JP7535438B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

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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。 An exemplary embodiment of the present disclosure relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.

プラズマ処理装置が基板に対する加工のために用いられている。一種のプラズマ処理装置は、チャンバ、載置台、第1の高周波電源、及び第2の高周波電源を備える。載置台は、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。載置台は、下部電極を含む。第1の高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するための高周波電力を発生するように構成されている。第2の高周波電源は、プラズマからのイオンを基板に引き込むための高周波バイアス電力を発生するように構成されている。高周波バイアス電力は、下部電極に供給される。下記の特許文献1は、高周波電力及び高周波バイアス電力のうち少なくとも一方をパルス状の電力として供給するように構成されたプラズマ処理装置を開示している。 A plasma processing apparatus is used for processing a substrate. One type of plasma processing apparatus includes a chamber, a mounting table, a first high frequency power supply, and a second high frequency power supply. The mounting table is configured to support a substrate in the chamber. The mounting table includes a lower electrode. The first high frequency power supply is configured to generate high frequency power for generating plasma from a gas in the chamber. The second high frequency power supply is configured to generate high frequency bias power for attracting ions from the plasma to the substrate. The high frequency bias power is supplied to the lower electrode. The following Patent Document 1 discloses a plasma processing apparatus configured to supply at least one of the high frequency power and the high frequency bias power as pulsed power.

特開2016-157735号公報JP 2016-157735 A

本開示は、プラズマの径方向の密度分布の均一性を高め、プラズマの密度の低下又は消失を抑制する技術を提供する。 The present disclosure provides a technology that improves the uniformity of the radial density distribution of plasma and suppresses a decrease or loss of plasma density.

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、プラズマ処理チャンバ、基板支持器、バイアス電源、及び高周波電源を備える。基板支持器は、プラズマ処理チャンバ内に配置され、電極を含む。バイアス電源は、電極に結合され、第1の周波数を有するバイアス電力を発生するように構成されている。高周波電源は、プラズマ処理チャンバに結合され、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有す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、バイアス電力の1周期内の第1の期間に第1の電力レベルを有し、バイアス電力の1周期内の第2の期間に第1の電力レベルよりも低い第2の電力レベルを有する。 In one exemplary embodiment, a plasma processing apparatus is provided. The plasma processing apparatus includes a plasma processing chamber, a substrate support, a bias power supply, and a radio frequency power supply. The substrate support is disposed in the plasma processing chamber and includes an electrode. The bias power supply is coupled to the electrode and configured to generate a bias power having a first frequency. The radio frequency power supply is coupled to the plasma processing chamber and configured to generate a radio frequency power having a second frequency higher than the first frequency. The radio frequency power has a first power level during a first period within a cycle of the bias power and a second power level during a second period within a cycle of the bias power that is lower than the first power level.

一つの例示的実施形態によれば、プラズマの径方向の密度分布の均一性を高め、プラズマの密度の低下又は消失を抑制することが可能となる。 According to one exemplary embodiment , it is possible to increase the uniformity of the radial density distribution of the plasma and suppress a decrease or disappearance of the plasma density.

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。1 is a schematic diagram of a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment; 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる高周波電力及び電気バイアスの一例のタイミングチャートである。4 is a timing chart of an example of high frequency power and electrical bias used in a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment. 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる高周波電力及び電気バイアスの別の例のタイミングチャートである。5 is a timing chart of another example of high frequency power and electrical bias used in a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment. 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる電気バイアスの更に別の例のタイミングチャートである。6 is a timing chart of yet another example of an electrical bias used in a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment. 別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。FIG. 13 is a schematic diagram of a plasma processing apparatus according to another exemplary embodiment. 図5に示すプラズマ処理装置において用いられ得る一例のエッジリングを示す図である。6 illustrates an example edge ring that can be used in the plasma processing apparatus illustrated in FIG. 5. エッジリングの別の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing another example of an edge ring. 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。1 is a flow diagram of a plasma processing method according to an exemplary embodiment.

以下、種々の例示的実施形態について説明する。 Various exemplary embodiments are described below.

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、プラズマ処理チャンバ、基板支持器、バイアス電源、及び高周波(RF;Radio Frequency)電源を含む。基板支持器は、プラズマ処理チャンバ内に配置され、下部電極を含む。バイアス電源は、下部電極に結合され、第1の周波数を有するバイアス電力を発生するように構成される。高周波電源は、プラズマ処理チャンバに結合され、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する高周波電力を発生するように構成される。一実施形態において、高周波電源は、二つの対向する電極、例えば上部電極及び下部電極のうち少なくともいずれかに結合される。高周波電力は、バイアス電力の1周期内の第1の期間に第1の電力レベルを有し、バイアス電力の1周期内の第2の期間に第1の電力レベルよりも低い第2の電力レベルを有する。バイアス電力の1周期は、第1の周波数により規定される固有周期である。即ち、固有周期は、第1の周波数の逆数である。例えば、第1の周波数が400kHzの場合、固有周期は2.5μsである。第1の期間は、第2の期間と異なる。第2の期間は、第1の期間の前であってもよく、第1の期間の後であってもよい。 In one exemplary embodiment, a plasma processing apparatus is provided. The plasma processing apparatus includes a plasma processing chamber, a substrate support, a bias power supply, and a radio frequency (RF) power supply. The substrate support is disposed in the plasma processing chamber and includes a lower electrode. The bias power supply is coupled to the lower electrode and configured to generate a bias power having a first frequency. The radio frequency power supply is coupled to the plasma processing chamber and configured to generate a radio frequency power having a second frequency higher than the first frequency. In one embodiment, the radio frequency power supply is coupled to at least one of two opposing electrodes, such as an upper electrode and a lower electrode. The radio frequency power has a first power level during a first period within one period of the bias power, and has a second power level lower than the first power level during a second period within one period of the bias power. One period of the bias power is a natural period defined by the first frequency. That is, the natural period is the reciprocal of the first frequency. For example, if the first frequency is 400 kHz, the natural period is 2.5 μs. The first period is different from the second period. The second period may be before the first period or after the first period.

一つの例示的実施形態において、バイアス電力は、1周期内に少なくとも一つのバイアスパルスを含む。少なくとも一つのバイアスパルスは、矩形、台形、三角形、又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよく、US2018/0166249A1に開示されているような整形(Shaped)パルス(テーラード(Tailored)パルスとも呼ばれる)を有してもよい。少なくとも一つのバイアスパルスは、正又は負の極性を有する。また、少なくとも一つのバイアスパルスは、正及び/又は負の極性を有する複数のバイアスパルスを含んでもよい。一実施形態において、バイアス電力は、1周期内に少なくとも一つの正バイアスパルスと少なくとも一つの負バイアスパルスとを含む。 In one exemplary embodiment, the bias power includes at least one bias pulse within one period. The at least one bias pulse may have a pulse waveform that is rectangular, trapezoidal, triangular, or a combination thereof, and may include a shaped pulse (also called a tailored pulse) as disclosed in US 2018/0166249 A1. The at least one bias pulse has a positive or negative polarity. The at least one bias pulse may also include multiple bias pulses with positive and/or negative polarities. In one embodiment, the bias power includes at least one positive bias pulse and at least one negative bias pulse within one period.

一つの例示的実施形態において、バイアス電力は、第1の周波数を有する高周波バイアス電力である。一実施形態において、バイアス電源は、高周波バイアス電力を連続的に発生するように構成される。この場合、高周波バイアス電力は、Off期間を含まない。 In one exemplary embodiment, the bias power is a radio frequency bias power having a first frequency. In one embodiment, the bias power supply is configured to generate the radio frequency bias power continuously. In this case, the radio frequency bias power does not include an off period.

