JP5502879B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマを用いた基板処理装置に関する。

平行平板型の基板処理装置では、一対の電極の一方にＲＦ（高周波）を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより、ＲＦを印加した電極上、あるいは他方の電極上に置かれた基板（Ｗａｆｅｒ）を処理する。

ここで、チャージアップダメージや局所異常エッチング（ノッチング）を抑制するために、バイアスとして、パルス状の正電圧を印加する技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開平０８−２６４５０９号公報

しかし、パルス状の正電圧を印加しても、必ずしも効率的な処理が可能とは限らないことが判った。

本発明は、効率的な処理を可能とする基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る基板処理装置は、チャンバと、前記チャンバ内に配置される第１の電極と、前記チャンバ内に前記第１の電極と対向して配置され、基板を保持する第２の電極と、前記第２の電極に、５０ＭＨｚ以上の周波数のＲＦ電圧を印加するＲＦ電源と、前記第２の電極に、前記ＲＦ電圧と重畳して、負電圧パルスおよびこの負電圧パルスから５０ｎ秒以下の遅れ時間の正電圧パルスを含む電圧波形を繰り返し印加するパルス電源と、を具備する。

本発明によれば、効率的な処理を可能とする基板処理装置を提供できる。

本発明の１態様に係る基板処理装置１の概略構成図である。 組み合わせパルス波形の一例を表す図である。 パルス電源２１の内部構成の一例を表す模式図である。 組み合わせパルス波形を分解した状態を表す図である。 ウエハ１５を処理している状態を表す断面図である。 ウエハ１５上での電圧の時間的変化の一例を表すグラフである。 ウエハ１５に流れる電子電流の時間的変化の一例を表すグラフである。 組み合わせパルス波形の一例を表すグラフである。 ウエハ１５上での電圧の時間的変化の一例を表すグラフである。 図９の一部を拡大したグラフである。 ウエハ１５に流れる電子電流の時間的変化の一例を表すグラフである。 有効電力Ｐｅ（ｔ）の時間的変化の一例を表すグラフである。 有効電力量Ｅｅとデューティ比Ｄとの対応関係の一例を表すグラフである。 遅れ時間を表す模式図である。 有効電力Ｐｅ（ｔ）の時間的変化の一例を表すグラフである。 有効電力量Ｅｅと遅れ時間ｔｄ（delay time）との対応関係の一例を表すグラフである。 有効電力Ｐｅ（ｔ）の時間的変化の一例を表すグラフである。 有効電力量Ｅｅと正電圧パルスの個数Ｎとの対応関係の一例を表すグラフである。 組み合わせパルス波形の一例を表す図である。

（基板処理装置の構成）
図１は、本発明の１態様に係る基板処理装置１の概略構成図である。この基板処理装置１は、平行平板型のＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置である。

ウエハ（Ｗａｆｅｒ）１５は、この実施形態に係る基板処理装置１の処理対象（基板）である。エッチングチャンバ１１は、ウエハ１５の処理に必要な環境を保持する。プロセスガス導入管１２は、ウエハ１５の処理に必要なプロセスガスを導入する。プロセスガスとして、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ_２、Ｏ_２、ＣＯ、Ｈ_２などのガスの他、適宜ＳＦ_６やＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ₅Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃｌ_２、ＨＢｒ、ＳｉＨ_４、ＳｉＦ_４などを用いることができる。

下部電極１６は、ウエハ１５を保持するための静電チャックを具備する。上部電極１３は、下部電極１６の上部に対向して設けられ、その一端がグランド電位（接地電位）とされている。この上部電極１３と下部電極１６は、平行平板電極を構成する。

プラズマ１４は、下部電極１６に印加されたＲＦにより発生する。このプラズマ１４を形成するイオンは、図１中の矢印の向き、すなわちウエハ１５に入射する。この基板処理装置１では、プラズマ１４を利用して、ウエハ１５をエッチングする。

