TW202013501A - 控制方法及電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於控制離子能，而避免蝕刻率降低。 解決手段為提供一種電漿處理裝置的控制方法，該電漿處理裝置具有：第1電極，其載置被處理體；及第2電極，其與前述第1電極對向，該控制方法具有：將偏壓功率供給到前述第1電極的工序；及將負的直流電壓供給到前述第2電極的工序，前述負的直流電壓係週期性重覆採用第1電壓值的第1狀態、及採用絕對值比前述第1電壓值小的第2電壓值的第2狀態，該控制方法包含第1控制工序，其將前述第1狀態在同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間、或者在前述偏壓功率的傳輸路徑所測定的週期性變動之參數的各週期內之部分期間予以施加，然後將前述第2狀態接著前述第1狀態予以施加。

Description

控制方法及電漿處理裝置
本發明係關於控制方法及電漿處理裝置。
在半導體裝置的製程中，具有對於在半導體晶圓上所形成的蝕刻對象膜將光阻作為光罩執行電漿蝕刻，而形成孔洞或溝槽的工序。已提出以下方案：使用平行平板型的電漿處理裝置執行電漿蝕刻時，為了提高對於晶圓表面的濺鍍效果，故對於上部電極施加直流電壓（例如，參考專利文獻1、2）。
另外，近年來，對於使用電漿蝕刻而形成高縱橫比的圖案之要求變高。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開2006-270019號公報 ［專利文獻2］日本特開2006-270017號公報
［發明所欲解決的課題］
然而，特別是在蝕刻高縱橫比的孔洞時，在蝕刻途中會產生蝕刻率下降的現象。推測其中一個原因係在高縱橫比的孔洞中，隨著蝕刻進行，不易使電漿的電子充分撞擊孔洞底，孔洞底無法藉由電子而中和電荷，故難以將離子吸引到孔洞底。
對上述課題，就本發明的一個面向，目的為控制離子能，而防止蝕刻率降低。 ［用於解決課題的手段］
依照本發明的一個態様，提供一種控制方法，其係一種電漿處理裝置的控制方法，該電漿處理裝置具有：第1電極，其載置被處理體；及第2電極，其與前述第1電極對向，該控制方法具有：將偏壓功率供給到前述第1電極的工序；及將負的直流電壓供給到前述第2電極的工序，前述負的直流電壓係週期性重覆採用第1電壓值的第1狀態、及採用絕對值比前述第1電壓值小的第2電壓值的第2狀態，該控制方法包含第1控制工序，其將前述第1狀態在同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間、或者在前述偏壓功率的傳輸路徑所測定的週期性變動之參數的各週期內之部分期間予以施加，然後將前述第2狀態接著前述第1狀態予以施加。 ［發明效果］
依照本發明的一個面向，可控制離子能，而防止蝕刻率降低。
就實施本發明的形態，參考圖式予以說明。並且，在本說明書及圖式，就實質上相同的構成，係賦予相同的符號，省略重複的說明。
以下，將作為電源功率的射頻稱為HF，將電源功率稱為HF功率。又，將作為比電源功率的頻率低的頻率之偏壓功率的射頻稱為LF，將偏壓功率稱為LF功率。
［電漿處理裝置的全體構成］ 首先，就電漿處理裝置1之一例，參考圖1予以說明。圖1為表示一實施形態的電漿處理裝置之一例的圖。
本實施形態的電漿處理裝置1為電容耦合型的平行平板電漿處理裝置，例如具有由表面經陽極氧化處理的鋁所構成的圓筒狀之處理容器10。處理容器10接地。
在處理容器10的底部，透過由陶瓷等所構成的絕緣板12而配置圓柱狀的支持台14，在該支持台14之上例如設置由鋁所構成的載置台16。載置台16構成下部電極，在載置台16之上經由靜電吸盤18而載置被處理體的一例、也就是晶圓W。
在載置台16的上面，設置將晶圓W以静電力吸附保持的靜電吸盤18。靜電吸盤18具有將由導電膜所構成的電極20以一對絕緣層或者絕緣片夾持的構造。於電極20連接有直流電源22。從直流電源22輸出的直流電壓被施加到電極20。利用藉此而產生的庫倫力等静電力而由靜電吸盤18吸附保持晶圓W。
在載置台16上、晶圓W之外緣，例如配置由矽所構成的導電性之邊緣環24。邊緣環24也稱為聚焦環。在載置台16及支持台14的側面，例如設置由石英所構成的圓筒狀之內壁構件26。
在支持台14的內部，例如環狀設置冷媒室28。對於冷媒室28，從設置在外部的冷卻器單元經由配管30a、30b將預定溫度的冷媒、例如冷卻水予以循環供給，藉由冷媒的溫度控制載置台16上的晶圓W之處理溫度。並且，冷媒為對於配管30a、30b循環供給的溫度調整用之媒介的一例，溫度調整用的媒介不只可冷卻載置台16及晶圓W，也可加熱。
進一步，來自導熱氣體供給機構的導熱氣體、例如氦（He）氣體經由氣體供給管線32而被供給到靜電吸盤18的頂面與晶圓W的背面之間。
在載置台16的上方，以與載置台16對向的方式平行設置上部電極34。上部電極34與下部電極之間成為電漿處理空間。上部電極34係與載置台16上的晶圓W對向而形成與電漿處理空間相接的面、也就是對向面。
上部電極34經由絕緣性的遮蔽構件42而由處理容器10的上部所支撐。上部電極34具有：電極板36，其構成載置台16的對向面，並且具有多個氣體噴吐孔37；及電極支持體38，其可裝卸自如地支撐該電極板36，並且由導電性材料、例如由表面經陽極氧化處理的鋁所構成。電極板36例如可由矽或SiC所形成。在電極支持體38的內部，設置氣體擴散室40，從該氣體擴散室40，連通到氣體噴吐孔37的多個氣體通流孔41朝向下方延伸。
