JP7336608B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

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Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
プラズマ処理装置が基板処理において用いられている。プラズマ処理装置の一種は、チャンバ、基板支持器、高周波電源、及びバイアス電源を備える。基板支持器は、電極を含み、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、基板にイオンを引き込むために、基板支持器の電極にバイアスネルギーを与えるように構成されている。下記の特許文献１は、バイアスエネルギーとして負の直流電圧のパルスを用いることが記載されている。
特開２０１９－０３６６５８号公報
本開示は、プラズマの着火期間において高周波電力の反射波のパワーを抑制する技術を提供する。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、高周波電源、及びバイアス電源を備える。基板支持器は、電極を含み、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、基板支持器の電極に電気的に接続されている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマが着火される着火期間において高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、着火期間において、各々が負電圧である複数のバイアスパルスを基板支持器の電極に順に印加し、複数のバイアスパルスの電圧レベルの絶対値を段階的に又は徐々に増加するように構成されている。
一つの例示的実施形態によれば、プラズマの着火期間において高周波電力の反射波のパワーを抑制することが可能となる。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置のチャンバ内の構成を示す図である。 図１に示すプラズマ処理装置での処理に関する一例のタイミングチャートである。 図１に示すプラズマ処理装置での処理に関する一例のタイミングチャートである。 基板に対するバイアスパルス及びエッジリングに対するバイアスパルスの一例のタイミングチャートである。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法の流れ図である。 図７の（ａ）、図７の（ｂ）はそれぞれ、第１の実験におけるバイアスパルスの電圧レベルの絶対値、高周波電力の反射波を示すグラフである。 図８の（ａ）、図８の（ｂ）はそれぞれ、第２の実験におけるバイアスパルスの電圧レベルの絶対値、高周波電力の反射波を示すグラフである。 図９の（ａ）、図９の（ｂ）はそれぞれ、第３の実験におけるバイアスパルスの電圧レベルの絶対値、高周波電力の反射波を示すグラフである。 図１０の（ａ）、図１０の（ｂ）はそれぞれ、第４の実験におけるバイアスパルスの電圧レベルの絶対値、高周波電力の反射波を示すグラフである。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、高周波電源、及びバイアス電源を備える。基板支持器は、電極を含み、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、基板支持器の電極に電気的に接続されている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマが着火される着火期間において高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、着火期間において、各々が負電圧である複数のバイアスパルスを基板支持器の電極に順に印加し、複数のバイアスパルスの電圧レベルの絶対値を段階的に又は徐々に増加するように構成されている。
バイアスパルスの電圧レベルの絶対値が急激に増加されると、高周波電力の反射波のパワーが大きくなる。上記実施形態では、プラズマの着火期間において、複数のバイアスパルスのレベルが段階的に又は徐々に増加される。したがって、上記実施形態によれば、高周波電力の反射波のパワーが抑制される。また、反射波のパワーが抑制されるので、短時間でプラズマを安定的に生成することができ、プラズマによる基板処理を開始するまでの時間長を短縮することが可能となり得る。
一つの例示的実施形態において、バイアス電源は、複数のバイアスパルスの各々の電圧レベルの絶対値を、先に基板支持器の電極に印加される任意のバイアスパルスの電圧レベルの絶対値よりも大きい値に設定するように構成されていてもよい。即ち、プラズマの着火期間において順に基板支持器の電極に印加される複数のバイアスパルスの電圧レベルの絶対値は、ランプアップされてもよい。
一つの例示的実施形態において、複数のバイアスパルスの各々は、直流電圧のパルスであってもよい。
一つの例示的実施形態において、高周波電源は、着火期間の後でプラズマを用いてチャンバ内で基板を処理するプロセス期間においても、高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、プロセス期間においても、各々が負電圧である複数のバイアスパルスを電極に順に印加するように構成されている。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、チャンバ内の圧力を調整するように構成された圧力制御器を更に備えていてもよい。圧力制御器は、プロセス期間におけるチャンバ内の圧力を、着火期間におけるチャンバ内の圧力と異なる圧力に設定するように構成されていてもよい。圧力制御器は、プロセス期間におけるチャンバ内の圧力を、着火期間におけるチャンバ内の圧力よりも低い圧力に設定するように構成されていてもよい。
一つの例示的実施形態において、高周波電源は、プロセス期間における前記高周波電力の周波数を、着火期間における高周波電力の周波数と異なる周波数に設定するように構成されていてもよい。高周波電源は、プロセス期間における高周波電力の周波数を、着火期間における高周波電力の周波数よりも低い周波数に設定するように構成されていてもよい。
一つの例示的実施形態において、高周波電源は、プロセス期間における高周波電力の電力レベルを、着火期間における高周波電力の電力レベルと異なる電力レベルに設定するように構成されていてもよい。高周波電源は、プロセス期間における高周波電力の電力レベルを、着火期間における高周波電力の電力レベルよりも高い電力レベルに設定するように構成されていてもよい。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、ガスをチャンバ内に供給するように構成されたガス供給部を更に備えていてもよい。プラズマ処理装置は、ガス供給部によって供給されるガスからチャンバ内でプラズマを生成する。ガス供給部は、プロセス期間においてチャンバ内に供給する少なくとも一つのガスの流量を、着火期間においてチャンバ内に供給する当該少なくとも一つのガスの流量と異なる流量に設定するように構成されていてもよい。
一つの例示的実施形態において、着火期間及びプロセス期間の各々は、周期的な複数のパルス期間を含んでいてもよい。バイアス電源は、複数のパルス期間それぞれのＯＮ期間において、複数のバイアスパルスを電極に印加してもよい。この場合に、バイアス電源は、複数のパルス期間それぞれのＯＮ期間において、ＯＮ期間の時間間隔であるパルス周期よりも短いバイアス周期で、複数のバイアスパルスを電極に印加する。バイアス電源は、複数のパルス期間それぞれのＯＦＦ期間において複数のバイアスパルスの電極への印加を停止してもよい。
