JP7122268B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本開示の例示的実施形態は、高周波電源及びプラズマ処理装置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処理において用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ及び高周波電源を備える。基板は、チャンバ内に収容される。プラズマ処理のために、ガスがチャンバ内に供給される。ガスからプラズマを生成するために、高周波電力が高周波電源によって供給される。特許文献１に記載されているように、高周波電力は、パルス状の高周波電力として周期的に供給されることがある。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、高周波電力は、矩形パルスとして周期的に供給されている。

特開２０１３－１３５１５９号公報

プラズマ処理装置では、周期的に供給されるパルス状の高周波電力に対する反射波を抑制することが求められる。そのためには、周期的に生成されるパルス状の高周波電力の帯域を狭くすることが求められる。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置用の高周波電源が提供される。高周波電源は、電力発生器及び出力部を備える。電力発生器は、高周波電力を発生するように構成されている。出力部は、電力発生器によって生成された高周波電力を出力するように構成されている。高周波電力は、複数の電力成分を含む。複数の電力成分は、所定の周波数の間隔で基本周波数に対して対称に設定された複数の周波数をそれぞれ有する。高周波電力の包絡線は、所定の周波数又は該所定の周波数の２倍以上の倍数の周波数で規定される時間間隔で周期的に出現するピークを有する。高周波電力のパワーレベルは、ピークの各々の出現時点の直前の包絡線のゼロクロス領域と該出現時点の直後の包絡線のゼロクロス領域との間の期間を除く期間でゼロであるように設定されている。

一つの例示的実施形態によれば、周期的に生成されるパルス状の高周波電力の帯域を狭くす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高周波電源の構成を示す図である。 図３の（ａ）は複数の電力成分の合成電力の波形の一例を示す図であり、図３の（ｂ）は図３の（ａ）に示す合成電力のパワースペクトルを示す図であり、図３の（ｃ）は一例の高周波電力ＨＦの波形を示す図である。 図４の（ａ）は、図３の（ｃ）に示した一例の高周波電力ＨＦの波形と共に一例の高周波バイアス電力ＬＦの波形を示す図であり、図４の（ｂ）は、一例の高周波電力ＨＦのパワースペクトルを示す図である。 図５の（ａ）は、参考例の高周波電力の波形と共に一例の高周波バイアス電力ＬＦの波形を示す図であり、図５の（ｂ）は、参考例の高周波電力のパワースペクトルを示す図である。 図６の（ａ）は複数の電力成分の合成電力の波形の別の例を示す図であり、図６の（ｂ）は図６の（ａ）に示す合成電力のパワースペクトルを示す図であり、図６の（ｃ）は別の例の高周波電力ＨＦの波形を示す図である。 図７の（ａ）は複数の電力成分の合成電力の波形の更に別の例を示す図であり、図７の（ｂ）は図７の（ａ）に示す合成電力のパワースペクトルを示す図であり、図７の（ｃ）は更に別の例の高周波電力ＨＦの波形を示す図である。 図８の（ａ）は複数の電力成分の合成電力の波形の更に別の例を示す図であり、図８の（ｂ）は図８の（ａ）に示す合成電力のパワースペクトルを示す図であり、図８の（ｃ）は更に別の例の高周波電力ＨＦの波形を示す図である。 一例の高周波電力ＨＦの波形と共に別の例のバイアス電力の電圧波形を示す図である。 別の例示的実施形態に係る高周波電源の構成を示す図である。

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、プラズマ処理装置用の高周波電源が提供される。高周波電源は、電力発生器及び出力部を備える。電力発生器は、高周波電力を発生するように構成されている。出力部は、電力発生器によって生成された高周波電力を出力するように構成されている。高周波電力は、複数の電力成分を含む。複数の電力成分は、所定の周波数の間隔で基本周波数に対して対称に設定された複数の周波数をそれぞれ有する。高周波電力の包絡線は、所定の周波数又は該所定の周波数の２倍以上の倍数の周波数で規定される時間間隔で周期的に出現するピークを有する。高周波電力のパワーレベルは、ピークの各々の出現時点の直前の包絡線のゼロクロス領域と該出現時点の直後の包絡線のゼロクロス領域との間の期間を除く期間でゼロであるように設定されている。

