JP5395491B2

JP5395491B2 - 基板処理装置及び基板処理方法

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Inventors: 剛大瀬; 慎司檜森; 淳阿部; 紀和山田
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Description

本発明は、基板処理装置及びこれを用いた基板処理方法に関し、特に、処理ガスを励起した際に発生するプラズマを用いて基板に所定の処理を施す基板処理方法に関する。

半導体ウエハをはじめとする基板に対して配線等を行う際には、基板に対して微細な加工処理を施す必要があり、プラズマを利用した基板処理方法が広く適用されている。

ところで、近年の半導体プロセスにおいては、半導体デバイス、種々の基板、複合膜等に対する反応性イオンエッチング処理（ＲＩＥ処理）における加工形状の精緻化等の要求に応えるべく、ＲＦ（高周波）の周波数の高周波化によるイオンエネルギを狭帯域化する技術及びプラズマをパルス的に発生させる技術が検討されている。

ＲＦ周波数を高周波化する技術が開示された公知文献として、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１には、平均基板入射エネルギー及びプラズマ密度の制御性向上を目的に平行平板の電極に２つの異なる周波数の高周波（ＲＦ）を導入し、高い周波数のＲＦでプラズマ密度を、低い周波数のＲＦで平均基板入射エネルギーを独立制御する方法が開示されている。また、特許文献１には、高い周波数用の高周波電源及び整合器に加えて、比較的低い周波数用の高周波電源及び整合器を設け、高い周波数のＲＦ及び低い周波数のＲＦをＲＦ電極に重畳させることが記載されている。

一方、プラズマをパルス化する技術が開示された公知文献として、例えば非特許文献１が挙げられる。非特許文献１には、プラズマを用いた基板処理方法におけるプラズマをパルス的に発生させる技術が開示されており、プラズマ発生用高周波電源をパルス制御することにより、プラズマ生成ガスの解離が抑制される。

また、低い周波数のＲＦをパルス状に印加して、平均基板入射エネルギーをパルス的に制御する技術も知られている。

特開２００３−２３４３３１号公報 J.Appl.Phys.Vol86 No2 643(2000)

高い周波数のＲＦをパルス状に印加してプラズマをパルス的に発生させる技術と、低い周波数のＲＦをパルス状に印加して平均基板入射エネルギーをパルス的に制御する技術を組み合わせることも知られている。

しかしながら、そのような基板処理方法において、プラズマ発生用高周波電源装置（以下、「励起電力印加装置（部）」という）のオンオフ制御と、バイアス用高周波電源装置（以下、「バイアス電力印加装置（部）」という）のオンオフ制御のバランスが崩れると、バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）が大きくなりすぎて、異常放電、整合器のＲＦ整合部の破損等の原因となり、安定な基板処理を施すことができないという問題がある。

本発明の目的は、励起電力印加装置のオンオフをはじめとする出力変動と、バイアス電力印加装置のオンオフをはじめとする出力変動のタイミングを調整し、バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）の増大を抑制して異常放電等の問題の発生を未然に防止することができる基板処理装置及びこの装置を用いた基板処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理方法は、基板を収容する収容室と、該収容室内に配置され前記基板を保持するように形成された下部電極と、前記収容室内にガス励起用高周波電力を印加する励起電力印加部と、前記下部電極にバイアス用高周波電力を印加するバイアス電力印加部と、を有する基板処理装置を用いた基板処理方法において、前記励起電力印加部の出力を所定のタイミングで変更して前記ガス励起用高周波電力が間欠的に変化するように制御すると共に所定のパルス周期にしたがって前記バイアス電力印加部の出力が周期的に変化するように制御し、前記励起電力印加部がオフである期間においては、前記所定のパルス周期にしたがわずに、前記バイアス電力印加部をオフにするか、又はその出力が、前記励起電力印加部の出力が設定出力の場合における前記バイアス電力印加部の出力よりも垂下するように制御し、前記バイアス電力印加部の出力を垂下させる際、前記バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）が、前記励起電力印加部の出力が設定出力の場合における前記バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）を超えないように、前記バイアス電力印加部の出力を調整し、前記バイアス電力印加部をオフにする時間及び出力を垂下させる時間の合計は、前記励起電力印加部がオフである時間の合計よりも長くすることを特徴とする。

請求項２記載の基板処理方法は、請求項１記載の基板処理方法において、前記バイアス電力印加部の出力を垂下させる際、前記バイアス電力印加部の出力を、前記励起電力印加部の出力が設定出力の場合における前記バイアス用高周波電力に対して、前記ガス励起用高周波電力のパルスオンのデューティー比（％）以下とすることを特徴とする。

