力供給部及びアンテナ１４を含む。

基板支持部１１は、チャンバ１０内のプラズマ処理空間１０ｓに配置される。アンテナ１４は、チャンバ１０（誘電体窓１０ｃ）の上部に配置される。

基板支持部１１は、本体部及び環状部材（エッジリング）１２を含む。本体部は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１ａと、環状部材１２を支持するための環状領域（エッジリング支持面）１１ｂと、を有する。本体部の環状領域１１ｂは、本体部の中央領域１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部の中央領域１１ａ上に配置され、環状部材１２は、本体部の中央領域１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部の環状領域１１ｂ上に配置される。実施形態において、本体部は、静電チャック１１１及び導電部材１１２を含む。静電チャック１１１は、導電部材１１２の上に配置される。導電部材１１２は、ＲＦ電極として機能し、静電チャック１１１の上面は、基板支持面１１ａとして機能する。また、図示は省略するが、実施形態において、基板支持部１１は、静電チャック１１１及び基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。なお、チャンバ１０、基板支持部１１、及び環状部材１２は、軸Ｚを中心軸として軸Ｚが一致するように配置される。

ガス導入部１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。実施形態において、ガス導入部１３は、基板支持部１１の上方に配置され、誘電体窓１０ｃに形成された中央開口部に取り付けられる。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２３及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。実施形態において、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２３からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してガス導入部１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

電力供給部は、チャンバ１０に結合されるＲＦ電力供給部３１を含む。ＲＦ電力供給部３１は、３つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電部材１１２又はアンテナ１４に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。なお、プラズマ生成部は、プラズマ処理空間１０ｓ内に少なくとも１つの処理ガスを供給するガス供給部２０と、ＲＦ電力供給部３１とを含み、処理ガスからプラズマを生成するように構成されてもよい。

アンテナ１４は、１又は複数のコイルを含む。実施形態において、アンテナ１４は、同軸上に配置された外側コイル及び内側コイルを含んでもよい。この場合、ＲＦ電力供給部３１は、外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、外側コイル及び内側コイルのうちいずれか一方に接続されてもよい。前者の場合、同一のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、別個のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルに別々に接続されてもよい。

実施形態において、ＲＦ電力供給部３１は、ソースＲＦ生成部３１ａ、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂ及び第２バイアスＲＦ生成部３１ｃを含む。ソースＲＦ生成部３１ａは、アンテナ１４に結合され、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂ及び第２バイアスＲＦ生成部３１ｃは、導電部材１１２に結合される。ソースＲＦ生成部３１ａは、第１整合回路３３を介してアンテナ１４に接続され、プラズマ生成用の第１ＲＦパルス信号（以下、ＨＦ電力ともいう。）を生成するように構成される。実施形態において、第１ＲＦパルス信号は、２０ＭＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。生成された第１ＲＦパルス信号は、アンテナ１４に供給される。第１ＲＦパルス信号は、複数の第１パルスサイクルを含み、複数の第１パルスサイクルの各々は、第１期間、第２期間及び第３期間を含む。第１ＲＦパルス信号は、第１期間に第１パワーレベル、第２期間に第２パワーレベル及び第３期間に第３パワーレベルを有する。第１ＲＦパルス信号は、少なくとも３つのパワーレベルを有し、各パワーレベルは、０以上である。従って、第１ＲＦパルス信号は、Ｈｉｇｈ／Ｍｉｄｄｌｅ／Ｌｏｗパワーレベルを有してもよく、これらは０よりも大きい。また、第１ＲＦパルス信号は、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗパワーレベル及びゼロパワーレベル（Ｏｆｆ）を有してもよい。ソースＲＦ生成部３１ａは、第１整合回路３３に結合され、複数の第１パルスサイクルを含む第１ＲＦパルス信号を生成するように構成された第１ＲＦ生成部の一例である。

また、第１バイアスＲＦ生成部は、第２整合回路３４及び給電ライン３７を介して基板支持部１１の導電部材１１２に接続され、第２ＲＦパルス信号（以下、ＬＦ１電力ともいう。）を生成するように構成される。生成された第２ＲＦパルス信号は、基板支持部１１の導電部材１１２に供給される。実施形態において、第２ＲＦパルス信号は、第１ＲＦパルス信号よりも低い周波数を有する。実施形態において、第２ＲＦパルス信号は、１ＭＨｚ～１５ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。第２ＲＦパルス信号は、第４期間に第４パワーレベル、及び前記第５期間に第５パワーレベルを有する。第４期間は、３０μｓ以下である。従って、第２ＲＦパルス信号は、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗパワーレベルを有してもよく、これらは０よりも大きい。また、第２ＲＦパルス信号は、０よりも大きいパワーレベル及びゼロパワーレベル、すなわちオン／オフ信号を有してもよい。第１バイアスＲＦ生成部は、第２整合回路３４に結合され、複数の第２パルスサイクルを含む第２ＲＦパルス信号を生成するように構成された第２ＲＦ生成部の一例である。

また、第２バイアスＲＦ生成部は、第２整合回路３４及び給電ライン３７を介して基板支持部１１の導電部材１１２に接続され、第３ＲＦパルス信号（以下、ＬＦ２電力ともいう。）を生成するように構成される。生成された第３ＲＦパルス信号は、基板支持部１１の導電部材１１２に供給される。実施形態において、第３ＲＦパルス信号は、第２ＲＦパルス信号よりも低い周波数を有する。実施形態において、第３ＲＦパルス信号は、１００ｋＨｚ～４ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。第３ＲＦパルス信号は、第６期間に第６パワーレベル、及び第７期間に第７パワーレベルを有する、第３ＲＦパルス信号は、少なくとも２つのパワーレベルを有し、各パワーレベルは、０以上である。従って、第３ＲＦパルス信号は、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗパワーレベルを有してもよく、これらは０よりも大きい。また、第３ＲＦパルス信号は、０よりも大きいパワーレベル及びゼロパワーレベル、すなわちオン／オフ信号を有してもよい。第２バイアスＲＦ生成部は、第２整合回路３４に結合され、複数の第３パルスサイクルを含む第３ＲＦパルス信号を生成するように構成された第３ＲＦ生成部の一例である。

このように、第１ＲＦパルス信号、第２ＲＦパルス信号及び第３ＲＦパルス信号はパルス化される。第２ＲＦパルス信号及び第３ＲＦパルス信号はオン状態とオフ状態との間、或いは２以上の異なるオン状態（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）の間でパルス化される。第１ＲＦパルス信号は２以上の異なるオン状態（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）とオフ状態との間、或いは３以上の異なるオン状態（Ｈｉｇｈ／Ｍｉｄｄｌｅ／Ｌｏｗ）の間でパルス化される。第１ＲＦパルス信号は、オン状態とオフ状態との間、或いは２つの異なるオン状態（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）の間でパルス化されてもよい。

