JP7238191B2 - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents

Plasma processing method and plasma processing apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP7238191B2
JP7238191B2 JP2022068191A JP2022068191A JP7238191B2 JP 7238191 B2 JP7238191 B2 JP 7238191B2 JP 2022068191 A JP2022068191 A JP 2022068191A JP 2022068191 A JP2022068191 A JP 2022068191A JP 7238191 B2 JP7238191 B2 JP 7238191B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
frequency
lower electrode
plasma processing
processing apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022068191A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022087334A (en
Inventor
幸一 永海
辰郎 大下
一也 永関
慎司 檜森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018087283A external-priority patent/JP7061922B2/en
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2022068191A priority Critical patent/JP7238191B2/en
Publication of JP2022087334A publication Critical patent/JP2022087334A/en
Priority to JP2023030736A priority patent/JP7412620B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7238191B2 publication Critical patent/JP7238191B2/en
Priority to JP2023218154A priority patent/JP2024038094A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)

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。 The present disclosure relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus.

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。 Plasma processing apparatuses are used in the manufacture of electronic devices. A plasma processing apparatus generally includes a chamber body, a stage, and a high frequency power supply. The chamber body provides its internal space as a chamber. The chamber body is grounded. A stage is provided within the chamber and configured to support a substrate placed thereon. The stage includes a lower electrode. A radio frequency power source provides radio frequency to excite the gas in the chamber. In this plasma processing apparatus, ions are accelerated by the potential difference between the potential of the lower electrode and the potential of the plasma, and the substrate is irradiated with the accelerated ions.

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。 In the plasma processing apparatus, a potential difference also occurs between the chamber body and the plasma. When the potential difference between the chamber main body and the plasma is large, the energy of the ions irradiated to the inner wall of the chamber main body increases, and particles are emitted from the chamber main body. Particles emitted from the chamber body contaminate the substrate placed on the stage. In order to prevent the generation of such particles, Patent Document 1 proposes a technique using an adjustment mechanism for adjusting the ground capacitance of the chamber. The adjustment mechanism described in US Pat. No. 6,200,000 is configured to adjust the area ratio of the anode and cathode facing the chamber, ie, the A/C ratio.

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。 In addition, in the plasma processing apparatus, there is a technique of supplying a DC bias voltage to the lower electrode from the viewpoint of increasing the etching rate of the substrate by increasing the energy of ions irradiated to the substrate. For example, Patent Document 2 discloses a technique of periodically applying a DC voltage having a negative polarity to a lower electrode as a bias DC voltage. The technique of Patent Document 2 describes increasing the energy of ions irradiated onto a substrate by adjusting the duty ratio of the DC voltage to 50% or more while the frequency of the DC voltage is set to 1 MHz or more, for example. It is Here, the duty ratio is the proportion of the period during which the DC voltage is applied to the lower electrode in each cycle in which the DC voltage is applied to the lower electrode.

特開2011-228694号公報JP 2011-228694 A 特許第4714166号公報Japanese Patent No. 4714166

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。 The present disclosure provides a technique capable of suppressing a decrease in the etching rate of the substrate and reducing the energy of ions with which the inner wall of the chamber body is irradiated.

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。 A plasma processing method according to an aspect of the present disclosure is a plasma processing method performed in a plasma processing apparatus, the plasma processing apparatus comprising: a chamber body providing a chamber; and a lower electrode provided in the chamber body. a stage for supporting a substrate; a high-frequency power source for supplying high-frequency waves for generating plasma of the gas supplied to the chamber; a direct current power source, wherein the plasma processing method includes the steps of: supplying a high frequency power from the high frequency power source; and applying a direct current voltage having a negative polarity to the lower electrode from the one or more direct current power sources, In the step of applying the DC voltage, the DC voltage is periodically applied to the lower electrode, and a frequency defining each cycle of applying the DC voltage to the lower electrode is set to less than 1 MHz. , the ratio of the period during which the DC voltage is applied to the lower electrode in each period is adjusted.

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。 According to the present disclosure, it is possible to suppress a decrease in the etching rate of the substrate and to reduce the energy of ions with which the inner wall of the chamber body is irradiated.

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。FIG. 1 is a diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to one embodiment. 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。FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the power supply system and control system of the plasma processing apparatus shown in FIG. 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。FIG. 3 is a diagram showing circuit configurations of the DC power supply, switching unit, high-frequency filter, and matching box shown in FIG. 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。FIG. 4 is a timing chart related to the plasma processing method of one embodiment performed using the plasma processing apparatus shown in FIG. 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。FIG. 5 is a timing chart showing the potential of plasma. 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。FIG. 6A is a simulation result showing an example of the relationship between the DC frequency and the energy of ions with which the substrate is irradiated. 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。FIG. 6B is a simulation result showing an example of the relationship between the DC frequency and the energy of ions with which the substrate is irradiated. 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。FIG. 6C is a simulation result showing an example of the relationship between the DC frequency and the energy of ions with which the substrate is irradiated. 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。FIG. 6D is a simulation result showing an example of the relationship between the DC frequency and the energy of ions with which the substrate is irradiated. 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。FIG. 7A is a simulation result showing an example of the relationship between the DC frequency and the energy of ions irradiated to the inner wall of the chamber body. 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。FIG. 7B is a simulation result showing an example of the relationship between the DC frequency and the energy of ions irradiated to the inner wall of the chamber body. 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。FIG. 7C is a simulation result showing an example of the relationship between the DC frequency and the energy of ions irradiated to the inner wall of the chamber body. 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。FIG. 7D is a simulation result showing an example of the relationship between the DC frequency and the energy of ions irradiated to the inner wall of the chamber body. 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。(a) and (b) of FIG. 8 are timing charts related to the plasma processing method of another embodiment. 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。FIG. 9 is a diagram showing a power supply system and a control system of a plasma processing apparatus according to another embodiment. 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。FIG. 10 is a diagram showing a power supply system and a control system of a plasma processing apparatus according to still another embodiment. 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。FIG. 11 is a timing chart related to the plasma processing method of one embodiment performed using the plasma processing apparatus shown in FIG. 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。12 is a timing chart related to a plasma processing method of another embodiment performed using the plasma processing apparatus shown in FIG. 10. FIG. 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。FIG. 13 is a diagram showing a power supply system and a control system of a plasma processing apparatus according to another embodiment. 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。FIG. 14 is a diagram showing a power supply system and control system of a plasma processing apparatus according to still another embodiment. 図15は、波形調整器の一例を示す回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram showing an example of a waveform adjuster. 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。(a) of FIG. 16 is a graph showing the relationship between the duty ratio obtained in the first evaluation experiment and the etching amount of the silicon oxide film of the sample attached to the surface of the top plate on the chamber side, FIG. 16(b) is a graph showing the relationship between the duty ratio and the etching amount of the sample silicon oxide film attached to the side wall of the chamber main body, which was obtained in the first evaluation experiment. 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。FIG. 17 is a graph showing the relationship between the duty ratio and the etching amount of the silicon oxide film of the sample placed on the electrostatic chuck, obtained in the first evaluation experiment. 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。FIG. 18(a) is a graph showing the amount of etching of the silicon oxide film of the sample attached to the chamber-side surface of the top plate, obtained in each of the second evaluation experiment and the comparative experiment. (b) is a graph showing the amount of etching of the sample silicon oxide film attached to the side wall of the chamber main body, obtained in each of the second evaluation experiment and the comparative experiment. 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。FIG. 19A is a simulation result showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions with which the substrate is irradiated. 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。FIG. 19B is a simulation result showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions with which the substrate is irradiated. 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。FIG. 19C is a simulation result showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions with which the substrate is irradiated. 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。FIG. 19D is a simulation result showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions with which the substrate is irradiated. 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。FIG. 19E is a simulation result showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions with which the substrate is irradiated. 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。FIG. 20A is a simulation result showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions with which the inner wall of the chamber body is irradiated. 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。FIG. 20B is a simulation result showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions with which the inner wall of the chamber body is irradiated. 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。FIG. 20C is a simulation result showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions with which the inner wall of the chamber body is irradiated. 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。FIG. 20D is a simulation result showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions with which the inner wall of the chamber body is irradiated. 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。FIG. 20E is a simulation result showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions irradiated to the inner wall of the chamber body.