請求項３記載の基板処理方法は、請求項１又は２記載の基板処理方法において、前記励起電力印加部の出力を変化させるパルス周期と、前記所定のパルス周期とを、異ならせることを特徴とする。

請求項４記載の基板処理方法は、請求項３記載の基板処理方法において、前記励起電力印加部の出力を変化させるパルス周期の周波数を１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚとし、前記所定のパルス周期の周波数を１Ｈｚ〜１ｋＨｚとすることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項５記載の基板処理装置は、基板を収容する収容室と、該収容室内に配置され前記基板を保持するように形成された下部電極と、前記収容室内にガス励起用高周波電力を印加する励起電力印加部と、前記下部電極にバイアス用高周波電力を印加するバイアス電力印加部と、を有する基板処理装置において、前記励起電力印加部の出力を所定のタイミングで変更して前記ガス励起用高周波電力が間欠的に変化するように制御すると共に所定のパルス周期にしたがって前記バイアス電力印加部の出力が周期的に変化するように制御し、前記励起電力印加部がオフである期間においては、前記所定のパルス周期にしたがわずに、前記バイアス電力印加部をオフにするか、又はその出力が、前記励起電力印加部の出力が設定出力の場合における前記バイアス電力印加部の出力よりも垂下するように制御し、前記バイアス電力印加部の出力を垂下させる際、前記バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）が、前記励起電力印加部の出力が設定出力の場合における前記バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）を超えないように、前記バイアス電力印加部の出力を調整し、前記バイアス電力印加部をオフにする時間及び出力を垂下させる時間の合計は、前記励起電力印加部がオフである時間の合計よりも長くするように制御する制御部を備えたことを特徴とする。

請求項１記載の基板処理方法及び請求項５記載の基板処理装置によれば、励起電力印加部の出力を所定のタイミングで変更してガス励起用高周波電力が間欠的に変化するように制御すると共に所定のパルス周期にしたがってバイアス電力印加部の出力が周期的に変化するように制御し、励起電力印加部がオフである期間においては、所定のパルス周期にしたがわずに、バイアス電力印加部をオフにするか、又はその出力が、励起電力印加部の出力が設定出力の場合におけるバイアス電力印加部の出力よりも垂下するように制御するので、バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）の増大を抑制して異常放電、ＲＦ整合部の破損等の問題の発生を未然に防止することができる。

請求項３記載の基板処理方法によれば、励起電力印加部の出力を変化させるパルス周期と、所定のパルス周期とを、異ならせるので、励起電力印加部の出力変動と、バイアス電力印加部の出力変動を独立して制御し易くなり、これによって、励起電力印加部の制御により収容室内にプラズマが無い状態又はアフターグロー状態のときに、バイアス電力印加部の出力が設定出力になることを確実に回避することができる。

請求項４記載の基板処理方法によれば、励起電力印加部の出力を変化させるパルス周期の周波数を１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚとし、所定のパルス周期の周波数を１Ｈｚ〜１ｋＨｚとしたので、処理ガス成分を励起して効率よくプラズマを発生させることができる。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。図１の基板処理装置における高周波電力印加ユニットの構成を示すブロック図である。本発明に係る基板処理方法の第１の実施の形態のタイミングチャートである。図３におけるＲＦ１のオンオフ制御（パルス制御）と、出力波形との関係を示す説明図である。ＲＦ１の出力を設定出力に近いＨｉｇｈレベル、及び出力０に近いＬｏｗレベルに制御する場合のパルス制御と、出力波形との関係を示す図である。本発明に係る基板処理方法の第２の実施の形態のタイミングチャートである。本発明に係る基板処理方法の第３の実施の形態のタイミングチャートである。本発明に係る基板処理方法の第３の実施の形態の変形例に適用される基板処理装置の構成を示す断面図である。本発明に係る基板処理装置の別の実施の形態を示す断面図である。図９の高周波電力印加ユニット及びＤＣパルス印加ユニットの構成を示す図である。本発明に係る基板処理方法の第４の実施の形態のタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す断面図である。

図１において、この基板処理装置１０は、上下２周波電源の基板処理装置であって、処理室（チャンバ）２２と、該チャンバ２２内に配置されたウエハＷの載置台２３と、チャンバ２２の上方において載置台２３と対向するように配置されたシャワーヘッド２４と、チャンバ２２内のガス等を排気するＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）２５と、チャンバ２２及びＴＭＰ２５の間に配置され、チャンバ２２内の圧力を制御する可変式バタフライバルブとしてのＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ２６とを有する。

