JP6846384B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の高周波電源を制御する方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の高周波電源を制御する方法 Download PDF

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Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の高周波電源を制御する方法に関するものである。
電子デバイスの製造においてはプラズマエッチングが基板に対して実行される。プラズマエッチングは、プラズマ処理装置を用いて実行される。プラズマ処理装置は、チャンバ、支持台、及び高周波電源を備える。支持台は、下部電極を含み、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、バイアス高周波電力を下部電極に供給するように構成されている。このようなプラズマ処理装置については、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されている。
プラズマエッチングでは、プラズマから基板に引き込まれるイオンのエネルギーが、バイアス高周波電力の電力レベルによって調整される。したがって、エッチングレートは、バイアス高周波電力の電力レベルによって調整される。
特開２０１４−１８６９９４号公報 特開２００３−１２４２０１号公報
プラズマエッチングにおいては、エッチングレートの制御性を向上させることが望まれている。
一つの例示的実施形態において、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、基板支持台、高周波電源、及び制御部を備える。基板支持台は、下部電極を含み、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、下部電極にバイアス高周波電力を供給するように構成されている。制御部は、高周波電源を制御するように構成されている。基板支持台上には、フォーカスリングが基板を囲むように搭載される。制御部は、バイアス高周波電力の電力レベルと下部電極へのバイアス高周波電力の供給により生じるフォーカスリングの直流電位との関係を規定するテーブル又は関数を用いて、フォーカスリングの直流電位の指定値に対応するバイアス高周波電力の電力レベルを特定するよう構成されている。制御部は、チャンバ内でのプラズマの生成中に、特定された電力レベルを有するバイアス高周波電力を下部電極に供給するように高周波電源を制御する。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、エッチングレートの制御性が向上される。
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。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の支持台とフォーカスリングの一部拡大断面図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の高周波電源を制御する方法を示す流れ図である。 バイアス高周波電力の電力レベルとエッチングレートとの関係の一例を示すグラフである。 フォーカスリングの直流電位とエッチングレートとの関係の一例を示すグラフである。 バイアス高周波電力の電力レベルと下部電極へのバイアス高周波電力の供給により生じるフォーカスリングの直流電位との関係の一例を示すグラフである。 一つの例示的実施形態に係る、フォーカスリングの直流電位とバイアス高周波電力の電力レベルとの関係を規定するテーブル又は関数の作成方法を示す流れ図である。
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、基板支持台、高周波電源、及び制御部を備える。基板支持台は、下部電極を含み、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、下部電極にバイアス高周波電力を供給するように構成されている。制御部は、高周波電源を制御するように構成されている。基板支持台上には、フォーカスリングが基板を囲むように搭載される。制御部は、テーブル又は関数を用いて、フォーカスリングの直流電位の指定値に対応するバイアス高周波電力の電力レベルを特定するよう構成されている。テーブル又は関数は、バイアス高周波電力の電力レベルと下部電極へのバイアス高周波電力の供給により生じるフォーカスリングの直流電位との関係を規定する。制御部は、チャンバ内でのプラズマの生成中に、特定された電力レベルを有するバイアス高周波電力を下部電極に供給するように高周波電源を制御する。
エッチングレートは、バイアス高周波電力の電力レベルの増加に応じて上昇する。バイアス高周波電力の電力レベルは、エッチングレートに対して非線形の関係を有する。一方、プラズマの生成中にバイアス高周波電力が供給されることにより生じるフォーカスリングの直流電位は、基板の直流電位と略同一の電位であり、エッチングレートと略線形の比例関係にある。一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置では、バイアス高周波電力の電力レベルが、エッチングレートと略線形の比例関係を有するフォーカスリングの直流電位に基づいて決定される。したがって、このプラズマ処理装置によれば、エッチングレートの制御性が向上される。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、測定回路を更に備えていてもよい。測定回路は、フォーカスリングの直流電位を表す測定値を取得するよう構成されている。制御部は、チャンバ内でのプラズマの生成中に、指定値と測定値から決定されるフォーカスリングの直流電位との間の差を減少させるよう、バイアス高周波電力の電力レベルを調整する。同一の電力レベルを有するバイアス高周波電力が下部電極に与えられても、例えばプラズマ処理装置の状態の変化により、フォーカスリングの直流電位が変化することがある。この実施形態によれば、測定値から得られる実際のフォーカスリングの直流電位と指定値との差を減少させるように、バイアス高周波電力の電力レベルが調整される。したがって、所望のエッチングレートが高精度に実現される。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、フォーカスリングに選択的に接続されるように構成された直流電源を更に備えていてもよい。この実施形態によれば、直流電圧をフォーカスリングに印加することが可能である。また、測定値を測定する場合には、直流電源をフォーカスリングから電気的に切り離すことが可能である。
