JP6670697B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。

半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、プラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置は、一般的に、チャンバ本体、載置台、及び、高周波電源を備えている。チャンバ本体は、その内部空間をチャンバとして提供している。チャンバ本体は接地されている。載置台は、チャンバ内に設けられており、その上に載置された被加工物を保持するよう構成されている。載置台は、下部電極を含んでいる。高周波電源は、下部電極に接続されている。このプラズマ処理装置では、チャンバ内において処理ガスのプラズマが生成され、高周波電源からのバイアス用の高周波が下部電極に供給される。このプラズマ処理装置では、バイアス用の高周波に基づく下部電極の電位とプラズマの電位との電位差によりイオンが加速され、加速されたイオンが被加工物に照射される。

プラズマ処理装置では、チャンバ本体とプラズマとの間にも電位差が生じる。チャンバ本体とプラズマとの間の電位差が大きい場合には、チャンバ本体に照射されるイオンのエネルギーが高くなり、チャンバ本体からパーティクルが放出される。チャンバ本体から放出されたパーティクルは、載置台上に載置された被加工物を汚染する。このようなパーティクルの発生を防止するために、特許文献１では、チャンバの接地容量を調整する調整機構を利用する技術が提案されている。特許文献１に記載された調整機構は、チャンバに面するアノードとカソードの面積比率、即ちＡ／Ｃ比を調整するよう構成されている。Ａ／Ｃ比が大きいほど、即ち、カソードの面積に対してアノードの面積が大きいほど、チャンバ本体とプラズマとの間の電位差が小さくなり、チャンバ本体に照射されるイオンのエネルギーが低くなる。チャンバ本体に照射されるイオンのエネルギーが低ければ、パーティクルの発生が抑制される。

特開２０１１−２２８６９４号公報

被加工物に対するプラズマ処理の一種であるエッチングには、よりアスペクト比の高い形状を被加工物に形成することが求められるようになっている。アスペクト比の高い形状を被加工物に形成するためには、被加工物に照射されるイオンのエネルギーを高くする必要がある。バイアス用の高周波の周波数を低くすることは、被加工物に照射されるイオンのエネルギーを高くする策の一つである。しかしながら、バイアス用の高周波の周波数が低くなると、プラズマの電位が高くなる。プラズマの電位が高くなると、プラズマとチャンバ本体との電位差が大きくなり、チャンバ本体に照射されるイオンのエネルギーが高くなる。かかる背景から、チャンバ本体に照射されるイオンのエネルギーを低下させることが必要となっている。

一態様においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ本体、載置台、及び、高周波電源部を備える。チャンバ本体は、チャンバを提供する。チャンバ本体は、接地電位に接続されている。載置台は、下部電極を有しており、チャンバ内に設けられている。高周波電源部は、下部電極に電気的に接続されている。高周波電源部は、下部電極に供給されるバイアス用の出力波を生成する。高周波電源部は、基本周波数の高周波の正の電圧成分を低減させた出力波を発生するよう構成されている。

一態様に係るプラズマ処理装置では、正の電圧成分を低下させた出力波が下部電極に供給されるので、プラズマの電位が低くなる。したがって、プラズマとチャンバ本体との間の電位差が低くなる。結果的に、チャンバ本体に照射されるイオンのエネルギーが低くなる。故に、チャンバ本体からのパーティクルの発生が抑制される。また、出力波の周波数（基本周波数）を低くすることにより、チャンバ本体に照射されるイオンのエネルギーを低くしつつ、被加工物に照射されるイオンのエネルギーを高めることが可能である。

一実施形態において、高周波電源部は、複数の高周波電源、及び、合成器を備え得る。複数の高周波電源は、基本周波数のｎ倍又は２ｎ倍の互いに異なる周波数を有する複数の高周波をそれぞれ発生するよう構成されている。ここで、ｎは１以上の整数である。合成器は、複数の高周波を合成して出力波を生成するよう構成されている。この実施形態によれば、複数の高周波電源からの高周波の電力の損失を抑制しつつ、出力波を生成することが可能となる。

一実施形態において、高周波電源部は、基本周波数の高周波を発生する高周波電源と、高周波電源からの高周波の正の電圧成分を除去するように構成された半波整流器と、を備え得る。この実施形態によれば、正の電圧成分が略完全に除去される。

一実施形態において、プラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置である。この実施形態のプラズマ処理装置は、上部電極及び第１の高周波電源を更に備える。上部電極は、下部電極の上方に設けられている。第１の高周波電源は、上部電極に接続されており、プラズマ生成用の高周波を発生するよう構成されている。上部電極がプラズマ生成用の高周波が供給される電極であるプラズマ処理装置では、アノード電極の面積が小さく、Ａ／Ｃ比が小さい。したがって、この実施形態のプラズマ処理装置では、上記出力波がより有利に用いられ得る。

一実施形態において、基本周波数は、１．４ＭＨｚ以下である。

一実施形態において、プラズマ処理装置は、下部電極に接続された第２の高周波電源を更に備え得る。第２の高周波電源は、基本周波数よりも高い周波数のバイアス用の高周波を発生するよう構成されている。この実施形態のプラズマ処理装置によれば、プロセスに応じて、上述の出力波又は第２の高周波電源からのバイアス用の高周波が、下部電極に選択的に供給される。

