JP2023054031A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用電力に対して基板の処理効率を高めることを可能とするプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法は、第１の期間において、高周波電源から高周波電力を供給することによりプラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する工程（ａ）を含む。プラズマ処理方法は、第１の期間に続く第２の期間において、高周波電源からの高周波電力の供給を停止する工程（ｂ）を更に含む。プラズマ処理方法は、第２の期間に続く第３の期間において、バイアス電源から基板支持器に負極性の直流電圧を印加する工程（ｃ）を更に含む。第３の期間において高周波電力は供給されない。工程（ａ）～工程（ｃ）のみを含むシーケンスが、１００ｋＨｚ以上、８００ｋＨｚ以下の周波数で繰り返される。【選択図】図１

Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。

基板に対するプラズマ処理においては、プラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、及び高周波電源を備える。基板支持器は、下部電極を有し、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給する。特許文献１には、そのようなプラズマ処理装置が記載されている。

特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、ＤＣ負パルス発生装置を更に備える。ＤＣ負パルス発生装置は、プラズマの生成のために高周波電源から高周波電力が供給されているときに、負極性の直流電圧のパルスを間欠的に下部電極に印加する。

特開２００９－１８７９７５号公報

使用電力に対して基板の処理効率を高め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、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、第１の期間において、高周波電源から高周波電力を供給することによりプラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する工程（ａ）を含む。第１の期間においては、チャンバ内に設けられた基板支持器にバイアス電源から負極性の直流電圧が印加されない。プラズマ処理方法は、第１の期間に続く第２の期間において、高周波電源からの高周波電力の供給を停止する工程（ｂ）を更に含む。第２の期間においては、バイアス電源から負極性の直流電圧が基板支持器に印加されない。プラズマ処理方法は、第２の期間に続く第３の期間において、バイアス電源から基板支持器に負極性の直流電圧を印加する工程（ｃ）を更に含む。第３の期間において高周波電力は供給されない。工程（ａ）～（ｃ）のみを含むシーケンスが、１００ｋＨｚ以上、８００ｋＨｚ以下の周波数で繰り返される。

一つの例示的実施形態によれば、使用電力に対して基板の処理効率を高め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方法の流れ図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 高周波電力、直流電圧、電子密度、及びイオン密度の一例のタイミングチャートである。 高周波電力及び直流電圧の一例の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高周波電源及びバイアス電源の構成を示す図である。 図６の（ａ）は第１の期間におけるプラズマの状態及びラジカルの挙動の一例を示す図であり、図６の（ｂ）は第３の期間におけるイオンの挙動の一例を示す図であり、図６の（ｃ）は第３の期間の後の排気中の副生成物の挙動の一例を示す図である。 高周波電力及び直流電圧の別の例のタイミングチャートである。

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、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、第１の期間において、高周波電源から高周波電力を供給することによりプラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する工程を含む。第１の期間においては、チャンバ内に設けられた基板支持器の下部電極にバイアス電源から負極性の直流電圧が印加されない。プラズマ処理方法は、第１の期間に続く第２の期間において、高周波電源からの高周波電力の供給を停止する工程を更に含む。第２の期間においては、バイアス電源から負極性の直流電圧が下部電極に印加されない。プラズマ処理方法は、第２の期間に続く第３の期間において、バイアス電源から下部電極に負極性の直流電圧を印加する工程を更に含む。第３の期間において高周波電力は供給されない。第３の期間において負極性の直流電圧は、チャンバ内のイオンを基板支持器上の基板に衝突させることにより放出される２次電子によりチャンバ内でイオンを生成するように設定される。

上記実施形態では、第１の期間において生成されたプラズマ中の電子の密度は、第２の期間において急速に減少する。第３の期間においては、プラズマ中のイオンが基板の表面に衝突することにより２次電子が放出される。第３の期間においては、放出された２次電子により生成されるイオンによって基板が処理される。第３の期間においては、高周波電力は供給されていないので、高周波電力の反射は生じない。したがって、上記実施形態によれば、使用電力に対して基板の処理効率（例えば、エッチング効率）が高くなる。