第１整合回路３３は、ソースＲＦ生成部３１ａ及びアンテナ１４に接続され、アンテナ１４を介してチャンバ１０に接続される。第１整合回路３３は、第１ＲＦパルス信号がソースＲＦ生成部３１ａから第１整合回路３３を介してアンテナ１４に供給されるのを可能にする。なお、第１整合回路３３は、他のプラズマ処理装置においては、アンテナ１４以外の構成に接続されてもよい。例えば、２つの対向する電極を含む容量結合プラズマ処理装置においては、第１整合回路３３は、２つの電極のうち一方に接続されてもよい。

第２整合回路３４は、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂ、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃ及び基板支持部１１（導電部材１１２）に接続される。第２整合回路３４は、第２ＲＦパルス信号が第１バイアスＲＦ生成部３１ｂから第２整合回路３４を介して基板支持部１１に供給されるのを可能にする。また、第２整合回路３４は、第３ＲＦパルス信号が第２バイアスＲＦ生成部３１ｃから第２整合回路３４を介して基板支持部１１に供給されるのを可能にする。

制御部２は、ソースＲＦ生成部３１ａ、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂ及び第２バイアスＲＦ生成部３１ｃのそれぞれに各パルス信号の供給を指示する制御信号を出力する。これにより、予め定められたタイミングに複数のパルスサイクルを含む第１ＲＦパルス信号、第２ＲＦパルス信号、及び第３ＲＦパルス信号が供給され、チャンバ１０内の処理ガスからプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマを基板に曝すことにより基板処理が行われる。これにより、プロセスの効能を向上させ、高精度の基板処理を可能にする。制御部２による第１ＲＦパルス信号、第２ＲＦパルス信号、及び第３ＲＦパルス信号のオン・オフ状態又は０以上のパワーレベルの制御タイミングについては後述する。

[第２整合回路の内部構成の一例]
次に、第２整合回路３４の構成の一例について、図３を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係る第２整合回路３４の内部構成の一例を示す図である。

第１バイアスＲＦ生成部３１ｂ及び第２バイアスＲＦ生成部３１ｃは、第２整合回路３４及び給電ライン３７を介して、基板支持部１１（導電部材１１２）に接続される。第１バイアスＲＦ生成部３１ｂから供給される第２ＲＦパルス信号を、以下の説明ではＬＦ１電力（ＬＦ１ Ｐｏｗｅｒ）とも表記する。また、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃから供給される第３ＲＦパルス信号を、以下の説明ではＬＦ２電力（ＬＦ２ Ｐｏｗｅｒ）とも表記する。

第１バイアスＲＦ生成部３１ｂから供給される第２ＲＦパルス信号（ＬＦ１電力）が第２整合回路３４内の給電ライン３６を介して反対側（第２バイアスＲＦ生成部３１ｃ側）に結合すると、チャンバ１０へ供給されるＬＦ１電力の供給効率が低下する。同様に、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃから供給される第３ＲＦパルス信号（ＬＦ２電力）が給電ライン３６を介して反対側（第１バイアスＲＦ生成部３１ｂ側）に結合すると、チャンバ１０へ供給されるＬＦ２電力の供給効率が低下する。そうすると、チャンバ１０へのバイアス電力の供給が低下するために、イオンエネルギーの制御等が難しくなり、プロセスの性能が悪化する。

そこで、本実施形態に係る第２整合回路３４は、第１調整回路３４ｂ１、第１分離回路３４ｂ２、第２調整回路３４ｃ１、第２分離回路３４ｃ２を有する。第１調整回路３４ｂ１及び第１分離回路３４ｂ２は、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂと給電ライン３７との間に接続される。第２調整回路３４ｃ１及び第２分離回路３４ｃ２は、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃと給電ライン３７との間に接続される。係る構成により、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂにおいて生成された第２ＲＦパルス信号（ＬＦ１電力）が、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃへの結合を抑制しつつ、基板支持部１１（導電部材１１２）に供給される。また、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃにおいて生成された第３ＲＦパルス信号（ＬＦ２電力）が、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂへの結合を抑制しつつ、基板支持部１１（導電部材１１２）に供給される。

第１調整回路３４ｂ１は、可変素子を有し、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂの負荷側（基板支持部１１側）のインピーダンスを、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂ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、第１調整回路３４ｂ１の可変素子は、可変コンデンサである。

第２分離回路３４ｃ２は、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃと基板支持部１１との間に接続され、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂからのＬＦ１電力である第２ＲＦパルス信号の結合を防止する。

第２調整回路３４ｃ１は、可変素子を有し、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃの負荷側（基板支持部１１側）のインピーダンスを、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃ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、第２調整回路３４ｃ１の可変素子は、可変インダクタである。

第１分離回路３４ｂ２は、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂと基板支持部１１との間に接続され、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃからのＬＦ２電力である第３ＲＦパルス信号の結合を防止する。

第２分離回路３４ｃ２は、インダクタＬ２を含むＲＦチョーク回路である。第１分離回路３４ｂ２は、コンデンサＣ１とインダクタＬ１とを含む共振回路である。第１分離回路３４ｂ２は、コンデンサＣ１とインダクタＬ１により構成される。第２分離回路３４ｃ２は、インダクタＬ２により構成される。

第１分離回路３４ｂ２は、第２ＲＦパルス信号からはインピーダンスが０または０近くに見え、第３ＲＦパルス信号からはインピーダンスが高く、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂ側が壁に見えるようにＣ１とＬ１の回路定数を設定する。これにより、第１分離回路３４ｂ２において第３ＲＦパルス信号から見たインピーダンスをＺ_ＬＦ２とし、プラズマの負荷インピーダンスをＺ_chamberと表記すると、Ｚ_ＬＦ２＞＞Ｚ_{ｃｈａｍｂｅｒ}が成立する。

また、第２分離回路３４ｃ２は、第３ＲＦパルス信号からはインピーダンスが０又は０近くに見え、第２ＲＦパルス信号からはインピーダンスが高く、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃ側が壁に見えるようにＬ２の回路定数を設定する。これにより、第２分離回路３４ｃ２において第２ＲＦパルス信号から見たインピーダンスをＺ_ＬＦ１とすると、Ｚ_ＬＦ１＞＞Ｚ_{ｃｈａｍｂｅｒ}が成立する。

