JP7734239B2 - 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

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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。
基板に対するプラズマ処理では、プラズマ処理装置が用いられる。下記の特許文献１は、一種のプラズマ処理装置が記載されている。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、チャンバ、電極、高周波電源、及び高周波バイアス電源を備えている。電極は、チャンバ内に設けられている。基板は、電極上に載置される。高周波電源は、チャンバ内で高周波電界を形成するために高周波電力のパルスを供給する。高周波バイアス電源は、電極に高周波バイアス電力のパルスを供給する。
特開平１０－６４９１５号公報
本開示は、プラズマから基板に供給されるイオンのエネルギーを制御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、バイアス電源、及び制御部を備える。基板支持器は、下部電極及び静電チャックを有する。静電チャックは、下部電極上に設けられている。基板支持器は、チャンバ内で、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。高周波電源は、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために供給される高周波電力を発生するように構成されている。高周波電力は、第１の周波数を有する。バイアス電源は、下部電極に電気的に接続されている。バイアス電源は、第２の周波数で規定される周期で周期的にパルス状の負極性の直流電圧を下部電極に印加するように構成されている。第２の周波数は、第１の周波数よりも低い。制御部は、高周波電源を制御するように構成されている。制御部は、周期内の第１の部分期間内で高周波電力を供給するように高周波電源を制御する。制御部は、周期内の第２の部分期間における高周波電力のパワーレベルを、第１の部分期間における高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定するように高周波電源を制御する。
一つの例示的実施形態によれば、プラズマから基板に供給されるイオンのエネルギーを制御する技術が提供される。
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。 一例に係る高周波電力及びパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。 別の例に係る高周波電力及びパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。 更に別の例に係るパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。 更に別の例に係る高周波電力のタイミングチャートである。 更に別の例に係る高周波電力及びパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。 更に別の例に係る高周波電力及びパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。 図８の（ａ）及び図８の（ｂ）の各々は、更に別の例に係るパルス状の負極性の直流電圧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を示す流れ図である。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、高周波電源、バイアス電源、及び制御部を備える。基板支持器は、下部電極及び静電チャックを有する。静電チャックは、下部電極上に設けられている。基板支持器は、チャンバ内で、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。高周波電源は、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために供給される高周波電力を発生するように構成されている。高周波電力は、第１の周波数を有する。バイアス電源は、下部電極に電気的に接続されている。バイアス電源は、第２の周波数で規定される周期で周期的にパルス状の負極性の直流電圧を下部電極に印加するように構成されている。第２の周波数は、第１の周波数よりも低い。制御部は、高周波電源を制御するように構成されている。制御部は、周期内の第１の部分期間内で高周波電力を供給するように高周波電源を制御する。制御部は、周期内の第２の部分期間における高周波電力のパワーレベルを、第１の部分期間における高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定するように高周波電源を制御する。
上記実施形態では、パルス状の負極性の直流電圧が、第２の周波数で規定される周期（以下、「パルス周期」という）で周期的に下部電極に供給される。パルス周期内では、基板の電位が変動する。パルス周期内の第１の部分期間では、パルス周期内の第２の部分期間における高周波電力のパワーレベルよりも高いパワーレベルを有する高周波電力が供給される。したがって、基板に供給されるイオンのエネルギーは、パルス周期内での第１の部分期間及び第２の部分期間の各々の時間範囲の設定に依存する。故に、上記実施形態によれば、プラズマから基板に供給されるイオンのエネルギーを制御することが可能となる。
一つの例示的実施形態において、第１の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加される期間であってもよい。第２の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加されない期間であってもよい。この実施形態によれば、比較的高いエネルギーを有するイオンが基板に供給され得る。