在電極支持體38，形成有氣體導入口62，其將處理氣體導向氣體擴散室40，於該氣體導入口62連接有氣體供給管64，於氣體供給管64連接有處理氣體供給源66。在氣體供給管64，從上游側依序設置質流控制器（MFC）68及開閉閥70。然後，從處理氣體供給源66供給蝕刻用的處理氣體。處理氣體從氣體供給管64到達氣體擴散室40，並且經由氣體通流孔41從氣體噴吐孔37以噴灑狀噴吐到電漿處理空間。以這種方式，上部電極34發揮作為供給處理氣體用的噴灑頭之功能。
於上部電極34連接有可變直流電源50，來自可變直流電源50的直流電壓被施加到上部電極34。可變直流電源50的極性及電流・電壓，及將電流或電壓開啟・關閉的電子開關之控制，係藉由控制部200予以控制。
於載置台16，經由供電棒47及匹配器46而連接第1射頻電源48。第1射頻電源48對載置台16施加LF功率。藉此，離子被吸引到載置台16上的晶圓W。第1射頻電源48輸出200kHz～13.56MHz的範圍內之頻率的射頻功率。匹配器46將第1射頻電源48的內部阻抗及負載阻抗予以匹配。
於載置台16，經由供電棒89及匹配器88連接第2射頻電源90。第2射頻電源90對於載置台16施加HF功率。HF的頻率比LF的頻率高，從第2射頻電源90輸出13.56MHz以上的頻率之HF功率。例如可輸出400kHz的LF功率及100MHz的HF功率。匹配器88將第2射頻電源90的內部阻抗及負載阻抗予以匹配。於載置台16連接有將預定的射頻接地用的過濾器94。並且，可將從第2射頻電源90供給的HF功率施加到上部電極34。
在處理容器10的底部設置有排氣口80，於該排氣口80經由排氣管82連接排氣裝置84。排氣裝置84具有渦輪分子泵浦等真空泵浦，處理容器10內可減壓到期望的真空度。又，在處理容器10的側壁設置晶圓W的移入出口85，該移入出口85可由閘閥86開閉。又，沿著處理容器10的內壁設置可裝卸自如的沉積護罩11，以便防止蝕刻衍生物（沉積物）附著在處理容器10。也就是說，沉積護罩11構成處理容器的壁部。又，沉積護罩11也被設置在內壁構件26的外周。在處理容器10的底部之處理容器的壁側之沉積護罩11及內壁構件26側之沉積護罩11之間，設置排氣板83。作為沉積護罩11及排氣板83，可使用將Y2 O3 等陶瓷覆蓋在鋁材者。
以上述構成的電漿處理裝置1執行蝕刻處理時，首先，將閘閥86設為開狀態，經由移入出口85將蝕刻對象也就是晶圓W移入處理容器10內，載置到載置台16上。然後，從處理氣體供給源66將蝕刻用的處理氣體以預定的流量朝向氣體擴散室40供給，經由氣體通流孔41及氣體噴吐孔37朝向處理容器10內供給。又，藉由排氣裝置84將處理容器10內予以排氣，將其中的壓力設成例如0.1～150Pa的範圍內之設定值。在此，作為處理氣體，可採用先前使用的各種氣體，例如可適當使用C4 F8 氣體等含有鹵元素的氣體。進一步，也可包含Ar氣體或O2 氣體等其他氣體。
以這種方式，在對處理容器10內導入蝕刻氣體的狀態，從第2射頻電源90將HF功率施加到載置台16。又，從第1射頻電源48將LF功率施加到載置台16。又，從可變直流電源50將直流電壓施加到上部電極34。又，從直流電源22將直流電壓施加到電極20，將晶圓W保持在載置台16。
從上部電極34的氣體噴吐孔37噴吐的處理氣體主要藉由HF功率解離及電離，而生成電漿。藉由電漿中的自由基或離子將晶圓W的被處理面予以蝕刻。又，藉由對載置台16施加LF功率，控制電漿中的離子，可蝕刻出高縱橫比的孔洞等，進而可擴大電漿的控制餘裕。
在電漿處理裝置1，設置控制裝置全體的動作之控制部200。控制部200依照儲存在唯讀記憶體（Read Only Memory/ROM）及隨機存取記憶體（Random Access Memory/RAM）等記憶體的配方，而執行蝕刻等期望的電漿處理。在配方中，設定針對製程條件的裝置之控制資訊也就是製程時間、壓力（氣體的排出）、射頻功率或電壓、各種氣體流量、處理容器內溫度（上部電極溫度、處理容器的側壁溫度、晶圓W溫度、靜電吸盤溫度等）、從冷卻器輸出的冷媒之溫度等。並且，表示這些程式或處理條件的配方也可被儲存在硬碟或半導體記憶體。又，配方可在由CD-ROM、DVD等可搬動的電腦可讀取的記憶媒體所收納的狀態下被設定在預定位置，再予以讀出。
例如，控制部200的控制方式如下：將從可變直流電源50輸出之負的直流電壓，在同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間、或者在偏壓功率的傳輸路徑所測定的電壓、電流、電磁場、已產生的電漿之發光週期或者晶圓W（下部電極）上的電漿之鞘層厚度的變化之各週期內的部分期間予以施加，交互重覆開啟、關閉負的直流電壓。以下，將在偏壓功率的傳輸路徑所測定之電壓、電流、電磁場、已產生的電漿之發光週期或者晶圓W（下部電極）上的電漿之鞘層厚度的變化也稱為「週期性變動的參數」。控制部200的控制方式也可如下：將從第2射頻電源90輸出的HF之電壓，在同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間、或者週期性變動的參數之各週期內的部分期間予以施加，交互重覆開啟、關閉HF的電壓。藉此，控制離子能，避免蝕刻率降低。