別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、バイアス電源、及び高周波電源を備える。基板支持器は、下部電極を含み、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。バイアス電源は、基板にイオンを引き込むための電気バイアスを発生するように構成されており、下部電極に電気的に接続されている。電気バイアスは、第1の周波数で規定される周期内で基板の電位を変動させる。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するための第2の周波数を有する高周波電力を発生するように構成されている。高周波電源は、第1の期間において高周波電力の第1のパルスを供給し、第2の期間において高周波電力の第2のパルスを供給するように構成されている。第1の期間は、第1の周波数で規定される周期と少なくとも部分的に重複し、該周期の時間長よりも短い時間長を有する。第2の期間は、第1の周波数で規定される周期と少なくとも部分的に重複し、該周期の時間長よりも短い時間長を有する。第2のパルスは、第1のパルスの電力レベルよりも低い電力レベルを有する。 In another exemplary embodiment, a plasma processing apparatus is provided. The plasma processing apparatus includes a chamber, a substrate support, a bias power supply, and a radio frequency power supply. The substrate support includes a lower electrode and is configured to support a substrate in the chamber. The bias power supply is configured to generate an electrical bias for attracting ions to the substrate and is electrically connected to the lower electrode. The electrical bias varies the potential of the substrate within a period defined by a first frequency. The radio frequency power supply is configured to generate radio frequency power having a second frequency for generating plasma from a gas in the chamber. The radio frequency power supply is configured to provide a first pulse of radio frequency power in a first period and a second pulse of radio frequency power in a second period. The first period at least partially overlaps with the period defined by the first frequency and has a time length that is shorter than the time length of the period. The second period at least partially overlaps with the period defined by the first frequency and has a time length that is shorter than the time length of the period. The second pulse has a power level that is lower than the power level of the first pulse.

高周波電力が連続的に供給される場合、即ち高周波電力の連続波が供給される場合には、チャンバ内のプラズマの密度は、中央で高くなり径方向外側において低くなる。上記実施形態では、高周波電力は、第1のパルスとして供給される。したがって、上記実施形態によれば、プラズマの径方向の密度分布の均一性が高くなる。また、上記実施形態では、第1のパルスの供給後に、比較的低い電力を有する高周波電力の第2のパルスが供給される。したがって、上記実施形態によれば、プラズマの密度の低下又は消失を抑制することが可能となる。 When high frequency power is supplied continuously, i.e., when a continuous wave of high frequency power is supplied, the density of the plasma in the chamber is high in the center and low on the radially outer side. In the above embodiment, the high frequency power is supplied as a first pulse. Therefore, according to the above embodiment, the uniformity of the radial density distribution of the plasma is increased. Also, in the above embodiment, after the supply of the first pulse, a second pulse of high frequency power having a relatively low power is supplied. Therefore, according to the above embodiment, it is possible to suppress a decrease or disappearance of the plasma density.

一つの例示的実施形態において、電気バイアスは、第1の周波数で規定される周期で周期的に発生されるパルス波であってもよい。パルス波は、負の直流電圧のパルスを含む。 In one exemplary embodiment, the electrical bias may be a pulse wave that is periodically generated with a period defined by a first frequency. The pulse wave includes pulses of a negative DC voltage.

一つの例示的実施形態において、第1の期間及び第2の期間の各々は、第1の周波数で規定される周期内でバイアス電源からの負の直流電圧のパルスが供給されていない期間内の期間であってもよい。この実施形態によれば、第1のパルス及び第2のパルスの各々に対する反射が低減される。 In one exemplary embodiment, each of the first period and the second period may be a period during which no pulse of negative DC voltage is supplied from the bias power supply within a period defined by the first frequency. According to this embodiment, reflections of each of the first pulse and the second pulse are reduced.

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、第1の期間と第2の期間との間の期間において、第1のパルスの電力レベル及び第2のパルスの電力レベルよりも低く、0Wよりも大きい電力レベルを有する高周波電力を供給するように構成されていてもよい。 In one exemplary embodiment, the radio frequency power source may be configured to provide radio frequency power having a power level lower than the power level of the first pulse and the power level of the second pulse and greater than 0 W during a period between the first and second periods.

一つの例示的実施形態において、第1の期間は、バイアス電源からの負の直流電圧のパルスが供給されている期間と重複してもよい。第2の期間は、周期内でバイアス電源からの負の直流電圧のパルスが供給されていない期間内の期間であってもよい。 In one exemplary embodiment, the first period may overlap a period during which a pulse of negative DC voltage is provided from the bias power supply. The second period may be a period during which a pulse of negative DC voltage is not provided from the bias power supply within the cycle.

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、第1の周波数で規定される周期内の第2の期間と当該周期の終了時点との間の期間において、高周波電力を供給するように構成されていてもよい。第2の期間と当該周期の終了時点との間の期間において供給される高周波電力は、第1のパルスの電力レベル及び第2のパルスの電力レベルよりも低く、0Wよりも大きい電力レベルを有する。 In one exemplary embodiment, the high frequency power source may be configured to supply high frequency power during a period between a second period within a cycle defined by the first frequency and an end point of the cycle. The high frequency power supplied during the period between the second period and the end point of the cycle has a power level that is lower than the power level of the first pulse and the power level of the second pulse and is greater than 0 W.

一つの例示的実施形態において、電気バイアスは、第1の周波数を有する高周波バイアス電力であってもよい。 In one exemplary embodiment, the electrical bias may be a radio frequency bias power having a first frequency.

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、バイアス電源と下部電極との間で接続された整合器を更に備えていてもよい。第1のパルス及び第2のパルスは、バイアス電源に対する負荷のインピーダンスが略整合状態にあるときに供給されてもよい。 In one exemplary embodiment, the plasma processing apparatus may further include a matching box connected between the bias power supply and the lower electrode. The first pulse and the second pulse may be supplied when the impedance of the load relative to the bias power supply is approximately matched.

更に別の例示的実施形態においては、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持器上に基板を準備する工程を含む。プラズマ処理装置は、バイアス電源及び高周波電源を備える。バイアス電源は、第1の周波数で規定される周期内で基板の電位を変動させる電気バイアスを発生するように構成されている。高周波電源は、第2の周波数を有する高周波電力を発生するように構成されている。プラズマ処理方法は、基板支持器の下部電極にバイアス電源からの電気バイアスを供給する工程を含む。プラズマ処理方法は、第1の期間において、高周波電源から高周波電力の第1のパルスを供給する工程を更に含む。第1の期間は、第1の周波数で規定される周期と少なくとも部分的に重複し、該周期の時間長よりも短い時間長を有する。プラズマ処理方法は、第1の周波数で規定される周期内の第2の期間において、高周波電源から高周波電力の第2のパルスを供給する工程を更に含む。第2の期間は、第1の周波数で規定される周期と少なくとも部分的に重複し、該周期の時間長よりも短い時間長を有する。第2のパルスは、第1のパルスの電力レベルよりも低い電力レベルを有する。 In yet another exemplary embodiment, a plasma processing method is provided. The plasma processing method includes preparing a substrate on a substrate support provided in a chamber of a plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus includes a bias power supply and a high frequency power supply. The bias power supply is configured to generate an electric bias that varies the potential of the substrate within a period defined by a first frequency. The high frequency power supply is configured to generate high frequency power having a second frequency. The plasma processing method includes supplying an electric bias from the bias power supply to a lower electrode of the substrate support. The plasma processing method further includes supplying a first pulse of high frequency power from the high frequency power supply in a first period. The first period at least partially overlaps with the period defined by the first frequency and has a time length shorter than the time length of the period. The plasma processing method further includes supplying a second pulse of high frequency power from the high frequency power supply in a second period within the period defined by the first frequency. The second period at least partially overlaps with the period defined by the first frequency and has a time length shorter than the time length of the period. The second pulse has a power level that is lower than the power level of the first pulse.

