JP7068140B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

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方法に関するものである。

プラズマ処理装置が、基板に対するプラズマエッチングにおいて用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ及び基板支持台を有する。基板支持台は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。プラズマエッチングが実行される際には、基板が基板支持台上に載置される。そして、チャンバ内でガスからプラズマが生成される。基板は、プラズマからの正イオンにより、エッチングされる。その結果、基板に開口が形成される。

正イオンによる基板のエッチングが進行すると、基板が帯電する。基板が帯電している状態では、開口の内部への正イオンの供給量が減少する。その結果、エッチングレートが減少し得る。或いは、基板が帯電している状態では、基板に形成される開口の形状に異常が生じ得る。

基板の正電荷量を減少させるために、特許文献１に記載された技術では、正極性の直流電圧が電源から下部電極に印加される。次いで、下部電極への直流電圧の印加が停止される。次いで、負極性の直流電圧が電源から下部電極に印加される。その結果、正イオンが基板に引き込まれて、エッチングが行われる。しかる後に、下部電極への直流電圧の印加が停止される。特許文献１に記載された技術では、下部電極への正極性の直流電圧の印加、下部電極への直流電圧の印加の停止、下部電極への負極性の直流電圧の印加、及び下部電極への直流電圧の印加の停止が繰り返される。

特開２０１２－７９８８６号公報

プラズマエッチングには、基板の正電荷量を減少させることと、エッチングレートを向上させることが求められている。

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、及び電源ユニットを備える。基板支持台は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。電源ユニットは、正極性の直流電圧及び負極性の直流電圧を発生するように構成されている。電源ユニットは、下部電極に電気的に接続されている。電源ユニットは、チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中の第１の期間において、直流電圧の下部電極への印加を停止する。電源ユニットは、チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中、且つ、第１の期間の後の第２の期間において、第１の直流電圧を下部電極に印加する。第１の直流電圧は、正極性の直流電圧である。電源ユニットは、基板支持台上に載置された基板に対するエッチングのために、チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中、且つ、第２の期間の後の第３の期間において、第２の直流電圧を下部電極に印加する。第２の直流電圧は負極性の直流電圧である。電源ユニットが出力する直流電圧が、第２の期間における第１の直流電圧から第３の期間における第２の直流電圧に連続的に切り替えられる。

一つの例示的実施形態によれば、基板の正電荷量を減少させることと、エッチングレートを向上させることが可能となる。

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方法を示す流れ図である。 図２に示すプラズマ処理方法における電源ユニットの出力電圧の一例のタイミングチャートである。

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、及び電源ユニットを備える。基板支持台は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。電源ユニットは、正極性の直流電圧及び負極性の直流電圧を発生するように構成されている。電源ユニットは、下部電極に電気的に接続されている。電源ユニットは、チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中の第１の期間において、直流電圧の下部電極への印加を停止する。電源ユニットは、チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中、且つ、第１の期間の後の第２の期間において、第１の直流電圧を下部電極に印加する。第１の直流電圧は、正極性の直流電圧である。電源ユニットは、基板支持台上に載置された基板に対するエッチングのために、チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中、且つ、第２の期間の後の第３の期間において、第２の直流電圧を下部電極に印加する。第２の直流電圧は、負極性の直流電圧である。電源ユニットが出力する直流電圧が、第２の期間における第１の直流電圧から第３の期間における第２の直流電圧に連続的に切り替えられる。

プラズマの生成中に正極性の直流電圧が下部電極に印加されると、プラズマから負イオン及び／又は電子が基板に供給される。その結果、上記実施形態によれば、基板の正電荷量が、第２の期間において減少される。プラズマの生成中に負極性の直流電圧が下部電極に印加されると、プラズマからの正イオンが基板に向けて加速される。その結果、上記実施形態によれば、第３の期間において基板が高いエッチングレートでエッチングされる。さらに、電源ユニットが出力する直流電圧が第２の期間における第１の直流電圧から第３の期間における第２の直流電圧に連続的に切り替えられるので、第３の期間において基板に衝突する正イオンのエネルギーが更に向上される。しがたって、上記実施形態によれば、エッチングレートが更に向上される。