上記実施形態において、高周波電力は、パルス状の高周波電力として周期的に生成される。即ち、高周波電力は、上記時間間隔で周期的に出現するパルスを含む。各パルスは、そのピークまで徐々に増加するパワーレベルを有する。また、各パルスは、そのピークから徐々に減少するパワーレベルを有する。また、各パルスの直前のゼロクロス領域と直後のゼロクロス領域との間の期間を除く期間、即ち各パルスの持続期間を除く期間では、高周波電力のパワーレベルはゼロに設定される。なお、ゼロクロス領域は、高周波電力の包絡線の振幅が実質的にゼロとみなせる値を有する時点であり得る。したがって、上記実施形態によれば、周期的に生成されるパルス状の高周波電力の帯域幅を狭くすることが可能となる。

一つの例示的実施形態において、電力発生器は、波形データ生成部、量子化部、逆フーリエ変換部、及び変調部を有していてもよい。量子化部は、波形データ生成部によって生成された波形データを量子化して、量子化データを生成するように構成されている。逆フーリエ変換部は、量子化データに逆フーリエ変換を適用して、Ｉデータ及びＱデータを生成するように構成されている。変調部は、それらの位相が互いに９０°異なる二つの基準高周波信号をＩデータ及びＱデータを用いて変調して、変調高周波信号を生成するように構成されている。この実施形態において、電力発生器は、変調高周波信号から高周波電力を生成するように構成されている。

一つの例示的実施形態において、電力発生器は、変調高周波信号を増幅して高周波電力を生成するように構成された増幅器を更に有していてもよい。

一つの例示的実施形態において、電力発生器は、複数の信号発生器、加算器、及びスイッチング回路を有していてもよい。複数の信号発生器は、複数の高周波信号をそれぞれ発生するように構成されている。複数の高周波信号は、それぞれ上記複数の周波数を有する。加算器は、複数の高周波信号を加算して合成信号を生成するように構成されている。合成信号の包絡線は、上記時間間隔で周期的に出現するピークを有する。スイッチング回路は、変調高周波信号を合成信号から生成するように構成されている。変調高周波信号は、その振幅レベルが、合成信号の包絡線のピークの各々の出現時点の直前の合成信号の包絡線のゼロクロス領域と該出現時点の直後の合成信号の包絡線のゼロクロス領域との間の期間を除く期間でゼロであるように設定される。この実施形態において、電力発生器は、スイッチング回路によって生成された変調高周波信号から高周波電力を生成するように構成されている。

一つの例示的実施形態において、電力発生器は、スイッチング回路によって生成された変調高周波信号を増幅して高周波電力を生成するように構成された増幅器を更に備えていてもよい。

別の例示的実施形態においては、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、基板支持器、及び高周波電源を備える。基板支持器は、下部電極を有する。基板支持器は、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。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発生するよう構成されている。高周波電源は、上述した種々の例示的実施形態のうち何れかの高周波電源である。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、バイアス電源を更に備えていてもよい。バイアス電源は、下部電極に電気的に接続されており、基板支持器にイオンを引き込むために高周波バイアス電力を生成するように構成されている。高周波バイアス電力の周波数は、上述の所定の周波数である。この実施形態では、高周波バイアス電力の周期内におけるパルス状の高周波電力の供給期間を設定することにより、基板に供給されるイオンのエネルギーを調整することが可能である。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、高周波電力と高周波バイアス電力との間の位相差を設定するように構成された制御部を更に備えていてもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、バイアス電源を更に備えていてもよい。バイアス電源は、下部電極に電気的に接続されており、基板支持器にイオンを引き込むためにパルス状の直流電圧を繰り返して発生するように構成されている。パルス状の直流電圧の繰り返し周波数は、上述の所定の周波数である。この実施形態では、所定の周波数で規定される周期内におけるパルス状の高周波電力の供給期間を設定することにより、基板に供給されるイオンのエネルギーを調整することが可能である。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、高周波電力とパルス状の直流電圧との間の位相差を設定するように構成された制御部を更に備えていてもよい。

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。

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の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体１２の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。耐腐食性を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。

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。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。

チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成されている。支持部１３は、略円筒形状を有している。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、基板支持器１４を支持している。基板支持器１４は、内部空間１０ｓの中で基板Ｗを支持するように構成されている。

基板支持器１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。基板支持器１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６、下部電極１８、及び静電チャック２０は、チャンバ１０内に設けられている。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導体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１６上に設けられている。下部電極１８は、例えばアルミニウムといった導体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１６に電気的に接続されている。

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の上面の上には、基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有し、誘電体から形成されている。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の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの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。