載置台２３にはバイアス電力印加部としての高周波電力印加ユニット２７が接続されており、高周波電力印加ユニット２７は、例えば２ＭＨｚの高周波電力を載置台２３に供給する。これにより、載置台２３は下部電極として機能する。載置台（以下、「下部電極」ともいう。）２３は高周波電力印加ユニット２７から供給された高周波電力を処理空間Ｓに放出する。

シャワーヘッド２４は円板状のガス供給部３０からなり、ガス供給部３０はバッファ室３２を有する。バッファ室３２はガス通気孔３４を介してチャンバ２２内に連通する。

シャワーヘッド２４には、ガス励起用高周波電力を発生させる励起電力印加部としての高周波電力印加ユニット３５が接続されており、高周波電力印加ユニット３５は、例えば６０ＭＨｚの高周波電力をシャワーヘッド２４に供給する。これにより、シャワーヘッド２４は上部電極として機能する。シャワーヘッド２４は高周波電力印加ユニット３５から供給された高周波電力を処理空間Ｓに放出する。

高周波電力印加ユニット２７及び３５は、それぞれリード線によって制御部４０と電気的に接続されている。制御部４０は、高周波電力印加ユニット２７及び３５の出力をそれぞれ独立に所定のタイミングで変更する。ここで、出力の変更には、高周波電力印加ユニットをオフにしてその出力を０にすることが含まれる。また、所定のタイミングとは、予め設定された任意のタイミングをいい、例えば、高周波電力印加ユニット２７を１０ｍｓｅｃインターバルで、及び高周波電力印加ユニット３５を異なる１００μｓｅｃインターバルで、それぞれ繰り返し出力の変更を行うことをいう。この場合、インターバルを順次、又はランダムに変化させることもできる。また、高周波電力印加ユニット３５のみの出力変更を行い（いわゆるパルス制御）、高周波電力印加ユニット２７に関しては、出力の変更を行わない、すなわち常にＯＮ状態となるように制御することもできる。

基板処理装置１０のチャンバ２２内では、下部電極２３及び上部電極２４から処理空間Ｓに高周波電力が放出されることにより、シャワーヘッド２４から処理空間Ｓに供給された処理ガスを高密度のプラズマにしてイオンやラジカルを発生させ、該イオンやラジカルによってウエハＷにエッチング処理を施す。

図２は、図１の基板処理装置における高周波電力印加ユニット３５及び２７の構成を示すブロック図である。

図２において、高周波電力印加ユニット３５は、高周波発振器及び高周波増幅器からなる励起用高周波電源４１、並びに図示省略した整合器を備えている。また、高周波電力印加ユニット２７は、高周波発振器及び高周波増幅器からなるバイアス用高周波電源４６、並びに整合器及びローパスフィルタ（共に図示省略）を備えている。

制御器４０は、トリガ信号発生器からなり、高周波電力印加ユニット３５に対するトリガ信号Ａは、高周波電力印加ユニット３５の励起用高周波電源４１に入力され、高周波電力印加ユニット２７に対するトリガ信号Ｂは、高周波電力印加ユニット２７のバイアス用高周波電源４６に入力される。

そして、制御器４０からのトリガ信号Ａにより、励起用高周波電源４１は、プラズマ発生用の高周波電力を所定のタイミングで出力する。また、制御器４０からのトリガ信号Ｂにより、バイアス用高周波電源４６は、バイアス用の高周波電力を所定のタイミングで出力する。

高周波電力印加ユニット３５の高周波出力は、整合器（図示省略）を通じて、上部電極２４に印加される。一方、高周波電力印加ユニット２７のバイアス用高周波出力は、整合器及びローパスフィルタ（いずれも図示省略）を通じて、下部電極２３に印加される。ガス励起用の高周波電力印加ユニット３５のトリガ信号Ａと、バイアス用の高周波電力印加ユニット２７のトリガ信号Ｂは、制御器４０内でタイミング制御される。

このような構成の基板処理装置１０を用いて被処理基板としてのウエハＷに対してプラズマ処理を施す場合、先ず、ウエハＷをチャンバ２２内に搬入し、載置台２３上に載置する。

