TWI576890B - Power supply system, plasma processing device and plasma processing method - Google Patents

Power supply system, plasma processing device and plasma processing method Download PDF

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Description

電源系統、電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明之各種面相及實施形態，係關於一種電源系統、電漿處理裝置及電漿處理方法。
半導體元件之製程中，為了在為被處理基體之半導體晶圓所形成之層處形成圖案，係使用電漿蝕刻處理。電漿蝕刻處理係將阻劑作為遮罩並藉由電漿來蝕刻半導體晶圓之層。
作為用以進行此般電漿蝕刻處理之電漿蝕刻裝置，有使用各式各樣者。現在電漿蝕刻裝置之主流乃為電容耦合型平行平板電漿蝕刻裝置。
電容耦合型平行平板電漿蝕刻裝置中，係於處理容器內設置一對平行平板電極，即上部電極及下部電極。處理容器內係供給有處理氣體，又，上部電極及下部電極之至少一者會被施加有高頻(RF)電功率，而在該等電極之間形成高頻電場。藉由此高頻電場來產生處理氣體之電漿，藉由該電漿來對半導體晶圓之層施以蝕刻。
電容耦合型平行平板電漿蝕刻裝置已知有例如專利文獻1所記載之電漿蝕刻裝置。此電漿蝕刻裝置係對載置電極施加具有50~500MHz範圍頻率之電漿產生用高頻電功率及具有1~4MHz範圍頻率之離子吸引用高頻電功率。藉此，便可以高選擇比來進行再現性高之蝕刻處理。此種蝕刻處理中，係使用在電漿中會支配正離子之處理氣體來進行蝕刻。
半導體元件製造所使用之蝕刻處理中，為了實現較深且狹窄形狀之加工係希望能提升縱寬比。最近，在縱寬比為20以上之HARC(High Ratio Contact)蝕刻，或形成縱寬比為40以上之Deep Trench的所謂次世代HARC，則被要求要能實現高縱寬比之蝕刻處理。
此般HARC蝕刻中，當進行蝕刻而縱寬比變高時，孔洞底部會存積正離 子使得蝕刻面帶正電。蝕刻面帶正電時，具有促進蝕刻之很大功用的正離子便不會直接進入到孔洞內。其結果，可能會產生蝕刻形狀之扭曲或歪斜。又，因孔洞底部帶正電，可能會產生遮蔽損傷(shading damage)。再者，由於正離子難以到達孔洞底部，故可能會降低蝕刻率。因此，為了形成高縱寬比之孔洞，有必要對以往之電漿蝕刻裝置進行改善。
專利文獻2記載有對應了上述改善必要性之電漿蝕刻裝置。專利文獻2所記載之電漿蝕刻裝置中，係以既定的週期來開、閉產生電漿產生用高頻電功率之高頻電源。然後，此電漿蝕刻裝置係透過高頻電源之開、閉期間將負的直流電壓(DC)施加至上部電極。由於高頻電源在閉的期間電漿會消失，故將被施加於上部電極之直流電壓所加速的負離子供給至孔洞底部，便能中和孔洞內之正電荷。孔洞內的正電荷被中和後，當開啟高頻電源來產生電漿時，正離子便會直接進入到孔洞內。因此，藉由此電漿蝕刻裝置，便可獲得良好的蝕刻形狀。
又，半導體元件之製造所使用的蝕刻處理中，係希望加工形狀的微細化。為了對應此要求，係使用藉由短波長之ArF氣體為發光源之雷射光所曝光之ArF光阻來作為蝕刻遮罩。使用ArF光阻之蝕刻遮罩可形成有例如約0.13μm以下之圖案開口。
然而，ArF光阻由於電漿耐受性低，故在蝕刻工序中會有產生表面粗糙之虞。因此，在圖案開口之內壁面會有縱紋(striation)產生，或圖案開口變廣(CD放大)的現象發生。從而，亦產生蝕刻選擇比要改善的必要性。
專利文獻3記載有對應了此改善必要性之電漿蝕刻裝置。專利文獻3所記載之電漿蝕刻裝置中，係將負的直流電壓施加至上部電極。將負的直流電壓施加至上部電極時，電漿產生時會在上部電極之附近產生電子。此電子會因上部電極之電位與電漿電位之電位差，而朝形成有ArF光阻之被處理體的方向被加速。當ArF光阻被電子照射時，因ArF光阻之聚合物構造會變化而增加蝕刻耐受性，故蝕刻選擇比會提高。
然而，因此電子照射所致之有機遮罩的改質效果乃係依存於被處理基體上之電漿鞘區厚度。亦即，被處理基體上存在有較厚之電漿鞘區的情況，電子會因電漿鞘區被反射而使得電子照射量減少。從而，在有機遮罩的改 質上，乃有進一步增加照射於有機遮罩之電子的必要。
專利文獻4記載有對應了此必要性之電漿蝕刻裝置。專利文獻4所記載之電漿蝕刻裝置中，係以既定週期來開、閉高頻電源。又，此電漿蝕刻裝置係具備有具有產生負的第1直流電壓之第1直流電源部及產生絕對值較第1直流電壓要大之負的第2直流電壓之第2直流電源部的直流電源。然後，在高頻電源為開啟的期間中，係將第1直流電源部連接至上部電極。再者，此電漿蝕刻裝置在高頻電源關閉的期間，係將第2直流電源部連接至上部電極。高頻電源在關閉的期間中，電漿會消失而電漿鞘區會變薄。此期間中，由於係對上部電極施加相對性絕對值較大之負的直流電壓，故有更多的電子會照射至有機遮罩。從而，依專利文獻4所記載之電漿蝕刻裝置，可更進一步地提高有機遮罩之改質效果。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
專利文獻1：日本特開2000-173993號公報
專利文獻2：日本特開2010-171320號公報
專利文獻3：日本特開2006-270019號公報
專利文獻4：日本特開2010-219491號公報
為了形成較上述專利文獻4所記載之電漿蝕刻裝置所形成之孔洞有著更高縱寬比之孔洞，有必要對有機材料之遮罩照射更大量的電子，來進一步提高有機材料之遮罩的改質效果。為了增加對有機材料遮罩之照射電子量，乃考慮重複高頻電功率之施加及停止的頻率、以及與此同步地將連接於上部電極之直流電源部在第1直流電源部及第2直流電源部之間進行切換之頻率加以高頻化。然而，由於高頻化的影響，在將連接至上部電極的直流電源部從第2直流電源部切換至第1直流電源部之際，會產生直流電源的輸出電壓無法控制於第1直流電壓的問題。因此，處理容器內的電漿便會變得不穩定。
在此，於本技術領域中，乃需要在對平行平板型電漿蝕刻裝置之上部電極施加絕對值不同之負的直流電壓之高頻切換時，追蹤直流電源之輸出電壓。
本發明一面相之電源系統，係使用於在處理容器內配置有包含於用以載置被處理體之載置台的下部電極、以及對向於該下部電極的上部電極之電漿處理裝置的電源系統。電源系統具備有：(a)高頻電源，係電連接於下部電極，而產生電漿產生用高頻電功率；(b)直流電源，係具有對上部電極給予為負的直流電壓之輸出電壓，而產生負的第1直流電壓之第1直流電源部、產生絕對值較該第1直流電壓要大之負的第2直流電壓之第2直流電源部、以及選擇性地將第1直流電源部及第2直流電源部連接至上部電極之選擇電路；以及(c)控制裝置，係控制高頻電源及直流電源。控制裝置會將第1控制訊號給予至該高頻電源而以既定頻率來交互地重複高頻電功率之輸出及該輸出之停止；將第2控制訊號給予至直流電源，而在高頻電功率輸出之期間，將第1直流電源部連接至上部電極，在高頻電功率輸出停止之期間，將第2直流電源部連接至上部電極。直流電源更包含有連接至第1直流電源部及選擇電路之間的節點之放電電路。
此電源系統中，在連接至上部電極的電源部從第2直流電源部切換至第1直流電源部時，處理容器內所蓄積之電子會透過放電電路而急速地放電。藉此，連接至上部電極的電源部從第2直流電源部切換至第1直流電源部時，直流電源之輸出電壓便會急速地被控制至第1直流電壓。從而，即便縮短對上部電極給予絕對值相異之負的直流電壓之切換週期，仍可追蹤直流電源之輸出電壓。由於可如此般地在直流電壓值切換週期之縮短化時追蹤直流電源之輸出電壓，故可將較大量的電子有效率地照射於被處理基體上之有機材料的遮罩，其結果，便可更加地提高有機材料之遮罩的改質效果。
