JP7450455B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Description

以下の開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
特許文献１には、誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma:ＩＣＰ、トランス結合型プラズマ（Transformer Coupled Plasma:ＴＣＰ）とも呼ぶ。）を用いた装置においてＲＦ（Radio Frequency）信号をパルス化する技術が開示されている。この特許文献１は、例えば、コイルに供給するソースＲＦ信号とチャックに供給するバイアスＲＦ信号とをパルスシーケンスが逆になるように同期させることを開示している。
米国特許出願公開第２０１７／００４０１７４号明細書
本開示は、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることができる技術を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、基板支持部と、ソースＲＦ生成部と、バイアスＤＣ生成部とを備える。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に配置され、下部電極を含む。ソースＲＦ生成部は、プラズマ処理チャンバ内にプラズマを発生させるためのソースＲＦ（Radio Frequency）信号を生成するように構成され、ソースＲＦ信号は、高状態と低状態とを交互に含む。バイアスＤＣ生成部は、下部電極に接続され、バイアスＤＣ（Direct Current）信号を生成するように構成され、バイアスＤＣ信号は、オン状態とオフ状態とを交互に含み、オン状態の期間は、ソースＲＦ信号の高状態の期間に対応し、オフ状態の期間は、ソースＲＦ信号の低状態の期間に対応し、各オン状態は、複数のサイクルを含み、各サイクルは、第１のパルスの第１のシーケンス及び第２のパルスの第２のシーケンスを含み、第１のパルスは、第１の電圧レベルを有し、第２のパルスは、第１の電圧レベルとは異なる第２の電圧レベルを有する。
本開示によれば、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の概念図である。 図２は、図１のプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略縦断面図である。 図３は、実施形態に係るプラズマ処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図４は、実施形態に係るプラズマ処理により処理される基板の一例を示す図である。 図５は、実施形態に係るプラズマ処理に用いられるＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形の第１の例を示す図である。 図６は、実施形態に係るプラズマ処理の特性の変化を説明する図である。 図７は、実施形態に係るプラズマ処理により処理される基板の一例を示す図である。 図８は、実施形態に係るプラズマ処理に用いられるＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形の第２の例を示す図である。 図９は、実施形態に係るプラズマ処理に用いられるＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形の第３の例を示す図である。 図１０は、実施形態に係るプラズマ処理に用いられるＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形の第４の例を示す図である。 図１１は、図１のプラズマ処理装置の構成の他の一例を示す概略縦断面図である。
以下に、本開示によるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
ところで、プラズマ処理装置は、半導体の微細化及び高密度化に伴い、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることが期待されている。
（実施形態）
実施形態について説明する。以下に説明する実施形態に係るプラズマ処理装置はＩＣＰ装置である。実施形態のプラズマ処理装置の制御部は、アンテナ（コイル）に供給されるソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を第１制御信号により制御する。第１制御信号は、ＩＣＰ装置のコイルにソースＲＦ信号を供給するために印加される信号である。第１制御信号に応じて供給されるソースＲＦ信号により、高密度のプラズマを生成できる。なお、ソースＲＦ信号の供給は多様な態様で実現できる。例えば、予め準備したプログラムに基づき、プラズマ処理装置の制御部が複数のソースＲＦ生成部からの電力供給経路を切り替えて、異なるパワーレベルのソースＲＦ信号を順次パルス状に供給してもよい。
コイルにソースＲＦ信号が供給される期間をオン期間、コイルへのソースＲＦ信号の供給が停止される期間をオフ期間と呼ぶ。ソースＲＦ信号は、オン期間に対応する第１状態、例えばオン状態と、オフ期間に対応する第２状態、例えばオフ状態と、を有する。ソースＲＦ信号は、第１状態のオン期間と第２状態のオフ期間とで１周期をなす連続パルス信号である。ソースＲＦ信号はオン状態とオフ状態とを交互に含む。
なお、実施形態のソースＲＦ信号は、第１状態中、２レベルに遷移してもよい。例えば、ソースＲＦ信号の第１状態は、第１レベルと、第１レベルよりも低い値のＲＦ電力がコイルに供給される第２レベルと、を有してもよい。例えば、ソースＲＦ信号は、約１０００ワットのＲＦ電力を有する第１レベルと、約２５０ワットのＲＦ電力を有する第２レベルと、を有してもよい。第２レベルは、約１００ワット又は約１５０ワットの電力を有してもよい。第１レベルと第２レベルはそれぞれハイレベルとローレベルであってよい。
制御部は、また、プラズマ処理装置の下部電極に供給されるバイアスＤＣ（Direct Current）信号（バイアスＤＣ電圧）を制御する。バイアスＤＣ信号は、ＩＣＰ装置の下部電極にバイアス電圧を供給するために印加される。バイアスＤＣ信号によりプラズマによるプラズマ処理の特性を制御できる。
制御部は、プラズマ処理装置の下部電極に供給されるバイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を第２制御信号により制御してもよい。バイアスＲＦ信号は、ＩＣＰ装置の下部電極に供給される。バイアスＲＦ信号により、下部電極上方に載置される基板においてイオン結合が生じ、反応種及びラジカルが生成される。なお、バイアスＲＦ信号の供給は多様な態様で実現できる。例えば、予め準備したプログラムに基づき、プラズマ処理装置の制御部が複数のバイアスＲＦ生成部からの電力供給経路を切り替えて、異なるパワーレベルのバイアスＲＦ信号を順次パルス状に供給してもよい。
下部電極にバイアスＲＦ信号が供給される期間をオン期間、下部電極へのバイアスＲＦ信号の供給が停止される期間をオフ期間と呼ぶ。バイアスＲＦ信号は、オン期間に対応する第１状態、例えばオン状態と、オフ期間に対応する第２状態、例えばオフ状態と、を有する。バイアスＲＦ信号は、第１状態のオン期間と第２状態のオフ期間とで１周期をなす連続パルス信号である。