次いで、チャンバ２２内の圧力をＡＰＣバルブ２６等によって例えば３．３Ｐａ（２５ｍＴｏｒｒ）に設定する。また、ウエハＷの温度を例えば８０℃に設定する。そして、シャワーヘッド２４のガス供給部３０から、例えばＣＦ_４ガスを例えば２００ｓｃｃｍでチャンバ２２内へ供給する。そして上部電極２４に高周波電力印加ユニット３５から、例えば６０ＭＨｚの高周波電力が、また、ウエハＷが載置された下部電極２３に高周波電力印加ユニット２７から、例えば２ＭＨｚの高周波電力が予め設定された任意のタイミングで印加される。上部電極２４に印加された高周波電力は、処理空間Ｓに放出され、これによって処理ガスが励起されてプラズマが発生し、このプラズマによって各種処理が実行される。また、下部電極２３に印加された高周波電力により、処理空間Ｓに発生したプラズマが載置台２３に載置されたウエハＷに向かって引き込まれる。

以下、本発明に係る基板処理方法の第１の実施の形態について説明する。

図３は、高周波電力印加ユニット３５（以下、「ＲＦ１」ともいう。）と高周波電力印加ユニット２７（以下、「ＲＦ２」ともいう。）の出力を変化させるタイミングを示すタイミングチャートであり、本発明に係る基板処理方法の第１の実施の形態のタイミングチャートである。

この実施の形態は、ＲＦ１とＲＦ２を共にその出力を周期的に変化させる、パルス制御する場合であって、ＲＦ１のパルス周期がＲＦ２のパルス周期よりも小さく設定された場合を示すものである。

図３において、先ず、ＲＦ１が所定の周期でオンオフ制御される。ＲＦ１がオンの場合、所定波形の出力が例えば上部電極２４に印加される。図３中、下側の破線で囲まれた制御が、本実施の形態における制御によるもので、図３中、上側の破線で囲まれた制御は参考例である。

今、ＲＦ１のパルス周期は、ＲＦ２のパルス周期よりも小さく設定されているので、上側の破線で囲まれた参考例としての制御では、ＲＦ１が２度オンオフされる間、ＲＦ２はオンのままである。従って、ＲＦ１がオフ状態で、ＲＦ２がオン状態の場合が生じ、この場合に、ＲＦ２における高周波電力のＶｐｐ（振幅）が大きくなり、処理室２２内での異常放電等の原因となっていた。

そこで、本実施の形態においては、図３中、下側の破線で囲まれたように、ＲＦ１がオフの範囲においては、ＲＦ２をオフにするか、又はその出力を垂下させるように制御する。これによって、ＲＦ２における高周波電力のＶｐｐが増大することを防止して処理室２２内での異常放電等の不都合を回避し、正常な処理を実行することができる。また、ＲＦ１をパルス制御することによってプラズマ発生時のガスの解離を抑制できると共に、ＲＦ２をパルス制御することによって反応生成物の排気時間の最適化、すなわち、引き込みを停止してその間に排気することによる排気時期の適正化を図ることもできる。

ここで、ＲＦ２の出力を垂下させるとは、ＲＦ２の出力を、ＲＦ１が設定出力の場合におけるＲＦ２の設定出力よりも小さくすることをいい、ＲＦ２の出力の垂下の度合は、ＲＦ１がオフにも関わらず、ＲＦ２をオンにすることによる弊害、すなわちＲＦ２の高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）が、ＲＦ１が設定出力の場合におけるＲＦ２の高周波電力の振幅を超えない範囲とする。具体的には、ＲＦ２の出力を、ＲＦ１のパルスオンのデューティー比（％）以下とする。すなわち、ＲＦ１のパルスオンのデューティー比が９０％であれば、ＲＦ２の出力を設定出力の９０％以下とし、ＲＦ１のパルスオンのデューティー比が５０％であれば、ＲＦ２の出力を設定出力の５０％以下とする。

ここで、ＲＦ１及びＲＦ２の設定出力とは、ＲＦ１及びＲＦ２をそれぞれパルス制御する際のパワー出力が高い方の出力をいう。

また、ＲＦ１のパルスオンのデューティー比（％）は、
（（ＲＦ１オンの期間）／（ＲＦ１オンの期間＋ＲＦ１オフの期間））×１００
で表される。本実施の形態において、ＲＦ１のパルスオンのデューティー比は、例えば５０％〜９８％とする。

次に、本実施の形態における変形例について説明する。

図４は、図３におけるＲＦ１のオンオフ制御（パルス制御）と、出力波形との関係を示す説明図である。図４（Ａ）において、ＲＦ１がオンの場合に予め決定された設定出力電力、例えば５００Ｗが出力され、ＲＦ１がオフの場合は電力は出力されず、出力電力が０となっている。また、図４（Ｂ）において、ＲＦ１のオンオフ時の波形が示されている。