一つの例示的実施形態において、バイアス電源は、パルス周期の時間長に対する各ＯＮ期間の時間長の比であるデューティー比を調整するように構成されていてもよい。バイアス電源は、プロセス期間におけるデューティー比を着火期間におけるデューティー比と異なる比に設定するように構成されていてもよい。バイアス電源は、プロセス期間におけるデューティー比を着火期間におけるデューティー比よりも小さい比に設定するように構成されていてもよい。
一つの例示的実施形態において、基板支持器は、その上に載置されるエッジリングを支持するように構成されていてもよい。プラズマ処理装置は、各々が負電圧である複数のバイアスパルスをエッジリングに印加するように構成されていてもよい。
別の例示的実施形態において、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、着火期間においてプラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを着火する工程を含む。プラズマ処理装置は、電極を含みチャンバ内に設けられた基板支持器を備える。プラズマ処理方法は、着火期間内で電極に複数のバイアスパルスを順に印加する工程を更に含む。複数のバイアスパルスは負電圧であり、複数のバイアスパルスの電圧レベルの絶対値は、着火期間内において段階的に又は徐々に増加される。
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置のチャンバ内の構成を示す図である。図２に示すように、プラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置であり得る。
チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。内部空間１０ｓの中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線ＡＸである。一実施形態において、チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の中に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体１２は電気的に接地されている。チャンバ本体１２の内壁面、即ち内部空間１０ｓを画成する壁面は、耐プラズマ性を有する膜で被覆されていてもよい。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。
チャンバ本体１２の側壁は通路１２ｐを提供している。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。この通路１２ｐの開閉のために、ゲートバルブ１２ｇがチャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
プラズマ処理装置１は、基板支持器１６を更に備えている。基板支持器１６は、チャンバ１０の中で、その上に載置された基板Ｗを支持するように構成されている。基板Ｗは、略円盤形状を有する。基板支持器１６は、支持部１７によって支持されている。支持部１７は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１７は、略円筒形状を有している。支持部１７は、石英といった絶縁材料から形成されている。
一実施形態において、基板支持器１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を有する。下部電極１８及び静電チャック２０は、チャンバ１０の中に設けられている。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、その内部において流路１８ｆを提供している。流路１８ｆは、熱交換媒体用の流路である。熱交換媒体は、例えば液状の冷媒である。流路１８ｆは、熱交換媒体の供給装置（例えば、チラーユニット）から配管２３ａを介して供給される熱交換媒体を受ける。この供給装置は、チャンバ１０の外部に設けられている。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、流路１８ｆを流れて、配管２３ｂを介して供給装置に戻される。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。図１に示すように、静電チャック２０は、誘電体部２０ｄ及び電極２１ａを有している。静電チャック２０は、電極２２ａ及び電極２２ｂを更に有していてもよい。基板Ｗは、内部空間１０ｓの中で処理されるときに、静電チャック２０上に載置され、静電チャック２０によって保持される。また、基板支持器１６は、その上に載置されるエッジリングＥＲを支持する。エッジリングＥＲは、略環形状を有する板である。エッジリングＥＲは、導電性を有し得る。エッジリングＥＲは、例えばシリコン又は炭化ケイ素から形成されている。図２に示すように、エッジリングＥＲは、その中心軸線が軸線ＡＸに一致するように、基板支持器１６上に搭載される。チャンバ１０内に収容された基板Ｗは、静電チャック２０上、且つ、エッジリングＥＲによって囲まれた領域内に配置される。
プラズマ処理装置１は、ガスライン２５を更に備えていてもよい。ガスライン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（後述する第１の領域）の上面と基板Ｗの裏面（下面）との間の間隙に供給する。
プラズマ処理装置１は、外周部２８及び外周部２９を更に備えていてもよい。外周部２８は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。外周部２８は、略円筒形状を有し、支持部１７の外周に沿って延在している。外周部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。外周部２８は、電気的に接地されている。外周部２８の表面は、耐プラズマ性を有する膜で被覆されていてもよい。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。
外周部２９は、外周部２８上に設けられている。外周部２９は、絶縁性を有する材料から形成されている。外周部２９は、例えば石英といったセラミックから形成されている。外周部２９は、略円筒形状を有している。外周部２９は、下部電極１８及び静電チャック２０の外周に沿って延在している。
プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、基板支持器１６の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２と共にチャンバ本体１２の上部開口を閉じている。部材３２は、絶縁性を有している。上部電極３０は、この部材３２を介してチャンバ本体１２の上部に支持されている。