なお、実施形態のバイアスＲＦ信号は、第１状態中、２レベルに遷移してもよい。例えば、バイアスＲＦ信号の第１状態は、第１レベルと、第１レベルよりも低い第２レベルと、を有してもよい。例えば、バイアスＲＦ信号は、約２５０ワットのＲＦ電力を有する第１レベルと、約９２．５ワットのＲＦ電力を有する第２レベルと、を有してもよい。第１レベルと第２レベルはそれぞれハイレベルとローレベルであってよい。
以下にまず、プラズマ処理を実行するプラズマ処理装置の構成例について説明する。
（実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例）
図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の概念図である。図２は、図１のプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略縦断面図である。図１及び図２を参照し、実施形態に係るプラズマ処理装置１について説明する。なお、図２に示すプラズマ処理装置１は、いわゆる誘導結合型プラズマ（Inductively-coupled plasma：ＩＣＰ）装置であり、誘導結合型プラズマを生成する。ただし、実施形態に係るプラズマ処理装置は、他の手法で生成されるプラズマを利用してもよい。例えば、実施形態に係るプラズマ処理装置は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）、ＥＣＲプラズマ（electron-cyclotron-resonance plasma）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ）等を利用する装置であってもよい。
プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電力供給部３００及び排気システム４０を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓１０ａ及び側壁１０ｂを含む。誘電体窓１０ａ及び側壁１０ｂは、プラズマ処理チャンバ１０内のプラズマ処理空間１０ｓを規定する。また、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理空間１０ｓ内に配置された支持部１１、エッジリング１２、ガス導入部１３及びアンテナ１４を含む。支持部１１は、基板支持部１１ａ及びエッジリング支持部１１ｂを含む。エッジリング支持部１１ｂは、基板支持部１１ａの外周面を囲むように配置される。アンテナ１４は、プラズマ処理チャンバ１０（誘電体窓１０ａ）の上部又は上方に配置される。
基板支持部１１ａは、基板支持領域を有し、基板支持領域上で基板を支持するように構成される。一実施形態において、基板支持部１１ａは、静電チャック及び下部電極を含む。下部電極は、静電チャックの下に配置される。静電チャックは、基板支持領域として機能する。また、図示は省略するが、一実施形態において、支持部１１は、静電チャック及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。
エッジリング１２は、下部電極の周縁部上面において基板Ｗを囲むように配置される。 エッジリング支持部１１ｂは、エッジリング支持領域を有し、エッジリング支持領域上でエッジリング１２を支持するように構成される。
ガス導入部１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。一実施形態において、ガス導入部１３は、基板支持部１１ａの上方に配置され、誘電体窓１０ａに形成された中央開口部に取り付けられる。
ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してガス導入部１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
電力供給部３０は、ＲＦ電力供給部３１を含む。ＲＦ電力供給部３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力、例えばソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号）を、下部電極及びアンテナ１４に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが生成される。
一実施形態において、ＲＦ電力供給部３１は、ソースＲＦ生成部３１ａ及びバイアスＲＦ生成部３１ｂを含む。ソースＲＦ生成部３１ａは、アンテナ１４に接続され、第１制御信号に応じたパワーレベルのソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚをよりも大きい周波数を有する。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。生成されたソースＲＦ信号は、アンテナ１４に供給される。バイアスＲＦ生成部３１ｂは、下部電極に接続され、第２制御信号に応じたパワーのバイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。生成されたバイアスＲＦ信号は、下部電極に供給される。バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低く、かつ２ＭＨｚをよりも大きい周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。生成されたバイアスＲＦ信号は、下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つのＲＦ信号の振幅がパルス化又は変調されてもよい。振幅変調は、オン状態とオフ状態との間、あるいは、２又はそれ以上の異なるオン状態の間でＲＦ信号振幅をパルス化することを含んでもよい。
また、電力供給部３０は、ＤＣ電力供給部を含む。ＤＣ電力供給部は、バイアスＤＣ生成部３２を含む。一実施形態において、バイアスＤＣ生成部３２は、下部電極に接続され、バイアスＤＣ信号を生成するように構成される。生成されたバイアスＤＣ信号は、下部電極に印加される。一実施形態において、バイアスＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、バイアスＤＣ信号は、パルス化されてもよい。また、バイアスＤＣ生成部３２は、ＲＦ電力供給部３１に加えて設けられてもよく、バイアスＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
アンテナ１４は、１又は複数のコイルを含む。一実施形態において、アンテナ１４は、同軸上に配置された外側コイル及び内側コイルを含んでもよい。この場合、ＲＦ電力供給部３１は、外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、外側コイル及び内側コイルのうちいずれか一方に接続されてもよい。前者の場合、同一のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、別個のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルに別々に接続されてもよい。
