(57)【要約】【課題】基板に対するプラズマ処理中にはチャンバ内の内壁面の損傷を抑制し、且つ、内壁面上に形成された堆積物をプラズマクリーニングにより効率的に除去することが可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】例示的実施形態に係るプラズマ処理装置は、基板に対するプラズマ処理及びプラズマクリーニングにおいて、チャンバ内でプラズマを生成し、直流電源装置からパルス状の負極性の直流電圧を周期的に上部電極に印加する。基板に対するプラズマ処理時のパルス状の負極性の直流電圧のデューティー比は、プラズマクリーニング時の当該デューティー比よりも小さい。基板に対するプラズマ処理時の直流電源装置の出力電圧の平均値の絶対値は、プラズマクリーニング時の直流電源装置の出力電圧の平均値の絶対値よりも小さい。【選択図】図１
2020136338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられた下部電極を含む基板支持器と、
前記基板支持器の上方に設けられた上部電極と、
前記チャンバ内でプラズマを生成するための高周波電源と、
前記上部電極に電気的に接続された直流電源装置と、
前記高周波電源及び前記直流電源装置を制御するように構成された制御部と、
を備え、
前記チャンバは接地されており、
前記直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されており、
前記パルス状の負極性の直流電圧を周期的に出力するために、前記直流電源装置の出力電圧は、周期における第１の期間では、負極性の直流電圧であり、前記周期における残りの第２の期間では、ゼロボルトであり、
前記制御部は、
前記チャンバ内でプラズマを生成して前記基板支持器上に載置された基板に対するプラズマ処理を実行するために、前記高周波電源に高周波電力を供給させ、且つ、前記直流電源装置に前記パルス状の負極性の直流電圧を周期的に前記上部電極に印加させる第１制御を実行し、
前記チャンバ内でプラズマを生成して前記チャンバ内の内壁面に対するプラズマクリーニングを実行するために、前記高周波電源に高周波電力を供給させ、且つ、前記直流電源装置に前記パルス状の負極性の直流電圧を周期的に前記上部電極に印加させる第２制御を実行し、
前記周期において前記第１の期間が占める割合であるデューティー比として前記第１制御において用いられる第１のデューティー比を、前記第２制御において用いられる前記デューティー比である第２のデューティー比よりも小さい値に設定し、
前記第１制御における前記周期内の前記直流電源装置の前記出力電圧の平均値の絶対値を、前記第２制御における前記周期内の前記直流電源装置の前記出力電圧の平均値の絶対値よりも小さい値に設定する、
よう構成されている、
プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記周期の逆数である周波数は、４００ｋＨｚ以上である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記周波数は、１ＭＨｚ以下である、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第１のデューティー比及び前記第２のデューティー比の各々は、２０％以上、５０％以下である、請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられた下部電極を含む基板支持器と、
前記基板支持器の上方に設けられた上部電極と、
前記チャンバ内でプラズマを生成するための高周波電源と、
前記上部電極に電気的に接続された直流電源装置と、
を備え、
前記チャンバは接地されており、
前記直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されており、
前記パルス状の負極性の直流電圧を周期的に出力するために、前記直流電源装置の出力電圧は、周期における第１の期間では、負極性の直流電圧であり、前記周期における残りの第２の期間では、ゼロボルトであり、
該プラズマ処理方法は、
前記基板支持器上に載置された基板に対するプラズマ処理を実行する工程と、
前記チャンバ内の内壁面に対するプラズマクリーニングを実行する工程と、
を含み、
プラズマ処理を実行する前記工程において、前記チャンバ内でプラズマを生成するために、前記高周波電源が高周波電力を供給し、且つ、前記直流電源装置が前記パルス状の負極性の直流電圧を周期的に前記上部電極に印加し、
プラズマクリーニングを実行する前記工程において、前記チャンバ内でプラズマを生成するために、前記高周波電源が高周波電力を供給し、且つ、前記直流電源装置が前記パルス状の負極性の直流電圧を周期的に前記上部電極に印加し、
前記周期において前記第１の期間が占める割合であるデューティー比としてプラズマ処理を実行する前記工程において用いられる第１のデューティー比が、プラズマクリーニングを実行する前記工程において用いられる前記デューティー比である第２のデューティー比よりも小さく、
プラズマ処理を実行する前記工程における前記周期内の前記直流電源装置の前記出力電圧の平均値の絶対値は、プラズマクリーニングを実行する前記工程における前記周期内の前記直流電源装置の前記出力電圧の平均値の絶対値よりも小さい、