一實施形態中，直流電源更可具有設於放電電路及節點之間的開關電路。依此實施形態，藉由控制開關電路，便可將放電電路從節點電氣性地切斷。此實施形態，可利用於對上部電極施予一定直流電壓之時。
一實施形態中，放電電路亦可包含有電阻元件。又，其他實施形態中，電源系統的放電電路亦可為包含電阻元件，而限制該電阻元件所流動之電流的電流值之電流限制電路。依此實施形態，由於限制了電子流動所伴隨 消耗之電流量，故可減低直流電源裝置所要求之電功率量，而可有效率地供給電功率。
一實施形態中，第1控制訊號可為用以切換高頻電功率之輸出及輸出之停止的脈衝訊號。又，第2控制訊號可為用以將連接至上部電極之直流電源部切換於第1直流電源部及第2直流電源部之間的脈衝訊號。此實施形態中，控制裝置亦可為可改變第1控制訊號及第2控制訊號之頻率、佔空比以及第1控制訊號及第2控制訊號之間的相位差。依此實施形態，藉由改變第1控制訊號及第2控制訊號之頻率、或第1控制訊號及第2控制訊號之間的相位差，便可控制照射至被處理基體之電子的量。從而，依此實施形態，便可將對應於被處理基體之蝕刻狀態的最佳量之電子照射至被處理基體上之蝕刻遮罩。
一實施形態中，控制裝置亦可監視控制裝置所輸出之第1控制訊號及第2控制訊號，在第1控制訊號及第2控制訊號包含有異狀的情況，會停止第1控制訊號及第2控制訊號之輸出。依此實施形態，在控制裝置所輸出之控制訊號包含有異狀的情況，便可停止對上部電極及下部電極之電功率的供給。例如，控制裝置在既定期間內，未確認到第1控制訊號及第2控制訊號的振幅變化之情況，便可從該控制裝置來停止第1控制訊號及第2控制訊號之輸出。
一實施形態中，直流電源亦可監視所輸入之第2控制訊號，在第2控制訊號包含有既定異狀的情況，會停止輸出電壓之輸出。依此實施形態，直流電源在為輸入訊號之第2控制訊號有異狀的情況，便可停止對上部電極之電壓的施加。例如，直流電源在既定期間中未確認到所輸入之第2控制訊號的振幅變化之情況，便可停止輸出電壓之輸出。
一實施形態中，第2控制訊號可為用以將連接至上部電極之直流電源部切換於第1直流電源部及第2直流電源部之間的脈衝訊號。此實施形態中，直流電源亦可比較直流電源之輸出電壓及所輸入之第2控制訊號，在輸出電壓之頻率與第2控制訊號之頻率之間有既定值以上之差異的情況，或，輸出電壓之佔空比與第2控制訊號之佔空比之間有既定值以上之差異的情況，會停止輸出電壓之輸出。依此實施形態，直流電源在無法輸出對應於 控制裝置之控制訊號的輸出電壓之情況，便可停止對上部電極之電壓的施加。
一實施形態中，高頻電源亦可監視所輸入之第1控制訊號，在該第1控制訊號包含有異狀的情況，會停止高頻電功率之輸出。依此實施形態，高頻電源在為輸入訊號之第1控制訊號有異狀的情況，便可停止對下部電極之電壓的施加。例如，高頻電源在既定期間中未確認到所輸入之第1控制訊號的振幅變化之情況，便可停止高頻電源之輸出。
一實施形態中，第1控制訊號可為用以切換高頻電功率之輸出及該輸出之停止的脈衝訊號。此實施形態中，高頻電源可比較高頻電源之高頻電功率及所輸入之第1控制訊號，在高頻電功率之頻率與第1控制訊號之頻率之間有既定值以上之差異的情況，或，高頻電功率之佔空比與第1控制訊號之佔空比之間有既定值以上之差異的情況，會停止高頻電功率之輸出。依此實施形態，高頻電源在無法輸出對應於控制裝置之控制訊號的高頻電功率之情況，便可停止對下部電極之電功率的施加。
一實施形態中，高頻電源在輸出高頻電功率之各期間中，於該高頻電功率之輸出開始的既定時間，以及較該高頻電功率之輸出停止之前的時間點到該高頻電功率之輸出停止為止的既定期間之間所設定的期間中，可監視該高頻電源所輸出之高頻電功率，並基於所監視之該高頻電功率，來進行該高頻電功率之輸出控制。依此實施形態，在反射波不會影響高頻電功率之監視值的期間中，便可監視該高頻電功率。因此，便可實現高頻電源裝置之良好的控制。
本發明之其他面相為平行平板型電漿處理裝置。電漿處理裝置係具備有：處理容器；氣體供給部，係將處理氣體供給至處理容器內；載置台，係用以載置被處理基體之該載置台，包含有下部電極；上部電極，係以對向於下部電極之方式設置於處理容器內；以及上述一面相或實施形態中任一者之電源系統。
此平行平板型電漿處理裝置由於具備有上述電源系統，故在給予上部電極之絕對值相異之負的直流電壓之切換週期縮短化時，可追蹤直流電源之輸出電壓。如此般，縱使在縮短從第1直流電壓至第2直流電壓之切換週 期的情況，由於可追蹤直流電源之輸出電壓，故可將較大量的電子有效率地照射至被處理基體上之有機材料的遮罩，其結果，可進一步地提高有機材料遮罩之改質效果。
本發明之再另一面相為使用上述電漿處理裝置之處理方法。此處理方法係包含有：以既定之頻率交互地重複對處理容器內所設置的下部電極之電漿產生用高頻電功率之輸出以及該輸出之停止，在該高頻電功率輸出之期間內，將負的第1直流電壓輸出至處理容器內與下部電極對向配置之上部電極，在該高頻電功率輸出停止之期間內，將絕對值較第1直流電壓要大之負的第2直流電壓輸出至上部電極之工序；以既定之頻率交互地重複對下部電極之電漿產生用高頻電功率之輸出以及該輸出之停止，在該高頻電功率輸出之期間以及該高頻電功率輸出停止之期間的兩者中，將第1直流電壓及第2直流電壓中之任一者輸出至上部電極之工序。
依此處理方法，便可對應於被處理基體之處理狀態(例如遮罩材料之差異)來將最適量的電子照射至被處理基體。
如以上所說明，依本發明一面相之電源系統，在給予平行平板型電漿處理裝置之上部電極絕對值相異之負的直流電壓之高頻切換時，便可追蹤直流電源之輸出電壓。
1‧‧‧電漿蝕刻裝置
10‧‧‧處理容器
16‧‧‧下部電極(晶座)
34‧‧‧上部電極
66‧‧‧氣體供給部
90‧‧‧電源系統
91‧‧‧直流電源
92‧‧‧第1高頻電源
93‧‧‧第2高頻電源
94‧‧‧控制裝置
101‧‧‧第1直流電源部
102‧‧‧第2直流電源部
104‧‧‧放電電路
105‧‧‧開關電路
109‧‧‧節點
140‧‧‧放電電路
A1~A4‧‧‧期間
C1‧‧‧控制訊號(第1控制訊號)
C2‧‧‧控制訊號
C5‧‧‧控制訊號(第2控制訊號)
Rs‧‧‧電阻元件
V1‧‧‧第1直流電壓
V2‧‧‧第2直流電壓
W‧‧‧半導體晶圓
圖1係概略顯示第1實施形態相關之電漿蝕刻裝置之剖視圖。
圖2係顯示一實施形態相關之電源系統的構成之圖式。
圖3係顯示一實施形態相關之直流電源的構成之電路圖。
圖4係顯示一實施形態相關之電漿蝕刻方法的主要工序之流程圖。
圖5係例示高頻電源之輸出波形及直流電源之輸出波形之時序圖。
圖6係用以說明電漿鞘區及二次電子之關係的圖式。
圖7係用以說明電漿鞘區及二次電子之關係的圖式。
圖8係概略顯示被處理基體之剖視圖。
圖9係顯示蝕刻初期之被處理基體狀態之剖視圖。
圖10係顯示已進行蝕刻階段之被處理基體狀態之剖視圖。
圖11係顯示停止電漿產生用高頻電功率施加時之被處理基體狀態的剖 視圖。
圖12係顯示停止電漿產生用高頻電功率之施加後，再施加高頻電功率時之被處理基體狀態的剖視圖。
圖13係顯示其他實施形態相關之電漿蝕刻方法的主要工序之流程圖。
圖14係例示高頻電功率之輸出波形及直流電源之輸出波形的時序圖。
圖15係顯示其他實施形態相關之放電電路之電路圖。
圖16係顯示其他實施形態相關之電源系統構成之圖式。
圖17係用以說明因輸出監視部所監視之訊號所包含之成分的圖式。