以上説明したように、チャンバ本体に照射されるイオンのエネルギーを低下させることが可能となる。

一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。 一実施形態に係る高周波電源部を示す図である。 図２に示す高周波電源部が生成可能な出力波を例示する図である。 別の実施形態に係る高周波電源部を示す図である。 図４に示す高周波電源部によって生成される出力波を例示する図である。 図６の（ａ）は、シミュレーション＃１において計算した被加工物に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図であり、図６の（ｂ）は、シミュレーション＃１において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図である。 図７の（ａ）は、シミュレーション＃２において計算した被加工物に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図であり、図７の（ｂ）は、シミュレーション＃２において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図である。 図８の（ａ）は、シミュレーション＃３において計算した被加工物に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図であり、図８の（ｂ）は、シミュレーション＃３において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図である。 図９の（ａ）は、シミュレーション＃４において計算した被加工物に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図であり、図９の（ｂ）は、シミュレーション＃４において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図である。 シミュレーション＃５及びシミュレーション＃６において求めたイオンの入射角を示す図である。 図１１の（ａ）は、シミュレーション＃７において計算した被加工物に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図であり、図１１の（ｂ）は、シミュレーション＃７において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図である。 図１２の（ａ）は、シミュレーション＃８において計算した被加工物に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図であり、図１２の（ｂ）は、シミュレーション＃８において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図である。 シミュレーション＃９〜＃１４の結果を示す表である。 シミュレーション＃１５〜＃３０の結果に基づいて算出したＥｈ／Ｅｆを示すグラフである。 図１５の（ａ）は、シミュレーション＃３１において計算した被加工物に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図であり、図１５の（ｂ）は、シミュレーション＃３１において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図である。 図１６の（ａ）は、シミュレーション＃３２において計算した被加工物に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図であり、図１６の（ｂ）は、シミュレーション＃３２において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図である。 更に別の実施形態に係る高周波電源部を示す図である。 図１７に示す高周波電源部が生成可能な第２の出力波を例示する図である。 更に別の実施形態に係る高周波電源部を示す図である。 図１９に示す高周波電源部によって生成される第２の出力波を例示する図である。 図２１の（ａ）は、シミュレーション＃３３において計算した被加工物に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図であり、図２１の（ｂ）は、シミュレーション＃３３において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図である。 図２２の（ａ）は、シミュレーション＃３４において計算した被加工物に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図であり、図２２の（ｂ）は、シミュレーション＃３４において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す図である。

以下、図面を参照して種々の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には、一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面の構造が概略的に示されている。図１に示すプラズマ処理装置１０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１０は、例えば、プラズマエッチングのために用いることができる。

プラズマ処理装置１０は、チャンバ本体１２を備えている。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。チャンバ本体１２は、その内部空間をチャンバ１２ｃとして提供している。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の内壁面、即ち、当該チャンバ１２ｃ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ス製の膜であり得る。また、チャンバ本体１２の側壁１２ｓには被加工物Ｗの搬送のための開口１２ｇが設けられている。この開口１２ｇはゲートバルブ１４により開閉可能となっている。このチャンバ本体１２は接地電位に接続されている。

チャンバ１２ｃ内では、支持部１５が、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１５は、略円筒形状を有しており、石英といった絶縁材料から形成されている。また、チャンバ１２ｃ内には、載置台１６が設けられている。載置台１６は、その上面において被加工物Ｗを保持するよう構成されている。被加工物Ｗは、ウエハのように円盤形状を有し得る。載置台１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を含んでいる。この載置台１６は、支持部１５によって支持されている。

下部電極１８は、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウムといった金属から形成されており、略円盤形状を有している。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

第２プレート１８ｂ上には、静電チャック２０が設けられている。静電チャック２０は、絶縁層、及び、当該絶縁層内に内蔵された電極を有している。静電チャック２０の電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２２からの直流電圧が印加されると、静電チャック２０はクーロン力等の静電力を発生する。静電チャック２０は、この静電力により被加工物Ｗを吸着し、当該被加工物Ｗを保持する。

第２プレート１８ｂの周縁部上には、被加工物Ｗのエッジ及び静電チャック２０を囲むようにフォーカスリング２４が配置されている。フォーカスリング２４は、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリング２４は、プラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。

第２プレート１８ｂの内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ本体１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。流路１８ｆに供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、流路１８ｆには、当該流路１８ｆ内を循環するよう、冷媒が供給される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャック２０によって支持された被加工物Ｗの温度が制御される。

また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８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の上面と被加工物Ｗの裏面との間に供給する。

プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、載置台１６の上方に設けられており、下部電極１８に対して略平行に設けられている。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、この部材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を含んでいる。天板３４はチャンバ１２ｃに面している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この天板３４は、限定されるものではないが、例えばシリコンから構成されている。或いは、天板３４は、アルミニウム製の母材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。なお、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ス製の膜であり得る。

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、複数のガス孔３６ｂが下方に延びており、当該複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。また、支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口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４２及び流量制御器群４４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有している。バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。このプラズマ処理装置１０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、チャンバ本体１２内に供給することが可能である。

チャンバ１２ｃ内、且つ、支持部１５とチャンバ本体１２の側壁１２ｓ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、アルミニウム製の母材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。このバッフルプレート４８には、多数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方においては、排気管５２がチャンバ本体１２の底部に接続されている。この排気管５２には、排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１２ｃを減圧することができる。

プラズマ処理装置１０は、高周波電源部６０を更に備えている。高周波電源部６０は、下部電極１８に電気的に接続されている。この高周波電源部６０は、下部電極１８に供給されるバイアス用の出力波を生成する。高周波電源部６０によって生成される出力波は、基本周波数の高周波の正の電圧成分を低減させた出力波である。基本周波数は、一実施形態では、１．４ＭＨｚ以下であり得る。この高周波電源部６０の詳細については後述する。

一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２を更に備える。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有する高周波を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６３を介して上部電極３０に接続されている。整合器６３は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（この実施形態では上部電極３０側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６３を介して下部電極１８に接続されていてもよい。第１の高周波電源６２が下部電極１８に接続されている場合には、上部電極３０は接地電位に接続される。

一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、第２の高周波電源６４を更に備え得る。第２の高周波電源６４は、被加工物Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の第２の高周波を発生する電源である。第２の高周波の周波数は、第１の高周波の周波数よりも低く、且つ、高周波電源部６０によって生成される出力波の基本周波数よりも高い周波数を有する。第２の高周波の周波数は、３．２ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり得る。第２の高周波電源６４は、整合器６５を介して下部電極１８に接続されている。整合器６５は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。この第２の高周波電源６４を高周波電源部６０に加えて用いることにより、プロセスに応じて、高周波電源部６０からの出力波又は第２の高周波電源６４からのバイアス用の高周波を、下部電極１８に選択的に供給することが可能となる。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔ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１０の各部を制御する。具体的に、制御部Ｃｎｔ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１０の各部を制御する。これにより、プラズマ処理装置１０は、レシピデータによって指定されたプロセスを実行するようになっている。

このプラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理の実行の際には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースからのガスが、チャンバ１２ｃに供給される。また、排気装置５０によってチャンバ１２ｃが減圧される。そして、チャンバ１２ｃに供給されたガスが、第１の高周波電源６２からの高周波によって発生する高周波電界によって励起される。これにより、チャンバ１２ｃ内でプラズマが生成される。また、下部電極１８にバイアス用の出力波又は第２の高周波が選択的に供給される。これにより、プラズマ中のイオンが被加工物Ｗに向けて加速される。このように加速されたイオン、及び／又は、ラジカルによって、被加工物Ｗが処理される。

以下、高周波電源部６０の詳細について説明する。図２は、一実施形態に係る高周波電源部を示す図である。図２に示す高周波電源部６０Ａは、プラズマ処理装置１０の高周波電源部６０として採用され得る。高周波電源部６０Ａは、複数の高周波電源７０、複数の整合器７２、及び、合成器７４を有している。複数の高周波電源７０は、基本周波数のｎ倍又は２ｎ倍の互いに異なる周波数を有する複数の高周波をそれぞれ発生する。ここで、ｎは１以上の整数である。複数の高周波電源７０は、一実施形態では、基本周波数の高周波を発生する高周波電源、及び、基本周波数の２倍の周波数を有する高周波を発生する高周波電源を少なくとも含む。なお、複数の高周波電源７０の個数は２以上の任意の個数であり得る。

複数の高周波電源７０は、複数の整合器７２を介して合成器７４に接続されている。複数の整合器７２の各々は、複数の高周波電源７０のうち対応の高周波電源の出力インピーダンスと負荷側のインピーダンスとを整合させるための回路を有している。合成器７４は、複数の高周波電源７０から複数の整合器７２を介して伝送される複数の高周波を合成（即ち、加算）する。合成器７４は、複数の高周波を合成することによって生成した出力波（合成波）を、下部電極１８に供給する。

一実施形態において、高周波電源部６０Ａは、複数の位相検出器７６及び電源制御部７８を更に有し得る。複数の位相検出器７６は、複数の整合器７２と合成器７４との間に設けられている。複数の位相検出器７６の各々は、複数の高周波電源７０のうち対応の高周波電源から対応の整合器７２を介して伝送される高周波の位相を検出するよう構成されている。電源制御部７８は、予め設定された位相で高周波を出力させるよう、複数の高周波電源７０を制御する。また、電源制御部７８は、複数の位相検出器７６によって検出された位相に基づき、複数の高周波電源７０から出力される高周波の位相を予め設定された位相に設定するよう、複数の高周波電源７０を制御する。

この高周波電源部６０Ａは、上述した出力波として、疑似半波整流波を生成する。即ち、高周波電源部６０Ａは、複数の高周波の合成によって、基本周波数の高周波の正の電圧成分を低減させた出力波（合成波）を生成する。これにより、高周波電源部６０Ａは、半波整流波形に類似した波形を有する出力波（合成波）を生成する。この高周波電源部６０Ａは、複数の高周波電源７０からの高周波の電力の損失を抑制しつつ、出力波（合成波）を生成することが可能である。

図３は、図２に示す高周波電源部が生成可能な出力波を例示する図である。図３には、基本周波数の高周波ＲＦ１と当該基本周波数の２倍の周波数を有する高周波ＲＦ２の合成により生成される出力波（合成波）の電圧が示されている。高周波ＲＦ１及び高周波ＲＦ２は共に正弦波であり、高周波ＲＦ２の波高値（ピークツーピーク電圧）は高周波ＲＦ１の波高値ＶｐｐのＡ倍であり、高周波ＲＦ１と高周波ＲＦ２の位相差は２７０°である。図３において、横軸は時間を示しており、縦軸は出力波の電圧を示している。図３において、０Ｖより上方の電圧は正の電圧であり、０Ｖより下方の電圧は負の電圧である。なお、図３において、基本波とは、高周波ＲＦ１、即ち基本周波数の高周波を示している。図３に示すように、「Ａ」が０．２３以上０．４以下であれば、二つの高周波電源、即ち、基本周波数の高周波ＲＦ１を発生する高周波電源と基本周波数の２倍の周波数を有する高周波ＲＦ２を発生する高周波電源を用いることにより、半波整流波形を比較的良好に模した出力波（合成波）を生成することが可能である。

図４は、別の実施形態に係る高周波電源部を示す図である。図４に示す高周波電源部６０Ｂは、プラズマ処理装置１０の高周波電源部６０として採用され得る。高周波電源部６０Ｂは、高周波電源８０、整合器８２、及び、半波整流器８４を有している。高周波電源８０は、基本周波数の高周波を発生する。高周波電源８０には整合器８２が接続されている。整合器８２は、高周波電源８０の出力インピーダンスと負荷側のインピーダンスとを整合させるための回路を有している。また、整合器８２と下部電極１８との間のノードとグランドとの間には半波整流器８４が接続されている。半波整流器８４は、例えばダイオードから構成されている。ダイオードのアノードは整合器８２と下部電極１８との間のノードに接続されており、ダイオードのカソードはグランドに接続されている。なお、ダイオードのカソードとグランドとの間には、ダミー負荷８６が設けられていてもよい。ダミー負荷８６は、高周波を熱に変換する素子であり得る。

図５は、高周波電源部によって生成される出力波を例示する図である。図５において、横軸は時間を示しており、縦軸は出力波の電圧を示している。図５において、０Ｖより上方の電圧は正の電圧であり、０Ｖより下方の電圧は負の電圧である。なお、図５において、基本波とは、高周波電源８０が出力する高周波である。高周波電源部６０Ｂでは、高周波電源８０によって生成される高周波の電圧が正の電圧であるときに、半波整流器８４の整流作用により、高周波はグランドに導かれる。一方、高周波電源８０によって生成される高周波の電圧が負の電圧であるときには、高周波は下部電極１８に供給される。したがって、高周波電源部６０Ｂによれば、図５に示す半波整流波形を有する出力波、即ち、正の電圧成分が略完全に除去された出力波（半波）を生成することが可能である。