一つの例示的実施形態において、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ってもよい。
別の例示的実施形態において、プラズマ処理装置の高周波電源を制御する方法が提供される。この方法は、フォーカスリングの直流電位の指定値に対応するバイアス高周波電力の電力レベルを特定する工程を含む。バイアス高周波電力の電力レベルは、バイアス高周波電力の電力レベルと基板支持台の下部電極へのバイアス高周波電力の供給により生じるフォーカスリングの直流電位との関係を規定するテーブル又は関数を用いて、特定される。基板支持台はプラズマ処理装置のチャンバ内に設けられており、フォーカスリングは基板支持台上で基板を囲むように搭載される。この方法は、チャンバ内でのプラズマの生成中に、特定された電力レベルを有するバイアス高周波電力を下部電極に供給するように高周波電源を制御する工程を更に含む。
一つの例示的実施形態において、方法は、チャンバ内でのプラズマの生成中に、バイアス高周波電力の電力レベルを調整する工程を更に含む。バイアス高周波電力の電力レベルは、指定値とフォーカスリングの直流電位を表す測定値から決定されるフォーカスリングの直流電位との間の差を減少させるように、調整される。
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装置を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１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。一実施形態において、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の中に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ本体１２は電気的に接地されている。チャンバ本体１２の内壁面、即ち、内部空間１０ｓ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製の膜であり得る。
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。この通路１２ｐの開閉のために、ゲートバルブ１２ｇがチャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
内部空間１０ｓの中には、基板支持台、即ち支持台１６が設けられている。支持台１６は、チャンバ１０内に設けられている。支持台１６は、その上に載置された基板Ｗを支持するように構成されている。支持台１６は、支持部１５によって支持されている。支持部１５は、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いる。支持部１５は、石英といった絶縁材料から形成されている。
支持台１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を有し得る。支持台１６は、電極プレート２１を更に有していてもよい。電極プレート２１は、アルミニウムといった導電性材料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２１上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムといった導電性材料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２１に電気的に接続されている。
下部電極１８内には、流路１８ｆが形成されている。流路１８ｆは、熱交換媒体用の流路である。熱交換媒体としては、液状の冷媒、或いは、その気化によって下部電極１８を冷却する冷媒（例えば、フロン）が用いられる。流路１８ｆには、熱交換媒体の循環装置（例えば、チラーユニット）が接続されている。この循環装置は、チャンバ１０の外部に設けられている。流路１８ｆには、循環装置から配管２３ａを介して熱交換媒体が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２３ｂを介して循環装置に戻される。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。基板Ｗは、内部空間１０ｓの中で処理されるときには、静電チャック２０上に載置され、静電チャック２０によって保持される。静電チャック２０は、本体及び電極を有している。静電チャック２０の本体は、誘電体から形成されている。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有している。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の電極には、直流電源が電気的に接続されている。直流電源から静電チャック２０の電極に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。
プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２５を更に備え得る。ガス供給ライン２５は、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（下面）との間に供給する。
プラズマ処理装置１は、筒状部２８及び絶縁部２９を更に備え得る。筒状部２８は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。筒状部２８は、支持部１５の外周に沿って延在している。筒状部２８は、導電性材料から形成されており、略円筒形状を有している。筒状部２８は、電気的に接地されている。絶縁部２９は、筒状部２８上に設けられている。絶縁部２９は、絶縁性を有する材料から形成されている。絶縁部２９は、例えば石英といったセラミックから形成されている。絶縁部２９は、略円筒形状を有している。絶縁部２９は、電極プレート２１の外周、下部電極１８の外周、及び静電チャック２０の外周に沿って延在している。
以下、図１と共に図２を参照する。図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の支持台とフォーカスリングの一部拡大断面図である。支持台１６は、搭載領域２０ｒを有している。搭載領域２０ｒ上には、フォーカスリングＦＲが搭載される。搭載領域２０ｒは、一例では、静電チャック２０の外周領域である。フォーカスリングＦＲは、略環状板形状を有している。フォーカスリングＦＲは、導電性を有する。フォーカスリングＦＲは、例えばシリコン又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成されている。基板Ｗは、円盤形状を有し、静電チャック２０上、且つ、フォーカスリングＦＲによって囲まれた領域内に、配置される。即ち、フォーカスリングＦＲは、支持台１６上に載置された基板Ｗのエッジを囲む。
図１に示すように、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、支持台１６の上方に設けられている。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の下面は、内部空間１０ｓを画成している。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の各々は、天板３４を板厚方向（鉛直方向）に貫通している。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形成されている。或いは、天板３４は、アルミニウム製の部材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。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製の膜であり得る。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持している。支持体３６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されている。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは、複数のガス孔３６ｂが下方に延びている。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、ガス導入ポート３６ｃが形成されている。ガス導入ポート３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入ポート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、ガスソース群４０が、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して接続されている。ガスソース群４０、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３は、ガス供給部を構成している。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、複数のバルブ（例えば開閉バルブ）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、内部空間１０ｓに供給することが可能である。
筒状部２８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、アルミニウム製の部材に酸化イットリウム等のセラミック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、自動圧力制御弁といった圧力制御器、及び、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、内部空間１０ｓの中の圧力を減圧することができる。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、高周波電源６１を更に備え得る。高周波電源６１は、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦを発生する電源である。高周波電力ＨＦは、２７〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば４０ＭＨｚ又は６０ＭＨｚの周波数を有する。高周波電源６１は、高周波電力ＨＦを下部電極１８に供給するために、整合器６３及び電極プレート２１を介して下部電極１８に接続されている。整合器６３は、高周波電源６１の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための整合回路を有している。なお、高周波電源６１は、下部電極１８に電気的に接続されていなくてもよく、整合器６３を介して上部電極３０に接続されていてもよい。