圖18係顯示實施例5~8中脈衝頻率與選擇比之關係的圖式。
以下，便參照添附圖式就本發明電漿處理裝置之各種實施形態進行詳細說明。另外，各圖式中乃針對相同或相當的部分則賦予相同的符號。
圖1係概略顯示具備一實施形態相關之電源系統的電漿蝕刻裝置之剖視圖。圖1所示之電漿蝕刻裝置1為電容耦合型平行平板電漿蝕刻裝置，具備略圓筒狀之處理容器10。處理容器10係由例如其表面由經陽極氧化處理之鋁所構成。此處理容器10乃為安全接地。
處理容器10底部上係設有藉由陶瓷等所構成之絕緣板12，該絕緣板12上係配置有圓柱狀之晶座支撐台14。此晶座支撐台14上係設有例如鋁製的晶座16。一實施形態中，晶座16係構成下部電極。電漿蝕刻裝置1中，係沿著該等晶座支撐台14側面及晶座16側面的方式，而設有筒狀之內壁構件26。內壁構件26為例如石英製。
晶座16上面係設有藉由靜電力來吸附保持半導體晶圓W之靜電夾具18。此靜電夾具18具有將為導電膜之電極20配置於一對絕緣層或絕緣片之間的構造。電極20係電連接有直流電源22。此靜電夾具18係藉由來自直流電源22之直流電壓所產生的庫倫力等之靜電力而可吸附保持半導體晶圓W。
為晶座16上面之靜電夾具18的周圍係配置有聚焦環(修正環)24。聚焦 環24為具有導電性者，可由例如矽所構成。此聚焦環24可提升蝕刻的均勻性。
晶座支撐台14內部係設有冷媒室28。冷煤室28會從外部所設置之冷卻單元透過配管30a,30b而循環供給既定溫度之冷媒，例如冷卻水。藉由控制此般循環之冷媒的溫度，來控制晶座16上所載置之半導體晶圓W的溫度。
又，電漿蝕刻裝置1係設有氣體供給管32。氣體供給管32係將來自傳熱氣體供給機構之傳熱氣體，例如He氣體供給至靜電夾具18上面及半導體晶圓W之內面之間。
為下部電極之晶座16上方係以和晶座16對向之方式設有上部電極34。晶座16與上部電極34係相互略平行地配置。該等上部電極34及下部電極16之間係區畫出用以於被處理基體W進行電漿蝕刻之處理空間E。上部電極34係對向於為下部電極之晶座16上的半導體晶圓W而形成與為電漿產生空間之處理空間W接觸的面，即對向面。
上部電極34係透過絕緣性遮蔽構件42而被支撐於處理容器10上部。上部電極34可包含有電極板36及電極支撐體38。電極板36係構成晶座16的對向面，而區畫出有複數個氣體噴出孔37。電極板36可由焦耳熱較少之低電阻導電體或半導體所構成。如後述般從強化阻劑的觀點來看，電極板36可由矽或SiC之含矽物質所構成。
電極支撐體38為可將電極板36裝卸自如者，例如由鋁之導電性材料所構成。此電極支撐體38具有水冷構造。電極支撐體38內部係設有氣體擴散室40。從此氣體擴散室40係向下方延伸有連通至氣體噴出孔37的複數氣體流通孔41。又，電極支撐體38係形成有將處理氣體引導至氣體擴散室40之氣體導入口62，此氣體導入口62係連接有氣體供給管64。
氣體供給管64係連接有處理氣體供給部66。氣體供給管64係由上游側依序設有直流控制器(MFC)68及開閉閥70。另外，施可取代MFC而設有FCS(Flow Control System)。處理氣體供給部66係供給例如C4F8氣體般之含氟碳系氣體(CxFy)之氣體或HBr、Cl2等之含腐蝕性氣體之氣體。來自處理氣體供給部66之處理氣體會從氣體供給管64至氣體擴散室40，透過氣體流通孔41及氣體噴出孔37而噴出至處理空間E。亦即，上部電極34具有用以 供給處理氣體之噴淋頭機能。
又，電漿蝕刻裝置1可更具備有接地導體10a。接地導體10a為略圓筒狀之接地導體，係以從處理容器10側壁朝較上部電極34之高度位置要上方延伸的方式加以設置。
此電漿蝕刻裝置1係具備有一實施形態相關之電源系統90。電源系統90係將高頻電功率施加至下部電極16，將直流電壓施加至上部電極34。關於此電源系統90之詳細將於後述。
又，電漿蝕刻裝置1中，係沿著處理容器10內壁裝卸自如地設有沉積物遮罩11。又，沉積物遮罩11亦設於內壁構件26之外周。沉積物遮罩11係防止蝕刻副產物(沉積物)附著於處理容器10者，可由將Y2O3等之陶瓷披覆於鋁材來加以構成。
處理容器10底部側中，係於內壁構件26及處理容器10內壁之間設有排氣板83。排氣板83可由例如將Y2O3等之陶瓷披覆於鋁材來加以構成。此排氣板83下方中之處理容器10係設有排氣口80。排氣口80係透過排氣管82連接有排氣裝置84。排氣裝置84具有渦輪分子泵等之真空泵，可將處理容器10內減壓至所欲之真空度。又，處理容器10之側壁係設有半導體晶圓W之搬出入口85，此搬出入口85係藉由閘閥86而可開閉。
又，處理容器10內壁係設有導電性構件(GND塊)88。導電性構件88係以在高度方向位於和半導體晶圓W的相同高度之方式來組裝於處理容器10之內壁。此導電性構件88係DC性地接地，而發揮異常放電防止效果。另外，導電性構件88設於電漿產生區域即可，其設置位置不限於圖1所示之位置。例如，導電性構件88亦可設於晶座16周圍等、晶座16側，又，亦可環狀地設於上部電極34外側等、設於上部電極附近等。
電漿蝕刻裝置1之各構成部，例如電源系統或氣體供給系統、驅動系統及電源系統90等，係構成為連接至包含微處理器(電腦)之主控制裝置100而被加以控制。又，主控制裝置100為了操作員管理電漿蝕刻裝置1係連接有進行指令等輸入操作之鍵盤、或將電漿蝕刻裝置1之作動狀況可視化地顯示之顯示器等所構成之使用者介面100a。
再者，主控制裝置100連接有記憶部100b，係收納有用以將在電漿蝕刻 裝置1所實行之各種處理以主控制裝置100之控制來加以實現之控制程式，或用以對應於處理條件來將處理實行於電漿蝕刻裝置1之各構成部之程式，亦即處理配方。處理配方係記憶在記憶部100b中之記憶媒體。記憶媒體可為硬碟或半導體記憶體，亦可為CDROM、快閃記憶體等之可移動性者。又，亦可從其他裝置透過例如專用迴線來適當地傳送配方。
然後，應需要，藉由以來自使用者介面100a之指示等來從記憶部100b將任意之處理配方叫出而實行於主控制裝置100，便會在主控制裝置100之控制下，在電漿蝕刻裝置1進行所欲之處理。
以下，參照圖2，就電源系統90加以詳細說明。圖2係顯示一實施形態相關之電源系統之構成。如圖2所示，電源系統90係具備有直流電源91、高頻電源92,93、以及控制裝置94。又，電源系統90係具備有低通濾波器(LPF)96及匹配器97,98。
第1高頻電源92會產生電漿產生用第1高頻電功率，將該第1高頻電功率透過配線L1而朝第1匹配器97輸出。第1高頻電源92係輸出27~100MHz之頻率，一範例中，係輸出40MHz之第1高頻電功率。第1高頻電源92係透過第1匹配器97連接至下部電極16。第1匹配器97係將負荷阻抗匹配於第1高頻電源92之內部(或輸出)阻抗者。第1匹配器97在處理容器10內產生電漿時會將第1高頻電源92之輸出阻抗與負荷阻抗加以一致，而將第1高頻電功率透過配線L2朝下部電極16輸出。
第2高頻電源93係將偏壓施加至晶圓W，產生用以將離子吸引至半導體晶圓W的第2高頻電功率，而將第2高頻電功率透過配線L3朝第2匹配器98輸出。第2高頻電源93係輸出400kHz~13.56MHz範圍內之頻率，一範例中，係輸出3MHz之第2高頻電功率。第2高頻電源93係透過第2匹配器98連接至下部電極16。第2匹配器98係用以將負荷阻抗匹配至第2高頻電源93內部(或輸出)阻抗者。第2匹配器98在處理容器10內產生電漿時會將第2高頻電源93之輸出阻抗與負荷阻抗加以一致，而將第2高頻電功率透過配線L4朝下部電極16輸出。