一つの例示的実施形態において、第１の直流電圧の絶対値は、第２の直流電圧の絶対値よりも小さい。

一つの例示的実施形態において、第３の期間の時間長は、第１の期間の時間長と第２の期間の時間長の和以下である。

一つの例示的実施形態において、第３の期間の時間長は、１０μ秒以下であってもよい。

一つの例示的実施形態において、第２の期間の時間長は、第１の期間の時間長以下であってもよい。

一つの例示的実施形態において、電源ユニットは、第１の期間における下部電極への直流電圧の印加の停止、第２の期間における下部電極への第１の直流電圧の印加、及び第３の期間における下部電極への第２の直流電圧の印加を繰り返してもよい。

一つの例示的実施形態において、電源ユニットは、チャンバ内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中の第４の期間において、第３の直流電圧を下部電極に印加する。第３の直流電圧は、負極性の直流電圧である。電源ユニットは、チャンバ内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中、且つ、第４の期間の後の第５の期間において、直流電圧の下部電極への印加を更に停止する。電源ユニットは、チャンバ内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中、且つ、第５の期間の後の第６の期間において、第４の直流電圧を下部電極に印加する。第４の直流電圧は、正極性の直流電圧である。第４の期間の時間長は、第５の期間の時間長と第６の期間の時間長との和よりも長い。第４の期間の時間長が比較的長い場合には、第６の期間においてプラズマの電位が高くなる。第６の期間においては下部電極に正極性の直流電圧が印加されているので、プラズマからチャンバの内壁面に向けてイオンが加速される。その結果、チャンバの内壁面に付着している堆積物が除去される。

一つの例示的実施形態において、第４の期間の時間長は、第３の期間の時間長より長くてもよい。

一つの例示的実施形態において、電源ユニットは、第４の期間における下部電極への第３の直流電圧の印加、第５の期間における下部電極への直流電圧の印加の停止、及び第６の期間における下部電極への第４の直流電圧の印加を繰り返してもよい。

別の例示的実施形態において、プラズマ処理装置を用いて実行されるプラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持台、高周波電源、及び電源ユニットを備える。基板支持台は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するよう構成されている。電源ユニットは、正極性の直流電圧及び負極性の直流電圧を発生するように構成されており、下部電極に電気的に接続されている。プラズマ処理方法は、チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中の第１の期間において、電源ユニットからの直流電圧の下部電極への印加を停止する工程を含む。プラズマ処理方法は、チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中、且つ、第１の期間の後の第２の期間において、電源ユニットから下部電極に第１の直流電圧を印加する工程を更に含む。第１の直流電圧は、正極性の電圧である。プラズマ処理方法は、基板支持台上に載置された基板に対するエッチングのために、チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中、且つ、第２の期間の後の第３の期間において、電源ユニットから下部電極に第２の直流電圧を印加する工程を更に含む。第２の直流電圧は、負極性の直流電圧である。電源ユニットが出力する直流電圧が、第２の期間における第１の直流電圧から第３の期間における第２の直流電圧に連続的に切り替えられる。

一つの例示的実施形態において、第１の直流電圧の絶対値は、第２の直流電圧の絶対値よりも小さい。

一つの例示的実施形態において、第３の期間の時間長は、第１の期間の時間長と第２の期間の時間長の和以下である。

一つの例示的実施形態において、第３の期間の時間長は、１０μ秒以下であってもよい。

一つの例示的実施形態において、第２の期間の時間長は、第１の期間の時間長以下であってもよい。

一つの例示的実施形態において、停止する工程、第１の直流電圧を印加する工程、及び第２の直流電圧を印加する工程が繰り返されてもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法は、チャンバ内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中の第４の期間において、電源ユニットから下部電極に第３の直流電圧を印加する工程を更に含む。第３の直流電圧は、負極性の直流電圧である。プラズマ処理方法は、チャンバ内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中、且つ、第４の期間の後の第５の期間において、電源ユニットからの直流電圧の下部電極への印加を更に停止する工程を更に含む。プラズマ処理方法は、チャンバ内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中、且つ、第５の期間の後の第６の期間において、電源ユニットから下部電極に第４の直流電圧を印加する工程を更に含む。第４の直流電圧は、正極性の直流電圧である。第４の期間の時間長は、第５の期間の時間長と第６の期間の時間長との和よりも長い。