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。 Various embodiments are described in detail below with reference to the drawings. In addition, suppose that the same code|symbol is attached|subjected to the part which is the same or equivalent in each drawing.

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。 Plasma processing apparatuses are used in the manufacture of electronic devices. A plasma processing apparatus generally includes a chamber body, a stage, and a high frequency power supply. The chamber body provides its internal space as a chamber. The chamber body is grounded. A stage is provided within the chamber and configured to support a substrate placed thereon. The stage includes a lower electrode. A radio frequency power source provides radio frequency to excite the gas in the chamber. In this plasma processing apparatus, ions are accelerated by the potential difference between the potential of the lower electrode and the potential of the plasma, and the substrate is irradiated with the accelerated ions.

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。 In the plasma processing apparatus, a potential difference also occurs between the chamber body and the plasma. When the potential difference between the chamber main body and the plasma is large, the energy of the ions irradiated to the inner wall of the chamber main body increases, and particles are emitted from the chamber main body. Particles emitted from the chamber body contaminate the substrate placed on the stage. In order to prevent the generation of such particles, Patent Document 1 proposes a technique using an adjustment mechanism for adjusting the ground capacitance of the chamber. The adjustment mechanism described in US Pat. No. 6,200,000 is configured to adjust the area ratio of the anode and cathode facing the chamber, ie, the A/C ratio.

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。 In addition, in the plasma processing apparatus, there is a technique of supplying a DC bias voltage to the lower electrode from the viewpoint of increasing the etching rate of the substrate by increasing the energy of ions irradiated to the substrate. For example, Patent Document 2 discloses a technique of periodically applying a DC voltage having a negative polarity to a lower electrode as a bias DC voltage. The technique of Patent Document 2 describes increasing the energy of ions irradiated onto a substrate by adjusting the duty ratio of the DC voltage to 50% or more while the frequency of the DC voltage is set to 1 MHz or more, for example. It is Here, the duty ratio is the proportion of the period during which the DC voltage is applied to the lower electrode in each cycle of the DC voltage application.

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。 By the way, in a plasma processing apparatus in which a DC voltage is periodically applied to the lower electrode, the movement of ions in the plasma decreases during a period in which the application of the DC voltage is stopped, so the potential of the plasma may increase. . As the potential of the plasma increases, the potential difference between the plasma and the chamber main body increases, and the energy of the ions irradiated to the inner wall of the chamber main body increases. Further, when the frequency of the DC voltage is set to, for example, 1 MHz or higher, the energy of the ions irradiated to the inner wall of the chamber body tends to increase together with the energy of the ions irradiated to the substrate. The higher the energy of the ions that irradiate the inner wall of the chamber body, the greater the amount of particles emitted from the chamber body, possibly promoting contamination of the substrate. Against this background, it is expected to suppress the decrease in the etching rate of the substrate and reduce the energy of the ions with which the inner wall of the chamber body is irradiated.

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。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to one embodiment. FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the power supply system and control system of the plasma processing apparatus shown in FIG. A plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 is a capacitively coupled plasma processing apparatus.

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。 The plasma processing apparatus 10 has a chamber body 12 . The chamber body 12 has a substantially cylindrical shape. The chamber main body 12 provides its internal space as a chamber 12c. The chamber main body 12 is made of aluminum, for example. The chamber body 12 is connected to ground potential. A plasma-resistant film is formed on the inner wall surface of the chamber body 12, that is, the wall surface defining the chamber 12c. The membrane may be a membrane formed by an anodizing process, or a ceramic membrane such as a membrane formed from yttrium oxide. A passage 12p is formed in the side wall of the chamber main body 12. As shown in FIG. The substrate W passes through the passage 12p when the substrate W is loaded into the chamber 12c and when the substrate W is unloaded from the chamber 12c. A gate valve 12g is provided along the side wall of the chamber body 12 for opening and closing the passage 12p.

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。 A support 15 extends upward from the bottom of the chamber body 12 in the chamber 12c. The support portion 15 has a substantially cylindrical shape and is made of an insulating material such as ceramic. A stage 16 is mounted on the support portion 15 . The stage 16 is supported by the support portion 15 . The stage 16 is configured to support the substrate W within the chamber 12c. Stage 16 includes a lower electrode 18 and an electrostatic chuck 20 . In one embodiment, stage 16 further includes electrode plate 21 . The electrode plate 21 is made of a conductive material such as aluminum and has a substantially disk shape. The lower electrode 18 is provided on the electrode plate 21 . The lower electrode 18 is made of a conductive material such as aluminum and has a substantially disk shape. Lower electrode 18 is electrically connected to electrode plate 21 .

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。 A channel 18 f is provided in the lower electrode 18 . 18 f of flow paths are flow paths for heat exchange media. As the heat exchange medium, a liquid coolant or a coolant (for example, Freon) that cools the lower electrode 18 by vaporization is used. A heat exchange medium is supplied to the flow path 18f from a chiller unit provided outside the chamber body 12 through a pipe 23a. The heat exchange medium supplied to the flow path 18f is returned to the chiller unit via the pipe 23b. That is, the heat exchange medium is supplied to the flow path 18f so as to circulate between the flow path 18f and the chiller unit.

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。 An electrostatic chuck 20 is provided on the lower electrode 18 . The electrostatic chuck 20 has a main body made of an insulator and a film-shaped electrode provided in the main body. A DC power supply is electrically connected to the electrodes of the electrostatic chuck 20 . When a voltage is applied to the electrodes of the electrostatic chuck 20 from the DC power supply, electrostatic attraction is generated between the substrate W placed on the electrostatic chuck 20 and the electrostatic chuck 20 . The substrate W is attracted to the electrostatic chuck 20 by the generated electrostatic attraction and held by the electrostatic chuck 20 . A focus ring FR is arranged on the peripheral edge region of the electrostatic chuck 20 . The focus ring FR has a substantially annular plate shape and is made of silicon, for example. The focus ring FR is arranged to surround the edge of the substrate W. As shown in FIG.

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。 A gas supply line 25 is provided in the plasma processing apparatus 10 . The gas supply line 25 supplies heat transfer gas such as He gas from a gas supply mechanism between the upper surface of the electrostatic chuck 20 and the back surface (lower surface) of the substrate W. As shown in FIG.

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。 A cylindrical portion 28 extends upward from the bottom of the chamber body 12 . The tubular portion 28 extends along the outer circumference of the support portion 15 . The cylindrical portion 28 is made of a conductive material and has a substantially cylindrical shape. The cylindrical portion 28 is connected to ground potential. An insulating portion 29 is provided on the cylindrical portion 28 . The insulating portion 29 has insulating properties and is made of, for example, quartz or ceramic. The insulating portion 29 extends along the outer circumference of the stage 16 .

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。 The plasma processing apparatus 10 further includes an upper electrode 30. As shown in FIG. The upper electrode 30 is provided above the stage 16 . The upper electrode 30 closes the upper opening of the chamber body 12 together with the member 32 . The member 32 has insulation. The upper electrode 30 is supported above the chamber body 12 via this member 32 . When the first high-frequency power supply 61, which will be described later, is electrically connected to the lower electrode 18, the upper electrode 30 is connected to the ground potential.