排気口１７は、図示しない圧力調整バルブ、排気ポンプに接続されている。エッチングチャンバ１１内の気体は、排気口１７から排気され、エッチングチャンバ１１内の圧力が一定に保たれる。ＲＦ電源１９は、下部電極１６へ印加するＲＦ電圧を発生する。ＲＦ電圧の周波数は５０ＭＨｚ以上である。なお、この詳細は後述する。整合器１８は、ＲＦ電源１９とプラズマ１４とのインピーダンスを整合する。

パルス電源２１は、例えば、図２に示す電圧波形（組み合わせパルス（Ｐｕｌｓｅ）波形）をＬＰＦ２０に出力する。図２のグラフの縦軸、横軸それぞれが電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）および時間（μｓ）を表わす。

図２に示すように、この組み合わせパルス波形では、負電圧パルス、正電圧パルスを組み合わせた波形が周期的に繰り返される。負電圧パルス、正電圧パルスはそれぞれ、１パルス内において電圧（ピーク電圧）が略一定の矩形波状の電圧波形である。なお、この詳細は後述する。

図３は、パルス電源２１の内部構成の一例を表す模式図である。この例において、パルス電源２１はＤＣ電源３１、３２、スイッチ３３〜３５、ゲートパルサ３６を有する。

ＤＣ電源３１、３２は、負電圧および正電圧の電源である。ＤＣ電源３１は、負電圧パルスのピーク電圧に対応する第１の電圧を有する第１の電源として機能する。ＤＣ電源３２は、正電圧パルスのピーク電圧に対応する第２の電圧を有する第２の電源として機能する。

スイッチ３３〜３５は、ゲートパルサ３６によって制御され、それぞれ負電圧、正電圧、グランド電位の印加に用いられる。スイッチ３３は、出力端への前記第１の電源の接続状態を切り替える第１のスイッチとして機能する。スイッチ３４は、出力端への前記第２の電源の接続状態を切り替える第２のスイッチとして機能する。スイッチ３５は、出力端への前記グランド電位の接続状態を切り替える第３のスイッチとして機能する。

ゲートパルサ３６は、スイッチ３３〜３５の開閉を制御するものであり、第１〜第３のスイッチを制御する制御部として機能する。ゲートパルサ３６がスイッチ３３〜３５の組み合わせを（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ）、（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ）と順に制御することで、負電圧、正電圧、グランド電位がパルス電源２１の出力端子に印加される。

図４は、図２に示す組み合わせパルス波形を負電圧パルス波形、正電圧パルス波形、グランド電位に分解した状態を表す。ゲートパルサ３６がスイッチ３３〜３５を制御することで、時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４それぞれで、負電圧パルス、正電圧パルス、グランド電位がパルス電源２１から出力される。時刻ｔ４〜ｔ５、ｔ５〜ｔ６、ｔ６〜ｔ７それぞれでも同様に、負電圧パルス、正電圧パルス、グランド電位がパルス電源２１から出力される。

ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２０は、ＲＦ電源１９からの高周波がパルス電源２１へ回り込むのを防止するとともに、パルス電源２１から入力される電圧波形から低周波成分のみを下部電極１６に出力する。この結果、ＲＦ電源１９からの高周波と、パルス電源２１からの組み合わせパルス波形が重畳して下部電極１６に印加される。

（基板処理装置の動作）
真空引きされ所定の圧力に達したエッチングチャンバ１１内に、図示しない搬送機構によりウエハ１５が搬送される。次に、下部電極１６が具備する静電チャックにより、下部電極１６上にウエハ１５が保持される。

次に、プロセスガス導入管１２からウエハ１５の処理に必要なプロセスガスが導入される。

このとき、エッチングチャンバ１１内に導入されたプロセスガスは、図示しない圧力調整バルブと排気ポンプにより排気口１７から所定の速度で排気される。この結果、エッチングチャンバ１１内の圧力は一定に保たれる。

次に、ＲＦ電源１９からＲＦが整合器１８を介して下部電極１６へ印加される。また、パルス電源２１から図２に示す組み合わせパルス波形がＲＦに重畳して下部電極１６へ印加される。

ＲＦ電源１９からのＲＦ電力によりプラズマ密度が制御される。パルス電源２１からの負電圧パルスの電圧により、ウエハ１５へ入射するイオンの入射エネルギーが制御される。ウエハ１５の処理のしきい値以上のエネルギーを持ったイオンにより、ウエハ１５がエッチングされる。