偏壓功率的傳輸路徑係指第1射頻電源48→匹配器46→供電棒47→載置台16→電漿→上部電極34→（接地）。在偏壓功率的傳輸路徑所測定的電壓、電流、電磁場係指在從第1射頻電源48經由匹配器46的內部及供電棒47到載置台16為止的零件及上部電極34所測定的電壓、電流、電磁場，或者在電漿中所測定的電磁場。
從可變直流電源50的輸出之負的直流電壓的控制方式如下：週期性重覆後述的第1狀態及第2狀態，第1狀態在同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間、或者週期性變動的參數之各週期內的部分期間予以施加，然後將第2狀態接著第1狀態予以施加。
將負的直流電壓在偏壓功率的傳輸路徑所測定之週期性變動的參數之各週期內的部分期間予以施加時，週期性變動的參數較佳為在從載置台16經由供電棒47而連接的匹配器之內部為止的任一構件所測定的電壓、電流或者電磁場的任一者。
作為在偏壓功率的傳輸路徑測定週期性變動的參數之方法，可舉出藉由在偏壓功率的傳輸路徑之任一零件之附近設置電壓感測器、電流感測器或者BZ感測器（量測感應磁場的感測器）而量測各零件的電壓、電流或者感應磁場的方法作為一例。並且，雖然圖2A顯示電壓感測器300，但不限於此，也可為電流感測器或者BZ感測器。又，上述各感測器的配置較佳為連接到供電棒47，但不限於此。來自電壓感測器300等感測器的訊號例如被輸入到控制部200的訊號產生電路102。
例如圖2B（a）為將負的直流電壓於在偏壓功率的傳輸路徑所測定之週期性變動的參數之各週期內的部分期間予以施加時的一例。在圖2B（a），處理器100從在偏壓功率的傳輸路徑所安裝的VI探針等感測器輸入HF的電壓或者電流、LF的電壓或者電流、HF的相位訊號或者LF的相位訊號之任一者作為週期性變動的參數之一例。處理器100將從可變直流電源50輸出之負的直流電壓在已輸入的週期性變動之參數的各週期內之部分期間予以施加。
處理器100可不根據來自感測器的訊號即生成同步於從第1射頻電源48輸出的偏壓功率之射頻的週期之訊號。此時，可省略在偏壓功率的傳輸路徑量測週期性變動的參數之狀態的工序。例如在圖2B（b），處理器100從第1射頻電源48輸入LF的相位訊號（小功率波形）或者偏壓功率的資訊相關的訊號，基於該輸入訊號生成同步於偏壓功率的射頻之週期的訊號。處理器100將已生成的訊號輸出到可變直流電源50。可變直流電源50在該訊號的各週期內之部分期間施加負的直流電壓。已生成的訊號包含電源功率的調變資訊，處理器100可將已生成的訊號輸出到第2射頻電源90。第2射頻電源90在該訊號的各週期內之部分期間施加電源功率。
並且，處理器100可不根據來自第1射頻電源48的訊號即生成同步於偏壓功率的射頻之週期的訊號。此時，處理器100例如生成具有圖3的LF所示之週期的訊號，同時生成同步於該訊號之例如圖3的DC所示之開啟・關閉訊號。處理器100將已生成的訊號輸出到第1射頻電源48及可變直流電源50。第1射頻電源48根據該訊號而輸出偏壓功率。可變直流電源50在該訊號的各週期內之部分期間施加負的直流電壓。
進一步，處理器100可生成例如圖3的HF所示的開啟・關閉訊號，其同步於已生成的具有圖3的LF所示的週期之訊號。處理器100將已生成的訊號輸出到第2射頻電源90。第2射頻電源90在該訊號的各週期內之部分期間施加電源功率。
進一步，可將電漿的發光週期、晶圓W上的電漿之鞘層厚度的變化之週期作為指標。電漿的發光週期可由光二極體、光顯微感測器等檢出。針對鞘層厚度，使用ICCD照相機等以nano-second的間隔（例如10～250 nano-second）按下快門，藉此，可量測鞘層厚度的變化。
並且，載置台16為載置晶圓W的第1電極之一例。上部電極為與第1電極對向的第2電極之一例。第1射頻電源48為對於第1電極供給LF功率（偏壓功率）的偏壓電源之一例。第2射頻電源90為對於第1電極或者第2電極供給比LF功率射頻的HF功率（電源功率）的源極電源之一例。可變直流電源50為將直流電壓對於第2電極供給的直流電源之一例。控制部200為控制偏壓電源、源極電源及直流電源的控制部之一例。將施加偏壓功率的下部電極（載置台16）之電位稱為電極電位。
［控制部的構成］ 就控制部200的具體構成，參考圖2A予以說明。控制部200具有：處理器100；訊號產生電路102；方向性耦合器105、108；電表111；及示波器112。然而，可不設置電表111、示波器112、及方向性耦合器108。
在第1射頻電源48的供電線路，於第1射頻電源48及匹配器46之間連接方向性耦合器105。在第2射頻電源90的供電線路，於第2射頻電源90及匹配器88之間連接方向性耦合器108。
方向性耦合器105將LF的進行波之一部分提供給示波器112。又，方向性耦合器108將HF的進行波之一部分提供給示波器112。
在一實施形態，示波器112所顯示的LF之頻率為例如400kHz，HF之頻率為例如100MHz。藉此，在示波器112可觀察LF的進行波之波形及HF的進行波之波形。
方向性耦合器108將HF的進行波之一部分提供給電表111。電表111量測HF的進行波之功率量。
方向性耦合器105將LF的進行波之一部分提供給處理器100。處理器100作成同步於LF的進行波的DC用之同步訊號。例如，處理器100能夠以同步於LF的進行波之正值時序之方式作成DC用的同步訊號。並且，取代方向性耦合器105，可使用VI感測器等感測器將已檢出的LF之波形提供給處理器100。