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。 Various exemplary embodiments will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the same or equivalent parts in each drawing will be given the same reference numerals.

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、プラズマ処理チャンバ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。 1 is a schematic diagram of a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment. The plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1 is a capacitively coupled plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus 1 includes a plasma processing chamber 10. The chamber 10 provides an internal space 10s therein. The central axis of the internal space 10s is an axis AX extending in the vertical direction. In one embodiment, the chamber 10 includes a chamber body 12. The chamber body 12 has a substantially cylindrical shape. The internal space 10s is provided in the chamber body 12. The chamber body 12 is made of, for example, aluminum. The chamber body 12 is electrically grounded. A plasma-resistant film is formed on the inner wall surface of the chamber body 12, i.e., the wall surface defining the internal space 10s. This film may be a ceramic film, such as a film formed by anodizing or a film formed from yttrium oxide.

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。 A passage 12p is formed in the sidewall of the chamber body 12. The substrate W passes through the passage 12p when it is transported between the internal space 10s and the outside of the chamber 10. A gate valve 12g is provided along the sidewall of the chamber body 12 to open and close this passage 12p.

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。 The plasma processing apparatus 1 further includes a substrate support 16. The substrate support 16 is configured to support a substrate W placed thereon in the chamber 10. The substrate W has a substantially disk-like shape. The substrate support 16 is supported by a support portion 17. The support portion 17 extends upward from the bottom of the chamber body 12. The support portion 17 has a substantially cylindrical shape. The support portion 17 is formed from an insulating material such as quartz.

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。 The substrate support 16 has a lower electrode 18 and an electrostatic chuck 20. The lower electrode 18 and the electrostatic chuck 20 are provided in the chamber 10. The lower electrode 18 is made of a conductive material such as aluminum and has a generally disk-like shape.

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。 A flow path 18f is formed in the lower electrode 18. The flow path 18f is a flow path for a heat exchange medium. As the heat exchange medium, a liquid refrigerant or a refrigerant (e.g., freon) that cools the lower electrode 18 by vaporizing is used. A heat exchange medium supply device (e.g., a chiller unit) is connected to the flow path 18f. This supply device is provided outside the chamber 10. The heat exchange medium is supplied to the flow path 18f from the supply device via the pipe 23a. The heat exchange medium supplied to the flow path 18f is returned to the supply device via the pipe 23b.

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。 The electrostatic chuck 20 is provided on the lower electrode 18. When the substrate W is processed in the internal space 10s, it is placed on the electrostatic chuck 20 and held by the electrostatic chuck 20.

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。 The electrostatic chuck 20 has a body and an electrode. The body of the electrostatic chuck 20 is formed from a dielectric material such as aluminum oxide or aluminum nitride. The body of the electrostatic chuck 20 has a substantially disk shape. The central axis of the electrostatic chuck 20 substantially coincides with the axis AX. The electrode of the electrostatic chuck 20 is provided within the body. The electrode of the electrostatic chuck 20 has a film shape. A DC power supply is electrically connected to the electrode of the electrostatic chuck 20 via a switch. When a voltage from the DC power supply is applied to the electrode of the electrostatic chuck 20, an electrostatic attractive force is generated between the electrostatic chuck 20 and the substrate W. The generated electrostatic attractive force attracts the substrate W to the electrostatic chuck 20 and the substrate W is held by the electrostatic chuck 20.

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。 The electrostatic chuck 20 includes a substrate mounting area. The substrate mounting area is a region having a substantially disk shape. The central axis of the substrate mounting area substantially coincides with the axis AX. When the substrate W is processed in the chamber 10, it is placed on the upper surface of the substrate mounting area.

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。 In one embodiment, the electrostatic chuck 20 may further include an edge ring mounting region. The edge ring mounting region extends in a circumferential direction around the central axis of the electrostatic chuck 20 to surround the substrate mounting region. An edge ring ER is mounted on the upper surface of the edge ring mounting region. The edge ring ER has an annular shape. The edge ring ER is mounted on the edge ring mounting region so that its central axis coincides with the axis AX. The substrate W is disposed within the region surrounded by the edge ring ER. That is, the edge ring ER is disposed to surround the edge of the substrate W. The edge ring ER may be conductive. The edge ring ER is formed of, for example, silicon or silicon carbide. The edge ring ER may be formed of a dielectric material such as quartz.

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。 The plasma processing apparatus 1 may further include a gas supply line 25. The gas supply line 25 supplies a heat transfer gas, such as He gas, from a gas supply mechanism to the gap between the upper surface of the electrostatic chuck 20 and the rear surface (lower surface) of the substrate W.

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。 The plasma processing apparatus 1 may further include an insulating region 27. The insulating region 27 is disposed on the support portion 17. The insulating region 27 is disposed radially outside the lower electrode 18 with respect to the axis AX. The insulating region 27 extends circumferentially along the outer circumferential surface of the lower electrode 18. The insulating region 27 is formed from an insulator such as quartz. The edge ring ER is mounted on the insulating region 27 and the edge ring mounting region.

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。即ち、上部電極30は、下部電極18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。 The plasma processing apparatus 1 further includes an upper electrode 30. The upper electrode 30 is provided above the substrate support 16. That is, the upper electrode 30 is provided above the lower electrode 18. The upper electrode 30 closes the upper opening of the chamber body 12 together with a member 32. The member 32 has insulating properties. The upper electrode 30 is supported on the upper part of the chamber body 12 via this member 32.

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。 The upper electrode 30 includes a top plate 34 and a support 36. The bottom surface of the top plate 34 defines an internal space 10s. A plurality of gas discharge holes 34a are formed in the top plate 34. Each of the plurality of gas discharge holes 34a penetrates the top plate 34 in the plate thickness direction (vertical direction). The top plate 34 is made of, but is not limited to, silicon, for example. Alternatively, the top plate 34 may have a structure in which a plasma-resistant film is provided on the surface of an aluminum member. This film may be a ceramic film, such as a film formed by anodizing or a film formed from yttrium oxide.

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。 The support 36 supports the top plate 34 in a removable manner. The support 36 is made of a conductive material such as aluminum. A gas diffusion chamber 36a is provided inside the support 36. A plurality of gas holes 36b extend downward from the gas diffusion chamber 36a. The plurality of gas holes 36b are connected to the plurality of gas discharge holes 34a. A gas introduction port 36c is formed in the support 36. The gas introduction port 36c is connected to the gas diffusion chamber 36a. A gas supply pipe 38 is connected to the gas introduction port 36c.