以上説明したプラズマ処理装置１０によれば、正の電圧成分を低下させた出力波が下部電極１８に供給されるので、チャンバ１２ｃ内において生成されるプラズマの電位が低くなる。したがって、プラズマとチャンバ本体１２との間の電位差が低くなる。結果的に、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーが低くなる。故に、チャンバ本体１２からのパーティクルの発生が抑制される。また、高周波電源部６０の出力波の周波数（基本周波数）を低くすることにより、チャンバ本体に照射されるイオンのエネルギーを低くしつつ、被加工物に照射されるイオンのエネルギーを高めることが可能である。

以下、実施形態のプラズマ処理装置の評価のために行った幾つかのシミュレーションについて説明する。以下に説明するシミュレーションでは、高周波電源部６０及び第１の高周波電源６２が下部電極１８に接続され、高周波電源部６０として高周波電源部６０Ｂを有するプラズマ処理装置に関する計算を行った。

まず、シミュレーション＃１及びシミュレーション＃２について説明する。シミュレーション＃１及びシミュレーション＃２では、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ：Ｉｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）、及び、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）を求めた。シミュレーション＃１では、高周波電源部６０から４００ｋＨｚの基本周波数の出力波ＬＦ１（半波）が下部電極に供給される設定で計算を行った。シミュレーション＃２では４００ｋＨｚの周波数の高周波ＬＦ２（正弦波）が下部電極に供給される設定で計算を行った。また、シミュレーション＃１における出力波ＬＦ１（半波）のＶｐｐ及びシミュレーション＃２における高周波ＬＦ２（正弦波）のＶｐｐを、双方のシミュレーションにおいて被加工物Ｗに照射されるイオンの最大エネルギーが同等になるように設定した。なお、シミュレーション＃１及びシミュレーション＃２のその他の設定は以下に示す共通の設定であった。ここで、Ａ／Ｃ比は、チャンバに接するアノードの面積をチャンバに接するカソードの面積で除した値である。

＜シミュレーション＃１〜＃２の共通の設定＞
・チャンバ１２ｃの直径：３０ｍｍ
・上部電極３０と載置台１６との間の距離：２０ｍｍ
・チャンバ１２ｃの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
・Ａ／Ｃ比：７
・チャンバ１２ｃに供給されるガスの分子量：４０
・第１の高周波電源６２の高周波の周波数：１００ＭＨｚ

図６の（ａ）に、シミュレーション＃１において計算した被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布を、図６の（ｂ）に、シミュレーション＃１において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す。図７の（ａ）に、シミュレーション＃２において計算した被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布を、図７の（ｂ）に、シミュレーション＃２において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す。

図６の（ａ）及び図７の（ａ）に示すように、シミュレーション＃１において被加工物Ｗに照射されるイオンの最大エネルギーとシミュレーション＃２において被加工物Ｗに照射されるイオンの最大エネルギーは略同等である。したがって、高周波電源部６０からバイアス用の高周波として下部電極１８に供給する出力波ＬＦ１（半波）のＶｐｐを調整することにより、当該出力波ＬＦ１（半波）の基本周波数と同じ周波数の正弦波である高周波ＬＦ２（正弦波）を下部電極１８に供給する場合に被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギーと同等のエネルギーを有するイオンを被加工物Ｗに照射することが可能であることが確認された。また、図６の（ｂ）と図７の（ｂ）を比較すると、シミュレーション＃１においてチャンバ本体１２に照射されたイオンのエネルギーの最大値は、シミュレーション＃２においてチャンバ本体１２に照射されたイオンのエネルギーの最大値よりも相当に低くなっていた。したがって、高周波電源部６０からの出力波ＬＦ１（半波）をバイアス用の高周波として下部電極１８に供給することにより、当該出力波ＬＦ１（半波）の基本周波数と同じ周波数の正弦波である高周波ＬＦ２を下部電極１８に供給する場合に比して、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーを大きく低下させることが可能であることが確認された。

次いで、シミュレーション＃３及びシミュレーション＃４について説明する。シミュレーション＃３では、シミュレーション＃１の設定から第１の高周波電源６２のプラズマ生成用の高周波の周波数を５０ＭＨｚに変更して、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）、及び、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）を求めた。また、シミュレーション＃４では、シミュレーション＃２の設定から第１の高周波電源６２のプラズマ生成用の高周波の周波数を５０ＭＨｚに変更して、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）、及び、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）を求めた。

図８の（ａ）に、シミュレーション＃３において計算した被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布を、図８の（ｂ）に、シミュレーション＃３において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す。図９の（ａ）に、シミュレーション＃４において計算した被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布を、図９の（ｂ）に、シミュレーション＃４において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す。

図８の（ａ）及び図９の（ａ）に示すように、シミュレーション＃３において被加工物Ｗに照射されたイオンのエネルギーの最大値は、シミュレーション＃４において被加工物Ｗに照射されたイオンのエネルギーの最大値と同等であった。また、図８の（ｂ）と図９の（ｂ）を比較すると、シミュレーション＃３においてチャンバ本体１２に照射されたイオンのエネルギーの最大値は、シミュレーション＃４においてチャンバ本体１２に照射されたイオンのエネルギーの最大値よりも相当に低くなっていた。したがって、シミュレーション＃１〜＃４の結果から、高周波電源部６０の効果、即ち、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギーの低下を抑制し、且つ、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーを低下させるという効果は、第１の高周波電源６２のプラズマ生成用の高周波の周波数に略依存しないことが確認された。

次に、シミュレーション＃５及びシミュレーション＃６について説明する。シミュレーション＃５では、シミュレーション＃１と同様の設定で、被加工物Ｗに入射するイオンの入射角を求めた。また、シミュレーション＃６では、シミュレーション＃２と同様の設定で、被加工物Ｗに入射するイオンの入射角を求めた。