一つの例示的実施形態において、プラズマを生成する工程、高周波電力の供給を停止する工程、及び負極性の直流電圧を印加する工程を含むシーケンスが繰り返されてもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法は、高周波電源からの高周波電力が供給されておらず、且つ、バイアス電源から下部電極に直流電圧が印加されていない状態で、チャンバ内のガスを排気する工程を更に含んでいてもよい。排気する工程は、プラズマを生成する工程、高周波電力の供給を停止する工程、及び負極性の直流電圧を印加する工程を含むシーケンスの一回以上の実行後に、実行される。この実施形態によれば、シーケンスの実行時に生成された副生成物が、排気する工程により効率的に排出される。

一つの例示的実施形態において、シーケンスの一回以上の実行とガスを排気する工程が交互に繰り返されてもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法は、第２の期間において下部電極に正極性の直流電圧を印加する工程を更に含んでいてもよい。この実施形態では、第２の期間においてプラズマ中の電子を更に急速に減少させることができる。したがって、第２の期間を短くすることが可能となる。

一つの例示的実施形態において、第３の期間において下部電極に印加される負極性の直流電圧の絶対値は、５００Ｖ以上であってもよい。

一つの例示的実施形態では、第１の期間においてプラズマからのラジカルが基板支持器上の基板に付着し得る。第３の期間において、２次電子により生成されたイオンが基板に衝突することによりラジカル及びイオンが基板をエッチングし得る。

別の例示的実施形態においては、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、バイアス電源、及び制御部を含む。基板支持器は、下部電極を含む。基板支持器は、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、負極性の直流電圧を下部電極に印加するように構成されている。制御部は、高周波電源及びバイアス電源を制御するように構成されている。制御部は、第１の期間において第１制御を実行するように構成されている。第１制御は、バイアス電源からの負極性の直流電圧が下部電極に印加されていない状態でチャンバ内でプラズマを生成するために高周波電力を供給するように高周波電源を制御することを含む。制御部は、第１の期間に続く第２の期間において第２制御を実行するように構成されている。第２制御は、バイアス電源からの負極性の直流電圧が下部電極に印加されていない状態で、高周波電力の供給を停止するように高周波電源を制御することを含む。制御部は、第２の期間に続く第３の期間において第３制御を実行するように構成されている。第３制御は、高周波電源からの高周波電力が供給されていない状態で、負極性の直流電圧を下部電極に印加するようにバイアス電源を制御することを含む。第３の期間において、下部電極に印加される負極性の直流電圧は、チャンバ内のイオンを基板支持器上の基板に衝突させることにより放出される２次電子によりチャンバ内でイオンを生成するように設定される。

一つの例示的実施形態において、制御部は、第１制御、第２制御、及び第３制御を含む制御シーケンスを繰り返して実行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、排気装置を更に備え得る。制御部は、第１制御、第２制御、及び第３制御を含む制御シーケンスの一回以上の実行後に、第４制御を実行するように構成されていてもよい。第４制御は、高周波電源からの高周波電力が供給されておらず、且つ、バイアス電源から下部電極に直流電圧が印加されていない状態で、チャンバ内のガスを排気するように排気装置を制御することを含む。

一つの例示的実施形態において、制御部は、制御シーケンスの一回以上の実行と第４制御の実行とを交互に繰り返す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２制御は、第２の期間において、下部電極に正極性の直流電圧を印加するようにバイアス電源または別のバイアス電源を制御することを更に含んでいてもよい。

一つの例示的実施形態では、第３の期間において下部電極に印加される負極性の直流電圧の絶対値は、５００Ｖ以上であってもよい。

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方法の流れ図である。図１に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、プラズマ処理装置において基板に対するプラズマ処理を行うために実行される。方法ＭＴにおけるプラズマ処理は、例えばプラズマエッチングである。

図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。方法ＭＴは、図２に示すプラズマ処理装置１を用いて実行され得る。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、例えばアルミニウムから形成されている。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、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。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、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。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、略円盤形状を有し、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の周縁部上には、エッジリングＥＲが搭載される。エッジリングＥＲは、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させるために設けられている。エッジリングＥＲは、略板状且つ環状をなしている。エッジリングＥＲ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。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。

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、チャンバ１０の外部に設けられているチラーユニット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。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が設けられている。ガス供給ライン２４は、伝熱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、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。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にエッチング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、高周波電源６１を更に備えている。高周波電源６１は、高周波電力ＨＦを発生するように構成されている。高周波電力ＨＦの周波数は、例えば１３ＭＨｚ以上、２００ＭＨｚ以下の範囲内の周波数である。高周波電源６１は、チャンバ１０内のガスからプラズマを生成するために高周波電力ＨＦを供給する。