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。 Upper electrode 30 includes a top plate 34 and a support 36 . The lower surface of the top plate 34 defines the chamber 12c. The top plate 34 is provided with a plurality of gas ejection holes 34a. Each of the plurality of gas discharge holes 34a penetrates the top plate 34 in the plate thickness direction (vertical direction). The top plate 34 is made of silicon, for example, although it is not limited thereto. Alternatively, the top plate 34 may have a structure in which a plasma-resistant film is provided on the surface of an aluminum base material. The membrane may be a membrane formed by an anodizing process, or a ceramic membrane such as a membrane formed from yttrium oxide.

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。 The support 36 is a component that detachably supports the top plate 34 . Support 36 may be formed from an electrically conductive material such as, for example, aluminum. A gas diffusion chamber 36 a is provided inside the support 36 . A plurality of gas holes 36b extend downward from the gas diffusion chamber 36a. The multiple gas holes 36b communicate with the multiple gas discharge holes 34a, respectively. The support member 36 is formed with a gas introduction port 36c for introducing gas into the gas diffusion chamber 36a, and a gas supply pipe 38 is connected to the gas introduction port 36c.

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。 A gas source group 40 is connected to the gas supply pipe 38 via a valve group 42 and a flow controller group 44 . Gas source group 40 includes a plurality of gas sources. Valve group 42 includes a plurality of valves, and flow controller group 44 includes a plurality of flow controllers. Each of the plurality of flow controllers in the flow controller group 44 is a mass flow controller or a pressure-controlled flow controller. A plurality of gas sources in gas source group 40 are each connected to gas supply pipe 38 via a corresponding valve in valve group 42 and a corresponding flow controller in flow controller group 44 . The plasma processing apparatus 10 is capable of supplying gases from one or more gas sources selected from the plurality of gas sources in the gas source group 40 to the chamber 12c at individually adjusted flow rates.

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。 A baffle plate 48 is provided between the cylindrical portion 28 and the side wall of the chamber body 12 . The baffle plate 48 can be configured by coating a ceramic such as yttrium oxide on an aluminum base material, for example. A large number of through holes are formed in the baffle plate 48 . An exhaust pipe 52 is connected to the bottom of the chamber body 12 below the baffle plate 48 . An exhaust device 50 is connected to the exhaust pipe 52 . The evacuation device 50 has a pressure controller such as an automatic pressure control valve and a vacuum pump such as a turbomolecular pump, and can decompress the chamber 12c.

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。 As shown in FIGS. 1 and 2, the plasma processing apparatus 10 further includes a first high frequency power supply 61. As shown in FIG. The first high-frequency power supply 61 is a power supply that generates a first high-frequency power for generating plasma by exciting the gas in the chamber 12c. The first radio frequency has a frequency in the range of 27-100 MHz, for example a frequency of 60 MHz. The first high frequency power supply 61 is connected to the lower electrode 18 via the first matching circuit 65 of the matching box 64 and the electrode plate 21 . The first matching circuit 65 is a circuit for matching the output impedance of the first high-frequency power supply 61 and the impedance on the load side (lower electrode 18 side). Note that the first high-frequency power supply 61 may not be electrically connected to the lower electrode 18 and may be connected to the upper electrode 30 via the first matching circuit 65 .

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。 The plasma processing apparatus 10 further includes a second high frequency power supply 62 . The second high-frequency power supply 62 is a power supply that generates a second high-frequency bias for attracting ions to the substrate W. As shown in FIG. The frequency of the second radio frequency is lower than the frequency of the first radio frequency. The frequency of the second high frequency is within the range of 400 kHz to 13.56 MHz, for example 400 kHz. The second high-frequency power supply 62 is connected to the lower electrode 18 via the second matching circuit 66 of the matching box 64 and the electrode plate 21 . The second matching circuit 66 is a circuit for matching the output impedance of the second high-frequency power supply 62 and the impedance on the load side (lower electrode 18 side).

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。 The plasma processing apparatus 10 further comprises a DC power supply 70 and a switching unit 72 . A DC power supply 70 is a power supply that generates a negative DC voltage. A negative DC voltage is used as a bias voltage for drawing ions into the substrate W placed on the stage 16 . The DC power supply 70 is connected to the switching unit 72 . The switching unit 72 is electrically connected to the lower electrode 18 via a high frequency filter 74 . In the plasma processing apparatus 10 , either one of the DC voltage generated by the DC power supply 70 and the second high frequency power generated by the second high frequency power supply 62 is selectively supplied to the lower electrode 18 .

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。 The plasma processing apparatus 10 further includes a controller PC. The controller PC is arranged to control the switching unit 72 . The controller PC may be configured to further control one or both of the first high frequency power supply 61 and the second high frequency power supply 62 .

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。 In one embodiment, the plasma processing apparatus 10 may further include a main controller MC. The main controller MC is a computer including a processor, storage device, input device, display device, etc., and controls each part of the plasma processing apparatus 10 . Specifically, the main controller MC executes a control program stored in the storage device and controls each part of the plasma processing apparatus 10 based on the recipe data stored in the storage device. With such control, the plasma processing apparatus 10 executes the process specified by the recipe data.

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。 Please refer to FIGS. 2 and 3 below. FIG. 3 is a diagram showing circuit configurations of the DC power supply, switching unit, high-frequency filter, and matching box shown in FIG. The DC power supply 70 is a variable DC power supply and generates a negative DC voltage applied to the lower electrode 18 .

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。 The switching unit 72 is configured to stop the application of the DC voltage from the DC power supply 70 to the lower electrode 18 . In one embodiment, switching unit 72 includes a field effect transistor (FET) 72a, FET 72b, capacitor 72c, and resistive element 72d. FET 72a is, for example, an N-channel MOS FET. FET 72b is, for example, a P-channel MOS FET. The source of the FET 72a is connected to the negative pole of the DC power supply 70. FIG. One end of a capacitor 72c is connected to the negative electrode of the DC power supply 70 and the source of the FET 72a. The other end of capacitor 72c is connected to the source of FET 72b. The source of FET 72b is connected to ground. The gates of FET 72a and FET 72b are connected together. A pulse control signal from the controller PC is supplied to the node NA connected between the gate of the FET 72a and the gate of the FET 72b. The drain of FET 72a is connected to the drain of FET 72b. A node NB connected to the drain of the FET 72a and the drain of the FET 72b is connected to the high frequency filter 74 via the resistance element 72d.

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。 The high frequency filter 74 is a filter that reduces or blocks high frequencies. In one embodiment, high frequency filter 74 includes inductor 74a and capacitor 74b. One end of the inductor 74a is connected to the resistive element 72d. One end of the capacitor 74b is connected to one end of the inductor 74a. The other end of the capacitor 74b is connected to ground. The other end of the inductor 74 a is connected to the matching box 64 .

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。 The matching device 64 has a first matching circuit 65 and a second matching circuit 66 . In one embodiment, the first matching circuit 65 has variable capacitors 65a and 65b, and the second matching circuit 66 has variable capacitors 66a and 66b. One end of the variable capacitor 65a is connected to the other end of the inductor 74a. The other end of the variable capacitor 65a is connected to one end of the first high frequency power supply 61 and the variable capacitor 65b. The other end of the variable capacitor 65b is connected to the ground. One end of the variable capacitor 66a is connected to the other end of the inductor 74a. The other end of the variable capacitor 66a is connected to one end of the second high frequency power supply 62 and the variable capacitor 66b. The other end of the variable capacitor 66b is connected to ground. One end of the variable capacitor 65 a and one end of the variable capacitor 66 a are connected to the terminal 64 a of the matching box 64 . A terminal 64 a of the matcher 64 is connected to the lower electrode 18 via the electrode plate 21 .

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。 Control by the main controller MC and the controller PC will be described below. The following description refers to FIGS. 2 and 4. FIG. FIG. 4 is a timing chart related to the plasma processing method of one embodiment performed using the plasma processing apparatus shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis indicates time. In FIG. 4, the vertical axis indicates the power of the first high frequency, the DC voltage applied from the DC power supply 70 to the lower electrode 18, and the control signal output by the controller PC. In FIG. 4, the high level of the power of the first high frequency indicates that the first high frequency is supplied to generate plasma, and the power of the first high frequency is low. This indicates that the supply of the first high frequency is stopped. In FIG. 4, a DC voltage at a low level indicates that a negative DC voltage is applied from the DC power supply 70 to the lower electrode 18, and a DC voltage of 0V indicates a DC voltage of 0V. This indicates that no DC voltage is applied from the power supply 70 to the lower electrode 18 .

