JP7061922B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 Download PDF

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Description

本開示は、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。
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、ステージ、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。ステージは、チャンバ内に設けられており、その上に載置される基板を支持するように構成されている。ステージは、下部電極を含んでいる。高周波電源は、チャンバ内のガスを励起させるために、高周波を供給する。このプラズマ処理装置では、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基板に照射される。
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、チャンバ本体の内壁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、ステージ上に載置された基板を汚染する。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。
また、プラズマ処理装置では、基板に照射されるイオンのエネルギーを高めて基板のエッチングレートを高める観点から、バイアス用の直流電圧を下部電極に供給する技術がある。例えば、特許文献２では、バイアス用の直流電圧として負極性を有する直流電圧を下部電極に周期的に印加する技術が開示されている。特許文献２の技術では、直流電圧の周波数が例えば１ＭＨｚ以上に設定された状態で、直流電圧のデューティー比を５０％以上に調整することにより、基板に照射されるイオンのエネルギーを高めることが記載されている。ここで、デューティー比は、直流電圧が下部電極に印加される各々の周期内において直流電圧が下部電極に印加される期間が占める割合である。
特開２０１１－２２８６９４号公報 特許第４７１４１６６号公報
本開示は、基板のエッチングレートの低下を抑制し、且つ、チャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーを低下させることができる技術を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ処理方法は、プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、前記プラズマ処理装置は、チャンバを提供するチャンバ本体と、前記チャンバ本体内に設けられ、下部電極を含み、基板を支持するステージと、前記チャンバに供給されるガスのプラズマを生成するための高周波を供給する高周波電源と、前記下部電極に印加される負極性を有する直流電圧を発生する一以上の直流電源と、を備え、前記プラズマ処理方法は、前記高周波電源から高周波を供給する工程と、前記一以上の直流電源から前記下部電極に負極性を有する直流電圧を印加する工程と、を含み、前記直流電圧を印加する工程では、前記直流電圧が前記下部電極に周期的に印加され、前記直流電圧が前記下部電極に印加される各々の周期を規定する周波数が１ＭＨｚ未満に設定された状態で、前記各々の周期内において前記直流電圧が前記下部電極に印加される期間が占める割合が調整される。
本開示によれば、基板のエッチングレートの低下を抑制し、且つ、チャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーを低下させることができるという効果を奏する。
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２は、図１に示すプラズマ処理装置の電源系及び制御系の一実施形態を示す図である。 図３は、図２に示す直流電源、切替ユニット、高周波フィルタ、及び、整合器の回路構成を示す図である。 図４は、図１に示すプラズマ処理装置を用いて実行される一実施形態のプラズマ処理方法に関連するタイミングチャートである。 図５は、プラズマの電位を示すタイミングチャートである。 図６Ａは、ＤＣ周波数と基板に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図６Ｂは、ＤＣ周波数と基板に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図６Ｃは、ＤＣ周波数と基板に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図６Ｄは、ＤＣ周波数と基板に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図７Ａは、ＤＣ周波数とチャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図７Ｂは、ＤＣ周波数とチャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図７Ｃは、ＤＣ周波数とチャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図７Ｄは、ＤＣ周波数とチャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図８の（ａ）及び図８の（ｂ）は、別の実施形態のプラズマ処理方法に関連するタイミングチャートである。 図９は、別の実施形態に係るプラズマ処理装置の電源系及び制御系を示す図である。 図１０は、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置の電源系及び制御系を示す図である。 図１１は、図１０に示すプラズマ処理装置を用いて実行される一実施形態のプラズマ処理方法に関連するタイミングチャートである。 図１２は、図１０に示すプラズマ処理装置を用いて実行される別の実施形態のプラズマ処理方法に関連するタイミングチャートである。 図１３は、別の実施形態に係るプラズマ処理装置の電源系及び制御系を示す図である。 図１４は、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置の電源系及び制御系を示す図である。 図１５は、波形調整器の一例を示す回路図である。 図１６の（ａ）は、第１の評価実験で求めた、デューティー比と、天板のチャンバ側の面に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量との関係を示すグラフであり、図１６の（ｂ）は、第１の評価実験で求めた、デューティー比と、チャンバ本体の側壁に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量との関係を示すグラフである。 図１７は、第１の評価実験で求めた、デューティー比と、静電チャック上に載置されたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量との関係を示すグラフである。 図１８の（ａ）は、第２の評価実験及び比較実験の各々で求めた、天板のチャンバ側の面に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量を示すグラフであり、図１８の（ｂ）は、第２の評価実験及び比較実験の各々で求めた、チャンバ本体の側壁に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量を示すグラフである。 図１９Ａは、デューティー比と基板に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図１９Ｂは、デューティー比と基板に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図１９Ｃは、デューティー比と基板に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図１９Ｄは、デューティー比と基板に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図１９Ｅは、デューティー比と基板に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図２０Ａは、デューティー比とチャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図２０Ｂは、デューティー比とチャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図２０Ｃは、デューティー比とチャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図２０Ｄは、デューティー比とチャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図２０Ｅは、デューティー比とチャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。