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。 The gas source group 40 is connected to the gas supply pipe 38 via the valve group 41, the flow rate controller group 42, and the valve group 43. The gas source group 40, the valve group 41, the flow rate controller group 42, and the valve group 43 constitute a gas supply unit. The gas source group 40 includes a plurality of gas sources. Each of the valve group 41 and the valve group 43 includes a plurality of valves (e.g., opening and closing valves). The flow rate controller group 42 includes a plurality of flow rate controllers. Each of the plurality of flow rate controllers of the flow rate controller group 42 is a mass flow controller or a pressure-controlled flow rate controller. Each of the plurality of gas sources of the gas source group 40 is connected to the gas supply pipe 38 via a corresponding valve of the valve group 41, a corresponding flow rate controller of the flow rate controller group 42, and a corresponding valve of the valve group 43. The plasma processing apparatus 1 is capable of supplying gas from one or more gas sources selected from the plurality of gas sources of the gas source group 40 to the internal space 10s at individually adjusted flow rates.

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。 A baffle plate 48 is provided between the substrate support 16 or the support portion 17 and the side wall of the chamber body 12. The baffle plate 48 can be constructed, for example, by coating an aluminum member with a ceramic such as yttrium oxide. This baffle plate 48 has a large number of through holes. Below the baffle plate 48, an exhaust pipe 52 is connected to the bottom of the chamber body 12. This exhaust pipe 52 is connected to an exhaust device 50. The exhaust device 50 has a pressure controller such as an automatic pressure control valve and a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can reduce the pressure in the internal space 10s.

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2の周波数を有する。第2の周波数は、13~200MHz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の負荷側(下部電極18側)のインピーダンスを、高周波電源61の出力インピーダンスに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。 The plasma processing apparatus 1 further includes a high-frequency power supply 61. The high-frequency power supply 61 is a power supply that generates high-frequency power RF. The high-frequency power RF is used to generate plasma from the gas in the chamber 10. The high-frequency power RF has a second frequency. The second frequency is a frequency in the range of 13 to 200 MHz, for example, a frequency of 40 MHz or 60 MHz. The high-frequency power supply 61 is connected to the lower electrode 18 via a matching circuit 63 in order to supply the high-frequency power RF to the lower electrode 18. The matching circuit 63 is configured to match the impedance of the load side (lower electrode 18 side) of the high-frequency power supply 61 to the output impedance of the high-frequency power supply 61. Note that the high-frequency power supply 61 does not have to be electrically connected to the lower electrode 18, and may be connected to the upper electrode 30 via the matching circuit 63.

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に回路64を介して接続されている。バイアス電源62は、電気バイアス(バイアス電力)EBを発生する。電気バイアスEBは、基板Wにイオンを引き込むために用いられる。電気バイアスEBは、静電チャック20上に載置された基板Wの電位を第1の周波数で規定される周期CP内で変動させるように設定されている。周期CPは、第1の周波数の逆数である。第1の周波数は、第2の周波数よりも低い周波数であり得る。第1の周波数は、例えば50kHz以上、27MHz以下の周波数である。 The plasma processing apparatus 1 further includes a bias power supply 62. The bias power supply 62 is connected to the lower electrode 18 via a circuit 64. The bias power supply 62 generates an electric bias (bias power) EB. The electric bias EB is used to attract ions to the substrate W. The electric bias EB is set to vary the potential of the substrate W placed on the electrostatic chuck 20 within a period CP defined by a first frequency. The period CP is the reciprocal of the first frequency. The first frequency can be a frequency lower than the second frequency. The first frequency is, for example, a frequency not less than 50 kHz and not more than 27 MHz.

図2は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる高周波電力及び電気バイアスの一例のタイミングチャートである。図3は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる高周波電力及び電気バイアスの別の例のタイミングチャートである。一実施形態においては、図2又は図3に示すように、パルス波PLWが、電気バイアスEBとして用いられる。パルス波PLWが電気バイアスEBとして用いられる場合には、回路64は高周波電力RFを遮断するか低減させるフィルタ回路を含む。パルス波PLWは、パルス周期CPで周期的に下部電極18に与えられる。パルス波PLWは、少なくとも一つのバイアスパルスを含む。一実施形態では、パルス波PLWは、負直流電圧パルスNPLを含む。パルスNPLも、周期CPで周期的に下部電極18に与えられる。パルスNPLは、周期CP内の期間PAにおいて下部電極18に与えられる。周期CP内の期間PA以外の期間PBでは、パルス波PLWの電圧レベルは、0Vであってもよい。或いは、パルス波PLWの電圧レベルは、期間PBにおいてパルスNPLの電圧の絶対値よりも小さい絶対値を有していてもよい。また、パルス波PLWの電圧レベルは、期間PBにおいてパルスNPLの電圧の値よりも小さい正の値を有していてもよい。なお、周期CPの開始タイミング及び時間長、パルス波PLWの電圧のレベル、並びに周期CPにおいて期間PAが占める割合(即ち、デューティ比)は、後述する制御部MCからの制御信号によりバイアス電源62に指定され得る。 2 is a timing chart of an example of high frequency power and an electric bias used in a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment. FIG. 3 is a timing chart of another example of high frequency power and an electric bias used in a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment. In one embodiment, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, a pulse wave PLW is used as the electric bias EB. When the pulse wave PLW is used as the electric bias EB, the circuit 64 includes a filter circuit that blocks or reduces the high frequency power RF. The pulse wave PLW is applied to the lower electrode 18 periodically with a pulse period CP. The pulse wave PLW includes at least one bias pulse. In one embodiment, the pulse wave PLW includes a negative DC voltage pulse NPL. The pulse NPL is also applied to the lower electrode 18 periodically with a period CP. The pulse NPL is applied to the lower electrode 18 in a period PA within the period CP. In a period PB other than the period PA within the period CP, the voltage level of the pulse wave PLW may be 0V. Alternatively, the voltage level of the pulse wave PLW may have an absolute value smaller than the absolute value of the voltage of the pulse NPL during the period PB. Also, the voltage level of the pulse wave PLW may have a positive value smaller than the voltage value of the pulse NPL during the period PB. Note that the start timing and duration of the period CP, the voltage level of the pulse wave PLW, and the proportion of the period PA in the period CP (i.e., the duty ratio) can be specified to the bias power supply 62 by a control signal from the control unit MC, which will be described later.

プラズマ処理装置1においてプラズマエッチング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。また、電気バイアスEBが下部電極18に与えられることにより、プラズマからのイオンが基板Wに引き込まれる。そして、プラズマからのイオン及び/又はラジカルといった化学種により、基板Wが処理される。例えば、基板Wのプラズマエッチングが行われる。 When plasma etching is performed in the plasma processing apparatus 1, gas is supplied to the internal space 10s. Then, high-frequency power RF is supplied, and the gas is excited in the internal space 10s. Also, an electric bias EB is applied to the lower electrode 18, and ions from the plasma are attracted to the substrate W. Then, the substrate W is processed by chemical species such as ions and/or radicals from the plasma. For example, plasma etching of the substrate W is performed.