處理器100將已作成的同步訊號提供給訊號產生電路102。訊號產生電路102從已提供的同步訊號產生同步於LF的進行波之控制訊號，再提供給可變直流電源50及第1射頻電源48。
控制訊號的生成方法有以下2種。第1射頻電源48為一般電源時，方向性耦合器105將從第1射頻電源48輸出的LF之電壓的一部分擷取作為波形，再輸入到處理器100。然而，不限於此，處理器100可從第1射頻電源48直接輸入LF的功率等之一部分。處理器100作成同步於已輸入的波形之訊號或者從該訊號任意延遲並具有任意寬度的開啟訊號，再傳送到訊號產生電路102。
訊號產生電路102在開啟訊號期間為了使直流電壓產生而對於可變直流電源50傳送指令訊號。在指令訊號中，配合可變直流電源50的輸入形態，在開啟訊號期間，使用使直流電壓產生的控制訊號或者開啟訊號。同樣地，訊號產生電路102在開啟訊號期間為了使HF的功率產生而可對於第2射頻電源90傳送指令訊號。
第1射頻電源48為將LF的功率、電壓或者電流予以放大的放大器時，可不使用來自方向性耦合器105的訊號，而是訊號產生電路102將從第1射頻電源48輸出的LF之功率等的一部分擷取作為波形，再作成從該波形的訊號任意的延遲且具有任意的寬度的開啟訊號。訊號產生電路102將該波形的訊號及開啟訊號傳送到可變直流電源50。同樣地，訊號產生電路102可將該波形的訊號及開啟訊號傳送到第2射頻電源90。
然而，以上的控制訊號之生成方法為一例，並不限於此。可生成一控制訊號，則不限於圖2A及圖2B所示的控制部200之電路，可使用其他的硬體或者軟體，該控制訊號的控制方法如下：將負的直流電壓在同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間、或者已提供之週期性變動的參數之各週期內的部分期間予以施加，而交互重覆直流電壓的開啟及關閉。
第1射頻電源48的放大器將400kHz的LF之調變訊號的振幅（AM：amplitude modulation/調幅）予以放大，再供給到下部電極。第2射頻電源90的放大器將100MHz的HF之調變訊號的振幅予以放大，再供給到下部電極。
訊號產生電路102可從已提供的同步訊號產生一控制訊號，再提供給可變直流電源50，該控制訊號的控制方法如下：在偏壓功率的傳輸路徑所測定的週期性變動之參數的各週期內之部分期間施加負的直流電壓，而交互重覆負的直流電壓之開啟及關閉。訊號產生電路102可產生一控制訊號，再提供給可變直流電源50，該控制訊號的控制方法如下：在同步於偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間施加負的直流電壓，而交互重覆負的直流電壓之開啟及關閉。也可產生一控制訊號，再提供給可變直流電源50，該控制訊號的控制方法如下：取代負的直流電壓之開啟及關閉，而交互重覆高（High）及低（Low）。
又，訊號產生電路102可從已提供的同步訊號產生一控制訊號，再提供給第2射頻電源90，該控制訊號的控制方法如下：在偏壓功率的傳輸路徑所測定的週期性變動之參數的各週期內之部分期間施加HF功率，而交互重覆HF的功率之開啟及關閉。訊號產生電路102可產生一控制訊號，再提供給可變直流電源50，該控制訊號的控制方法如下：在同步於偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間施加HF功率，而交互重覆HF功率的開啟及關閉。也可產生一控制訊號，再提供給第2射頻電源90，該控制訊號的控制方法如下：取代HF功率的開啟及關閉，而交互重覆高（High）及低（Low）。
圖3為表示配合LF而施加的DC及HF之電壓的一例之圖。LF為正值時，DC的電壓以負值施加，HF的電壓為關閉，LF為負值時，HF的電壓以正值施加，DC的電壓為關閉。由LF的電壓決定電極電位。
處理器100可在包含電極電位為正值的時序之時間帶作成控制DC的電壓及HF的功率之同步訊號。然而，處理器100並不限於此，可作成一同步訊號，其控制方法如下：在包含電極電位成為最大負值的時序之短時間或包含電極電位為負值的時序控制DC的電壓及HF之功率。
［DC的電壓供給時序］ 其次，就本實施形態的DC之電壓的供給時序之效果，參考圖4及圖5予以說明。圖4為表示本實施形態的上部電極與下部電極之電位及電漿電位的一例之圖。圖5為說明本實施形態的直流電壓之供給時序及相應效果之用的圖。
以下，主要就控制LF的電壓及DC的電壓時，上部電極與下部電極的電位及電漿電位、電子及離子的動作，參考圖4予以說明。並且，取代控制LF的電壓，可控制LF的電流。又，取代控制DC的電壓，可控制DC的電流。
LF的電壓為負值時的電極電位（晶圓的電位、下部電極電位）會由於所謂的自偏壓電壓Vdc而比LF的電壓為正值時的電極電位有更大的負值。
在圖4（a）及圖4（b）的各者的左側之縱軸，顯示上部電極34的電位，在右側的縱軸，顯示下部電極（載置台16）的電位，在這中間顯示電漿處理空間的電漿電位。圖4（a）表示將LF功率及HF功率供給到下部電極時的各電極之電位及電漿電位。圖4（b）表示將LF功率及HF功率供給到下部電極，進而將負值DC電壓供給到上部電極34時的各電極之電位及電漿電位。