このように、第１分離回路３４ｂ２の回路定数を上記のように設定することで、第１分離回路３４ｂ２では、インピーダンスＺ_ＬＦ２がプラズマの負荷インピーダンスＺ_chamberよりもはるかに大きくなる。これにより、第１分離回路３４ｂ２は、第２バイアスＲＦ生成部３１ｃからの第３ＲＦパルス信号の結合を防止する（図３の「ＬＦ２ Ｐｏｗｅｒ→×」）。この結果、ＬＦ２電力は、給電ライン３７を介してチャンバ１０内に供給され、これにより、ＬＦ２電力の供給効率の低下を抑制できる。

同様に、第２分離回路３４ｃ２の回路定数を上記のように設定することで、第２分離回路３４ｃ２では、インピーダンスＺ_ＬＦ１がプラズマの負荷インピーダンスＺ_chamberよりもはるかに大きくなる。これにより、第２分離回路３４ｃ２は、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂからの第２ＲＦパルス信号の結合を防止する（図３の「ＬＦ１ Ｐｏｗｅｒ→×」）。この結果、ＬＦ１電力は、給電ライン３７を介してチャンバ１０内に供給され、これにより、ＬＦ１電力の供給効率の低下を抑制できる。

係る構成により、異なる周波数を有する２つのバイアス電力（ＬＦ１電力及びＬＦ２電力）のパルス信号を基板支持部１１に効率良く供給することができる。

[パルス信号]
例えば、アスペクト比が高い深穴をエッチングするプロセスの場合、ＨＦ電力、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力のパルス信号を用いて、イオンの入射角を垂直にしたり、マスク選択比を高めたりすることができる。

図４は、ラジカル、イオン、電子温度、イオンエネルギー、副生成物の一例を示す図である。図４の横軸は、ＲＦ電力の供給を停止（オフ）した後の経過時間（１周期）を示す。図４の縦軸は、オフ時間におけるラジカル（Ｒａｄｉｃａｌ）、イオン（Ｉｏｎｓ）、電子温度（Ｔｅ）、イオンエネルギー(ε_ｌ)、副生成物（Ｂｙ－ｐｒｏｄｕｃｔｓ）の各時間における状態を示す。

これによれば、ラジカル（Ｒａｄｉｃａｌ）は、ＲＦ電力をオフ状態にしてからの変化が緩やかであるのに対して、イオン（Ｉｏｎｓ）及びプラズマ温度（Ｔｅ）はＲＦ電力をオフ状態にしてからの変化がラジカルよりも早い。このようなプラズマ中のラジカルやイオンの減衰やエネルギーの変化等を考慮してＨＦ電力及びＬＦ電力（例えばＬＦ１電力及びＬＦ２電力）のパルス信号を制御する。ＨＦ電力をオフ状態にした後に供給するＬＦ電力のパルス信号の一例としては、プラズマ温度（Ｔｅ）が高い初期時間は、ＬＦ電力をオフ状態にし、プラズマ温度（Ｔｅ）が低下した後にＬＦ電力をオン状態にする制御が考えられる。これによれば、イオンはまだ残っているが、プラズマ温度（Ｔｅ）が低い時間にＬＦ電力を用いて、イオンの基板への引き込みを効率的に行うことができる。

ＨＦ電力をオフ状態にした後に供給するＬＦ電力のパルス信号の他の例としては、プラズマパラメータとしてイオンエネルギーを示すε_ｌを用い、プラズマ電子温度Ｔｅがほぼ変化しない時間にＬＦ２電力を制御する。これにより、イオンエネルギーε_ｌをコントロールしてイオンの入射角をより垂直に制御することができる。

このように、ＨＦ電力及びＬＦ電力をオン・オフ状態にするタイミングを、ラジカル、イオン、プラズマ電子温度、イオンエネルギー、副生成物等のプラズマパラメータの動きに応じて細かく制御する。これにより、プロセスの性能を向上させることができる。以下、高周波電力のパルス信号の供給タイミングについて、図５～図８を参照しながら説明する。なお、高周波電力のパルス信号の供給タイミングは、制御部２により制御される。

（２周波のパルス信号）
図５は、実施形態に係る２周波の高周波電力パルスのパルスパターンを示す図である。図５に示す２周波の高周波電力パルスのうちＨＦ電力（Source Power）は、複数の第１パルスサイクルを含む。ＬＦ１電力（Bias Power）のパルス信号は、複数の第２パルスサイクルを含む。以下、各パルス信号の供給タイミングについて説明する。図５の横軸は、１周期の時間を示し、縦軸は、ＨＦ電力及びＬＦ１電力のオン・オフ状態を示す。ＨＦ電力の複数の第１パルスサイクルのそれぞれは、期間（１）及び期間（２）を含み、ＬＦ１電力の複数の第２パルスサイクルのそれぞれは、期間（３）及び期間（４）を含む。図５の例では、複数の第１パルスサイクルのそれぞれは、期間（１）、期間（２）及び排気期間を１周期として、ＨＦ電力の第１ＲＦパルス信号が繰り返される。複数の第２パルスサイクルのそれぞれは、期間（４）、期間（３）及び排気期間を１周期としてＬＦ１電力の第２ＲＦパルス信号が繰り返される。

ソースＲＦ生成部３１ａは、第１ＲＦパルス信号（ＨＦ電力）を生成するように構成される。本実施形態では、第１ＲＦパルス信号は、２つのパワーレベル（Ｏｎ／Ｏｆｆ）を有する。第１バイアスＲＦ生成部３１ｂは、第２ＲＦパルス信号（ＬＦ１電力）を生成するように構成される。本実施形態では、第２ＲＦパルス信号は、２つのパワーレベル（Ｏｎ／Ｏｆｆ）を有する。

ＨＦ電力のオン状態とＬＦ１電力のオン状態とは時間的にオーバーラップしない。例えば第１ＲＦパルス信号は、期間（１）に第１パワーレベル、及び期間（２）に第２パワーレベルを有し、第１パワーレベルがオン状態、第２パワーレベルがオフ状態である。すなわち、第２パワーレベルは、ゼロパワーレベルである。第２ＲＦパルス信号は、期間（３）に第３パワーレベル、及び期間（４）に第４パワーレベルを有し、第３パワーレベルがオン状態、第４パワーレベルがオフ状態である。すなわち、第４パワーレベルは、ゼロパワーレベルである。

第１ＲＦパルス信号は、２７ＭＨｚの周波数を有してもよい。第２ＲＦパルス信号の周波数は、第１ＲＦパルス信号の周波数よりも低い。例えば第２ＲＦパルス信号は、１３ＭＨｚの周波数を有する。第１パワーレベルがＨｉｇｈ、第２パワーレベルがＬｏｗでもよい。また、第３パワーレベルがＨｉｇｈ、第４パワーレベルがＬｏｗでもよい。