一つの例示的実施形態において、第４の期間の時間長は、第３の期間の時間長より長くてもよい。

一つの例示的実施形態において、第３の直流電圧を印加する工程、更に停止する工程、及び第４の直流電圧を印加する工程が繰り返されてもよい。

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。

チャンバ１０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、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。基板Ｗは、略円盤形状を有する。支持台１６は、支持体１５によって支持されている。支持体１５は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持体１５は、略円筒形状を有している。支持体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を有する。支持台１６は、静電チャック２０を更に有し得る。支持台１６は、電極プレート１９を更に有していてもよい。電極プレート１９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１９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１９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、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムといった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は、基板載置領域及びフォーカスリング搭載領域を含んでいる。基板載置領域は、略円盤形状を有する領域である。基板載置領域の上面は、水平面に沿って延在している。基板載置領域の中心を含み、鉛直方向に延びる軸線ＡＸは、チャンバ１０の中心軸線と略一致する。基板Ｗは、チャンバ１０内で処理されるときには、基板載置領域の上面の上に載置される。

フォーカスリング搭載領域は、基板載置領域を囲むように周方向に延在している。フォーカスリング搭載領域の上面の上にはフォーカスリングＦＲが搭載される。フォーカスリングＦＲは、環形状を有している。基板Ｗは、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、静電チャック２０の基板載置領域上に載置された基板Ｗのエッジを囲む。フォーカスリングＦＲは、例えばシリコン又は炭化ケイ素からから形成されている。

静電チャック２０の電極は、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の電極は、導体から形成された膜である。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の電極に直流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、支持体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１９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。

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。複数のガスソースは、種々の実施形態に係るプラズマ処理方法で用いられる複数のガスのソースを含んでいる。複数のガスは、エッチングガス及びクリーニングガスを含んでいる。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、バッフル部材４８が設けられている。バッフル部材４８は、板状の部材であり得る。バッフル部材４８は、例えば、アルミニウム製の板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。このバッフル部材４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフル部材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。

プラズマ処理装置１は、高周波電源６１を更に備える。高周波電源６１は、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源である。高周波電力の周波数は、限定されるものではないが、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば４０ＭＨｚ又は６０ＭＨｚである。高周波電源６１は、高周波電力を下部電極１８に供給するために、整合器６３及び電極プレート１９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、電源ユニット６４を更に備える。電源ユニット６４は、下部電極１８に印加される直流電圧を発生するように構成されている。電源ユニット６４は、負極性の直流電圧及び正極性の直流電圧を発生するように構成されている。電源ユニット６４は、下部電極１８に電気的に接続されている。一実施形態では、電源ユニット６４は、ローパスフィルタ６６を介して、整合器６３と電極プレート１９とを互いに接続する電気的パスに接続されている。電源ユニット６４の動作の詳細については、後述する。

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。或いは、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、チャンバ１０の内壁面のクリーニングが行われる。

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、レシピデータによって指定されたプロセスがプラズマ処理装置１において実行される。種々の実施形態に係るプラズマ処理方法は、制御部ＭＣによるプラズマ処理装置１の各部の制御により、プラズマ処理装置１において実行され得る。

以下、図２及び図３を参照して、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法について説明する。図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。図３は、図２に示すプラズマ処理方法における電源ユニットの出力電圧の一例のタイミングチャートである。以下では、図２に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）におけるプラズマ処理装置１の各部の動作についても説明する。

図２に示すように、方法ＭＴの工程ＳＴａでは、エッチングガスからのプラズマの生成が開始される。エッチングガスは、基板Ｗのプラズマエッチングのために用いられるガスである。工程ＳＴａにおいて、制御部ＭＣは、チャンバ１０内にエッチングガスを供給するよう、ガス供給部を制御する。工程ＳＴａにおいて、制御部ＭＣ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、排気装置５０を制御する。工程ＳＴａにおいて、制御部ＭＣは、高周波電力を下部電極１８（又は上部電極３０）に供給するよう、高周波電源６１を制御する。