一つの例示的実施形態において、第１の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加されない期間であってもよい。２の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加される期間であってもよい。この実施形態によれば、比較的低いエネルギーを有するイオンが基板に供給され得る。
一つの例示的実施形態において、制御部は、第２の部分期間において高周波電力の供給を停止するように高周波電源を制御してもよい。即ち、制御部は、パルス周期で周期的に高周波電力のパルスを供給するように、高周波電源を制御してもよい。
一つの例示的実施形態において、制御部は、第１の部分期間において高周波電力のパルスを周期的に供給するように高周波電源を制御してもよい。
一つの例示的実施形態において、第１の部分期間内で高周波電力のパルスが供給される周期を規定する周波数は、第２の周波数の２倍以上、且つ、第１の周波数の０．５倍以下であってもよい。
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。プラズマ処理方法において用いら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、下部電極及び静電チャックを有する。静電チャックは、下部電極上に設けられている。基板支持器は、チャンバ内で、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。高周波電源は、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために供給される高周波電力を発生するように構成されている。高周波電力は第１の周波数を有する。バイアス電源は、下部電極に電気的に接続されている。プラズマ処理方法は、静電チャック上に基板が載置されている状態で該基板にプラズマ処理を行うために実行される。プラズマ処理方法は、第２の周波数で規定される周期（即ち、パルス周期）で周期的にバイアス電源から下部電極にパルス状の負極性の直流電圧を印加する工程を含む。第２の周波数は、第１の周波数よりも低い。プラズマ処理方法は、周期内の第１の部分期間内で高周波電源から高周波電力を供給する工程を更に含む。プラズマ処理方法は、周期内の第２の部分期間における高周波電力のパワーレベルを第１の部分期間における高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定する工程を更に含む。
一つの例示的実施形態において、第１の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加される期間であってもよい。第２の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加されない期間であってもよい。
一つの例示的実施形態において、第１の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が下部電極に印加されない期間であってもよい。第２の部分期間は、パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加される期間であってもよい。
一つの例示的実施形態において、高周波電力の供給が第２の部分期間において停止されてもよい。
一つの例示的実施形態において、高周波電源から高周波電力のパルスが、第１の部分期間において周期的に供給されてもよい。
一つの例示的実施形態において、第１の部分期間内で高周波電力のパルスが供給される周期を規定する周波数は、第２の周波数の２倍以上、且つ、第１の周波数の０．５倍以下であってもよい。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法は、チャンバ内でプラズマが存在している期間において、上記パルス周期で周期的にバイアス電源から下部電極にパルス状の負極性の直流電圧を印加する工程を更に含んでいてもよい。この期間は、第２の周波数で規定される周期の時間長よりも長い時間長を有する。この期間において、高周波電源からの高周波電力の供給が停止される。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法は、上記パルス周期の時間長よりも長い時間長を有する期間において、高周波電源から高周波電力を供給する工程を更に含んでいてもよい。この期間では、バイアス電源からの下部電極に対するパルス状の負極性の直流電圧の印加が停止される。
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、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。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構成されている。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。
チャンバ本体１２の側壁には通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。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。
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内には、流路１８ｆが形成されている。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、熱交換媒体の供給装置（例えば、チラーユニット）が接続されている。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には、供給装置から配管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。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。