図５の期間（１）において、ＨＦ電力はオン状態に維持され、期間（１）と時間的に一致する期間（４）において、ＬＦ１電力はオフ状態に維持される。これにより、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの時間は、ＨＦ電力の供給により、ラジカルとイオンを含むプラズマが生成される。

時刻ｔ_１にＨＦ電力はオフ状態に遷移し、ＬＦ１電力はオン状態に遷移し、期間（２）にＨＦ電力はオフ状態を維持し、期間（２）と時間的に一致する期間（３）にＬＦ１電力はオン状態を維持する。期間（２）では、ＨＦ電力がオフ状態であるため、図４に一例を示すように、ラジカル、イオン、プラズマ温度はそれぞれの時定数をもって減衰する。期間（３）におけるＬＦ１電力の供給により、エッチングする凹部の底部に到達させるイオンフラックス（イオン量）を制御し、エッチングを促進する。時刻ｔ_２にＨＦ電力はオフ状態を維持し、ＬＦ１電力はオフ状態に遷移する。期間（２）及び期間（３）の後の排気期間では、ＨＦ電力及びＬＦ１電力がオフ状態であるため、副生成物が排気される。排気期間は、副生成物が基板Ｗ上に付着しない時間に予め設定されている。

排気期間後の時刻ｔ_３に１周期が終了し、次の周期の期間（１）に移行する。そして、次の周期の時刻ｔ_０において再びＨＦ電力はオン状態に遷移し、期間（４）にてＬＦ１電力はオフ状態を維持する。すなわち、期間（１）、期間（２）及び排気期間を１周期として、ＨＦ電力の第１パルスサイクルが繰り返される。また、期間（４）、期間（３）及び排気期間を１周期として、ＬＦ１電力の第２パルスサイクルが繰り返される。１周期は１ｋＨｚ～２０ｋＨｚである。複数のパルスサイクルは、同一の時間期間を有し、各パルスサイクルは、５０μｓ～１０００μｓの時間期間を有する。すなわち、パルスサイクルの１周期は５０μｓ～１０００μｓである。

期間（３）は、期間（１）と時間的に重複しない。つまり、第１バイアスＲＦ生成部３１ｂは、第２ＲＦパルス信号のパワーレベルの変化のタイミングを、第１ＲＦパルス信号のパワーレベルの変化のタイミングに対してオフセットさせ、ＨＦ電力のオン状態とＬＦ１電力のオン状態を時間的に重ならないようにする。

加えて、期間（３）は、３０μｓ以下に設定される。期間（１）、（２）及び（４）は、任意の時間に設定され、３０μｓよりも長くてもよい。つまり、本例ではＬＦ１電力は、期間（３）において３０μｓ以下の時間、オン状態に維持され、期間（４）及び排気期間の任意の時間はオフ状態に維持され、オン・オフを繰り返す。このようにして、ＬＦ１電力の１周期における供給時間を３０μｓ以下にすることで、イオンを垂直に制御し、異方性の高いエッチングが可能になる。

なお、期間（１）のＨＦ電力のパワーレベルは、第１パワーレベルの一例であり、期間（２）のＨＦ電力のパワーレベルは、第２パワーレベルの一例である。期間（３）のＬＦ１電力のパワーレベルは、第３パワーレベルの一例であり、期間（４）のＬＦ１電力のパワーレベルは、第４パワーレベルの一例である。

（３周波のパルス信号）
図６～図８は、実施形態に係る３周波の高周波電力パルスのパルスパターンを示す図である。図６～図８に示す３周波の高周波電力であるＨＦ電力（Source Power）、ＬＦ１電力（Bias1 Power）及びＬＦ２電力（Bias2 Power）の各パルス信号は、複数のパルスサイクルをそれぞれ含む。以下、各パルス信号の供給タイミングについて説明する。図６～図８の横軸は、１周期の時間を示し、縦軸は、ＨＦ電力、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力のオン・オフ状態を示す。ＨＦ電力の第１パルスサイクル、ＬＦ１電力の第２パルスサイクル、ＬＦ２電力の第３パルスサイクル（いずれのパルスサイクルも排気期間を含む）を１周期として、ＨＦ電力、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力の各パルス信号の制御が繰り返される。

３周波の高周波電力パルスの制御では、ＬＦ１電力のオン状態とＬＦ２電力のオン状態とは時間的にオーバーラップせず、ＬＦ１電力をオン状態にしている間、ＬＦ２電力をオフ状態にし、ＬＦ１電力をオフ状態にしている間、ＬＦ２電力をオン状態にする。また、ＨＦ電力のＨｉｇｈパワーレベルとＬＦ１電力のオン状態は時間的にオーバーラップせず、ＨＦ電力をＨｉｇｈパワーレベルにしている間、ＬＦ１電力をオフ状態にし、ＬＦ１電力をオン状態にしている間、ＨＦ電力をオフ状態又はＬｏｗパワーレベルにする。同様に、ＨＦ電力のＨｉｇｈパワーレベルとＬＦ２電力のオン状態は時間的にオーバーラップせず、ＨＦ電力をＨｉｇｈパワーレベルにする間、ＬＦ２電力をオフ状態にし、ＬＦ２電力をオン状態にする間、ＨＦ電力をオフ状態又はＬｏｗパワーレベルにする。

ソースＲＦ生成部３１ａは、第１ＲＦパルス信号（ＨＦ電力）を生成するように構成され、本実施形態では、第１ＲＦパルス信号は、３つのパワーレベル（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ／Ｏｆｆ）を有する。これらのパワーレベルは対象プロセスに応じて任意に設定及び変更可能である。例えば第１ＲＦパルス信号は、２７ＭＨｚの周波数を有する。

第１バイアスＲＦ生成部３１ｂは、第２ＲＦパルス信号（ＬＦ１電力）を生成するように構成され、本実施形態では、第２ＲＦパルス信号は、２つのパワーレベル（Ｏｎ／Ｏｆｆ）を有する。つまり、第２ＲＦパルス信号は、ゼロパワーレベルを含む２つまたはそれ以上のパワーレベルを有する。第２ＲＦパルス信号の周波数は、第１ＲＦパルス信号の周波数よりも低い。例えば第２ＲＦパルス信号は、１３ＭＨｚの周波数を有する。

