JP7134695B2 - プラズマ処理装置、及び電源制御方法 - Google Patents

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Description

本開示は、プラズマ処理装置、及び電源制御方法に関するものである。
従来、プラズマを用いて半導体ウェハ等の被処理体にエッチング処理等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置は、真空空間を構成可能な処理容器内に、被処理体が載置され、電極としての機能も兼ねた載置台を有する。プラズマ処理装置は、例えば載置台に所定の高周波電力を印加することにより、載置台に載置された被処理体に対し、プラズマ処理を行う。また、プラズマ処理装置は、プラズマ処理を行う際に、載置台にバイアス用の高周波電力を印加することがある。載置台にバイアス用の高周波電力が印加されることにより、プラズマ中のイオンが被処理体へ引き込まれる。
特開２０１７－２０１６１１号公報
本開示は、載置台と被処理体との間での放電の発生を抑制す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装置は、プラズマ処理の対象となる被処理体が載置され、下部電極として機能する載置台と、前記載置台に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧を交互に発生する直流電源と、前記載置台に載置された被処理体の電圧を測定する測定部と、前記測定された被処理体の電圧に基づいて、前記載置台に負の直流電圧が印加される期間における、前記載置台と前記被処理体との間の電位差を算出する算出部と、前記載置台に印加される負の直流電圧の値が前記算出された電位差を減少させるシフト量だけシフトするように前記直流電源を制御する電源制御部と、を有する。
本開示によれば、載置台と被処理体との間での放電の発生を抑制することができるという効果を奏する。
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的な構成を示す概略断面図である。 図２は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置を制御する制御部の概略的な構成の一例を示すブロック図である。 図３は、載置台に正の直流電圧及び負の直流電圧を交互に印加される場合の載置台１６及びウェハＷの電位の状態の一例を模式的に示した図である。 図４は、第１実施形態に係る電源制御方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図５は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置を用いた電源制御方法の具体例を説明するための図である。 図６は、第１実施形態に係る電源制御方法の流れの変形例１を示すフローチャートである。 図７は、第１実施形態に係る電源制御方法の流れの変形例２を示すフローチャートである。 図８は、第１実施形態に係る電源制御方法の流れの変形例３を示すフローチャートである。 図９は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置を制御する制御部の概略的な構成の一例を示すブロック図である。 図１０は、第２実施形態に係る電源制御方法の流れの一例を示すフローチャートである。
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。
従来、プラズマを用いて半導体ウェハ等の被処理体にエッチング処理等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置は、真空空間を構成可能な処理容器内に、被処理体が載置され、電極としての機能も兼ねた載置台を有する。プラズマ処理装置は、例えば載置台に所定の高周波電力を印加することにより、載置台に載置された被処理体に対し、プラズマ処理を行う。また、プラズマ処理装置は、プラズマ処理を行う際に、載置台にバイアス用の高周波電力を印加することがある。載置台にバイアス用の高周波電力が印加されることにより、プラズマ中のイオンが被処理体へ引き込まれる。
ところで、エッチング装置では、載置台に、バイアス用の高周波電力に代えて、負の直流電圧を周期的に印加する手法が検討されている。載置台に負の直流電圧を周期的に印加する手法では、負の直流電圧の周波数を適切に設定することにより、被処理体へ引き込まれるイオンのエネルギーを調整することができる。
しかしながら、載置台に負の直流電圧を周期的に印加する手法では、載置台に負の直流電圧が印加される期間において、プラズマ中の正イオンが被処理体へ引き込まれることでプラズマの電位が低下する。プラズマの電位が低下すると、プラズマと被処理体との間で電気的な中性を保つために、被処理体の電圧が変動し、被処理体が載置される載置台と被処理体との間の電位差が増大してしまう。結果として、載置台と被処理体との間で放電が発生する場合がある。プラズマ処理装置では、載置台と被処理体との間で放電が発生すると、被処理体の品質を悪化させ、歩留まりを悪化させる要因となる虞がある。
（第１実施形態）
［プラズマ処理装置の構成］
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０を概略的な構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有している。処理容器１２は、プラズマが生成される処理空間を画成する。処理容器１２は、例えばアルミニウムから構成されている。処理容器１２は、接地電位に接続されている。処理容器１２の内壁面には、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、処理容器１２の側壁には通路１２ｐが形成されている。被処理体であるウェハＷが処理容器１２に搬入されるとき、また、ウェハＷが処理容器１２から搬出されるときに、ウェハ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が処理容器１２の側壁に沿って設けられている。