プラズマ処理装置１は、高周波電源６２を更に備えている。高周波電源６２は、基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス高周波電力、即ち高周波電力ＬＦを発生する電源である。高周波電力ＬＦの周波数は、高周波電力ＨＦの周波数よりも低い。高周波電力ＬＦの周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。高周波電源６２は、高周波電力ＬＦを下部電極１８に供給するために、整合器６４及び電極プレート２１を介して下部電極１８に接続されている。整合器６４は、高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための整合回路を有している。
このプラズマ処理装置１では、内部空間１０ｓにガスが供給される。そして、高周波電力ＨＦ及び高周波電力ＬＦ、又は高周波電力ＬＦが供給されることにより、内部空間１０ｓの中でガスが励起される。その結果、内部空間１０ｓの中でプラズマが生成される。生成されたプラズマからのイオン及び／又はラジカルといった化学種により、基板Ｗが処理される。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、測定回路７０を更に備え得る。測定回路７０は、電圧センサ７０ｖを有する。測定回路７０は、高周波電力ＬＦの給電ライン及び電極プレート２１を介して下部電極１８に電気的に接続されている。図２に示すように、下部電極１８は、導体２２を介してフォーカスリングＦＲに電気的に接続されている。なお、測定回路７０は、高周波電力ＬＦの給電ライン、電極プレート２１、及び下部電極１８のうち一つ以上を介さずに、フォーカスリングＦＲに電気的に接続されていてもよい。例えば、測定回路７０は、別の電気的パスを介してフォーカスリングＦＲに接続されていてもよい。
測定回路７０は、電圧センサ７０ｖを有している。測定回路７０は、電流センサ７０ｉを更に有していてもよい。一実施形態では、測定回路７０は、分圧回路を有している。一例において、分圧回路は抵抗分圧回路である。電圧センサ７０ｖは、抵抗分圧回路の二つの抵抗の間のノードに接続されている。電圧センサ７０ｖは、当該ノードにおける電圧の測定値、即ち、フォーカスリングＦＲの直流電位を表す測定値（以下、「電位測定値」という）を取得するように構成されている。電圧センサ７０ｖによって取得された電位測定値は、後述する制御部ＭＣに送信される。
測定回路７０は、電流センサ７０ｉを更に有し得る。電流センサ７０ｉは、フォーカスリングＦＲと測定回路７０とを接続する電気的パスを流れる電流の測定値（以下、「電流測定値」という）を取得するように構成されている。電流センサ７０ｉによって取得された電流測定値は、制御部ＭＣに送信される。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、直流電源７２を更に備え得る。直流電源７２は、フォーカスリングＦＲに負極性の直流電圧を印加するように構成されている。直流電源７２から負極性の直流電圧をフォーカスリングＦＲに印加することにより、フォーカスリングＦＲの上方におけるシース（プラズマシース）の厚みが調整される。その結果、基板Ｗのエッジに対するイオンの入射方向が調整される。
測定回路７０及び直流電源７２は、フォーカスリングＦＲに選択的に接続されるように構成されている。そのために、プラズマ処理装置１は、一以上のスイッチング素子を備えている。一実施形態では、プラズマ処理装置１は、測定回路７０及び直流電源７２のうち一方をフォーカスリングＦＲに選択的に接続するために、スイッチング素子７０ｓ及びスイッチング素子７２ｓを備えている。スイッチング素子７０ｓ及びスイッチング素子７２ｓの各々は、例えば電界効果トランジスタであり得る。スイッチング素子７０ｓが導通状態になると、測定回路７０の分圧回路のグランドとは反対側の端部が、フォーカスリングＦＲに接続される。スイッチング素子７２ｓが導通状態になると、直流電源７２がフォーカスリングＦＲに接続される。スイッチング素子７０ｓ及びスイッチング素子７２ｓは、スイッチング素子７０ｓ及びスイッチング素子７２ｓのうち一方が導通状態にあるときに、他方が非道通状態になるよう、制御部ＭＣによって制御される。
プラズマ処理装置１は、高周波遮断フィルタ７４を更に備え得る。高周波遮断フィルタ７４は、測定回路７０及び直流電源７２に高周波電力が流入することを防止するために設けられている。高周波遮断フィルタ７４は、例えばコンデンサを有する。高周波遮断フィルタ７４のコンデンサの一端は、フォーカスリングＦＲと測定回路７０の分圧回路との間、且つ、フォーカスリングＦＲと直流電源７２との間の電気的パスに接続されている。高周波遮断フィルタ７４のコンデンサの他端は、グランドに接続されている。
プラズマ処理装置１は、制御部ＭＣを更に備える。制御部ＭＣ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１の各部を制御する。具体的に、制御部ＭＣ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１の各部を制御する。制御部ＭＣによる制御により、プラズマ処理装置１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ことができる。また、制御部ＭＣによる制御により、プラズマ処理装置１は、種々の実施形態に係る方法を実行することができる。
以下、図３を参照しつつ、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を制御する方法について説明する。また、制御部ＭＣによるプラズマ処理装置１の各部の制御について、説明する。図３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を制御する方法を示す流れ図である。