第２バイアスＲＦ生成部３１ｃは、第３ＲＦパルス信号（ＬＦ２電力）を生成するように構成され、本実施形態では、第３ＲＦパルス信号は、２つのパワーレベル（Ｏｎ／Ｏｆｆ）を有する。つまり、第３ＲＦパルス信号は、ゼロパワーレベルを含む２つまたはそれ以上のパワーレベルを有する。第３ＲＦパルス信号の周波数は、第２ＲＦパルス信号の周波数よりも低い。例えば第３ＲＦパルス信号は、１．２ＭＨｚの周波数を有する。

図６～図８では、ＨＦ電力が第１ＲＦパルス信号、ＬＦ１電力が第２ＲＦパルス信号、ＬＦ２電力が第３ＲＦパルス信号の状態を示す。

図６の期間（１）では、ＨＦ電力は、Ｈｉｇｈパワーレベルを有し、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力は、オフ状態である。つまり、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１１までの時間は、ＨＦ電力の供給により、ラジカルとイオンを含むプラズマが生成される。これにより、図６（ａ）に示すように、マスク１０１を介してエッチング対象膜１００がエッチングされ、エッチング対象膜１００に形成されたホールＨＬの内壁に、主にラジカルＲが付着する。

期間（１）経過後の時刻ｔ_１１にＨＦ電力がオフ状態に遷移すると、図４に一例を示すように、ラジカル、イオン、プラズマ温度はそれぞれの時定数をもって減衰する。これらのプラズマパラメータの減衰状態に応じて、ＨＦ電力をオフ状態にする期間（３）、パワーレベルを下げる期間（２）及び副生成物を排気する期間にＬＦ１電力及びＬＦ２電力をそれぞれオンするタイミングを制御する。このとき、ＬＦ１電力をオン状態にする期間（４）は、ＨＦ電力をＨｉｇｈパワーレベルにする期間（１）とは時間的に重複しない。また、ＬＦ２電力をオン状態にする期間（６）は、期間（１）及び期間（４）とは時間的に重複しない。

本実施形態では、時刻ｔ_１１において、ＨＦ電力はＨｉｇｈパワーレベルからオフ状態に遷移し、ＬＦ１電力はオン状態に遷移する。これにより、期間（３）と時間的に一致する期間（４）においてＬＦ１電力はオン状態に維持され、図６（ｂ）に示すように、エッチングされた凹部の底部に到達させるイオンフラックスを制御できる。また、エッチング時の副生成物の量を抑制できる。ＬＦ２電力は時刻ｔ_１１にオフ状態を維持し、期間（３）と時間的に一致する期間（７）においてＬＦ２電力はオフ状態に維持される。

更に期間（４）は、３０μｓ以下の時間に設定される。また、期間（４）は期間（１）と時間的に重複しない。期間（４）においてＬＦ１電力の供給を３０μｓ以下の短時間行うことで、更にイオンを垂直に制御し、異方性の高いエッチングが可能になる。

期間（３）及び期間（４）経過後の時刻ｔ_１２において、ＨＦ電力は、Ｌｏｗパワーレベルに遷移し、ＬＦ１電力は、オフ状態に遷移し、ＬＦ２電力は、オン状態に遷移する。時刻ｔ_１３まで期間（２）において、ＨＦ電力は、Ｌｏｗパワーレベルを維持する。期間（３）及び（２）において、ＨＦ電力は、Ｌｏｗパワーレベルであってもよく、オフ状態でもよい。期間（２）と時間的に一致する期間（５）においてＬＦ１電力は、オフ状態に維持され、期間（２）と時間的に一致する期間（６）においてＬＦ２電力は、オン状態に維持される。前述した通り、期間（６）は、期間（１）及び期間（４）とは時間的に重複しない。

本実施形態では、期間（４）で供給したＬＦ１電力の周波数よりも低い周波数のＬＦ２電力を期間（６）で供給する。ＬＦ２電力のＶｐｐはＬＦ１電力のＶｐｐよりも大きい。これにより、期間（６）では、期間（４）よりもバイアス電圧のＶｐｐをより大きくでき、イオンエネルギーε_ｌをより大きくし、イオン入射角をより垂直に制御できる。これにより、ＬＦ２電力を供給している期間（６）においてエッチングされた凹部の底部に到達させるイオンフラックスを制御できる。これにより図６（ｃ）に示すように、ホールＨＬの底部の角部等に残った副生成物Ｂ等がエッチングされ、エッチングを促進できる。

このようにして、アスペクト比が高い深穴をエッチングするプロセスにおいて、ＨＦ電力、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力のパルス信号を用いて、マスク選択比を高め、イオンの入射角を垂直にすることができる。これにより、エッチング形状を垂直にしたり、エッチングを促進したりすることができる。ただし、アスペクト比が高い深穴をエッチングするプロセスは基板処理の一例であり、プロセスの種類はこれに限らない。

排気期間では、副生成物の排気を制御する。つまり、排気期間には、ＨＦ電力、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力をオフ状態に制御する。これにより、図６（ｄ）に示すように、ホールＨＬ内の副生成物Ｂを排気する。これにより、次のサイクルのエッチングを促進できる。排気期間は、副生成物Ｂが基板Ｗ上に再付着しない時間に予め設定されている。

図６の例では、ＨＦ電力のパワーレベルを３レベルに制御し、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力のパワーレベルをオン・オフ状態の２レベルに制御したが、これに限らない。例えば、ＨＦ電力のパワーレベルを４レベル又はそれ以上に制御してもよい。

時刻ｔ_１４において、１周期が終了し、次の周期の期間（１）に移行する。そして、次の周期の時刻ｔ_０において、ＨＦ電力は、Ｈｉｇｈパワーレベルに遷移し、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力は、オフ状態を維持する。第１ＲＦパルス信号は、期間（１）→期間（３）→期間（２）→排気期間の順にＨＦ電力を予め定められた状態にする。第２ＲＦパルス信号は、期間（４）→期間（５）→排気期間の順にＬＦ１電力を予め定められた状態にする。第３ＲＦパルス信号は、期間（７）→期間（６）→排気期間の順にＬＦ２電力を予め定められた状態にする。各パルスサイクルは繰り返され、１周期は１ｋＨｚ～２０ｋＨｚであり、期間（４）は３０μｓ以下である。複数の第１～第３パルスサイクルは、同一の時間期間を有し、各パルスサイクルは、５０μｓ～１０００μｓの時間期間を有する。すなわち、パルスサイクルの１周期は５０μｓ～１０００μｓである。

なお、期間（１）のＨＦ電力のパワーレベルは、第１パワーレベルの一例であり、期間（２）のＨＦ電力のパワーレベルは、第２パワーレベルの一例であり、期間（３）のＨＦ電力のパワーレベルは、第３パワーレベルの一例である。期間（４）のＬＦ１電力のパワーレベルは、第４パワーレベルの一例であり、期間（５）のＬＦ１電力のパワーレベルは、第５パワーレベルの一例である。期間（６）のＬＦ２電力のパワーレベルは、第６パワーレベルの一例であり、期間（７）のＬＦ２電力のパワーレベルは、第７パワーレベルの一例である。