処理容器１２内では、支持部１５が、処理容器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、載置台１６が搭載されている。載置台１６は、支持部１５によって支持されている。載置台１６は、処理容器１２内においてウェハＷを支持するように構成されている。載置台１６は、基台１８及び静電チャック２０を含んでいる。基台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。基台１８は、下部電極としての機能を有する。
基台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、その気化によって基台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、処理容器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、基台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上に載置されたウェハ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、ウェハ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。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、ウェハ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の上面とウェハＷの裏面（下面）との間に供給する。
処理容器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、載置台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、載置台１６の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２と共に処理容器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、部材３２を介して処理容器１２の上部に支持されている。後述する高周波電源６２が基台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、処理空間に面している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。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、処理容器１２内に供給することが可能である。
筒状部２８と処理容器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が処理容器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、処理容器１２を減圧することができる。
図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、高周波電源６２を更に備えている。高周波電源６２は、処理容器１２内のガスを励起させてプラズマを生成するための高周波電力を発生する電源である。プラズマ生成用の高周波電力は、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば６０ＭＨｚの周波数を有する。高周波電源６２は、整合回路６４を介して、基台１８に接続されている。整合回路６４は、高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（基台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を更に備えている。直流電源７０は、載置台１６（基台１８）に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧を交互に発生する電源である。直流電源７０は、例えば、バイポーラ型の可変直流電源である。直流電源７０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７２を介して基台１８に接続されている。直流電源７０において交互に発生する正の直流電圧及び負の直流電圧のうち、負の直流電圧は、載置台１６に載置されたウェハＷにプラズマ中の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。また、直流電源７０は、後述する制御部１００による制御に従って、発生する正の直流電圧及び負の直流電圧の値を変更可能に構成されている。また、直流電源７０は、制御部１００による制御に従って、発生する正の直流電圧及び負の直流電圧のデューティ比を変更可能に構成されている。ここで、デューティ比とは、載置台１６に正の直流電圧及び負の直流電圧が印加される１周期の期間に対する、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間の比率を指す。また、直流電源７０は、制御部１００による制御に従って、発生する正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を変更可能に構成されている。また、直流電源７０は、制御部１００による制御に従って、発生する正の直流電圧及び負の直流電圧の周波数を変更可能に構成されている。