図１０に、シミュレーション＃５及びシミュレーション＃６において求めたイオンの入射角を示す。図１０において、横軸は、高周波電源部６０の出力波ＬＦ１（半波）の周期及び高周波ＬＦ２（正弦波）の周期を示しており、縦軸はイオンの入射角を示している。なお、被加工物Ｗに垂直に入射するイオンの入射角は０°である。図１０に示すように、高周波電源部６０からの出力波ＬＦ１（半波）をバイアス用の高周波として下部電極１８に供給することにより、当該出力波ＬＦ１（半波）の基本周波数と同じ周波数の正弦波である高周波ＬＦ２を下部電極１８に供給する場合に比して、被加工物Ｗに対するイオンの入射角をより垂直に近づけることが可能であることが確認された。

次に、シミュレーション＃７及びシミュレーション＃８について説明する。シミュレーション＃７では、シミュレーション＃１の設定からチャンバ１２ｃに供給されるガスの分子量を１６０に変更して、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）、及び、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）を求めた。シミュレーション＃８では、シミュレーション＃２の設定からチャンバ１２ｃに供給されるガスの分子量を１６０に変更し、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）、及び、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）を求めた。

図１１の（ａ）に、シミュレーション＃７において計算した被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布を、図１１の（ｂ）に、シミュレーション＃７において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す。図１２の（ａ）に、シミュレーション＃８において計算した被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布を、図１２の（ｂ）に、シミュレーション＃８において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す。

図１１の（ａ）及び図１２の（ａ）に示すように、シミュレーション＃７において被加工物Ｗに照射されたイオンのエネルギーの最大値は、シミュレーション＃８において被加工物Ｗに照射されたイオンのエネルギーの最大値と略同等であった。また、図１１の（ｂ）と図１２の（ｂ）を比較すると、シミュレーション＃７においてチャンバ本体１２に照射されたイオンのエネルギーの最大値は、シミュレーション＃８においてチャンバ本体１２に照射されたイオンのエネルギーの最大値よりも相当に低くなっていた。したがって、シミュレーション＃１〜＃２及びシミュレーション＃７〜＃８の結果から、高周波電源部６０の効果、即ち、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギーの低下を抑制し、且つ、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーを低下させるという効果は、ガスの分子量に略依存しないことが確認された。

次に、シミュレーション＃９〜＃１４について説明する。シミュレーション＃９〜＃１１ではそれぞれ、シミュレーション＃１の設定からＡ／Ｃ比を、３．５、７、１０に変更して、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）、及び、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）を求めた。シミュレーション＃１２〜＃１４では、シミュレーション＃２の設定からＡ／Ｃ比を、３．５、７、１０に変更して、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）、及び、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）を求めた。そして、シミュレーション＃９〜＃１４のそれぞれにおいて、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギーの最大値Ｅ１を、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーの最大値Ｅ２で除した値、即ち、Ｅ１／Ｅ２を求めた。なお、Ｅ１／Ｅ２が大きいほど、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギーが高く、且つ、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーは低い。また、一般的には、Ａ／Ｃ比が小さいほど、プラズマの電位が高くなるので、Ｅ１／Ｅ２は小さくなる傾向がある。

シミュレーション＃９〜＃１４の結果を、図１３の表に示す。図１３に示すように、シミュレーション＃９〜＃１１において求めたＥ１／Ｅ２は、シミュレーション＃１２〜＃１４において求めたＥ１／Ｅ２よりも相当に大きかった。即ち、下部電極１８に供給するバイアス用の高周波として高周波電源部６０からの出力波ＬＦ１（半波）を用いたシミュレーション＃９〜＃１１では、当該出力波ＬＦ１（半波）の基本周波数と同じ周波数の正弦波である高周波ＬＦ２を下部電極１８に供給する場合（シミュレーション＃１２〜＃１４）に比して、Ｅ１／Ｅ２を相当に大きかった。したがって、高周波電源部６０の効果、即ち、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギーの低下を抑制し、且つ、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーを低下させるという効果は、Ａ／Ｃ比が相当に小さくても、発揮されることが確認された。このことから、Ａ／Ｃ比を大きくすることが困難なプラズマ処理装置、例えば、プラズマ生成用の高周波が上部電極３０に供給されるプラズマ処理装置においても、高周波電源部６０の効果が発揮されることが確認された。

次に、シミュレーション＃１５〜シミュレーション＃３０について説明する。シミュレーション＃１５〜シミュレーション＃１８では、シミュレーション＃１の設定から高周波電源部６０の出力波ＬＦ１（半波）の基本周波数を０．４ＭＨｚ、０．８ＭＨｚ、１．６ＭＨｚ、３．２ＭＨｚにそれぞれ変更して、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーの最大値Ｅｈを求めた。シミュレーション＃１９〜＃２２では、シミュレーション＃１の設定からガスの分子量を１６０に変更し、高周波電源部６０の出力波ＬＦ１（半波）の基本周波数を０．４ＭＨｚ、０．８ＭＨｚ、１．６ＭＨｚ、３．２ＭＨｚにそれぞれ変更して、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーの最大値Ｅｈを求めた。シミュレーション＃２３〜シミュレーション＃２６では、シミュレーション＃２の設定から高周波ＬＦ２（正弦波）の周波数を０．４ＭＨｚ、０．８ＭＨｚ、１．６ＭＨｚ、３．２ＭＨｚにそれぞれ変更して、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーの最大値Ｅｆを求めた。シミュレーション＃２７〜シミュレーション＃３０では、シミュレーション＃２の設定からガスの分子量を１６０に変更し、高周波ＬＦ２（正弦波）の周波数を０．４ＭＨｚ、０．８ＭＨｚ、１．６ＭＨｚ、３．２ＭＨｚにそれぞれ変更して、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーの最大値Ｅｆを求めた。そして、シミュレーション＃１５のＥｈをシミュレーション＃２３のＥｆで除した値、シミュレーション＃１６のＥｈをシミュレーション＃２４のＥｆで除した値、シミュレーション＃１７のＥｈをシミュレーション＃２５のＥｆで除した値、シミュレーション＃１８のＥｈをシミュレーション＃２６のＥｆで除した値、シミュレーション＃１９のＥｈをシミュレーション＃２７のＥｆで除した値、シミュレーション＃２０のＥｈをシミュレーション＃２８のＥｆで除した値、シミュレーション＃２１のＥｈをシミュレーション＃２９のＥｆで除した値、及び、シミュレーション＃２２のＥｈをシミュレーション＃３０のＥｆで除した値を求めた。