図７は、３周波の高周波電力パルスの制御の他の例を示す。本例においても、ＨＦ電力の第１パルスサイクル、ＬＦ１電力の第２パルスサイクル、ＬＦ２電力の第３パルスサイクルを１周期として、ＨＦ電力、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力の各パルス信号の制御が繰り返される。いずれのパルスサイクルも排気期間を含み得る。

図６のパルスサイクルパターンと、図７のパルスサイクルパターンとの違いは、図７では、期間（１）の終了時刻ｔ_１１の後にディレイ時間Ｔdelayがあるが、図６では、時刻ｔ_１１の後にディレイ時間Ｔdelayがない点である。以下では、この相違点について説明し、図８のその他のパルスサイクルパターンについては図６と同じであるため、説明を省略する。

例えば、図４に示すように、プラズマ温度（Ｔｅ）が高いときにＬＦ１電力又はＬＦ２電力をオン状態にすると、副生成物が多く発生し、これにより、エッチングが阻害される場合がある。よって、プラズマ温度が高いときを避けてＬＦ１電力又はＬＦ２電力をオン状態にすることが考えられる。つまり、時刻ｔ_１１から予め定められたディレイ時間Ｔdelayが経過した後の時刻ｔ_２１にはプラズマ温度が低下している。このタイミングにＬＦ１電力はオン状態に遷移する。つまり、ＨＦ電力がオフ状態に遷移した時刻ｔ_１１からディレイ時間Ｔdelayだけシフト（遅延）してからＬＦ１電力がオン状態に遷移する。これにより、エッチング時の副生成物の量を抑制でき、エッチングを促進できる。

なお、本実施形態では、ディレイ時間ＴdelayにおいてＨＦ電力はオフ状態である、しかしながら、ディレイ時間ＴdelayのＨＦ電力のパワーレベルは期間（１）のＨＦ電力のパワーレベルよりも低いＬｏｗレベルであってもよい。ＨＦ電力のパワーレベルを下げることでＬＦ１電力を供給する時刻ｔ_２１のタイミングよりも前のディレイ時間Ｔdelayにラジカルとイオンの生成を減らすことができる。この結果、ディレイ時間Ｔdelay経過後の時刻ｔ_２１から時刻ｔ_１２までの期間（４）においてエッチング対象膜に形成された凹部の底部に到達させるイオンフラックスを制御できる。期間（４）は３０μｓ以下の時間に設定される。また、期間（４）は期間（１）と時間的に重複しない。なお、次の期間（５）及び排気期間は、任意の時間に設定され、３０μｓよりも長くてもよい。このようにして、期間（４）においてＬＦ１電力の供給を３０μｓ以下の短時間行うことで、更にイオンを垂直に制御し、異方性の高いエッチングが可能になる。

また、時刻ｔ_１２にてＬＦ１電力がオフ状態に遷移し、ＬＦ２電力がオン状態に遷移する。期間（５）ではＬＦ１電力はオフ状態に遷移し、期間（５）と時間的に重複する期間（６）ではＬＦ２電力はオン状態に遷移する。これにより、期間（６）では、期間（４）と比較してイオン入射角をより垂直に制御できる。ただし、ディレイ時間Ｔdelayを長くしすぎるとイオンが消失するため、ディレイ時間Ｔdelayは予め適切な値に設定されている。

係る制御により、ＬＦ１電力のオン・オフ状態とＬＦ２電力のオン・オフ状態とを互いに異なる時間帯にオン状態に遷移させることで、主にイオンの挙動を制御する。ＨＦ電力は、期間（３）においてゼロパワーレベルを有し、ＬＦ１電力は、期間（４）において０よりも大きいパワーレベルを有し、ＬＦ２電力は、期間（４）と重複する期間（７）においてゼロパワーレベルを有する。ＬＦ２電力は、期間（６）において０よりも大きいパワーレベルを有し、ＬＦ１電力は、期間（６）と重複する期間（５）においてゼロパワーレベルを有し、ＨＦ電力は、期間（２）において０よりも大きいパワーレベルを有する。つまり、ＬＦ１電力とＬＦ２電力は、０よりも大きいパワーレベルを有する時間が重ならない。

ＬＦ２電力の方が、ＬＦ１電力よりもマスク選択比が高く、垂直なエッチングが可能である。ＨＦ電力のパワーレベルが期間（２）よりも高い期間（１）では、ラジカルとイオンが大量に生成されており、その期間（１）にＬＦ２電力を供給しても上記効果は発揮しにくい。一方、ＨＦ電力のパワーレベルが期間（１）よりも低い期間（２）及びゼロパワーレベルの期間（３）では、ラジカルとイオンの生成が低下する。よって、期間（３）と重なる期間（４）にＬＦ１電力を供給し、期間（２）と重なる期間（６）にＬＦ２電力を供給することで上記効果を発揮しやすい。よって、これらの期間にＬＦ１電力又はＬＦ２電力を供給することで、イオンエネルギーを高め、イオン入射角を垂直にできる。これにより、期間（２）、（３）では、期間（１）よりもマスク選択比が高く、垂直なエッチングが可能になる。

なお、ＬＦ１電力とＬＦ２電力はオン状態とオフ状態の２つのパワーレベルを有するパルス信号を生成可能である。ただし、ＬＦ１電力とＬＦ２電力をオン状態とオフ状態とその中間のパワーレベルというように、２つ以上のパワーレベルを有するパルス信号が生成されてもよい。ＬＦ１電力とＬＦ２電力は２つの異なるオン状態を有してもよい。

図８は、３周波の高周波電力パルスのパルスパターンの他の例を示す。ＨＦ電力の第１パルスサイクル、ＬＦ１電力の第２パルスサイクル、ＬＦ２電力の第３パルスサイクルを１周期として、ＨＦ電力、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力の各パルス信号の制御が繰り返される。いずれのパルスサイクルも排気期間を含み得る。

図８のパルスサイクルパターンと、図７のパルスサイクルパターンとの違いは、ＬＦ１電力のオン状態とＬＦ２電力のオン状態の順番が逆であり、これに応じてディレイ時間Ｔdelayのタイミングもシフトしている点である。ディレイ時間ＴdelayはＬＦ１電力がオン状態に遷移する直前に設けられている。