プラズマ処理装置１０は、制御部１００を更に備えている。制御部１００は、例えば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。
図２は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０を制御する制御部１００の概略的な構成の一例を示すブロック図である。制御部１００は、プロセスコントローラ１１０、ユーザインタフェース１２０及び記憶部１３０を有する。
プロセスコントローラ１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。
ユーザインタフェース１２０は、工程管理者がプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１０の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部１３０には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセスコントローラ１１０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。なお、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
プロセスコントローラ１１０は、プログラムやデータを格納するための内部メモリを有し、記憶部１３０に記憶された制御プログラムを読み出し、読み出した制御プログラムの処理を実行する。プロセスコントローラ１１０は、制御プログラムが動作することにより各種の処理部として機能する。例えば、プロセスコントローラ１１０は、取得部１１１、測定部１１２、算出部１１３及び電源制御部１１４を有する。
ところで、プラズマ処理装置１０では、載置台１６に正の直流電圧及び負の直流電圧を交互に印加すると、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間において、プラズマ中の正イオンがウェハＷへ引き込まれることで、プラズマの電位が低下する。プラズマの電位が低下すると、プラズマとウェハＷとの間で電気的な中性を保つために、ウェハＷの電位が変動し、ウェハＷが載置される載置台１６とウェハＷとの間の電位差が増大してしまう。結果として、載置台１６とウェハＷとの間で放電が発生する場合がある。
図３は、載置台１６及びウェハＷの電位の状態の一例を模式的に示した図である。図３に示すように、載置台１６には、ウェハＷが載置されている。また、直流電源７０は、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧として、５ｋＶ及び－５ｋＶを交互に発生する。プラズマ処理装置１０では、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間において、プラズマ中の正イオンがウェハＷへ引き込まれることで、プラズマの電位が低下する。プラズマの電位が低下すると、プラズマとウェハＷとの間で電気的な中性を保つために、ウェハＷの電圧が変動し、ウェハＷが載置される載置台１６とウェハＷとの間の電位差が増大してしまう。図３の例では、載置台１６に負の直流電圧として－５ｋＶが印加される期間において、ウェハＷの電圧が載置台１６（基台１８）に印加される－５ｋＶに対して－８ｋＶまで変動し、載置台１６とウェハＷとの間の電位差が３ｋＶまで増大している。そして、載置台１６とウェハＷとの間の電位差が、放電を引き起こす限界値を超えると、載置台１６とウェハＷとの間で放電が発生する。
そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、載置台１６とウェハＷとの間の電位差に応じて、直流電源７０の制御を行う。
図２の説明に戻る。取得部１１１は、直流電源７０から載置台１６に印加されるべき正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を直流電圧の設定電圧値として取得する。例えば、取得部１１１は、ユーザインタフェース１２０へ入力される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を設定電圧値として取得する。なお、取得部１１１は、記憶部１３０に記憶されたレシピ等から、設定電圧値を取得しても良い。取得部１１１によって取得された正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和、つまり、設定電圧値は、後述する電源制御部１１４によって予め定められた割合で正の直流電圧の絶対値及び負の直流電圧の絶対値に分配される。そして、直流電源７０は、設定電圧値が分配されて得られた正の直流電圧の絶対値と負の直流電圧の絶対値とを初期値として有する正の直流電圧及び負の直流電圧を交互に発生する。
測定部１１２は、載置台１６に載置されたウェハＷの電圧を測定する。例えば、測定部１１２は、ウェハＷを囲むフォーカスリングＦＲの近傍に配置された測定器（不図示）を用いて、フォーカスリングＦＲの電圧をウェハＷの電圧として測定する。
算出部１１３は、測定部１１２により測定されたウェハＷの電圧に基づいて、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間における、載置台１６とウェハＷとの間の電位差を算出する。例えば、算出部１１３は、測定部１１２により測定されたウェハＷの電圧から、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間におけるウェハＷの電圧を抽出する。そして、算出部１１３は、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間におけるウェハＷの電圧と載置台１６に印加される負の直流電圧との差を載置台１６とウェハＷとの間の電位差として算出する。