静電チャック２０は、本体及び電極を有している。静電チャック２０の本体は、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムといった誘電体から形成されている。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有している。静電チャック２０の中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。静電チャック２０の電極は、本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、膜形状を有している。静電チャック２０の電極には、直流電源がスイッチを介して電気的に接続されている。直流電源からの電圧が静電チャック２０の電極に印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。
静電チャック２０は、基板載置領域を含んでいる。基板載置領域は、略円盤形状を有する領域である。基板載置領域の中心軸線は、軸線ＡＸに略一致している。基板Ｗは、チャンバ１０内で処理されるときには、基板載置領域の上面の上に載置される。
一実施形態において、静電チャック２０は、エッジリング載置領域を更に含んでいてもよい。エッジリング載置領域は、静電チャック２０の中心軸線の周りで基板載置領域を囲むように周方向に延在している。エッジリング載置領域の上面の上にはエッジリングＥＲが搭載される。エッジリングＥＲは、環形状を有している。エッジリングＥＲは、軸線ＡＸにその中心軸線が一致するように、エッジリング載置領域上に載置される。基板Ｗは、エッジリングＥＲによって囲まれた領域内に配置される。即ち、エッジリングＥＲは、基板Ｗのエッジを囲むように配置される。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。エッジリングＥＲは、石英といった誘電体から形成されていてもよい。
プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２５を更に備え得る。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）との間の間隙に供給する。
プラズマ処理装置１は、絶縁領域２７を更に備え得る。絶縁領域２７は、支持部１７上に配置されている。絶縁領域２７は、軸線ＡＸに対して径方向において下部電極１８の外側に配置されている。絶縁領域２７は、下部電極１８の外周面に沿って周方向に延在している。絶縁領域２７は、石英といった絶縁体から形成されている。エッジリングＥＲは、絶縁領域２７及びエッジリング載置領域上に載置される。
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を含んでいる。天板３４の下面は、内部空間１０ｓを画成している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａ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、ガス導入ポート３６ｃが形成されている。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。
基板支持器１６又は支持部１７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の圧力を減圧することができる。
プラズマ処理装置１は、高周波電源６１を更に備えている。高周波電源６１は、高周波電力ＲＦを発生する電源である。高周波電力ＲＦは、チャンバ１０内のガスからプラズマを生成するために用いられる。高周波電力ＲＦは、第１の周波数を有する。第１の周波数は、２７～１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば４０ＭＨｚ又は６０ＭＨｚの周波数である。高周波電源６１は、高周波電力ＲＦを下部電極１８に供給するために、整合回路６３を介して下部電極１８に接続されている。整合回路６３は、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よう構成されている。なお、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、整合回路６３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は、バイアス電源６２を更に備えている。バイアス電源６２は、下部電極１８に電気的に接続されている。一実施形態において、バイアス電源６２は、ローパスフィルタ６４を介して下部電極１８に電気的に接続されている。バイアス電源６２は、第２の周波数で規定される周期ＰＰ、即ちパルス周期で周期的にパルス状の負極性の直流電圧ＰＶを下部電極１８に印加するように構成されている。第２の周波数は、第１の周波数よりも低い。第２の周波数は、例えば、５０ｋＨｚ以上、２７ＭＨｚ以下である。
プラズマ処理装置１においてプラズマ処理が行われる場合には、内部空間１０ｓにガスが供給される。そして、高周波電力ＲＦが供給されることにより、内部空間１０ｓの中でガスが励起される。その結果、内部空間１０ｓの中でプラズマが生成される。基板支持器１６によって支持された基板Ｗは、プラズマからのイオン及びラジカルといった化学種により処理される。例えば、基板は、プラズマからの化学種によりエッチングされる。プラズマ処理装置１では、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されることにより、プラズマからのイオンが基板Ｗに向けて加速される。
プラズマ処理装置１は、制御部ＭＣを更に備える。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。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。後述するプラズマ処理方法は、制御部ＭＣによるプラズマ処理装置１の各部の制御により、プラズマ処理装置１において実行され得る。
制御部ＭＣは、周期ＰＰ内の第１の部分期間Ｐ１内の少なくとも一部の期間において高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御する。プラズマ処理装置１では、高周波電力ＲＦは、下部電極１８に供給される。或いは、高周波電力ＲＦは、上部電極３０に供給されてもよい。制御部ＭＣは、周期ＰＰ内の第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルを、第１の部分期間Ｐ１における高周波電力ＲＦのパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定する。即ち、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦの一つ以上のパルスＰＲＦを供給するように高周波電源６１を制御する。