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。 The main controller MC designates the power and frequency of the first high frequency to the first high frequency power supply 61 . In one embodiment, the main controller MC designates the timing to start supplying the first high-frequency power and the timing to stop supplying the first high-frequency power to the first high-frequency power supply 61 . During the period in which the first high-frequency power is supplied by the first high-frequency power supply 61, plasma is generated in the gas within the chamber. That is, during this period, the step S1 of supplying high frequency power from the high frequency power supply is performed in order to generate plasma. In addition, in the example of FIG. 4, the first high frequency is continuously supplied during execution of the plasma processing method of one embodiment.

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。 The main control unit MC designates the frequency (hereinafter referred to as “DC frequency”) that defines each period in which the negative DC voltage from the DC power supply 70 is applied to the lower electrode 18 and the duty ratio to the controller PC. do. The duty ratio is the ratio of the period (“T1” in FIG. 4) during which the negative DC voltage from the DC power supply 70 is applied to the lower electrode 18 in each cycle (“PDC” in FIG. 4). . The DC frequency is set below 1 MHz. For example, the DC frequency is set within the range of 50-800 kHz. The duty ratio is adjusted with the DC frequency set below 1 MHz. For example, the duty ratio is adjusted to 50% or less, more preferably 35% or less.

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。 The controller PC generates a control signal according to the DC frequency and duty ratio specified by the main controller MC. The control signal generated by the controller PC can be a pulse signal. In one example, as shown in FIG. 4, the control signal generated by the controller PC has a high level during time period T1 and a low level during time period T2. The period T2 is a period excluding the period T1 within one cycle PDC. Alternatively, the control signal generated by the controller PC may have a low level during the period T1 and a high level during the period T2.

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。 In one embodiment, the control signal generated by controller PC is provided to node NA of switching unit 72 . Upon application of the control signal, switching unit 72 connects DC power supply 70 and node NB to each other so that a negative DC voltage from DC power supply 70 is applied to lower electrode 18 in period T1. On the other hand, the switching unit 72 cuts off the connection between the DC power supply 70 and the node NB so that the negative DC voltage from the DC power supply 70 is not applied to the lower electrode 18 during the period T2. As a result, as shown in FIG. 4, the negative DC voltage from the DC power supply 70 is applied to the lower electrode 18 during the period T1, and the negative DC voltage from the DC power supply 70 is applied to the lower electrode 18 during the period T2. is stopped. That is, in the plasma processing method of one embodiment, the step S2 of periodically applying a negative DC voltage from the DC power supply 70 to the lower electrode 18 is performed.

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。 Here, the relationship between the duty ratio and the plasma potential will be described with reference to FIGS. 5(a) and 5(b). (a) and (b) of FIG. 5 are timing charts showing the potential of the plasma. During the period T1, a negative DC voltage is applied to the lower electrode 18 from the DC power supply 70, so positive ions in the plasma move toward the substrate W. As shown in FIG. Therefore, as shown in FIGS. 5(a) and 5(b), the plasma potential is low during the period T1. On the other hand, during the period T2, since the application of the negative DC voltage from the DC power supply 70 to the lower electrode 18 is stopped, the movement of positive ions decreases and mainly the electrons in the plasma move. Therefore, the potential of the plasma becomes high during the period T2.

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。 In the timing chart shown in (a) of FIG. 5, the duty ratio is smaller than in the timing chart shown in (b) of FIG. If the plasma generation conditions are the same, the total amount of positive ions and the total amount of electrons in the plasma do not depend on the duty ratio. That is, the ratio between the area A1 and the area A2 shown in FIG. 5(a) is the same as the ratio between the area A1 and the area A2 shown in FIG. 5(b). Therefore, the smaller the duty ratio, the smaller the plasma potential PV in the period T2.

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。 The etching rate of the substrate W is less dependent on the duty ratio, that is, the ratio of the period T1 during which the negative DC voltage is applied to the lower electrode 18 in each period PDC. On the other hand, when the duty ratio is adjusted to a relatively small value, particularly when the duty ratio is adjusted to 50% or less, the plasma potential becomes small, and the etching rate of the chamber main body 12 is greatly reduced.

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。 Next, with reference to FIGS. 6A to 6D and 7A to 7D, the relationship between the DC frequency, the energy of ions irradiated onto the substrate W, and the energy of ions irradiated onto the inner wall of the chamber body 12 is shown. explain. 6A to 6D are simulation results showing an example of the relationship between the DC frequency and the energy of ions with which the substrate W is irradiated. 7A to 7D are simulation results showing an example of the relationship between the DC frequency and the energy of ions irradiated to the inner wall of the chamber body 12. FIG. 6A to 6D are obtained by simulating the energy distribution (IED: Ion Energy Distribution) of ions irradiated to the substrate W by setting the DC frequency to 200 kHz, 400 kHz, 800 kHz and 1.6 MHz, respectively. This is the result. 7A to 7D show the results obtained by simulating the energy distribution (IED) of ions irradiated to the inner wall of the chamber body 12 by setting the DC frequency to 200 kHz, 400 kHz, 800 kHz and 1.6 MHz, respectively. is. Other simulation conditions are the duty ratio of the negative DC voltage to the lower electrode 18: 40%, the voltage value of the negative DC voltage to the lower electrode 18: -450 V, the pressure in the chamber 12c: 30 mTorr (4. 00 Pa), processing gas supplied to the chamber 12c: Ar gas: first high frequency: 100 MHz, 500 W continuous wave was used.

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。 As shown in FIGS. 6A to 6C, when the DC frequency is 800 kHz or less, the energy distribution of the ions irradiated onto the substrate W has a low-energy side peak and a high-energy side peak. Further, as shown in FIGS. 7A to 7C, when the DC frequency is 800 kHz or less, the energy distribution of the ions irradiated to the inner wall of the chamber body 12 has a low-energy side peak and a high-energy side peak. That is, when the DC frequency is 800 kHz or less, the ions follow the DC voltage periodically applied to the lower electrode 18 .

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。 On the other hand, as shown in FIG. 6D, when the DC frequency is 1.6 MHz, in the energy distribution of the ions irradiated onto the substrate W, the low energy side peak and the high energy side peak do not appear. Further, as shown in FIG. 7D, when the DC frequency is 1.6 MHz, the energy distribution of the ions irradiated to the inner wall of the chamber main body 12 does not show a low-energy side peak and a high-energy side peak. That is, when the DC frequency is 1.6 MHz, the ions do not follow the DC voltage periodically applied to the lower electrode 18 .

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。
The inventors of the present application have extensively studied based on the simulation results of FIGS. 6A to 6D and FIGS. 7A to 7D. As a result, the following events were confirmed.
• The ions follow a DC voltage periodically applied to the lower electrode 18 when the DC frequency is set to less than 1 MHz, preferably in the range of 50-800 kHz.
- Under the condition that the ions follow the DC voltage periodically applied to the lower electrode 18, the dependence of the etching rate of the substrate W on the duty ratio of the DC voltage is small. On the other hand, when the duty ratio is adjusted to a relatively small value, particularly when the duty ratio is adjusted to 50% or less, the potential of the plasma decreases as described with reference to FIG. Therefore, the etching rate of the chamber body 12 is greatly reduced.
• When the DC frequency is set to 1 MHz or higher, the ions do not follow the DC voltage periodically applied to the lower electrode 18 .
・In a situation where the ions do not follow the DC voltage periodically applied to the lower electrode 18, the energy of the ions irradiated to the inner wall of the chamber body 12 tends to increase together with the energy of the ions irradiated to the substrate. be.