電源制御部１１４は、載置台１６に印加される負の直流電圧の値が算出部１１３により算出された載置台１６とウェハＷとの間の電位差を減少させるシフト量だけシフトするように直流電源７０を制御する。すなわち、電源制御部１１４は、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を維持しつつ、載置台１６に印加される負の直流電圧の値がシフトするように直流電源７０を制御する。また、電源制御部１１４は、算出部１１３により算出された載置台１６とウェハＷとの間の電位差が所定の閾値以上である場合に、直流電源７０を制御して、載置台１６に印加される負の直流電圧の値を、当該電位差を減少させるシフト量だけシフトする。例えば、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間における載置台１６とウェハＷとの間の電位差が所定の閾値以上である電位差ΔＶである場合を想定する。この場合、電源制御部１１４は、直流電源７０を制御して、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を維持しつつ、負の直流電圧の値を電位差ΔＶだけシフトする。
これにより、プラズマ処理装置１０では、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間において、載置台１６に印加される負の直流電圧をウェハＷの電圧に一致させることができ、載置台１６とウェハＷとの間での放電の発生を抑制することができる。
［電源制御の流れ］
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０を用いた電源制御方法について説明する。図４は、第１実施形態に係る電源制御方法の流れの一例を示すフローチャートである。この電源制御方法は、所定のタイミング、例えば、ウェハＷに対するプラズマ処理が開始されるタイミングで実行される。
図４に示すように、取得部１１１は、直流電源７０から載置台１６に印加されるべき正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を直流電圧の設定電圧値として取得する（ステップＳ１１）。
電源制御部１１４は、取得された正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和、つまり、設定電圧値を予め定められた割合で正の直流電圧の絶対値と負の直流電圧の絶対値とに分配する（ステップＳ１２）。予め定められた割合は、例えば、正の直流電圧の絶対値よりも負の直流電圧の絶対値が大きい割合である。予め定められた割合は、正の直流電圧の絶対値を０とし且つ負の直流電圧の絶対値を設定電圧値とする割合であっても良い。
直流電源７０は、電源制御部１１４により設定電圧値が分配されて得られた正の直流電圧の絶対値と負の直流電圧の絶対値とを初期値として有する正の直流電圧及び負の直流電圧を交互に載置台１６に印加する（ステップＳ１３）。
測定部１１２は、載置台１６に載置されたウェハＷの電圧を測定する（ステップＳ１４）。
算出部１１３は、測定されたウェハＷの電圧に基づいて、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間における、載置台１６とウェハＷとの間の電位差を算出する（ステップＳ１５）。
電源制御部１１４は、算出された載置台１６とウェハＷとの間の電位差が所定の閾値以上である場合（ステップＳ１６Ｙｅｓ）、以下の処理を行う。すなわち、電源制御部１１４は、載置台１６に印加される負の直流電圧の値が当該電位差を減少させるシフト量だけシフトするように直流電源７０を制御し（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１４に戻す。一方、電源制御部１１４は、算出された載置台１６とウェハＷとの間の電位差が所定の閾値より小さい場合（ステップＳ１６Ｎｏ）、処理を終了する。
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０を用いた電源制御方法の具体例を説明する。図５は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０を用いた電源制御方法の具体例を説明するための図である。
例えば、図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、直流電源７０から載置台１６に直流電圧として５ｋＶ及び－５ｋＶが交互に印加され、載置台１６に－５ｋＶが印加される期間において、ウェハＷの電圧が－８ｋＶであるものとする。この場合、載置台１６とウェハＷとの間の電位差が３ｋＶである。このため、プラズマ処理装置１０は、図５の（Ｃ）に示すように、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値１０ｋＶを維持しつつ、正の直流電圧及び負の直流電圧を電位差３ｋＶだけ負側にシフトする。これにより、プラズマ処理装置１０では、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間において、載置台１６に印加される負の直流電圧をウェハＷの電圧に一致させることができ、載置台１６とウェハＷとの間での放電の発生を抑制することができる。