プラズマ処理装置1において、高周波電源61は、図2又は図3に示すように、第1の期間P1において、高周波電力RFの第1のパルスRFP1を供給する。第1の期間P1は、周期CPの時間長よりも短い時間長を有し、周期CPと少なくとも部分的に重複する。また、高周波電源61は、第2の期間P2において高周波電力RFの第2のパルスRFP2を供給する。第2の期間P2は、第1の期間P1とは別の期間である。第2の期間P2は、周期CPの時間長よりも短い時間長を有し、周期CPと少なくとも部分的に重複する。第2のパルスRFP2の電力レベル(第2の電力レベル)は、第1のパルスRFP1の電力レベル(第1の電力レベル)よりも低い。第1の期間P1及び第2の期間P2並びに高周波電力RFの電力レベルは、制御部MCからの制御信号により高周波電源61に対して指定され得る。高周波電源61に対して指定され得る高周波電力RFの電力レベルは、第1のパルスRFP1の電力レベル及び第2のパルスRFP2の電力レベルを含む。 In the plasma processing apparatus 1, the high frequency power supply 61 supplies a first pulse RFP1 of high frequency power RF in a first period P1 as shown in FIG. 2 or FIG. 3. The first period P1 has a time length shorter than the time length of the period CP and at least partially overlaps with the period CP. The high frequency power supply 61 also supplies a second pulse RFP2 of high frequency power RF in a second period P2. The second period P2 is a period separate from the first period P1. The second period P2 has a time length shorter than the time length of the period CP and at least partially overlaps with the period CP. The power level (second power level) of the second pulse RFP2 is lower than the power level (first power level) of the first pulse RFP1. The first period P1 and the second period P2, as well as the power level of the high frequency power RF, can be specified for the high frequency power supply 61 by a control signal from the control unit MC. The power level of the radio frequency power RF that can be specified for the radio frequency power source 61 includes the power level of the first pulse RFP1 and the power level of the second pulse RFP2.

一実施形態においては、図2に示すように、第1の期間P1及び第2の期間P2の各々は、周期CP内でパルスNPLが供給されていない期間(即ち、期間PB)内の期間である。期間PBでは、シース(プラズマシース)の厚さが薄くなり、インピーダンスが小さくなる。したがって、第1のパルスRFP1及び第2のパルスRFP2の各々に対する反射が抑制される。この実施形態においては、図2に示すように、高周波電源61は、第1の期間P1と第2の期間P2との間の第3の期間P3において高周波電力RFを供給するように構成されていてもよい。期間P1と期間P2との間の期間P3において供給される高周波電力RFの電力レベルは、第1のパルスRFP1の電力レベル及び第2のパルスRFP2の電力レベルよりも低く、0Wよりも大きい第3の電力レベルを有し得る。なお、この実施形態では、期間PAにおける高周波電力RFの電力レベルは、0Wであってもよい。或いは、期間PAにおける高周波電力RFの電力レベルは、0Wよりも大きく、第1のパルスの電力レベル、第2のパルスの電力レベル、及び期間P3における高周波電力RFの電力レベルよりも低くてもよい。 In one embodiment, as shown in FIG. 2, each of the first period P1 and the second period P2 is a period within the period (i.e., the period PB) in which the pulse NPL is not supplied within the cycle CP. In the period PB, the thickness of the sheath (plasma sheath) becomes thinner and the impedance becomes smaller. Therefore, reflection of each of the first pulse RFP1 and the second pulse RFP2 is suppressed. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the high frequency power supply 61 may be configured to supply high frequency power RF in a third period P3 between the first period P1 and the second period P2. The power level of the high frequency power RF supplied in the period P3 between the period P1 and the period P2 may have a third power level that is lower than the power level of the first pulse RFP1 and the power level of the second pulse RFP2 and is greater than 0 W. Note that in this embodiment, the power level of the high frequency power RF in the period PA may be 0 W. Alternatively, the power level of the radio frequency power RF in period PA may be greater than 0 W and lower than the power level of the first pulse, the power level of the second pulse, and the power level of the radio frequency power RF in period P3.

一実施形態においては、図3に示すように、第1の期間P1は、パルスNPLが供給されている期間PAと重複する。この実施形態において、第2の期間P2は、周期CP内でパルスNPLが供給されていない期間(即ち、期間PB)内の期間である。この実施形態においては、図3に示すように、高周波電源61は、第2の期間P2とこれを含む周期CPの終了時点(又は次の周期CPの開始時点)との間の第4の期間P4において、高周波電力RFを供給するように構成されていてもよい。期間P2の後の期間P4において供給される高周波電力RFの電力レベルは、第1のパルスRFP1の電力レベル及び第2のパルスRFP2の電力レベルよりも低く、0Wよりも大きい第4の電力レベルを有し得る。なお、この実施形態では、第1の期間P1と第2の期間P2との間の期間における高周波電力RFの電力レベルは、0Wであってもよい。或いは、第1の期間P1と第2の期間P2との間の期間における高周波電力RFの電力レベルは、0Wよりも大きく、第1のパルスの電力レベル、第2のパルスの電力レベル、及び期間P4における高周波電力RFの電力レベルよりも低くてもよい。 In one embodiment, as shown in FIG. 3, the first period P1 overlaps with the period PA during which the pulse NPL is supplied. In this embodiment, the second period P2 is a period during which the pulse NPL is not supplied within the period CP (i.e., the period PB). In this embodiment, as shown in FIG. 3, the high frequency power supply 61 may be configured to supply high frequency power RF in a fourth period P4 between the second period P2 and the end point of the period CP including the second period P2 (or the start point of the next period CP). The power level of the high frequency power RF supplied in the period P4 after the period P2 may have a fourth power level that is lower than the power level of the first pulse RFP1 and the power level of the second pulse RFP2 and is greater than 0 W. Note that in this embodiment, the power level of the high frequency power RF in the period between the first period P1 and the second period P2 may be 0 W. Alternatively, the power level of the radio frequency power RF in the period between the first period P1 and the second period P2 may be greater than 0 W and lower than the power level of the first pulse, the power level of the second pulse, and the power level of the radio frequency power RF in period P4.

一実施形態において、プラズマ処理装置1は、図1に示すように、シース調整器74を更に備えていてもよい。シース調整器74は、基板Wのエッジに対するプラズマからのイオンの進行方向を垂直方向に補正するために、エッジリングERの上方でのシースの上端位置を調整するように構成されている。シース調整器74は、エッジリングERの上方でのシースの上端位置と基板Wの上方でのシースの上端位置との差を解消又は減少させるように、エッジリングERの上方でのシースの上端位置を調整する。 In one embodiment, the plasma processing apparatus 1 may further include a sheath adjuster 74 as shown in FIG. 1. The sheath adjuster 74 is configured to adjust the position of the upper end of the sheath above the edge ring ER in order to vertically correct the direction of travel of ions from the plasma relative to the edge of the substrate W. The sheath adjuster 74 adjusts the position of the upper end of the sheath above the edge ring ER so as to eliminate or reduce the difference between the position of the upper end of the sheath above the edge ring ER and the position of the upper end of the sheath above the substrate W.

一実施形態において、シース調整器74は、エッジリングERに電圧Vを印加するように構成された電源である。電圧Vは、負の電圧であり得る。なお、電圧Vは、電気バイアスEBと同じ波形を有する電圧であってもよい。この実施形態において、シース調整器74は、フィルタ75及び導線76を介してエッジリングERに接続されている。フィルタ75は、シース調整器74に流入する高周波電力を遮断するか又は低減させるためのフィルタである。 In one embodiment, the sheath adjuster 74 is a power supply configured to apply a voltage VN to the edge ring ER. The voltage VN may be a negative voltage. Note that the voltage VN may have the same waveform as the electrical bias EB. In this embodiment, the sheath adjuster 74 is connected to the edge ring ER via a filter 75 and a conductor 76. The filter 75 is a filter for blocking or reducing high frequency power flowing into the sheath adjuster 74.