高頻電源92,93及匹配器97,98係連接至控制裝置94，藉由該控制裝置94而被加以控制。控制裝置94係具備有系統控制部94a及脈衝產生部94b。 系統控制部94a係連接至脈衝產生部94b。系統控制部94a會基於主控制裝置100所輸入之控制訊號而對脈衝產生部94b輸出用以產生脈衝訊號之訊號。
脈衝產生部94b係連接至第1高頻電源92、第2高頻電源93、第1匹配器97以及第2匹配器98。脈衝產生部94b會基於系統控制部94a所輸入之訊號，而輸出具有既定頻率及佔空比的幾個(複數)之脈衝訊號。此處，脈衝訊號為在其振幅中交互採取第1級數及第2級數之訊號。以下，係以第1級數為較第2級數要高的級數，來接續說明，但亦可為第2級數係較第1級數為要高的級數。
控制裝置94會控制第1高頻電源92之開、閉。因此，控制裝置94會將脈衝產生部94b所輸出之脈衝訊號之一作為控制訊號C1而透過配線L5供給至第1高頻電源92。此控制訊號C1可為一實施形態之第1控制訊號。第1高頻電源92會對應於控制訊號C1之級數，進行第1高頻電功率之輸出及該輸出之停止。例如，第1高頻電源92在控制訊號C1為第1級數時，會輸出第1高頻電功率，控制訊號C1為第2級數時，會停止第1高頻電功率的輸出。藉此，便會在處理容器10內交互地形成有電漿存在之狀態及電漿消滅之狀態。
又，控制裝置94會控制第2高頻電源93之開、閉。具體而言，控制裝置94在第1高頻電源92輸出第1高頻電功率之期間，會藉由第2高頻電源93輸出第2高頻電功率，在第1高頻電源92停止第1高頻電功率之輸出的期間，會停止第2高頻電源93之第2高頻電功率之輸出，來控制第2高頻電源93之開、閉。因此，控制裝置94會將脈衝產生部94b所輸出之脈衝訊號之一作為控制訊號C2，透過配線L6供給至第2高頻電源93。第2高頻電源93會對應於控制訊號C2之級數，進行第2高頻電功率之輸出及該輸出之停止。例如，第2高頻電源93會在控制訊號C2為第1級數時輸出第2高頻電功率，在控制訊號C2為第2級數時停止第2高頻電功率之輸出。
另外，被供給至第1高頻電源92之控制訊號C1即被供給至第2高頻電源93之控制訊號C2亦可為同步。亦即，控制訊號C1之相位與控制訊號C2之相位亦可為相同。又，控制訊號C1及控制訊號C2亦可使用相同之脈 衝訊號。亦可與此不同地，在控制訊號C1及控制訊號C2之間設定既定的相位差。亦即，亦可以在第1高頻電源92輸出第1高頻電功率之期間中的部分期間，藉由第2高頻電源93輸出第2高頻電功率，在第1高頻電源92停止輸出第1高頻電功率之期間中的部分期間，停止藉由第2高頻電源93輸出第2高頻電功率之方式，來在控制訊號C1及控制訊號C2之間設定既定之相位差。
再者，控制裝置94會以第1匹配器97之匹配動作同步於第1高頻電源92之開、閉的方式來控制第1匹配器97。因此，控制裝置94會將脈衝產生部94b所輸出之脈衝訊號之一作為控制訊號C3，透過配線L7而供給至第1匹配器97。又，控制裝置94會以第2匹配器98之匹配動作同步於第2高頻電源93之開、閉的方式來控制第2匹配器98。因此，控制裝置94會將脈衝產生部94b所輸出之脈衝訊號之一作為控制訊號C4，透過配線L8而供給至第2匹配器98。
在第1匹配器97無法追蹤第1高頻電源92之開、閉的情況，控制裝置94可以第1匹配器97不會動作之方式來進行控制。亦即，控制裝置94亦可以將第1高頻電源92在開啟時之匹配狀態維持於第1高頻電源92為關閉時的方式來控制第1匹配器97。又，第2匹配器98在無法追蹤第2高頻電源93之開、閉的情況，控制裝置94可以第2匹配器98不會動作之方式來進行控制。亦即，控制裝置94亦可以將第2高頻電源93在開啟時之匹配狀態維持於第2高頻電源93為關閉時的方式來控制第2匹配器98。但是，第1匹配器97及第2匹配器98的動作在十分快速的情況，亦可以第1高頻電源92內部阻抗與包含處理容器10內之電漿的負荷阻抗會一致之方式，來控制第1匹配器97。同樣地，亦可以第2高頻電源93內部阻抗與包含處理容器10內之電漿的負荷阻抗會一致之方式，來控制第2匹配器98。
如圖2所示，直流電源91會將為負的直流電壓之輸出電壓給予至上部電極34。直流電源91係透過配線L9連接至控制裝置94，再者，透過配線L10連接至LPF96。然後，LPF96會透過配線L11連接至上部電極34。以下，除了圖2再參照圖3，就直流電源91作進一步的說明。圖3係顯示一實施形態相關之直流電源構成之電路圖。圖3所示之直流電源91係具備第1直 流電源部101、第2直流電源部、選擇電路103、放電電路104。
第1直流電源部101係電連接至選擇電路103，而產生為負的直流電壓之第1直流電壓。第1直流電壓係設定在例如0~-800V之間。一實施形態中，在第1直流電源部101及選擇電路103之間係設有用以穩定第1直流電壓之數值的電路部106。此電路部106係具有電容106a,106b及電阻元件106c。電阻元件106c一端係連接至第1直流電源部101，該電阻元件106c之另端係連接至選擇電路103。又，電容106a及106b之一端係連接至接地電位，該等電容之另端係連接至第1直流電源部101及電阻元件106c之間的節點。電容106a,106b係具有例如1μF之電容量，電阻元件106c係具有例如50Ω的電阻值。
第2直流電源部102係電連接至選擇電路103，而產生第2直流電壓。第2直流電壓為負的直流電壓，其絕對值係較第1直流電壓的絕對值要大。第2直流電壓從例如將有機材料之遮罩改質的觀點來看，絕對值越大越好，並未存在上限。但是，考慮到電漿蝕刻裝置1之耐受性時，第2直流電壓可設定為絕對值較-2000V要小的電壓。第2直流電源部102與選擇電路103之間係設有用以穩定第2直流電壓之數值的電路部107。此電路部107係具有電容107a,107b及電阻元件107c。電阻元件107c一端係連接至第2直流電源部102，該電阻元件107c另端係連接至選擇電路103。又，電容107a及107b之一端係連接至接地店為，該等電容之另端係連接至第2直流電源部102及電阻元件107c之間的節點。電容107a,107b係具有例如1μF之電容量，電阻元件107c係具有例如50Ω的電阻值。
選擇電路103係選擇性地將第1直流電源部101及第2直流電源部102連接至上部電極34。一實施形態中，選擇電路103係具有2個開關元件103a及103b。開關元件103a及103b分別具有第1端子、第2端子及控制端子。開關元件103b之第1端子係電連接至第1直流電源部101。開關端子103a之第1端子係電連接至第2直流電源部102。開關元件103a之第2端子及開關元件103b之第2端子係相互電連接，該等輸出端子間之節點係透過LPF96連接至上部電極34。另外，LPF96係捕集來自後述第1高頻電源92及第2高頻電源93之高頻，可由例如LR濾波器或LC濾波器所構成。
開關元件103a之控制端子及開關元件103b之控制端子係透過電路部108連接至控制裝置94之脈衝產生部94b。電路部108包含有連接至開關元件103a之反轉電路108a及連接至開關元件103b之非反轉電路108b。控制裝置94之脈衝產生部94b所輸出之脈衝訊號之一會作為控制訊號C5而供給至直流電源91。，此控制訊號C5可為一實施形態之第2控制訊號。此控制訊號C5在第1高頻電源92輸出第1高頻電功率之期間，會將第1直流電源部101選擇性地連接至上部電極34，在第1高頻電源92停止輸出第1高頻電功率之期間，會以將第2直流電源部102選擇性地連接至上部電極34之方式，來控制開關元件103a及開關元件103b。例如，控制訊號C5為第1級數時，開關元件103b會關閉而將第1直流電源部101連接至上部電極34，控制訊號C5為第2級數時，開關元件103a會關閉而將第2直流電源部102連接至上部電極34。將此般控制訊號C5供給至直流電源91時，會從反轉電路108a將控制訊號C5之反轉脈衝訊號供給至開關元件103a之控制端子。另一方面，開關元件103b之控制端子係從非反轉電路108b供給有控制訊號C5之非反轉訊號。藉此，選擇電路103在第1高頻電源92輸出第1高頻電功率之期間，會選擇性地將第1直流電源部101連接至上部電極34。又，選擇電路103在第1高頻電源92停止輸出第1高頻電功率之期間，會選擇性地將第2直流電源部102連接至上部電極34。