高周波電源６１は、整合器６１ｍを介して下部電極１８に電気的に接続されている。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、高周波電源６１の負荷側（下部電極側）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ている。別の実施形態において、高周波電源６１は、整合器６１ｍを介して上部電極３０に電気的に接続されていてもよい。

高周波電源６１と整合器６１ｍの間には、サーキュレータ６１ｃ及び方向性結合器６１ｄが接続されていてもよい。サーキュレータ６１ｃは、第１～第３のポートを有する。サーキュレータ６１ｃは、第１のポートにおいて高周波電源６１からの高周波電力ＨＦを受けて、高周波電力ＨＦを第２のポートから高周波電源６１の負荷（即ち、下部電極１８又は上部電極３０）に向けて出力する。サーキュレータ６１ｃは、第２のポートに受けた反射波を第３のポートから出力して、当該反射波が高周波電源６１に戻されることを防止する。方向性結合器６１ｄは、高周波電力ＨＦの進行波の一部及び高周波電源６１の負荷からの反射波の一部を出力する。進行波の一部のパワー及び反射波の一部のパワーは、後述する制御部８０においてロードパワー制御に利用される。

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、下部電極１８に電気的に接続されている。一実施形態においては、バイアス電源６２は、フィルタ６２ｆを介して下部電極１８に接続されている。フィルタ６２ｆは、バイアス電源６２への高周波の流入を抑制するように構成されたローパスフィルタである。バイアス電源６２は、基板支持器１４にイオンを引き込むために負極性の直流電圧Ｖ_Ｂを発生するように構成されている。直流電圧Ｖ_Ｂは、下部電極１８に印加される。

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、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、入力装置を用いて、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の可視化された稼働状況を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、プラズマ処理装置１において、方法ＭＴが実行され得る。

以下、図２と共に、図３及び図４を参照する。図３は、高周波電力、直流電圧、電子密度、及びイオン密度の一例のタイミングチャートである。図４は、高周波電力及び直流電圧の一例のタイミングチャートである。図３及び図４において、Ｖ_ＯＵＴは、バイアス電源６２の出力電圧を示している。図３において、Ｎｅはチャンバ１０内での電子密度を表しており、Ｎｉは、チャンバ１０内でのイオン密度を表している。

図３に示すように、高周波電源６１は、第１の期間Ｐ_１において高周波電力ＨＦを供給する。高周波電源６１は、第１の期間Ｐ_１に続く第２の期間Ｐ_２及び第２の期間Ｐ_２に続く第３の期間Ｐ_３において高周波電力ＨＦの供給を停止する。即ち、高周波電源６１は、高周波電力ＨＦのパルスを供給する。高周波電力ＨＦのパルスは、第１～第３の期間のうち、第１の期間Ｐ_１において持続する。

バイアス電源６２は、第１～第３の期間のうち、第３の期間Ｐ_３において負極性の直流電圧Ｖ_Ｂを下部電極１８に印加する。バイアス電源６２は、第１の期間Ｐ_１及び第２の期間Ｐ_２では、下部電極１８に対する負極性の直流電圧Ｖ_Ｂの印加を停止する。

高周波電源６１及びバイアス電源６２は、制御部８０によって制御される。制御部８０は、第１の期間Ｐ_１において第１制御を実行する。第１制御は、バイアス電源６２からの負極性の直流電圧Ｖ_Ｂが下部電極１８に印加されていない状態で、チャンバ１０内でプラズマを生成するために高周波電力ＨＦを供給するように高周波電源６１を制御することを含む。第１制御は、負極性の直流電圧Ｖ_Ｂの下部電極１８への印加を停止するようにバイアス電源６２を制御することを更に含み得る。第１制御は、チャンバ１０内に選択されたガスを供給するようにガス供給部を制御し、チャンバ１０内のガスの圧力を指定された圧力に設定するように排気装置５０を制御することを更に含み得る。第１の期間Ｐ_１では、高周波電力ＨＦによる高周波電界により、チャンバ１０内でガスからプラズマが生成される。