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０を用いた電源制御方法の変形例について説明する。図６は、第１実施形態に係る電源制御方法の流れの変形例１を示すフローチャートである。なお、図６において、ステップＳ２１～Ｓ２７は、図４に示したステップＳ１１～Ｓ１７に対応するため、その詳細な説明を省略する。
図６に示すように、電源制御部１１４は、算出された載置台１６とウェハＷとの間の電位差が所定の閾値より小さい場合（ステップＳ２６Ｎｏ）、デューティ比の変更が要求されたか否かを確認する（ステップＳ２８）。デューティ比の変更は、例えば、ユーザインタフェース１２０を介して要求される。
電源制御部１１４は、デューティ比の変更が要求された場合（ステップＳ２８Ｙｅｓ）、デューティ比が変更されるように直流電源７０を制御し（ステップＳ２９）、処理をステップＳ２４へ戻す。例えば、電源制御部１１４は、直流電源７０を制御して、ウェハＷに対するプラズマ処理の処理時間の経過に応じて、デューティ比を小さくする。デューティ比が小さくなるほど、言い換えると、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間が短くなるほど、プラズマの電位が低くなるので、プラズマから処理容器１２の側壁等へ付与されるダメージが軽減される。一方、電源制御部１１４は、デューティ比の変更が要求されない場合（ステップＳ２８Ｎｏ）、処理を終了する。
図７は、第１実施形態に係る電源制御方法の流れの変形例２を示すフローチャートである。なお、図７において、ステップＳ３１～Ｓ３７は、図４に示したステップＳ１１～Ｓ１７に対応するため、その詳細な説明を省略する。
図７に示すように、電源制御部１１４は、算出された載置台１６とウェハＷとの間の電位差が所定の閾値より小さい場合（ステップＳ３６Ｎｏ）、設定電圧値の変更が要求されたか否かを確認する（ステップＳ３８）。ここで、設定電圧値は、ステップＳ３１で取得された正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和である。設定電圧値の変更は、例えば、ユーザインタフェース１２０を介して要求される。
電源制御部１１４は、設定電圧値の変更が要求された場合（ステップＳ３８Ｙｅｓ）、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和が変更されるように直流電源７０を制御し（ステップＳ３９）、処理をステップＳ３４へ戻す。例えば、電源制御部１１４は、直流電源７０を制御して、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を増加させる。載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和が増加するほど、プラズマからウェハＷに引き込まれるイオンのエネルギーが増大するので、ウェハＷのエッチングレートを向上することが可能となる。一方、電源制御部１１４は、設定電圧値の変更が要求されない場合（ステップＳ３８Ｎｏ）、処理を終了する。
図８は、第１実施形態に係る電源制御方法の流れの変形例３を示すフローチャートである。なお、図８において、ステップＳ４１～Ｓ４７は、図４に示したステップＳ１１～Ｓ１７に対応するため、その詳細な説明を省略する。
図８に示すように、電源制御部１１４は、算出された載置台１６とウェハＷとの間の電位差が所定の閾値より小さい場合（ステップＳ４６Ｎｏ）、周波数の変更が要求されたか否かを確認する（ステップＳ４８）。ここで、周波数とは、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の周波数を指す。周波数の変更は、例えば、ユーザインタフェース１２０を介して要求される。
電源制御部１１４は、周波数の変更が要求された場合（ステップＳ４８Ｙｅｓ）、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の周波数が変更されるように直流電源７０を制御し（ステップＳ４９）、処理をステップＳ４４へ戻す。例えば、電源制御部１１４は、直流電源７０を制御して、プラズマ処理の時間の経過に従って、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の周波数を減少させる。載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の周波数が減少するほど、プラズマからウェハＷへ引き込まれるイオンのエネルギーが増大するので、エッチングホールの形状を維持しつつウェハＷのエッチングレートを向上することが可能となる。一方、電源制御部１１４は、周波数の変更が要求されない場合（ステップＳ４８Ｎｏ）、処理を終了する。
以上のように、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、載置台１６と、直流電源７０と、測定部１１２と、算出部１１３と、電源制御部１１４とを有する。載置台１６は、プラズマ処理の対象となるウェハＷが載置され、下部電極として機能する。直流電源７０は、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧を交互に発生する。測定部１１２は、載置台１６に載置されたウェハＷの電圧を測定する。算出部１１３は、測定されたウェハＷの電圧に基づいて、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間における、載置台１６とウェハＷとの間の電位差を算出する。電源制御部１１４は、載置台１６に印加される負の直流電圧の値が算出された載置台１６とウェハＷとの間の電位差を減少させるシフト量だけシフトするように直流電源７０を制御する。これにより、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間において、載置台１６に印加される負の直流電圧をウェハＷの電圧に一致させることができ、結果として、載置台１６とウェハＷとの間での放電の発生を抑制することができる。