圖4（a）的A所示的電位為電漿電位。電漿電位係如同圖3的電漿（Plasma）電位及電極電位所示，變得比處理容器10內的最高電位略高。因此，電極電位為正值時，電漿電位會變得比LF的電壓略大，LF的電壓為負值時，將處理容器10的壁部之電位設成0的話，則變得比壁部的電位（0）略大。
如圖4（a）所示，將LF功率及HF功率施加到下部電極時，電極電位為正值時，電漿電位藉由HF電壓的振幅B及LF電壓的振幅C而僅上升B+C。相較之下，電極電位為負值時，下部電極的電位藉由自偏壓電壓Vdc而更靠向負電位側。
對於上部電極未施加負的直流電壓的圖4（a）之情況，上部電極的電位為0。此時，電子藉由在上部電極形成的鞘層，也就是上部電極的電位0及電漿電位之間的些微電位差而加速之後，以等速移動，下部電極的電位為正值時，配合晶圓W上的鞘層之電壓而減速，同時入射到晶圓W。因此，下部電極的電位為正值時，電漿電位與下部電極的電位之間的差距小，故可入射的電子之能量也低。因此，具有各種能量的電子會被入射到晶圓W。另外，下部電極的電位為負值時，電子無法入射到晶圓W。也就是說，下部電極為正值電位時，電子會流入到下部電極，負值電位時，離子會流入到下部電極。
如圖4（b）所示，將LF功率及HF功率施加到下部電極，並且對於上部電極施加負的直流電壓時，就電子而言，相較於未施加負的直流電壓時，上部電極的電位及電漿電位之間的電位差會變大，藉由該電位差，電子會進一步加速。結果，電子會從電漿處理空間朝向下部電極沿著直線高速移動。結果，相較於未施加負的直流電壓時，電子可入射到晶圓W的可能性變高。
然而，藉由下部電極的電位，電子到達晶圓W時或者到達之前，電子的速度會成為0或者接近0。此時，電子附著在孔洞的頂面或孔洞的側面，而不到達孔洞底。如此一來，離子也同樣被吸引到電子存在之孔洞的頂面或孔洞的側面，而不到達孔洞底。
在到達晶圓之前，速度成為0的電子藉由電漿電位而朝向電漿側以逆方向加速。也就是說，對於上部電極34施加負的直流電壓時，以上部電極34側的鞘層加速的電子可入射到晶圓的下部電極之電位的範圍係為與圖4（b）所示的負的直流電壓相同大小的電位E之範圍，在F的範圍，電子的速度成為0，電子無法到達晶圓。電子未到達孔洞底的話，則無法將孔洞底充電成負值。結果，無法藉由電子抵消孔洞底的正值充電。
於是，作為本實施形態的控制方法之一例，電極電位為正值時，將負的直流電壓施加到上部電極。藉此，電子被加速到極限，進一步，晶圓上的鞘層電場低，故可將在鞘層的減速抑制到最小限度，使電子有效率地到達孔洞底。藉此，可將離子吸引到孔洞底，並且提高蝕刻的垂直性，進一步，防止蝕刻率降低。
例如，對於上部電極34作為圖4（b）的D所示的負值DC電壓施加-1000V的直流電壓。此時，電子係以-1000V的電壓被加速，進而接受10V～30V左右的電漿電位之加速。經加速的電子在電漿處理空間於電漿中保持直進性同時等速移動後，在晶圓W上的鞘層減速，大致垂直驅趕到到晶圓上的蝕刻對象膜之孔洞底。藉此，孔洞底會被充電成負值。之後，質量比電子還大的離子會延遲到達孔洞底。藉此，孔洞底會被中和電荷。
圖5（a）表示比較例的DC之電壓的供給時序、以及電子及離子的動作之一例。圖5（b）表示本實施形態的DC之電壓的供給時序、以及電子及離子的動作之一例。在圖5（a）的比較例，不論電極電位的正負，皆連續施加直流電壓。相較之下，在圖5（b）的本實施形態，電極電位為正值時，施加直流電壓，為負值時，停止施加直流電壓。
在圖5（a）（b）的控制，如圖5的下段之框內所示，電極電位為正值時，晶圓上的鞘層會變薄。因此，電極電位為正值時，電子通過薄的鞘層時，減速程度會變少，以大致垂直到達晶圓W的方式入射到晶圓W。結果，如圖5（a）（b）的左側之孔洞內所示，電子可到達孔洞底。
電極電位為負值時，相較於電極電位為正值時，在晶圓上會形成厚的鞘層。因此，電極電位為負值時，施加直流電壓的話，電子通過厚的鞘層時會減速，如圖5（a）的下段右側之孔洞內所示，不會到達晶圓W，或者即使到達也會附著在孔洞的頂面或側面，大部分的電子不會到達孔洞底。附著在孔洞的側面之電子，吸引離子，而成為彎曲產生的要因之一。
一方，電極電位為負值時，停止施加直流電壓的話，則電子通過厚的鞘層時，會進一步減速，如圖5（b）的下段右側之孔洞內所示，大部分的電子之速度在可到達晶圓W之前即會成為0。結果，可減少附著在孔洞的頂面或側面之電子的數量。
在其他的比較例，將LF的電壓及HF的電壓以10kHz左右開啟・關閉以脈衝狀施加，在LF的電壓及HF的電壓之脈衝的關閉之時序，施加-1000V左右的直流電壓，使餘輝放電中的電子加速，將電子吸引到孔洞底，之後使離子容易入射到孔洞底。
然而，在該方法中，由於在停止施加HF的電壓之後的餘輝放電中所殘留的電子會急遽減少，藉由-1000V左右的直流電壓而加速的電子會變少，而有無法充分發揮將上述電子吸引到孔洞底的效果之情況。
於是，在本實施形態，在電極電位為正值的時序，對於上部電極開啟直流電壓，提升電子的加速，不將最快速的電子大幅減速即入射到孔洞內。藉此，可使電子到達孔洞底，而將追隨在後的離子吸引到孔洞底。又，在電極電位為負值的時序，停止對於上部電極施加直流電壓。藉此，可減少附著在孔洞的表面或側面的電子之數量，可避免產生彎曲，而將蝕刻形狀保持在垂直。
如此一來，可藉由配合電極電位的正負控制直流電壓的供給時序，而與鞘層的厚度的變化同步來控制離子能。藉此，可將離子吸引到孔洞底，防止蝕刻率降低。又，可將蝕刻形狀保持在垂直。