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。
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、ステージ、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。ステージは、チャンバ内に設けられており、その上に載置される基板を支持するように構成されている。ステージは、下部電極を含んでいる。高周波電源は、チャンバ内のガスを励起させるために、高周波を供給する。このプラズマ処理装置では、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基板に照射される。
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、チャンバ本体の内壁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、ステージ上に載置された基板を汚染する。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。
また、プラズマ処理装置では、基板に照射されるイオンのエネルギーを高めて基板のエッチングレートを高める観点から、バイアス用の直流電圧を下部電極に供給する技術がある。例えば、特許文献２では、バイアス用の直流電圧として負極性を有する直流電圧を下部電極に周期的に印加する技術が開示されている。特許文献２の技術では、直流電圧の周波数が例えば１ＭＨｚ以上に設定された状態で、直流電圧のデューティー比を５０％以上に調整することにより、基板に照射されるイオンのエネルギーを高めることが記載されている。ここで、デューティー比は、直流電圧が印加される各々の周期内において直流電圧が下部電極に印加される期間が占める割合である。
ところで、直流電圧を下部電極に周期的に印加するプラズマ処理装置では、直流電圧の印加が停止されている期間において、プラズマ中のイオンの移動が少なくなるため、プラズマの電位が高くなることがある。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、チャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーが高くなる。また、直流電圧の周波数が例えば１ＭＨｚ以上に設定されると、基板に照射されるイオンのエネルギーと共に、チャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーが高くなる傾向がある。チャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーが高くなるほど、チャンバ本体から放出されるパーティクルの量が多くなり、基板の汚染が促進される可能性がある。かかる背景から、基板のエッチングレートの低下を抑制し、且つ、チャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーを低下させることが期待されている。
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２は、図１に示すプラズマ処理装置の電源系及び制御系の一実施形態を示す図である。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、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は接地電位に接続されている。チャンバ本体１２の内壁面、即ち、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製の膜であり得る。また、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がチャンバ１２ｃに搬入されるとき、また、基板Ｗがチャンバ１２ｃから搬出されるときに、基板Ｗは通路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。
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、セラミックといった絶縁材料から形成されている。支持部１５上にはステージ１６が搭載されている。ステージ１６は支持部１５によって支持されている。ステージ１６は、チャンバ１２ｃ内において基板Ｗを支持するように構成されている。ステージ１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を含んでいる。一実施形態において、ステージ１６は、電極プレート２１を更に含んでいる。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が設けられている。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、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を介してチラーユニットに戻される。即ち、流路１８ｆには、当該流路１８ｆとチラーユニットとの間で循環するように、熱交換媒体が供給される。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０は、絶縁体から形成された本体と、当該本体内に設けられた膜状の電極を有している。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上に載置された基板Ｗと静電チャック２０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、当該静電チャック２０によって保持される。この静電チャック２０の周縁領域上には、フォーカスリングＦＲが配置される。フォーカスリングＦＲは、略環状板形状を有しており、例えばシリコンから形成されている。フォーカスリングＦＲは、基板Ｗのエッジを囲むように配置される。
プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２５が設けられている。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。
チャンバ本体１２の底部からは、筒状部２８が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、接地電位に接続されている。筒状部２８上には、絶縁部２９が設けられている。絶縁部２９は、絶縁性を有し、例えば石英又はセラミックから形成されている。絶縁部２９は、ステージ１６の外周に沿って延在している。
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、ステージ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。後述する第１の高周波電源６１が下部電極１８に電気的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。