電圧Vのレベルは、エッジリングERの上方でのシースの上端位置の調整量を定める。エッジリングERの上方でのシースの上端位置の調整量、即ち電圧Vのレベルは、エッジリングERの厚さを表すパラメータに応じて決定される。このパラメータは、光学的又は電気的に測定されるエッジリングERの厚さの測定値、光学的又は電気的に測定されるエッジリングERの上面の鉛直方向における位置、又はエッジリングERがプラズマに晒された時間長であり得る。電圧Vのレベルは、かかるパラメータと電圧Vのレベルとの間の所定の関係を用いて決定される。例えば、パラメータと電圧Vのレベルとの間の所定の関係は、エッジリングERの厚さが減少すると電圧Vの絶対値が増加するように、予め定められている。この関係は、関数又はテーブル形式のデータとして後述する制御部MCの記憶装置に記憶されている。電圧Vのレベルは、制御部MCによって決定されて、シース調整器74に対して指定される。決定されたレベルを有する電圧Vがシース調整器74によってエッジリングERに印加されると、エッジリングERの上方でのシースの上端位置と基板Wの上方でのシースの上端位置との差が解消又は減少される。 The level of the voltage VN determines the amount of adjustment of the upper end position of the sheath above the edge ring ER. The amount of adjustment of the upper end position of the sheath above the edge ring ER, i.e., the level of the voltage VN , is determined according to a parameter representing the thickness of the edge ring ER. This parameter may be a measured value of the thickness of the edge ring ER measured optically or electrically, a vertical position of the upper surface of the edge ring ER measured optically or electrically, or a time length during which the edge ring ER is exposed to plasma. The level of the voltage VN is determined using a predetermined relationship between such a parameter and the level of the voltage VN . For example, the predetermined relationship between the parameter and the level of the voltage VN is predetermined so that the absolute value of the voltage VN increases as the thickness of the edge ring ER decreases. This relationship is stored in a storage device of the control unit MC, which will be described later, as data in the form of a function or table. The level of the voltage VN is determined by the control unit MC and specified for the sheath adjuster 74. When a voltage VN having a determined level is applied to the edge ring ER by the sheath adjuster 74, the difference between the position of the top end of the sheath above the edge ring ER and the position of the top end of the sheath above the substrate W is eliminated or reduced.

なお、シース調整器74によってエッジリングERに印加される電圧は、直流電圧又は高周波電圧であり得る。エッジリングERに印加される電圧は、電気バイアスEBと同じ波形を有する電圧であってもよい。シース調整器74によってエッジリングERに印加される電圧は、パルス状の高周波電圧又はパルス状の直流電圧であってもよい。即ち、電圧Vは、周期的にエッジリングERに印加されてもよい。電圧Vは、例えば、周期CP内の期間PAにおいて又は期間PAと重複する期間において、エッジリングERに印加されてもよい。電圧Vとしてパルス状の直流電圧が周期的にエッジリングERに印加される場合には、電圧VがエッジリングERに印加されている期間において、電圧Vのレベルが変化してもよい。 The voltage applied to the edge ring ER by the sheath adjuster 74 may be a DC voltage or a radio frequency voltage. The voltage applied to the edge ring ER may be a voltage having the same waveform as the electric bias EB. The voltage applied to the edge ring ER by the sheath adjuster 74 may be a pulsed radio frequency voltage or a pulsed DC voltage. That is, the voltage VN may be applied to the edge ring ER periodically. The voltage VN may be applied to the edge ring ER, for example, in a period PA within the period CP or in a period overlapping with the period PA. When a pulsed DC voltage is applied to the edge ring ER periodically as the voltage VN , the level of the voltage VN may change during the period during which the voltage VN is applied to the edge ring ER.

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。後述する例示的実施形態に係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。 The control unit MC is a computer equipped with a processor, a storage device, an input device, a display device, etc., and controls each part of the plasma processing apparatus 1. The control unit MC executes a control program stored in the storage device, and controls each part of the plasma processing apparatus 1 based on recipe data stored in the storage device. Under the control of the control unit MC, a process specified by the recipe data is executed in the plasma processing apparatus 1. A plasma processing method according to an exemplary embodiment described below can be executed in the plasma processing apparatus 1 under the control of each part of the plasma processing apparatus 1 by the control unit MC.

高周波電力RFが連続的に供給される場合、即ち高周波電力RFの連続波が供給される場合には、チャンバ10内のプラズマの密度は、中央(即ち、軸線AX上の位置及びその近傍)で高くなり径方向外側において低くなる。プラズマ処理装置1では、高周波電力RFは、第1のパルスRFP1として供給される。したがって、プラズマ処理装置1によれば、プラズマの径方向の密度分布の均一性が高くなる。また、プラズマ処理装置1では、第1のパルスRFP1の供給後に、比較的低い電力を有する高周波電力RFの第2のパルスRFP2が供給される。したがって、プラズマ処理装置1によれば、プラズマの密度の低下又は消失を抑制することが可能となる。 When high frequency power RF is supplied continuously, i.e., when a continuous wave of high frequency power RF is supplied, the density of the plasma in the chamber 10 is high at the center (i.e., at the position on the axis AX and its vicinity) and low on the radially outer side. In the plasma processing apparatus 1, the high frequency power RF is supplied as a first pulse RFP1. Therefore, according to the plasma processing apparatus 1, the uniformity of the radial density distribution of the plasma is increased. In addition, in the plasma processing apparatus 1, after the supply of the first pulse RFP1, a second pulse RFP2 of high frequency power RF having a relatively low power is supplied. Therefore, according to the plasma processing apparatus 1, it is possible to suppress a decrease or disappearance of the plasma density.

以下、図4を参照する。図4は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置で用いられる電気バイアスの更に別の例のタイミングチャートである。図4に示すように、プラズマ処理装置1のバイアス電源62は、電気バイアスEBとして、高周波(RF)バイアス電力を下部電極18に供給してもよい。高周波バイアス電力は、上述した第1の周波数を有する。この実施形態において、回路64は、整合回路であり、バイアス電源62の負荷側(下部電極18側)のインピーダンスを、バイアス電源62の出力インピーダンスと整合させるように構成されている。 Reference is now made to FIG. 4. FIG. 4 is a timing chart of yet another example of an electric bias used in a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment. As shown in FIG. 4, the bias power supply 62 of the plasma processing apparatus 1 may supply radio frequency (RF) bias power to the lower electrode 18 as the electric bias EB. The RF bias power has the first frequency described above. In this embodiment, the circuit 64 is a matching circuit and is configured to match the impedance of the load side (lower electrode 18 side) of the bias power supply 62 with the output impedance of the bias power supply 62.

高周波バイアス電力が電気バイアスEBとして用いられる場合には、第1のパルスRFP1及び第2のパルスRFP2の各々は、バイアス電源62に対する負荷のインピーダンスが略整合状態にあるときに、供給され得る。即ち、第1の期間P1及び第2の期間P2の各々は、周期CP内においてバイアス電源62に対する負荷のインピーダンスがバイアス電源62の出力インピーダンスに対して略整合状態にある期間と重複し得る。なお、バイアス電源62に対する負荷は、チャンバ10内で生成されるプラズマを含む。 When high frequency bias power is used as the electric bias EB, each of the first pulse RFP1 and the second pulse RFP2 can be supplied when the impedance of the load for the bias power supply 62 is approximately matched. That is, each of the first period P1 and the second period P2 can overlap with a period in the period CP during which the impedance of the load for the bias power supply 62 is approximately matched to the output impedance of the bias power supply 62. The load for the bias power supply 62 includes the plasma generated in the chamber 10.