Ａ．ＲＦ電圧の周波数
既述のように、ＲＦ電源１９の周波数は５０ＭＨｚ以上である。以下、この理由を説明する。ＲＦ電源１９の周波数を５０ＭＨｚ以上とすることで、次の（１）、（２）の利点が生じる。

（１）負電圧パルスのみによるイオンの平均入射エネルギーＶｄｃの制御
既述のように、下部電極１６には、ＲＦ電圧と組み合わせ電圧パルスとが重畳して印加される。ＲＦ電圧によって、下部電極１６及び上部電極１３間にプラズマ１４が生成される。このプラズマ１４中の正イオンがウエハ１５に入射し、ウエハ１５が処理される。このとき、入射する正イオンの平均入射エネルギーＶｄｃは、ＲＦ電圧に起因する成分Ｖｄｃ１と負電圧パルスに起因する成分Ｖｄｃ２に区分できる。

ここで、ＲＦ電圧の周波数が増大するにつれて、成分Ｖｄｃ１は減少する。特にＲＦパワーが２．２Ｗ／ｃｍ^２程度以下で、ＲＦ周波数が５０ＭＨｚを超えると、成分Ｖｄｃ１は、約５０ｅＶ（ウエハ１５の処理に影響を与えないようなしきい値）以下となる。また、２．２Ｗ／ｃｍ^２を超えるようなＲＦパワーにおいても、成分Ｖｄｃ１のＲＦパワー依存性は極めて小さくなる。

したがって、ＲＦ周波数を５０ＭＨｚ以上とすることで、平均入射エネルギーＶｄｃが、ＲＦ電圧に依存せず、負電圧パルスのみに依存するようになる。換言すれば、負電圧パルスのみで入射エネルギーＶｄｃを制御可能となる。その結果、後述のように、負パルスで生成された、狭帯域エネルギーのイオンによる高精度の加工が可能となる。

なお、下部電極１６にＲＦ電圧を印加するのは、プラズマを効率良く生成するためである。ウエハ１５に絶縁性の膜が堆積された場合においても、効率良くプラズマを生成し、ウエハ１５を処理可能となる。

（２）イオンの入射エネルギー分布の狭帯化
以下に示すように、ＲＦ電圧の周波数を増大させることで、実質的に単一のエネルギーピークのイオンにより、効率的かつ高精度でウエハ１５を加工できる。

一般に、プラズマ１４内のイオンエネルギーの分布は、低エネルギー側ピークＰ１と高エネルギー側ピークＰ２を有する。プラズマ１４がＲＦ電圧によって発生するためである。このピークＰ１、Ｐ２間のエネルギー幅ΔＥは、プラズマ発生条件に依存し、数１０〜数１００［ｅＶ］である。したがって、平均入射エネルギーＶｄｃをウエハ１５の加工に最適な値に調整した場合においても、ウエハ１５に入射するイオンにはエネルギーの高すぎるイオン（高エネルギー側ピーク）と低すぎるイオン（低エネルギー側ピーク）とが存在する。

このように2つのエネルギーの分布を有するイオンでウエハ１５を加工すると、加工精度が不十分となる可能性がある。例えば、高エネルギー側ピークのイオンでウエハ１５を加工した場合、加工された溝に肩削り（肩落ち）が発生する可能性がある。一方、低エネルギー側ピークのイオンでウエハ１５を加工した場合、表面反応閾値以下で加工に寄与しないか、加工の異方性が劣化する（イオン入射角度が熱速度で広がる）可能性がある。

ＲＦ電圧の周波数が増大するにつれて、エネルギー幅ΔＥｉが減少する。したがって、ＲＦ電圧の周波数を増大させ、特に５０ＭＨｚ以上とすることで、イオンの入射エネルギー分布を狭帯化する。この結果、実質的に単一のエネルギーピークのイオンによりウエハ１５を処理できる。即ち、周波数５０ＭＨｚ以上のＲＦは、高すぎるエネルギーのイオンを実質的に生成しない。