方法ＭＴは、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、及び工程ＳＴ３を含む。工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、及び工程ＳＴ３は、工程ＳＴａで開始されたエッチングガスからのプラズマの生成中に、実行される。工程ＳＴ１の実行期間は、第１の期間Ｐ１である。工程ＳＴ２の実行期間は、第２の期間Ｐ２である。工程ＳＴ３の実行期間は、第３の期間Ｐ３である。エッチングガスからプラズマを生成するために、高周波電力は、第１の期間Ｐ１、第２の期間Ｐ２、及び第３の期間Ｐ３にわたって連続的に供給されてもよい。

工程ＳＴ１は、第１の期間Ｐ１において実行される。第１の期間Ｐ１は、チャンバ１０内でのエッチングガスからのプラズマの生成中の期間である。工程ＳＴ１は、第１の期間Ｐ１において電源ユニット６４からの直流電圧の下部電極１８への印加を停止することを含む。工程ＳＴ１の実行のために、制御部ＭＣは、第１の期間Ｐ１において直流電圧の下部電極１８への出力を停止するよう、電源ユニット６４を制御する。

工程ＳＴ２は、第２の期間Ｐ２において実行される。第２の期間Ｐ２は、チャンバ１０内でのエッチングガスからのプラズマの生成中の期間であり、第１の期間Ｐ１の後の期間である。工程ＳＴ２は、第２の期間Ｐ２において電源ユニット６４から下部電極１８に第１の直流電圧Ｖ１を印加することを含む。第１の直流電圧Ｖ１は、正極性の直流電圧である。工程ＳＴ２の実行のために、制御部ＭＣは、第２の期間Ｐ２において下部電極１８に第１の直流電圧Ｖ１を印加するよう、電源ユニット６４を制御する。

工程ＳＴ３は、第３の期間Ｐ３において実行される。第３の期間Ｐ３は、チャンバ１０内でのエッチングガスからのプラズマの生成中の期間であり、第２の期間Ｐ２の後の期間である。工程ＳＴ３は、第３の期間Ｐ３において電源ユニット６４から下部電極１８に第２の直流電圧Ｖ２を印加することを含む。第２の直流電圧Ｖ２は、負極性の直流電圧である。一実施形態では、図３に示すように、第１の直流電圧の絶対値｜Ｖ１｜は、第２の直流電圧の絶対値｜Ｖ２｜よりも小さい。第２の直流電圧の絶対値｜Ｖ２｜は、基板Ｗに深い開口を形成する場合には、３ｋＶ以上に設定され得る。第２の直流電圧の絶対値｜Ｖ２｜は、ゲート形成のためのポリシリコンのエッチングが行われる場合には、５００Ｖ以下に設定され得る。第２の直流電圧の絶対値｜Ｖ２｜は、ポリシリコンのパターニングのためのエッチングが行われる場合には、５Ｖ以上、３００Ｖ以下に設定され得る。工程ＳＴ３の実行のために、制御部ＭＣは、第３の期間Ｐ３において下部電極１８に第２の直流電圧Ｖ２を印加するよう、電源ユニット６４を制御する。

電源ユニット６４が出力する直流電圧は、第２の期間Ｐ２における第１の直流電圧Ｖ１から第３の期間Ｐ３における第２の直流電圧Ｖ２に連続的に切り替えられる。即ち、電源ユニット６４が第１の直流電圧Ｖ１の出力を停止する第２の期間Ｐ２の終了時点と電源ユニット６４が第２の直流電圧Ｖ２の出力を開始する第３の期間Ｐ３の開始時点とは、互いに同一であるか、連続している。