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含んでいてもよい。天板３４の下面は、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、複数のガス孔３４ａを提供している。複数のガス孔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、例えばシリコンから形成されている。或いは、天板３４は、アルミニウム製の部材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持している。支持体３６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されている。支持体３６は、その内部においてガス拡散室３６ａを提供している。支持体３６は、複数のガス孔３６ｂを更に提供している。複数のガス孔３６ｂは、ガス拡散室３６ａから下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６は、ガス導入ポート３６ｃを更に提供している。ガス導入ポート３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入ポート３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、ガスソース群４０が、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して接続されている。ガスソース群４０、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３は、ガス供給部を構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数のバルブ（例えば開閉バルブ）を含んでいる。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応のバルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応のバルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。プラズマ処理装置１は、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一つ以上のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、内部空間１０ｓに供給することが可能である。
外周部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、アルミニウム製の部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、内部空間１０ｓの中の圧力を減圧することができる。
以下、図１及び図２と共に、図３～図５を参照する。図３及び図４は、図１に示すプラズマ処理装置での処理に関する一例のタイミングチャートである。図５は、基板に対するバイアスパルス及びエッジリングに対するバイアスパルスの一例のタイミングチャートである。
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、高周波電源５７を更に備える。高周波電源５７は、整合器５８を介して下部電極１８に接続されている。高周波電源５７は、プラズマ生成用の高周波電力ＲＦを発生する電源である。高周波電力ＲＦは、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば４０ＭＨｚ又は６０ＭＨｚの周波数を有する。整合器５８は、高周波電源５７の負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを、高周波電源５７の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を有している。なお、高周波電源５７は、下部電極１８に電気的に接続されていなくてもよく、整合器５８を介して上部電極３０に接続されていてもよい。
プラズマ処理装置１では、高周波電源５７からの高周波電力ＲＦによりチャンバ１０内で高周波電界が生成される。チャンバ１０内のガスは、生成された高周波電界により励起される。その結果、プラズマが、チャンバ１０内で着火されて、生成される。高周波電源５７は、図３に示すように、着火期間Ｐｉ及びプロセス期間Ｐｐの双方において高周波電力ＲＦを供給する。着火期間Ｐｉは、チャンバ１０内でプラズマを着火する期間である。プロセス期間Ｐｐは、着火期間Ｐｉの後の期間である。基板Ｗは、プロセス期間Ｐｐにおいて、チャンバ１０内で生成されたプラズマからのイオン及び／又はラジカルといった化学種により処理される。
図１に示すように、一実施形態において、基板支持器１６は、第１の領域２１及び第２の領域２２を有していてもよい。第１の領域２１は、基板支持器１６の中央の領域である。第１の領域２１は、静電チャック２０の中央領域及び下部電極１８の中央領域を含む。第２の領域２２は、第１の領域２１に対して径方向外側で周方向に延在している。第２の領域２２は、静電チャック２０の周縁領域及び下部電極１８の周縁領域を含む。プラズマ処理装置１において、第１の領域２１及び第２の領域２２は、単一の静電チャックから構成されており、互いに一体化されている。なお、図１では、第１の領域２１と第２の領域２２との間の境界は、破線で示されている。別の実施形態では、第１の領域２１及び第２の領域２２は、個別の静電チャックから構成されていてもよい。
第１の領域２１は、その上（即ち、その上面の上）に載置される基板Ｗを支持するように構成されている。第１の領域２１は、円盤形状を有する領域である。第１の領域２１の中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。第１の領域２１は、誘電体部２０ｄを第２の領域２２と共有している。誘電体部２０ｄは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムといった誘電体から形成されている。誘電体部２０ｄは、略円盤形状を有している。一実施形態において、第２の領域２２における誘電体部２０ｄの厚みは、第１の領域２１における誘電体部２０ｄの厚みよりも小さい。第２の領域２２における誘電体部２０ｄの上面の鉛直方向における位置は、第１の領域２１における誘電体部２０ｄの上面の鉛直方向における位置よりも低くてもよい。
第１の領域２１は、電極２１ａ（チャック電極）を有する。電極２１ａは、膜状の電極であり、第１の領域２１内で誘電体部２０ｄの中に設けられている。電極２１ａには、直流電源５５がスイッチ５６を介して接続されている。直流電源５５からの直流電圧が電極２１ａに印加されると、第１の領域２１と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは第１の領域２１に引き付けられ、第１の領域２１によって保持される。
第１の領域２１は、第１の電極２１ｃを更に有している。第１の電極２１ｃは、膜状の電極であり、第１の領域２１内で誘電体部２０ｄの中に設けられている。なお、電極２１ａは、鉛直方向において、第１の電極２１ｃよりも第１の領域２１の上面の近くで延在し得る。
プラズマ処理装置１は、第１のバイアス電源６１を更に備えている。第１のバイアス電源６１は、第１の電極２１ｃに電気的に接続されている。第１のバイアス電源６１は、フィルタ６２を介して第１の電極２１ｃに接続されていてもよい。フィルタ６２は、高周波電源５７からの高周波電力ＲＦを遮断するか減衰させるように構成された電気フィルタである。
図１及び図５に示すように、第１のバイアス電源６１は、複数のバイアスパルスＢＷを第１の電極２１ｃに順に印加するように構成されている。複数のバイアスパルスＢＷの各々は、電圧のパルスである。一実施形態では、複数のバイアスパルスＢＷの各々は、負の電圧のパルスである。一例において、負の電圧のパルスは、負の直流電圧のパルスである。第１のバイアス電源６１の出力電圧は、バイアスパルスＢＷが出力されていないときには０Ｖであり得る。或いは、第１のバイアス電源６１の出力電圧は、バイアスパルスＢＷが出力されていないときにはバイアスパルスＢＷの電圧レベルＶＢＷの絶対値｜ＶＢＷ｜よりも小さい絶対値の電圧レベルを有する。
第１のバイアス電源６１は、バイアスパルスＢＷをバイアス周波数ｆＢで規定される時間間隔ＴＢで周期的に第１の電極２１ｃに印加してもよい。時間間隔ＴＢは、バイアス周期であり、バイアス周波数ｆＢの逆数である。バイアス周波数ｆＢは、例えば、２００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。時間間隔ＴＢ内でバイアスパルスＢＷが第１の電極２１ｃに印加される期間（時間長ＴＡ）が占める割合（即ち、デューティー比ＤＢ＝ＴＡ／ＴＢ×１００（％））は、０よりも大きく、１００よりも小さい。