図１４に結果を示す。図１４のグラフにおいて、横軸は出力波ＬＦ１（半波）の基本周波数及び高周波ＬＦ２（正弦波）の周波数を表しており、縦軸は、Ｅｈ／Ｅｆを表している。なお、Ｅｈ／Ｅｆが１より小さければ、高周波電源部６０の効果が発揮されている。即ち、Ｅｈ／Ｅｆが１より小さければ、高周波電源部６０からの出力波ＬＦ１（半波）をバイアス用の高周波として下部電極１８に供給することにより、当該出力波の基本周波数と同じ周波数の正弦波である高周波ＬＦ２を下部電極１８に供給する場合に比して、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーが低下している。図１４を参照すると、バイアス用の出力波の基本周波数が１．４ＭＨｚ以下のときに、高周波電源部６０の効果が有利に発揮されることが確認された。

以下、実施形態のプラズマ処理装置の評価のために行ったシミュレーション＃３１及びシミュレーション＃３２について説明する。シミュレーション＃３１及びシミュレーション＃３２では、高周波電源部６０及び第１の高周波電源６２が下部電極１８に接続され、高周波電源部６０として高周波電源部６０Ａを有するプラズマ処理装置に関する計算を行った。シミュレーション＃３１及びシミュレーション＃３２においては、高周波電源部６０からの出力波として、基本周波数（４００ｋＨｚ）の高周波ＲＦ１と、当該基本周波数の２倍の周波数（８００ｋＨＺ）を有し且つ高周波ＲＦ１の波高値のＡ倍の波高値を有する高周波ＲＦ２との合成により生成される出力波（合成波）を用いた。高周波ＲＦ１と高周波ＲＦ２の位相は２７０°であった。シミュレーション＃３１では、高周波ＲＦ２の波高値は高周波ＲＦ１の波高値の０．２３倍であり、シミュレーション＃３２では、高周波ＲＦ２の波高値は高周波ＲＦ１の波高値の０．４倍であった。シミュレーション＃３１及びシミュレーション＃３２では、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）、及び、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）を求めた。なお、シミュレーション＃３１及びシミュレーション＃３２のその他の設定は以下に示す共通の設定であった。

＜シミュレーション＃３１〜＃３２の共通の設定＞
・チャンバ１２ｃの直径：３０ｍｍ
・上部電極３０と載置台１６との間の距離：２０ｍｍ
・チャンバ１２ｃの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
・Ａ／Ｃ比：７
・チャンバ１２ｃに供給されるガスの分子量：４０
・第１の高周波電源６２の高周波の周波数：１００ＭＨｚ

図１５の（ａ）に、シミュレーション＃３１において計算した被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布を、図１５の（ｂ）に、シミュレーション＃３１において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す。図１６の（ａ）に、シミュレーション＃３２において計算した被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布を、図１６の（ｂ）に、シミュレーション＃３２において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す。

図７の（ａ）、図１５の（ａ）、及び、図１６の（ａ）に示すように、シミュレーション＃３１において被加工物Ｗに照射されたイオンのエネルギーの最大値及びシミュレーション＃３２において被加工物Ｗに照射されたイオンのエネルギーの最大値は、シミュレーション＃２において被加工物Ｗに照射されたイオンのエネルギーの最大値と同等であった。また、図７の（ｂ）、図１５の（ｂ）、及び、図１６の（ｂ）を比較すると、シミュレーション＃３１においてチャンバ本体１２に照射されたイオンのエネルギーの最大値及びシミュレーション＃３２においてチャンバ本体１２に照射されたイオンのエネルギーの最大値は、シミュレーション＃２においてチャンバ本体１２に照射されたイオンのエネルギーの最大値よりも相当に低くなっていた。したがって、高周波電源部６０Ａが採用される場合にも、高周波電源部６０の効果、即ち、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギーの低下を抑制し、且つ、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーを低下させるという効果が発揮されることが確認された。

以下、高周波電源部６０として採用され得る幾つかの別の高周波電源部について説明する。以下に説明する幾つかの別の高周波電源部は、第１の出力波又は第２の出力波を選択的に出力するように構成されている。第１の出力波は、基本周波数の高周波の正の電圧成分を低減させた出力波である。第２の出力波は、基本周波数の高周波の負の電圧成分を低減させた出力波である。

図１７は、更に別の実施形態に係る高周波電源部を示す図である。図１７に示す高周波電源部６０Ｃは、プラズマ処理装置１０の高周波電源部６０として採用され得る。高周波電源部６０Ｃは、電源制御部７８に代えて電源制御部７８Ｃを有する点において高周波電源部６０Ａと異なっている。

高周波電源部６０Ｃは、第１の出力波又は第２の出力波を選択的に出力するように構成されている。第１の出力波は、高周波電源部６０Ａによって生成される上述の出力波と同一の出力波、即ち、複数の高周波電源７０から出力される複数の高周波の合成によって生成される出力波（合成波）であり、基本周波数の高周波の正の電圧成分を低減させた出力波である。第２の出力波は、複数の高周波電源７０から出力される複数の高周波の合成によって生成される出力波（合成波）であり、基本周波数の高周波の負の電圧成分を低減させた出力波である。