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、チャンバ１２ｃを画成している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。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。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を着脱自在に支持する部品である。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。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、ガス拡散室３６ａに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含んでいる。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は複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４４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。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１２ｃ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、アルミニウム製の母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、チャンバ１２ｃを減圧することができる。
図１及び図２に示すように、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６１を更に備えている。第１の高周波電源６１は、チャンバ１２ｃ内のガスを励起させてプラズマを生成するための第１の高周波を発生する電源である。第１の高周波は、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば６０ＭＨｚの周波数を有する。第１の高周波電源６１は、整合器６４の第１の整合回路６５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。第１の整合回路６５は、第１の高周波電源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回路である。なお、第１の高周波電源６１は、下部電極１８に電気的に接続されていなくてもよく、第１の整合回路６５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１０は、第２の高周波電源６２を更に備えている。第２の高周波電源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い。第２の高周波の周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。第２の高周波電源６２は、整合器６４の第２の整合回路６６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。第２の整合回路６６は、第２の高周波電源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回路である。
プラズマ処理装置１０は、直流電源７０及び切替ユニット７２を更に備える。直流電源７０は、負極性の直流電圧を発生する電源である。負極性の直流電圧は、ステージ１６上に載置された基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス電圧として用いられる。直流電源７０は、切替ユニット７２に接続されている。切替ユニット７２は、高周波フィルタ７４を介して下部電極１８に電気的に接続されている。プラズマ処理装置１０では、直流電源７０によって発生される直流電圧、及び、第２の高周波電源６２によって発生される第２の高周波のうち何れか一方が下部電極１８に選択的に供給される。
プラズマ処理装置１０は、コントローラＰＣを更に備えている。コントローラＰＣは、切替ユニット７２を制御するように構成されている。コントローラＰＣは、第１の高周波電源６１及び第２の高周波電源６２のうち一方又は双方の高周波電源を更に制御するように構成されていてもよい。
一実施形態では、プラズマ処理装置１０は、主制御部ＭＣを更に備え得る。主制御部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１０の各部を制御する。具体的に、主制御部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１０の各部を制御する。このような制御により、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。
以下、図２及び図３を参照する。図３は、図２に示す直流電源、切替ユニット、高周波フィルタ、及び、整合器の回路構成を示す図である。直流電源７０は、可変直流電源であり、下部電極１８に印加される負極性の直流電圧を発生する。
切替ユニット７２は、直流電源７０からの直流電圧の下部電極１８に対する印加を停止可能に構成されている。一実施形態では、切替ユニット７２は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）７２ａ、ＦＥＴ ７２ｂ、コンデンサ７２ｃ、及び、抵抗素子７２ｄを有している。ＦＥＴ ７２ａは、例えばＮチャネルＭＯＳ ＦＥＴである。ＦＥＴ ７２ｂは、例えばＰチャネルＭＯＳ ＦＥＴである。ＦＥＴ ７２ａのソースは、直流電源７０の負極に接続されている。直流電源７０の負極及びＦＥＴ ７２ａのソースには、コンデンサ７２ｃの一端が接続されている。コンデンサ７２ｃの他端は、ＦＥＴ ７２ｂのソースに接続されている。ＦＥＴ ７２ｂのソースはグランドに接続されている。ＦＥＴ ７２ａのゲート及びＦＥＴ ７２ｂのゲートは互いに接続されている。ＦＥＴ ７２ａのゲートとＦＥＴ ７２ｂのゲートの間に接続されたノードＮＡには、コントローラＰＣからのパルス制御信号が供給される。ＦＥＴ ７２ａのドレインは、ＦＥＴ ７２ｂのドレインに接続されている。ＦＥＴ ７２ａのドレインとＦＥＴ ７２ｂのドレインに接続されたノードＮＢは、抵抗素子７２ｄを介して、高周波フィルタ７４に接続されている。
高周波フィルタ７４は、高周波を低減又は遮断するフィルタである。一実施形態では、高周波フィルタ７４は、インダクタ７４ａ及びコンデンサ７４ｂを有している。インダクタ７４ａの一端は、抵抗素子７２ｄに接続されている。インダクタ７４ａの一端には、コンデンサ７４ｂの一端が接続されている。コンデンサ７４ｂの他端は、グランドに接続されている。インダクタ７４ａの他端は、整合器６４に接続されている。
整合器６４は、第１の整合回路６５及び第２の整合回路６６を有している。一実施形態では、第１の整合回路６５は、可変コンデンサ６５ａ及び可変コンデンサ６５ｂを有しており、第２の整合回路６６は、可変コンデンサ６６ａ及び可変コンデンサ６６ｂを有している。可変コンデンサ６５ａの一端は、インダクタ７４ａの他端に接続されている。可変コンデンサ６５ａの他端は、第１の高周波電源６１及び可変コンデンサ６５ｂの一端に接続されている。可変コンデンサ６５ｂの他端はグランドに接続されている。可変コンデンサ６６ａの一端は、インダクタ７４ａの他端に接続されている。可変コンデンサ６６ａの他端は、第２の高周波電源６２及び可変コンデンサ６６ｂの一端に接続されている。可変コンデンサ６６ｂの他端はグランドに接続されている。可変コンデンサ６５ａの一端及び可変コンデンサ６６ａの一端は、整合器６４の端子６４ａに接続されている。整合器６４の端子６４ａは、電極プレート２１を介して下部電極１８に接続されている。
以下、主制御部ＭＣ及びコントローラＰＣによる制御について説明する。以下の説明では、図２及び図４を参照する。図４は、図１に示すプラズマ処理装置を用いて実行される一実施形態のプラズマ処理方法に関連するタイミングチャートである。図４において、横軸は時間を示している。図４において、縦軸は、第１の高周波の電力、直流電源７０から下部電極１８に印加される直流電圧、及び、コントローラＰＣによって出力される制御信号を示している。図４において、第１の高周波の電力が高レベルであることは、第１の高周波がプラズマの生成のために供給されていることを示しており、第１の高周波の電力が低レベルであることは第１の高周波の供給が停止されていることを示している。また、図４において、直流電圧が低レベルであることは、直流電源７０から下部電極１８に負極性の直流電圧が印加されていることを示しており、直流電圧が０Ｖであることは、直流電源７０から下部電極１８に直流電圧が印加されていないことを示している。