プラズマ処理方法。
【請求項６】
前記周期の逆数である周波数は、４００ｋＨｚ以上である、請求項５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記周波数は、１ＭＨｚ以下である、請求項６に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記第１のデューティー比及び前記第２のデューティー比の各々は、２０％以上、５０％以下である、請求項５〜７の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの製造では、プラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置の一種として、容量結合型のプラズマ処理装置が知られている。容量結合型のプラズマ処理装置は、チャンバ、上部電極、及び下部電極を含む。下部電極は、載置台の一部を構成し、チャンバ内に設けられている。上部電極は、下部電極の上方に設けられている。容量結合型のプラズマ処理装置では、上部電極又は下部電極に高周波電力が供給されることにより、チャンバ内のガスが励起されて、プラズマが生成される。載置台上の基板は、生成されたプラズマからの化学種により処理される。
【０００３】
容量結合型のプラズマ処理装置は、直流電源を備え、チャンバ内でプラズマが生成されているときに上部電極に直流電源からの負極性の直流電圧を印加するように構成されていることがある。このような直流電源を備えたプラズマ処理装置は、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板に対するプラズマ処理中にはチャンバ内の内壁面の損傷を抑制し、且つ、内壁面上に形成された堆積物をプラズマクリーニングにより効率的に除去することを可能とすることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、上部電極、高周波電源、直流電源装置、及び制御部を備える。基板支持器は、チャンバ内に設けられた下部電極を含む。上部電極は、基板支持器の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成するよう構成されている。直流電源装置は、上部電極に電気的に接続されている。制御部は、高周波電源及び直流電源装置を制御するように構成されている。チャンバは接地されている。直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。パルス状の負極性の直流電圧を周期的に出力するために、直流電源装置の出力電圧は、周期における第１の期間では、負極性の直流電圧であり、周期における残りの第２の期間では、ゼロボルトである。制御部は、第１制御及び第２制御を実行するように構成されている。第１制御は、チャンバ内でプラズマを生成して基板支持器上に載置された基板に対するプラズマ処理を実行するために実行される。第１制御において、制御部は、高周波電源に高周波電力を供給させ、且つ、直流電源装置にパルス状の負極性の直流電圧を周期的に上部電極に印加させる。第２制御は、チャンバ内でプラズマを生成してチャンバ内の内壁面に対するプラズマクリーニングを実行するために実行される。第２制御において、制御部は、高周波電源に高周波電力を供給させ、且つ、直流電源装置にパルス状の負極性の直流電圧を周期的に上部電極に印加させる。制御部は、第１制御において用いられるデューティー比（即ち、第１のデューティー比）を、第２制御において用いられるデューティー比（即ち、第２のデューティー比）よりも小さい値に設定するよう構成されている。デューティー比は、周期において第１の期間が占める割合である。制御部は、第１制御における周期内の直流電源装置の出力電圧の平均値を、第２制御における周期内の直流電源装置の出力電圧の平均値よりも小さい値に設定する。
【発明の効果】
【０００７】
一つの例示的実施形態によれば、基板に対するプラズマ処理中にはチャンバ内の内壁面の損傷を抑制し、且つ、内壁面上に形成された堆積物をプラズマクリーニングにより効率的に除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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２】図１に示すプラズマ処理装置の直流電源装置の構成の一例を示す図である。
【図３】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を用いて実行されるプラズマ処理方法のタイミングチャートである。
【図４】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５】図５の（ａ）及び図５の（ｂ）は、第１の実験で求めたスパッタレート比を示すグラフであり、図５の（ｃ）及び図５の（ｄ）は、比較実験で求めたスパッタレート比を示すグラフである。
【図６】図６の（ａ）及び図６の（ｂ）は、第１の実験で求めたスパッタレート比を示すグラフである。
【図７】図７の（ａ）及び図７の（ｂ）は、第１の実験で求めたスパッタレート比を示すグラフである。
【図８】図８の（ａ）及び図８の（ｂ）は、第２の実験で求めたシリコン含有堆積物量比を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