制御部８０は、第２の期間Ｐ_２において第２制御を実行する。第２制御は、バイアス電源６２からの負極性の直流電圧Ｖ_Ｂが下部電極１８に印加されていない状態で、高周波電力ＨＦの供給を停止するように高周波電源６１を制御することを含む。第２制御は、負極性の直流電圧Ｖ_Ｂの下部電極１８への印加が停止されている状態を継続するようにバイアス電源６２を制御することを更に含み得る。第２制御は、チャンバ１０内に選択されたガスを供給するようにガス供給部を制御し、チャンバ１０内のガスの圧力を指定された圧力に設定するように排気装置５０を制御することを更に含み得る。なお、第２の期間Ｐ_２の時間長は、第１の期間Ｐ_１において生成されたプラズマ中のイオンはチャンバ１０内に残されるものの、プラズマ中の電子が実質的に消滅するように予め設定されている。

制御部８０は、第３の期間Ｐ_３において第３制御を実行する。第３制御は、高周波電源６１からの高周波電力ＨＦが供給されていない状態で、負極性の直流電圧Ｖ_Ｂを下部電極１８に印加するようにバイアス電源６２を制御することを含む。即ち、バイアス電源６２は、負極性の直流電圧Ｖ_Ｂのパルスを下部電極１８に印加する。負極性の直流電圧Ｖ_Ｂのパルスは、第１～第３の期間のうち第３の期間Ｐ_３において持続する。第３制御は、高周波電力ＨＦの供給が停止されている状態を継続するように高周波電源６１を制御することを更に含み得る。第３制御は、チャンバ１０内に選択されたガスを供給するようにガス供給部を制御し、チャンバ１０内のガスの圧力を指定された圧力に設定するように排気装置５０を制御することを更に含み得る。第３制御において、即ち第３の期間Ｐ_３において、負極性の直流電圧Ｖ_Ｂは、チャンバ１０内のイオンを基板支持器１４上の基板Ｗに衝突させることにより放出される２次電子によりチャンバ１０内でイオンを生成するように予め設定される。負極性の直流電圧Ｖ_Ｂの絶対値は、例えば５００Ｖ以上である。第３の期間Ｐ_３では、２次電子により生成されたイオンが、負極性の直流電圧Ｖ_Ｂにより生成されるバイアスにより基板Ｗに向けて加速される。

一実施形態において、制御部８０は、第１制御、第２制御、及び第３制御を含む制御シーケンスを繰り返して実行してもよい。即ち、図３及び図４に示すように、高周波電源６１は、第１の周期Ｔ_１で繰り返して、即ち周期的に、高周波電力ＨＦのパルスを供給してもよい。この実施形態では、バイアス電源６２も、第１の周期Ｔ_１で繰り返して、即ち周期的に、負極性の直流電圧Ｖ_Ｂを下部電極１８に印加し得る。第１の周期Ｔ_１は、１００ｋＨｚ以上、８００ｋＨｚ以下の周波数で規定される周期であり得る。

一実施形態において、制御部８０は、上記制御シーケンスの一回以上の実行後に、第４制御を実行してもよい。第４制御は、高周波電源６１からの高周波電力ＨＦが供給されておらず、且つ、バイアス電源６２から下部電極１８に直流電圧が印加されていない状態で、チャンバ１０内のガスを排気するように排気装置５０を制御することを含む。即ち、図４に示すように、制御部８０は、期間Ｔ_ＯＮにおいて、上記制御シーケンスを一回以上実行し、期間Ｔ_ＯＮに続く期間Ｔ_ＯＦＦにおいて第４制御を実行する。期間Ｔ_ＯＮにおいては、上記制御シーケンスが第１の周期Ｔ_１で周期的に実行されてもよい。また、制御部８０は、上記制御シーケンスの一回以上の実行と第４制御の実行とを交互に繰り返してもよい。即ち、制御部８０は、上記制御シーケンスの一回以上の実行と第４制御の実行とを含む別の制御シーケンスを、第２の周期Ｔ_２で周期的に実行してもよい。第２の周期Ｔ_２は、１ｋＨｚ以上、４０ｋＨｚ以内の周波数で規定される周期であり得る。