以下、図5及び図6を参照する。図5は、別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6は、図5に示すプラズマ処理装置において用いられ得る一例のエッジリングを示す図である。図5に示すプラズマ処理装置1Bは、エッジリングERではなくエッジリングERBを用いる点で、プラズマ処理装置1と異なっている。また、プラズマ処理装置1Bは、シース調整器74ではなく、シース調整器74Bを備えている点で、プラズマ処理装置1と異なっている。その他の点において、プラズマ処理装置1Bの構成は、プラズマ処理装置1の構成と同一であり得る。 Reference will now be made to Figures 5 and 6. Figure 5 is a schematic diagram of a plasma processing apparatus according to another exemplary embodiment. Figure 6 is a diagram showing an example of an edge ring that can be used in the plasma processing apparatus shown in Figure 5. The plasma processing apparatus 1B shown in Figure 5 differs from the plasma processing apparatus 1 in that it uses an edge ring ERB instead of an edge ring ER. The plasma processing apparatus 1B also differs from the plasma processing apparatus 1 in that it includes a sheath adjuster 74B instead of a sheath adjuster 74. In other respects, the configuration of the plasma processing apparatus 1B may be the same as the configuration of the plasma processing apparatus 1.

図6に示すように、エッジリングERBは、第1環状部ER1及び第2環状部ER2を有している。第1環状部ER1及び第2環状部ER2は、互いから分離されている。第1環状部ER1は、環状且つ板状をなしており、軸線AXの周りで延在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、そのエッジが第1環状部ER1の上又は上方に位置するように基板載置領域上に載置される。第2環状部ER2は、環状且つ板状をなしており、軸線AXの周りで延在するようにエッジリング載置領域上に載置される。第2環状部ER2は、径方向において第1環状部ER1の外側に位置している。 As shown in FIG. 6, the edge ring ERB has a first annular portion ER1 and a second annular portion ER2. The first annular portion ER1 and the second annular portion ER2 are separated from each other. The first annular portion ER1 is annular and plate-shaped, and is placed on the edge ring mounting area so as to extend around the axis AX. The substrate W is placed on the substrate mounting area so that its edge is located on or above the first annular portion ER1. The second annular portion ER2 is annular and plate-shaped, and is placed on the edge ring mounting area so as to extend around the axis AX. The second annular portion ER2 is located radially outside the first annular portion ER1.

シース調整器74Bは、第2環状部ER2の上面の鉛直方向における位置を調整するために第2環状部ER2を上方に移動させるように構成されている。一例において、シース調整器74Bは、駆動装置74a及びシャフト74bを含む。シャフト74bは、第2環状部ER2を支持しており、第2環状部ER2から下方に延在している。駆動装置74aは、シャフト74bを介して第2環状部ER2を鉛直方向に沿って移動させるための駆動力を発生するように構成されている。 The sheath adjuster 74B is configured to move the second annular portion ER2 upward to adjust the vertical position of the upper surface of the second annular portion ER2. In one example, the sheath adjuster 74B includes a drive unit 74a and a shaft 74b. The shaft 74b supports the second annular portion ER2 and extends downward from the second annular portion ER2. The drive unit 74a is configured to generate a drive force for moving the second annular portion ER2 along the vertical direction via the shaft 74b.

シース調整器74Bは、基板Wのエッジに対するプラズマからのイオンの進行方向を垂直方向に補正するために、エッジリングERBの上方でのシースの上端位置の調整量、即ち第2環状部ER2の上面の鉛直方向における位置を調整するように構成されている。シース調整器74Bは、第2環状部ER2の上面の鉛直方向における位置を静電チャック20上での基板Wの上面の鉛直方向における位置に一致させるように、第2環状部ER2を鉛直方向に沿って移動させる。 The sheath adjuster 74B is configured to adjust the amount of adjustment of the upper end position of the sheath above the edge ring ERB, i.e., the vertical position of the upper surface of the second annular member ER2, in order to vertically correct the direction of travel of ions from the plasma relative to the edge of the substrate W. The sheath adjuster 74B moves the second annular member ER2 vertically so that the vertical position of the upper surface of the second annular member ER2 coincides with the vertical position of the upper surface of the substrate W on the electrostatic chuck 20.

エッジリングERBの上方でのシースの上端位置の調整量、即ち第2環状部ER2の移動量は、エッジリングERBの厚さ、即ち第2環状部ER2の厚さを反映するパラメータに応じて決定される。このパラメータは、光学的又は電気的に測定される第2環状部ER2の厚さの測定値、光学的又は電気的に測定される第2環状部ER2の上面の鉛直方向における位置、又はエッジリングERBがプラズマに晒された時間長であり得る。第2環状部ER2の移動量は、かかるパラメータと第2環状部ER2の移動量との間の所定の関係を用いて決定される。例えば、パラメータと第2環状部ER2の移動量との間の所定の関係は、第2環状部ER2の厚さが減少すると第2環状部ER2の移動量が増加するように、予め定められている。決定された移動量だけ第2環状部ER2が上方に移動されると、エッジリングERB上でのシースの上端位置と基板Wの上方でのシースの上端位置との差が解消又は減少される。 The adjustment amount of the top end position of the sheath above the edge ring ERB, i.e., the movement amount of the second annular portion ER2, is determined according to a parameter reflecting the thickness of the edge ring ERB, i.e., the thickness of the second annular portion ER2. This parameter can be a measured value of the thickness of the second annular portion ER2 measured optically or electrically, a vertical position of the top surface of the second annular portion ER2 measured optically or electrically, or the length of time the edge ring ERB is exposed to plasma. The movement amount of the second annular portion ER2 is determined using a predetermined relationship between such a parameter and the movement amount of the second annular portion ER2. For example, the predetermined relationship between the parameter and the movement amount of the second annular portion ER2 is predetermined such that the movement amount of the second annular portion ER2 increases as the thickness of the second annular portion ER2 decreases. When the second annular portion ER2 is moved upward by the determined movement amount, the difference between the top end position of the sheath on the edge ring ERB and the top end position of the sheath above the substrate W is eliminated or reduced.

プラズマ処理装置1Bにおいて、制御部MCは、上述したように第2環状部ER2の移動量を決定し得る。上述したパラメータと第2環状部ER2の移動量との間の所定の関係は、関数又はテーブル形式のデータとして、制御部MCの記憶装置に格納されていてもよい。制御部MCは、決定した移動量だけ第2環状部ER2を上方に移動させるよう、シース調整器74Bを制御し得る。 In the plasma processing apparatus 1B, the control unit MC can determine the movement amount of the second annular portion ER2 as described above. The predetermined relationship between the above-mentioned parameters and the movement amount of the second annular portion ER2 can be stored in the storage device of the control unit MC as function or table-format data. The control unit MC can control the sheath adjuster 74B to move the second annular portion ER2 upward by the determined movement amount.

図7は、エッジリングの別の例を示す図である。図7に示すエッジリングERBでは、第1環状部ER1は、内周部及び外周部を有している。内周部の上面の鉛直方向における位置は、外周部の上面の鉛直方向における高さ方向の位置よりも低い。基板Wは、そのエッジが第1環状部ER1の内周部上に位置するように基板載置領域上に載置される。第2環状部ER2は、基板Wのエッジを囲むように、第1環状部ER1の内周部上に配置される。即ち、図7に示すエッジリングERBでは、第2環状部ER2は、第1環状部ER1の外周部の内側に配置される。図7に示すエッジリングERBが用いられる場合には、シース調整器74Bのシャフト74bは、第1環状部ER1の内周部に形成された貫通孔を通って、第2環状部ER2の下面に到達し得る。 Figure 7 is a diagram showing another example of an edge ring. In the edge ring ERB shown in Figure 7, the first annular portion ER1 has an inner peripheral portion and an outer peripheral portion. The vertical position of the upper surface of the inner peripheral portion is lower than the vertical height position of the upper surface of the outer peripheral portion. The substrate W is placed on the substrate placement area so that its edge is located on the inner peripheral portion of the first annular portion ER1. The second annular portion ER2 is placed on the inner peripheral portion of the first annular portion ER1 so as to surround the edge of the substrate W. That is, in the edge ring ERB shown in Figure 7, the second annular portion ER2 is placed inside the outer peripheral portion of the first annular portion ER1. When the edge ring ERB shown in Figure 7 is used, the shaft 74b of the sheath adjuster 74B can reach the lower surface of the second annular portion ER2 through a through hole formed in the inner peripheral portion of the first annular portion ER1.