Ｂ．溝の底部等でのチャージアップの発生
以下、正電圧パルスの印加の効果を説明する。先に、正電圧パルスを印加せず、負電圧パルスのみを印加する場合を説明する。

ウエハ１５上の絶縁膜に深い形状（深い溝、深い穴）、あるいは複雑な形状（立体的な形状）を形成するとき、ＲＦ電圧および負電圧パルスのみだと（正電圧パルスの印加が無い）、特に、溝の内部でチャージアップが発生する。溝の内部でのチャージアップは、溝の加工精度の低下原因となる。以下、チャージアップの発生理由を説明する。

図５は、ウエハ１５を処理している状態を表す断面図である。ここでは、ウエハ１５は基板４１、絶縁体４２の積層体であり、マスク４３を用いて、溝４４が形成される。基板４１、絶縁体４２、マスク４３にはそれぞれ、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化シリコン）を用いることができる。

プラズマには正イオンＩ^＋と電子ｅ⁻が存在し、この双方が基板４１に向かって入射する。溝４４の外部の表面では、負パルスの１周期内に、同数の正イオンＩ^＋と電子ｅ⁻が飛来し、電気的に中和される傾向にある。一方、幅が狭く、アスペクト比の大きな溝４４の内部表面は、チャージアップ（帯電）する傾向にある。溝４４の入口近傍側壁および底部近傍ではそれぞれ、電子ｅ⁻と正イオンＩ^＋が偏在し、負および正に帯電する。

このように、溝４４の内部表面でチャージアップが発生し易いのは、正イオンＩ^＋が異方的で、電子ｅ⁻が等方的であることによる。正イオンＩ^＋は、負電圧パルスにより基板４１の方向に加速され、方向が揃っている（異方性である）。一方、電子ｅ⁻は基板４１の方向に加速されず、方向がばらばらである（等方性である）。等方的な電子ｅ⁻は幅の狭い溝の奥には入りづらく、溝４４の入口近傍側壁が負にチャージアップする。負のチャージアップは電子ｅ⁻を遠ざける方向に作用することから、溝４４の底部に入射する電子ｅ⁻はより減少し、溝４４の底部は、異方的な正イオンＩ^＋の入射により正にチャージアップする。既述のように、ここでは正電圧パルスの印加が無いとしている。

さらに、溝４４の底部に生じた正のチャージアップによって、溝４４の底部へ到達する正イオンＩ^＋の個数は減り、また正イオンＩ^＋の軌跡が曲げられる。このため、加工の停止（エッチングストップ）や加工形状の異常（例えば、ノッチング：溝４４の底部側面に生じる異常エッチング）が生じ、所望の加工が困難となる。

下部電極１６に負電圧パルスを印加し、正イオンＩ^＋を基板４１に入射させることが、溝４４の底部でのチャージアップを招いている。このため、下部電極１６に負電圧パルスを印加しない期間（休止期間）を設けることで、チャージアップを低減することができる。しかし、チャージの緩和(電荷の再バランス)の時定数の関係で、長時間の休止が必要となり、プロセスレートが低下するおそれがある。

Ｃ．正電圧パルス印加によるチャージアップの緩和（異方性電子の発生）
本実施形態では、負電圧パルスに加えて、正電圧パルスを印加することで、短時間でチャージアップを低減することが可能となる。

図６は、ウエハ１５上での電圧の時間的変化の一例を表すグラフである。ここでは、上部電極１３での電位を基準として電圧を表している。また、図７は、ウエハ１５に流れる電子電流の時間的変化を表すグラフである。図６、図７において、グラフＧ１０、Ｇ２０はＲＦ電圧と負電圧パルスのみを下部電極１６に印加した場合に対応する。また、グラフＧ１１、Ｇ２１はＲＦ電圧と組み合わせパルス波形（負電圧パルスおよび正電圧パルス）を下部電極１６に印加した場合に対応する。この例において、正電圧パルスは、５００Ｖのピーク電圧、および組み合わせパルス周期の１％のパルス幅（ディーティ比１％）を有する。