図３に示す方法ＭＴは、工程ＳＴ１で開始する。工程ＳＴ１では、制御部ＭＣは、テーブル又は関数を用いて、フォーカスリングＦＲの直流電位の指定値に対応する高周波電力ＬＦの電力レベルを特定する。フォーカスリングＦＲの直流電位の指定値は、制御部ＭＣに対してオペレータによって入力されてもよい。或いは、フォーカスリングＦＲの直流電位の指定値は、レシピデータの一部として制御部ＭＣの記憶装置に記憶されていてもよい。制御部ＭＣによって用いられるテーブル又は関数は、高周波電力ＬＦの電力レベルと下部電極１８への高周波電力ＬＦの供給により生じるフォーカスリングＦＲの直流電位との関係を規定する。テーブル又は関数は、予め制御部ＭＣに与えられている。フォーカスリングＦＲの直流電位と高周波電力ＬＦの電力レベルとの関係を規定するテーブル又は関数の作成方法については、後述する。
方法ＭＴでは、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３の実行中には、測定回路７０がフォーカスリングＦＲに接続され、直流電源７２はフォーカスリングＦＲから電気的に切り離される。工程ＳＴ２では、プラズマが生成される。工程ＳＴ２では、ガスをチャンバ１０内に供給するように、ガス供給部が制御部ＭＣによって制御される。工程ＳＴ２では、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するように、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ２では、工程ＳＴ１において特定された電力レベルを有する高周波電力ＬＦを下部電極１８に供給するように、高周波電源６２が制御部ＭＣによって制御される。工程ＳＴ２では、高周波電力ＨＦを下部電極１８（又は上部電極３０）に供給するように、高周波電源６１が制御部ＭＣによって制御されてもよい。
続く工程ＳＴ３は、プラズマの生成中に実行される。工程ＳＴ３では、工程ＳＴ２からプラズマが継続的に生成され得る。工程ＳＴ３では、測定回路７０によってフォーカスリングＦＲの直流電位を表す電位測定値が取得される。工程ＳＴ３では、指定値と電位測定値から決定されるフォーカスリングＦＲの直流電位との間の差を減少させるために、高周波電力ＬＦの電力レベルを調整するよう、高周波電源６２が制御部ＭＣによって制御される。
以下、図４〜図６を参照する。図４は、バイアス高周波電力の電力レベルとエッチングレートとの関係の一例を示すグラフである。図４において、横軸は、バイアス高周波電力（高周波電力ＬＦ）の電力レベルを示しており、縦軸はエッチングレートを示している。
図５は、フォーカスリングの直流電位とエッチングレートとの関係の一例を示すグラフである。図５において、横軸は、フォーカスリングＦＲの直流電位を示しており、縦軸はエッチングレートを示している。図６は、バイアス高周波電力の電力レベルと下部電極へのバイアス高周波電力の供給により生じるフォーカスリングの直流電位との関係の一例を示すグラフである。
図４及び図５に示すグラフを得るために、高周波電力ＬＦの電力レベルを種々の値の各々に設定した状態で、プラズマ処理装置１を用いて、シリコン酸化膜に対するプラズマエッチングを実行した。高周波電力ＬＦの周波数は、１３ＭＨｚであった。プラズマエッチングにおいては、フルオロカーボンガスをチャンバ１０内に供給し、チャンバ１０内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ）に設定した。また、プラズマエッチングにおいては、高周波電力ＨＦの周波数、電力レベルをそれぞれ、４０ＭＨｚ、５００Ｗに設定した。そして、高周波電力ＬＦの電力レベルとシリコン酸化膜のエッチングレートとの関係を求めた。図４は、求めた高周波電力ＬＦの電力レベルとシリコン酸化膜のエッチングレートとの関係を示している。また、プラズマエッチングの実行中に、測定回路７０の電圧センサ７０ｖを用いてフォーカスリングＦＲの直流電位を求めた。そして、フォーカスリングＦＲの直流電位とシリコン酸化膜のエッチングレートとの関係を求めた。また、高周波電力ＬＦの電力レベルとフォーカスリングＦＲの直流電位との関係を求めた。図５は、求めたフォーカスリングＦＲの直流電位とシリコン酸化膜のエッチングレートとの関係を示している。図６は、求めた高周波電力ＬＦの電力レベルとフォーカスリングＦＲの直流電位との関係を示している。
図４に示すように、エッチングレートは、バイアス高周波電力、即ち高周波電力ＬＦの電力レベルの増加に応じて上昇する。図４に示すように、高周波電力ＬＦの電力レベルは、エッチングレートに対して非線形の関係を有する。一方、プラズマの生成中に高周波電力ＬＦが供給されることにより生じるフォーカスリングＦＲの直流電位は、基板Ｗの直流電位と略同一の電位であり、図５に示すように、エッチングレートと略線形の比例関係にある。プラズマ処理装置１では、プラズマの生成時に設定される高周波電力ＬＦの電力レベルが、図６に示すようなフォーカスリングＦＲの直流電位と高周波電力ＬＦの電力レベルとの関係を表すテーブル又は関数を用いて、決定される。即ち、プラズマ処理装置１では、プラズマの生成時に設定される高周波電力ＬＦの電力レベルが、エッチングレートと略線形の比例関係を有するフォーカスリングＦＲの直流電位に基づいて決定される。したがって、プラズマ処理装置１によれば、エッチングレートの制御性が向上される。
なお、同一の電力レベルを有する高周波電力ＬＦが下部電極１８に与えられても、例えばプラズマ処理装置１の状態の変化により、フォーカスリングＦＲの直流電位が変化することがある。一実施形態では、プラズマの生成中に、測定回路７０の電位測定値から得られる実際のフォーカスリングＦＲの直流電位と指定値との差を減少させるように、高周波電力ＬＦの電力レベルが調整される。したがって、所望のエッチングレートが高精度に実現される。
また、一実施形態では、直流電源７２が選択的にフォーカスリングＦＲに接続され得る。この実施形態によれば、直流電圧をフォーカスリングＦＲに印加することが可能である。また、フォーカスリングＦＲの直流電位の電位測定値を測定する場合には、直流電源７２をフォーカスリングＦＲから電気的に切り離すことが可能である。