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。 Therefore, in the plasma processing apparatus 10 of one embodiment, when the DC voltage is periodically applied to the lower electrode 18, the duty ratio is adjusted to 50% or less while the DC frequency is set to less than 1 MHz. This makes it possible to suppress the decrease in the etching rate of the substrate W and reduce the energy of ions with which the inner wall of the chamber body 12 is irradiated. As a result, generation of particles from the chamber body 12 is suppressed. When the duty ratio is 35% or less, the energy of the ions with which the inner wall of the chamber body 12 is irradiated can be further reduced.

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。 Another embodiment will be described below. (a) and (b) of FIG. 8 are timing charts related to the plasma processing method of another embodiment. In each of FIGS. 8(a) and 8(b), the horizontal axis indicates time. In each of (a) and (b) of FIG. 8 , the vertical axis indicates the power of the first high frequency and the DC voltage applied from the DC power supply 70 to the lower electrode 18 . In each of FIGS. 8(a) and 8(b), the fact that the power of the first high frequency is at a high level indicates that the first high frequency is being supplied for plasma generation. there is Also, in each of FIGS. 8A and 8B, the fact that the power of the first high frequency is at a low level indicates that the supply of the first high frequency is stopped. In addition, in each of FIGS. 8A and 8B, the fact that the DC voltage is at a low level indicates that a negative DC voltage is being applied from the DC power supply 70 to the lower electrode 18. ing. In each of FIGS. 8A and 8B, the fact that the DC voltage is 0 V indicates that the DC voltage is not applied from the DC power supply 70 to the lower electrode 18 .

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。 In the embodiment shown in FIG. 8A, a negative DC voltage is periodically applied to the lower electrode 18 from a DC power source 70, and the first high frequency is periodically applied to generate plasma. supplied to In the embodiment shown in FIG. 8A, the application of the negative DC voltage from the DC power supply 70 to the lower electrode 18 and the supply of the first high frequency are synchronized. That is, during a period T1 during which the DC voltage from the DC power supply 70 is applied to the lower electrode 18, the first high frequency is supplied, and during a period T2 during which the DC voltage application from the DC power supply 70 to the lower electrode 18 is stopped, The supply of the first high frequency is stopped.

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。 In the embodiment shown in FIG. 8B, a negative DC voltage is periodically applied to the lower electrode 18 from a DC power source 70, and the first high frequency is periodically applied to generate plasma. supplied to In the embodiment shown in FIG. 8B, the phase of the supply of the first high-frequency wave is reversed with respect to the phase of application of the negative DC voltage from the DC power supply 70 to the lower electrode 18 . That is, the supply of the first high-frequency wave is stopped during the period T1 during which the DC voltage from the DC power supply 70 is applied to the lower electrode 18, and the application of the DC voltage from the DC power supply 70 to the lower electrode 18 is stopped during the period T2. is supplied with a first radio frequency.

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。 In the embodiment shown in (a) of FIG. 8 and the embodiment shown in (b) of FIG. The first high-frequency power supply 61 starts supplying the first high-frequency power at the rising (or falling) timing of the control signal from the controller PC, and starts supplying the first high-frequency power at the falling (or rising) timing of the control signal from the controller PC. stop the high frequency supply. In the embodiment shown in (a) of FIG. 8 and the embodiment shown in (b) of FIG. 8, unintended generation of high frequencies due to intermodulation distortion can be suppressed.

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。 Hereinafter, plasma processing apparatuses according to some other embodiments will be described. FIG. 9 is a diagram showing a power supply system and a control system of a plasma processing apparatus according to another embodiment. As shown in FIG. 9, a plasma processing apparatus 10A according to another embodiment differs from the plasma processing apparatus 10 in that a first high frequency power source 61 includes a controller PC. That is, the controller PC is a part of the first high-frequency power supply 61 in the plasma processing apparatus 10A. On the other hand, in the plasma processing apparatus 10 , the controller PC is separate from the first high frequency power supply 61 and the second high frequency power supply 62 . In the plasma processing apparatus 10A, the controller PC is part of the first high frequency power supply 61, so the control signal (pulse signal) from the controller PC is not sent to the first high frequency power supply 61. FIG.

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。 FIG. 10 is a diagram showing a power supply system and a control system of a plasma processing apparatus according to still another embodiment. The plasma processing apparatus 10B shown in FIG. 10 includes a plurality of DC power sources 701 and 702 and a plurality of switching units 721 and 722. Each of the plurality of DC power sources 701 and 702 is a power source similar to the DC power source 70 and configured to generate a negative DC voltage applied to the lower electrode 18 . Each of the switching units 721 and 722 has the same configuration as the switching unit 72 . The DC power supply 701 is connected to the switching unit 721 . As with the switching unit 72 , the switching unit 721 is configured to be able to stop the application of the DC voltage from the DC power supply 701 to the lower electrode 18 . The DC power supply 702 is connected to the switching unit 722 . Similar to the switching unit 72 , the switching unit 722 is configured to be able to stop the application of the DC voltage from the DC power supply 702 to the lower electrode 18 .

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。 FIG. 11 is a timing chart related to the plasma processing method of one embodiment performed using the plasma processing apparatus shown in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis indicates time. In FIG. 11 , the vertical axis indicates the combined DC voltage, DC voltage of DC power supply 701 and DC voltage of DC power supply 702 . The DC voltage of DC power supply 701 indicates the DC voltage applied from DC power supply 701 to lower electrode 18 , and the DC voltage of DC power supply 702 indicates the DC voltage applied from DC power supply 702 to lower electrode 18 . The synthesized DC voltage is applied to the lower electrode 18 within each period PDC. As shown in FIG. 11, in the plasma processing apparatus 10B, the DC voltage applied to the lower electrode 18 within each period PDC is formed by a plurality of DC voltages sequentially output from a plurality of DC power supplies 701 and 702. . That is, in the plasma processing apparatus 10B, the DC voltage applied to the lower electrode 18 within each period PDC is generated by temporally synthesizing a plurality of DC voltages sequentially output from the plurality of DC power sources 701 and 702. . According to this plasma processing apparatus 10B, the load on each of the plurality of DC power supplies 701 and 702 is reduced.

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。 In the plasma processing apparatus 10B that executes the plasma processing method shown in FIG. 11, the controller PC supplies the first control signal to the switching unit 721. In FIG. The first control signal has a high level (or low level) during the period when the DC voltage from the DC power supply 701 is applied to the lower electrode 18, and the period during which the DC voltage from the DC power supply 701 is not applied to the lower electrode 18. has a low level (or high level) in The controller PC also supplies a second control signal to the switching unit 722 . The second control signal has a high level (or low level) during the period when the DC voltage from the DC power supply 702 is applied to the lower electrode 18, and the period during which the DC voltage from the DC power supply 702 is not applied to the lower electrode 18. has a low level (or high level) in That is, control signals (pulse signals) having different phases are supplied to a plurality of switching units 721 and 722 connected to a plurality of DC power supplies.

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。 12 is a timing chart related to a plasma processing method of another embodiment performed using the plasma processing apparatus shown in FIG. 10. FIG. In FIG. 12, the horizontal axis indicates time. In FIG. 12 , the vertical axis indicates the synthesized DC voltage, DC voltage of DC power supply 701 and DC voltage of DC power supply 702 . The DC voltage of DC power supply 701 indicates the DC voltage applied from DC power supply 701 to lower electrode 18 , and the DC voltage of DC power supply 702 indicates the DC voltage applied from DC power supply 702 to lower electrode 18 . The synthesized DC voltage is applied to the lower electrode 18 within each period. As shown in FIG. 12, in the plasma processing apparatus 10B, the DC voltages applied to the lower electrode 18 within the adjacent periods PDC1 and PDC2 are sequentially output from a plurality of DC power sources 701 and 702 and are out of phase by 90 degrees. formed by a plurality of DC voltages. That is, in the plasma processing apparatus 10B, the DC voltages applied to the lower electrode 18 within the adjacent periods PDC1 and PDC2 are a plurality of DC voltages that are sequentially output from the plurality of DC power sources 701 and 702 and that are out of phase with each other by 90 degrees. is generated by the temporal synthesis of The frequency of the DC voltage generated by temporally synthesizing the plurality of DC voltages sequentially output from the plurality of DC power sources 701 and 702 and having a phase difference of 90 degrees is output from each of the plurality of DC power sources 701 and 702. It is twice the frequency of the DC voltage.