另外，控制訊號C5亦可為與控制訊號C1及控制訊號C2同步之訊號。又，控制訊號C1及/或控制訊號C2雖為相同脈衝訊號，但亦可使用控制訊號C5。與此不同地，控制訊號C5與控制訊號C1之間亦可設有既定的相位差。亦即，亦可以在第1高頻電源92輸出第1高頻電功率之期間的部分期間中，將第1直流電源部101選擇性地連接至上部電極34，在第1高頻電源92停止輸出第1高頻電功率之期間的部分期間中，將第2直流電源部102選擇性地連接至上部電極34之方式，來在控制訊號C1與控制訊號C5之間設定既定的相位差。
又，如圖3所示，直流電源91更具備有放電電路104。放電電路104係連接至第1直流電源部101與選擇電路103之間的節點109。此節點109具體而言，係設於開關元件103b之輸入端子與電路部106之間。放電電路104 在連接至上部電極34之直流電源部從第2直流電源部102切換至第1直流電源部101時，會將處理容器10內所蓄積之電荷對接地電位放電。一實施形態中，放電電路104包含電阻元件Rs。此電阻元件Rs一端係連接至接地電位，其另端連接至節點109。電阻元件Rs具有例如10~100kΩ之電阻值，例如可具有200Ω之電阻值。
如此般，電漿蝕刻裝置1中，在連接至上部電極34之直流電源部從第2直流電源部102切換至第1直流電源部101時，處理容器10內所蓄積之電子便會通過放電電路104急速地加以放電。藉此，在連接至上部電極34之直流電源部從第2直流電源部102切換至第1直流電源部101時，直流電源91之輸出電壓便會急速地被控制至第1直流電壓。因此，便可在對上部電極給予絕對值不同之負的直流電壓之高頻切換時，來追蹤直流電源91之輸出電壓。例如，直流電源91在切換為較20kHz要大的頻率之直流電壓亦可加以追蹤。如此般，由於在高頻之直流電壓值的切換時可追蹤直流電源之輸出電壓，故可將更大量的電子有效率地照射至半導體晶圓W上之有機遮罩，其結果，可進一步地提高有機材料之遮罩的改質效果。
如圖3所示，一實施形態中，電漿蝕刻裝置1之直流電源91可進一步地具備有開關電路105。此開關電路105係設在放電電路104與節點109之間。開關電路105可將放電電路104選擇性地連接至節點109。具體而言，在將第1直流電源部101及第2直流電源部交互地連接至上部電極34的情況，可關閉開關電路105，來將放電電路104連接至節點109。另一方面，僅將第1直流電源部101及第2直流電源部102中一者接續性地連接至上部電極34的情況，可打開開關電路105，來從節點109將放電電路104切離。相關開關電路105之控制，可藉由來自控制裝置94之控制訊號來加以實施。如此般，電漿蝕刻裝置1便可切換於將第1直流電源部101及第2直流電源部102交互地連接至上部電極34之第1模式，及僅將第1直流電源部101及第2直流電源部102中一者接續性地連接至上部電極34之第2模式。
以下，便就使用圖1之電漿蝕刻裝置1的電漿蝕刻方法之一實施形態來加以說明。圖4係顯示一實施形態相關之電漿蝕刻方法的主要工序之流程圖。
(第1工序：S11)
圖4所示之電漿蝕刻方法中，首先，係準備為被處理基體之半導體晶圓W。如圖8所示，所準備之半導體晶圓W可為於Si基板120上形成有絕緣膜121，其上形成有作為蝕刻遮罩之藉由光微影而圖案化的光阻膜(例如ArF阻劑膜)122之構造。
(第2工序：S13)
接著，本方法中，係將半導體晶圓W配置於電漿蝕刻裝置1內。具體而言，係將閘閥86為開啟狀態，透過搬出入口85將上述構成之半導體晶圓W搬入至處理容器10內，而載置於晶座16上。在此狀態下，將閘閥86關閉，藉由排氣裝置84將處理容器10內一邊排氣，一邊從處理氣體供給部66將處理氣體以既定流量朝處理容器10內供給，將處理容器10內壓力設定於例如0.1~150Pa範圍內的數值。此時，半導體晶圓W會藉由從直流電源22對靜電夾具18之電極20施加直流電壓而被固定於靜電夾具18。
此處，處理氣體可使用例如C4F8氣體般之氟碳系氣體(CxFy)所代表之含鹵素元素之氣體。再者，處理氣體亦可含有Ar氣體或O2氣體等其他氣體。
(第3工序：S15)
本方法接著的第3工序中，係交互地重複工序S17及工序S18。在進行工序S17之期間A1中，係對應於為第1級數之控制訊號C1，第1高頻電源92會將第1高頻電功率(參照圖5之波形G1)施加至下部電極16，對應於為第1級數之控制訊號C2，第2高頻電源93會將第2高頻電功率(參照圖5之波形G2)施加至下部電極16。又，在期間A1中，係對應於為第1級數之控制訊號C5，直流電源91會將第1直流電壓V1(參照圖5之波形G3)施加至上部電極34。藉此，上部電極34及下部電極16之間便會形成高頻電場，藉由該電場所產生之庫倫放電，則被供給至處理空間E之處理氣體便會電漿化。藉由此電漿所產生之正離子或自由基，便會以光阻膜122為遮罩來蝕刻半導體晶圓W之絕緣膜121。另外，在期間A1中施加至上部電極34的第1直流電壓係藉由第1直流電源部101所產生者，其電壓值為負值，係設定於欲形成之電漿所對應之數值。
進行工序S18之期間A2中，對應於為第2級數之控制訊號C1，第1高 頻電源92會停止第1高頻電功率之輸出(參照圖5之波形G1)，並對應於為第2級數之控制訊號C2，第2高頻電源93會停止第2高頻電功率之輸出(參照圖5之波形G2)。又，期間A2中，會對應於為第2級數之控制訊號C5，直流電源91會將第2直流電壓V2(參照圖5之波形G3)施加至上部電極34。藉此，在期間A2中，處理空間E內之正離子衝撞至上部電極34所產生之二次電子便會朝半導體晶圓W加速，而照射至該半導體晶圓W。另外，期間A2可為例如50μsec以下之時間。藉由將期間A2設定為50μsec以下，便能將無助於蝕刻之期間縮短，可提高蝕刻處理的效率。
第3工序S15中，至判定為滿足結束條件(工序S19)為止的期間，會重複包含工序S17及工序S18之處理工序S16。處理工序S16之結束條件可以例如獲得所欲蝕刻深度的假定時間等來加以規定。當滿足處理工序S16之結束條件時，便結束本電漿蝕刻方法。
依使用以上說明之電漿蝕刻裝置1的電漿蝕刻方法，藉由將電漿產生用第1高頻電功率施加至下部電極16，便可在靠半導體晶圓W更近的區域來來產生電漿。又由於電漿不會擴散至較廣區域而可抑制處理氣體的解離，故縱使是處理容器10內之壓力較高而電漿密度較低的條件，亦能提升蝕刻率。又，縱使是電漿產生用第1高頻電功率的頻率較高的情況，由於可確保較大的離子能量，故可提高效率。又，如本實施形態般藉由個別地對下部電極16施加電漿產生用第1高頻電功率及離子吸引用第2高頻電功率，便可獨立地控制電漿蝕刻所必要之電漿形成機能及離子吸引機能。因此，便可滿足要求高微細加工性之蝕刻條件。再者，由於可將27MHz以上之高頻區域的高頻電功率作為電漿產生用第1高頻電功率來加以供給，故可將電漿高密度化，縱使更低壓的條件下亦可產生高密度電漿。
又，本電漿實施方法中，由於係從直流電源91將負的直流電壓施加至上部電極34，故電漿中的正離子會衝撞上部電極34而於其附近產生二次電子，會將其二次電子朝鉛直方向下方加速，而可將加速後之二次電子(高速電子)朝半導體晶圓W加以照射。此時，被照射至半導體晶圓W之電子可將為蝕刻耐受性較低的有機膜之光阻膜(尤其是ArF光阻膜)122加以改質而強化。