本実施の形態において、ＲＦ１の制御は、オンオフだけでなく、設定出力に対して所定の割合の出力値となるように出力制御することもできる。

図５は、ＲＦ１の出力をＨｉｇｈレベル、及び出力０に近いＬｏｗレベルに制御する場合のパルス制御と、出力波形との関係を示す図である。図５（Ａ）において、ＲＦ１の出力が、設定出力電力４００Ｗ（Ｈｉｇｈレベル）と、例えば２５％である１００Ｗ（Ｌｏｗレベル）にパルス的に変更されており、図５（Ｂ）において、それぞれＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルに対応する出力波形が示されている。このように、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルにパルス的に変更されるＲＦ１の出力に対し、ＲＦ１が、プラズマ発生に関与しないＬｏｗレベルの場合には、ＲＦ２をオフにするか、又はその出力をＲＦ２の設定出力よりも垂下するように制御する。

これによっても、ＲＦ２における高周波電力のＶｐｐが増大することを防止して、異常放電等の不都合を回避し、正常な処理を実行することができる。

本実施の形態において、励起電力印加部の出力である励起用高周波電力が変動するパルス周波数は１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚであることが好ましい。このとき、最も短い周期は、１０μｓｅｃ、最も長い周期は、１０ｍｓｅｃとなる。また、バイアス電力印加部の出力であるバイアス用高周波電力が変動するパルス周波数は１Ｈｚ〜１ｋＨｚであることが好ましい。このとき、最も短い周期は、１ｍｓｅｃ、最も長い周期は、１ｓｅｃとなる。

なお、上記基板処理方法の第１の実施の形態及び変形例において、ＲＦ２をオフにするか、又はその出力を垂下するように制御する際の条件として、ＲＦ１がオフの場合（第１の実施の形態）又はＲＦ１がプラズマ発生に関与しないＬｏｗレベルの場合（変形例）という、ＲＦ１の出力状態で定義した。

一方、上記実施の形態のようなパルスプラズマでは、ＲＦ１がオフされた直後又はＲＦ１がプラズマ発生に関与しないＬｏｗレベルに下げられた直後は、アフターグロープラズマとしてプラズマが残留している状態となっている。

従って、ＲＦ２をオフにするか、又はその出力を垂下するように制御する場合の条件を、ＲＦ１の出力状態でなはく、処理室２２内の状態で定義するならば、プラズマが無い状態の場合又はアフターグロープラズマの状態の場合、と言い換えることができる。

次に、本発明に係る基板処理方法の第２の実施の形態について説明する。

図６は、本発明に係る基板処理方法の第２の実施の形態のタイミングチャートである。この実施の形態は、ＲＦ１とＲＦ２を共にパルス制御する場合であって、ＲＦ１のパルス周期がＲＦ２のパルス周期よりも大きく設定された場合を示すものである。

図６において、先ず、ＲＦ１が所定の周期でオンオフ制御される。ＲＦ１がオンの場合、ＲＦ１から所定波形の出力が、例えば上部電極２４に印加される。図６中、上側の破線で囲まれた制御が参考例であり、図６中、下側の破線で囲まれた制御が、本実施の形態における制御である。

今、ＲＦ１のパルス周期は、ＲＦ２のパルス周期よりも大きく設定されているので、上側の破線で囲まれた参考例による制御では、ＲＦ２が２度オンオフされる間、ＲＦ１はオンのままである。しかしながら、その後、ＲＦ１がオフ状態であって、ＲＦ２がオン状態の場合があり、この場合に、ＲＦ２の高周波電力におけるＶｐｐ（振幅）が大きくなり、異常放電等の原因となっていた。

そこで、本実施の形態においては、図６中、下側の破線で囲まれたように、ＲＦ１がオフの範囲においては、ＲＦ２をオフにするか、又はその出力を垂下させるように制御する。

これによって、ＲＦ２における高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）が、ＲＦ１が設定出力の場合におけるＲＦ２の高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）を超えることを回避して処理室２２内での異常放電等の不都合をなくし、正常な処理を実行することができる。また、ＲＦ１をパルス制御することによるプラズマ発生時のガス解離抑制効果、及びＲＦ２をパルス制御することによる反応生成物の排気時間の最適化を図る効果も得られる。

本実施の形態において、ＲＦ２の出力を垂下させる程度は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。また、上記実施の形態と同様、ＲＦ１の出力をオンオフするだけでなく、ＲＦ１の出力をＨｉｇｈレベルと、出力０に近いＬｏｗレベルにパルス的に切り換えるように制御し、これに対応してＲＦ２の出力を制御するようにしてもよい。