主制御部ＭＣは、第１の高周波電源６１に、第１の高周波の電力及び周波数を指定する。また、一実施形態では、主制御部ＭＣは、第１の高周波電源６１に、第１の高周波の供給を開始するタイミング、及び、第１の高周波の供給を終了するタイミングを指定する。第１の高周波電源６１によって第１の高周波が供給されている期間では、チャンバ内のガスのプラズマが生成される。即ち、この期間では、プラズマを生成するために高周波電源から高周波を供給する工程Ｓ１が実行される。なお、図４の例では、第１の高周波は、一実施形態のプラズマ処理方法の実行中に連続的に供給される。
主制御部ＭＣは、直流電源７０からの負極性の直流電圧が下部電極１８に印加される各々の周期を規定する周波数（以下「ＤＣ周波数」と呼ぶ）、及び、デューティー比をコントローラＰＣに指定する。デューティー比は、各々の周期（図４の「ＰＤＣ」）内において、直流電源７０からの負極性の直流電圧が下部電極１８に印加される期間（図４の「Ｔ１」）が占める割合である。ＤＣ周波数は、１ＭＨｚ未満に設定される。例えば、ＤＣ周波数は、５０～８００ｋＨｚの範囲内に設定される。デューティー比は、ＤＣ周波数が１ＭＨｚ未満に設定された状態で、調整される。例えば、デューティー比は、５０％以下、より好ましくは、３５％以下に調整される。
コントローラＰＣは、主制御部ＭＣから指定されるＤＣ周波数、及び、デューティー比に応じて、制御信号を生成する。コントローラＰＣによって生成される制御信号は、パルス信号であり得る。一例では、図４に示すように、コントローラＰＣによって生成される制御信号は、期間Ｔ１において高レベルを有し、期間Ｔ２において低レベルを有する。期間Ｔ２は、一つの周期ＰＤＣ内において期間Ｔ１を除く期間である。或いは、コントローラＰＣによって生成される制御信号は、期間Ｔ１において低レベルを有し、期間Ｔ２において高レベルを有していてもよい。
一実施形態では、コントローラＰＣによって生成された制御信号は、切替ユニット７２のノードＮＡに与えられる。制御信号が与えられると、切替ユニット７２は、期間Ｔ１においては、直流電源７０からの負極性の直流電圧が下部電極１８に印加されるよう、直流電源７０とノードＮＢとを互いに接続する。一方、切替ユニット７２は、期間Ｔ２においては、直流電源７０からの負極性の直流電圧が下部電極１８に印加されないように、直流電源７０とノードＮＢとの接続を遮断する。これにより、図４に示すように、期間Ｔ１では、直流電源７０からの負極性の直流電圧が下部電極１８に印加され、期間Ｔ２では、直流電源７０からの負極性の直流電圧の下部電極１８に対する印加が停止される。即ち、一実施形態のプラズマ処理方法において、直流電源７０からの負極性の直流電圧を下部電極１８に周期的に印加する工程Ｓ２が実行される。
ここで、図５の（ａ）及び図５の（ｂ）を参照して、デューティー比とプラズマの電位との関係を説明する。図５の（ａ）及び図５の（ｂ）は、プラズマの電位を示すタイミングチャートである。期間Ｔ１においては、直流電源７０からの負極性の直流電圧が下部電極１８に印加されているので、プラズマ中の正イオンは基板Ｗに向けて移動する。したがって、図５の（ａ）及び図５の（ｂ）に示すように、期間Ｔ１では、プラズマの電位が低くなる。一方、期間Ｔ２においては、直流電源７０からの負極性の直流電圧の下部電極１８に対する印加が停止されているので、正イオンの移動は少なくなり、主としてプラズマ中の電子が移動する。したがって、期間Ｔ２では、プラズマの電位が高くなる。
図５の（ａ）に示すタイミングチャートでは、図５の（ｂ）に示すタイミングチャートに比べて、デューティー比が小さくなっている。プラズマの生成に関する諸条件が同一であれば、プラズマ中の正イオンの総量及び電子の総量の各々はデューティー比に依存しない。即ち、図５の（ａ）に示す面積Ａ１と面積Ａ２の比と、図５の（ｂ）に示す面積Ａ１と面積Ａ２の比は同一となる。したがって、デューティー比が小さくなるほど、期間Ｔ２におけるプラズマの電位ＰＶは小さくなる。
デューティー比、即ち、各々の周期ＰＤＣ内において負極性の直流電圧が下部電極１８に印加される期間Ｔ１が占める割合に対する、基板Ｗのエッチングレートの依存性は少ない。一方、デューティー比が比較的に小さい値に調整される場合、特にデューティー比が５０％以下に調整される場合には、プラズマの電位が小さくなるので、チャンバ本体１２のエッチングレートが大きく低下する。
続いて、図６Ａ～図６Ｄ及び図７Ａ～図７Ｄを参照して、ＤＣ周波数と、基板Ｗに照射されるイオンのエネルギーと、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係を説明する。図６Ａ～図６Ｄは、ＤＣ周波数と基板Ｗに照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。図７Ａ～図７Ｄは、ＤＣ周波数とチャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。図６Ａ～図６Ｄは、それぞれ、ＤＣ周波数を２００ｋＨｚ、４００ｋＨｚ、８００ｋＨｚ及び１．６ＭＨｚに設定して、基板Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ：Ion Energy Distribution）をシミュレーションして得られた結果である。図７Ａ～図７Ｄは、それぞれ、ＤＣ周波数を２００ｋＨｚ、４００ｋＨｚ、８００ｋＨｚ及び１．６ＭＨｚに設定して、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）をシミュレーションして得られた結果である。なお、他のシミュレーション条件としては、下部電極１８に対する負極性の直流電圧のデューティー比：４０％、下部電極１８に対する負極性の直流電圧の電圧値：－４５０Ｖ、チャンバ１２ｃの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）、チャンバ１２ｃに供給された処理ガス：Ａｒガス：、第１の高周波：１００ＭＨｚ、５００Ｗの連続波が用いられた。
図６Ａ～図６Ｃに示すように、ＤＣ周波数が８００ｋＨｚ以下である場合、基板Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布において、低エネルギー側ピークと高エネルギー側ピークとが現れる。また、図７Ａ～図７Ｃに示すように、ＤＣ周波数が８００ｋＨｚ以下である場合、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギー分布において、低エネルギー側ピークと高エネルギー側ピークとが現れる。即ち、ＤＣ周波数が８００ｋＨｚ以下である場合、下部電極１８に周期的に印加される直流電圧にイオンが追従する。
一方、図６Ｄに示すように、ＤＣ周波数が１．６ＭＨｚである場合、基板Ｗに照射されるイオンのエネルギー分布において、低エネルギー側ピークと高エネルギー側ピークとが現れない。また、図７Ｄに示すように、ＤＣ周波数が１．６ＭＨｚである場合、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギー分布において、低エネルギー側ピークと高エネルギー側ピークとが現れない。即ち、ＤＣ周波数が１．６ＭＨｚである場合、下部電極１８に周期的に印加される直流電圧にイオンが追従しない。
本願の発明者は、図６Ａ～図６Ｄ及び図７Ａ～図７Ｄのシミュレーション結果を基に鋭意研究を重ねた。その結果、以下の事象が確認された。
・ＤＣ周波数が１ＭＨｚ未満に、好ましくは、５０～８００ｋＨｚの範囲内に設定される場合に、下部電極１８に周期的に印加される直流電圧にイオンが追従する。
・下部電極１８に周期的に印加される直流電圧にイオンが追従する状況下において、直流電圧のデューティー比に対する基板Ｗのエッチングレートの依存性は、少ない。一方、デューティー比が比較的に小さい値に調整される場合、特にデューティー比が５０％以下に調整される場合には、図５の（ａ）を用いて説明したように、プラズマの電位が小さくなるので、チャンバ本体１２のエッチングレートが大きく低下する。