グラフＧ１０、Ｇ１１を比較すると、正電圧パルスの印加に対応して、正電圧パルスの印加直後に正電圧のピークが発生していることが判る。グラフＧ２０、Ｇ２１を比較すると、正電圧パルスの印加に対応して、正電圧パルスの印加直後の電子電流のピークが増加し、そのピークの後の電子電流は減少していることが判る。即ち、グラフＧ２０、Ｇ２１において、電子電流の積分値はほぼ同様である。

グラフＧ２０、Ｇ２１で電子電流の積分値が同様なのは、次のように説明できる。絶縁膜表面上では、パルス波形を繰り返し印加すると、その１周期において、ウエハ１５上でのイオン電流と電子電流が釣り合い、等しくなる。即ち、ウエハ１５上での電荷量（チャージアップ量）が安定する定常状態では、１周期での直流電流成分は０になる。グラフＧ２０、Ｇ２１では、入射するイオンの量に実質的な相違は無い（プラズマ１４の状態は、ＲＦに事実上支配され、正電圧パルスにほとんど影響されない）ことから、１周期での電子電流の積分値もほぼ同一となる。

グラフＧ２０、Ｇ２１のいずれでも負電圧パルスの印加終了の直後に電子電流のピークが発生している。これは次のように説明できる。即ち、電子は、質量が小さく、負パルス印加中はウエハに入射し難い。このため、パルス１周期でのイオン電流と電子電流を釣り合わせるため、負電圧パルスの印加直後（電圧が大きくなった瞬間）に集中して、ウエハ１５に電子が入射する。

既述のように、正電圧パルスを印加しない場合、イオンと電子の異方性の有無が相違する。このため、高アスペクト比の溝や穴の底部では、イオンが入射する一方、電子は入射し難いため、正側にチャージアップする。この状態でバランスしたチャージアップ分布を緩和するためには、溝（穴）の底部へのイオン電流を減少させること、または溝（穴）の底部への電子電流を増大させることが必要となる。前者は、プロセスレートが下がり好ましくないため、後者を採用することとする。

以上のように、溝（穴）の底部への電子電流を増大するには、ウエハ１５に正電位を印加し、異方性電子を作成することが必要となる。

ここで、既述のように、正電圧パルスを印加しても、電子電流の積分値自体はさほど変化しないことから、溝や穴の底部でのチャージアップの低減への寄与を評価する指標が必要となる。この指標を有効電力量Ｅｅとする。有効電力量Ｅｅは次の式（１）で定義することとする。

Ｅｅ＝∫_０ ^ＴＰｅ（ｔ）ｄｔ＝∫_０ ^ＴＩｅ（ｔ）・Ｖｃ（ｔ）ｄｔ ……式（１）
Ｔ：組み合わせパルスの周期
Ｉｅ（ｔ）：電子電流
Ｖ（ｔ）：ウエハ１５に印加される電圧
Ｐｅ（ｔ）：有効電力

有効電力量Ｅｅは、有効電力Ｐｅ（電圧Ｖ（ｔ）と電子電流Ｉｅ（ｔ）の積）の積分値である。ウエハ１５に正電位が印加されている期間での電子電流が異方性を有し、溝内でのチャージアップ（溝底の正のチャージアップ）の緩和に寄与すると考えられる。以下、有効電力量Ｅｅを用いて、チャージアップの緩和を評価することとする。

Ｄ．正電圧パルスのデューティ比
正電圧パルスのパルス幅（デューティ比）の影響を考える。ここでは、正電圧パルスは、５００Ｖのピーク電圧とし、デューティ比Ｄ（組み合わせパルスの周期Ｔに占めるパルス幅ΔＴの割合（Ｄ＝ΔＴ／Ｔ））を０、０．１、１、５、１０、２０％と変化させた（それぞれ、図８〜図１２でのグラフＤ０、Ｄ０．１、Ｄ１、Ｄ５、Ｄ１０、Ｄ２０に対応）。ディーティ比Ｄ＝０％は、正電圧パルスを印加しないことを意味する。