基板支持器１４の周縁部上には、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、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内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ＦＲは、略板状且つ環状をなしている。フォーカスリングＦＲは、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。基板Ｗは、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。

下部電極１８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１０の外部に設けられているチラーユニット２２から配管２２ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニット２２に戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。

プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２４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の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。

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、基板支持器１４の上方に設けられている。上部電極３０は、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。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。

上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。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は、天板３４をその板厚方向に貫通している。

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６には、複数のガス孔３６ｂが形成されている。複数のガス孔３６ｂは、ガス拡散室３６ａから下方に延びている。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、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。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４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３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４１及びバルブ群４３の各々は、複数の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の対応の開閉バルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。

プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、支持部１３の外周にも設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２にエッチング副生物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。

支持部１３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、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。バッフルプレート４８には、複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、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。

プラズマ処理装置１は、高周波電源６１を更に備えている。図２は、一つの例示的実施形態に係る高周波電源の構成を示す図である。高周波電源６１は、電力発生器６１ｇ及び出力部６１ａを有している。電力発生器６１ｇは、高周波電力ＨＦを発生するように構成されている。出力部６１ａは、電力発生器６１ｇによって発生された高周波電力ＨＦを出力するように構成されている。高周波電源６１は、チャンバ１０内のガスからプラズマを生成するために高周波電力ＨＦを供給する。高周波電源６１の出力部６１ａは、整合器６２を介して下部電極１８に電気的に接続されている。整合器６２は、整合回路を有している。整合器６２の整合回路は、高周波電源６１の負荷側（下部電極側）のインピーダンスを、高周波電源６１の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。整合器６２と下部電極１８との間にはフィルタ６３が設けられていてもよい。フィルタ６３は、高周波電力ＨＦを通過させ、高周波電源６１に向かう他の信号を低減させるか遮断するように構成されている。なお、別の実施形態では、高周波電源６１は、整合器６２を介して上部電極３０に電気的に接続されていてもよい。

図３の（ａ）は複数の電力成分の合成電力の波形の一例を示す図であり、図３の（ｂ）は図３の（ａ）に示す合成電力のパワースペクトルを示す図であり、図３の（ｃ）は一例の高周波電力ＨＦの波形を示す図である。図３の（ｃ）に示すように、高周波電力ＨＦは、周期的に供給されるパルス状の高周波電力である。即ち、高周波電力ＨＦは、周期的に出現するパルスを含む。

高周波電力ＨＦは、複数の電力成分を含む。複数の電力成分は、複数の周波数をそれぞれ有する。図３の（ｂ）に示すように、複数の周波数は、基本周波数ｆ_０に対して対称に設定されている。基本周波数ｆ_０は、例えば２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。一例では、基本周波数ｆ_０は、４０．６８ＭＨｚである。また、図３の（ｂ）に示すように、複数の周波数は、所定の周波数ｆ_Ｐの間隔で設定されている。図３の（ｂ）に示す例では、複数の電力成分のそれぞれの周波数は、ｆ_０－ｆ_Ｐ、ｆ_０、ｆ_０＋ｆ_Ｐである。

複数の電力成分の合成電力の包絡線は、図３の（ａ）に示すように、複数のピーク群を含む。複数のピーク群の各々は、周期的に出現する複数のピークを含む。複数のピーク群の各々に含まれる複数のピークは、時間間隔Ｔ_Ｐで周期的に出現する。時間間隔Ｔ_Ｐは、周波数ｆ_Ｐの逆数である。

図３の（ｃ）に示すように、高周波電力ＨＦの包絡線は、時間間隔Ｔ_Ｐで出現するピークを有する。一実施形態では、高周波電力ＨＦは、複数のピーク群のうち最大のパワーレベルを有するピークＰ_Ｍを含むピーク群から構成される。図３の（ｃ）に示すように、高周波電力ＨＦは、そのパワーレベルが、期間Ｐ_Ａでゼロであるように設定されている。期間Ｐ_Ａは、期間Ｐ_Ｐを除く期間である。期間Ｐ_Ｐは、高周波電力ＨＦの包絡線のピークがそれぞれ出現する期間である。一実施形態では、期間Ｐ_Ｐは、ピークＰ_Ｍがそれぞれ出現する期間である。期間Ｐ_Ｐの各々は、高周波電力ＨＦの包絡線の対応のピークの出現時点の直前の包絡線のゼロクロス領域Ｚ_Ａと当該出現時点の直後の包絡線のゼロクロス領域Ｚ_Ｂとの間の期間である。ゼロクロス領域Ｚ_Ａ及びゼロクロス領域Ｚ_Ｂは、高周波電力ＨＦの包絡線の振幅が実質的にゼロとみなせる値を有する時点であり得る。例えば、ゼロクロス領域Ｚ_Ａ及びゼロクロス領域Ｚ_Ｂの各々は、高周波電力ＨＦの包絡線のピークのパワーレベルに対して３０％以下又は１０％以下のパワーレベルを、当該包絡線のパワーレベルが有する時点であってもよい。