排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられた排気口（ガス出口）に接続され得る。排気システム４０は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
一実施形態において、制御部（図２の制御装置５０に対応）は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部は、例えばコンピュータを含んでもよい。コンピュータは、例えば、処理部（Central Processing Unit：CPU）、記憶部、及び通信インターフェースを含んでもよい。処理部は、記憶部に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェースは、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。
（実施形態に係るプラズマ処理の流れ）
図３は、実施形態に係るプラズマ処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３に示すプラズマ処理は、図１，２のプラズマ処理装置１において実施することができる。図４は、実施形態に係るプラズマ処理により処理される基板の一例を示す図である。
まず、プラズマ処理チャンバ１０内に基板Ｗを提供する（ステップＳ３１）。基板Ｗは、例えば図４に示すように、シリコンの基板上に順番に形成された下地層Ｌ１、エッチング対象層Ｌ２、マスクＭＫを含む。基板Ｗには予め凹部ＯＰが形成されている（図４（Ａ）参照）。なお、プラズマ処理装置１内で凹部ＯＰの形成を行ってもよい。次に、制御部によりプラズマ処理装置１を制御して、ガス供給部２０からエッチングのためのガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する。制御部によりプラズマ処理装置１を制御して、ＲＦ電力供給部３１（ソースＲＦ生成部３１ａ）からアンテナ１４（コイル）にＲＦ電力を供給する。また、制御部によりプラズマ処理装置１を制御して、バイアスＤＣ生成部３２から下部電極にパルス状にバイアスＤＣ信号を供給する。ＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形については後述する。ＲＦ電力が供給されることにより、プラズマ処理チャンバ１０内に供給されたガスのプラズマが生成され、プラズマエッチングが実行される（ステップＳ３２）。プラズマエッチングにより、基板ＷのマスクＭＫに形成された凹部ＯＰの底部が削られ、凹部ＯＰが徐々に深くなる（図４の（Ｂ）参照。）。そして、プラズマ処理装置１の制御部は、予め定められた処理時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３３）。予め定められた処理時間が経過すると、凹部ＯＰの底部が下地層Ｌ１に到達し、図４（Ｃ）に示す形状となる。処理時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ３３、Ｎｏ）、制御部はステップＳ３２に戻りプラズマエッチングを継続する。他方、処理時間が経過したと判定した場合（ステップＳ３３、Ｙｅｓ）、制御部は処理を終了する。
本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、ステップＳ３２のプラズマエッチングにおいて、第１制御信号に応じたパワーレベルのＲＦ電力（ソース電力）を供給する。また、プラズマ処理装置１は、ステップＳ３２のプラズマエッチングにおいて、バイアスＤＣ信号をパルス状に供給する。ソース電力に応じてプラズマ処理チャンバ１０内でプラズマが生成される。プラズマ処理装置１は、バイアスＤＣ信号のレベルによりエッチングを制御する。次に、ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号の波形について説明する。
（ＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形例）
図５は、実施形態に係るプラズマ処理に用いられるＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形の第１の例を示す図である。
図５に示すタイミング図１００には、ソースＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形が示されている。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、ソースＲＦ生成部３１ａからアンテナ（コイル）１４に供給される。一実施形態において、バイアスＤＣ信号は、バイアスＤＣ生成部３２から基板支持部１１ａ中の下部電極に供給される。
ソースＲＦ生成部３１ａは、例えば、制御部から供給される第１制御信号に応じてソースＲＦ信号をコイルに供給する。
例えば、ソースＲＦ信号は、高状態（Ｈ）と低状態（Ｌ）とを交互に含む。ソースＲＦ信号における高状態と低状態とのスイッチング周波数は、０．１ｋＨｚ～５ｋＨｚである。図５中、周期１５０は、ソースＲＦ信号の１周期を示す。１周期はパルス信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間、すなわち、高状態の期間と低状態の期間とを合計した期間を指す。ソースＲＦ信号は、１周期での高状態の期間の比率（デューティ比）が１０％～９０％とする。高状態のソースＲＦ信号は、１００Ｗ～３０００Ｗとする。低状態のソースＲＦ信号は、０Ｗ～１０００Ｗとする。
バイアスＤＣ生成部３２は、図５に示すように、制御部からの制御に応じて、ソースＲＦ信号が高状態の期間にオン状態となり、ソースＲＦ信号が低状態の期間にオフ状態となるバイアスＤＣ信号を生成する。生成されたバイアスＤＣ信号は、オン状態とオフ状態とを交互に含み、基板支持部１１ａ中の下部電極に供給される。図５に示す例では、バイアスＤＣ信号のオン状態の期間１５１は、ソースＲＦ信号の高状態の期間１５３に対応する。また、バイアスＤＣ信号のオフ状態の期間１５２は、ソースＲＦ信号の低状態の期間１５４に対応する。
バイアスＤＣ信号は、各オン状態において複数のサイクル１５５を含む。各サイクル１５５は、複数の第１のパルスＰ１の第１のシーケンス１５６及び複数の第２のパルスＰ２の第２のシーケンス１５７を含む。第１のパルスＰ１は第１の電圧レベルＶＬ１を有する。第２のパルスＰ２は第１の電圧レベルとは異なる第２の電圧レベルＶＬ２を有する。第１のパルスＰ１及び第２のパルスＰ２は、１００～４００ｋＨｚの範囲のパルス周波数のパルスとする。第１のパルスＰ１及び第２のパルスＰ２は、矩形波であってもよく、三角波であってもよく、任意の波形であってもよい。第１のパルスＰ１及び第２のパルスＰ２は、同じ周波数のパルスであってもよく、異なる周波数のパルスであってもよい。