以下、図５を参照する。図５は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の高周波電源及びバイアス電源の構成を示す図である。一実施形態において、高周波電源６１は、高周波信号発生器６１ｇ及び増幅器６１ａを有していてもよい。高周波信号発生器６１ｇは、高周波信号を発生する。高周波信号の周波数は、高周波電力ＨＦの周波数と同一である。高周波信号発生器６１ｇの出力は、増幅器６１ａに接続されている。増幅器６１ａは、高周波信号発生器６１ｇからの高周波信号を増幅して、高周波電力ＨＦを出力する。

プラズマ処理装置１は、同期信号発生器６４を更に備え得る。制御部８０は、第１の期間Ｐ_１の開始時点と終了時点に同期した第１の同期信号を発生するように、同期信号発生器６４を制御する。高周波信号発生器６１ｇは、第１の同期信号に応じて、第１の期間Ｐ_１の開始時点に高周波信号の生成を開始し、第１の期間Ｐ_１の終了時点に高周波信号の生成を停止する。このような制御部８０による高周波電源６１の制御により、第１の期間Ｐ_１において高周波電力ＨＦが供給される。

一実施形態において、バイアス電源６２は、直流電源６２ｐ、スイッチング素子６２ｓ１、スイッチング素子６２ｓ２、及びダミーロード６２ｄを有していてもよい。直流電源６２ｐは、負極性の直流電圧Ｖ_Ｂを発生する直流電源である。直流電源６２ｐは、可変直流電源であってもよい。

直流電源６２ｐは、スイッチング素子６２ｓ１を介して下部電極１８に電気的に接続されている。直流電源６２ｐからの電圧は、スイッチング素子６２ｓ１が導通状態にあるときに、下部電極１８に印加される。一方、スイッチング素子６２ｓ１が非導通状態にあるときに、直流電源６２ｐからの電圧は、下部電極１８に印加されない。

スイッチング素子６２ｓ２は、直流電源６２ｐと下部電極１８との間の電気的パス上のノードとダミーロード６２ｄとの間で接続されている。スイッチング素子６２ｓ２が、導通状態にあるときに、下部電極１８の電位は、急速に接地電位に設定される。

制御部８０は、第３の期間Ｐ_３の開始時点と終了時点に同期した第２の同期信号を発生するように、同期信号発生器６４を制御する。第２の同期信号は、スイッチング素子６２ｓ１及びスイッチング素子６２ｓ２に与えられる。スイッチング素子６２ｓ１は、第２の同期信号に応じて、第３の期間Ｐ_３の開始時点で導通状態になり、第３の期間Ｐ_３の終了時点で非導通状態になる。スイッチング素子６２ｓ２は、第２の同期信号に応じて、第３の期間Ｐ_３の開始時点で非導通状態になり、第３の期間Ｐ_３の終了時点で導通状態になる。

再び図１を参照する。また、図１に加えて、図６の（ａ）、図６の（ｂ）、及び図６の（ｃ）を参照する。図６の（ａ）は第１の期間におけるプラズマの状態及びラジカルの挙動の一例を示す図であり、図６の（ｂ）は第３の期間におけるイオンの挙動の一例を示す図であり、図６の（ｃ）は第３の期間の後の排気中の副生成物の挙動の一例を示す図である。図６の（ａ）、図６の（ｂ）、及び図６の（ｃ）では、基板Ｗの一部も示されている。基板Ｗは、下地領域ＵＲ、膜ＥＦ、及びマスクＭＫを有する。膜ＥＦは、下地領域ＵＲ上に設けられている。マスクＭＫは、膜ＥＦ上に設けられており、膜ＥＦの表面を部分的に露出させるパターンを有している。以下、プラズマ処理装置１が用いられる場合を例にとって、方法ＭＴについて、詳細に説明する。

方法ＭＴは、工程ＳＴ１で開始する。工程ＳＴ１は、第１の期間Ｐ_１において実行される。工程ＳＴ１の実行により、第１の期間Ｐ_１において、高周波電源６１から高周波電力ＨＦが供給される。第１の期間Ｐ_１においては、バイアス電源６２から負極性の直流電圧Ｖ_Ｂは、下部電極１８に印加されない。図６の（ａ）に示すように、工程ＳＴ１の実行により、第１の期間Ｐ_１において、チャンバ１０内でプラズマＰＬが生成される。プラズマＰＬは、高周波電力ＨＦの供給により発生する高周波電界によりガスが解離し、発生した電子とガス中の分子及び／又は原子とが衝突することにより、生成される。即ち、第１の期間Ｐ_１においては、αモードでプラズマＰＬが生成される。第１の期間Ｐ_１では、プラズマＰＬからのラジカルＣＲが、膜ＥＦの表面に付着する。なお、工程ＳＴ１の実行のために、制御部８０は、上述の第１制御を実行する。