一実施形態では、図３に示すように、第３の期間Ｐ３の時間長Ｔ３は、第１の期間Ｐ１の時間長Ｔ１と第２の期間Ｐ２の時間長Ｔ２の和以下である。即ち、Ｔ３≦Ｔ１＋Ｔ２が満たされる。換言すると、第１の期間Ｐ１、第２の期間Ｐ２、及び第３の期間Ｐ３からなる期間において第３の期間Ｐ３が占める割合（即ち、デューティー比）は、５０％以下である。第３の期間Ｐ３の時間長Ｔ３は、例えば１０μ秒以下である。一実施形態では、図３に示すように、第２の期間Ｐ２の時間長Ｔ２は、第１の期間Ｐ１の時間長Ｔ１以下であってもよい。

プラズマの生成中に正極性の直流電圧が下部電極１８に印加されると、プラズマから負イオン及び／又は電子が基板Ｗに供給される。その結果、基板Ｗの正電荷量が、第２の期間Ｐ２において減少される。プラズマの生成中に負極性の直流電圧が下部電極１８に印加されると、プラズマからの正イオンが基板Ｗに向けて加速される。その結果、第３の期間Ｐ３において基板Ｗが高いエッチングレートでエッチングされる。さらに、電源ユニット６４が出力する直流電圧が第２の期間Ｐ２における第１の直流電圧Ｖ１から第３の期間Ｐ３における第２の直流電圧Ｖ２に連続的に切り替えられるので、第３の期間Ｐ３において基板に衝突する正イオンのエネルギーが更に向上される。しがたって、エッチングレートが更に向上される。

一実施形態において、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、及び工程ＳＴ３は、この順で繰り返されてもよい。この場合には、図２に示すように、方法ＭＴは、工程ＳＴｂを更に含む。工程ＳＴｂ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、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、及び工程ＳＴ３の繰り返し回数が所定回数に達している場合に満たされる。なお、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、及び工程ＳＴ３の繰り返しの周波数、即ち、（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）の逆数は、１０ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下であってもよい。或いは、当該周波数は、４００ｋＨｚよりも大きくてもよい。

工程ＳＴｂにおいて停止条件が満たされていないと判定されると、再び工程ＳＴ１が実行される。一方、工程ＳＴｂにおいて、停止条件が満たされていると判定されると、工程ＳＴｃが実行されてもよい。なお、工程ＳＴａ及び工程ＳＴ１～工程ＳＴ３の実行によるプラズマエッチングが、複数の基板に対して順に実行された後に、工程ＳＴｃが実行されてもよい。

工程ＳＴｃが実行される場合には、支持台１６上に載置される物体が工程ＳＴ１～工程ＳＴ３によって処理された基板Ｗからダミー基板に交換されて、当該ダミー基板が静電チャック２０によって保持される。この場合には、工程ＳＴｃ及び後述の工程ＳＴ４～工程ＳＴ６は、ダミー基板が支持台１６上に載置された状態で実行される。なお、工程ＳＴｃ及び工程ＳＴ４～工程ＳＴ６は、支持台１６上に物体が載置されていない状態で実行されてもよい。この場合には、工程ＳＴｃの実行前に基板Ｗがチャンバ１０から搬出される。或いは、工程ＳＴｃ及び工程ＳＴ４～工程ＳＴ６は、工程ＳＴ１～工程ＳＴ３によって処理された基板Ｗが支持台１６上に載置されている状態で実行されてもよい。

工程ＳＴｃでは、クリーニングガスからのプラズマの生成が開始される。クリーニングガスは、チャンバ１０の内壁面に付着している堆積物を除去するために用いられるガスである。工程ＳＴｃにおいて、制御部ＭＣは、チャンバ１０内にクリーニングガスを供給するよう、ガス供給部を制御する。工程ＳＴｃにおいて、制御部ＭＣ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、排気装置５０を制御する。工程ＳＴｃにおいて、制御部ＭＣは、高周波電力を下部電極１８（又は上部電極３０）に供給するよう、高周波電源６１を制御する。