本例においても、プラズマ温度が高いときを避けてＬＦ１電力又はＬＦ２電力をオン状態にする。本例では、ＬＦ２電力、ＬＦ１電力の順にオン状態にする。期間（１）経過後の時刻ｔ_１１にはプラズマ温度は低下している。このタイミング、つまりＨＦ電力がＨｉｇｈパワーレベルよりも低いＬｏｗパワーレベルに遷移した時刻ｔ_１１にＬＦ２電力がオン状態に遷移し、期間（２）に時間的に一致する期間（６）においてＬＦ２電力をオン状態に維持する。これにより、エッチング時の副生成物の量を抑制でき、エッチングを促進できる。

時刻ｔ_１１から時刻ｔ_１２までの期間（２）に時間的に一致する期間（５）においてＬＦ１電力は、オフ状態を維持する。本実施形態では、時刻ｔ_１２にＨＦ電力はオフ状態に遷移し、ＬＦ１電力は、オフ状態を維持し、ＬＦ２電力は、オフ状態に遷移する。ディレイ時間ＴdelayにおいてＨＦ電力はオフ状態に維持される、しかしながら、ディレイ時間ＴdelayのＨＦ電力のパワーレベルは期間（１）のＨＦ電力のパワーレベルよりも低いＬｏｗレベルであってもよい。ＨＦ電力のパワーレベルをさらに下げることでＬＦ１電力を供給する時刻ｔ_２２のタイミングよりも前のディレイ時間Ｔdelayにラジカルとイオンの生成を減らすことができる。時刻ｔ_１２からディレイ時間Ｔdelay経過後の時刻ｔ_２２において、ＬＦ１電力は、オン状態に遷移する。時刻ｔ_２２において、ＨＦ電力及びＬＦ２電力は、オフ状態を維持する。この結果、ディレイ時間Ｔdelay経過後の時刻ｔ_２２から時刻ｔ_１３までの期間（４）においてエッチング対象膜に形成された凹部の底部に到達させるイオンフラックスを制御できる。このとき、期間（４）は３０μｓ以下の時間に設定される。また、期間（４）は期間（１）と時間的に重複しない。なお、期間（２）と時間的に一致する期間（５）及び排気期間は、任意の時間に設定され、３０μｓよりも長くてもよい。つまり、本例ではＬＦ１電力は、期間（４）において３０μｓ以下の時間、オン状態を維持する。このようにして、期間（４）においてＬＦ１電力の供給を３０μｓ以下の短時間行うことで、更にイオンを垂直に制御し、異方性の高いエッチングが可能になる。ただし、ディレイ時間Ｔdelayを長くしすぎるとイオンが消失するため、ディレイ時間Ｔdelayは予め適切な値に設定されている。

図９は、３周波の高周波電力パルスの制御の他の例を示す。本例においても、ＨＦ電力の第１パルスサイクル、ＬＦ１電力の第２パルスサイクル、ＬＦ２電力の第３パルスサイクルを１周期として、ＨＦ電力、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力の各パルス信号の制御が繰り返される。いずれのパルスサイクルも排気期間を含み得る。

図９のパルスサイクルパターンと、図７及び図８のパルスサイクルパターンとの違いは、ディレイ時間Ｔdelayを、図７及び図８ではＬＦ１電力がオン状態に遷移する直前に設けたが、図９ではＬＦ２電力がオン状態に遷移する直前に設けた点である。

本例では、期間（１）においてＨＦ電力は、Ｈｉｇｈパワーレベルに維持され、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力は、オフ状態に維持される。期間（３）と期間（３）に時間的に一致する期間（５）及び（７）において、ＨＦ電力、ＬＦ１電力及びＬＦ２電力のすべてが、オフ状態に維持される（排気期間）。

その後、時刻ｔ_２１において、ＨＦ電力は、Ｈｉｇｈパワーレベルよりも低いＬｏｗパワーレベルに遷移し、ＬＦ１電力は、オン状態に遷移する。時刻ｔ_２１において、ＬＦ２電力は、オフ状態を維持する。そして、期間（２）において、ＨＦ電力は、Ｌｏｗパワーレベルに維持される。期間（２）と時間的に重複する（すなわち、期間（２）の第１の部分と時間的に一致する）期間（４）においてＬＦ１電力は、３０μｓ以下の時間、オン状態を維持する。期間（２）中の時刻ｔ_２２にＬＦ１電力はオフ状態に遷移し、時刻ｔ_２２からディレイ時間Ｔdelay経過後の時刻ｔ_２３にＬＦ２電力はオン状態に遷移する。時刻ｔ_２２及び時刻ｔ_２３において、ＨＦ電力は、Ｌｏｗパワーレベルに維持される。そして、時刻ｔ_２３から期間（２）と時間的に重複する（すなわち、期間（２）の第２の部分と時間的に一致する）期間（６）においてＬＦ２電力は、オン状態を維持する。

このように、本例では、ＨＦ電力がＬｏｗパワーレベルに維持されている期間（２）中に、ＬＦ１電力とＬＦ２電力を交互にオン状態にする。また、期間（４）においてＬＦ１電力の供給を３０μｓ以下の短時間行う。これにより、更にイオンを垂直に制御し、異方性の高いエッチングが可能になる。なお、期間（６）経過後の時刻ｔ_２４から時刻ｔ_２５までの間の排気期間の制御については、他のパルスサイクルと同じであるため、説明を省略する。

以上に説明したように、本実施形態のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、複数の高周波電力パルス信号を用いてプロセスの性能を向上させることができる。

今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
１０ チャンバ
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持部
１２ 環状部材
１３ ガス導入部
１４ アンテナ
２０ ガス供給部
２１ コンピュータ
２１ａ 処理部
２１ｂ 記憶部
２１ｃ 通信インターフェース
３１ ＲＦ電力供給部
３１ａ ソースＲＦ生成部
３１ｂ 第１バイアスＲＦ生成部
３４ｂ１ 第１調整回路
３４ｂ２ 第１分離回路
３４ｃ１ 第２調整回路
３４ｃ２ 第２分離回路
３１ｃ 第２バイアスＲＦ生成部
３３ 第１整合回路
３４ 第２整合回路
３７ 給電ライン

Claims (14)