【００１０】
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、上部電極、高周波電源、直流電源装置、及び制御部を備える。基板支持器は、チャンバ内に設けられた下部電極を含む。上部電極は、基板支持器の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成するよう構成されている。直流電源装置は、上部電極に電気的に接続されている。制御部は、高周波電源及び直流電源装置を制御するように構成されている。チャンバは接地されている。直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。パルス状の負極性の直流電圧を周期的に出力するために、直流電源装置の出力電圧は、周期における第１の期間では、負極性の直流電圧であり、周期における残りの第２の期間では、ゼロボルトである。制御部は、第１制御及び第２制御を実行するように構成されている。第１制御は、チャンバ内でプラズマを生成して基板支持器上に載置された基板に対するプラズマ処理を実行するために実行される。第１制御において、制御部は、高周波電源に高周波電力を供給させ、且つ、直流電源装置にパルス状の負極性の直流電圧を周期的に上部電極に印加させる。第２制御は、チャンバ内でプラズマを生成してチャンバ内の内壁面に対するプラズマクリーニングを実行するために実行される。第２制御において、制御部は、高周波電源に高周波電力を供給させ、且つ、直流電源装置にパルス状の負極性の直流電圧を周期的に上部電極に印加させる。制御部は、第１制御において用いられるデューティー比（即ち、第１のデューティー比）を、第２制御において用いられるデューティー比（即ち、第２のデューティー比）よりも小さい値に設定するよう構成されている。デューティー比は、周期において第１の期間が占める割合である。制御部は、第１制御における周期内の直流電源装置の出力電圧の平均値を、第２制御における周期内の直流電源装置の出力電圧の平均値よりも小さい値に設定する。
【００１１】
チャンバ内の内壁面におけるバイアス（電位）は、パルス状の負極性の直流電圧のデューティー比、パルス状の負極性の直流電圧の絶対値、及び周期内の直流電源装置の出力電圧の平均値（即ち、平均電圧）の絶対値の各々の増加に応じて増加する。上記実施形態のプラズマ処理装置によれば、第１制御においてデューティー比及び平均電圧の絶対値が比較的小さい値に設定されるので、チャンバ内の内壁面におけるバイアスが比較的小さくなる。したがって、基板に対するプラズマ処理中のチャンバ内の内壁面の損傷が抑制され得る。また、第２制御においてデューティー比及び平均電圧の絶対値が比較的大きい値に設定されるので、チャンバ内の内壁面におけるバイアスが比較的大きくなる。したがって、チャンバ内の内壁面上に形成された堆積物がプラズマクリーニングにより効率的に除去され得る。
【００１２】
一つの例示的実施形態において、周期の逆数である周波数は、４００ｋＨｚ以上であってもよい。一つの例示的実施形態において、上記周波数は、１ＭＨｚ以下であってもよい。
【００１３】
一つの例示的実施形態において、第１のデューティー比及び第２のデューティー比の各々は、２０％以上、５０％以下であってもよい。
【００１４】
別の例示的実施形態において、プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、上部電極、高周波電源、及び直流電源装置を備える。基板支持器は、チャンバ内に設けられた下部電極を含む。上部電極は、基板支持器の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成するよう構成されている。直流電源装置は、上部電極に電気的に接続されている。チャンバは接地されている。直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。パルス状の負極性の直流電圧を周期的に出力するために、直流電源装置の出力電圧は、周期における第１の期間では、負極性の直流電圧であり、周期における残りの第２の期間では、ゼロボルトである。プラズマ処理方法は、基板支持器上に載置された基板に対するプラズマ処理を実行する工程を含む。プラズマ処理方法は、チャンバ内の内壁面に対するプラズマクリーニングを実行する工程を更に含む。プラズマ処理を実行する工程において、チャンバ内でプラズマを生成するために、高周波電源が高周波電力を供給し、且つ、直流電源装置がパルス状の負極性の直流電圧を周期的に上部電極に印加する。プラズマクリーニングを実行する工程において、チャンバ内でプラズマを生成するために、高周波電源が高周波電力を供給し、且つ、直流電源装置がパルス状の負極性の直流電圧を周期的に上部電極に印加する。プラズマ処理を実行する工程において用いられる第１のデューティー比は、プラズマクリーニングを実行する工程において用いられる第２のデューティー比よりも小さい。デューティー比は、周期において第１の期間が占める割合である。プラズマ処理を実行する工程における周期内の直流電源装置の出力電圧の平均値の絶対値は、プラズマクリーニングを実行する工程における周期内の直流電源装置の出力電圧の平均値の絶対値よりも小さい。
【００１５】