方法ＭＴは、工程ＳＴ４、工程ＳＴ５、及び工程ＳＴ６を更に含んでいてもよい。工程ＳＴ４、工程ＳＴ５、及び工程ＳＴ６は、工程ＳＴｃで開始されたクリーニングガスからのプラズマの生成中に、実行される。工程ＳＴ４の実行期間は、第４の期間Ｐ４である。工程ＳＴ５の実行期間は、第５の期間Ｐ５である。工程ＳＴ６の実行期間は、第６の期間Ｐ６である。クリーニングガスからプラズマを生成するために、高周波電力は、第４の期間Ｐ４、第５の期間Ｐ５、及び第６の期間Ｐ６にわたって連続的に供給されてもよい。

工程ＳＴ４は、第４の期間Ｐ４において実行される。第４の期間Ｐ４は、チャンバ１０内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中の期間である。工程ＳＴ４は、第４の期間Ｐ４において、電源ユニット６４から下部電極１８に第３の直流電圧Ｖ３を印加することを含む。第３の直流電圧Ｖ３は、負極性の直流電圧である。制御部ＭＣは、第４の期間Ｐ４において、第３の直流電圧Ｖ３を下部電極１８に印加するよう、電源ユニット６４を制御する。

工程ＳＴ５は、第５の期間Ｐ５において実行される。第５の期間Ｐ５は、チャンバ１０内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中の期間であり、第４の期間Ｐ４の後の期間である。工程ＳＴ５は、第５の期間Ｐ５において電源ユニット６４からの直流電圧の下部電極１８への印加を停止することを含む。工程ＳＴ５の実行のために、制御部ＭＣは、第５の期間Ｐ５において直流電圧の下部電極１８への出力を停止するよう、電源ユニット６４を制御する。

工程ＳＴ６は、第６の期間Ｐ６において実行される。第６の期間Ｐ６は、チャンバ１０内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中の期間であり、第５の期間Ｐ５の後の期間である。工程ＳＴ６は、第６の期間Ｐ６において電源ユニット６４から下部電極１８に第４の直流電圧Ｖ４を印加することを含む。第４の直流電圧Ｖ４は、正極性の直流電圧である。工程ＳＴ６の実行のために、制御部ＭＣは、第６の期間Ｐ６において下部電極１８に第４の直流電圧Ｖ４を印加するよう、電源ユニット６４を制御する。

第６の期間Ｐ６においては下部電極１８に第４の直流電圧Ｖ４、即ち正極性の直流電圧が印加されているので、プラズマからチャンバ１０の内壁面に向けてイオンが加速される。その結果、チャンバ１０の内壁面に付着している堆積物が除去される。

一実施形態では、図３に示すように、第４の直流電圧の絶対値｜Ｖ４｜は、第３の直流電圧の絶対値｜Ｖ３｜よりも小さい。なお、第４の直流電圧Ｖ４は、第１の直流電圧Ｖ１と同一であってもよい。第４の直流電圧Ｖ４はゼロであってもよい。但し、第４の直流電圧の絶対値｜Ｖ４｜が大きい場合には、プラズマのポテンシャルが高くなり、高いエネルギーを有するイオンがチャンバ１０の内壁面に向けて供給される。第３の直流電圧Ｖ３は、第２の直流電圧Ｖ２と同一であってもよい。或いは、第３の直流電圧の絶対値｜Ｖ３｜は、条件：｜Ｖ２｜＞｜Ｖ３｜≧０を満たしていてもよい。この条件が満たされる場合には、第３の直流電圧の絶対値｜Ｖ３｜は比較的小さい。したがって、支持台１６上に物体が載置されていない状態で工程ＳＴｃ及び後述の工程ＳＴ４～工程ＳＴ６が実行される場合に、静電チャック２０の損傷が抑制される。