（第２実施形態）
［プラズマ処理装置の構成］
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、図１に示した第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。ここでは、第２実施形態に係る制御部１００について詳細に説明する。
図９は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０を制御する制御部１００の概略的な構成の一例を示すブロック図である。第２実施形態に係る制御部１００は、図２に示す第１実施形態に係る制御部１００と略同様の構成であるため、同一の部分については同一の符号を付して説明を省略し、主に異なる部分について説明する。
記憶部１３０には、電圧測定値テーブル１３１が格納されている。電圧測定値テーブル１３１は、載置台１６に印加されるべき正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和ごとに、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間において予め測定されたウェハＷの電圧の測定値を対応付けて記憶している。
測定部１１２は、載置台１６に載置されたウェハＷの電圧を測定する。本実施形態では、測定部１１２は、電圧測定値テーブル１３１を参照して、取得部１１１によって取得された正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和に対応する測定値をウェハＷの電圧として測定する。
これにより、プラズマ処理装置１０では、ウェハＷの電圧を測定するための機器等を用いることなくウェハＷの電圧を測定することができ、簡易な構成で載置台１６とウェハＷとの間での放電の発生を抑制することができる。
［電源制御の流れ］
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０を用いた電源制御方法について説明する。図１０は、第２実施形態に係る電源制御方法の流れの一例を示すフローチャートである。この電源制御方法は、所定のタイミング、例えば、ウェハＷに対するプラズマ処理を開始するタイミングで実行される。
図１０に示すように、取得部１１１は、直流電源７０から載置台１６に印加されるべき正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を直流電圧の設定電圧値として取得する（ステップＳ５１）。
測定部１１２は、電圧測定値テーブル１３１を参照して、取得された正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和に対応する測定値をウェハＷの電圧として測定する（ステップＳ５２）。
算出部１１３は、測定されたウェハＷの電圧に基づいて、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間における、載置台１６とウェハＷとの間の電位差を算出する（ステップＳ５３）。
電源制御部１１４は、載置台１６に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値を維持しつつ、算出された電位差が減少するように直流電源７０を制御し（ステップＳ５４）、処理を終了する。
以上のように、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、電圧測定値テーブル１３１を参照して、取得された正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和に対応する測定値をウェハＷの電圧として測定する。これにより、ウェハＷの電圧を測定するための機器等を用いることなくウェハＷの電圧を測定することができ、簡易な構成で載置台１６とウェハＷとの間での放電の発生を抑制することができる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、開示の技術は、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。
上述した実施形態では、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間における載置台１６とウェハＷとの間の電位差を算出し、算出された電位差が減少するように直流電源７０を制御する場合を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。例えば、載置台１６に負の直流電圧が印加される期間における載置台１６とウェハＷとの間の第１の電位差と、載置台１６に正の直流電圧が印加される期間における載置台１６とウェハＷとの間の第２の電位差とを算出しても良い。この場合、プラズマ処理装置１０は、算出された第１の電位差及び第２の電位差の両方が減少するように直流電源７０を制御する。すなわち、プラズマ処理装置１０は、載置台１６に印加される負の直流電圧の値が算出された第１の電位差及び第２の電位差の両方を減少させるシフト量だけシフトするように直流電源７０を制御する。例えば、第１の電位差がΔＶ１であり、第２の電位差がΔＶ２である場合を想定する。この場合、プラズマ処理装置１０は、直流電源７０から載置台１６に印加される負の直流電圧を、第１の電位差及び第２の電位差の中間値である（ΔＶ１＋ΔＶ２）／２だけシフトして、第１の電位差及び第２の電位差の両方を減少させる。