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。 In the plasma processing apparatus 10B that executes the plasma processing method shown in FIG. 12, the controller PC supplies the third control signal to the switching unit 721. The third control signal has a high level (or low level) during the period when the DC voltage from the DC power supply 701 is applied to the lower electrode 18, and the period during which the DC voltage from the DC power supply 701 is not applied to the lower electrode 18. has a low level (or high level) in The controller PC also supplies a fourth control signal to the switching unit 722 . The fourth control signal has a high level (or low level) during the period when the DC voltage from the DC power supply 702 is applied to the lower electrode 18, and the period during which the DC voltage from the DC power supply 702 is not applied to the lower electrode 18. has a low level (or high level) in Also, the phase of the fourth control signal is 90 degrees out of phase with respect to the phase of the third control signal. That is, a plurality of switching units 721 and 722 connected to a plurality of DC power sources 701 and 702 are supplied with control signals (pulse signals) with a phase difference of 90 degrees. Further, the frequency of the third control signal and the frequency of the fourth control signal are generated by temporally synthesizing a plurality of DC voltages sequentially output from the plurality of DC power sources 701 and 702 and having a phase difference of 90 degrees. It is 1/2 times the frequency of the DC voltage. According to this plasma processing apparatus 10B, the frequency of the control signal (pulse signal) supplied to each of the plurality of switching units 721 and 722 connected to the plurality of DC power supplies 701 and 702 can be lowered. As a result, according to the plasma processing apparatus 10B, the heat generation accompanying control of each of the plurality of switching units 721 and 722 can be suppressed.

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。 FIG. 13 is a diagram showing a power supply system and a control system of a plasma processing apparatus according to another embodiment. As shown in FIG. 13, a plasma processing apparatus 10C according to another embodiment differs from the plasma processing apparatus 10B in that the DC power supply 702 is omitted. In the plasma processing apparatus 10C, the DC power supply 701 is connected to switching units 721 and 722 .

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。 FIG. 14 is a diagram showing a power supply system and control system of a plasma processing apparatus according to still another embodiment. A plasma processing apparatus 10D shown in FIG. 14 differs from the plasma processing apparatus 10 in that a waveform adjuster 76 is further provided. A waveform adjuster 76 is connected between the switching unit 72 and the high frequency filter 74 . The waveform adjuster 76 adjusts the waveform of the DC power output from the DC power supply 70 via the switching unit 72, that is, the DC voltage waveform alternately having a negative polarity value and a value of 0V. Specifically, the waveform adjuster 76 adjusts the waveform of the DC voltage applied to the lower electrode 18 so that the waveform of the DC voltage has a substantially triangular shape. Waveform adjuster 76 is, for example, an integrating circuit.

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。 FIG. 15 is a circuit diagram showing an example of the waveform adjuster 76. As shown in FIG. The waveform adjuster 76 shown in FIG. 15 is configured as an integration circuit and has a resistive element 76a and a capacitor 76b. One end of the resistance element 76 a is connected to the resistance element 72 d of the switching unit 72 , and the other end of the resistance element 76 a is connected to the high frequency filter 74 . One end of the capacitor 76b is connected to the other end of the resistance element 76a. The other end of the capacitor 76b is connected to ground. In the waveform adjuster 76 shown in FIG. 15, the rise and fall of the DC voltage output from the switching unit 72 are delayed according to the time constant determined by the resistance value of the resistance element 76a and the capacitance value of the capacitor 76b. occurs. Therefore, according to the waveform adjuster 76 shown in FIG. 15, it is possible to apply a voltage having a pseudo triangular waveform to the lower electrode 18 . According to the plasma processing apparatus 10</b>D having such a waveform adjuster 76 , it is possible to adjust the energy of ions with which the inner wall of the chamber body 12 is irradiated.

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。 Various embodiments have been described above, but various modifications can be configured without being limited to the above-described embodiments. For example, the plasma processing apparatuses of the various embodiments described above may not have the second high-frequency power supply 62 . That is, the plasma processing apparatuses of the various embodiments described above may have a single high frequency power supply.

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。 Further, in the various embodiments described above, the switching unit switches between the application of the negative DC voltage from the DC power supply to the lower electrode 18 and the stoppage thereof, but the DC power supply itself outputs a negative DC voltage. and its output stop, no switching unit is required.

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。 Further, in the various embodiments described above, the frequency that defines each cycle of applying the DC voltage to the lower electrode 18, that is, the case where the DC frequency is set to a constant value of less than 1 MHz has been described as an example. The DC frequency may be decreased over time. As a result, even if the depth of the hole or groove formed by plasma etching the substrate is deep, it is possible to suppress the straightness of the ions from deteriorating in the hole or groove. As a result, deterioration of etching characteristics can be suppressed.

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。 In addition, the characteristic configurations of the various embodiments described above can be used in arbitrary combinations. Furthermore, although the plasma processing apparatuses according to the various embodiments described above are capacitively coupled plasma processing apparatuses, the plasma processing apparatus in the modification may be an inductively coupled plasma processing apparatus.

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。 It should be noted that when the duty ratio is high, the energy of the ions irradiated to the chamber main body 12 increases. Therefore, by setting the duty ratio to a high value, for example, by setting the duty ratio to a value greater than 50%, it is possible to clean the inner wall of the chamber body 12 .

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。 Evaluation experiments conducted on the plasma processing method using the plasma processing apparatus 10 will be described below.

(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。
(First evaluation experiment)
In the first evaluation experiment, a sample having a silicon oxide film was attached to each of the chamber 12c side surface of the top plate 34 of the plasma processing apparatus 10 and the side wall of the chamber body 12, and a silicon oxide film was placed on the electrostatic chuck 20. A sample having an oxide film was mounted. Then, in the first evaluation experiment, plasma processing was performed under the following conditions. In the first evaluation experiment, the duty ratio of the negative DC voltage periodically applied to the lower electrode 18 was used as a variable parameter.

<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
<Conditions of plasma treatment in the first evaluation experiment>
・Pressure in chamber 12c: 20 mTorr (2.66 Pa)
・Flow rate of gas supplied to chamber 12c C4F8 gas: 24 sccm
O2 gas: 16 sccm
Ar gas: 150 sccm
・First high frequency: 100 MHz, 500 W continuous wave ・Negative DC voltage for lower electrode 18 Voltage value: -3000 V
Frequency (DC frequency): 200kHz
・Processing time: 60 seconds

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。 In the first evaluation experiment, the etching amount (film thickness reduction amount) of the silicon oxide film of the sample attached to the chamber 12c side surface of the top plate 34 was measured. Also, in the first evaluation experiment, the etching amount (film thickness reduction amount) of the sample silicon oxide film attached to the side wall of the chamber body 12 was measured. In the first evaluation experiment, the etching amount (film thickness reduction amount) of the silicon oxide film of the sample placed on the electrostatic chuck 20 was measured. FIG. 16A is a graph showing the relationship between the duty ratio obtained in the first evaluation experiment and the etching amount of the sample silicon oxide film attached to the surface of the top plate 34 on the chamber 12c side. be. FIG. 16(b) is a graph showing the relationship between the duty ratio and the etching amount of the sample silicon oxide film attached to the side wall of the chamber body 12, which was obtained in the first evaluation experiment. FIG. 17 is a graph showing the relationship between the duty ratio and the etching amount of the silicon oxide film of the sample placed on the electrostatic chuck 20, obtained in the first evaluation experiment.