・ＤＣ周波数が１ＭＨｚ以上に設定される場合に、下部電極１８に周期的に印加される直流電圧にイオンが追従しなくなる。
・下部電極１８に周期的に印加される直流電圧にイオンが追従しなくなる状況下では、基板に照射されるイオンのエネルギーと共に、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギーが高くなる傾向がある。
そこで、一実施形態のプラズマ処理装置１０では、下部電極１８に直流電圧を周期的に印加する際に、ＤＣ周波数が１ＭＨｚ未満に設定された状態で、デューティー比を５０％以下に調整する。これにより、基板Ｗのエッチングレートの低下を抑制し、且つチャンバ本体１２の内壁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。結果的に、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。なお、デューティー比が３５％以下である場合には、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギーを更に低下させることが可能となる。
以下、別の実施形態について説明する。図８の（ａ）及び図８の（ｂ）は、別の実施形態のプラズマ処理方法に関連するタイミングチャートである。図８の（ａ）及び図８の（ｂ）の各々において、横軸は時間を示している。図８の（ａ）及び図８の（ｂ）の各々において、縦軸は、第１の高周波の電力、及び、直流電源７０から下部電極１８に印加される直流電圧を示している。図８の（ａ）及び図８の（ｂ）の各々において、第１の高周波の電力が高レベルであることは、第１の高周波がプラズマの生成のために供給されていることを示している。また、図８の（ａ）及び図８の（ｂ）の各々において、第１の高周波の電力が低レベルであることは第１の高周波の供給が停止されていることを示している。また、図８の（ａ）及び図８の（ｂ）の各々において、直流電圧が低レベルであることは、直流電源７０から下部電極１８に負極性の直流電圧が印加されていることを示している。また、図８の（ａ）及び図８の（ｂ）の各々において、直流電圧が０Ｖであることは、直流電源７０から下部電極１８に直流電圧が印加されていないことを示している。
図８の（ａ）に示す実施形態では、下部電極１８に対して直流電源７０からの負極性の直流電圧が周期的に印加され、また、プラズマの生成のために第１の高周波が周期的に供給される。図８の（ａ）に示す実施形態では、下部電極１８に対する直流電源７０からの負極性の直流電圧の印加と第１の高周波の供給とが同期している。即ち、直流電源７０からの直流電圧が下部電極１８に印加される期間Ｔ１に第１の高周波が供給され、直流電源７０からの下部電極１８に対する直流電圧の印加が停止されている期間Ｔ２に、第１の高周波の供給が停止される。
図８の（ｂ）に示す実施形態では、下部電極１８に対して直流電源７０からの負極性の直流電圧が周期的に印加され、また、プラズマの生成のために第１の高周波が周期的に供給される。図８の（ｂ）に示す実施形態では、下部電極１８に対する直流電源７０からの負極性の直流電圧の印加の位相に対して、第１の高周波の供給の位相が反転している。即ち、直流電源７０からの直流電圧が下部電極１８に印加される期間Ｔ１に第１の高周波の供給が停止され、直流電源７０からの下部電極１８に対する直流電圧の印加が停止されている期間Ｔ２に、第１の高周波が供給される。
図８の（ａ）に示す実施形態及び図８の（ｂ）に示す実施形態では、コントローラＰＣからの上述の制御信号が第１の高周波電源６１に与えられる。第１の高周波電源６１は、コントローラＰＣから制御信号の立ち上がり（又は立ち下がり）のタイミングで第１の高周波の供給を開始し、コントローラＰＣから制御信号の立ち下がり（又は立ち上がり）のタイミングで第１の高周波の供給を停止する。図８の（ａ）に示す実施形態及び図８の（ｂ）に示す実施形態では、相互変調歪（Ｉｎｔｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）による意図しない高周波の発生が抑制され得る。
以下、幾つかの別の実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図９は、別の実施形態に係るプラズマ処理装置の電源系及び制御系を示す図である。図９に示すように、別の実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ａは、第１の高周波電源６１がコントローラＰＣを含んでいる点において、プラズマ処理装置１０と異なっている。即ち、プラズマ処理装置１０Ａでは、コントローラＰＣは第１の高周波電源６１の一部である。一方、プラズマ処理装置１０では、コントローラＰＣは、第１の高周波電源６１及び第２の高周波電源６２とは別体である。プラズマ処理装置１０Ａでは、コントローラＰＣが第１の高周波電源６１の一部であるので、コントローラＰＣからの上述の制御信号（パルス信号）は、第１の高周波電源６１に送信されない。
図１０は、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置の電源系及び制御系を示す図である。図１０に示すプラズマ処理装置１０Ｂは、複数の直流電源７０１及び７０２、並びに、複数の切替ユニット７２１及び７２２を備えている。複数の直流電源７０１及び７０２の各々は、直流電源７０と同様の電源であり、下部電極１８に印加される負極性の直流電圧を発生するように構成されている。複数の切替ユニット７２１及び７２２の各々は、切替ユニット７２と同様の構成を有している。直流電源７０１は、切替ユニット７２１に接続されている。切替ユニット７２１は、切替ユニット７２と同様に、直流電源７０１からの直流電圧の下部電極１８に対する印加を停止可能に構成されている。直流電源７０２は、切替ユニット７２２に接続されている。切替ユニット７２２は、切替ユニット７２と同様に、直流電源７０２からの直流電圧の下部電極１８に対する印加を停止可能に構成されている。
図１１は、図１０に示すプラズマ処理装置を用いて実行される一実施形態のプラズマ処理方法に関連するタイミングチャートである。図１１において、横軸は時間を示している。図１１において、縦軸は、合成された直流電圧、直流電源７０１の直流電圧及び直流電源７０２の直流電圧を示している。直流電源７０１の直流電圧は、直流電源７０１から下部電極１８に印加される直流電圧を示し、直流電源７０２の直流電圧は、直流電源７０２から下部電極１８に印加される直流電圧を示す。合成された直流電圧は、各々の周期ＰＤＣ内において下部電極１８に印加される。図１１に示すように、プラズマ処理装置１０Ｂでは、各々の周期ＰＤＣ内において下部電極１８に印加される直流電圧は、複数の直流電源７０１及び７０２から順に出力される複数の直流電圧により形成される。即ち、プラズマ処理装置１０Ｂでは、各々の周期ＰＤＣ内において下部電極１８に印加される直流電圧は、複数の直流電源７０１及び７０２から順に出力される複数の直流電圧の時間的な合成により生成される。このプラズマ処理装置１０Ｂによれば、複数の直流電源７０１及び７０２の各々の負荷が軽減される。
図１１に示すプラズマ処理方法を実行するプラズマ処理装置１０Ｂでは、コントローラＰＣは、第１の制御信号を切替ユニット７２１に供給する。第１の制御信号は、直流電源７０１からの直流電圧が下部電極１８に印加される期間において高レベル（又は低レベル）を有し、直流電源７０１からの直流電圧が下部電極１８に印加されない期間において低レベル（又は高レベル）を有する。また、コントローラＰＣは、第２の制御信号を切替ユニット７２２に供給する。第２の制御信号は、直流電源７０２からの直流電圧が下部電極１８に印加される期間において高レベル（又は低レベル）を有し、直流電源７０２からの直流電圧が下部電極１８に印加されない期間において低レベル（又は高レベル）を有する。即ち、複数の直流電源に接続された複数の切替ユニット７２１、７２２にはそれぞれ、異なる位相を有する制御信号（パルス信号）が供給される。