１０ プラズマ処理装置
１６ 載置台
１８ 基台
７０ 直流電源
１００ 制御部
１１１ 取得部
１１２ 測定部
１１３ 算出部
１１４ 電源制御部
１３０ 記憶部
１３１ 電圧測定値テーブル
Ｗ ウェハ

Claims (9)

  1. プラズマ処理の対象となる被処理体が載置され、下部電極として機能する載置台と、
    前記載置台に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧を交互に発生する直流電源と、
    前記載置台に載置された被処理体の電圧を測定する測定部と、
    前記測定された被処理体の電圧に基づいて、前記載置台に負の直流電圧が印加される期間における、前記載置台と前記被処理体との間の電位差を算出する算出部と、
    前記載置台に印加される負の直流電圧の値が前記算出された電位差を減少させるシフト量だけシフトするように前記直流電源を制御する電源制御部と、
    を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記電源制御部は、前記載置台に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を維持しつつ、前記載置台に印加される負の直流電圧の値がシフトするように前記直流電源を制御することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記電源制御部は、前記載置台と前記被処理体との間の電位差が所定の閾値よりも小さい場合に、前記載置台に正の直流電圧及び負の直流電圧が印加される１周期の期間に対する、前記載置台に負の直流電圧が印加される期間の比率が変更されるように前記直流電源を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記電源制御部は、前記載置台と前記被処理体との間の電位差が所定の閾値以上である場合に、前記載置台に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を維持しつつ、前記載置台に印加される負の直流電圧の値がシフトするように前記直流電源を制御し、前記載置台と前記被処理体との間の電位差が前記所定の閾値よりも小さい場合に、前記載置台に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和が変更されるように前記直流電源を制御することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記電源制御部は、前記載置台と前記被処理体との間の電位差が所定の閾値よりも小さい場合に、前記載置台に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の周波数が変更されるように前記直流電源を制御することを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記載置台に印加されるべき正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を取得する取得部をさらに有し、
    前記直流電源は、前記取得された絶対値の総和が予め定められた割合で分配されて得られた正の直流電圧の絶対値と負の直流電圧の絶対値とを初期値として有する正の直流電圧及び負の直流電圧を前記載置台に交互に印加することを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記算出部は、前記測定された被処理体の電圧に基づいて、前記載置台に負の直流電圧が印加される期間における、前記載置台と前記被処理体との間の第１の電位差と、前記載置台に正の直流電圧が印加される期間における、前記載置台と前記被処理体との間の第２の電位差とを算出し、
    前記電源制御部は、前記載置台に印加される正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を維持しつつ、前記載置台に印加される負の直流電圧の値が前記算出された第１の電位差及び第２の電位差の両方を減少させるシフト量だけシフトするように前記直流電源を制御することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記載置台に印加されるべき正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和ごとに、前記載置台に負の直流電圧が印加される期間において予め測定された前記被処理体の電圧の測定値を対応付けて記憶する電圧測定値テーブルを記憶する記憶部と、
    前記載置台に印加されるべき正の直流電圧及び負の直流電圧の絶対値の総和を取得する取得部と、をさらに有し、
    前記測定部は、前記電圧測定値テーブルを参照して、前記取得された絶対値の総和に対応する測定値を前記被処理体の電圧として測定することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  9. プラズマ処理の対象となる被処理体が載置され、直流電源から正の直流電圧及び負の直流電圧が交互に印加され、下部電極として機能する載置台に載置された被処理体の電圧を測定し、
    前記測定された被処理体の電圧に基づいて、前記載置台に負の直流電圧が印加される期間における、前記載置台と前記被処理体との間の電位差を算出し、
    前記載置台に印加される負の直流電圧の値が前記算出された電位差を減少させるシフト量だけシフトするように前記直流電源を制御する、
    処理をコンピュータが実行することを特徴とする電源制御方法。
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