以下、図１と共に図２を参照する。一実施形態において、電力発生器６１ｇは、図２に示すように、変調信号発生部６４を有し得る。一実施形態において、電力発生器６１ｇは、増幅器６５を更に有していてもよい。変調信号発生部６４は、変調高周波信号を生成する。高周波電力ＨＦは、変調信号発生部６４によって生成される変調高周波信号であってもよい。この場合には、増幅器６５は不要である。或いは、高周波電力ＨＦは、変調高周波信号が増幅器６５によって増幅されることにより、生成されてもよい。

一実施形態においては、変調信号発生部６４は、波形データ生成部７１、量子化部７２、逆フーリエ変換部７３、及び変調部７４を有している。一実施形態において、変調信号発生部６４は、Ｄ／Ａ変換部７５，７６、及びローパスフィルタ７７，７８を更に有していてもよい。変調信号発生部６４は、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）から構成され得る。或いは、変調信号発生部６４は、幾つかの回路から形成されていてもよい。

波形データ生成部７１は、変調高周波信号に対応する波形データを生成する。波形データ生成部７１は、入力装置から波形データを生成するためのパラメータ（例えば、周波数及び位相等）を取得し、取得したパラメータを用いて波形データを生成するように構成されている。波形データ生成部７１は、生成した波形データを量子化部７２へ出力する。

量子化部７２は、波形データ生成部７１によって生成された波形データを量子化して、量子化データを生成するように構成されている。逆フーリエ変換部７３は、量子化データに逆フーリエ変換を適用して、Ｉデータ（同相成分）及びＱデータ（直行位相成分）を生成するように構成されている。Ｉデータ及びＱデータはそれぞれ、Ｄ／Ａ変換部７５，７６、ローパスフィルタ７７，７８を経由して、変調部７４に入力される。

変調部７４は、それらの位相が互いに９０°異なる二つの基準高周波信号を、入力されたＩデータ及びＱデータを用いてそれぞれ変調して、変調高周波信号を生成するように構成されている。

一実施形態において、変調部７４は、ＰＬＬ発振器７４ａ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ 発振器）、移相器７４ｂ、ミキサ７４ｃ，７４ｄ、及び合成器７４ｅを有する。

ＰＬＬ発振器７４ａは、基準高周波信号を生成するように構成されている。基準高周波信号は、ミキサ７４ｃに入力される。また、基準高周波信号は、移相器７４ｂに入力される。移相器７４ｂは、ミキサ７４ｃに入力される基準高周波信号に対して９０°異なる位相を有する基準高周波信号を生成するように構成されている。具体的に、移相器７４ｂは、入力された基準高周波信号の位相を９０°シフトさせるように構成されている。移相器７４ｂによって生成された基準高周波信号は、ミキサ７４ｄに入力される。

ミキサ７４ｃは、入力された基準高周波信号とＩデータとの乗算を行うように構成されている。ミキサ７４ｃの乗算により生成された信号は、合成器７４ｅに入力される。ミキサ７４ｄは、入力された基準高周波信号とＱデータとの乗算を行うように構成されている。ミキサ７４ｄの乗算により生成された信号は、合成器７４ｅに入力される。合成器７４ｅは、ミキサ７４ｃとミキサ７４ｄのそれぞれから入力された信号の加算を行って、変調高周波信号を生成するように構成されている。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、バイアス電源８１を更に備えていてもよい。バイアス電源８１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、バイアス電源８１は、基板支持器１４にイオンを引き込むためにバイアス電力ＢＰを発生するように構成されている。バイアス電力ＢＰは、下部電極１８に供給される。

一実施形態において、バイアス電源８１は、バイアス電力ＢＰとして、高周波バイアス電力ＬＦを発生するように構成されていてもよい。高周波バイアス電力ＬＦの周波数は、基本周波数ｆ_０よりも低い。高周波バイアス電力ＬＦの周波数は、例えば１００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。一例では、高周波バイアス電力ＬＦの周波数は、４００ｋＨｚである。一実施形態において、高周波バイアス電力ＬＦの周波数は、上述の周波数ｆ_Ｐであり得る。