並且，就頻率的適合值，LF的頻率下降的話，從第1射頻電源48導入相同的功率之LF的電壓時，相較於提高電漿密度的效果，增大離子能的效果會變高。藉此，可將離子吸引到孔洞底，並且提高蝕刻的垂直性。於是，在本實施形態的控制方法，將LF的頻率設成400kHz或者以下的頻率為較佳。藉此，可進一步有效率地將離子吸引到孔洞底，防止蝕刻率降低，而將蝕刻形狀保持在垂直。
直流電壓係在電極電位為正值的時序控制成負值（以下，也稱為開啟。）為較佳，但不限於此，可在包含電極電位為正值的時序之時間帶控制成開啟，也可在包含電極電位為正值的峰值之時序控制為開啟。又，取代開啟及關閉直流電壓，可控制成將直流電壓設為負值並且絕對值成為高（High）及低（Low）。此時，取代開啟直流電壓，可控制成將直流電壓設為負值並且絕對值成為比低（Low）大的高（High），取代關閉直流電壓，可控制成將直流電壓設為負值並且成為低（Low）。此時，直流電壓係在電極電位為正值的時序控制成高（High）為較佳。然而，不限於此，可控制成在包含電極電位為正值的時序之時間帶成為高（High）。
又，直流電壓不只可施加與電極電位為正值的時序一致的矩形波，也可施加包含上升的緩上升或者下降的緩下降之至少一者的略矩形波。又，直流電壓可在從電極電位為正值的時序偏移預定時間之後的時序或者偏移預定時間之前的時序之至少一者予以施加。
電極電位特別是正側的波形可能會由於LF的頻率或氣體種類或壓力而歪曲。在這種情況下，選定從電極電位為正值的時序偏移預定時間、鞘層更薄並且電子容易入射的時序施加直流電壓為較佳。
又，直流電壓可調整施加時間的寬度，使得電極電位為正值的時序延長或者縮短預定時間。又，除了控制直流電壓，也可在包含電極電位為正值的時序之時間帶開啟HF的功率。此時，可配合電極電位為正值的時序而開啟HF的功率，配合電極電位為負值的時序而關閉HF的功率之供給。在LF的功率之各週期內的部分期間，同時施加直流電壓及HF的功率，在剩餘的期間可同時關閉直流電壓及HF的功率。又，取代開啟直流電壓及HF的功率，可控制成將直流電壓及HF的功率設成負值並且成為高（High），取代關閉直流電壓及HF的功率，可控制成將直流電壓及HF的功率設成負值並且成為低（Low）。
［控制方法］ 如以上所說明，一實施形態的平行平板型之電漿處理裝置1的控制方法包含：將偏壓功率供給到載置晶圓W的下部電極之工序；及將負的直流電壓供給到上部電極的工序。在該控制方法，如圖3及圖5（b）所示，負的直流電壓具有採用第1電壓值的第1狀態、及採用絕對值比前述第1電壓值小的第2電壓值的第2狀態，將前述第1狀態在同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間、或者在前述偏壓功率的傳輸路徑所測定的週期性變動之參數的各週期內之部分期間予以施加，然後使前述第2狀態接著前述第1狀態予以施加。週期性變動的參數為電壓、電流、電磁場、已產生的電漿之發光的變化或者晶圓上的電漿之鞘層厚度的變化。
如圖5（b）所示，直流電壓被開啟（DC on，DC以負值施加）的狀態為第1狀態的一例。直流電壓被關閉（DC off，DC為0）的狀態為第2狀態的一例。在第1控制工序，重覆第1狀態及第2狀態。
取代開啟、關閉DC的電壓，DC電壓為負值並且絕對值被控制成高（High）・低（Low）亦可。此時，DC的電壓為負值並且絕對值被控制成高（High）的狀態為第1狀態的一例。DC的電壓為負值並且絕對值被控制成比高（High）小的低（Low）的狀態為第2狀態的一例。例如，第2狀態的DC之電壓可為0，可為負值並且絕對值比高（High）小的值。
［變形例1-1～1-4］ 其次，就一實施形態的變形例1-1～1-4之電漿處理裝置1控制方法予以說明。在變形例1-1～1-4，執行使偏壓功率及DC的電壓之任一者或兩者間歇地停止的控制。圖6A～圖6D為表示一實施形態的變形例1-1～1-4之控制方法的時序表。
在圖6A的變形例1-1，除了第1控制工序，還包含第2控制工序，其將DC的電壓以與藉由LF電壓表示一例之週期性變動的參數之週期、或者與同步於偏壓功率的射頻之週期的訊號之週期為獨立的週期間歇地停止。第1控制工序及第2控制工序被反覆執行。
在變形例1-1，LF電壓在第1控制工序及第2控制工序以相同的週期予以施加。另外，DC的電壓在第1控制工序交互重覆1次以上的第1狀態及第2狀態，而在第2控制工序，於第1控制工序之間，間歇地停止。
在第1控制工序及第2控制工序，LF的頻率可為例如0.1Hz～100kHz。並且，DC的電壓之Duty比（＝第4狀態/（第3狀態+第4狀態））可為1%～99%的範圍內。
在第1控制工序，LF電壓為正值的時序中已同步的DC之電壓採用第1狀態係為第3狀態的一例。在第2控制工序，與LF電壓的週期為獨立的DC之電壓的狀態係為與第3狀態相異的第4狀態之一例。
圖6B的變形例1-2之控制方法係除了與變形例1-1相同的第1控制工序，還包含第3控制工序，其將偏壓功率（LF電壓）以與DC的電壓之週期為獨立的週期間歇地停止。第3控制工序的偏壓功率之狀態為第4狀態的一例。
在變形例1-2，重複執行第1控制工序及第3控制工序。在變形例1-2，第3控制工序的DC之電壓係以與第1控制工序相同的週期重覆第1狀態及第2狀態。