第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルは、０［Ｗ］であってもよい。即ち、制御部ＭＣは、第２の部分期間Ｐ２においては、高周波電力ＲＦの供給を停止するように、高周波電源６１を制御してもよい。或いは、第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルは、０［Ｗ］よりも大きくてもよい。
制御部ＭＣは、同期パルス、遅延時間長、及び供給時間長が制御部ＭＣを高周波電源６１に与えるように構成されている。同期パルスは、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶに同期されている。遅延時間長は、同期パルスによって特定される周期ＰＰの開始時点からの遅延時間長である。供給時間長は、高周波電力ＲＦの供給時間の長さである。高周波電源６１は、周期ＰＰの開始時点に対して遅延時間長だけ遅れた時点から供給時間長の間、高周波電力ＲＦの一つ以上のパルスＰＲＦを供給する。その結果、第１の部分期間Ｐ１において、高周波電力ＲＦが下部電極１８に供給される。なお、遅延時間長は、ゼロであってもよい。
一実施形態において、プラズマ処理装置１は、電圧センサ７８を更に備えていてもよい。電圧センサ７８は、基板Ｗの電位を直接的に又は間接的に測定するように構成されている。図１に示す例では、電圧センサ７８は、下部電極１８の電位を測定するように構成されている。具体的には、電圧センサ７８は、下部電極１８とバイアス電源６２との間で接続されている給電路の電位を測定する。
制御部ＭＣは、電圧センサ７８によって測定された基板Ｗの電位が周期ＰＰにおける基板Ｗの電位の平均値ＶＡＶＥよりも高いか又は低い期間を第１の部分期間Ｐ１として決定してもよい。制御部ＭＣは、電圧センサ７８によって測定された基板Ｗの電位が平均値ＶＡＶＥよりも低いか又は高い期間を第２の部分期間Ｐ２として決定してもよい。基板Ｗの電位の平均値ＶＡＶＥは、予め定められた値であってもよい。制御部ＭＣは、決定した第１の部分期間Ｐ１において上述したように高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御し得る。また、制御部ＭＣは、決定した第２の部分期間Ｐ２において上述したように高周波電力ＲＦのパワーレベルを設定するように高周波電源６１を制御し得る。
プラズマ処理装置１では、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが周期ＰＰで周期的に下部電極１８に供給されるので、基板Ｗの電位が周期ＰＰ内において変動する。周期ＰＰ内の第１の部分期間Ｐ１では、周期ＰＰ内の第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルよりも高いパワーレベルを有する高周波電力ＲＦが供給される。したがって、基板Ｗに供給されるイオンのエネルギーは、周期ＰＰ内での第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２の各々の時間範囲の設定に依存する。故に、プラズマ処理装置１によれば、プラズマから基板Ｗに供給されるイオンのエネルギーを制御することが可能となる。
図２は、一例に係る高周波電力及びパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。図２において、「ＶＯ」は、バイアス電源６２の出力電圧を示しており、「ＲＦ」は、高周波電力ＲＦのパワーレベルを示している。図２に示す例では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間である。図２に示す例では、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間である。図２に示す例では、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦの一つのパルスＰＲＦが供給されている。この例によれば、比較的高いエネルギーを有するイオンが基板Ｗに供給され得る。
図３は、別の例に係る高周波電力及びパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。図３において、「ＶＯ」は、バイアス電源６２の出力電圧を示しており、「ＲＦ」は、高周波電力ＲＦのパワーレベルを示している。図３に示す例では、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間である。図３に示す例では、第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間である。図３に示す例では、第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦの一つのパルスＰＲＦが供給されている。この例によれば、比較的低いエネルギーを有するイオンが基板Ｗに供給され得る。
図４は、更に別の例に係るパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。図４において、「ＶＯ」は、バイアス電源６２の出力電圧を示している。図４に示すように、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶの電圧レベルは、それが下部電極１８に印加されている期間内において、変化してもよい。図４に示す例では、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶの電圧レベルは、それが下部電極１８に印加されている期間内において、低下している。即ち、図４に示す例では、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶの電圧レベルの絶対値は、それが下部電極１８に印加されている期間内において、増加している。なお、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶは、第１の部分期間Ｐ１において下部電極１８に印加されてもよく、或いは、第２の部分期間Ｐ２において下部電極１８に印加されてもよい。