また、本実施の形態においても、ＲＦ２をオフにするか、又はその出力を垂下するように制御する場合の条件を、プラズマが無い状態の場合又はアフターグロープラズマの状態の場合、と言い換えることができる。

次に、本発明に係る基板処理方法の第３の実施の形態について説明する。

図７は、本発明に係る基板処理方法の第３の実施の形態のタイミングチャートである。この実施の形態は、ＲＦ２が常時オン状態で、ＲＦ１のみをパルス制御する場合を示すものである。

図７において、ＲＦ１が所定の等間隔でオンオフ制御され、ＲＦ１がオンの場合、ＲＦ１から所定波形の出力が、例えば上部電極２４に印加される。図７中、上側の破線で囲まれた制御が参考例によるもので、図７中、下側の破線で囲まれた制御が、本実施の形態における制御である。

今、ＲＦ１は、所定の等間隔でオンオフ制御されるが、ＲＦ２は、オン状態のままなので、ＲＦ１がオフ状態で、ＲＦ２がオン状態になる場合が生じ、この場合に、ＲＦ２の高周波電力のＶｐｐ（振幅）が大きくなり、異常放電等の原因となっていた。

そこで、本実施の形態においては、図７中、下側の破線で囲まれたように、ＲＦ１がオフの範囲においては、ＲＦの出力を垂下させるように制御する。これによって、ＲＦ２の高周波電力のＶｐｐが、ＲＦ１が設定出力の場合におけるＲＦ２の高周波電力のＶｐｐを超えないように制御して、バイアス用高周波電力を正常に保持することができる。また、ＲＦ１をパルス制御することによるプラズマ発生時のガス解離抑制効果も得られる。

本実施の形態において、ＲＦ２の出力を垂下させる程度は、第１の実施の形態等と同様であり、ＲＦ１がオフにも関わらず、ＲＦ２をオンにすることによる弊害、すなわちＲＦ２のＶｐｐがＲＦ１がオンの場合の値よりも増大しない範囲であればよい。

また、本実施の形態において、上述した各実施の形態と同様、ＲＦ１の出力をオンオフさせるだけでなく、ＲＦ１の出力をＨｉｇｈレベルと、出力０に近いＬｏｗレベルにパルス的に切り換えるように制御し、これに対応してＲＦ２の出力を制御するようにしてもよい。

上記の基板処理装置の実施の形態においては、比較的高い周波数を有する高周波電力を出力する高周波電力印加ユニット３５が上部電極２４に接続され、比較的低い周波数を有する高周波電力を出力する高周波電力印加ユニット２７が下部電極２３に接続された例を示した。これに代えて、図８に示すように、比較的高い周波数を有する高周波電力を出力する高周波電力印加ユニット３５と、比較的低い周波数を有する高周波電力を出力する高周波電力印加ユニット２７をともに下部電極２３に接続させてもよい。この基板処理装置においても、上記の実施の形態で説明したような効果を発揮することができる。

次に、本発明に係る基板処理装置の別の実施の形態について説明する。

図９は、本発明に係る基板処理装置の別の実施の形態を示す断面図である。

図９において、この基板処理装置５０は、バイアス電圧として直流電圧を適用する基板処理装置であって、処理室（チャンバ）２２と、該チャンバ２２内に配置されたウエハＷの載置台２３と、チャンバ２２の上方において載置台２３と対向するように配置されたシャワーヘッド２４と、チャンバ２２内のガス等を排気するＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）２５と、チャンバ２２及びＴＭＰ２５の間に配置され、チャンバ２２内の圧力を制御する可変式バタフライバルブとしてのＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ２６とを有する。

載置台２３には、高周波電力印加ユニット５１及びＤＣパルス印加ユニット４５が接続されており、高周波電力印加ユニット５１は、比較的高い周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を励起用電力として載置台２３に印加する。これにより、載置台２３は、載置台２３及びシャワーヘッド２４の間の処理空間Ｓに高周波電力を放出する下部電極として機能する。また、ＤＣパルス印加ユニット４５は、イオン引き込み用の、例えば１００〜１２００Ｖのバイアス用直流電圧を下部電極２３に印加する。このとき、直流電圧が印加された下部電極２３に、処理空間Ｓにおけるプラズマ中の陽イオンが引き込まれる。これによって、処理空間Ｓ内のプラズマ状態が制御される。

シャワーヘッド（上部電極）２４は円板状のガス供給部３０からなり、ガス供給部３０はバッファ室３２を有する。バッファ室３２はガス通気孔３４を介してチャンバ２２内に連通する。