一つの例示的実施形態において、周期の逆数である周波数は、４００ｋＨｚ以上であってもよい。一つの例示的実施形態において、上記周波数は、１ＭＨｚ以下であってもよい。
【００１６】
一つの例示的実施形態において、第１のデューティー比及び第２のデューティー比の各々は、２０％以上、５０％以下であってもよい。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、アルミニウムといった導体から形成されている。チャンバ本体１２は、接地されている。チャンバ本体１２の内壁面には、耐腐食性を有する膜が施されている。耐腐食性を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。
【００２０】
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。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
【００２１】
チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成されている。支持部１３は、略円筒形状を有している。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、基板支持器１４を支持している。基板支持器１４は、チャンバ１０内、即ち内部空間１０ｓの中で、基板Ｗを支持するように構成されている。
【００２２】
基板支持器１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。下部電極１８及び静電チャック２０は、チャンバ１０内に設けられている。基板支持器１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導体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、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、例えばアルミニウムといった導体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、電極プレート１６に電気的に接続されている。
【００２３】
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面の上には、基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、誘電体から形成されている。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、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。
【００２４】
基板支持器１４上には、エッジリングＥＲが配置される。エッジリングＥＲは、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。チャンバ１０内において基板Ｗの処理が行われるときには、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。
【００２５】
下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チラーユニット２２から配管２２ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。チラーユニット２２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、配管２２ｂを介してチラーユニット２２に戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。
【００２６】
プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２４を更に備え得る。ガス供給ライン２４は、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の裏面との間に供給する。伝熱ガスは、伝熱ガス供給機構からガス供給ライン２４に供給される。
【００２７】
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１４の上方に設けられている。上部電極３０は、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。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。
【００２８】
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、シリコン含有材料から形成されている。天板３４は、例えばシリコン又は炭化シリコンから形成されている。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は、天板３４をその板厚方向に貫通している。
【００２９】
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６には、複数のガス孔３６ｂが形成されている。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、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