一実施形態において、上述の着火期間Ｐｉ及びプロセス期間Ｐｐの各々は、周期的な複数のパルス期間ＰＬを含んでいてもよい。図４に示すように、複数のパルス期間ＰＬの各々は、ＯＮ期間ＰＯＮとＯＦＦ期間ＰＯＦＦを含む。即ち、ＯＮ期間ＰＯＮは、複数のパルス期間ＰＬの時間長と同じ時間間隔ＴＰで出現する。第１のバイアス電源６１は、周期的な複数のパルス期間ＰＬそれぞれのＯＮ期間ＰＯＮにおいて、複数のバイアスパルスＢＷを第１の電極２１ｃに印加してもよい。第１のバイアス電源６１は、複数のパルス期間ＰＬそれぞれのＯＦＦ期間ＰＯＦＦにおいて、第１の電極２１ｃへのバイアスパルスＢＷの印加を停止してもよい。時間間隔ＴＰ内でＯＮ期間ＰＯＮ（時間長ＴＯＮ）が占める割合（即ち、デューティー比ＤＰ＝ＴＯＮ／ＴＰ×１００（％））は、０よりも大きく、１００よりも小さい。上述したバイアス周期、即ち時間間隔ＴＢは、パルス周期、即ちＯＮ期間ＰＯＮの時間間隔ＴＰよりも短い。したがって、図５に示すように、各ＯＮ期間ＰＯＮにおいて、幾つかのバイアスパルスＢＷが、時間間隔ＴＢで順に第１の電極２１ｃに印加される。
図１に示すように、第２の領域２２は、第１の領域２１を囲むよう延在している。第２の領域２２は、略環状の領域である。第２の領域２２の中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。第２の領域２２は、その上（即ち、その上面の上）に載置されるエッジリングＥＲを支持するように構成されている。第２の領域２２は、誘電体部２０ｄを第１の領域２１と共有している。
一実施形態において、第２の領域２２は、エッジリングＥＲを静電引力により保持してもよい。この実施形態において、第２の領域２２は、一つ以上の電極（チャック電極）を有し得る。図１に示す実施形態では、第２の領域２２は、一対の電極、即ち電極２２ａ及び電極２２ｂを有する。電極２２ａ及び電極２２ｂは、第２の領域２２内で誘電体部２０ｄの中に設けられている。電極２２ａ及び電極２２ｂは、双極電極を構成している。電極２２ａ及び電極２２ｂの各々は、膜状の電極である。電極２２ａ及び電極２２ｂは、鉛直方向において略同一の高さ位置で延在していてもよい。
電極２２ａには、直流電源７１が、スイッチ７２及びフィルタ７３を介して接続されている。フィルタ７３は、高周波電力ＲＦ、バイアスパルスＢＷ、及び後述のバイアスパルスＢＥを遮断するか、減衰させるように構成された電気フィルタである。電極２２ｂには、直流電源７４が、スイッチ７５及びフィルタ７６を介して接続されている。フィルタ７６は、高周波電力ＲＦ、バイアスパルスＢＷ、及びバイアスパルスＢＥを遮断するか、低減させるように構成された電気フィルタである。
直流電源７１及び直流電源７４はそれぞれ、エッジリングＥＲを第２の領域２２に引き付ける静電引力を発生させるために、電極２２ａ及び電極２２ｂに直流電圧を印加する。なお、電極２２ａ及び電極２２ｂの各々の設定電位は、正電位、負電位、及び０Ｖのうち何れであってもよい。例えば、電極２２ａの電位が正電位に設定され、電極２２ｂの電位が負電位に設定されてもよい。また、電極２２ａと電極２２ｂとの間の電位差は、二つの直流電源ではなく、単一の直流電源を用いて形成されてもよい。
電極２２ａと電極２２ｂに直流電圧が与えられると、第２の領域２２とエッジリングＥＲとの間で静電引力が発生する。エッジリングＥＲは、発生した静電引力により第２の領域２２に引き付けられ、第２の領域２２によって保持される。
第２の領域２２は、ガスライン２２ｇを更に有していてもよい。ガスライン２２ｇは、第２の領域２２とエッジリングＥＲとの間の間隙に伝熱ガスＧＨＴ、例えばＨｅガスを供給するために設けられたガスラインである。ガスライン２２ｇは、伝熱ガスＧＨＴのソースであるガス供給機構８６に接続されている。
第２の領域２２は、第２の電極２２ｃを更に有していてもよい。第２の電極２２ｃは、膜状の電極である。第２の電極２２ｃは、第２の領域２２内で誘電体部２０ｄの中に設けられている。第２の電極２２ｃは、第１の電極２１ｃから分離されている。なお、電極２２ａ及び電極２２ｂは、鉛直方向において、第２の電極２２ｃよりも第２の領域２２の上面の近くで延在し得る。なお、第２の電極２２ｃは、第２の領域２２の外側に配置されていてもよい。例えば、第２の電極２２ｃは、エッジリングＥＲの下方、且つ、外周部２９の中に設けられていてもよい。
プラズマ処理装置１は、第２のバイアス電源８１を更に備えていてもよい。第２のバイアス電源８１は、第２の電極２２ｃに電気的に接続されている。第２のバイアス電源８１は、フィルタ８２を介して第２の電極２２ｃに接続されていてもよい。フィルタ８２は、高周波電力ＲＦを遮断するか減衰させるように構成された電気フィルタである。
図１及び図５に示すように、第２のバイアス電源８１は、複数のバイアスパルスＢＥを第２の電極２２ｃに順に印加するように構成されている。複数のバイアスパルスＢＥは、第２の電極２２ｃを介してエッジリングＥＲに印加される。複数のバイアスパルスＢＥの各々は、電圧のパルスである。一実施形態では、複数のバイアスパルスＢＥの各々は、負の電圧のパルスである。一例において、負の電圧のパルスは、負の直流電圧のパルスである。第２のバイアス電源８１の出力電圧は、バイアスパルスＢＥが出力されていないときには０Ｖであり得る。或いは、第２のバイアス電源８１の出力電圧は、バイアスパルスＢＥが出力されていないときにはバイアスパルスＢＥの電圧レベルＶＢＥの絶対値｜ＶＢＥ｜よりも小さい絶対値の電圧レベルを有する。バイアスパルスＢＥは、バイアスパルスＢＷと同期され得る。バイアスパルスＢＥは、バイアスパルスＢＷと同期されていなくてもよい。
第２のバイアス電源８１は、バイアスパルスＢＥを時間間隔ＴＢＥで周期的に第２の電極２２ｃに印加してもよい。時間間隔ＴＢＥは、バイアス周期であり、バイアス周波数ｆＢＥの逆数である。バイアス周波数ｆＢＥは、例えば、２００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。時間間隔ＴＢＥは、図５に示すように時間間隔ＴＢと同一であってもよく、時間間隔ＴＢと異なっていてもよい。
時間間隔ＴＢＥ内で一つのバイアスパルスＢＥが第２の電極２２ｃに印加される期間（時間長ＴＡＥ）が占める割合（即ち、デューティー比ＤＢＥ＝ＴＡＥ／ＴＢＥ×１００（％））は、０よりも大きく、１００よりも小さい。時間長ＴＡＥは、図５に示すように時間長ＴＡと同一であってもよく、時間長ＴＡと異なっていてもよい。また、デューティー比ＤＢＥは、デューティー比ＤＢと同一であってもよく、デューティー比ＤＢと異なっていてもよい。
一実施形態において、上述の着火期間Ｐｉ及びプロセス期間Ｐｐの各々は、周期的な複数のパルス期間ＰＬ＿Ｅを含んでいてもよい。図４に示すように、複数のパルス期間ＰＬ＿Ｅの各々は、ＯＮ期間ＰＯＮ＿ＥとＯＦＦ期間ＰＯＦＦ＿Ｅを含む。即ち、ＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｅは、複数のパルス期間ＰＬ＿Ｅの時間長と同じ時間間隔ＴＰ＿Ｅで出現する。第２のバイアス電源８１は、周期的な複数のパルス期間ＰＬ＿ＥそれぞれのＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｅにおいて、複数のバイアスパルスＢＥを第２の電極２２ｃに印加してもよい。第２のバイアス電源８１は、複数のパルス期間ＰＬ＿ＥそれぞれのＯＦＦ期間ＰＯＦＦ＿Ｅにおいて、第２の電極２２ｃへのバイアスパルスＢＥの印加を停止してもよい。時間間隔ＴＰ＿Ｅ内でＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｅ（時間長ＴＯＮ＿Ｅ）が占める割合（即ち、デューティー比ＤＰ＿Ｅ＝ＴＯＮ＿Ｅ／ＴＰ＿Ｅ×１００（％））は、０よりも大きく、１００よりも小さい。上述したバイアス周期、即ち時間間隔ＴＢＥは、パルス周期、即ちＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｅの時間間隔ＴＰ＿Ｅよりも短い。したがって、図５に示すように、各ＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｅにおいて、幾つかのバイアスパルスＢＥが、時間間隔ＴＢＥで順に第２の電極２２ｃに印加される。なお、ＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｅは、ＯＮ期間ＰＯＮと同期され得る。ＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｅは、ＯＮ期間ＰＯＮと同期されていなくてもよい。