電源制御部７８Ｃは、制御部Ｃｎｔによって制御される。電源制御部７８Ｃは、制御部Ｃｎｔから第１の出力波を発生するよう制御されている場合には、第１の出力波の生成のために、当該第１の出力波用に予め設定された位相で高周波を出力させるよう、複数の高周波電源７０を制御する。また、電源制御部７８Ｃは、複数の位相検出器７６によって検出された位相に基づき、複数の高周波電源７０から出力される高周波の位相を第１の出力波用に予め設定された位相に設定するよう、複数の高周波電源７０を制御する。

なお、基本周波数の高周波ＲＦ１と当該基本周波数の２倍の周波数を有する高周波ＲＦ２の合成により第１の出力波（合成波）を生成する場合には、高周波ＲＦ１と高周波ＲＦ２の位相差は２７０°に設定され、高周波ＲＦ２の波高値は高周波ＲＦ１の波高値のＡ倍の波高値に設定される。「Ａ」は、０．２３以上０．４以下に設定される。

また、電源制御部７８Ｃは、制御部Ｃｎｔから第２の出力波を発生するよう制御されている場合には、第２の出力波の生成のために、当該第２の出力波用に予め設定された位相で高周波を出力させるよう、複数の高周波電源７０を制御する。また、電源制御部７８Ｃは、複数の位相検出器７６によって検出された位相に基づき、複数の高周波電源７０から出力される高周波の位相を第２の出力波用に予め設定された位相に設定するよう、複数の高周波電源７０を制御する。

図１８は、図１７に示す高周波電源部が生成可能な出力波を例示する図である。図１８には、基本周波数の高周波ＲＦ１と当該基本周波数の２倍の周波数を有する高周波ＲＦ２の合成により生成される第２の出力波（合成波）の電圧が示されている。高周波ＲＦ１及び高周波ＲＦ２は共に正弦波であり、高周波ＲＦ２の波高値（ピークツーピーク電圧）は高周波ＲＦ１の波高値ＶｐｐのＡ倍であり、高周波ＲＦ１と高周波ＲＦ２の位相差は９０°である。図１８において、横軸は時間を示しており、縦軸は第２の出力波の電圧を示している。図１８において、０Ｖより上方の電圧は正の電圧であり、０Ｖより下方の電圧は負の電圧である。なお、図１８において、基本波とは、高周波ＲＦ１、即ち基本周波数の高周波を示している。図１８に示すように、「Ａ」が０．２３以上０．４以下であれば、高周波電源部６０Ｃは、二つの高周波電源、即ち、基本周波数の高周波ＲＦ１を発生する高周波電源と基本周波数の２倍の周波数を有する高周波ＲＦ２を発生する高周波電源を用いることにより、負の電圧成分を除去した半波整流波形を比較的良好に模した第２の出力波（合成波）を生成することが可能である。

図１９は、更に別の実施形態に係る高周波電源部を示す図である。図１９に示す高周波電源部６０Ｄは、プラズマ処理装置１０の高周波電源部６０として採用され得る。高周波電源部６０Ｄは、半波整流器８５、スイッチ８８、及び、スイッチ８９を更に備えている点において高周波電源部６０Ｂと異なっている。

高周波電源部６０Ｄは、第１の出力波又は第２の出力波を選択的に出力するように構成されている。第１の出力波は、高周波電源部６０Ｂによって生成される上述の出力波と同一の出力波、即ち、高周波電源８０から出力される高周波の正の電圧成分を略除去した出力波（半波）である。第２の出力波は、高周波電源８０から出力される高周波の負の電圧成分を略除去した出力波（半波）である。

高周波電源部６０Ｄでは、整合器８２と下部電極１８との間のノードＮ１と半波整流器８４との間に、スイッチ８８が設けられている。スイッチ８８は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）から構成される。また、高周波電源部６０Ｄでは、整合器８２と下部電極１８との間の別のノードＮ２とグランドとの間に、半波整流器８５が接続されている。半波整流器８５は、例えばダイオードから構成されている。ダイオードのアノードはグランドに接続されており、ダイオードのカソードはスイッチ８９を介してノードＮ２に接続されている。スイッチ８９は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）から構成される。なお、半波整流器８５のダイオードのアノードとグランドとの間には、ダミー負荷８７が設けられていてもよい。ダミー負荷８７は、高周波を熱に変換する素子であり得る。

スイッチ８８及びスイッチ８９は制御部Ｃｎｔによって制御される。具体的には、高周波電源部６０Ｄに第１の出力波を出力させる場合には、ノードＮ１と半波整流器８４とを導通させ、ノードＮ２と半波整流器８５との接続を切断するよう、スイッチ８８及びスイッチ８９が制御される。また、高周波電源部６０Ｄに第２の出力波を出力させる場合には、ノードＮ１と半波整流器８４との接続を切断し、ノードＮ２と半波整流器８５とを導通させるよう、スイッチ８８及びスイッチ８９が制御される。

図２０は、図１９に示す高周波電源部によって生成される第２の出力波を例示する図である。図２０において、横軸は時間を示しており、縦軸は第２の出力波の電圧を示している。図２０において、０Ｖより上方の電圧は正の電圧であり、０Ｖより下方の電圧は負の電圧である。なお、図２０において、基本波とは、高周波電源８０が出力する高周波である。第２の出力波を発生するよう制御された高周波電源部６０Ｄでは、高周波電源８０によって生成される高周波の電圧が負の電圧であるときに、半波整流器８５の整流作用により、高周波はグランドに導かれる。一方、高周波電源８０によって生成される高周波の電圧が正の電圧であるときには、高周波は下部電極１８に供給される。したがって、高周波電源部６０Ｄによれば、図２０に示す半波整流波形を有する第２の出力波、即ち、負の電圧成分が略完全に除去された出力波（半波）を生成することが可能である。