以下、フォーカスリングＦＲの直流電位と高周波電力ＬＦの電力レベルとの関係を規定するテーブル又は関数の作成方法について説明する。図７は、一つの例示的実施形態に係る、フォーカスリングの直流電位とバイアス高周波電力の電力レベルとの関係を規定するテーブル又は関数の作成方法を示す流れ図である。
図７に示す作成方法（以下、「方法ＭＴＦ」という）は、工程ＳＴ１１で開始する。工程ＳＴ１１では、チャンバ１０内でプラズマが生成される。工程ＳＴ１１では、チャンバ１０内に供給されるガス、チャンバ１０内の圧力、高周波電力ＨＦの電力レベルといった条件は、方法ＭＴの工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３における条件と同一である。工程ＳＴ１１では、高周波電力ＬＦの電力レベルが複数の電力レベルから順に選択される一つの電力レベルに設定される。
続く工程ＳＴ１２では、測定回路７０の電位測定値からフォーカスリングＦＲの直流電位が特定される。工程ＳＴ１２では、特定されたフォーカスリングＦＲの直流電位と工程ＳＴ１１において設定された高周波電力ＬＦの電力レベルとを含む一つのデータセットが取得される。
続く工程ＳＴ１３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、上述した複数の電力レベルの全てについて工程ＳＴ１１が既に実行されている場合に満たされる。工程ＳＴ１３において停止条件が満たされないと判定される場合には、工程ＳＴ１１及び工程ＳＴ１２が再び実行される。工程ＳＴ１１では、複数の電力レベルのうち未選択の一つの電力レベルに高周波電力ＬＦの電力レベルが設定される。一方、工程ＳＴ１３において停止条件が満たされていると判定される場合には、工程ＳＴ１４に処理が移る。
工程ＳＴ１４では、工程ＳＴ１１及び工程ＳＴ１２を含むシーケンスの繰り返しにより得られた複数のデータセットを用いて、フォーカスリングＦＲの直流電位と高周波電力ＬＦの電力レベルとの関係を表すテーブル又は関数が作成される。方法ＭＴＦによって作成されたテーブル又は関数は、上述したように、指定値から高周波電力ＬＦの電力レベルを決定するために、制御部ＭＣによって用いられる。
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。
例えば、別の実施形態では、プラズマ処理装置は容量結合型のプラズマ処理装置とは異なる任意のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。そのようなプラズマ処理装置としては、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置が例示される。
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、１６…支持台、１８…下部電極、６２…高周波電源、ＭＣ…制御部。

Claims (6)

  1. チャンバと、
    下部電極を含み、前記チャンバ内に設けられた基板支持台と、
    前記下部電極にバイアス高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
    前記高周波電源を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記基板支持台上には、フォーカスリングが基板を囲むように搭載され、
    前記制御部は、
    前記バイアス高周波電力の電力レベルと前記下部電極への該バイアス高周波電力の供給により生じる前記フォーカスリングの直流電位との関係を規定するテーブル又は関数を用いて、前記フォーカスリングの直流電位の指定値に対応する前記バイアス高周波電力の電力レベルを特定し、
    前記チャンバ内でのプラズマの生成中に、特定された前記電力レベルを有する前記バイアス高周波電力を前記下部電極に供給するように前記高周波電源を制御する、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記フォーカスリングの直流電位を表す測定値を取得するよう構成された測定回路を更に備え、
    前記制御部は、前記チャンバ内でのプラズマの生成中に、前記指定値と前記測定値から決定される前記フォーカスリングの直流電位との間の差を減少させるよう前記バイアス高周波電力の電力レベルを調整する、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記フォーカスリングに選択的に接続されるように構成された直流電源を更に備える、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 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. プラズマ処理装置の高周波電源を制御する方法であって、
    バイアス高周波電力の電力レベルと基板支持台の下部電極への該バイアス高周波電力の供給により生じるフォーカスリングの直流電位との関係を規定するテーブル又は関数を用いて、前記フォーカスリングの直流電位の指定値に対応するバイアス高周波電力の電力レベルを特定する工程であり、前記基板支持台は前記プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられており、前記フォーカスリングは該基板支持台上で基板を囲むように搭載される、該工程と、
    前記チャンバ内でのプラズマの生成中に、特定された前記電力レベルを有するバイアス高周波電力を前記下部電極に供給するように前記高周波電源を制御する工程と、
    を含む方法。
  6. 前記チャンバ内でのプラズマの生成中に、前記指定値と前記フォーカスリングの直流電位を表す測定値から決定される該フォーカスリングの該直流電位との間の差を減少させるよう、前記バイアス高周波電力の電力レベルを調整する工程を更に含む、請求項５に記載の方法。
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