図５は、更に別の例に係る高周波電力のタイミングチャートである。図５において、「ＲＦ」は、高周波電力ＲＦのパワーレベルを示している。図５に示すように、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において、高周波電力ＲＦの複数のパルスＰＲＦを順に供給するように高周波電源６１を制御してもよい。即ち、制御部ＭＣは、第１の部分期間Ｐ１において、複数のパルスＰＲＦを含むパルス群ＰＧを供給するように高周波電源６１を制御してもよい。第１の部分期間Ｐ１において、高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦは、周期的に供給されてもよい。第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦが供給される周期ＰＲＦＧを規定する周波数は、第２の周波数の２倍以上、且つ、第１の周波数の０．５倍以下であり得る。
図６は、更に別の例に係る高周波電力及びパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。図６において、「ＶＯ」は、バイアス電源６２の出力電圧を示しており、「ＲＦ」は、高周波電力ＲＦのパワーレベルを示している。プラズマ処理装置１は、図２又は図３に示す例のように、期間ＰＡにおいて、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶを周期ＰＰで周期的に下部電極１８に印加し、且つ、周期ＰＰ内において高周波電力ＲＦの一つ以上のパルスＰＲＦを供給する。図６に示すように、制御部ＭＣは、別の期間ＰＢにおいて、高周波電力ＲＦの供給を停止するように高周波電源６１を制御してもよい。期間ＰＢにおいて、制御部ＭＣは、高周波電力ＲＦの供給が停止されている状態で、周期ＰＰで周期的に下部電極１８にパルス状の負極性の直流電圧ＰＶを印加するようにバイアス電源６２を制御してもよい。期間ＰＢは、周期ＰＰの時間長よりも長い時間長を有する期間である。期間ＰＢは、チャンバ１０内でプラズマが存在している期間であり得る。期間ＰＢは、例えば、期間ＰＡに続く期間であり得る。
図７は、更に別の例に係る高周波電力及びパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。図７において、「ＶＯ」は、バイアス電源６２の出力電圧を示しており、「ＲＦ」は、高周波電力ＲＦのパワーレベルを示している。図７に示すように、制御部ＭＣは、別の期間ＰＣにおいて、下部電極１８に対するパルス状の負極性の直流電圧ＰＶの印加を停止するようにバイアス電源６２を制御してもよい。期間ＰＣにおいて、制御部ＭＣは、下部電極１８に対するパルス状の負極性の直流電圧ＰＶの印加が停止されている状態で、高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御してもよい。制御部ＭＣは、期間ＰＣにおいて、高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦ又はパルス群ＰＧを周期的に供給するように高周波電源６１を制御し得る。期間ＰＣにおける高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦ又はパルス群ＰＧの供給の周期ＰＲＦＣは、期間ＰＡにおける高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦ又はパルス群ＰＧの供給の周期、即ち周期ＰＰと同じ周期であり得る。なお、期間ＰＣにおいても、パルス群ＰＧを形成する高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦの供給の周期ＰＲＦＧを規定する周波数は、第２の周波数の２倍以上、且つ、第１の周波数の０．５倍以下であり得る。
図８の（ａ）及び図８の（ｂ）の各々は、更に別の例に係るパルス状の負極性の直流電圧のタイミングチャートである。図８の（ａ）に示す例におけるバイアス電源６２の出力電圧ＶＯは、その極性が第２の部分期間Ｐ２内且つ第１の部分期間Ｐ１の直前に正極性に変更されている点で、図２に示す例におけるバイアス電源６２の出力電圧ＶＯと異なっている。即ち、図８の（ａ）に示す例では、正極性の直流電圧が、第２の部分期間Ｐ２内且つ第１の部分期間Ｐ１の直前に、バイアス電源６２から下部電極１８に印加されている。なお、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが第１の部分期間Ｐ１内に下部電極１８に印加される場合には、第２の部分期間Ｐ２の少なくとも一部において、正極性の直流電圧がバイアス電源６２から下部電極１８に印加されてもよい。
図８の（ｂ）に示す例におけるバイアス電源６２の出力電圧ＶＯは、その極性が第１の部分期間Ｐ１内且つ第２の部分期間Ｐ２の直前に正極性に変更されている点で、図３に示す例におけるバイアス電源６２の出力電圧ＶＯと異なっている。即ち、図８の（ｂ）に示す例では、正極性の直流電圧が、第１の部分期間Ｐ１内且つ第２の部分期間Ｐ２の直前に、バイアス電源６２から下部電極１８に印加されている。なお、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが第２の部分期間Ｐ２内に下部電極１８に印加される場合には、第１の部分期間Ｐ１の少なくとも一部において、正極性の直流電圧がバイアス電源６２から下部電極１８に印加されてもよい。
以下、図９を参照する。図９は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。図９に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、上述したプラズマ処理装置１を用いて実行され得る。
方法ＭＴは、静電チャック２０上に基板Ｗが載置されている状態で実行される。方法ＭＴは、基板Ｗにプラズマ処理を行うために実行される。方法ＭＴでは、ガスがガス供給部からチャンバ１０内に供給される。そして、チャンバ１０内のガスの圧力が指定された圧力に排気装置５０によって設定される。