図３に示すように、第４の期間Ｐ４の時間長Ｔ４は、第５の期間Ｐ５の時間長Ｔ５と第６の期間Ｐ６の時間長Ｔ６との和よりも長い。即ち、Ｔ４＞Ｔ５＋Ｔ６が満たされる。換言すると、第４の期間Ｐ４、第５の期間Ｐ５、及び第６の期間Ｐ６からなる期間において第４の期間Ｐ４が占める割合（即ち、デューティー比）は、５０％よりも大きい。一実施形態において、第４の期間Ｐ４の時間長Ｔ４は、第３の期間Ｐ３の時間長Ｔ３よりも長い。即ち、一実施形態では、Ｔ４＞Ｔ３が満たされる。第４の期間Ｐ４の時間長Ｔ４が比較的長い場合には、第４の直流電圧Ｖ４が大きくなり、第６の期間Ｐ６においてプラズマのポテンシャルが高くなる。したがって、高いエネルギーを有するイオンがチャンバ１０の内壁面に向けて供給され、チャンバ１０の内壁面のクリーニングの効率が高くなる。一実施形態において、第６の期間Ｐ６の時間長Ｔ６は、第２の期間Ｐ２の時間長Ｔ２よりも長い。即ち、一実施形態では、Ｔ２＜Ｔ６が満たされる。この実施形態では、第４の直流電圧Ｖ４が印加されている期間の時間長が長くなる。したがって、第４の直流電圧Ｖ４が矩形状の電圧として印加され、チャンバ１０の内壁面のクリーニングの効果が十分に発揮される。

一実施形態において、工程ＳＴ４、工程ＳＴ５、及び工程ＳＴ６は、この順で繰り返されてもよい。この場合には、図２に示すように、方法ＭＴは、工程ＳＴｄを更に含む。工程ＳＴｄ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、工程ＳＴ４、工程ＳＴ５、及び工程ＳＴ６の繰り返し回数が所定回数に達している場合に満たされる。なお、工程ＳＴ４、工程ＳＴ５、及び工程ＳＴ６の繰り返しの周波数、即ち、（Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ６）の逆数は、１０ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下であってもよい。或いは、当該周波数は、４００ｋＨｚよりも大きくてもよい。また、（Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ６）は、（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）と等しくてもよい。

工程ＳＴｄにおいて停止条件が満たされていないと判定されると、再び工程ＳＴ４が実行される。一方、工程ＳＴｄにおいて、停止条件が満たされていると判定されると、方法ＭＴは終了する。

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、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ったが、別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置といった他のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。また、方法ＭＴは、プラズマ処理装置１以外の任意のタイプのプラズマ処理装置、例えば誘導結合型のプラズマ処理装置を用いて実行されてもよい。

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、６１…高周波電源、６４…電源ユニット。

Claims (18)