図１２は、図１０に示すプラズマ処理装置を用いて実行される別の実施形態のプラズマ処理方法に関連するタイミングチャートである。図１２において、横軸は時間を示している。図１２において、縦軸は、合成された直流電圧、直流電源７０１の直流電圧及び直流電源７０２の直流電圧を示している。直流電源７０１の直流電圧は、直流電源７０１から下部電極１８に印加される直流電圧を示し、直流電源７０２の直流電圧は、直流電源７０２から下部電極１８に印加される直流電圧を示す。合成された直流電圧は、各々の周期内において下部電極１８に印加される。図１２に示すように、プラズマ処理装置１０Ｂでは、隣り合う周期ＰＤＣ１及び周期ＰＤＣ２内において下部電極１８に印加される直流電圧は、複数の直流電源７０１及び７０２から順に出力され且つ位相が９０度ずれた複数の直流電圧により形成される。即ち、プラズマ処理装置１０Ｂでは、隣り合う周期ＰＤＣ１及び周期ＰＤＣ２内において下部電極１８に印加される直流電圧は、複数の直流電源７０１及び７０２から順に出力され且つ位相が９０度ずれた複数の直流電圧の時間的な合成により生成される。複数の直流電源７０１及び７０２から順に出力され且つ位相が９０度ずれた複数の直流電圧の時間的な合成により生成される直流電圧の周波数は、複数の直流電源７０１及び７０２の各々から出力される直流電圧の周波数の２倍となる。
図１２に示すプラズマ処理方法を実行するプラズマ処理装置１０Ｂでは、コントローラＰＣは、第３の制御信号を切替ユニット７２１に供給する。第３の制御信号は、直流電源７０１からの直流電圧が下部電極１８に印加される期間において高レベル（又は低レベル）を有し、直流電源７０１からの直流電圧が下部電極１８に印加されない期間において低レベル（又は高レベル）を有する。また、コントローラＰＣは、第４の制御信号を切替ユニット７２２に供給する。第４の制御信号は、直流電源７０２からの直流電圧が下部電極１８に印加される期間において高レベル（又は低レベル）を有し、直流電源７０２からの直流電圧が下部電極１８に印加されない期間において低レベル（又は高レベル）を有する。また、第３の制御信号の位相に対して、第４の制御信号の位相は９０度ずれている。即ち、複数の直流電源７０１、７０２に接続された複数の切替ユニット７２１、７２２にはそれぞれ、位相が９０度ずれた制御信号（パルス信号）が供給される。また、第３の制御信号の周波数及び第４の制御信号の周波数は、複数の直流電源７０１及び７０２から順に出力され且つ位相が９０度ずれた複数の直流電圧の時間的な合成により生成される直流電圧の周波数の１／２倍となる。このプラズマ処理装置１０Ｂによれば、複数の直流電源７０１、７０２に接続された複数の切替ユニット７２１、７２２の各々に供給される制御信号（パルス信号）の周波数を低下させることができる。その結果、このプラズマ処理装置１０Ｂによれば、複数の切替ユニット７２１、７２２の各々の制御に伴う発熱を抑制することができる。
図１３は、別の実施形態に係るプラズマ処理装置の電源系及び制御系を示す図である。図１３に示すように、別の実施形態に係るプラズマ処理装置１０Ｃは、直流電源７０２が省略されている点において、プラズマ処理装置１０Ｂと異なっている。プラズマ処理装置１０Ｃでは、直流電源７０１は、切替ユニット７２１及び切替ユニット７２２に接続されている。
図１４は、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置の電源系及び制御系を示す図である。図１４に示すプラズマ処理装置１０Ｄは、波形調整器７６を更に備える点で、プラズマ処理装置１０とは異なっている。波形調整器７６は、切替ユニット７２と高周波フィルタ７４との間で接続されている。波形調整器７６は、直流電源７０から切替ユニット７２を経由して出力される直流電源、即ち、負極性の値と０Ｖの値を交互に有する直流電圧の波形を調整する。具体的に、波形調整器７６は、下部電極１８に印加される直流電圧の波形が略三角形状を有するように、当該直流電圧の波形を調整する。波形調整器７６は、例えば積分回路である。
図１５は、波形調整器７６の一例を示す回路図である。図１５に示す波形調整器７６は、積分回路として構成されており、抵抗素子７６ａ及びコンデンサ７６ｂを有している。抵抗素子７６ａの一端は、切替ユニット７２の抵抗素子７２ｄに接続されており、抵抗素子７６ａの他端は、高周波フィルタ７４に接続されている。コンデンサ７６ｂの一端は抵抗素子７６ａの他端に接続されている。コンデンサ７６ｂの他端はグランドに接続されている。図１５に示す波形調整器７６では、抵抗素子７６ａの抵抗値及びコンデンサ７６ｂの静電容量値によって決定される時定数に応じて、切替ユニット７２から出力される直流電圧の立ち上がりと立ち下がりに遅れが発生する。したがって、図１５に示す波形調整器７６によれば、擬似的に三角波の波形を有する電圧を下部電極１８に印加することが可能となる。かかる波形調整器７６を備えるプラズマ処理装置１０Ｄによれば、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギーを調整することが可能となる。
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、上述した種々の実施形態のプラズマ処理装置は、第２の高周波電源６２を有していなくてもよい。即ち、上述した種々の実施形態のプラズマ処理装置は、単一の高周波電源を有していてもよい。
また、上述した種々の実施形態では、直流電源からの負極性の直流電圧の下部電極１８に対する印加とその停止が、切替ユニットによって切り替えられているが、直流電源自体が負極性の直流電圧の出力とその出力停止を切り替えるように構成されていれば、切替ユニットは不要である。
また、上述した種々の実施形態では、直流電圧が下部電極１８に印加される各々の周期を規定する周波数、即ち、ＤＣ周波数が１ＭＨｚ未満の一定値に設定される場合を例に説明したが、時間の経過に応じて、ＤＣ周波数を低下させてもよい。これにより、基板がプラズマによりエッチングされて形成されるホールや溝の深さが深くなる場合であっても、ホール内や溝内においてイオンの直進性が低下することを抑制することができ、結果として、エッチング特性の劣化を抑制することができる。
また、上述した種々の実施形態の特徴的な構成は、任意に組み合わせて利用することが可能である。さらに、上述した種々の実施形態に係る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が、変形態様におけるプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよい。
なお、デューティー比が高い場合には、チャンバ本体１２に照射されるイオンのエネルギーが大きくなる。したがって、デューティー比を高い値に設定すること、例えば、デューティー比を５０％より大きい値に設定することにより、チャンバ本体１２の内壁のクリーニングを行うことが可能となる。
以下、プラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法に関して行った評価実験について説明する。
（第１の評価実験）
第１の評価実験では、プラズマ処理装置１０の天板３４のチャンバ１２ｃ側の面及びチャンバ本体１２の側壁のそれぞれに、シリコン酸化膜を有するサンプルを貼り付け、また、静電チャック２０上にシリコン酸化膜を有するサンプルを載置した。そして、第１の評価実験では、以下に示す条件のプラズマ処理を行った。なお、第１の評価実験では、下部電極１８に周期的に印加する負極性の直流電圧のデューティー比を可変のパラメータとして用いた。
＜第１の評価実験におけるプラズマ処理の条件＞
・チャンバ１２ｃの圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）
・チャンバ１２ｃに供給されたガスの流量
Ｃ４Ｆ８ガス：２４ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：１６ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１５０ｓｃｃｍ
・第１の高周波：１００ＭＨｚ、５００Ｗの連続波
・下部電極１８に対する負極性の直流電圧
電圧値：－３０００Ｖ
周波数（ＤＣ周波数）：２００ｋＨｚ
・処理時間：６０秒