図５の例では、第１のパルスＰ１及び第２のパルスＰ２を同じ周波数の矩形状のパルスとしている。バイアスＤＣ信号は、複数の第１のパルスＰ１による第１のシーケンス１５６と複数の第２のパルスＰ２による第２のシーケンス１５７とを有する。各第１のパルスＰ１は、第１の電圧レベルＶＬ１を有する。各第２のパルスＰ２は、第２の電圧レベルＶＬ２を有する。なお、第１のシーケンス１５６に含まれる第１のパルスＰ１の数及び第２のシーケンス１５７に含まれる第２のパルスＰ２の数は、任意の数とすることができる。また、第１のシーケンス１５６に含まれる第１のパルスＰ１の数は、第２のシーケンス１５７に含まれる第２のパルスＰ２の数と同じであってもよく、異なっていてもよい。図５は、説明の便宜上、４つの第１のパルスＰ１による第１のシーケンス１５６と４つの第２のパルスＰ２による第２のシーケンス１５７とを示している。第１の電圧レベルＶＬ１は、１００ｅＶ～６００ｅＶとする。第２の電圧レベルＶＬ２は、０ｅＶ～１００ｅＶとする。バイアスＤＣ信号は、ソースＲＦ信号が高状態の期間での第１のパルスＰ１及び第２のパルスＰ２の期間の比率（デューティ比）が３％～９０％とする。１つのサイクル１５５での第１のパルスＰ１の期間と第２のパルスＰ２の期間の比率は、異なってもよい。１つのサイクル１５５において、第１のパルスＰ１の期間に対して第２のパルスＰ２の期間の比率は、１０％～９０％とする。例えば、１つのサイクル１５５において、第１のパルスＰ１の期間の比率を３０％、第２のパルスＰ２の期間の比率を７０％としてもよい。
図５の例では、期間１（期間１５１、１５３）と期間２（期間１５２、１５４）とが繰り返される。また、期間１（期間１５１）において、期間１－１（第１のシーケンス１５６の期間）と期間１－２（第２のシーケンス１５７の期間）とが繰り返される。期間１－１において、ソースＲＦ生成部３１ａは、高状態を有するソースＲＦ信号を生成する。生成されたソースＲＦ信号は、コイルに供給される。また、期間１－１において、バイアスＤＣ生成部３２は、第１のパルスＰ１を有するバイアスＤＣ信号を連続的に生成する。生成されたバイアスＤＣ信号は、下部電極に供給される。つまり、期間１－１（第１のシーケンス１５６の期間）では、高状態を有するソースＲＦ信号がコイルに供給されている間に、第１のパルスＰ１を有するバイアスＤＣ信号が下部電極に連続的に生成される。期間１－２において、ソースＲＦ生成部３１ａは、高状態を有するソースＲＦ信号を生成する。生成されたソースＲＦ信号は、コイルに供給される。また、期間１－２において、バイアスＤＣ生成部３２は、第２のパルスＰ２を有するバイアスＤＣ信号を連続的に生成する。生成されたバイアスＤＣ信号は、下部電極に供給される。つまり、期間１－２（第２のシーケンス１５７の期間）では、高状態を有するソースＲＦ信号がコイルに供給されている間に、第２のパルスＰ２を有するバイアスＤＣ信号が下部電極に連続的に生成される。従って、期間１では、高状態を有するソースＲＦ信号がコイルに供給されている間に、複数の第１のパルスＰ１の第１のシーケンス１５６を有するバイアスＤＣ信号と複数の第２のパルスＰ２の第２のシーケンス１５７を有するバイアスＤＣ信号とが下部電極に交互に供給される。期間２において、ソースＲＦ生成部３１ａは、低状態を有するソースＲＦ信号を生成する。生成されたソースＲＦ信号は、コイルに供給される。なお、期間２において、バイアスＤＣ生成部３２は、バイアスＤＣ信号の供給を停止する（オフ状態にする）。
なお、バイアスＤＣ信号に含まれるサイクル数は、任意の数とすることができる。図５は、説明の便宜上、４つの第１のパルスＰ１による第１のシーケンス１５６と４つの第２のパルスＰ２による第２のシーケンス１５７とを１サイクルとして、ソースＲＦ信号が高状態の間に２つのサイクルを含むバイアスＤＣ信号を示している。バイアスＤＣ信号は、第１のシーケンス１５６と第２のシーケンス１５７との間で１～３０ｋＨｚの範囲のスイッチング周波数を有する。
ここで、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理中に下部電極に印加されるバイアスＤＣ信号によってプラズマ処理の特性が変化する。図６は、実施形態に係るプラズマ処理の特性の変化を説明する図である。図６には、バイアスＤＣ信号の電圧とプラズマ処理のエッチングレートの関係を示すグラフが示されている。縦軸は、プラズマ処理のエッチングレート（ＥＲ）を示す。横軸は、下部電極に印加されるバイアスＤＣ信号の電圧（ＶＤＣ）を示している。
プラズマ処理装置１は、下部電極に印加されるバイアスＤＣ信号が閾値電圧ＶThresholdよりも低い場合、エッチングレートがゼロ以下となり、バイアスＤＣ信号が閾値電圧ＶThresholdよりも高い場合、エッチングレートがゼロより大きくなる。すなわち、プラズマ処理装置１は、閾値電圧ＶThresholdを境に、基板をエッチングするエッチングモードとなるか、基板に生成物などのデポを堆積するデポジションモードとなるかプラズマ処理の特性が変化する。この閾値電圧ＶThresholdは、プラズマ処理装置１の構成やプラズマ処理の条件等によって変化する。例えば、ＲＦ電力としてソースＲＦ信号のみを供給する場合、閾値電圧ＶThresholdが５０ｅＶ程度となる。プラズマ処理装置１は、下部電極に印加されるバイアスＤＣ信号が５０ｅＶよりも大きい場合、エッチングレートがゼロよりも大きくなり、基板をエッチングする。一方、プラズマ処理装置１は、下部電極に印加されるバイアスＤＣ信号が５０ｅＶよりも低い場合、エッチングレートがゼロ以下となり、基板にデポを堆積する。
図７は、実施形態に係るプラズマ処理により処理される基板の一例を示す図である。基板Ｗは、例えば図７に示すように、シリコンの基板上に順番に形成された下地層Ｌ１、エッチング対象層Ｌ２、マスクＭＫを含む。プラズマ処理装置１は、図５に示したソースＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号を供給しつつ、基板Ｗをエッチングするプラズマ処理を実施して凹部ＯＰを破線に示す深さまでエッチングする。
プラズマ処理装置１において、閾値電圧ＶThresholdよりも高い第１の電圧レベルＶＬ１を有する第１のパルスＰ１が下部電極に印加されると、プラズマ処理の特性がエッチングモードとなる。プラズマ処理装置１において、第１の電圧レベルＶＬ１を有する第１のパルスＰ１を下部電極に印加することで、プラズマ中のイオンを効率的に凹部ＯＰ底部に引き込むことができ、凹部ＯＰ底部をエッチングできる。これにより、プラズマ処理装置１は、プラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。しかし、基板Ｗの表面にイオンが入射してマスクＭＫが消耗する。また、凹部ＯＰの上部ではイオンが入射することで横方向にもエッチングが進み上部の形状異常が発生しやすくなる。
一方、プラズマ処理装置１において、閾値電圧ＶThresholdよりも低い第２の電圧レベルＶＬ２を有する第２のパルスＰ２が下部電極に印加されると、プラズマ処理の特性がデポジションモードとなる。プラズマ処理装置１は、第２の電圧レベルＶＬ２を有する第２のパルスＰ２を下部電極に印加することで、マスクＭＫの上面や凹部ＯＰの上部にデポが堆積する。このデポは、保護膜として機能する。このデポによる保護膜は、エッチングモードの際に、マスクＭＫや凹部ＯＰの上部を保護するため、マスクＭＫの消耗や凹部ＯＰの上部の形状異常の発生を抑制できる。
このように、プラズマ処理装置１は、ソースＲＦ信号が高状態の間に基板支持部１１ａ中の下部電極に複数の第１のパルスＰ１の第１のシーケンス１５６と複数の第２のパルスＰ２の第２のシーケンス１５７とを交互に供給することで、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