並且，在第1控制工序，LF的頻率可為例如0.1Hz～100Hz，LF的電壓之Duty比（＝第4狀態/（第3狀態+第4狀態））可為1%～90%的範圍內。
圖6C的變形例1-3之控制方法除了控制與變形例1-1相同的第1控制工序，還控制變形例1-1的第2控制工序之DC的控制及變形例1-2的第3控制工序之LF。也就是說，將變形例1-3的DC之電壓及偏壓功率這兩者間歇地停止的狀態為第4狀態的一例。
可使將偏壓功率間歇地停止的週期及將DC的電壓間歇地停止的週期同步。此時，將DC及偏壓功率間歇地停止的週期可如圖6C所示為一致，也可如圖6D所示，DC相較於偏壓功率往後偏移，或DC相較於偏壓功率往前偏移。
並且，在圖6A～圖6D，於第3狀態，在偏壓功率為正值的一部分時序，將DC的電壓開啟，但不限於此。又，取代將DC的電壓予以週期性開啟・關閉，可控制成將DC的電壓設為負值並且絕對值週期性成為高（High）・低（Low）。
［變形例2］ 其次，就一實施形態的變形例2之控制方法，參考圖7予以說明。圖7為表示一實施形態的變形例2之控制方法的時序表。
例如，在變形例2的控制方法，如圖7所示，與LF的電壓之峰值對應的脈衝狀之功率（以下，也稱為「LF脈衝」。）被施加到載置台16。LF脈衝的正值係與LF的電壓之正的峰值一致，LF脈衝的負值係與LF的電壓之負值峰值一致。
此時，在變形例2的控制方法，負的直流電壓週期性重覆第1狀態及第2狀態，將第1狀態在LF脈衝的各週期內之部分期間予以施加，再將第2狀態接著第1狀態予以施加。即使如此，也可控制離子能，而避免蝕刻率降低。
具體而言，在LF脈衝為正值期間的一部分或者全部，可控制成將DC的電壓以負值開啟或者設成負值並且絕對值成為高（High），在LF脈衝為負值期間的一部分或者全部，可控制成將DC的電壓關閉或者設成負值並且絕對值成為低（Low）。如此一來，LF脈衝會2值化，相應之下使DC的電壓2值化而予以控制，故控制會變得容易。
［變形例3-1、3-2］ 其次，就一實施形態的變形例3-1、3-2之控制方法，參考圖8A及圖8B予以說明。圖8A為表示一實施形態的變形例3-1之控制方法的時序表。圖8B為表示一實施形態的變形例3-2之控制方法的時序表。
例如，在變形例3-1、3-2的控制方法，將DC的電壓之第1狀態，在包含以電極電位為一例的週期性變動之參數或者同步於偏壓功率的射頻之週期的訊號為正值的部分期間予以施加，再將第2狀態接著第1狀態予以施加。在變形例3-1，DC的電壓之第1狀態為負值並且呈階段狀具有2個以上的電壓值。又，在變形例3-2，DC的電壓之第1狀態為負值並且呈平滑狀具有2個以上的電壓值。然而，DC的電壓之第1狀態可在包含電極電位為負值的部分期間予以施加。在變形例3-1、3-2，藉由將第1狀態的DC之電壓控制成多個值，而可更精確地控制離子能，防止蝕刻率降低。
［變形例4］ 在變形例4，DC的電壓之第1狀態採用重覆2個以上的電壓值之脈衝狀的電壓值。在圖9的範例，DC的電壓之第1狀態重覆負值的電壓值及0的電壓值。然而，不限於此，可重複3個電壓值等2個以上的電壓值。
［變形例5］ 偏壓功率可為正弦波形或者脈衝波形的功率，也可為修整波形的功率。也就是說，偏壓的電壓或者電流可為正弦波形，可為LF脈衝波形，可為圖10所示的修整波形。在修整波形，圖10所示的DC在第2狀態時可調變偏壓的功率，在第1狀態時可調變偏壓的功率。
並且，同樣地，DC的第1狀態採用2個以上的電壓值時，DC的波形除了可為圖8A、圖8B、圖9所示的波形，也可為圖10所示的修整波形。
（其他） 就控制部200的控制附註如下。 （附註1） 控制部200可在前述第1狀態的期間供給電源功率。也就是說，電源功率具有採用彼此相異的電壓值之第1狀態及第2狀態，將前述第1狀態，在同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間、或者在於前述偏壓功率的傳輸路徑所測定之週期性變動的參數之各週期內的部分期間予以施加，再將第2狀態接著前述第1狀態予以施加。 （附註2） 控制部200可在前述電極電位為正值的時序供給電源功率及負的直流電壓的至少一者。
以上，將控制方法及電漿處理裝置以上述實施形態予以說明，但本發明的控制方法及電漿處理裝置並不限定於上述實施形態，在本發明的範圍內可進行各種變形及改良。在上述多個實施形態所記載的事項可在不矛盾的範圍內予以組合。又，一實施形態及多個變形例可在不矛盾的範圍內予以組合。
本發明的電漿處理裝置可應用於電容式耦合電漿（Capacitively Coupled Plasma/CCP）、感應式耦合電漿（Inductively Coupled Plasma/ICP）、放射狀線槽孔天線（Radial Line Slot Antenna/RLSA）、電子迴旋共振電漿（Electron Cyclotron Resonance Plasma/ECR)、螺旋波電漿（Helicon Wave Plasma/HWP）的任一類型。
在本說明書，作為被處理體的一例可舉出晶圓W予以說明。然而，基板並不限於此，也可為用於液晶顯示器（Liquid Crystal Display/LCD）、平板顯示器（Flat Panel Display/FPD）的各種基板、CD基板、印刷基板等。