高周波電力印加ユニット５１及びＤＣパルス印加ユニット４５は、それぞれリード線によって制御部６０と電気的に接続されている。制御部６０は、高周波電力印加ユニット５１及びＤＣパルス印加ユニット４５をそれぞれ独立に所定のタイミングでオンオフ制御する。ここで、所定のタイミングとは、予め設定された任意のタイミングをいい、例えば、高周波電力印加ユニット５１を１００μｓｅｃインターバルで、及びＤＣパルス印加ユニット４５を異なる１μｓｅｃインターバルで、それぞれ繰り返しオンオフすることをいう。この場合、インターバルを順次、又はランダムに変化させることもできる。

基板処理装置５０のチャンバ２２内では、上述したように、下部電極２３が処理空間Ｓに高周波電力を放出することにより、シャワーヘッド２４から処理空間Ｓに供給された処理ガスを高密度のプラズマにしてイオンやラジカルを発生させ、該イオンやラジカルによってウエハＷにエッチング処理を施す。

図１０は、図９の高周波電力印加ユニット５１及びＤＣパルス印加ユニット４５の構成を示す図である。図１０において、高周波電力印加ユニット５１は、励起用高周波電源６１及び図示省略した整合器を備えている。また、ＤＣパルス印加ユニット４５は、ＤＣ電源６６及び図示省略したローパスフィルタを備えている。

制御部６０は、トリガ信号発生器からなり、高周波電力印加ユニット５１に対するトリガ信号Ｃは、高周波電力印加ユニット５１の励起用高周波電源６１に入力され、ＤＣパルス印加ユニット４５に対するトリガ信号Ｄは、ＤＣパルス印加ユニット４５のＤＣ電源６６に入力される。

そして、制御器６０からのトリガ信号Ｃにより、高周波電力印加ユニット５１の励起用高周波電源６１は、プラズマ発生用の高周波電力を所定のタイミングで出力する。また、制御器６０からのトリガ信号Ｄにより、ＤＣパルス印加ユニット４５のＤＣ電源６６は、下部電極２３に印加する直流電圧を所定のタイミングで出力する。

高周波電力印加ユニット５１の高周波出力は、図示省略した整合器を通じて下部電極２３に印加される。一方、ＤＣパルス印加ユニット４５の出力電圧は、図示省略したローパスフィルタを通じて下部電極２３に印加される。高周波電力印加ユニット５１に対するトリガ信号Ｃと、ＤＣパルス印加ユニット４５に対するトリガ信号Ｄは、制御器６０内でタイミング制御される。

次に、本発明に係る基板処理方法の第４の実施の形態について説明する。

図１１は、本発明に係る基板処理方法の第４の実施の形態のタイミングチャートである。本実施の形態は、基板を載置する下部電極２３に印加されるＲＦ１と、バイアス用直流電圧を所定のタイミングでパルス制御する場合を示すものである。

図１１において、先ず、ＲＦ１が所定の等間隔でオンオフ制御される。ＲＦ１がオンの場合、ＲＦ１から所定波形の出力が下部電極２３に印加される。図１１中、上側の破線で囲まれた制御が参考例によるもので、図１１中、下側の破線で囲まれた制御が、本実施の形態における制御である。

今、ＲＦ１のパルス周期は、ＤＣのパルス周期よりも大きく設定されており、上側の破線で囲まれた参考例による制御では、ＤＣパルスが２度オンオフされる間、ＲＦ１はオンのままである。しかしながら、続くＲＦ１がオフの状態で、ＤＣパルスがオン状態になる場合があり、この場合に、ＤＣパルス回路への負荷が大きくなって回路が破損するおそれがあった。

そこで、本実施の形態においては、図１１中、下側の破線で囲まれたように、ＲＦ１がオフの範囲においては、ＤＣパルスの出力を設定値よりも垂下するように制御する。なお、ＤＣパルスの出力をゼロにはしない。これによって、ＲＦ１がオフの状態におけるＤＣパルス回路への負荷増大を回避してＤＣパルス回路の破損を未然に防止することができる。また、プラズマを生成するＲＦ１出力をパルス制御することによるプラズマ発生時のガス解離抑制効果、及びＤＣをパルス制御することによるイオンエネルギの単色化を図る効果も得られる。