一実施形態において、高周波電源５７は、図４に示すように、着火期間Ｐｉ及びプロセス期間Ｐｐの各々の周期的な複数のパルス期間ＰＬ＿ＲそれぞれのＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒにおいて、高周波電力ＲＦを供給してもよい。即ち、高周波電源５７は、時間間隔ＴＰ＿Ｒで出現するＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒにおいて、高周波電力ＲＦを供給してもよい。高周波電源５７は、複数のパルス期間ＰＬ＿ＲそれぞれのＯＦＦ期間ＰＯＦＦ＿Ｒにおいて、高周波電力ＲＦの供給を停止してもよい。時間間隔ＴＰ＿Ｒ内でＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒ（時間長ＴＯＮ＿Ｒ）が占める割合（即ち、デューティー比ＤＰ＿Ｒ＝ＴＯＮ＿Ｒ／ＴＰ＿Ｒ×１００（％））は、０よりも大きく、１００よりも小さい。なお、ＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒは、ＯＮ期間ＰＯＮ及びＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒと同期され得る。ＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒは、ＯＮ期間ＰＯＮ及びＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒの少なくとも一つと同期されていなくてもよい。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、電源８８を更に備えていてもよい。電源８８は、電圧ＤＣＳを上部電極３０に印加するように構成されている。電源８８は、着火期間Ｐｉ及びプロセス期間Ｐｐの各々において、電圧ＤＣＳを上部電極３０に印加し得る。電圧ＤＣＳは、負の電圧であり得る。電圧ＤＣＳは、負の直流電圧であってもよい。
一実施形態において、電源８８は、図４に示すように、着火期間Ｐｉ及びプロセス期間Ｐｐの各々の周期的な複数のパルス期間ＰＬ＿ＤそれぞれのＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｄにおいて、電圧ＤＣＳを上部電極３０に印加してもよい。即ち、電源８８は、時間間隔ＴＰ＿Ｄで出現するＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｄにおいて、電圧ＤＣＳを上部電極３０に印加してもよい。電源８８は、複数のパルス期間ＰＬ＿ＤそれぞれのＯＦＦ期間ＰＯＦＦ＿Ｄにおいて、電源８８の印加を停止してもよい。時間間隔ＴＰ＿Ｄ内でＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｄ（時間長ＴＯＮ＿Ｄ）が占める割合（即ち、デューティー比ＤＰ＿Ｄ＝ＴＯＮ＿Ｄ／ＴＰ＿Ｄ×１００（％））は、０よりも大きく、１００よりも小さい。なお、ＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｄは、ＯＮ期間ＰＯＮ、ＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒ、及びＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒと同期され得る。ＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｄは、ＯＮ期間ＰＯＮ、ＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒ、及びＯＮ期間ＰＯＮ＿Ｒの少なくとも一つと同期されていなくてもよい。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、図２に示すように、制御部ＭＣを更に備えていてもよい。制御部ＭＣは、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１の各部を制御する。具体的に、制御部ＭＣは、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいてプラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部ＭＣによる制御により、レシピデータによって指定されたプロセスがプラズマ処理装置１において実行される。
以下、図１～５と共に、図６を参照して、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法について説明する。また、プラズマ処理装置１の各部の動作の詳細な例について、説明する。図６は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法の流れ図である。
図６に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）では、エッジリングＥＲが第２の領域２２によって保持され、基板Ｗが基板支持器１６の第１の領域２１によって保持される。そして、ガス供給部が、チャンバ１０内に処理ガスを供給する。図３に示す例では、ガス供給部は、時点ｔ０から処理ガスをチャンバ１０内に供給する。処理ガスのチャンバ内への供給は、着火期間Ｐｉ及びプロセス期間Ｐｐにおいて継続される。また、排気装置５０（その圧力制御器）が、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に調整する。また、ガス供給機構８６が、時点ｔ０と着火期間Ｐｉの開始の時点ｔ１との間の時点において、伝熱ガスＧＨＴの供給を開始する。伝熱ガスＧＨＴは、第２の領域２２とエッジリングＥＲとの間の間隙に供給される。伝熱ガスＧＨＴの供給は、着火期間Ｐｉ及びプロセス期間Ｐｐにおいて継続される。
そして、工程ＳＴａが、着火期間Ｐｉにおいて行われる。即ち、着火期間Ｐｉにおいて、プラズマがチャンバ１０内で着火される。高周波電源５７は、着火期間Ｐｉにおいて、高周波電力ＲＦを供給する。図３に示す例では、時点ｔ１において、高周波電力ＲＦの供給が開始される。
また、工程ＳＴｂが、着火期間Ｐｉにおいて行われる。工程ＳＴｂでは、第１のバイアス電源６１が、複数のバイアスパルスＢＷを第１の電極２１ｃに順に印加する。図３に示す例では、複数のバイアスパルスＢＷの第１の電極２１ｃへの印加は、時点ｔ１の後の時点ｔ３において開始され、着火期間Ｐｉにおいて継続する。また、工程ＳＴｂでは、第１のバイアス電源６１は、複数のバイアスパルスＢＷの電圧レベルＶＢＷの絶対値｜ＶＢＷ｜を段階的に又は徐々に増加する。
一実施形態では、第１のバイアス電源６１は、着火期間Ｐｉにおいて、複数のバイアスパルスＢＷの各々の電圧レベルの絶対値を、先に第１の電極２１ｃに印加される任意のバイアスパルスＢＷの電圧レベルの絶対値よりも大きい値に設定する。即ち、図５に示すように、着火期間Ｐｉにおいて順に第１の電極２１ｃに印加される複数のバイアスパルスＢＷの電圧レベルＶＢＷの絶対値｜ＶＢＷ｜は、ランプアップされてもよい。