なお、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、ステップＳ３２のプラズマエッチングにおいて、ソースＲＦ信号と共に、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を供給してもよい。また、プラズマ処理装置１は、ステップＳ３２のプラズマエッチングにおいて、バイアスＤＣ信号をパルス状に供給する。プラズマ処理装置１は、ソースＲＦ信号に応じてプラズマ処理チャンバ１０内にプラズマが生成される。プラズマ処理装置１は、バイアスＤＣ信号のレベルによりプロセスを制御する。次に、ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号の波形について説明する。
図８は、実施形態に係るプラズマ処理に用いられるＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形の第２の例を示す図である。
図８に示すタイミング図１１０には、ソースＲＦ信号、バイアスＤＣ信号及びバイアスＲＦ信号との波形が示されている。バイアスＲＦ信号は、バイアスＲＦ生成部３１ｂから基板支持部１１ａ中の下部電極に供給される。バイアスＲＦ生成部３１ｂは、例えば、制御部から供給される第２制御信号のレベルに応じてバイアスＲＦ信号を下部電極に供給する。
ソースＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号は、上述した図５と同様である。
バイアスＲＦ信号は、高状態（Ｈ）と低状態（Ｌ）とを交互に含む。バイアスＲＦ信号における高状態と低状態とのスイッチング周波数は、ソースＲＦ信号と同様に、０．１ｋＨｚ～５ｋＨｚとする。高状態のバイアスＲＦ信号は、０Ｗ～３０００Ｗとする。低状態のバイアスＲＦ信号は、０Ｗ～１００Ｗとする。バイアスＲＦ信号の低状態から高状態への遷移は、ソースＲＦ信号の高状態から低状態への遷移に対してシフトされる。一実施形態において、バイアスＲＦ信号の低状態から高状態への遷移は、ソースＲＦ信号の高状態から低状態への遷移に対して－１００μｓから＋１００μｓの範囲でシフトされる。
プラズマ処理装置１は、ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号を供給する場合も、複数の第１のパルスＰ１の第１のシーケンス１５６と複数の第２のパルスＰ２の第２のシーケンス１５７を含んだバイアスＤＣ信号を供給することで、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
なお、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、ステップＳ３２のプラズマエッチングにおいて、バイアスＲＦ信号が高状態の期間に合わせて、バイアスＤＣ信号をパルス状に供給してもよい。
図９は、実施形態に係るプラズマ処理に用いられるＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形の第３の例を示す図である。
図９に示すタイミング図１２０には、ソースＲＦ信号、バイアスＤＣ信号及びバイアスＲＦ信号との波形が示されている。ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号は、上述した図８と同様である。
バイアスＤＣ生成部３２は、例えば、制御部から制御に応じて、バイアスＤＣ信号を生成する。生成されたバイアスＤＣ信号は、基板支持部１１ａ中の下部電極に供給される。バイアスＤＣ信号は、バイアスＲＦ信号が高状態の期間にオン状態となり、バイアスＲＦ信号が低状態の期間にオフ状態となる。バイアスＤＣ信号は、上述した図５と同様に、各オン状態に複数のサイクル１５５を含む。各サイクル１５５は、第１のパルスＰ１の第１のシーケンス１５６及び第２のパルスＰ２の第２のシーケンス１５７を含む。図９の例では、バイアスＤＣ信号に含まれる第１のパルスＰ１及び第２のパルスＰ２を同じ周波数の矩形状のパルスとしている。
プラズマ処理装置１は、バイアスＲＦ信号が高状態の期間に合わせて、バイアスＤＣ信号を供給する場合も、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
バイアスＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号は、ソースＲＦ信号の状態の遷移に対してシフトしてもよい。
図１０は、実施形態に係るプラズマ処理に用いられるＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号の波形の第４の例を示す図である。
図１０に示すタイミング図１３０には、ソースＲＦ信号、バイアスＤＣ信号及びバイアスＲＦ信号との波形が示されている。バイアスＲＦ信号及びバイアスＤＣ信号は、ソースＲＦ信号の高状態から低状態への遷移に対してシフトしてもよい。例えば、バイアスＲＦ信号の低状態と高状態への遷移は、ソースＲＦ信号の高状態から低状態への遷移に対してシフトしている。例えば、バイアスＲＦ信号の低状態と高状態への遷移は、ソースＲＦ信号の高状態から低状態への遷移に対して－１００μｓから＋１００μｓの範囲でシフトしている。バイアスＤＣ信号は、高状態のバイアスＲＦ信号の間に、複数の第１のパルスＰ１の第１のシーケンス１５６と複数の第２のパルスＰ２の第２のシーケンス１５７とを有する。プラズマ処理装置１は、このような場合も、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
なお、上記の実施形態の一部は適宜変更してもよい。以下に考えられる変形態様を記載する。
（他の実施形態）
プラズマ処理チャンバ１０には、予め定められたプラズマ処理に応じて選択される流量で、ガスが供給される。供給されるガスは、例えば、臭化水素（ＨＢｒ）を含む。また、供給されるガスは、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）等の希ガスを含む。また、供給されるガスは、例えば、酸素（Ｏ２）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、フルオロメタン（ＣＨ３Ｆ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、塩素（Ｃｌ２）、窒素（Ｎ２）等を含んでもよい。
実施形態においてエッチングの対象とする膜及びエッチングに用いるマスクの材料は特に限定されない。例えば、下地層Ｌ１（図４参照）はシリコンウエハであってよい。エッチング対象層Ｌ２は、誘電体膜、例えばシリコン含有誘電体膜であってもよい。エッチング対象層Ｌ２は複数種類の膜を積層して形成されてもよい。例えば、エッチング対象層Ｌ２は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が順次積層された層であってもよい。エッチング対象層Ｌ２は、シリコン酸化膜とポリシリコン膜が順次積層された層であってもよい。マスクＭＬは、カーボン含有膜であってよい。カーボン含有膜はアモルファスカーボン層（ＡＣＬ）、スピンオンカーボン膜（ＳＯＣ）で形成されてもよい。又はマスクＭＫは金属膜で形成されてもよい。また、図４には図示しないが、マスクＭＫの上にマスクＭＫと同様の開口パターンが形成されたシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）や裏面反射防止膜（ＢＡＲＣ）が存在してもよい。