1. チャンバと、
   前記チャンバに結合された第１整合回路と、
   前記チャンバに結合された第２整合回路と、
   前記第１整合回路に結合され、複数の第１パルスサイクルを含む第１ＲＦパルス信号を生成するように構成された第１ＲＦ生成部であり、前記複数の第１パルスサイクルの各々は、第１期間、第２期間及び第３期間を含み、前記第１ＲＦパルス信号は、前記第１期間に第１パワーレベル、前記第２期間に第２パワーレベル及び前記第３期間に第３パワーレベルを有する、第１ＲＦ生成部と、
   前記第２整合回路に結合され、前記複数の第２パルスサイクルを含む第２ＲＦパルス信号を生成するように構成された第２ＲＦ生成部であり、前記複数の第２パルスサイクルの各々は、第４期間及び第５期間を含み、前記第２ＲＦパルス信号の周波数は、前記第１ＲＦパルス信号の周波数よりも低く、前記第２ＲＦパルス信号は、前記第４期間に第４パワーレベル、及び前記第５期間に第５パワーレベルを有し、前記第４期間は、３０μｓ以下であり、前記第４期間は、前記第１期間とは重複しない、第２ＲＦ生成部と、
   前記第２整合回路に結合され、前記複数の第３パルスサイクルを含む第３ＲＦパルス信号を生成するように構成された第３ＲＦ生成部であり、前記複数の第３パルスサイクルの各々は、第６期間及び第７期間を含み、前記第３ＲＦパルス信号の周波数は、前記第２ＲＦパルス信号の周波数よりも低く、前記第３ＲＦパルス信号は、前記第６期間に第６パワーレベル、及び前記第７期間に第７パワーレベルを有し、前記第６期間は、前記第１期間及び前記第４期間とは重複しない、第３ＲＦ生成部と、を有する、
   プラズマ処理装置。
2. 前記第３パワーレベル、前記第５パワーレベル、及び前記第７パワーレベルは、ゼロパワーレベルである、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第１パワーレベルは、前記第２パワーレベルよりも大きく、
   前記第２パワーレベルは、前記第３パワーレベルよりも大きく、
   前記第４期間は、前記第３期間と重複し、
   前記第６期間は、前記第２期間と重複する、
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記複数の第１パルスサイクルの各々は、前記第１期間から前記第３期間に遷移し、前記第３期間から前記第２期間に遷移し、
   前記第４期間は、前記第３期間と一致し、
   前記第６期間は、前記第２期間と一致する、
   請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記複数の第１パルスサイクルの各々は、前記第１期間から前記第３期間に遷移し、前記第３期間から前記第２期間に遷移し、
   前記第４期間は、前記第１期間から前記第３期間への遷移の後の遅延時間経過後に開始し、前記第３期間から前記第２期間への遷移と同時に終了し、
   前記第６期間は、前記第２期間と一致する、
   請求項３に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記複数の第１パルスサイクルの各々は、前記第１期間から前記第２期間に遷移し、前記第２期間から前記第３期間に遷移し、
   前記第４期間は、前記第２期間から前記第３期間への遷移の後の遅延時間経過後に開始し、前記第３期間の終了と同時に終了し、
   前記第５期間は、前記第２期間と一致する、
   請求項３に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第１パワーレベルは、前記第２パワーレベルよりも大きく、
   前記第２パワーレベルは、前記第３パワーレベルよりも大きく、
   前記第４期間は、前記第２期間と重複し、
   前記第６期間は、前記第３期間と重複する、
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記複数の第１パルスサイクルの各々は、前記第１期間から前記第３期間に遷移し、前記第３期間から前記第２期間に遷移し、
   前記第４期間は、前記第３期間から前記第２期間への遷移と同時に開始し、前記第２期間の終了前に終了し、
   前記第６期間は、前記第４期間の終了と同時又は前記第４期間の終了から遅延時間経過後に開始し、前記第２期間の終了前に終了する、
   請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記複数の第１パルスサイクルの各々は、５０μｓ～１０００μｓである、
   請求項１～８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記第１ＲＦパルス信号は、２０ＭＨｚ～６０ＭＨｚの周波数であり、
    前記第２ＲＦパルス信号は、１ＭＨｚ～１５ＭＨｚの周波数であり、
    前記第３ＲＦパルス信号は、１００ｋＨｚ～４ＭＨｚの周波数である、
    請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記第３ＲＦパルス信号は、前記第２ＲＦパルス信号が０よりも大きいパワーレベルを有する期間にゼロパワーレベルを有する、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
12. チャンバと、
    前記チャンバに結合された少なくとも１つの第１整合回路と、
    前記少なくとも１つの第１整合回路に結合され、複数の第１パルスサイクルを含む第１ＲＦパルス信号を生成するように構成された第１ＲＦ生成部であり、前記複数の第１パルスサイクルの各々は、第１期間及び第２期間を含み、前記第１ＲＦパルス信号は、前記第１期間に第１パワーレベル、及び前記第２期間に第２パワーレベルを有する、第１ＲＦ生成部と、
    前記少なくとも１つの第２整合回路に結合され、複数の第２パルスサイクルを含む第２ＲＦパルス信号を生成するように構成された第２ＲＦ生成部であり、前記複数の第２パルスサイクルの各々は、第３期間及び第４期間を含み、前記第２ＲＦパルス信号の周波数は、前記第１ＲＦパルス信号の周波数よりも低く、前記第２ＲＦパルス信号は、前記第３期間に第３パワーレベル、及び前記第４期間に第４パワーレベルを有し、前記第３期間は、３０μｓ以下であり、前記第３期間は、前記第１期間とは重複しない、第２ＲＦ生成部と、を有する、
    プラズマ処理装置。
13. 前記第２パワーレベル、及び前記第４パワーレベルは、ゼロパワーレベルである、
    請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
    前記プラズマ処理装置は、
    チャンバと、
    前記チャンバ内に配置された電極と、
    前記電極の上方に配置されたアンテナと、
    前記アンテナに結合された第１整合回路と、
    前記電極に結合された第２整合回路と、を備え、
    前記プラズマ処理方法は、複数のサイクルを含み、各サイクルは、
    第１期間において、第１パワーレベルを有する第１ＲＦパルス信号を前記第１整合回路を介して前記アンテナに供給する工程と、
    第２期間において、第２パワーレベルを有する第１ＲＦパルス信号を前記第１整合回路を介して前記アンテナに供給する工程と、
    第３期間において、第２ＲＦパルス信号を前記第２整合回路を介して前記電極に供給する工程であり、前記第２ＲＦパルス信号の周波数は、前記第１ＲＦパルス信号の周波数よりも低く、前記第３期間は、３０μｓ以下であり、前記第３期間は、前記第１期間とは重複しない、工程と、
    第４期間において、第３ＲＦパルス信号を前記第２整合回路を介して前記電極に供給する工程であり、前記第３ＲＦパルス信号の周波数は、前記第２ＲＦパルス信号の周波数よりも低く、前記第４期間は、前記第１期間及び前記第３期間とは重複しない、工程と、を有する、
    プラズマ処理方法。

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