以下、実施形態のプラズマ処理装置の評価のために行ったシミュレーション＃３３及びシミュレーション＃３４について説明する。シミュレーション＃３３及びシミュレーション＃３４では、高周波電源部６０及び第１の高周波電源６２が下部電極１８に接続され、高周波電源部６０として高周波電源部６０Ｄを有するプラズマ処理装置に関する計算を行った。シミュレーション＃３３及びシミュレーション＃３４では、高周波電源部６０から４００ｋＨｚの基本周波数の第２の出力波（半波）が下部電極に供給される設定で計算を行った。なお、シミュレーション＃３３では、シミュレーション＃２において被加工物Ｗに照射されたイオンの最大エネルギーと略同一のエネルギーのイオンが被加工物Ｗに照射されるよう、第２の出力波のＶｐｐ（波高値）を設定した。シミュレーション＃３４では、第２の出力波のＶｐｐを、シミュレーション＃３３の第２の出力波のＶｐｐよりも低いＶｐｐに設定した。シミュレーション＃３３及びシミュレーション＃３４では、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）、及び、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）を求めた。なお、シミュレーション＃３３及びシミュレーション＃３４のその他の設定は以下に示す共通の設定であった。

＜シミュレーション＃３３〜＃３４の共通の設定＞
・チャンバ１２ｃの直径：３０ｍｍ
・上部電極３０と載置台１６との間の距離：２０ｍｍ
・チャンバ１２ｃの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
・Ａ／Ｃ比：７
・チャンバ１２ｃに供給されるガスの分子量：４０
・第１の高周波電源６２の高周波の周波数：１００ＭＨｚ

図２１の（ａ）に、シミュレーション＃３３において計算した被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布を、図２１の（ｂ）に、シミュレーション＃３３において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す。図２２の（ａ）に、シミュレーション＃３４において計算した被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布を、図２２の（ｂ）に、シミュレーション＃３４において計算したチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギー分布を示す。

シミュレーション＃３３においては上述したように第２の出力波のＶｐｐ（波高値）を設定したので、図７の（ａ）及び図２１の（ａ）に示すように、シミュレーション＃３３において被加工物Ｗに照射されるイオンの最大エネルギーは、シミュレーション＃２において被加工物Ｗに照射されるイオンの最大エネルギーと略同等であった。一方、図７の（ｂ）と図２１の（ｂ）とを比較すると、シミュレーション＃３３においてチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーは、シミュレーション＃２においてチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーよりも相当に大きくなっていた。したがって、高周波電源部６０からの第２の出力波をバイアス用の高周波として下部電極１８に供給することにより、当該第２の出力波の基本周波数と同じ周波数の正弦波である高周波を下部電極１８に供給する場合に比して、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーを大きくすることが可能であることが確認された。

また、図７の（ａ）及び図２２の（ａ）に示すように、シミュレーション＃３４において被加工物Ｗに照射されるイオンの最大エネルギーはシミュレーション＃２において被加工物Ｗに照射されるイオンの最大エネルギーよりも相当に小さくなっていた。一方、図７の（ｂ）と図２２の（ｂ）とを比較すると、シミュレーション＃３４においてチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーは、シミュレーション＃２においてチャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーよりも相当に大きくなっていた。したがって、高周波電源部６０からの第２の出力波をバイアス用の高周波として下部電極１８に供給することにより、被加工物Ｗに照射されるイオンのエネルギーを小さくし、且つ、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーを大きくすることが可能であることが確認された。

以上のシミュレーション＃３３及びシミュレーション＃３４の結果から、第２の出力波の利用により、載置台１６に照射されるイオンのエネルギーを抑制しつつ、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーを高めることが可能であることが分かる。したがって、第２の出力波は、例えばウエハレスドライクリーニング、即ち、載置台１６上にダミーウエハを載置せずに行われるチャンバ本体１２の内壁面のクリーニングに利用可能である。

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、プラズマ処理装置１０は容量結合型のプラズマ処理装置であったが、高周波電源部６０は、誘導結合のプラズマ処理装置、又は、マイクロ波といった表面波を用いるプラズマ処理装置においても、利用することが可能である。

また、高周波電源部６０Ｃ及び高周波電源部６０Ｄは、第１の出力波又は第２の出力波を選択的に出力するよう構成されていたが、第２の出力波のみを出力するよう構成されていてもよい。第２の出力波のみを出力するように構成される場合に、高周波電源部６０Ｄからは、半波整流器８４、ダミー負荷８６、スイッチ８８、及び、スイッチ８９が取り除かれ、半波整流器８５はノードＮ２に直接的に接続される。

１０…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、１２ｃ…チャンバ、１６…載置台、１８…下部電極、２０…静電チャック、３０…上部電極、５０…排気装置、６０…高周波電源部、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、６０Ａ…高周波電源部、７０…高周波電源、７２…整合器、７４…合成器、７６…位相検出器、７８…電源制御部、６０Ｂ…高周波電源部、８０…高周波電源、８２…整合器、８４…半波整流器。

Claims (5)

1. チャンバを提供するチャンバ本体であり、接地電位に接続された該チャンバ本体と、
   下部電極を有し、前記チャンバ内に設けられた載置台と、
   前記下部電極に電気的に接続された高周波電源部であり、前記下部電極に供給されるバイアス用の出力波を生成する、該高周波電源部と、
   を備え、
   前記高周波電源部は、基本周波数の高周波の正の電圧成分を低減させた前記出力波を発生するよう構成されており、
   前記高周波電源部は、
   前記基本周波数のｎ倍又は２ｎ倍の互いに異なる周波数を有する複数の高周波をそれぞれ発生する複数の高周波電源であり、ｎは１以上の整数である、該複数の高周波電源と、
   前記複数の高周波を合成して前記出力波を生成する合成器と、
   を有する、
   プラズマ処理装置。
2. 前記プラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置であり、
   前記下部電極の上方に設けられた上部電極と、
   前記上部電極に接続された第１の高周波電源であり、プラズマ生成用の高周波を発生する、該第１の高周波電源と、
   を更に備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記基本周波数は、１．４ＭＨｚ以下である、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記下部電極に接続された第２の高周波電源であり、前記基本周波数よりも高い周波数のバイアス用の高周波を発生する、該第２の高周波電源を更に備える、請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記高周波電源部は、前記出力波である第１の出力波又は前記基本周波数の高周波の負の電圧成分を低減させた第２の出力波を選択的に前記下部電極に供給するよう構成されている、請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。