図８は、このときの組み合わせパルス波形を表すグラフである。図９、図１０は、このときのウエハ１５上での電圧（電圧Ｖ（ｔ））の時間的変化を表すグラフである。図１０は、図９の一部を拡大して表している。図１１は、このときのウエハ１５に流れる電子電流（電子電流Ｉｅ（ｔ））の時間的変化を表すグラフである。なお、図８〜図１１では、判りやすさのために、ディーティ比０．１％の場合は除外している。

図１０、図１１に示されるように、ディーティ比の大きい場合と比較して、小さなディーティ比の場合に、ウエハ１５上に加わる正の電圧が大きくなり、電子電流も大きくなる。図１２は、このときの有効電力Ｐｅ（ｔ）の時間的変化を表すグラフである。図９、図１１に示される電圧Ｖ（ｔ）と電子電流Ｉｅ（ｔ）を乗じることで、有効電力Ｐｅ（ｔ）を算出している。図１３は、有効電力量Ｅｅとデューティ比Ｄとの対応関係を表すグラフである。

図１３に示されるように、正電圧パルスの印加の有無により、有効電力量Ｅｅは大きく変化する。正電圧パルスを印加しない場合（デューティ比Ｄ＝０％）、有効電力量Ｅｅは０．６×１０^−２［Ｊ］程度である。これに対して、僅かに正電圧パルスを印加する場合（デューティ比０．１％）、有効電力量Ｅｅは２．０×１０^−２［Ｊ］程度である。即ち、正電圧パルスの印加の有無により、有効電力量Ｅｅは３倍程度増加する。そして、デューティ比５％、１０％では、有効電力量Ｅｅは６．０×１０^−２［Ｊ］程度と、正電圧パルスを印加しない場合（デューティ比０％）と比較して、１０倍程度まで増加している。

一方、デューティ比がある程度以上大きくなると、有効電力量Ｅｅが低下する傾向となる。即ち、デューティ比の適正値には上限が存在する。デューティ比として、０．１％〜２０％を採用することができる。より好ましいデューティ比として、１％〜１８％程度、さらに好ましいデューティ比として、３％〜１３％程度を採用できる。

Ｅ．正電圧パルス印加のタイミング
次に負電圧パルスを印加してから正電圧パルスを印加するまでの遅れ時間ｔｄ（ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ）の影響を考える。図１４は、遅れ時間を表す模式図である。負電圧パルスの印加が終了し、下部電極１６がグランド電位となってから、正電圧パルスの印加を開始するまでの時間が遅れ時間（ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ）ｔｄである。

ここでは、遅れ時間を０、５０、１５０、２５０ｎｓと変化させた。なお、デューティ比は１％、周期Ｔ０は１［μｓｅｃ］、負パルス印加時間は７００［ｎｓ］とした。

図１５は、このときの有効電力Ｐｅ（ｔ）の時間的変化を表すグラフである。既述のように、電圧Ｖ（ｔ）と電子電流Ｉｅ（ｔ）を乗じることで、有効電力Ｐｅ（ｔ）を算出している。図１６は、有効電力量Ｅｅと遅れ時間ｔｄ（ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ）との対応関係を表すグラフである。

図１６に示されるように、遅れ時間５０ｎｓ以下、特に、負電圧パルスの印加直後（遅れ時間０ｎｓ）が良い。負電圧パルスの印加直後とすると、印加が大きく遅れた場合（遅れ時間２５０ｎｓ）と比較して、有効電力量Ｅｅが２倍程度大きくなる。既述のように電子電流の総量（積分量）は決まっており、かつ負電圧パルスの印加直後には正電圧パルスを印加しなくても、電子電流のピークが生じる。正電圧パルスの無印加時に流入する電子は、基本的に等方性なので、正電圧パルスの印加が遅れると、電子電流の総量に異方性電子電流が占める割合が少なくなる。

Ｆ．複数の正電圧パルスの印加
組み合わせパルスを負電圧パルスと、複数の正電圧パルスの組み合わせとすることも可能である。ここでは、正電圧パルスの個数Ｎを０〜６まで変化させる。なお、個数Ｎ＝０は、正電圧パルスを印加しないことを意味する。このとき、正電圧パルス全体でのデューティ比（全デューティ比）Ｄｔを一定とした（０．５％、１％）。即ち、正電圧パルス１つ当たりのデューティ比Ｄは、正電圧パルスの個数Ｎに応じて減少する（Ｄ＝Ｄｔ／Ｎ）。