実施形態に係る基板処理方法において、エッチング対象層Ｌ２がシリコン含有誘電体膜である場合は、マスクＭＫはＡＣＬ、ＳＯＣ等のカーボン含有膜であってよい。また、エッチング対象層Ｌ２がポリシリコン膜である場合、マスクＭＫはＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いて形成したシリコン酸化膜等であってよい。
（実施形態の効果）
上記のように実施形態に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバ１０と、基板支持部（基板支持部１１ａ）と、ソースＲＦ生成部３１ａと、バイアスＤＣ生成部３２とを備える。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置され、下部電極を含む。ソースＲＦ生成部３１ａは、プラズマ処理チャンバ１０内にプラズマを発生させるためのソースＲＦ信号を生成するように構成され、ソースＲＦ信号は、高状態（Ｈ）と低状態（Ｌ）とを交互に含む。バイアスＤＣ生成部３２は、下部電極に接続され、バイアスＤＣ信号を生成するように構成され。バイアスＤＣ信号は、オン状態とオフ状態とを交互に含み、オン状態の期間１５１は、ソースＲＦ信号の高状態の期間１５３に対応し、オフ状態の期間１５２は、ソースＲＦ信号の低状態の期間１５４に対応し、各オン状態は、複数のサイクル１５５を含み、各サイクル１５５は、第１のパルスＰ１の第１のシーケンス１５６及び第２のパルスＰ２の第２のシーケンス１５７を含み、第１のパルスＰ１は、第１の電圧レベルＶＬ１を有し、第２のパルスＰ２は、第１の電圧レベルＶＬ１とは異なる第２の電圧レベルＶＬ２を有する。これにより、プラズマ処理装置は、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、プラズマ処理チャンバ１０上に配置された少なくとも１つのコイル（アンテナ１４）をさらに備えてもよい。ソースＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのコイルに接続される。
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚをよりも大きい周波数を有してもよい。
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスＤＣ信号は、１００～４００ｋＨｚの範囲のパルス周波数を有してもよい。
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスＤＣ信号は、第１のシーケンスと第２のシーケンスとの間で１～３０ｋＨｚの範囲のスイッチング周波数を有してもよい。
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、下部電極に接続され、バイアスＲＦ信号を生成するように構成されたバイアスＲＦ生成部３１ｂをさらに備えてもよい。
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスＲＦ信号は、高状態（Ｈ）と低状態（Ｌ）とを交互に含み、バイアスＲＦ信号の高状態から低状態への遷移は、ソースＲＦ信号の高状態から低状態への遷移に対してシフトしてもよい。
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスＲＦ信号の低状態から高状態への遷移は、ソースＲＦ信号の高状態から低状態への遷移に対して－１００μｓから＋１００μｓの範囲でシフトしてもよい。
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスＲＦ信号は、２ＭＨｚより大きい周波数であってもよい。
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上記の実施形態では、プラズマ処理装置をＩＣＰ装置とした場合を説明した。しかし、これに限定されるものではない。プラズマ処理装置は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）装置であってもよい。
図１１は、図１のプラズマ処理装置の構成の他の一例を示す概略縦断面図である。図１１に示すプラズマ処理装置２は、いわゆる容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）装置であり、容量結合型プラズマを生成する。なお、図２に示したプラズマ処理装置１と対応する構成部分には同一の符号を付し、重複する説明を一部省略する。
プラズマ処理装置２は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、ＲＦ電力供給部３１、バイアスＤＣ生成部３２、及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置２は、支持部１１及び上部電極シャワーヘッド１６を含む。支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内のプラズマ処理空間１０ｓの下部領域に配置される。上部電極シャワーヘッド１６は、支持部１１の上方に配置され、プラズマ処理チャンバ１０の天部（Ceiling）の一部として機能し得る。
支持部１１は、プラズマ処理空間１０ｓにおいて基板Ｗを支持するように構成される。支持部１１は、下部電極１１ｃ及び静電チャック１１ｄを含む。静電チャック１１ｄは、下部電極１１ｃ上に配置され、静電チャック１１ｄの上面で基板Ｗを支持するように構成される。エッジリング１２は、下部電極１１ｃの周縁部上面において基板Ｗを囲むように配置される。
上部電極シャワーヘッド１６は、ガス供給部２０からの１又はそれ以上の処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１６は、ガス入口１６ａ、ガス拡散室１６ｂ、及び複数のガス出口１６ｃを有する。ガス入口１６ａは、ガス供給部２０及びガス拡散室１６ｂと流体連通している。ガス供給部２０から供給されたガスは、ガス入口１６ａからガス拡散室１６ｂ及び複数のガス出口１６ｃを介してプラズマ処理空間１０ｓに供給される。
ＲＦ電力供給部３１は、ＲＦ電力、例えば１又はそれ以上のＲＦ信号を、下部電極１１ｃ、上部電極シャワーヘッド１６、又は、下部電極１１ｃ及び上部電極シャワーヘッド１６の双方のような１又はそれ以上の電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された１又はそれ以上の処理ガスからプラズマが生成される。一実施形態において、ＲＦ電力供給部３１は、ソースＲＦ生成部３１ａ及びバイアスＲＦ生成部３１ｂを含む。一実施形態において、ソースＲＦ生成部３１ａは、上部電極シャワーヘッド１６に接続されている。ソースＲＦ生成部３１ａは、第１制御信号に応じてソースＲＦ信号を上部電極シャワーヘッド１６に供給する。バイアスＲＦ生成部３１ｂは、下部電極１１ｃに接続されている。バイアスＲＦ生成部３１ｂは、第１制御信号に応じてバイアスＲＦ信号を下部電極１１ｃに供給する。なお、プラズマ処理装置２は、ソースＲＦ生成部３１ａを下部電極１１ｃに接続し、ソースＲＦ信号を下部電極１１ｃに供給するように構成してもよい。