第１の評価実験では、天板３４のチャンバ１２ｃ側の面に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量（膜厚減少量）を測定した。また、第１の評価実験では、チャンバ本体１２の側壁に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量（膜厚減少量）を測定した。また、第１の評価実験では、静電チャック２０上に載置されたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量（膜厚減少量）を測定した。図１６の（ａ）は、第１の評価実験で求めた、デューティー比と、天板３４のチャンバ１２ｃ側の面に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量との関係を示すグラフである。図１６の（ｂ）は、第１の評価実験で求めた、デューティー比と、チャンバ本体１２の側壁に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量との関係を示すグラフである。図１７は、第１の評価実験で求めた、デューティー比と、静電チャック２０上に載置されたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量との関係を示すグラフである。
図１７に示すように、静電チャック２０上に載置されたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量のデューティー比に対する依存性は少なかった。また、図１６の（ａ）及び図１６の（ｂ）に示すように、デューティー比が３５％以下である場合に、天板３４のチャンバ１２ｃ側の面に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量は、相当に小さくなっていた。また、図１６の（ａ）及び図１６の（ｂ）に示すように、デューティー比が３５％以下である場合に、チャンバ本体１２の側壁に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量は、相当に小さくなっていた。したがって、第１の評価実験により、各々の周期ＰＤＣ内において負極性の直流電圧が下部電極１８に印加される期間が占めるデューティー比に対する、基板のエッチングレートの依存性は少ないことが確認された。また、デューティー比が小さい場合、特にデューティー比が３５％以下である場合には、チャンバ本体１２のエッチングレートが大きく低下すること、即ち、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギーが小さくなることが確認された。なお、図１６の（ａ）及び図１６の（ｂ）のグラフから、デューティー比が５０％以下であれば、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギーが相当に小さくなるものと推測される。
（第２の評価実験）
第２の評価実験では、プラズマ処理装置１０の天板３４のチャンバ１２ｃ側の面及びチャンバ本体１２の側壁のそれぞれに、シリコン酸化膜を有するサンプルを貼り付け、また、静電チャック２０上にシリコン酸化膜を有するサンプルを載置した。そして、第２の評価実験では、以下に示す条件のプラズマ処理を行った。
＜第２の評価実験におけるプラズマ処理の条件＞
・チャンバ１２ｃの圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）
・チャンバ１２ｃに供給されたガスの流量
Ｃ４Ｆ８ガス：２４ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：１６ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１５０ｓｃｃｍ
・第１の高周波：１００ＭＨｚ、５００Ｗの連続波
・下部電極１８に対する負極性の直流電圧
電圧値：－３０００Ｖ
周波数（ＤＣ周波数）：２００ｋＨｚ
デューティー比：３５％
・処理時間：６０秒
また、比較実験において、プラズマ処理装置１０の天板３４のチャンバ１２ｃ側の面及びチャンバ本体１２の側壁のそれぞれに、シリコン酸化膜を有するサンプルを貼り付け、また、静電チャック２０上にシリコン酸化膜を有するサンプルを載置した。そして、比較実験では、以下に示す条件のプラズマ処理を行った。なお、比較実験における第２の高周波の条件は、静電チャック２０上に載置されたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量（膜厚減少量）が第２の評価実験のプラズマ処理と比較実験のプラズマ処理とで略同等になるように設定した。
＜比較実験におけるプラズマ処理の条件＞
・チャンバ１２ｃの圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）
・チャンバ１２ｃに供給されるガスの流量
Ｃ４Ｆ８ガス：２４ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：１６ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１５０ｓｃｃｍ
・第１の高周波：１００ＭＨｚ、５００Ｗの連続波
・第２の高周波：４００ｋＨｚ、２５００Ｗの連続波
・処理時間：６０秒
第２の評価実験及び比較実験の各々では、天板３４のチャンバ１２ｃ側の面に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量（膜厚減少量）を測定した。また、第２の評価実験及び比較実験の各々では、チャンバ本体１２の側壁に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量（膜厚減少量）を測定した。図１８の（ａ）は、第２の評価実験及び比較実験の各々で求めた、天板３４のチャンバ１２ｃ側の面に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量を示すグラフである。図１８の（ｂ）は、第２の評価実験及び比較実験の各々で求めた、チャンバ本体１２の側壁に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量を示すグラフである。図１８の（ａ）のグラフにおいて、横軸は、天板３４のチャンバ１２ｃ側の面に貼り付けられたサンプル内の測定位置のチャンバ１２ｃの中心からの径方向の距離を示している。また、図１８の（ａ）のグラフにおいて、縦軸は、天板３４のチャンバ１２ｃ側の面に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量を示している。図１８の（ｂ）のグラフにおいて、横軸は、チャンバ１２ｃ側壁に貼り付けられたサンプル内の測定位置の天板３４のチャンバ１２ｃ側の面からの垂直方向の距離を示している。また、図１８の（ｂ）のグラフにおいて、縦軸は、チャンバ本体１２の側壁に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量を示している。
図１８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の高周波を用いた比較実験に比べて、負極性の直流電圧を用いた第２の評価実験では、天板３４のチャンバ１２ｃ側の面に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量が小さくなっていた。また、図１８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の高周波を用いた比較実験に比べて、負極性の直流電圧を用いた第２の評価実験では、チャンバ本体１２の側壁に貼り付けられたサンプルのシリコン酸化膜のエッチング量が相当に小さくなっていた。したがって、下部電極１８に周期的に負極性の直流電圧を印加することにより、以下の効果が確認された。即ち、静電チャック２０上の基板に照射されるイオンのエネルギーの低下を抑制しつつ、チャンバ本体１２の壁面及び上部電極３０の壁面に照射されるイオンのエネルギーを大きく低減させることが可能であることが確認された。
以下、プラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法に関して行った評価シミュレーションについて説明する。
（評価シミュレーション）