【００３０】
ガス供給管３８には、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して、ガスソース群４０が接続されている。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ＧＳ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の対応の開閉バルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。
【００３１】
プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、支持部１３の外周にも設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２にプラズマ処理の副生物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。なお、一実施形態において、シールド４６は、チャンバ１０内の内壁面のうち側壁面１０ａ及び上壁面１０ｂを提供している。側壁面１０ａ及び上壁面１０ｂを含むチャンバ１０内の内壁面は、内部空間１０ｓを画成している。側壁面１０ａ及び上壁面１０ｂは、シールド４６ではなく、他の一つ以上の部材、例えば、チャンバ本体１２によって提供されていてもよい。
【００３２】
支持部１３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、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。バッフルプレート４８には、複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、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。
【００３３】
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、一例では、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３０側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して、下部電極１８に接続されていてもよい。
【００３４】
第２の高周波電源６４は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第２の高周波電力は、基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力として用いられ得る。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜４０ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４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ための回路を有している。
【００３５】
プラズマ処理装置１は、直流電源装置７０を更に備えている。直流電源装置７０は、上部電極３０に電気的に接続されている。直流電源装置７０は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。図２は、図１に示すプラズマ処理装置の直流電源装置の構成の一例を示す図である。図３は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を用いて実行されるプラズマ処理方法のタイミングチャートである。図３において、横軸は時間を示している。図３において縦軸は、高周波電力（第１の高周波電力及び又は第２の高周波電力）の供給及び直流電源装置７０の出力電圧である直流電圧を示している。図３において、高周波電力が高レベルであることは、高周波電力が供給されていることを表している。図３において、高周波電力が低レベルであることは、高周波電力が供給されていないことを表している。以下、図１と共に、図２及び図３を参照する。
【００３６】
一実施形態において、直流電源装置７０は、可変直流電源７０ａ及びスイッチングデバイス７０ｂを有する。可変直流電源７０ａは、負極性の直流電圧を発生するように構成されている。可変直流電源７０ａが出力する負極性の直流電圧のレベルは、後述する制御部８０によって制御され得る。スイッチングデバイス７０ｂは、その導通状態の切り替えにより、可変直流電源７０ａと上部電極３０との間の接続及び遮断を切り替える。スイッチングデバイス７０ｂの導通状態の切り替えは、制御部８０によって制御されてもよい。
【００３７】
パルス状の負極性の直流電圧を周期的に出力するために、直流電源装置７０の出力電圧は、周期ＰＴにおける第１の期間Ｐ１では、負極性の直流電圧である。一実施形態においては、周期ＰＴ内の第１の期間Ｐ１では、可変直流電源７０ａと上部電極３０を互いに接続するように、スイッチングデバイス７０ｂの導通状態が切り替わる。直流電源装置７０の出力電圧は、周期ＰＴにおける残りの第２の期間Ｐ２では、ゼロボルトである。一実施形態においては、周期ＰＴ内の第２の期間Ｐ２では、可変直流電源７０ａと上部電極３０との間の接続を遮断するよう、スイッチングデバイス７０ｂの導通状態が切り替わる。