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。 As shown in FIG. 17, the dependence of the etching amount of the silicon oxide film of the sample placed on the electrostatic chuck 20 on the duty ratio was small. Further, as shown in FIGS. 16A and 16B, when the duty ratio is 35% or less, the sample silicon oxide film attached to the surface of the top plate 34 on the chamber 12c side was considerably small. Also, as shown in FIGS. 16A and 16B, when the duty ratio is 35% or less, the etching amount of the sample silicon oxide film attached to the side wall of the chamber body 12 is , was considerably smaller. Therefore, the first evaluation experiment confirmed that the etching rate of the substrate is less dependent on the duty ratio occupied by the period during which the negative DC voltage is applied to the lower electrode 18 in each period PDC. Further, when the duty ratio is small, particularly when the duty ratio is 35% or less, the etching rate of the chamber body 12 is greatly reduced, that is, the energy of the ions irradiated to the inner wall of the chamber body 12 is decreased. It was confirmed. From the graphs of FIGS. 16(a) and 16(b), if the duty ratio is 50% or less, it is estimated that the energy of the ions irradiated to the inner wall of the chamber main body 12 is considerably reduced. be.

(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。
(Second evaluation experiment)
In the second evaluation experiment, a sample having a silicon oxide film was attached to each of the chamber 12c side surface of the top plate 34 of the plasma processing apparatus 10 and the side wall of the chamber main body 12, and a silicon oxide film was attached on the electrostatic chuck 20. A sample having an oxide film was mounted. Then, in the second evaluation experiment, plasma processing was performed under the following conditions.

<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
<Conditions of plasma treatment in the second evaluation experiment>
・Pressure in chamber 12c: 20 mTorr (2.66 Pa)
・Flow rate of gas supplied to chamber 12c C4F8 gas: 24 sccm
O2 gas: 16 sccm
Ar gas: 150 sccm
・First high frequency: 100 MHz, 500 W continuous wave ・Negative DC voltage for lower electrode 18 Voltage value: -3000 V
Frequency (DC frequency): 200kHz
Duty ratio: 35%
・Processing time: 60 seconds

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。 In a comparative experiment, a sample having a silicon oxide film was attached to each of the chamber 12c side surface of the top plate 34 of the plasma processing apparatus 10 and the side wall of the chamber main body 12, and a silicon oxide film was placed on the electrostatic chuck 20. A sample with membrane was mounted. In a comparative experiment, plasma processing was performed under the following conditions. Note that the second high-frequency condition in the comparative experiment was such that the etching amount (thickness reduction in film thickness) of the silicon oxide film of the sample placed on the electrostatic chuck 20 was the same as the plasma processing in the second evaluation experiment and the comparative experiment. It was set so as to be substantially the same as the plasma treatment.

<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
<Conditions of plasma treatment in comparative experiment>
・Pressure in chamber 12c: 20 mTorr (2.66 Pa)
・Flow rate of gas supplied to chamber 12c C4F8 gas: 24 sccm
O2 gas: 16 sccm
Ar gas: 150 sccm
・First high frequency: 100 MHz, 500 W continuous wave ・Second high frequency: 400 kHz, 2500 W continuous wave ・Processing time: 60 seconds

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。 In each of the second evaluation experiment and the comparative experiment, the etching amount (film thickness reduction amount) of the silicon oxide film of the sample attached to the chamber 12c side surface of the top plate 34 was measured. Also, in each of the second evaluation experiment and the comparative experiment, the etching amount (film thickness reduction amount) of the silicon oxide film of the sample attached to the side wall of the chamber main body 12 was measured. FIG. 18(a) is a graph showing the amount of etching of the silicon oxide film of the sample attached to the surface of the top plate 34 on the chamber 12c side, obtained in the second evaluation experiment and the comparative experiment. (b) of FIG. 18 is a graph showing the etching amount of the silicon oxide film of the sample attached to the side wall of the chamber main body 12, obtained in each of the second evaluation experiment and the comparative experiment. In the graph of FIG. 18(a), the horizontal axis indicates the radial distance from the center of the chamber 12c to the measurement position in the sample attached to the surface of the top plate 34 on the chamber 12c side. In the graph of FIG. 18(a), the vertical axis indicates the amount of etching of the sample silicon oxide film attached to the surface of the top plate 34 on the chamber 12c side. In the graph of FIG. 18(b), the horizontal axis indicates the vertical distance of the measurement position in the sample attached to the side wall of the chamber 12c from the surface of the top plate 34 on the chamber 12c side. In the graph of (b) of FIG. 18 , the vertical axis indicates the amount of etching of the sample silicon oxide film attached to the side wall of the chamber body 12 .

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。 As shown in FIGS. 18(a) and 18(b), in the second evaluation experiment using the negative DC voltage, the chamber 12c side of the top plate 34 was higher than the comparative experiment using the second high frequency. The etching amount of the silicon oxide film of the sample attached to the surface of the sample was small. Further, as shown in FIGS. 18A and 18B, compared to the comparative experiment using the second high frequency, in the second evaluation experiment using the negative DC voltage, the side wall of the chamber main body 12 The etching amount of the silicon oxide film of the sample attached to the substrate was considerably small. Therefore, by periodically applying a negative DC voltage to the lower electrode 18, the following effects were confirmed. That is, it is possible to greatly reduce the energy of the ions irradiated to the wall surface of the chamber main body 12 and the wall surface of the upper electrode 30 while suppressing the decrease in the energy of the ions irradiated to the substrate on the electrostatic chuck 20 . was confirmed.

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。 Evaluation simulations performed for the plasma processing method using the plasma processing apparatus 10 will be described below.

(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。
(Evaluation simulation)
In the evaluation simulation, the energy distribution (IED) of ions with which the substrate W is irradiated and the energy distribution (IED) of ions with which the inner wall of the chamber body 12 is irradiated were simulated under the following conditions. In the evaluation simulation, the duty ratio of the negative DC voltage periodically applied to the lower electrode 18 was used as a variable parameter with the DC frequency set to 200 kHz, which is less than 1 MHz.

<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
<Conditions for evaluation simulation>
・Pressure in chamber 12c: 30 mTorr (4.00 Pa)
・Processing gas supplied to the chamber 12c: Ar gas ・First high frequency wave: 100 MHz, 500 W continuous wave ・Negative DC voltage for the lower electrode 18 Voltage value: -450 V
Frequency (DC frequency): 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。 19A to 19E are simulation results showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions with which the substrate W is irradiated. 20A to 20E are simulation results showing an example of the relationship between the duty ratio and the energy of ions irradiated to the inner wall of the chamber body 12. FIG.

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。 As shown in FIGS. 19A to 19E, the maximum value of the energy of the ions irradiated to the substrate W was maintained at about 270 eV, which is within the predetermined allowable specification range, regardless of the change in duty ratio. Further, as shown in FIGS. 20A to 20E, when the duty ratio is 50% or less, the maximum value of the energy of the ions irradiated to the inner wall of the chamber main body 12 is within the range of the predetermined allowable specifications. It was reduced to about 60 eV or less. Therefore, in the evaluation simulation, it was confirmed that the dependence of the etching rate of the substrate W on the duty ratio of the DC voltage is relatively small when the DC frequency is set to 200 kHz, which is less than 1 MHz. Further, when the DC frequency is set to 200 kHz, which is less than 1 MHz, and the duty ratio is adjusted to 50% or less, the energy of the ions irradiated to the inner wall of the chamber main body 12 is within a predetermined allowable specification range. It was confirmed that it was lowered to the inside.