一実施形態において、バイアス電源８１は、信号発生器８１ａ及び増幅器８１ｂを有していてもよい。信号発生器８１ａは、高周波バイアス電力ＬＦの周波数と同じ周波数を有する高周波信号を発生するように構成されている。信号発生器８１ａによって生成された高周波信号は、増幅器８１ｂに入力される。増幅器８１ｂは、入力された高周波信号を増幅して、高周波バイアス電力ＬＦを生成するように構成されている。

バイアス電源８１は、整合器８２を介して下部電極１８に電気的に接続されている。整合器８２は、整合回路を有している。整合器８２の整合回路は、バイアス電源８１の負荷側（下部電極側）のインピーダンスを、バイアス電源８１の出力インピーダンスに整合させるよう構成されている。整合器８２と下部電極１８との間にはフィルタ８３が設けられていてもよい。フィルタ８３は、バイアス電力ＢＰを通過させ、バイアス電源８１に向かう他の信号を低減させるか遮断するように構成されている。

一実施形態において、プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部８０の記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、制御部８０のプロセッサによって実行される。制御部８０のプロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御することにより、プラズマ処理装置１においプラズマ処理が実行される。

図４の（ａ）は、図３の（ｃ）に示した一例の高周波電力ＨＦの波形と共に一例の高周波バイアス電力ＬＦの波形を示す図であり、図４の（ｂ）は、一例の高周波電力ＨＦのパワースペクトルを示す図である。図４の（ａ）に示す高周波電力ＨＦの基本周波数ｆ_０は４０．６８ＭＨｚであり、周波数ｆ_ｐは４００ｋＨｚである。図５の（ａ）は、参考例の高周波電力の波形と共に一例の高周波バイアス電力ＬＦの波形を示す図であり、図５の（ｂ）は、参考例の高周波電力のパワースペクトルを示す図である。図５の（ａ）に示す，参考例の高周波電力Ｃ－ＨＦは、４０．６８ＭＨｚの基本周波数を有する高周波電力であり、４００ｋＨｚの繰り返し周波数で出現する矩形パルスとして生成されている。

図５の（ｂ）に示すように、矩形パルスとして供給される高周波電力Ｃ－ＨＦの帯域は広い。したがって、このような高周波電力Ｃ－ＨＦを用いるプラズマ処理装置では、整合回路がインピーダンス整合を行う周波数範囲が狭いと、反射波の電力が大きくなる。

一方、プラズマ処理装置１では、チャンバ１０内にガスが供給されて、チャンバ１０内のガスを励起させてプラズマを生成するために、高周波電力ＨＦが供給される。高周波電力ＨＦは、パルス状の高周波電力として周期的に生成される。即ち、高周波電力ＨＦは、時間間隔Ｔ_Ｐで周期的に出現するパルスを含む。各パルスは、そのピークまで徐々に増加するパワーレベルを有する。また、各パルスは、そのピークから徐々に減少するパワーレベルを有する。各パルスの直前のゼロクロス領域Ｚ_Ａと直後のゼロクロス領域Ｚ_Ｂとの間の期間Ｐ_Ｐを除く期間Ｐ_Ａ、即ち各パルスの持続期間を除く期間では、高周波電力ＨＦのパワーレベルはゼロに設定される。かかる高周波電力ＨＦの帯域幅は、図４の（ｂ）に示すように、狭い。したがって、高周波電源６１によれば、周期的に生成されるパルス状の高周波電力ＨＦの帯域幅を狭くすることが可能となる。故に、プラズマ処理装置１によれば、整合回路がインピーダンス整合を行う周波数範囲が狭くても、高周波電力ＨＦに対する反射波を抑制することが可能となる。