【００３８】
一実施形態において、周期ＰＴの逆数である周波数ｆは、４００ｋＨｚ以上であり得る。一実施形態において、周波数ｆは、１ＭＨｚ以下であり得る。周波数ｆが１ＭＨｚ以下である場合には、チャンバ１０内でのラジカルの生成に対するイオンの挙動の独立性御性が高くなる。一実施形態において、周期ＰＴにおいて第１の期間Ｐ１が占める割合（即ち、パルス状の負極性の直流電圧のデューティー比）は、２０％以上、５０％以下であり得る。
【００３９】
プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備えている。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、オペレータが、プラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を入力装置を用いて行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部８０の記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、制御部８０のプロセッサによって実行される。制御部８０のプロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御することにより、後述する実施形態のプラズマ処理方法がプラズマ処理装置１で実行される。
【００４０】
以下、図３と共に図４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。図４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。以下、図４に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）について、それがプラズマ処理装置１を用いて実行される場合を例として、説明する。また、制御部８０によるプラズマ処理装置１の各部の制御についても説明する。
【００４１】
方法ＭＴは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含む。工程ＳＴ１では、基板に対するプラズマ処理が実行される。工程ＳＴ１の実行中には、基板Ｗがチャンバ１０内で静電チャック２０によって保持される。工程ＳＴ１では、処理ガスがチャンバ１０内に供給される。処理ガスは、基板Ｗの処理のために選択された化学種を含む。工程ＳＴ１では、チャンバ１０内で処理ガスからプラズマを形成するために、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給される。工程ＳＴ１では、パルス状の負極性の直流電圧が上部電極３０に周期的に印加される。工程ＳＴ１では、周期ＰＴにおいて第１の期間Ｐ１が占める割合であるデューティー比として、第１のデューティー比が用いられる。工程ＳＴ１では、直流電源装置７０の出力電圧の平均値（即ち、平均電圧）として第１の平均電圧が用いられる。平均電圧は、周期ＰＴ内の直流電源装置７０の出力電圧の平均値であり、パルス状の負極性の直流電圧とデューティー比の小数表現の積で表される。
【００４２】
工程ＳＴ１の実行のために、制御部８０は、第１制御を実行する。制御部８０は、第１制御において、次のようにプラズマ処理装置１の各部を制御する。即ち、制御部８０は、処理ガスをチャンバ１０内に供給するよう、ガス供給部ＧＳを制御する。制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気装置５０を制御する。制御部８０は、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力を供給するよう、第１の高周波電源６２及び／又は第２の高周波電源６４を制御する。制御部８０は、パルス状の負極性の直流電圧を上部電極３０に周期的に印加するよう、直流電源装置７０を制御する。制御部８０は、工程ＳＴ１の実行中のパルス状の負極性の直流電圧のデューティー比を第１のデューティー比に設定し、工程ＳＴ１の実行中の周期ＰＴ内の直流電源装置７０の出力電圧の平均値を第１の平均電圧に設定する。
【００４３】
工程ＳＴ２では、チャンバ１０内の内壁面のプラズマクリーニングが実行される。工程ＳＴ２の実行中には、静電チャック２０上には物体が載置されていなくてもよい。或いは、工程ＳＴ２の実行中には、静電チャック２０上にダミー基板が載置されていてもよい。工程ＳＴ２では、クリーニングガスがチャンバ１０内に供給される。クリーニングガスは、チャンバ１０内の内壁面上に形成された堆積物を除去するための化学種を含む。除去されるべき堆積物は、工程ＳＴ１又は別の工程において発生し得る。クリーニングガスは、工程ＳＴ１で用いられる処理ガスとは異なるガスであってもよく、同一のガスであってもよい。工程ＳＴ２では、チャンバ１０内で処理ガスからプラズマを形成するために、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給される。工程ＳＴ２では、パルス状の負極性の直流電圧が上部電極３０に周期的に印加される。工程ＳＴ２では、周期ＰＴにおいて第１の期間Ｐ１が占める割合であるデューティー比として、第２のデューティー比が用いられる。工程ＳＴ２では、直流電源装置７０の出力電圧の平均値（即ち、平均電圧）として第２の平均電圧が用いられる。