バイアスＤＣ生成部３２は、下部電極１１ｃに接続されている。バイアスＤＣ生成部３２は、バイアスＤＣ信号を下部電極１１ｃに印加するように構成される。
このようにＣＣＰ装置とされたプラズマ処理装置２においても、上記の実施形態のバイアスＤＣ信号を供給することで、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
１、２ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ａ 誘電体窓
１０ｂ 側壁
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 支持部
１１ａ 基板支持部
１１ｂ エッジリング支持部
１１ｃ 下部電極
１１ｄ 静電チャック
１２ エッジリング
１３ ガス導入部
１４ アンテナ
２０ ガス供給部
２１ ガスソース
２２ 流量制御器
３０ 電力供給部
３１ ＲＦ電力供給部
３１ａ ソースＲＦ生成部
３１ｂ バイアスＲＦ生成部
３２ バイアスＤＣ生成部
４０ 排気システム
５０ 制御装置
Ｗ 基板

Claims (12)

  1. プラズマ処理チャンバと、
    前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、下部電極を含む基板支持部と、
    前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを発生させるためのソースＲＦ（Radio Frequency）信号を生成するように構成されたソースＲＦ生成部であり、前記ソースＲＦ信号は、高状態と低状態とを交互に含む、ソースＲＦ生成部と、
    前記下部電極に接続され、バイアスＤＣ（Direct Current）信号を生成するように構成されたバイアスＤＣ生成部であり、前記バイアスＤＣ信号は、オン状態とオフ状態とを交互に含み、前記オン状態の期間は、前記ソースＲＦ信号の高状態の期間に対応し、前記オフ状態の期間は、前記ソースＲＦ信号の低状態の期間に対応し、各オン状態は、複数のサイクルを含み、各サイクルは、第１のパルスの第１のシーケンス及び第２のパルスの第２のシーケンスを含み、前記第１のパルスは、前記プラズマ処理チャンバ内に発生するプラズマによるエッチングレートがゼロより大きくなる第１の電圧レベルを有し、前記第２のパルスは、前記エッチングレートがゼロよりも小さくなる第２の電圧レベルを有する、バイアスＤＣ生成部と、
    を備える、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記プラズマ処理チャンバの上方に配置された少なくとも１つのコイルをさらに備え、
    前記ソースＲＦ生成部は、前記少なくとも１つのコイルに接続される
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記プラズマ処理チャンバ内に配置された上部電極をさらに備え、
    前記ソースＲＦ生成部は、前記上部電極に接続される
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚをよりも大きい周波数を有する
    請求項１～３の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記バイアスＤＣ信号は、１００～４００ｋＨｚの範囲のパルス周波数を有する
    請求項１～４の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記バイアスＤＣ信号は、前記第１のシーケンスと前記第２のシーケンスとの間で１～３０ｋＨｚの範囲のスイッチング周波数を有する
    請求項１～５の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記下部電極に接続され、バイアスＲＦ信号を生成するように構成されたバイアスＲＦ生成部
    をさらに備えた請求項１～６の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記バイアスＲＦ信号は、高状態と低状態とを交互に含み、前記バイアスＲＦ信号の低状態から高状態への遷移は、前記ソースＲＦ信号の高状態から低状態への遷移に対してシフトされる
    請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記バイアスＲＦ信号の低状態から高状態への遷移は、前記ソースＲＦ信号の高状態から低状態への遷移に対して－１００μｓから＋１００μｓの範囲でシフトされる
    請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記バイアスＲＦ信号は、２ＭＨｚより大きい周波数を有する
    請求項７～９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  11. プラズマ処理チャンバと、
    前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、下部電極を含む基板支持部と、
    前記下部電極に接続され、ＲＦ（Radio Frequency）信号を生成するように構成されたＲＦ生成部であり、前記ＲＦ信号は、高状態と低状態とを交互に含む、ＲＦ生成部と、
    前記下部電極に接続され、ＤＣ（Direct Current）信号を生成するように構成されたＤＣ生成部であり、前記ＤＣ信号は、オン状態とオフ状態とを交互に含み、前記オン状態の期間は、前記ＲＦ信号の高状態の期間に対応し、前記オフ状態の期間は、前記ＲＦ信号の低状態の期間に対応し、各オン状態は、複数のサイクルを含み、各サイクルは、第１のパルスの第１のシーケンス及び第２のパルスの第２のシーケンスを含み、前記第１のパルスは、前記プラズマ処理チャンバ内に前記ＲＦ信号により発生するプラズマによるエッチングレートがゼロより大きくなる第１の電圧レベルを有し、前記第２のパルスは、前記エッチングレートがゼロよりも小さくなる第２の電圧レベルを有する、ＤＣ生成部と、
    を備える、
    プラズマ処理装置。
  12. プラズマ処理装置で使用するプラズマ処理方法であって、
    前記プラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを発生させるためのソースＲＦ（Radio Frequency）信号を生成するソースＲＦ生成部と、下部電極に接続され、バイアスＤＣ（Direct Current）信号を生成するバイアスＤＣ生成部とを備え、当該方法は、
    （ａ）高状態を有するソースＲＦ信号を生成する工程と、
    （ｂ）前記（ａ）の間に、第１のパルスを有するバイアスＤＣ信号を連続的に生成する工程であり、前記第１のパルスは、前記プラズマ処理チャンバ内に発生するプラズマによるエッチングレートがゼロより大きくなる第１の電圧レベルを有する、工程と、