バイアスパルスＢＷの電圧レベルの絶対値が急激に増加されると、高周波電力ＲＦの反射波のパワーが大きくなる。プラズマ処理装置１では、着火期間Ｐｉにおいて、複数のバイアスパルスＢＷのレベルが段階的に又は徐々に増加される。したがって、プラズマ処理装置１によれば、高周波電力ＲＦの反射波のパワーが抑制される。また、反射波のパワーが抑制されるので、短時間でプラズマを安定的に生成することができて、プラズマによる基板処理のための期間を開始するまでの時間長を短縮することが可能となり得る。
一実施形態では、第２のバイアス電源８１が、着火期間Ｐｉにおいて、複数のバイアスパルスＢＥを第２の電極２２ｃに順に印加する。複数のバイアスパルスＢＥは、第２の電極２２ｃを介してエッジリングＥＲに印加される。図３に示す例では、複数のバイアスパルスＢＥの第２の電極２２ｃへの印加は、時点ｔ３において開始され、着火期間Ｐｉにおいて継続する。また、第２のバイアス電源８１は、複数のバイアスパルスＢＥの電圧レベルＶＢＥの絶対値｜ＶＢＥ｜を段階的に又は徐々に増加する。この場合にも、高周波電力ＲＦの反射波のパワーが抑制される。
一実施形態では、第２のバイアス電源８１は、着火期間Ｐｉにおいて、複数のバイアスパルスＢＥの各々の電圧レベルの絶対値を、先に第２の電極２２ｃに印加される任意のバイアスパルスＢＥの電圧レベルの絶対値よりも大きい値に設定する。即ち、図５に示すように、着火期間Ｐｉにおいて順に第２の電極２２ｃに印加される複数のバイアスパルスＢＥの電圧レベルＶＢＥの絶対値｜ＶＢＥ｜は、ランプアップされてもよい。
一実施形態では、電源８８が、着火期間Ｐｉにおいて、電圧ＤＣＳを上部電極３０に印加する。図３に示す例では、電圧ＤＣＳの上部電極３０への印加は、時点ｔ１と時点ｔ３との間の時点ｔ２において、開始され、着火期間Ｐｉにおいて継続される（図３の電圧ＤＣＳの電圧レベルＶＤＣＳを参照）。
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴｃが行われる。工程ＳＴｃは、着火期間Ｐｉの後のプロセス期間Ｐｐにおいて行われる。図３に示す例では、プロセス期間Ｐｐは、時点ｔ４で開始する。プロセス期間Ｐｐでは、着火期間Ｐｉから継続的に生成されるプラズマにより、チャンバ１０内で基板Ｗが処理される。
一実施形態において、ガス供給部は、プロセス期間Ｐｐにおいてチャンバ１０内に供給する処理ガス中の少なくとも一つのガスの流量を、着火期間Ｐｉにおいてチャンバ１０内に供給する当該少なくとも一つのガスの流量と異なる流量に設定してもよい。少なくとも一つのガスの流量は、時点ｔ４の後の時点ｔ５において、変更されてもよい。時点ｔ４と時点ｔ５との間の時間長は、例えば０．６秒である。
処理ガスは、例えば、堆積性ガス及び酸素含有ガスを含む。堆積性ガスは、例えば、フルオロカーボンガスのような炭素含有ガスである。酸素含有ガスは、例えばＯ２ガスである。ガス供給部は、プロセス期間Ｐｐにおいてチャンバ１０内に供給する堆積性ガスの流量を、着火期間Ｐｉにおいてチャンバ１０内に供給する堆積性ガスの流量よりも小さい流量に設定してもよい。ガス供給部は、プロセス期間Ｐｐにおいてチャンバ１０内に供給する酸素含有ガスの流量を、着火期間Ｐｉにおいてチャンバ１０内に供給する酸素含有ガスの流量よりも大きい流量に設定してもよい。
一実施形態において、排気装置５０の圧力制御器は、プロセス期間Ｐｐにおけるチャンバ１０内の圧力を、着火期間Ｐｉにおけるチャンバ１０内の圧力と異なる圧力に設定してもよい。圧力制御器は、プロセス期間Ｐｐにおけるチャンバ１０内の圧力を、図３において実線で示すように、着火期間Ｐｉにおけるチャンバ１０内の圧力よりも低い圧力に設定してもよい。圧力制御器は、プロセス期間Ｐｐにおけるチャンバ１０内の圧力が閾値以上である場合には、着火期間Ｐｉにおけるチャンバ１０内の圧力（図３において破線で示す圧力）をプロセス期間Ｐｐにおけるチャンバ１０内の圧力と同一の圧力に設定してもよい。圧力制御器は、プロセス期間Ｐｐにおけるチャンバ１０内の圧力が閾値よりも小さい場合には、着火期間Ｐｉにおけるチャンバ１０内の圧力を閾値と同じ値に設定してもよい。チャンバ１０内の圧力の閾値は、例えば２．６６６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）である。
高周波電源５７は、着火期間Ｐｉから継続的に処理ガスからプラズマを生成するために、プロセス期間Ｐｐにおいても、高周波電力ＲＦを供給する。
一実施形態において、高周波電源５７は、プロセス期間Ｐｐにおける高周波電力ＲＦの周波数を、着火期間Ｐｉにおける高周波電力ＲＦの周波数と異なる周波数に設定してもよい。高周波電源５７は、図３に示すように、プロセス期間Ｐｐにおける高周波電力ＲＦの周波数を、着火期間Ｐｉにおける高周波電力ＲＦの周波数よりも低い周波数に設定してもよい。
一実施形態において、高周波電源５７は、プロセス期間Ｐｐにおける高周波電力ＲＦの電力レベルを、着火期間Ｐｉにおける高周波電力ＲＦの電力レベルと異なる電力レベルに設定してもよい。高周波電源５７は、プロセス期間Ｐｐにおける高周波電力ＲＦの電力レベルを、図３において実線で示すように、着火期間Ｐｉにおける高周波電力ＲＦの電力レベルよりも高い電力レベルに設定してもよい。高周波電源５７は、プロセス期間Ｐｐにおける高周波電力ＲＦの電力レベルが閾値以下である場合には、着火期間Ｐｉにおける高周波電力ＲＦの電力レベルをプロセス期間Ｐｐにおける高周波電力ＲＦの電力レベルと同じレベルに設定してもよい。図３において破線で示す高周波電力ＲＦの電力レベルを参照されたい。高周波電源５７は、プロセス期間Ｐｐにおける高周波電力ＲＦの電力レベルが閾値よりも大きい場合には、着火期間Ｐｉにおける高周波電力ＲＦの電力レベルを閾値と同じ値に設定してもよい。高周波電力ＲＦの電力レベルの閾値は、例えば２５００Ｗである。
一実施形態において、高周波電源５７は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｒを、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｒと異なる比に設定してもよい。高周波電源５７は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｒを、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｒよりも小さい比に設定してもよい。高周波電源５７は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｒが閾値以上である場合には、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｒをプロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｒと同じ比に設定してもよい。高周波電源５７は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｒが閾値よりも小さい場合には、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｒを閾値と同じ値に設定してもよい。デューティー比ＤＰ＿Ｒの閾値は、例えば３０％である。
第１のバイアス電源６１は、プロセス期間Ｐｐにおいても、複数のバイアスパルスＢＷを第１の電極２１ｃに順に印加する。複数のバイアスパルスＢＷは、プロセス期間Ｐｐにおいても着火期間Ｐｉと同様に周期的に第１の電極２１ｃに順に印加されてもよい。複数のバイアスパルスＢＷの電圧レベルは、プロセス期間Ｐｐにおいて同一であり得る。