因此般高速電子對有機材料之遮罩的改質效果乃依存於半導體晶圓W上之電漿鞘區厚度。亦即，期間A1之蝕刻時，係除了來自第1高頻電源92之第1高頻電功率外，乃施加了來自偏壓施加用第2高頻電源93之第2高頻電功率。藉此，當如圖6所示電漿鞘區S之厚度變厚時，未因施加至上部電極34之直流電壓而充分加速的電子或負離子由於會因鞘區S而反彈，便無法被供給至半導體晶圓W。亦即，鞘區S的厚度會成為障壁，使得接觸孔123底部無法被供給有充分的負離子而無法獲得中和接觸孔123內之正電荷的效果。再者，無法將充足的電子供給至光阻膜122，而亦無法獲得充分的改質效果。
然而，如圖7所示，在期間A2中，由於第1高頻電源92及第2高頻電源93係關閉的，故電漿鞘區S會消滅或減少，所以可將二次電子(高速電子)容易地照射至半導體晶圓W。又，期間A2中，由於將絕對值較大之負的第2直流電壓施加至上部電極34，故可將大量的電子或負離子供給至半導體晶圓W。
再者，本電漿蝕刻方法中，係使用電漿蝕刻裝置1，此裝置1由於具有可在對上部電極34給予絕對值相異之負的直流電壓的高頻切換時追蹤輸出電壓之直流電源91，故可使得將期間A1及期間A2作為1週期之工序S17及工序S18的重複頻率高頻化。因此，本電漿蝕刻方法中，會在電漿關閉的期間將大量的負離子供給至接觸孔123底部，可獲得中和接觸孔123內之正電荷的效果，並可將大量的電子朝光阻膜122照射。其結果，可獲得良好的蝕刻形狀，並更提高光阻膜122之改質效果。
然而，以往的電漿蝕刻方法中，如圖9所示，蝕刻初期，因蝕刻所形成之接觸孔123較淺，光阻膜122會因電漿中之電子而帶負電，主要進行蝕刻之正離子可如箭頭所示方向朝接觸孔123之底面直接前進。另外，圖9及後面參照的圖10~圖12中，電子是以「e」表示，帶負電或負離子是以「-」表示，正離子是以「+」表示。
然後，以往的電漿蝕刻方法中，會從圖9所示的狀態來進行蝕刻，如圖10所示，當接觸孔123之縱寬比變高時，接觸孔123的壁面便會成為帶正電狀態。因此，為了蝕刻而進入至接觸孔123內的正離子便會相對於接觸 孔123內之正電荷而反彈，使得該正離子之行進方向如圖中箭頭所示般彎曲，其結果，便會產生蝕刻形狀的扭曲或歪斜。
另一方面，使用電漿蝕刻裝置1之本電漿蝕刻方法中，在進行工序S18之期間A2中，如圖11所示，接觸孔123內會被供給有電子，而藉由該電子來中和接觸孔123內之正電荷。因此，如圖12所示，在接著的期間A1中將第1高頻電源92及第2高頻電源93開啟時，接觸孔123內之正電荷會減少，而正離子便可如圖中箭頭所示般直接進入至接觸孔123內。因而，依本電漿蝕刻方法，可改善蝕刻形狀，且可提高蝕刻率。
以下，參照圖13，就使用電漿蝕刻裝置1之電漿蝕刻方法的其他實施形態來加以說明。圖13所示之電漿蝕刻方法中，係重複圖14所示之包含工序S17及工序S18之第1處理工序S16，再者，重複第2處理工序S23。第1處理工序S16中，係將第1直流電源部101及第2直流電源部102交互地連接至上部電極34。亦即，第1處理工序S16中，電漿蝕刻裝置1係使用上述之第1模式。另一方面，第2處理工序S23中，電漿蝕刻裝置1係使用上述之第2模式。
如圖13所示，第2處理工序S23係含有交互地實施之工序S25及工序S27。實施工序S25之期間A6中，會對應於為第1級數之控制訊號C1，第1高頻電源92會將第1高頻電功率(參照圖14之波形G6)施加至下部電極16，並對應於為第1級數之控制訊號C2，第2高頻電源93會將第2高頻電功率(參照圖14之波形G7)施加至下部電極16。
又，在進行工序S27之期間A7中，會對應於為第2級數之控制訊號C1，第1高頻電源92會停止第1高頻電功率之輸出(參照圖14之波形G6)，並對應於為第2級數之控制訊號C2，第2高頻電源93會停止第2高頻電功率之輸出(參照圖14之波形G7)。
再者，第2處理工序S23中，通過期間A6及A7，直流電源91會將第3直流電壓連續性地施加至上部電極34(參照圖14之波形G8)。此第3直流電壓為上述第1直流電壓及第2直流電壓之任一者。因此，直流電源91會通過期間A9及A7來僅關閉開關元件103a及103b中一者，而僅將第1直流電源部101及第2直流電源部102中一者連接至上部電極34。又，第2處 理工序S23中，由於未進行輸出電壓之切換，故開關電路105為開放狀態，放電電路104會從節點109切離。因此，便會抑制因放電電路104之電力消耗。
圖13所示之電漿蝕刻方法中，在至判斷滿足結束條件為止(工序S28)之期間，會重複第2處理工序S23。處理工序S23之結束條件可以例如獲得所欲蝕刻深度的假定時間等來加以規定。當滿足處理工序S23之結束條件時，便結束本電漿蝕刻方法。
圖13所示之電漿蝕刻方法，可如以下說明般加以利用。亦即，在應供給大量電子至半導體晶圓W之情況，係實施第1處理工序S16，又，在減少供給至半導體晶圓W之電子量亦可的情況，可藉由將第1直流電源部101連接至上部電極34來實施第2處理工序S23。另外，應供給至半導體晶圓W的電子量可依存於蝕刻對象之膜質等。如此般，依圖13所示之電漿蝕刻方法，便可在蝕刻程序之途中調整供給至半導體晶圓W之電子量。另外，實施第1處理工序S16及第2處理工序S23之順序，亦可相反於圖13所示之順序，又，係可交互地進行第1處理工序S16及第2處理工序S23。
以下，便參照圖15就其他實施形態相關之放電電路加以說明。電漿蝕刻裝置1可取代放電電路104而使用圖15所示之放電電路140。此放電電路140為電流限制電路，包含有npn型電晶體Q1,Q2及電阻元件Rb,Rs。
電晶體Q1之集極係連接至接地電位，射極係透過節點B1連接至電阻元件Rs之一端及電晶體Q2之基極。電晶體Q1之基極係透過節點B2連接至電阻元件Rb之一端及電晶體Q2之集極。電晶體Q2之集極係透過節點B2連接至電阻元件Rb之一端及電晶體Q1之基極，射極係透過節點B3連接至電阻元件Rs之另端及開關電路105。電阻元件Rb之一端係透過節點B2連接至電晶體Q1之基極及電晶體Q2之集極，另端係連接至既定電位141。
此放電電路140中，於初期會將使得該電晶體Q為開啟狀態之電壓給予至電晶體Q1之基極-射極之間。然後，連接至上部電極34之直流電源部從第2直流電源部102切換至第1直流電源部101時，會增加電阻元件Rs所流通之電流，其結果，會在該電晶體Q2之基極-射極之間產生使得電晶體Q2為開啟狀態之電壓。當電晶體Q2為開啟狀態時，電流會流至電晶體Q2 而減少電晶體Q1之基極電流。藉此，便會限制電阻元件所流通之電流的電流值。從而，依放電電路140，便可減低直流電源裝置所要求之電功率量。
接著，參照圖16，就其他實施形態相關之電源系統加以說明。圖16所示之電源系統90A在直流電源91A、第1高頻電源92A第2高頻電源93A及控制裝置94A分別搭載有監視同步控制狀態之機能此點，係與電源系統90不同。另外，電源系統90A之該等要素以外的構成及機能，則與電源系統90所對應要素之構成及機能相同。
直流電源91A更包含有監視所輸入的控制訊號C5之輸入監視部91a及監視該直流電源91A所輸出的輸出電壓之輸出監視部91b。輸入監視部91a係配置於控制裝置94A及直流電源91A之電路部108之間，以確認控制訊號C5振幅變化之有無。控制訊號C5為脈衝訊號，因此，於1週期中其振幅有變化狀態乃為正常狀態。另一方面，在超過1週期而未確認控制訊號C5振幅變化之狀態或於一定時間以上振幅未變化之狀態，乃為異常狀態。直流電源91A在判斷輸入監視部91a所監視之控制訊號C5為異常狀態時，會進行停止輸出電壓之輸出的控制。