方法ＭＴでは、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、バイアス電源６２から下部電極１８にパルス状の負極性の直流電圧ＰＶが周期ＰＰで周期的に印加される。
工程ＳＴ２は、周期ＰＰ内の第１の部分期間Ｐ１において実行される。工程ＳＴ３は、周期ＰＰ内の第２の部分期間Ｐ２において実行される。第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間であってもよい。第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間であってもよい。或いは、第１の部分期間Ｐ１は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加されない期間であってもよい。第２の部分期間Ｐ２は、パルス状の負極性の直流電圧ＰＶが下部電極１８に印加される期間であってもよい。
工程ＳＴ２では、プラズマの生成のために、高周波電源６１から高周波電力ＲＦが供給される。第１の部分期間Ｐ１においては、高周波電力ＲＦの一つ以上のパルスＰＲＦが供給され得る。第１の部分期間Ｐ１においては、高周波電力ＲＦの複数のパルスＰＲＦが順に供給されてもよい。即ち、第１の部分期間Ｐ１において、複数のパルスＰＲＦを含むパルス群ＰＧが供給されてもよい。第１の部分期間Ｐ１において、高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦは、周期的に供給されてもよい。第１の部分期間Ｐ１において高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦが供給される周期ＰＲＦＧを規定する周波数は、第２の周波数の２倍以上、且つ、第１の周波数の０．５倍以下であり得る。
工程ＳＴ３では、周期ＰＰ内の第２の部分期間Ｐ２における高周波電力ＲＦのパワーレベルが、第１の部分期間Ｐ１における高周波電力ＲＦのパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定される。第２の部分期間Ｐ２において高周波電力ＲＦの供給は停止されてもよい。
工程ＳＴ１～工程ＳＴ３は、上述した期間ＰＡにおいて実行され得る。方法ＭＴでは、期間ＰＢ（図６参照）において、高周波電源６１からの高周波電力ＲＦの供給が停止されている状態で、周期ＰＰで周期的にバイアス電源６２から下部電極１８にパルス状の負極性の直流電圧ＰＶが印加されてもよい。上述したように、期間ＰＢは、周期ＰＰの時間長よりも長い時間長を有する期間である。期間ＰＢは、チャンバ１０内でプラズマが存在している期間であり得る。期間ＰＢは、例えば、期間ＰＡに続く期間であり得る。
方法ＭＴでは、別の期間ＰＣ（図７参照）において、バイアス電源６２からの下部電極１８に対するパルス状の負極性の直流電圧ＰＶの印加が停止されている状態で、高周波電源６１から高周波電力ＲＦが供給されてもよい。期間ＰＣにおいて、制御部ＭＣは、下部電極１８に対するパルス状の負極性の直流電圧ＰＶの印加が停止されている状態で、高周波電力ＲＦを供給するように高周波電源６１を制御してもよい。期間ＰＣにおいては、高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦ又はパルス群ＰＧが高周波電源６１から周期的に供給されてもよい。期間ＰＣにおける高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦ又はパルス群ＰＧの供給の周期ＰＲＦＣは、期間ＰＡにおける高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦ又はパルス群ＰＧの供給の周期、即ち周期ＰＰと同じ周期であり得る。なお、期間ＰＣにおいても、パルス群ＰＧを形成する高周波電力ＲＦのパルスＰＲＦの供給の周期ＰＲＦＧを規定する周波数は、第２の周波数の２倍以上、且つ、第１の周波数の０．５倍以下であり得る。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、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。
別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理装置１とは異なる容量結合型のプラズマ処理装置であってもよい。また、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、誘導結合型プラズマ処理装置であってもよい。また、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ処理装置であってもよい。また、更に別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波といった表面波を用いて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、周期ＰＰは、第１の部分期間Ｐ１及び第２の部分期間Ｐ２を含む三つ以上の部分期間から構成されていてもよい。周期ＰＰ内の三つ以上の部分期間の時間長は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。三つ以上の部分期間の各々における高周波電力ＲＦのパワーレベルは、前後の部分期間における高周波電力ＲＦのパワーレベルとは異なるパワーレベルに設定され得る。
本開示の実施形態は、以下の態様を更に含む。
［付記１］
チャンバと、
下部電極及び該下部電極上に設けられた静電チャックを有し、前記チャンバ内で、その上に載置される基板を支持するように構成された基板支持器と、
前記チャンバ内のガスからプラズマを生成するために供給される高周波電力を発生するように構成された高周波電源であり、該高周波電力は第１の周波数を有する、該高周波電源と、
前記下部電極に電気的に接続されており、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で規定される周期で周期的にパルス状の負極性の直流電圧を前記下部電極に印加するように構成されたバイアス電源と、