【００４４】
工程ＳＴ２の実行のために、制御部８０は、第２制御を実行する。制御部８０は、第２制御において、次のようにプラズマ処理装置１の各部を制御する。即ち、制御部８０は、クリーニングガスをチャンバ１０内に供給するよう、ガス供給部ＧＳを制御する。制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気装置５０を制御する。制御部８０は、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力を供給するよう、第１の高周波電源６２及び／又は第２の高周波電源６４を制御する。制御部８０は、パルス状の負極性の直流電圧を上部電極３０に周期的に印加するよう、直流電源装置７０を制御する。制御部８０は、工程ＳＴ２の実行中のパルス状の負極性の直流電圧のデューティー比を第２のデューティー比に設定し、工程ＳＴ２の実行中の周期ＰＴ内の直流電源装置７０の出力電圧の平均値を第２の平均電圧に設定する。
【００４５】
工程ＳＴ１において用いられる第１のデューティー比は、工程ＳＴ２において用いられる第２のデューティー比よりも小さい値に設定される。第１のデューティー比は、例えば３０％以下であり得る。工程ＳＴ１において用いられるパルス状の負極性の直流電圧のレベルは、基板Ｗに対するプラズマ処理に応じて設定される。但し、工程ＳＴ１において用いられる第１の平均電圧の絶対値は、工程ＳＴ２において用いられる第２の平均電圧の絶対値よりも小さい値に設定される。
【００４６】
第１の期間Ｐ１では、上部電極３０（カソード）に印加されたパルス状の負極性の直流電圧に起因して、プラズマ内のカソード側（上部電極３０側）とアノード側（チャンバ１０）で局所的にプラズマの電気的中性が失われる。第２の期間Ｐ２では、プラズマの電気的中性を確保するために、チャンバ１０にバイアス（電位）が発生する。このバイアスにより、イオンがチャンバ１０内の内壁面に引き込まれる。
【００４７】
チャンバ１０内の内壁面におけるバイアスは、パルス状の負極性の直流電圧のデューティー比、パルス状の負極性の直流電圧の絶対値、及び周期ＰＴ内の直流電源装置の出力電圧の平均値（即ち、平均電圧）の絶対値の各々の増加に応じて、増加する。プラズマ処理装置１及び方法ＭＴによれば、基板Ｗに対するプラズマ処理中には、第１のデューティー比及び第１の平均電圧の絶対値が比較的小さい値に設定されるので、チャンバ１０内の内壁面におけるバイアスが比較的小さくなる。したがって、基板Ｗに対するプラズマ処理中のチャンバ１０内の内壁面の損傷が抑制され得る。また、プラズマクリーニングの実行中には、第２のデューティー比及び第２の平均電圧の絶対値が比較的大きい値に設定されるので、チャンバ１０内の内壁面におけるバイアスが比較的大きくなる。したがって、チャンバ１０内の内壁面上に形成された堆積物がプラズマクリーニングにより効率的に除去され得る。
【００４８】
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。
【００４９】
例えば、方法ＭＴにおいて、工程ＳＴ１よりも先に工程ＳＴ２が実行されてもよい。また、方法ＭＴにおいて、工程ＳＴ１と工程ＳＴ２が交互に繰り返されてもよい。或いは、工程ＳＴ２は、工程ＳＴ１を含む方法ＭＴにおいて、チャンバ１０内の内壁面のクリーニングが必要となる適宜のタイミングで、実行されてもよい。
【００５０】
以下、プラズマ処理装置１及び方法ＭＴの評価のために行った実験について説明する。なお、本開示は以下に説明する実験により限定されるものではない。
【００５１】
（第１の実験）
【００５２】
第１の実験では、上壁面１０ｂ、側壁面１０ａに酸化シリコンから形成された第１のチップ、第２のチップをそれぞれ貼り付けた状態のプラズマ処理装置１を用いて、以下に示す条件でプラズマを生成した。第１の実験では、パルス状の負極性の直流電圧のレベルとして複数のレベルを用い、パルス状の負極性の直流電圧のデューティー比として複数のデューティー比を用いた。
＜第１の実験の条件＞
・チャンバ１０内の圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
・ＣＦ４ガス：１０ｓｃｃｍ
・Ａｒガス：９９０ｓｃｃｍ
・第１の高周波電力：６０ＭＨｚ、２００Ｗ
・第２の高周波電力：４０ＭＨｚ、２００Ｗ
・パルス状の負極性の直流電圧の周波数ｆ：４００ｋＨｚ
【００５３】
また、比較実験においては、上部電極３０にパルス状の負極性の直流電圧ではなく連続的に負極性の直流電圧を印加した。比較実験における他の条件は、第１の条件と同一の条件に設定した。
【００５４】