評価シミュレーションでは、以下に示す条件により、基板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の内壁に照射されるイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）をシミュレーションした。なお、評価シミュレーションでは、ＤＣ周波数が１ＭＨｚ未満の２００ｋＨｚに設定された状態で、下部電極１８に周期的に印加する負極性の直流電圧のデューティー比を可変のパラメータとして用いた。
＜評価シミュレーションの条件＞
・チャンバ１２ｃの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
・チャンバ１２ｃに供給された処理ガス：Ａｒガス
・第１の高周波：１００ＭＨｚ、５００Ｗの連続波
・下部電極１８に対する負極性の直流電圧
電圧値：－４５０Ｖ
周波数（ＤＣ周波数）：２００ｋＨｚ
図１９Ａ～図１９Ｅは、デューティー比と基板Ｗに照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。図２０Ａ～図２０Ｅは、デューティー比とチャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギーとの関係の一例を示すシミュレーション結果である。
図１９Ａ～図１９Ｅに示すように、基板Ｗに照射されるイオンのエネルギーの最大値は、デューティー比の変化に関わらず、予め定められた許容スペックの範囲内である約２７０ｅＶに維持された。また、図２０Ａ～図２０Ｅに示すように、デューティー比が５０％以下である場合に、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギーの最大値は、予め定められた許容スペックの範囲内である約６０ｅＶ以下まで小さくなっていた。したがって、評価シミュレーションでは、ＤＣ周波数が１ＭＨｚ未満の２００ｋＨｚに設定される場合、直流電圧のデューティー比に対する基板Ｗのエッチングレートの依存性は、比較的に少ないことが確認された。また、ＤＣ周波数が１ＭＨｚ未満の２００ｋＨｚに設定された状態で、デューティー比が５０％以下に調整される場合に、チャンバ本体１２の内壁に照射されるイオンのエネルギーが予め定められた許容スペックの範囲内まで低下することが確認された。
１０、１０Ａ～１０Ｄ プラズマ処理装置
１２ チャンバ本体
１２ｃ チャンバ
１６ ステージ
１８ 下部電極
６１ 第１の高周波電源
７０、７０１、７０２ 直流電源
７２、７２１、７２２ 切替ユニット
ＰＣ コントローラ
ＭＣ 主制御部

Claims (14)

  1. プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
    前記プラズマ処理装置は、
    チャンバを提供するチャンバ本体と、
    前記チャンバ本体内に設けられ、下部電極を含み、基板を支持するステージと、
    前記チャンバに供給されるガスのプラズマを生成するための高周波を供給する高周波電源と、
    前記基板にイオンを引き込むために前記下部電極に印加される負極性を有する直流電圧を発生する一以上の直流電源と、
    を備え、
    前記プラズマ処理方法は、
    前記高周波電源から高周波を供給する工程と、
    前記一以上の直流電源から前記下部電極に負極性を有する直流電圧のみを印加する工程と、
    を含み、
    前記直流電圧のみを印加する工程では、前記直流電圧のみが前記下部電極に周期的に印加され、前記直流電圧が前記下部電極に印加される各々の周期を規定する周波数が１ＭＨｚ未満に設定された状態で、前記各々の周期内において前記直流電圧が前記下部電極に印加される期間が占める割合が調整される、プラズマ処理方法。
  2. 前記直流電圧のみを印加する工程では、前記割合の調整により前記チャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーを低下させる、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記割合が５０％以下に調整される、請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記プラズマ処理装置は、前記一以上の直流電源として複数の直流電源を備え、
    前記各々の周期内において前記下部電極に印加される前記直流電圧は、前記複数の直流電源から順に出力される複数の直流電圧により形成される、請求項１～３のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記直流電圧が印加される期間において前記高周波が供給され、前記直流電圧の印加が停止されている期間において前記高周波の供給が停止される、請求項１～４のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  6. 前記直流電圧が印加される期間において前記高周波の供給が停止され、前記直流電圧の印加が停止されている期間において前記高周波が供給される、請求項１～４のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  7. 前記高周波は、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有する、請求項１～６のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  8. チャンバを提供するチャンバ本体と、
    前記チャンバ本体内に設けられ、下部電極を含み、基板を支持するステージと、
    前記チャンバに供給されるガスを励起させるための高周波を供給する高周波電源と、
    前記基板にイオンを引き込むために前記下部電極に印加される負極性を有する直流電圧を発生する一以上の直流電源と、
    前記下部電極に対する前記直流電圧の印加を停止可能に構成された切替ユニットと、
    前記切替ユニットを制御するように構成されたコントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、前記一以上の直流電源からの負極性の直流電圧のみを前記下部電極に周期的に印加し、前記直流電圧が印加される各々の周期を規定する周波数が１ＭＨｚ未満に設定された状態で、前記各々の周期内において前記直流電圧が前記下部電極に印加される期間が占める割合を調整するよう、前記切替ユニットを制御する、プラズマ処理装置。
  9. 前記コントローラは、前記直流電圧のみを印加する工程において、前記割合の調整により前記チャンバ本体の内壁に照射されるイオンのエネルギーを低下させるよう、前記切替ユニットを制御する、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記コントローラは、前記割合を５０％以下に調整するよう、前記切替ユニットを制御する、請求項８又は９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記一以上の直流電源として複数の直流電源を備え、
    前記コントローラは、前記各々の周期内において前記下部電極に印加される前記直流電圧を前記複数の直流電源から順に出力される複数の直流電圧により形成するよう、前記切替ユニットを制御する、請求項８～１０のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記コントローラは、前記直流電圧が印加される期間において前記高周波が供給され、前記直流電圧の印加が停止されている期間において前記高周波の供給が停止されるよう、前記高周波電源を制御する、請求項９～１１のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記コントローラは、前記直流電圧が印加される期間において前記高周波の供給が停止され、前記直流電圧の印加が停止されている期間において前記高周波が供給されるよう、前記高周波電源を制御する、請求項９～１１のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記高周波は、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有する、請求項８～１３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
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