1. チャンバと、
   電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持台と、
   前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
   正極性の直流電圧及び負極性の直流電圧を発生するように構成されており、前記電極に電気的に接続された電源ユニットと、
   を備え、
   前記電源ユニットは、
   前記チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中の第１の期間において、直流電圧の前記電極への印加を停止し、
   前記チャンバ内での前記エッチングガスからの前記プラズマの生成中、且つ、前記第１の期間の後の第２の期間において、正極性の直流電圧である第１の直流電圧を前記電極に印加し、
   前記基板支持台上に載置された基板に対するエッチングのために、前記チャンバ内での前記エッチングガスからの前記プラズマの生成中、且つ、前記第２の期間の後の第３の期間において、負極性の直流電圧である第２の直流電圧を前記電極に印加する、
   ように構成されており、
   前記電源ユニットが出力する直流電圧が、前記第２の期間における前記第１の直流電圧から前記第３の期間における前記第２の直流電圧に連続的に切り替えられる、
   プラズマ処理装置。
2. 前記第１の直流電圧の絶対値は、前記第２の直流電圧の絶対値よりも小さい、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第３の期間の時間長は、前記第１の期間の時間長と前記第２の期間の時間長の和以下である、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第３の期間の時間長は、１０μ秒以下である、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記第２の期間の時間長は、前記第１の期間の時間長以下である、請求項３又は４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記電源ユニットは、前記第１の期間における前記電極への直流電圧の印加の停止、前記第２の期間における前記電極への前記第１の直流電圧の印加、及び前記第３の期間における前記電極への前記第２の直流電圧の印加を繰り返すように構成されている、請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記電源ユニットは、
   前記チャンバ内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中の第４の期間において、負極性の直流電圧である第３の直流電圧を前記電極に印加し、
   前記チャンバ内での前記クリーニングガスからの前記プラズマの生成中、且つ、前記第４の期間の後の第５の期間において、直流電圧の前記電極への印加を更に停止し、
   前記チャンバ内での前記クリーニングガスからの前記プラズマの生成中、且つ、前記第５の期間の後の第６の期間において、正極性の直流電圧である第４の直流電圧を前記電極に印加する、
   よう更に構成されており、
   前記第４の期間の時間長は、前記第５の期間の時間長と前記第６の期間の時間長との和よりも長い、
   請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記第４の期間の時間長は、前記第３の期間の時間長より長い、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記電源ユニットは、前記第４の期間における前記電極への前記第３の直流電圧の印加、前記第５の期間における前記電極への直流電圧の印加の停止、及び前記第６の期間における前記電極への前記第４の直流電圧の印加を繰り返すように構成されている、請求項７又は８に記載のプラズマ処理装置。
10. プラズマ処理装置を用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、
    チャンバと、
    電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持台と、
    前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
    正極性の直流電圧及び負極性の直流電圧を発生するように構成されており、前記電極に電気的に接続された電源ユニットと、
    を備え、該プラズマ処理方法は、
    前記チャンバ内でのエッチングガスからのプラズマの生成中の第１の期間において、前記電源ユニットからの直流電圧の前記電極への印加を停止する工程と、
    前記チャンバ内での前記エッチングガスからの前記プラズマの生成中、且つ、前記第１の期間の後の第２の期間において、前記電源ユニットから前記電極に第１の直流電圧を印加する工程であり、該第１の直流電圧は正極性の電圧である、該工程と、
    前記基板支持台上に載置された基板に対するエッチングのために、前記チャンバ内での前記エッチングガスからの前記プラズマの生成中、且つ、前記第２の期間の後の第３の期間において、前記電源ユニットから前記電極に第２の直流電圧を印加する工程であり、前記第２の直流電圧は負極性の直流電圧である、該工程と、
    含み、
    前記電源ユニットが出力する直流電圧が、前記第２の期間における前記第１の直流電圧から前記第３の期間における前記第２の直流電圧に連続的に切り替えられる、
    プラズマ処理方法。
11. 前記第１の直流電圧の絶対値は、前記第２の直流電圧の絶対値よりも小さい、請求項１０に記載のプラズマ処理方法。
12. 前記第３の期間の時間長は、前記第１の期間の時間長と前記第２の期間の時間長の和以下である、請求項１０又は１１に記載のプラズマ処理方法。
13. 前記第３の期間の時間長は、１０μ秒以下である、請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
14. 前記第２の期間の時間長は、前記第１の期間の時間長以下である、請求項１２又は１３に記載のプラズマ処理方法。
15. 停止する前記工程、第１の直流電圧を印加する前記工程、及び第２の直流電圧を印加する前記工程が繰り返される、請求項１０～１４の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
16. 前記チャンバ内でのクリーニングガスからのプラズマの生成中の第４の期間において、前記電源ユニットから前記電極に第３の直流電圧を印加する工程であり、該第３の直流電圧は負極性の直流電圧である、該工程と、
    前記チャンバ内での前記クリーニングガスからの前記プラズマの生成中、且つ、前記第４の期間の後の第５の期間において、前記電源ユニットからの直流電圧の前記電極への印加を更に停止する工程と、
    前記チャンバ内での前記クリーニングガスからの前記プラズマの生成中、且つ、前記第５の期間の後の第６の期間において、前記電源ユニットから前記電極に第４の直流電圧を印加する工程であり、該第４の直流電圧は正極性の直流電圧である、該工程と、
    を更に含み、
    前記第４の期間の時間長は、前記第５の期間の時間長と前記第６の期間の時間長との和よりも長い、
    請求項１０～１５の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
17. 前記第４の期間の時間長は、前記第３の期間の時間長より長い、請求項１６に記載のプラズマ処理方法。
18. 第３の直流電圧を印加する前記工程、更に停止する前記工程、及び前記第４の直流電圧を印加する前記工程が繰り返される、請求項１６又は１７に記載のプラズマ処理方法。

Images