本実施の形態において、ＲＦ１がオフの範囲において、ＤＣパルスの出力を垂下させる場合の垂下の程度は、ＲＦ１がオフにも関わらず、ＤＣパルスをオンにすることによる弊害、すなわち直流電圧を印加することによる発熱量が、ＲＦ１が設定出力状態において直流電圧を印加した場合の発熱量を超えない範囲であればよい。具体的には、ＤＣパルス印加ユニット４５の出力を、設定出力に対してＲＦ１のパルスオンのデューティー比（％）以下とする。すなわち、ＲＦ１のパルスオンのデューティー比が９０％であれば、ＤＣパルス印加ユニット４５の出力を設定出力の９０％以下とし、ＲＦ１のパルスオンのデューティー比が５０％であれば、ＤＣパルス印加ユニット４５の出力を設定出力の５０％以下とする。

本実施の形態において、上記実施の形態と同様、ＲＦ１の出力をオンオフするだけでなく、ＲＦ１の出力をＨｉｇｈレベルと、出力０に近いＬｏｗレベルにパルス的に切り換えるように制御し、ＲＦ１がオフ又はＬｏｗレベルの場合に、ＤＣパルスの出力が垂下するように制御してもよい。

また、本実施の形態においても、ＤＣパルスの出力を垂下するように制御する場合の条件を、プラズマが無い状態の場合又はアフターグロープラズマの状態の場合、と言い換えることができる。

上述した各実施の形態において、プラズマ処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。

また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した各実施の形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

１０基板処理装置
２２処理室（チャンバ）
２３載置台
２４シャワーヘッド
２７高周波電力印加ユニット
３５高周波電力印加ユニット
４０制御部
４５ＤＣパルス印加ユニット
５０基板処理装置
５１高周波電力印加ユニット
６０制御部

Claims

基板を収容する収容室と、
該収容室内に配置され前記基板を保持するように形成された下部電極と、
前記収容室内にガス励起用高周波電力を印加する励起電力印加部と、
前記下部電極にバイアス用高周波電力を印加するバイアス電力印加部と、
を有する基板処理装置を用いた基板処理方法において、
前記励起電力印加部の出力を所定のタイミングで変更して前記ガス励起用高周波電力が間欠的に変化するように制御すると共に所定のパルス周期にしたがって前記バイアス電力印加部の出力が周期的に変化するように制御し、
前記励起電力印加部がオフである期間においては、前記所定のパルス周期にしたがわずに、前記バイアス電力印加部をオフにするか、又はその出力が、前記励起電力印加部の出力が設定出力の場合における前記バイアス電力印加部の出力よりも垂下するように制御し、
前記バイアス電力印加部の出力を垂下させる際、前記バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）が、前記励起電力印加部の出力が設定出力の場合における前記バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）を超えないように、前記バイアス電力印加部の出力を調整し、
前記バイアス電力印加部をオフにする時間及び出力を垂下させる時間の合計は、前記励起電力印加部がオフである時間の合計よりも長くすることを特徴とする基板処理方法。
前記バイアス電力印加部の出力を垂下させる際、前記バイアス電力印加部の出力を、前記励起電力印加部の出力が設定出力の場合における前記バイアス用高周波電力に対して、前記ガス励起用高周波電力のパルスオンのデューティー比（％）以下とすることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
前記励起電力印加部の出力を変化させるパルス周期と、前記所定のパルス周期とを、異ならせることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
前記励起電力印加部の出力を変化させるパルス周期の周波数を１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚとし、前記所定のパルス周期の周波数を１Ｈｚ〜１ｋＨｚとすることを特徴とする請求項３記載の基板処理方法。
基板を収容する収容室と、
該収容室内に配置され前記基板を保持するように形成された下部電極と、
前記収容室内にガス励起用高周波電力を印加する励起電力印加部と、
前記下部電極にバイアス用高周波電力を印加するバイアス電力印加部と、
を有する基板処理装置において、
前記励起電力印加部の出力を所定のタイミングで変更して前記ガス励起用高周波電力が間欠的に変化するように制御すると共に所定のパルス周期にしたがって前記バイアス電力印加部の出力が周期的に変化するように制御し、前記励起電力印加部がオフである期間においては、前記所定のパルス周期にしたがわずに、前記バイアス電力印加部をオフにするか、又はその出力が、前記励起電力印加部の出力が設定出力の場合における前記バイアス電力印加部の出力よりも垂下するように制御し、前記バイアス電力印加部の出力を垂下させる際、前記バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）が、前記励起電力印加部の出力が設定出力の場合における前記バイアス用高周波電力の振幅（Ｖｐｐ）を超えないように、前記バイアス電力印加部の出力を調整し、前記バイアス電力印加部をオフにする時間及び出力を垂下させる時間の合計は、前記励起電力印加部の制御がオフである時間の合計よりも長くするように制御する制御部を備えた
ことを特徴とする基板処理装置。