又，輸入監視部91a會監視控制訊號C5之頻率及佔空比。輸出監視部91b係配置於選擇電路103及LPF96之間，以監視直流電源91A之輸出電壓之頻率及佔空比。直流電源91A會比較控制訊號C5之頻率及直流電源91A之輸出電壓之頻率。比較的結果，在該等頻率之間確認有預設之閾值以上的差的情況，直流電源91A會進行停止其輸出電壓之輸出的控制。再者，直流電源91A會比較控制訊號C5之佔空比及該直流電源91A之輸出電壓之佔空比。比較的結果，在該等佔空比之間確認有預設之閾值以上的差的情況，直流電源91A會進行停止其輸出電壓之輸出的控制。藉此，直流電源91A在無法對應於控制裝置94A之控制訊號C5而輸出輸出電壓的情況，便可停止對上部電極34之電壓的施加。
第1高頻電源91A更包含有監視所輸入之控制訊號C1之輸入監視部92a及監視所輸出之第1高頻電功率之輸出監視部92b。又，第2高頻電源93A更具備監視所輸入之控制訊號C2之輸入監視部93a及監視所輸出之第2高頻電功率之輸出監視部93b。
輸入監視部92a會確認第1高頻電源92A所輸入之控制訊號C1振幅變化之有無。控制訊號C1為脈衝訊號，因此，於1週期中其振幅有變化狀態乃為正常狀態。另一方面，在超過1週期而未確認控制訊號C1振幅變化之狀態或於一定時間以上控制訊號C1振幅未變化之狀態，乃為異常狀態。第1高頻電源92A在判斷輸入監視器92a所監視之控制訊號C1為異常狀態的情況，會進行停止第1高頻電功率之輸出的控制。又，同樣地，輸入監視部93a會確認第2高頻電源93A所輸入之控制訊號C2振幅變化之有無。第2高頻電源93A在判斷輸入監視器93a所監視之控制訊號C2為異常狀態的情況，亦即，超過1週期未確認到控制訊號C2之振幅變化的狀態，或一定時間以上，未檢出控制訊號C2之振幅有變化的狀態，會進行停止第2高頻電功率之輸出的控制。
輸入監視部92a會監視第1高頻電源92A所輸入之控制訊號C1之頻率及佔空比，輸入監視部93a會監視第2高頻電源93A所輸入之控制訊號C2之頻率及佔空比。輸出監視部92b會監視第1高頻電源92A之輸出訊號的頻率及佔空比，輸出監視部93b會監視第2高頻電源93A之輸出訊號的頻率及佔空比。第1高頻電源92A會比較所監視之控制訊號C1的頻率及其輸出訊號之頻率。比較的結果，在該等頻率之間確認有預設之閾值以上的差的情況，第1高頻電源92A會進行停止第1高頻電功率之輸出的控制。同樣地，第2高頻電源93A會比較控制訊號C2之頻率及其輸出訊號之頻率。比較的結果，在該等頻率之間確認有預設之閾值以上的差的情況，第2高頻電源93A會進行停止第2高頻電功率之輸出的控制。再者，第1高頻電源92A會比較所監視之控制訊號C1之佔空比及其輸出訊號之佔空比。比較的結果，在該等佔空比之間確認有預設之閾值以上的差的情況，第1高頻電源92A會進行停止第1高頻電功率之輸出的控制。同樣地，第2高頻電源93A會比較所監視之控制訊號C2之佔空比及其輸出訊號之佔空比。比較的結果，在該等佔空比之間確認有預設之閾值以上的差的情況，第2高頻電源93A會進行停止第2高頻電功率之輸出的控制。依相關之構成，第1第2高頻電源92A,93A在無法對應於控制裝置94A之控制訊號C1來實施第1高頻電功率之輸出，以及對應控制訊號C2來實施第2高頻電功率之輸出 的情況，便可停止對下部電極16之電功率的供給。
控制裝置94A更包含有監視所輸出之控制訊號C1、控制訊號C2及控制訊號C5之輸出監視部94c。輸出監視部94c係配置於脈衝產生部94b、直流電源91A、第1及第2高頻電源92A,93A之間，以監視控制訊號C1,C2,C5之振幅變化的有無。控制訊號C1,C2,C5為脈衝訊號，因此，於1週期中其振幅有變化狀態乃為正常狀態。另一方面，在超過1週期而未確認控制訊號C1,C2,C5振幅變化之狀態或於一定時間以上控制訊號C1,C2,C5振幅未變化之狀態，乃為異常狀態。在判斷控制訊號C1,C2,C5之至少任一者為異常狀態之時，控制裝置94A會進行停止控制訊號C1,C2,C5或所有控制訊號之輸出的控制。
再者，輸出監視部94c會監視控制裝置94A所輸出之控制訊號C1,C2,C5之頻率及佔空比。控制裝置94A會比較依主控制裝置100所輸入之指令值所指定之頻率與控制訊號C1,C2,C5之頻率。比較的結果，在確認控制訊號C1,C2,C5之至少任一者的頻率與所指定之頻率間有預設之閾值以上的差的情況，控制裝置94A會進行停止控制訊號C1,C2,C5或所有控制訊號之輸出的控制。
又，控制裝置94A會比較依主控制裝置100所輸入之指令值所指定之佔空比與控制訊號C1,C2,C5之佔空比。比較的結果，在確認控制訊號C1,C2,C5之至少任一者的佔空比與所指定之佔空比間有預設之閾值以上的差的情況，控制裝置94A會進行停止控制訊號C1,C2,C5或所有控制訊號之輸出的控制。
依具有此般構成之電源系統90A，在判斷無法將各電源所供給之高頻電功率及直流電壓維持於既定狀態的情況，會停止電功率或電壓之供給，而可停止電漿蝕刻裝置之動作。
又，一實施形態中，控制裝置94A會比較依主控制裝置100所輸入之指令值所指定之相位差與控制訊號C1及控制訊號C5之相位差。比較的結果，在確認指定之相位差與控制訊號C1及控制訊號C5之相位差之間有預設之閾值以上的差的情況，控制裝置94A會進行停止控制訊號C1及控制訊號C5或所有控制訊號之輸出的控制。此處，在兩個控制訊號為同步的情況， 所指定之相位差為0。另外，控制裝置94A亦可比較依主控制裝置100所輸入之指令值所指定之相位差與控制訊號C1及控制訊號C2之相位差，在確認該等相位差之間有預設之閾值以上的差的情況，進行停止控制訊號C1及控制訊號C2，或所有控制訊號之輸出的控制。又，控制裝置94A亦可比較依主控制裝置100所輸入之指令值所指定之相位差與控制訊號C2及控制訊號C5之相位差，在確認該等相位差之間有預設之閾值以上的差的情況，進行停止控制訊號C2及控制訊號C5，或所有控制訊號之輸出的控制。
又，輸出監視部92b可進一步地監視期間A1中第1高頻電源92A之輸出訊號的強度值。此情況，亦可在所監視之強度值相對既定值有一定以上之差的情況，停止第1高頻電功率之輸出。
此處，藉由輸出監視部92b所監視之強度值如圖17所示，係包含第1高頻電源92A之輸出訊號成分(參照波形G10)，及基於匹配器97之反射波的成分(參照波形G11)。此反射波在以第1高頻電源92A的輸出訊號發出之時間點為起點的期間(期間A10)與消失前之時間點至消失的時間點為止之期間(期間A12)特別的顯著。因此，輸出監視部92b亦可以在期間A1之第1高頻電源91A之輸出訊號強度值中，監視期間A10與期間A12之間所設定之期間A11之強度值的方式來加以構成。一範例中，期間A11可設定期間A10及期間A12之總計時間係佔期間A1之40~80%之時間。
同樣地，輸出監視部93b亦可監視期間A1中第2高頻電源93A之輸出訊號的強度值。此情況，第2高頻電源93A亦可在所監視之強度值相對既定值有一定以上之差的情況，停止第2高頻電功率之輸出。又，輸出監視部93b所監視之強度值亦可為期間A1中於期間A11所獲得者。依分別具有此般輸出監視部92b及93b之高頻電源92A及93A，由於可進行基於可靠度高的監視值之控制，故可抑制不必要的高頻電源92A及93A之輸出停止。
以上，雖已就各種實施形態加以說明，但並不限於上述實施形態而可有各種變形樣態之構成。例如，控制裝置94亦可構成為將控制訊號C1,C2,C5之頻率在蝕刻程序中加以改變。此變形樣態中，可對應於為被處理基體之半導體晶圓W的蝕刻狀態來將最適量的電子照射至該半導體晶圓W。