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
10, 10A to 10D plasma processing apparatus 12 chamber body 12c chamber 16 stage 18 lower electrode 61 first high frequency power supply 70, 701, 702 DC power supply 72, 721, 722 switching unit PC controller MC main control section

Claims (14)

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、
前記チャンバ本体の内壁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。
a chamber body providing a chamber;
a stage provided in the chamber body, including a lower electrode, and supporting a substrate;
a high-frequency power supply that supplies high-frequency waves for exciting the gas supplied to the chamber;
one or more DC power sources for generating a DC voltage having a negative polarity applied to the lower electrode to attract ions to the inner wall of the chamber body;
a switching unit configured to stop application of the DC voltage to the lower electrode;
a controller configured to control the switching unit;
with
The controller periodically applies only a negative DC voltage from the one or more DC power sources to the lower electrode, and the frequency defining each cycle of applying the DC voltage is set to be less than 1 MHz. state, the plasma processing apparatus controlling the switching unit to adjust the ratio of the period during which the DC voltage is applied to the lower electrode in each of the cycles.
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大きくさせるよう、前記切替ユニットを制御する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 2. The plasma according to claim 1, wherein in the step of applying only the DC voltage, the controller controls the switching unit so as to increase the energy of ions irradiated to the inner wall of the chamber body by adjusting the ratio. processing equipment. 前記コントローラは、前記割合を50%より大きい値に調整するよう、前記切替ユニットを制御する、請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。 3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said controller controls said switching unit to adjust said percentage to a value greater than 50%. 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1~3のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
A plurality of DC power sources are provided as the one or more DC power sources,
2. The controller controls the switching unit so that the DC voltage applied to the lower electrode in each cycle is formed by a plurality of DC voltages sequentially output from the plurality of DC power supplies. 4. The plasma processing apparatus according to any one of 1 to 3.
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2~4のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。 The controller controls the high-frequency power supply so that the high-frequency power is supplied during a period in which the DC voltage is applied, and the high-frequency power supply is stopped in a period in which the DC voltage is not applied. 5. The plasma processing apparatus according to any one of 2 to 4. 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2~4のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。 The controller controls the high-frequency power supply such that the supply of the high-frequency power is stopped during a period in which the DC voltage is applied, and the high-frequency power supply is supplied in a period in which the DC voltage is stopped. 5. The plasma processing apparatus according to any one of 2 to 4. 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装置。 The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein said high frequency has a frequency within a range of 27-100 MHz. プラズマ処理装置において実行されるクリーニング方法であって、
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、
前記チャンバ本体の内壁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、
前記クリーニング方法は、
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、クリーニング方法。
A cleaning method performed in a plasma processing apparatus, comprising:
The plasma processing apparatus is
a chamber body providing a chamber;
a stage provided in the chamber body, including a lower electrode, and supporting a substrate;
a high-frequency power supply that supplies high-frequency waves for generating plasma of the gas supplied to the chamber;
one or more DC power sources for generating a DC voltage having a negative polarity applied to the lower electrode to attract ions to the inner wall of the chamber body;
with
The cleaning method is
a step of supplying a high frequency from the high frequency power source;
applying only a DC voltage having a negative polarity from the one or more DC power sources to the lower electrode;
including
In the step of applying only the DC voltage, only the DC voltage is periodically applied to the lower electrode, and a frequency defining each period in which the DC voltage is applied to the lower electrode is set to be less than 1 MHz. the cleaning method, wherein a ratio of a period during which the DC voltage is applied to the lower electrode in each period is adjusted.
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大きくさせる、請求項8に記載のクリーニング方法。 9. The cleaning method according to claim 8, wherein in the step of applying only the DC voltage, energy of ions irradiated to the inner wall of the chamber main body is increased by adjusting the ratio. 前記割合が50%より大きい値に調整される、請求項8又は9に記載のクリーニング方法。 10. A cleaning method according to claim 8 or 9, wherein said percentage is adjusted to a value greater than 50%. 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8~10のいずれか一つに記載のクリーニング方法。
The plasma processing apparatus includes a plurality of DC power sources as the one or more DC power sources,
11. The DC voltage applied to the lower electrode in each period is formed by a plurality of DC voltages sequentially output from the plurality of DC power supplies. cleaning method.
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8~11のいずれか一つに記載のクリーニング方法。 12. The cleaning device according to any one of claims 8 to 11, wherein the high-frequency wave is supplied during the period in which the DC voltage is applied, and the supply of the high-frequency wave is stopped in the period during which the DC voltage is not applied. Method. 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8~11のいずれか一つに記載のクリーニング方法。 12. The cleaning device according to any one of claims 8 to 11, wherein the supply of the high-frequency wave is stopped during the period during which the DC voltage is applied, and the high-frequency wave is supplied during the period during which the DC voltage is stopped being applied. Method. 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クリーニング方法。 A cleaning method according to any one of claims 8 to 13, wherein said high frequency has a frequency within the range of 27 to 100 MHz.
JP2022068191A 2018-04-27 2022-04-18 Plasma processing method and plasma processing apparatus Active JP7238191B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022068191A JP7238191B2 (en) 2018-04-27 2022-04-18 Plasma processing method and plasma processing apparatus
JP2023030736A JP7412620B2 (en) 2022-04-18 2023-03-01 Plasma treatment method and plasma treatment device
JP2023218154A JP2024038094A (en) 2022-04-18 2023-12-25 Plasma processor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018087283A JP7061922B2 (en) 2018-04-27 2018-04-27 Plasma processing method and plasma processing equipment
JP2022068191A JP7238191B2 (en) 2018-04-27 2022-04-18 Plasma processing method and plasma processing apparatus

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018087283A Division JP7061922B2 (en) 2018-04-27 2018-04-27 Plasma processing method and plasma processing equipment

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023030736A Division JP7412620B2 (en) 2022-04-18 2023-03-01 Plasma treatment method and plasma treatment device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022087334A JP2022087334A (en) 2022-06-09
JP7238191B2 true JP7238191B2 (en) 2023-03-13

Family

ID=87890810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022068191A Active JP7238191B2 (en) 2018-04-27 2022-04-18 Plasma processing method and plasma processing apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7238191B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000328248A (en) 1999-05-12 2000-11-28 Nissin Electric Co Ltd Method for cleaning thin film forming apparatus and thin film forming apparatus
JP2004193564A (en) 2002-11-29 2004-07-08 Hitachi High-Technologies Corp Plasma treatment apparatus having high-frequency power supply with function of compensating sag and plasma treatment method
JP2008243568A (en) 2007-03-27 2008-10-09 Toshiba Corp Plasma treatment device of substrate, and plasma treatment method
JP2012204644A (en) 2011-03-25 2012-10-22 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus and plasma processing method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0845903A (en) * 1994-07-27 1996-02-16 Hitachi Ltd Plasma etching method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000328248A (en) 1999-05-12 2000-11-28 Nissin Electric Co Ltd Method for cleaning thin film forming apparatus and thin film forming apparatus
JP2004193564A (en) 2002-11-29 2004-07-08 Hitachi High-Technologies Corp Plasma treatment apparatus having high-frequency power supply with function of compensating sag and plasma treatment method
JP2008243568A (en) 2007-03-27 2008-10-09 Toshiba Corp Plasma treatment device of substrate, and plasma treatment method
JP2012204644A (en) 2011-03-25 2012-10-22 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus and plasma processing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022087334A (en) 2022-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7061922B2 (en) Plasma processing method and plasma processing equipment
JP7045152B2 (en) Plasma processing method and plasma processing equipment
JP7297795B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
US8641916B2 (en) Plasma etching apparatus, plasma etching method and storage medium
CN111668085B (en) Plasma processing apparatus
JP2008244103A (en) Plasma processing apparatus
US11923171B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
KR20210097027A (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP7158308B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP7238191B2 (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
JP7302060B2 (en) Cleaning method and plasma processing apparatus
JP7412620B2 (en) Plasma treatment method and plasma treatment device
JP2021015930A (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220418

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230131

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230131

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230301

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7238191

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150