続く工程ＳＴ２は、第２の期間Ｐ_２において実行される。工程ＳＴ２の実行により、第２の期間Ｐ_２において、高周波電源６１からの高周波電力ＨＦの供給が停止される。第２の期間Ｐ_２においては、バイアス電源６２から負極性の直流電圧Ｖ_Ｂは、下部電極１８に印加されない。図３に示すように、第１の期間Ｐ_１において生成されたプラズマＰＬ中のイオンは、第２の期間Ｐ_２が終了してもチャンバ１０内に残されるものの、プラズマＰＬ中の電子は第２の期間Ｐ_２において急速に減少し、実質的に消滅する。なお、工程ＳＴ２の実行のために、制御部８０は、上述の第２制御を実行する。

続く工程ＳＴ３は、第３の期間Ｐ_３において実行される。工程ＳＴ３の実行により、第３の期間Ｐ_３において、バイアス電源６２から下部電極１８に負極性の直流電圧Ｖ_Ｂが印加される。第３の期間Ｐ_３において、高周波電力ＨＦは供給されない。第３の期間Ｐ_３において下部電極１８に負極性の直流電圧Ｖ_Ｂが印加されると、イオンＣＩが、基板Ｗに向けて加速されて、基板Ｗの表面に衝突する。その結果、基板Ｗの表面から２次電子が放出される。第３の期間Ｐ_３では、放出された２次電子が、ガス中の分子及び／又は原子と衝突することにより、チャンバ１０内でイオンが生成される。その結果、図３に示すように、第３の期間Ｐ３では、チャンバ１０内のイオンの密度が増加する。即ち、第３の期間Ｐ_３では、γモードでプラズマが生成される。なお、γモードが生じる負極性の直流電圧Ｖ_Ｂの絶対値は、例えば５００Ｖ以上である。

第３の期間Ｐ_３では、２次電子がガス中の分子及び／又は原子に衝突することにより生成されるイオンＣＩが、負極性の直流電圧Ｖ_Ｂに基づくバイアスにより、図６の（ｂ）に示すように、基板Ｗに向けて加速される。その結果、基板Ｗが処理される。一例では、基板Ｗの膜ＥＦがエッチングされる。この例では、膜ＥＦは、イオンＣＩが基板Ｗに衝突してイオンＣＩ及び／又はラジカルＣＲと膜ＥＦの材料との反応が生じることにより、エッチングされる。この反応により、副生成物ＣＢが生成される（図６の（ｃ）を参照）。なお、工程ＳＴ３の実行のために、制御部８０は、上述の第３制御を実行する。

第３の期間Ｐ_３においては、高周波電力ＨＦは供給されていないので、高周波電力ＨＦの反射は生じない。したがって、方法ＭＴ及びプラズマ処理装置１によれば、使用電力に対して基板Ｗの処理効率（例えば、エッチング効率）が高くなる。

γモードで生成されたプラズマは、αモードで生成されるプラズマと比較してイオン電流が大きいという特徴を有する。イオン電流が大きいほど、エッチングレートは高くなる。したがって、第３の期間Ｐ_３においてγモードで生成されたプラズマを用いた膜ＥＦのエッチングによれば、高いエッチングレートが得られる。また、γモードで生成されたプラズマの電子温度は、αモードで生成されるプラズマの電子温度よりも低い。電子温度が低い場合には、ガス中の分子及び／又は原子の解離が抑制されて、重いイオンが生成される。重いイオンは、膜ＥＦに形成された開口の底に略垂直に引き込まれ得る。したがって、第３の期間Ｐ_３においてγモードで生成されたプラズマを用いることにより、高アスペクト比の開口を略垂直に形成するように膜ＥＦをエッチングすることが可能となる。また、膜ＥＦに形成される開口が、横方向に広がることが抑制され得る。