一実施形態において、周波数ｆ_Ｐは、高周波バイアス電力ＬＦの周波数である。この実施形態において、制御部８０は、高周波バイアス電力ＬＦの周期内におけるパルス状の高周波電力ＨＦの供給期間（期間Ｐ_Ｐ）を設定してもよい。具体的には、制御部８０又は別のコントローラから与えられるクロック信号により、高周波電源６１とバイアス電源８１は互いに同期されている。制御部８０又は別のコントローラは、高周波電力ＨＦと高周波バイアス電力ＬＦとの間の位相差を設定するために、バイアス電源８１に対して高周波バイアス電力ＬＦの位相を設定する信号を与える。バイアス電源８１は、与えられた位相で高周波バイアス電力ＬＦを出力する。これにより、高周波バイアス電力ＬＦの周期内におけるパルス状の高周波電力ＨＦの供給期間（期間Ｐ_Ｐ）が設定され得る。なお、制御部８０は高周波バイアス電力ＬＦではなく高周波電力ＨＦの位相を設定するよう、位相を設定する信号を高周波電源６１に与えてもよい。

プラズマ処理装置１では、高周波バイアス電力ＬＦの周期内におけるパルス状の高周波電力ＨＦの供給期間を調整することにより、基板Ｗに供給されるイオンのエネルギーを調整することが可能である。例えば、バイアス電源８１から出力される高周波バイアス電力ＬＦが正の電圧を有する期間においてパルス状の高周波電力ＨＦが供給されると、基板Ｗに供給されるイオンのエネルギーは低くなる。一方、バイアス電源８１から出力される高周波バイアス電力ＬＦが負の電圧を有する期間においてパルス状の高周波電力ＨＦが供給されると、基板Ｗに供給されるイオンのエネルギーは高くなる。

以下、図６の（ａ）、図６の（ｂ）、及び図６の（ｃ）を参照する。別の例においては、図６の（ｂ）に示すように、高周波電力ＨＦの複数の電力成分の周波数は、ｆ_０－ｆ_Ｐ／２、ｆ_０＋ｆ_Ｐ／２である。この例では、図６の（ａ）及び図６の（ｃ）に示すように、時間間隔Ｔ_Ｐは、周波数ｆ_Ｐの２倍の周波数で規定される。即ち、時間間隔Ｔ_Ｐは、周波数ｆ_Ｐの２倍の周波数の逆数であってもよい。なお、時間間隔Ｔ_Ｐは、周波数ｆ_Ｐの２倍以上の整数倍の周波数の逆数であってもよい。

以下、図７の（ａ）、図７の（ｂ）、及び図７の（ｃ）を参照する。別の例においては、図７の（ｂ）に示すように、高周波電力ＨＦの複数の電力成分の周波数は、ｆ_０－（３／２）×ｆ_Ｐ、ｆ_０－ｆ_Ｐ／２、ｆ_０＋ｆ_Ｐ／２、ｆ_０＋（３／２）×ｆ_Ｐである。この例では、図７の（ａ）に示すように、複数の電力成分の合成電力の包絡線は、三つのピーク群を含む。この例では、図７の（ｃ）に示すように、高周波電力ＨＦは、三つのピーク群のうち、最大のピークを含むピーク群から構成されている。

以下、図８の（ａ）、図８の（ｂ）、及び図８の（ｃ）を参照する。別の例においては、図８の（ｂ）に示すように、高周波電力ＨＦの複数の電力成分の周波数は、ｆ_０－２×ｆ_Ｐ、ｆ_０－ｆ_Ｐ、ｆ_０、ｆ_０＋ｆ_Ｐ、ｆ_０＋２×ｆ_Ｐである。この例では、図８の（ａ）に示すように、複数の電力成分の合成電力の包絡線は、四つのピーク群を含む。この例では、図８の（ｃ）に示すように、高周波電力ＨＦは、四つのピーク群のうち、最大のピークを含むピーク群から構成されている。

以上説明したように、高周波電力ＨＦは、二つ以上の電力成分から構成されていてもよい。二つ以上の電力成分それぞれの周波数は、基本周波数ｆ_０に対して対称に設定されており、且つ、所定の周波数ｆ_Ｐで規定される間隔で設定される。

以下、図９を参照する。図９は、一例の高周波電力ＨＦの波形と共に別の例のバイアス電力の電圧波形を示す図である。別の実施形態において、バイアス電源８１は、バイアス電力ＢＰとして、パルス状の負極性の直流電圧ＢＶを繰り返して発生するように構成された直流電源であってもよい。