前記高周波電源を制御するように構成された制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記周期内の第１の部分期間内で前記高周波電力を供給し、前記周期内の第２の部分期間における前記高周波電力のパワーレベルを前記第１の部分期間における前記高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定するように前記高周波電源を制御する、
プラズマ処理装置。
［付記２］
前記第１の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加される期間であり、
前記第２の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加されない期間である、
付記１に記載のプラズマ処理装置。
［付記３］
前記第１の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加されない期間であり、
前記第２の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加される期間である、
付記１に記載のプラズマ処理装置。
［付記４］
前記制御部は、前記第２の部分期間において前記高周波電力の供給を停止するように前記高周波電源を制御する、付記１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
［付記５］
前記制御部は、前記第１の部分期間において前記高周波電力のパルスを周期的に供給するように前記高周波電源を制御する、付記１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
［付記６］
前記第１の部分期間において前記高周波電力の前記パルスが供給される周期を規定する周波数は、前記第２の周波数の２倍以上、且つ、前記第１の周波数の０．５倍以下である、付記５に記載のプラズマ処理装置。
［付記７］
プラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、
該プラズマ処理装置は、
チャンバと、
下部電極及び該下部電極上に設けられた静電チャックを有し、前記チャンバ内で、その上に載置される基板を支持するように構成された基板支持器と、
前記チャンバ内のガスからプラズマを生成するために供給される高周波電力を発生するように構成された高周波電源であり、該高周波電力は第１の周波数を有する、該高周波電源と、
前記下部電極に電気的に接続されたバイアス電源と、
を備え、
該プラズマ処理方法は、前記静電チャック上に基板が載置されている状態で該基板にプラズマ処理を行うために実行され、
前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で規定される周期で周期的に前記バイアス電源から前記下部電極にパルス状の負極性の直流電圧を印加する工程と、
前記周期内の第１の部分期間内で前記高周波電源から前記高周波電力を供給する工程と、
前記周期内の第２の部分期間内で前記高周波電力のパワーレベルを前記第１の部分期間における前記高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定する工程と、
を含むプラズマ処理方法。
［付記８］
前記第１の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加される期間であり、
前記第２の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加されない期間である、
付記７に記載のプラズマ処理方法。
［付記９］
前記第１の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加されない期間であり、
前記第２の部分期間は、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記下部電極に印加される期間である、
付記７に記載のプラズマ処理方法。
［付記１０］
前記第２の部分期間において前記高周波電力の供給が停止される、付記７～９の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
［付記１１］
前記第１の部分期間において前記高周波電源から前記高周波電力のパルスが周期的に供給される、付記７～１０の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
［付記１２］
前記第１の部分期間において前記高周波電力の前記パルスが供給される周期を規定する周波数は、前記第２の周波数の２倍以上、且つ、前記第１の周波数の０．５倍以下である、付記１１に記載のプラズマ処理方法。
［付記１３］
前記チャンバ内でプラズマが存在している期間であって前記第２の周波数で規定される前記周期の時間長よりも長い時間長を有する該期間において、前記高周波電源からの前記高周波電力の供給が停止されている状態で、前記第２の周波数で規定される該周期で周期的に前記バイアス電源から前記下部電極に前記パルス状の負極性の直流電圧を印加する工程を更に含む、付記７～１２の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
［付記１４］
前記第２の周波数で規定される前記周期の時間長よりも長い時間長を有する期間において、前記バイアス電源からの前記下部電極に対する前記パルス状の負極性の直流電圧の印加が停止されている状態で、前記高周波電源から前記高周波電力を供給する工程を更に含む、付記７～１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
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、１８…下部電極、２０…静電チャック、６１…高周波電源、６２…バイアス電源、ＭＣ…制御部。

Claims (14)

  1. チャンバと、
    下部電極及び該下部電極上に設けられた静電チャックを有し、前記チャンバ内で、その上に載置される基板を支持するように構成された基板支持器と、
    前記チャンバ内のガスからプラズマを生成するために供給される高周波電力を発生するように構成された高周波電源であり、該高周波電力は第１の周波数を有する、該高周波電源と、