一実施形態において、工程ＳＴ１～工程ＳＴ３を含むシーケンスＳＱ１が繰り返されてもよい。シーケンスＳＱ１の繰り返しの周期は、上述の第１の周期Ｔ_１である。この実施形態では、方法ＭＴは、工程ＳＴａを含む。工程ＳＴａでは、停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、シーケンスＳＱ１の実行回数が所定回数に達している場合に満たされる。工程ＳＴａにおいて停止条件が満たされていないと判定されると、シーケンスＳＱ１が再び実行される。工程ＳＴａにおいて停止条件が満たされていると判定されると、シーケンスＳＱ１の繰り返しが終了する。なお、シーケンスＳＱ１の繰り返しのために、制御部８０は、上述の制御シーケンスを繰り返す。

一実施形態において、方法ＭＴは、工程ＳＴ４を更に含み得る。工程ＳＴ４は、シーケンスＳＱ１の一回以上の実行の後に実行される。工程ＳＴ４では、排気装置５０によりチャンバ１０内のガスが排気される。工程ＳＴ４は、高周波電源６１からの高周波電力ＨＦが供給されておらず、且つ、バイアス電源６２から下部電極１８に直流電圧Ｖ_Ｂが印加されていない状態で実行される。工程ＳＴ４では、図６の（ｃ）に示すように、副生成物ＣＢがチャンバ１０から排出される。即ち、シーケンスＳＱ１で生成された副生成物ＣＢは、工程ＳＴ４の実行により、チャンバ１０から効率的に排出される。

一実施形態において、シーケンスＳＱ１の一回以上の実行と工程ＳＴ４が交互に繰り返されてもよい。即ち、シーケンスＳＱ１の一回以上の実行と工程ＳＴ４を含むシーケンスＳＱ２が繰り返されてもよい。シーケンスＳＱ２の繰り返しの周期は、上述の第２の周期Ｔ_２である。この実施形態において、方法ＭＴは、工程ＳＴｂを更に含む。工程ＳＴｂでは、停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、シーケンスＳＱ２の実行回数が所定回数に達している場合に満たされる。工程ＳＴｂにおいて停止条件が満たされていないと判定されると、シーケンスＳＱ２が再び実行される。工程ＳＴｂにおいて停止条件が満たされていると判定されると、シーケンスＳＱ２の繰り返しが終了する。

以下、図７を参照する。図７は、高周波電力及び直流電圧の別の例のタイミングチャートである。別の実施形態においては、図７に示すように、第２の期間Ｐ_２において、バイアス電源６２により下部電極１８に正極性の直流電圧が印加されてもよい。正極性の直流電圧は、第２の期間Ｐ_２において別のバイアス電源により下部電極１８に印加されてもよい。この実施形態によれば、プラズマＰＬ中の電子を更に急速に減少させることができる。したがって、第２の期間Ｐ_２を短くすることが可能となる。

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。

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処理装置といった他のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。誘導結合型のプラズマ処理装置では、高周波電力ＨＦは、誘導結合プラズマを生成するためのアンテナに供給される。

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、６１…高周波電源、６２…バイアス電源、８０…制御部、ＨＦ…高周波電力、Ｖ_Ｂ…負極性の直流電圧、Ｐ_１…第１の期間、Ｐ_２…第２の期間、Ｐ_３…第３の期間。

Claims (16)