一実施形態において、第１のバイアス電源６１は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰを、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰと異なる比に設定してもよい。第１のバイアス電源６１は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰを、図３において実線で示すように、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰよりも小さい比に設定してもよい。第１のバイアス電源６１は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰが閾値以上である場合には、図３において破線で示すように、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰをプロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰと同じ比に設定してもよい。第１のバイアス電源６１は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰが閾値よりも小さい場合には、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰを閾値と同じ値に設定してもよい。デューティー比ＤＰの閾値は、例えば３０％である。
第２のバイアス電源８１は、プロセス期間Ｐｐにおいても、複数のバイアスパルスＢＥを第２の電極２２ｃに順に印加する。複数のバイアスパルスＢＥは、プロセス期間Ｐｐにおいても着火期間Ｐｉと同様に周期的に第２の電極２２ｃに順に印加されてもよい。複数のバイアスパルスＢＥの電圧レベルは、プロセス期間Ｐｐにおいて同一であり得る。
一実施形態において、第２のバイアス電源８１は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｅを、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｅと異なる比に設定してもよい。第２のバイアス電源８１は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｅを、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｅよりも小さい比に設定してもよい。第２のバイアス電源８１は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｅが閾値以上である場合には、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｅをプロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｅと同じ比に設定してもよい。第２のバイアス電源８１は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｅが閾値よりも小さい場合には、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｅを閾値と同じ値に設定してもよい。デューティー比ＤＰ＿Ｅの閾値は、例えば３０％である。
電源８８は、プロセス期間Ｐｐにおいても、電圧ＤＣＳを上部電極３０に印加する。プロセス期間Ｐｐにおける電圧ＤＣＳの電圧レベルは、着火期間Ｐｉにおける電圧ＤＣＳの電圧レベルと同一であり得る。
一実施形態において、電源８８は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｄを、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｄと異なる比に設定してもよい。電源８８は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｄを、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｄよりも小さい比に設定してもよい。電源８８は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｄが閾値以上である場合には、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｄをプロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｄと同じ比に設定してもよい。電源８８は、プロセス期間Ｐｐにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｄが閾値よりも小さい場合には、着火期間Ｐｉにおけるデューティー比ＤＰ＿Ｄを閾値と同じ値に設定してもよい。デューティー比ＤＰ＿Ｄの閾値は、例えば３０％である。
ガス供給機構８６は、プロセス期間Ｐｐにおいても伝熱ガスＧＨＴを第２の領域２２とエッジリングＥＲとの間の間隙に供給する。ガス供給機構８６は、プロセス期間Ｐｐにおける伝熱ガスＧＨＴの圧力を、着火期間Ｐｉにおける伝熱ガスＧＨＴの圧力と異なる圧力に設定してもよい。ガス供給機構８６は、プロセス期間Ｐｐにおける伝熱ガスＧＨＴの圧力を、着火期間Ｐｉにおける伝熱ガスＧＨＴの圧力よりも高い圧力に設定してもよい。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
例えば、別の実施形態において、第１のバイアス電源６１からのバイアスパルスＢＷは、下部電極１８に印加されてもよい。この場合には、プラズマ処理装置１は、第１の電極２１ｃを備えていなくてもよい。第１のバイアス電源６１からのバイアスパルスＢＷは、電極２１ａに印加されてもよい。この場合にも、プラズマ処理装置１は、第１の電極２１ｃを備えていなくてもよい。
別の実施形態において、第２のバイアス電源８１からのバイアスパルスＢＥは、電極２２ａ及び電極２２ｂに印加されてもよい。この場合に、プラズマ処理装置１は、第２の電極２２ｃを備えていなくてもよい。
別の実施形態において、プラズマ処理装置は、プラズマ処理装置１とは別の容量結合型のプラズマ処理装置であってもよい。別の実施形態において、プラズマ処理装置は、他のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。他のタイプのプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置、又はマイクロ波といった表面波によりプラズマを生成するプラズマ処理装置であってもよい。
また、別の実施形態において、複数のバイアスパルスＢＷの電圧レベルは、正の電圧レベルから負の電圧レベルに、段階的に又は徐々に変化してもよい。この場合においても、正の電圧のパルスから負の電圧のパルスに切り替わった後に、複数のバイアスパルスＢＷの電圧レベルＶＢＷの絶対値｜ＶＢＷ｜は、上述したように段階的に又は徐々に増加する。同様に、複数のバイアスパルスＢＥの電圧レベルは、正の電圧レベルから負の電圧レベルに、段階的に又は徐々に変化してもよい。この場合においても、正の電圧のパルスから負の電圧のパルスに切り替わった後に、複数のバイアスパルスＢＥの電圧レベルＶＢＥの絶対値｜ＶＢＥ｜は、上述したように段階的に又は徐々に増加する。
以下、第１～第４の実験について説明する。第１～第４の実験では、プラズマ処理装置１を用いて、着火期間Ｐｉにおける高周波電力ＲＦの反射波のパワーを測定した。第１～第３の実験では、着火期間Ｐｉ内の時点ｔ３と時点ｔ４との間で、複数のバイアスパルスＢＷの電圧レベルの絶対値を０Ｖから９５００Ｖにランプアップさせた。第１～第３の実験における時点ｔ３と時点ｔ４との間の時間長はそれぞれ、１秒、２秒、３秒であった。また、第４の実験では、着火期間Ｐｉ内の時点ｔ３と時点ｔ４との間で、複数のバイアスパルスＢＷの電圧レベルの絶対値を、２５００Ｖ、６０００Ｖ、９５００Ｖに段階的に増加させた。