    前記下部電極に電気的に接続されており、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で規定される周期で周期的にパルス状の直流電圧を前記下部電極に印加するように構成されたバイアス電源と、
    前記高周波電源を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記周期内の第１の部分期間内で前記高周波電力を供給し、前記周期内の第２の部分期間における前記高周波電力のパワーレベルを前記第１の部分期間における前記高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定するように前記高周波電源を制御し、
    前記バイアス電源は、前記パルス状の直流電圧の電圧レベルの絶対値を、該パルス状の直流電圧が前記下部電極に印加されている期間内で増加させるように構成されている、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記第１の部分期間は、前記パルス状の直流電圧が前記下部電極に印加される期間であり、
    前記第２の部分期間は、前記パルス状の直流電圧が前記下部電極に印加されない期間である、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記第１の部分期間は、前記パルス状の直流電圧が前記下部電極に印加されない期間であり、
    前記第２の部分期間は、前記パルス状の直流電圧が前記下部電極に印加される期間である、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記制御部は、前記第２の部分期間において前記高周波電力の供給を停止するように前記高周波電源を制御する、請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記制御部は、前記第１の部分期間において前記高周波電力のパルスを周期的に供給するように前記高周波電源を制御する、請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記第１の部分期間において前記高周波電力の前記パルスが供給される周期を規定する周波数は、前記第２の周波数の２倍以上、且つ、前記第１の周波数の０．５倍以下である、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. プラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、
    該プラズマ処理装置は、
    チャンバと、
    下部電極及び該下部電極上に設けられた静電チャックを有し、前記チャンバ内で、その上に載置される基板を支持するように構成された基板支持器と、
    前記チャンバ内のガスからプラズマを生成するために供給される高周波電力を発生するように構成された高周波電源であり、該高周波電力は第１の周波数を有する、該高周波電源と、
    前記下部電極に電気的に接続されたバイアス電源と、
    を備え、
    該プラズマ処理方法は、前記静電チャック上に基板が載置されている状態で該基板にプラズマ処理を行うために実行され、
    前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で規定される周期で周期的に前記バイアス電源から前記下部電極にパルス状の直流電圧を印加する工程と、
    前記周期内の第１の部分期間内で前記高周波電源から前記高周波電力を供給する工程と、
    前記周期内の第２の部分期間内で前記高周波電力のパワーレベルを前記第１の部分期間における前記高周波電力のパワーレベルから減少されたパワーレベルに設定する工程と、
    を含み、
    パルス状の直流電圧を印加する前記工程において、前記バイアス電源は、前記パルス状の直流電圧の電圧レベルの絶対値を、該パルス状の直流電圧が前記下部電極に印加されている期間内で増加させる、
    プラズマ処理方法。
  8. 前記第１の部分期間は、前記パルス状の直流電圧が前記下部電極に印加される期間であり、
    前記第２の部分期間は、前記パルス状の直流電圧が前記下部電極に印加されない期間である、
    請求項７に記載のプラズマ処理方法。
  9. 前記第１の部分期間は、前記パルス状の直流電圧が前記下部電極に印加されない期間であり、
    前記第２の部分期間は、前記パルス状の直流電圧が前記下部電極に印加される期間である、
    請求項７に記載のプラズマ処理方法。
  10. 前記第２の部分期間において前記高周波電力の供給が停止される、請求項７～９の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  11. 前記第１の部分期間において前記高周波電源から前記高周波電力のパルスが周期的に供給される、請求項７～１０の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  12. 前記第１の部分期間において前記高周波電力の前記パルスが供給される周期を規定する周波数は、前記第２の周波数の２倍以上、且つ、前記第１の周波数の０．５倍以下である、請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
  13. 前記チャンバ内でプラズマが存在している期間であって前記第２の周波数で規定される前記周期の時間長よりも長い時間長を有する該期間において、前記高周波電源からの前記高周波電力の供給が停止されている状態で、前記第２の周波数で規定される該周期で周期的に前記バイアス電源から前記下部電極に前記パルス状の直流電圧を印加する工程を更に含む、請求項７～１２の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  14. 前記第２の周波数で規定される前記周期の時間長よりも長い時間長を有する期間において、前記バイアス電源からの前記下部電極に対する前記パルス状の直流電圧の印加が停止されている状態で、前記高周波電源から前記高周波電力を供給する工程を更に含む、請求項７～１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
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