第１の実験及び比較実験では、各チップのエッチング速度、即ちスパッタレートを求めた。図５の（ａ）及び図５の（ｂ）は、第１の実験で求めたスパッタレート比を示すグラフである。図５の（ｃ）及び図５の（ｄ）は、比較実験で求めたスパッタレート比を示すグラフである。図５の（ａ）及び図５の（ｂ）において、横軸は上部電極への印加電圧（パルス状の負極性の直流電圧）のレベルを示しており、縦軸は、スパッタレート比を示している。図５の（ｃ）及び図５の（ｄ）において、横軸は上部電極への印加電圧（連続的な直流電圧）のレベルを示しており、縦軸は、スパッタレート比を示している。図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図５の（ｃ）、及び図５の（ｄ）におけるスパッタレート比は、印加電圧が０Ｖであるときのスパッタレートで規格化したスパッタレートである。図６の（ａ）及び図６の（ｂ）は、第１の実験で求めたスパッタレート比を示すグラフである。図６の（ａ）及び図６の（ｂ）において、横軸はデューティー比を示しており、縦軸は、スパッタレート比を示している。図７の（ａ）及び図７の（ｂ）は、第１の実験で求めたスパッタレート比を示すグラフである。図７の（ａ）及び図７の（ｂ）において、横軸は上部電極３０に対して印加された直流電圧の平均電圧を示しており、縦軸は、スパッタレート比を示している。図５の（ａ）、図５の（ｃ）、図６の（ａ）、及び図７の（ａ）のスパッタレート比は、第１のチップのスパッタレートから求めたスパッタレート比である。図５の（ｂ）、図５の（ｄ）、図６の（ｂ）、及び図７の（ｂ）のスパッタレート比は、第２のチップのスパッタレートから求めたスパッタレート比である。
【００５５】
図５の（ｃ）及び図５の（ｄ）に示すように、上部電極３０に連続的に印加される負極性の直流電圧の絶対値を増加させても、スパッタレート比はほとんど変化しなかった。即ち、上部電極３０に連続的に印加される負極性の直流電圧の絶対値を増加させても、チャンバ１０内の内壁面のバイアスはほとんど変化しなかった。一方、第１の実験の結果、図５の（ａ）及び図５の（ｂ）に示すように、上部電極３０に印加されるパルス状の負極性の直流電圧の絶対値の増加に応じてスパッタレート比が増加することが確認された。即ち、第１の実験の結果、上部電極３０に印加されるパルス状の負極性の直流電圧の絶対値の増加に応じて、チャンバ１０内の内壁面のバイアスが増加することが確認された。
【００５６】
また、第１の実験の結果、図６の（ａ）及び図６の（ｂ）に示すように、上部電極３０に印加されるパルス状の負極性の直流電圧のデューティー比の増加に応じて、スパッタレート比が増加することが確認された。即ち、第１の実験の結果、上部電極３０に印加されるパルス状の負極性の直流電圧のデューティー比の増加に応じて、チャンバ１０内の内壁面のバイアスが増加することが確認された。また、また、第１の実験の結果、図７の（ａ）及び図７の（ｂ）に示すように、上部電極３０に印加されるパルス状の負極性の直流電圧の平均電圧の絶対値の増加に応じて、スパッタレート比が増加することが確認された。即ち、第１の実験の結果、上部電極３０に印加されるパルス状の負極性の直流電圧の平均電圧の絶対値の増加に応じて、チャンバ１０内の内壁面のバイアスが増加することが確認された。
【００５７】
（第２の実験）
【００５８】
第２の実験では、プラズマ処理装置１を用いて第１の実験と同じ条件でプラズマを生成した。第２の実験では、静電チャック２０上のサンプル上に形成されたシリコン含有堆積物の量（即ち、厚み）を測定した。なお、シリコン含有堆積物は、正イオンの衝突により天板３４から放出されたシリコンにより形成されたものである。
【００５９】
図８の（ａ）及び図８の（ｂ）は、第２の実験で求めたシリコン含有堆積物量比を示すグラフである。図８の（ａ）において、横軸はパルス状の負極性の直流電圧のデューティー比である。図８の（ｂ）において、横軸は、横軸は上部電極への印加電圧（パルス状の負極性の直流電圧）のレベルを示している。図８の（ａ）及び図８の（ｂ）において、縦軸は、シリコン含有堆積物量比を示している。図８の（ａ）のシリコン含有堆積物量比は、デューティー比が３０％であるときのシリコン含有堆積物の量で規格化したシリコン含有堆積物の量である。図８の（ｂ）のシリコン含有堆積物量比は、パルス状の負極性の直流電圧が−５００Ｖであるときのシリコン含有堆積物の量で規格化したシリコン含有堆積物の量である。
【００６０】
第２の実験の結果、図８の（ａ）に示すように、静電チャック２０上のサンプル上に形成されたシリコン含有堆積物の量は、デューティー比に対する依存性は小さいことが確認された。一方、図８の（ｂ）に示すように、静電チャック２０上のサンプル上に形成されたシリコン含有堆積物の量は、パルス状の負極性の直流電圧の絶対値の増加に応じて増加することが確認された。したがって、工程ＳＴ１における第１のデューティー比を小さい値に設定することで、基板Ｗに対するプラズマ処理に対する影響を抑制しつつ、チャンバ１０内の内壁面のバイアスを小さくすることが可能であることが確認された。また、工程ＳＴ１では、第１のデューティー比を小さい値に設定し、且つ、パルス状の負極性の直流電圧のレベルを調整することにより、基板Ｗに対するプラズマ処理を調整することが可能であることが確認された。
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１４…基板支持器、３０…上部電極、７０…直流電源装置、８０…制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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