パルス状の負極性の直流電圧ＢＶの繰り返し周波数は、例えば１ｋＨｚ～８００ｋＨｚの範囲内の周波数である。一実施形態では、パルス状の負極性の直流電圧ＢＶの繰り返し周波数は、周波数ｆ_Ｐである。この実施形態において、制御部８０は、直流電圧ＢＶの周期内におけるパルス状の高周波電力ＨＦの供給期間（期間Ｐ_Ｐ）を設定してもよい。具体的には、制御部８０又は別のコントローラから与えられるクロック信号により、高周波電源６１とバイアス電源８１は互いに同期されている。制御部８０又は別のコントローラは、高周波電力ＨＦとパルス状の負極性の直流電圧ＢＶとの間の位相差を設定するために、バイアス電源８１に対してパルス状の負極性の直流電圧ＢＶの位相を設定する信号を与える。バイアス電源８１は、与えられた位相でパルス状の負極性の直流電圧ＢＶを出力する。これにより、パルス状の負極性の直流電圧ＢＶの周期内におけるパルス状の高周波電力ＨＦの供給期間（期間Ｐ_Ｐ）が設定され得る。なお、制御部８０はパルス状の負極性の直流電圧ＢＶではなく高周波電力ＨＦの位相を設定するよう、位相を設定する信号を高周波電源６１に与えてもよい。

プラズマ処理装置１では、パルス状の負極性の直流電圧ＢＶの周期内におけるパルス状の高周波電力ＨＦの供給期間を調整することにより、基板Ｗに供給されるイオンのエネルギーを調整することが可能である。例えば、パルス状の負極性の直流電圧ＢＶが下部電極１８に印加されていない期間においてパルス状の高周波電力ＨＦが供給されると、基板Ｗに供給されるイオンのエネルギーは低くなる。一方、パルス状の負極性の直流電圧ＢＶが下部電極１８に印加されている期間においてパルス状の高周波電力ＨＦが供給されると、基板Ｗに供給されるイオンのエネルギーは高くなる。

以下、図１０を参照する。図１０は、別の例示的実施形態に係る高周波電源の構成を示す図である。図１０に示すように、プラズマ処理装置１は、高周波電源６１に代えて、高周波電源６１Ｂを備えていてもよい。高周波電源６１Ｂは、電力発生器６１Ｂｇ及び出力部６１ａを有している。電力発生器６１Ｂｇは、高周波電力ＨＦを発生するように構成されている。高周波電源６１Ｂにおいて、出力部６１ａは、電力発生器６１Ｂｇによって生成された高周波電力ＨＦを出力するように構成されている。

電力発生器６１Ｂｇは、変調信号発生部６４Ｂを有している。電力発生器６１Ｂｇは、増幅器６５を更に有していてもよい。変調信号発生部６４Ｂは、変調高周波信号を生成する。高周波電力ＨＦは、変調信号発生部６４Ｂによって生成される変調高周波信号であってもよい。この場合には、増幅器６５は不要である。或いは、高周波電力ＨＦは、変調高周波信号が増幅器６５によって増幅されることにより、生成されてもよい。

変調信号発生部６４Ｂは、複数の信号発生器９１１～９１Ｎ、加算器９２、及びスイッチング回路９３を有し得る。ここで、「Ｎ」は、２以上の整数である。複数の信号発生器９１１～９１Ｎは、複数の高周波信号をそれぞれ発生するように構成されている。複数の高周波信号それぞれの周波数は、基本周波数ｆ_０に対して対称に設定されている。複数の高周波信号それぞれの周波数は、所定の周波数ｆ_Ｐの間隔で設定されている。

加算器９２は、複数の信号発生器９１１～９１Ｎからの複数の高周波信号を加算して合成信号を生成するように構成されている。合成信号の包絡線は、時間間隔Ｔ_Ｐで周期的に出現するピークを有する。スイッチング回路９３は、変調高周波信号を合成信号から生成するように構成されている。変調高周波信号は、その振幅レベルが、合成信号の包絡線のピークの各々の出現時点の直前の当該包絡線のゼロクロス領域Ｚ_Ａと該出現時点の直後の当該包絡線のゼロクロス領域Ｚ_Ｂとの間の期間Ｐ_Ｐを除く期間Ｐ_Ａでゼロであるように設定される。かかる高周波電源６１Ｂも、高周波電源６１と同様に高周波電力ＨＦを生成することが可能である。

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。

別の実施形態において、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。誘導結合型のプラズマ処理装置では、高周波電力ＨＦは、誘導結合プラズマを生成するためのアンテナに供給される。

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、１４…基板支持器、１８…下部電極、６１…高周波電源。

Claims (8)