以下，便基於實施例及比較例就本發明作更具體的說明，但本發明並不 限定於以下之實施例。
實施例1~4中，係關閉電源系統90之開關電路105而將放電電路104接至節點109，將第1直流電源部101之電壓設定於-150V，將第2直流電源部102之第2直流電壓之電壓設定於-1000V。又，使用50Ω之電阻元件106c及107c，並使用電容量為0.66μF之電容106a,106b,107a及107b，並使用200Ω之電阻元件Rs。然後，實施例1~4中，從控制裝置94將10kHz、20kHz、30kHz、40kHz之頻率的控制訊號C5供給至直流電源91。又，實施例1~4中，控制訊號C5之佔空比，即將期間A1相對於期間A1與期間A2的總計時間之比為80%。又，比較例中，係開啟電源系統90之開關電路105，將放電電路104從節點109切離。比較例之其他條件係與實施例2相同。然後，確認實施例1~4及比較例中，來自直流電源91之輸出電壓波形。其結果，比較例中，期間A1之直流電源91之輸出電壓為-164V，無法控制於-150V。另一方面，確認到實施例1~4全部中，期間A1之直流電源91之輸出電壓係控制在-150V。
接著，實施例5~8中，使用具備有將放電電路104連接至節點109之直流電源91的電漿蝕刻裝置1，進行蝕刻選擇比的確認。實施例5~8的處理條件如圖18所示。亦即，如圖18所示，實施例5~8的處理條件僅有控制訊號C1,C2,C5之頻率有所差異。另外，實施例5~8中，係在具有於SiN層上具有作為蝕刻遮罩之ArF阻劑膜的半導體晶圓W之該SiN層處形成33nm寬度之接觸孔。然後，求得實施例5~8中，SiN層相對於ArF阻劑膜之蝕刻選擇比。參照圖18中實施例5~8之選擇比即可明瞭，高頻化了控制訊號C1,C2,C5之頻率，亦即，藉由縮短切換給予至上部電極之直流電壓值的週期，確認到提升了選擇比，確認到ArF阻劑膜的改質效果之提升。
L1~L11‧‧‧配線
C1~C5‧‧‧控制訊號
10‧‧‧處理容器
16‧‧‧下部電極(晶座)
34‧‧‧上部電極
90‧‧‧電源系統
91‧‧‧直流電源
92‧‧‧高頻電源
93‧‧‧高頻電源
94‧‧‧控制裝置
94a‧‧‧系統控制部
94b‧‧‧脈衝產生部
96‧‧‧LPF
97‧‧‧匹配器
98‧‧‧匹配器

Claims (13)

  1. 一種電源系統，係使用於在處理容器內配置有包含於用以載置被處理體之載置台的下部電極、以及對向於該下部電極的上部電極之電漿處理裝置，其具備有：高頻電源，係電連接於該下部電極，而產生電漿產生用高頻電功率；直流電源，係具有對該上部電極給予為負的直流電壓之輸出電壓，而產生負的第1直流電壓之第1直流電源部、產生絕對值較該第1直流電壓要大之負的第2直流電壓之第2直流電源部、以及選擇性地將該第1直流電源部及該第2直流電源部連接至該上部電極之選擇電路；以及控制裝置，係控制該高頻電源及該直流電源；該控制裝置會將第1控制訊號給予至該高頻電源而以既定頻率來交互地重複該高頻電功率之輸出及該輸出之停止；將第2控制訊號給予至該直流電源，而在該高頻電功率輸出之期間，將該第1直流電源部連接至該上部電極，在該高頻電功率輸出停止之期間，將該第2直流電源部連接至該上部電極；該直流電源更包含有連接至該第1直流電源部及該選擇電路之間的節點之放電電路。
  2. 如申請專利範圍第1項之電源系統，其中該直流電源更具有設於該放電電路及該節點之間的開關電路。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電源系統，其中該放電電路包含有電阻元件。
  4. 如申請專利範圍第3項之電源系統，其中該放電電路為限制該電阻元件所流動之電流的電流值之電流限制電路。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之電源系統，其中該第1控制訊號係用以切換該高頻電功率之輸出及該輸出之停止的脈衝訊號，該第2 控制訊號係用以將連接至該上部電極之直流電源部切換於該第1直流電源部及該第2直流電源部之間的脈衝訊號；該控制裝置可改變該第1控制訊號及該第2控制訊號之頻率、佔空比以及該第1控制訊號及該第2控制訊號之間的相位差。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之電源系統，其中該控制裝置會監視該控制裝置所輸出之該第1控制訊號及該第2控制訊號，在該第1控制訊號及該第2控制訊號包含有既定異狀的情況，會停止該第1控制訊號及該第2控制訊號之輸出。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之電源系統，其中該直流電源會監視所輸入之該第2控制訊號，在該第2控制訊號包含有既定異狀的情況，會停止該輸出電壓之輸出。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之電源系統，其中該第2控制訊號係用以將連接至該上部電極之直流電源部切換於該第1直流電源部及該第2直流電源部之間的脈衝訊號；該直流電源會比較該直流電源之輸出電壓及所輸入之該第2控制訊號，在該輸出電壓之頻率與該第2控制訊號之頻率之間有既定值以上之差異的情況，或，該輸出電壓之佔空比與該第2控制訊號之佔空比之間有既定值以上之差異的情況，會停止該輸出電壓之輸出。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之電源系統，其中該高頻電源會監視所輸入之該第1控制訊號，在該第1控制訊號包含有既定異狀的情況，會停止該高頻電功率之輸出。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之電源系統，其中該第1控制訊號係用以切換該高頻電功率之輸出及該輸出之停止的脈衝訊號；該高頻電源會比較該高頻電源之該高頻電功率及所輸入之該第1控制訊號，在該高頻電功率之頻率與該第1控制訊號之頻率之間有 既定值以上之差異的情況，或，該高頻電功率之佔空比與該第1控制訊號之佔空比之間有既定值以上之差異的情況，會停止該高頻電功率之輸出。
  11. 如申請專利範圍第9項之電源系統，其中該高頻電源在輸出該高頻電功率之各期間中，於該高頻電功率之輸出開始的既定時間，以及較該高頻電功率之輸出停止之前的時間點到該高頻電功率之輸出停止為止的既定期間之間所設定的期間中，會監視該高頻電源所輸出之該高頻電功率，並基於所監視之該高頻電功率，來進行該高頻電功率之輸出控制。
  12. 一種電漿處理裝置，係具備有：處理容器；氣體供給部，係將處理氣體供給至該處理容器內；載置台，係用以載置被處理基體之該載置台，包含有下部電極；上部電極，係以對向於該下部電極之方式設置於該處理容器內；以及如申請專利範圍第1至11項中任一項之電源系統。
  13. 一種電漿處理方法，係包含有：以既定之頻率交互地重複對處理容器內所設置的下部電極之電漿產生用高頻電功率之輸出以及該輸出之停止，在該高頻電功率輸出之期間內，將負的第1直流電壓輸出至該處理容器內與該下部電極對向配置之上部電極，在該高頻電功率輸出停止之期間內，將絕對值較該第1直流電壓要大之負的第2直流電壓輸出至該上部電極之工序；以既定之頻率交互地重複對該下部電極之電漿產生用高頻電功率之輸出以及該輸出之停止，在該高頻電功率輸出之期間以及該高頻電功率輸出停止之期間的兩者中，將該第1直流電壓及該第2直流 電壓中之任一者輸出至該上部電極之工序。
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