10:處理容器 16:載置台（下部電極） 34:上部電極 47:供電棒 46:匹配器 48:第1射頻電源 50:可變直流電源 66:處理氣體供給源 84:排氣裝置 88:匹配器 89:供電棒 90:第2射頻電源 91:GND區塊 100:處理器 102:訊號產生電路 200:控制部 LF:作為比電源功率的頻率低的頻率之偏壓功率的射頻
【圖1】圖1為表示一實施形態的電漿處理裝置之一例的圖。 【圖2A】圖2A為表示一實施形態的控制部之構成的一例之圖。 【圖2B】圖2B（a）、（b）為表示由裝在一實施形態的供電系統之感測器的相位訊號所控制的情況，或者由同步於偏壓功率的射頻之週期的訊號所控制的情況之圖。 【圖3】圖3為表示配合一實施形態的LF之DC等的供給時序之一例的圖。 【圖4】圖4（a）、（b）為表示一實施形態的電極之電位及電漿電位的一例之圖。 【圖5】圖5（a）、（b）為說明一實施形態的DC之供給時序的效果之用的圖。 【圖6A】圖6A為表示一實施形態的變形例1-1之控制方法的時序表。 【圖6B】圖6B為表示一實施形態的變形例1-2之控制方法的時序表。 【圖6C】圖6C為表示一實施形態的變形例1-3之控制方法的時序表。 【圖6D】圖6D為表示一實施形態的變形例1-4之控制方法的時序表。 【圖7】圖7為表示一實施形態的變形例2之控制方法的時序表。 【圖8A】圖8A為表示一實施形態的變形例3-1之控制方法的時序表。 【圖8B】圖8B為表示一實施形態的變形例3-2之控制方法的時序表。 【圖9】圖9為表示一實施形態的變形例4之控制方法的時序表。 【圖10】圖10為表示一實施形態的變形例5之控制方法的時序表。
LF:作為比電源功率的頻率低的頻率之偏壓功率的射頻

Claims (12)

  1. 一種控制方法，其係電漿處理裝置的控制方法，該電漿處理裝置具有：第1電極，其載置被處理體；及第2電極，其與前述第1電極對向，該控制方法的特徵為具有以下工序： 將偏壓功率供給到前述第1電極的工序；及 將負的直流電壓供給到前述第2電極的工序， 前述負的直流電壓週期性重覆採用第1電壓值的第1狀態、及採用絕對值比前述第1電壓值小的第2電壓值的第2狀態， 該控制方法包含第1控制工序，其將前述第1狀態在同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間、或者在前述偏壓功率的傳輸路徑所測定的週期性變動之參數的各週期內之部分期間予以施加，然後將前述第2狀態接著前述第1狀態予以施加。
  2. 如請求項1的控制方法，其中 前述週期性變動的參數為電壓、電流、電磁場、已產生的電漿之發光的變化或者被處理體上的電漿之鞘層厚度的變化。
  3. 如請求項1或2中任一項的控制方法，其中 前述部分期間包含同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號或者前述週期性變動的參數成為正的峰值之時序。
  4. 如請求項1至3中任一項的控制方法，其還包含第2控制工序，該第2控制工序使前述負的直流電壓以與同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之週期、或者與前述週期性變動的參數之週期為獨立的週期間歇地停止。
  5. 如請求項1至4中任一項的控制方法，其還包含第3控制工序，該第3控制工序使前述偏壓功率以與前述負的直流電壓之週期為獨立的週期間歇地停止。
  6. 如請求項1至3中任一項的控制方法，其還包含： 第2控制工序，其使前述負的直流電壓以與同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之週期、或者與前述週期性變動的參數之週期為獨立的週期間歇地停止；及 第3控制工序，其使前述偏壓功率以與前述負的直流電壓之週期為獨立的週期間歇地停止， 前述第2控制工序及前述第3控制工序同步。
  7. 如請求項1至6中任一項的控制方法，其中 前述偏壓功率為正弦波形、脈衝波形或者修整波形的功率。
  8. 如請求項1至7中任一項的控制方法，其中 前述第1狀態採用2個以上的電壓值。
  9. 如請求項1至8中任一項的控制方法，其中 前述第2狀態採用2個以上的電壓值。
  10. 如請求項1至9中任一項的控制方法，其中 前述第2狀態的電壓值為0。
  11. 一種電漿處理裝置，其具有： 第1電極，其載置被處理體； 第2電極，其與前述第1電極對向； 偏壓電源，其對於前述第1電極供給偏壓功率； 直流電源，其對於前述第2電極供給負的直流電壓；及 控制部，其控制前述偏壓功率及前述直流電壓， 該電漿處理裝置的特徵為： 前述負的直流電壓係週期性重覆採用第1電壓值的第1狀態、及採用絕對值比前述第1電壓值小的第2電壓值之第2狀態， 前述控制部的控制方式如下： 將前述第1狀態在同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號之各週期內的部分期間、或者在前述偏壓功率的傳輸路徑所測定的週期性變動之參數的各週期內之部分期間予以施加，然後將前述第2狀態接著前述第1狀態予以施加。
  12. 如請求項11的電漿處理裝置，其中 前述控制部作成同步於前述偏壓功率的射頻之週期的訊號或者同步於前述週期性變動的參數之同步訊號，從該同步訊號生成輸出前述直流電壓的直流電源用之控制訊號，再傳送到前述直流電源。
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