1. チャンバと、
   下部電極を有し、前記チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持器と、
   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発生するよう構成された高周波電源と、
   前記下部電極に電気的に接続されており、前記基板支持器にイオンを引き込むために高周波バイアス電力を生成するように構成されたバイアス電源と、
   を備えるプラズマ処理装置であって、
   前記高周波電源は、
   高周波電力を発生するように構成された単一の電力発生器であり、該高周波電力は、複数の周波数をそれぞれ有する複数の電力成分を含む合成高周波電力であり、該複数の周波数は、所定の周波数の間隔で基本周波数に対して対称に設定されており、該所定の周波数は、前記基本周波数よりも低く、該高周波電力の包絡線が、前記所定の周波数又は該所定の周波数の２倍以上の倍数の周波数で規定される時間間隔で周期的に出現するピークを有し、該高周波電力のパワーレベルが、前記ピークの各々の出現時点の直前の前記包絡線のゼロクロス領域と該出現時点の直後の前記包絡線のゼロクロス領域との間の期間を除く期間でゼロであるように設定される、該電力発生器と、
   前記電力発生器によって発生された前記高周波電力を出力するように構成された単一の出力部と、
   を備え、
   該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、
   前記高周波バイアス電力の周波数は、前記所定の周波数である、
   プラズマ処理装置。
2. 前記高周波電力と前記高周波バイアス電力との間の位相差を設定するように構成された制御部を更に備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. チャンバと、
   下部電極を有し、前記チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持器と、
   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発生するよう構成された高周波電源と、
   前記下部電極に電気的に接続されており、前記基板支持器にイオンを引き込むためにパルス状の直流電圧を繰り返して発生するように構成されたバイアス電源と、
   を備えるプラズマ処理装置であって、
   前記高周波電源は、
   高周波電力を発生するように構成された単一の電力発生器であり、該高周波電力は、複数の周波数をそれぞれ有する複数の電力成分を含む合成高周波電力であり、該複数の周波数は、所定の周波数の間隔で基本周波数に対して対称に設定されており、該所定の周波数は、前記基本周波数よりも低く、該高周波電力の包絡線が、前記所定の周波数又は該所定の周波数の２倍以上の倍数の周波数で規定される時間間隔で周期的に出現するピークを有し、該高周波電力のパワーレベルが、前記ピークの各々の出現時点の直前の前記包絡線のゼロクロス領域と該出現時点の直後の前記包絡線のゼロクロス領域との間の期間を除く期間でゼロであるように設定される、該電力発生器と、
   前記電力発生器によって発生された前記高周波電力を出力するように構成された単一の出力部と、
   を備え、
   該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、
   前記パルス状の直流電圧の繰り返し周波数は、前記所定の周波数である、
   プラズマ処理装置。
4. 前記高周波電力と前記パルス状の直流電圧との間の位相差を設定するように構成された制御部を更に備える、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記電力発生器は、
   波形データ生成部と、
   前記波形データ生成部によって生成された波形データを量子化して、量子化データを生成するように構成された量子化部と、
   前記量子化データに逆フーリエ変換を適用して、Ｉデータ及びＱデータを生成するように構成された逆フーリエ変換部と、
   それらの位相が互いに９０°異なる二つの基準高周波信号を前記Ｉデータ及び前記Ｑデータを用いて変調して、変調高周波信号を生成するように構成された変調部と、
   を有し、前記変調高周波信号から前記高周波電力を生成するように構成されている、
   請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記電力発生器は、前記変調高周波信号を増幅して前記高周波電力を生成するように構成された増幅器を更に有する、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記電力発生器は、
   複数の高周波信号をそれぞれ発生するように構成された複数の信号発生器であり、該複数の高周波信号はそれぞれ前記複数の周波数を有する、該複数の信号発生器と、
   前記複数の高周波信号を加算して、その包絡線が前記時間間隔で周期的に出現するピークを有する合成信号を生成するように構成された加算器と、
   その振幅レベルが、前記合成信号の前記包絡線の前記ピークの各々の出現時点の直前の前記合成信号の前記包絡線のゼロクロス領域と該出現時点の直後の前記合成信号の前記包絡線のゼロクロス領域との間の期間を除く期間でゼロであるように設定された変調高周波信号を、前記合成信号から生成するように構成されたスイッチング回路と、
   を有し、前記スイッチング回路によって生成された前記変調高周波信号から前記高周波電力を生成するように構成されている、
   請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記電力発生器は、前記スイッチング回路によって生成された前記変調高周波信号を増幅して前記高周波電力を生成するように構成された増幅器を更に有する、請求項７に記載のプラズマ処理装置。

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