図１７は、このときの有効電力Ｐｅ（ｔ）の時間的変化を表すグラフである。既述のように、電圧Ｖ（ｔ）と電子電流Ｉｅ（ｔ）を乗じることで、有効電力Ｐｅ（ｔ）を算出している。図１８は、有効電力量Ｅｅと正電圧パルスの個数Ｎとの対応関係を表すグラフである。

図１８に示すように、１の正電圧パルスを複数の正電圧パルスに分割することで、有効電力量Ｅｅが増大する。全デューティ比Ｄｔがそれぞれ０．５％、１％のとき、正電圧パルスの個数Ｎが３および２で有効電力量Ｅｅが最大となった。

このように、正電圧パルスの分割が有効なのは、正電圧パルスによるチャージアップの抑制効果が時間的に減少するため（ウエハ１５上での電圧が減少、即ち電子の違方性が減少するため）と考えられる。複数の正電圧パルスを分割して印加することで、複数の正電圧パルス間の休止期間でチャージアップ抑制効果を回復することができる。

Ｇ．負電圧パルス休止中の正電圧パルス印加
組み合わせパルスを複数の負電圧パルスと、単一の正電圧パルスの組み合わせとすることも可能である。図１９にこの１例を示す。連続して負電圧パルスが印加され、その休止中に、正電圧パルスが印加されている。この図ではＲＦ電圧も重畳した状態を表している。なお、連続する負電圧パルスに替えて、負電圧パルスと正電圧パルスの組み合わせを繰り返すことも可能である。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、基板処理装置として、ＲＩＥの他、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などにも適用することができる。

１１…エッチングチャンバ、１２…プロセスガス導入管、１３…上部電極、１４…プラズマ、１５…ウエハ、１６…下部電極、１７…排気口、１８…整合器、１９…電源、２１…パルス電源、３１、３２…電源、３３-３５…スイッチ

Claims (5)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に配置される第１の電極と、
   前記チャンバ内に前記第１の電極と対向して配置され、基板を保持する第２の電極と、
   前記第２の電極に、５０ＭＨｚ以上の周波数のＲＦ電圧を印加するＲＦ電源と、
   前記第２の電極に、前記ＲＦ電圧と重畳して、負電圧パルスおよびこの負電圧パルスから５０ｎ秒以下の遅れ時間の正電圧パルスを含む電圧波形を繰り返し印加するパルス電源と、
   を具備する基板処理装置。
2. 前記正電圧パルスのデューティ比が、０．１％以上、２０％以下である
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記電圧波形が、複数の正電圧パルスまたは複数の負電圧パルスを含む、
   請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記パルス電源が、
   前記負電圧パルスのピーク電圧に対応する第１の電圧を有する第１の電源と、
   前記正電圧パルスのピーク電圧に対応する第２の電圧を有する第２の電源と、
   前記第１、第２の電源、およびグランド電位の何れかが印加される出力端と、
   前記出力端への前記第１の電源の接続状態を切り替える第１のスイッチと、
   前記出力端への前記第２の電源の接続状態を切り替える第２のスイッチと、
   前記出力端への前記グランド電位の接続状態を切り替える第３のスイッチと、
   前記第１〜第３のスイッチを制御する制御部と、を有する、
   請求項２に記載の基板処理装置。
5. 前記制御部が、
   前記第１のスイッチを閉状態とし、前記第２、第３のスイッチを開状態として、前記出力端に前記負電圧パルスを出力させる第１の制御部と、
   前記第２のスイッチを閉状態とし、前記第１、第３のスイッチを開状態として、前記出力端に前記正電圧パルスを出力させる第２の制御部と、
   前記第３のスイッチを閉状態とし、前記第１、第２のスイッチを開状態として、前記出力端に前記グランド電位を出力させる第３の制御部と、を有する、
   請求項４に記載の基板処理装置。

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