    （ｃ）前記（ａ）の間に、第２のパルスを有するバイアスＤＣ信号を連続的に生成する工程であり、前記第２のパルスは、前記エッチングレートがゼロよりも小さくなる第２の電圧レベルを有する、工程と、
    （ｄ）前記（ｂ）と前記（ｃ）を繰り返す工程と、
    （ｅ）低状態を有するソースＲＦ信号を生成する工程と、
    （ｆ）前記（ｅ）の間に、バイアスＤＣ信号をオフ状態にする工程と、を有する
    プラズマ処理方法。
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CN202110489743.XA CN113675064A (zh) 2020-05-13 2021-05-06 等离子体处理装置和等离子体处理方法
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023189292A1 (ja) * 2022-03-31 2023-10-05 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
TW202422625A (zh) * 2022-07-15 2024-06-01 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理裝置及電漿處理方法
JP2024085546A (ja) * 2022-12-15 2024-06-27 東京エレクトロン株式会社 凹部の埋込方法及びプラズマ処理装置
WO2024176650A1 (ja) * 2023-02-21 2024-08-29 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、電源システム及びエッチング方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100243607A1 (en) 2009-03-31 2010-09-30 Tokyo Electron Limited Substrate processing apparatus and substrate processing method using same
JP2014007429A (ja) 2013-10-15 2014-01-16 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08250479A (ja) * 1995-03-15 1996-09-27 Hitachi Ltd 表面処理方法及び表面処理装置
GB9616225D0 (en) * 1996-08-01 1996-09-11 Surface Tech Sys Ltd Method of surface treatment of semiconductor substrates
KR101214758B1 (ko) * 2010-02-26 2012-12-21 성균관대학교산학협력단 식각 방법
JP5864879B2 (ja) * 2011-03-31 2016-02-17 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置及びその制御方法
US8916056B2 (en) * 2012-10-11 2014-12-23 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Biasing system for a plasma processing apparatus
US20140273487A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 Applied Materials, Inc. Pulsed dc plasma etching process and apparatus
US9576810B2 (en) * 2013-10-03 2017-02-21 Applied Materials, Inc. Process for etching metal using a combination of plasma and solid state sources
US9761459B2 (en) 2015-08-05 2017-09-12 Lam Research Corporation Systems and methods for reverse pulsing
KR102550393B1 (ko) * 2017-10-25 2023-06-30 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법
US20200058469A1 (en) * 2018-08-14 2020-02-20 Tokyo Electron Limited Systems and methods of control for plasma processing
US11094508B2 (en) * 2018-12-14 2021-08-17 Applied Materials, Inc. Film stress control for plasma enhanced chemical vapor deposition
US11158516B2 (en) * 2020-02-07 2021-10-26 Tokyo Electron Limited Plasma processing methods using low frequency bias pulses
TW202147445A (zh) * 2020-05-14 2021-12-16 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理裝置
TW202147444A (zh) * 2020-05-14 2021-12-16 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理方法及電漿處理裝置
US20220068607A1 (en) * 2020-08-31 2022-03-03 Tokyo Electron Limited Gas Cluster Assisted Plasma Processing
TW202226319A (zh) * 2020-08-31 2022-07-01 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理裝置及電漿處理方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100243607A1 (en) 2009-03-31 2010-09-30 Tokyo Electron Limited Substrate processing apparatus and substrate processing method using same
JP2010238960A (ja) 2009-03-31 2010-10-21 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置及び基板処理方法
JP2014007429A (ja) 2013-10-15 2014-01-16 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置

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