1. プラズマ処理装置内で基板を処理するプラズマ処理方法であって、
   第１の期間において、高周波電源から高周波電力を供給することによりプラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する第１工程であり、該第１の期間において該チャンバ内に設けられた基板支持器にバイアス電源から負極性の直流電圧が印加されない、該第１工程と、
   前記第１の期間に続く第２の期間において、前記高周波電源からの前記高周波電力の供給を停止する第２工程であり、該第２の期間において、前記バイアス電源から前記負極性の直流電圧が前記基板支持器に印加されない、該第２工程と、
   前記第２の期間に続く第３の期間において、前記バイアス電源から前記基板支持器に前記負極性の直流電圧を印加する第３工程であり、該第３の期間において前記高周波電力は供給されない、該第３工程と、
   を含み、
   前記第１工程、前記第２工程、及び前記第３工程のみを含むシーケンスが、１００ｋＨｚ以上、８００ｋＨｚ以下の周波数で繰り返される、プラズマ処理方法。
2. 前記第１工程で、前記プラズマ処理装置の前記チャンバ内でプラズマが生成され、
   前記第３工程で、前記チャンバ内のイオンを前記基板支持器上の基板に衝突させることにより放出される２次電子により前記チャンバ内でイオンを生成する、
   請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記第１工程において、前記プラズマからのラジカルが、前記基板支持器上の前記基板に付着し、
   前記第３工程において、前記２次電子により生成された前記イオンが前記基板に衝突することにより前記ラジカル及び前記イオンが前記基板をエッチングする、
   請求項２に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記シーケンスを繰り返した後に、前記高周波電源からの前記高周波電力が供給されておらず、且つ、前記バイアス電源から前記基板支持器に直流電圧が印加されていない状態で、前記チャンバ内のガスを排気する第４工程を更に含む、請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記シーケンスの繰り返しと前記第４工程とが交互に繰り返される、請求項４に記載のプラズマ処理方法。
6. 前記シーケンスの繰り返しと前記第４工程とを含むシーケンスが、１ｋＨｚ以上、４０ｋＨｚ以下の周波数で実行される、請求項５に記載のプラズマ処理方法。
7. 前記第２工程は、前記基板支持器に正極性の直流電圧を印加することを含む、請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
8. 前記第３工程において前記基板支持器に印加される前記負極性の直流電圧の絶対値は、５００Ｖ以上である、請求項１～７の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
9. チャンバと、
   前記チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持器と、
   前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
   負極性の直流電圧を前記基板支持器に印加するように構成されたバイアス電源と、
   前記高周波電源及び前記バイアス電源を制御するように構成された制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、第１の期間において第１制御を実行するように構成されており、該第１制御は、前記バイアス電源からの前記負極性の直流電圧が前記基板支持器に印加されていない状態で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力を供給するように前記高周波電源を制御することを含み、
   前記制御部は、前記第１の期間に続く第２の期間において第２制御を実行するように構成されており、該第２制御は、前記バイアス電源からの前記負極性の直流電圧が前記基板支持器に印加されていない状態で、前記高周波電力の供給を停止するように前記高周波電源を制御することを含み、
   前記制御部は、前記第２の期間に続く第３の期間において第３制御を実行するように構成されており、該第３制御は、前記高周波電源からの前記高周波電力が供給されていない状態で、前記負極性の直流電圧を前記基板支持器に印加するように前記バイアス電源を制御することを含み、
   前記制御部は、前記第１制御、前記第２制御、及び前記第３制御のみを含む制御シーケンスを、１００ｋＨｚ以上、８００ｋＨｚ以下の周波数で繰り返して実行するように構成されている、
   プラズマ処理装置。
10. 前記第１制御により、前記プラズマ処理装置の前記チャンバ内でプラズマが生成され、
    前記第３制御により、前記チャンバ内のイオンを前記基板支持器上の基板に衝突させることによって放出される２次電子により前記チャンバ内でイオンが生成される、
    請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記第１制御により、前記プラズマからのラジカルが、前記基板支持器上の前記基板に付着し、
    前記第３制御により、前記２次電子により生成された前記イオンが前記基板に衝突することによって前記ラジカル及び前記イオンが前記基板をエッチングする、
    請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 排気装置を更に備え、
    前記制御部は、前記制御シーケンスの繰り返しの実行後に、第４制御を実行するように構成されており、該第４制御は、前記高周波電源からの前記高周波電力が供給されておらず、且つ、前記バイアス電源から前記基板支持器に直流電圧が印加されていない状態で、前記チャンバ内のガスを排気するように前記排気装置を制御することを含む、
    請求項９～１１の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記制御部は、前記制御シーケンスの繰り返しと前記第４制御とを交互に繰り返すように構成されている、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記シーケンスの繰り返しと前記第４制御とを含むシーケンスが、１ｋＨｚ以上、４０ｋＨｚ以下の周波数で実行される、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記第２制御は、前記第２の期間において、前記基板支持器に正極性の直流電圧を印加するように前記バイアス電源または別のバイアス電源を制御することを更に含む、請求項９～１４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記第３制御において前記基板支持器に印加される前記負極性の直流電圧の絶対値は、５００Ｖ以上である、請求項９～１５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

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