図７の（ａ）、図７の（ｂ）はそれぞれ、第１の実験におけるバイアスパルスＢＷの電圧レベルの絶対値｜ＶＢＷ｜、高周波電力ＲＦの反射波のパワーＰｒを示すグラフである。図８の（ａ）、図８の（ｂ）はそれぞれ、第２の実験におけるバイアスパルスＢＷの電圧レベルの絶対値｜ＶＢＷ｜、高周波電力ＲＦの反射波のパワーＰｒを示すグラフである。図９の（ａ）、図９の（ｂ）はそれぞれ、第３の実験におけるバイアスパルスＢＷの電圧レベルの絶対値｜ＶＢＷ｜、高周波電力ＲＦの反射波のパワーＰｒを示すグラフである。図１０の（ａ）、図１０の（ｂ）はそれぞれ、第４の実験におけるバイアスパルスＢＷの電圧レベルの絶対値｜ＶＢＷ｜、高周波電力ＲＦの反射波のパワーＰｒを示すグラフである。これらの図に示すように、複数のバイアスパルスＢＷの電力レベルの絶対値｜ＶＢＷ｜を段階的に又は徐々に増加させることにより、高周波電力ＲＦの反射波のパワーＰｒを抑制することができることが確認された。特に、第３の実験及び第４の実験においては、絶対値｜ＶＢＷ｜を２秒以上の期間において０Ｖから９５００Ｖまでランプアップすることにより、バイアスパルスＢＷの印加の開始直後の高周波電力ＲＦの反射波のパワーＰｒを大きく抑制することが可能であった。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１６…基板支持器、２１ｃ…第１の電極、５７…高周波電源、６１…第１のバイアス電源。

Claims (16)

  1. チャンバと、
    電極を含み、前記チャンバ内に設けられた基板支持器と、
    前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
    前記電極に電気的に接続されたバイアス電源と、
    を備え、
    前記高周波電源は、前記チャンバ内でプラズマが着火される着火期間において前記高周波電力を供給するように構成されており、
    前記バイアス電源は、前記着火期間において、各々が負電圧である複数のバイアスパルスを前記電極に順に印加し、該複数のバイアスパルスの電圧レベルの絶対値を段階的に又は徐々に増加するように構成されている、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記バイアス電源は、前記複数のバイアスパルスの各々の電圧レベルの絶対値を、前記複数のバイアスパルスのうち先に前記電極に印加される任意のバイアスパルスの電圧レベルの絶対値よりも大きい値に設定するように構成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記複数のバイアスパルスの各々は、直流電圧のパルスである、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記高周波電源は、前記着火期間の後でプラズマを用いて前記チャンバ内で基板を処理するプロセス期間においても、前記高周波電力を供給するように構成されており、
    前記バイアス電源は、前記プロセス期間においても、各々が負電圧である複数のバイアスパルスを前記電極に順に印加するように構成されている、
    請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記チャンバ内の圧力を調整するように構成された圧力制御器を更に備え、
    前記圧力制御器は、前記プロセス期間における前記チャンバ内の圧力を、前記着火期間における前記チャンバ内の圧力と異なる圧力に設定するように構成されている、
    請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記圧力制御器は、前記プロセス期間における前記チャンバ内の前記圧力を、前記着火期間における前記チャンバ内の前記圧力よりも低い圧力に設定するように構成されている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記高周波電源は、前記プロセス期間における前記高周波電力の周波数を、前記着火期間における前記高周波電力の周波数と異なる周波数に設定するように構成されている、請求項４～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記高周波電源は、前記プロセス期間における前記高周波電力の前記周波数を、前記着火期間における前記高周波電力の前記周波数よりも低い周波数に設定するように構成されている、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記高周波電源は、前記プロセス期間における前記高周波電力の電力レベルを、前記着火期間における前記高周波電力の電力レベルと異なる電力レベルに設定するように構成されている、請求項４～８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記高周波電源は、前記プロセス期間における前記高周波電力の前記電力レベルを、前記着火期間における前記高周波電力の前記電力レベルよりも高い電力レベルに設定するように構成されている、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記チャンバ内でそれからプラズマが生成されるガスを該チャンバ内に供給するように構成されたガス供給部を更に備え、
    前記ガス供給部は、前記プロセス期間において前記チャンバ内に供給する少なくとも一つのガスの流量を、前記着火期間において前記チャンバ内に供給する前記少なくとも一つのガスの流量と異なる流量に設定するように構成されている、
    請求項４～１０の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記着火期間及び前記プロセス期間の各々は、周期的な複数のパルス期間を含み、
    前記バイアス電源は、前記複数のパルス期間それぞれのＯＮ期間において、該ＯＮ期間の時間間隔であるパルス周期よりも短いバイアス周期で、前記複数のバイアスパルスを前記電極に印加し、該複数のパルス期間それぞれのＯＦＦ期間において前記複数のバイアスパルスの前記電極への印加を停止するように構成されている、
    請求項４～１１の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記バイアス電源は、前記パルス周期の時間長に対する各ＯＮ期間の時間長の比であるデューティー比を調整するように構成されており、前記プロセス期間における前記デューティー比を前記着火期間における前記デューティー比と異なる比に設定するように構成されている、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記バイアス電源は、前記プロセス期間における前記デューティー比を前記着火期間における前記デューティー比よりも小さい比に設定するように構成されている、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記基板支持器は、その上に載置されるエッジリングを支持するように構成されており、
    各々が負電圧である複数のバイアスパルスを前記エッジリングに印加するように構成された別のバイアス電源を更に備える、
    請求項１～１４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  16. 着火期間においてプラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを着火する工程であり、該プラズマ処理装置は、電極を含み前記チャンバ内に設けられた基板支持器を備える、該工程と、
    前記着火期間内で前記電極に複数のバイアスパルスを順に印加する工程であり、該複数のバイアスパルスは負電圧であり、該複数のバイアスパルスの電圧レベルの絶対値は、該着火期間内において段階的に又は徐々に増加される、該工程と、
    を含むプラズマ処理方法。
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