以下、図8を参照する。図8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。図8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、プラズマ処理装置1Bといった種々の実施形態に係るプラズマ処理装置の何れかを用いて実行される。 Refer to FIG. 8 below. FIG. 8 is a flow chart of a plasma processing method according to one exemplary embodiment. The plasma processing method shown in FIG. 8 (hereinafter, referred to as "method MT") is performed using any of the plasma processing apparatuses according to various embodiments, such as the plasma processing apparatus 1 and plasma processing apparatus 1B described above.

方法MTは、工程ST1で開始する。工程ST1では、チャンバ10内に基板Wが準備される。チャンバ10内で、基板Wは、静電チャック20上に載置される。方法MTの工程ST2、工程ST3、及び工程ST4は、基板Wが静電チャック20上に載置された状態で実行される。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。 Method MT begins with step ST1. In step ST1, a substrate W is prepared in the chamber 10. In the chamber 10, the substrate W is placed on the electrostatic chuck 20. Steps ST2, ST3, and ST4 of method MT are performed with the substrate W placed on the electrostatic chuck 20. In method MT, gas is supplied from a gas supply unit into the chamber 10. Then, the pressure in the chamber 10 is set to a specified pressure by the exhaust device 50.

工程ST2では、電気バイアスEBが下部電極18に供給される。工程ST3では、高周波電力RFの第1のパルスRFP1が、第1の期間P1において供給される。工程ST4では、高周波電力RFの第2のパルスRFP2が、第2の期間P2において供給される。 In step ST2, an electrical bias EB is supplied to the lower electrode 18. In step ST3, a first pulse RFP1 of radio frequency power RF is supplied in a first period P1. In step ST4, a second pulse RFP2 of radio frequency power RF is supplied in a second period P2.

工程ST5では、終了条件が満たされるか否かが判定される。終了条件は、周期CPの繰り返し回数が所定回数に達している場合に満たされる。工程ST5において終了条件が満たされないと判定されると、工程ST2、工程ST3、及び工程ST4が再び実行される。一方、工程ST5において終了条件が満たされていると判定されると、方法MTの実行が終了する。 In step ST5, it is determined whether the termination condition is satisfied. The termination condition is satisfied when the number of repetitions of the cycle CP reaches a predetermined number. If it is determined in step ST5 that the termination condition is not satisfied, steps ST2, ST3, and ST4 are executed again. On the other hand, if it is determined in step ST5 that the termination condition is satisfied, the execution of method MT is terminated.

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。 Although various exemplary embodiments have been described above, various additions, omissions, substitutions, and modifications may be made without being limited to the exemplary embodiments described above. In addition, elements in different embodiments may be combined to form other embodiments.

別の実施形態において、プラズマ処理装置は、誘導結合型プラズマ処理装置、ECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマ処理装置、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。 In another embodiment, the plasma processing apparatus may be an inductively coupled plasma processing apparatus, an ECR (electron cyclotron resonance) plasma processing apparatus, or a plasma processing apparatus that generates plasma using surface waves such as microwaves.

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。 From the foregoing, it will be understood that the various embodiments of the present disclosure have been described herein for purposes of illustration, and that various modifications may be made without departing from the scope and spirit of the present disclosure. Accordingly, the various embodiments disclosed herein are not intended to be limiting, with the true scope and spirit being indicated by the appended claims.

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、61…高周波電源、62…バイアス電源。 1...plasma processing apparatus, 10...chamber, 16...substrate support, 18...lower electrode, 61...high frequency power supply, 62...bias power supply.

Claims (7)

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、電極を含む基板支持器と、
前記電極に結合され、1周期内の第1の期間において第1の電圧レベルを有し、該1周期内の第2の期間及び該第2の期間の後の第3の期間において第2の電圧レベルを有する電気バイアスを発生するように構成されたバイアス電源であり、該第1の電圧レベルの絶対値は該第2の電圧レベルの絶対値よりも大きい、バイアス電源と、
前記プラズマ処理チャンバに結合され、前記1周期内の前記第1の期間において第1の電力レベルを有し、前記1周期内の前記第2の期間において第2の電力レベルを有し、前記1周期内の前記第3の期間において第3の電力レベルを有し、前記1周期内の前記第2の期間と前記第3の期間との間の第4の期間において第4の電力レベルを有す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、前記第2の電力レベルは前記第3の電力レベルよりも大きく、前記第3の電力レベルは前記第1の電力レベルよりも大き前記第4の電力レベルは前記第1の電力レベルと前記第3の電力レベルとの間のレベルである、該高周波電源と、
を備える、プラズマ処理装置。
a plasma processing chamber;
a substrate support disposed within the plasma processing chamber and including an electrode;
a bias power supply coupled to the electrode and configured to generate an electrical bias having a first voltage level during a first time period within a period and a second voltage level during a second time period within the period and a third time period after the second time period, the absolute value of the first voltage level being greater than the absolute value of the second voltage level;
a radio frequency power source coupled to the plasma processing chamber and configured to generate radio frequency power having a first power level during the first time period within the cycle, a second power level during the second time period within the cycle, a third power level during the third time period within the cycle, and a fourth power level during a fourth time period between the second and third time periods within the cycle, wherein the second power level is greater than the third power level, the third power level is greater than the first power level, and the fourth power level is between the first power level and the third power level;
A plasma processing apparatus comprising:
前記電気バイアスは、矩形、台形、三角形、又はこれらの組み合わせのパルス波形を有する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus of claim 1, wherein the electrical bias has a pulse waveform that is rectangular, trapezoidal, triangular, or a combination thereof. 前記電気バイアスは、整形パルスを有する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus of claim 1, wherein the electrical bias has a shaped pulse. 前記第1の電圧レベルは、負の極性を有する、請求項1~3の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the first voltage level has a negative polarity. 前記第2の電圧レベルは、ゼロ電圧レベルである、請求項1~4の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the second voltage level is a zero voltage level. 前記第1の電力レベルは、ゼロ電力レベルである、請求項1~5の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the first power level is a zero power level. 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配置され、下部電極を含む基板支持器と、前記下部電極の上方に配置された上部電極とを備え、該プラズマ処理方法は、
前記基板支持器上に基板を載置する工程と、
電気バイアスを前記下部電極に供給する工程であり、該電気バイアスは、1周期内の第1の期間において第1の電圧レベルを有し、該1周期内の第2の期間及び該第2の期間の後の第3の期間において第2の電圧レベルを有し、該第1の電圧レベルの絶対値は該第2の電圧レベルの絶対値よりも大きい、該工程と、
高周波電力を前記上部電極又は前記下部電極に供給する工程であり、該高周波電力は、前記1周期内の前記第1の期間において第1の電力レベルを有し、前記1周期内の前記第2の期間において第2の電力レベルを有し、前記1周期内の前記第3の期間において第3の電力レベルを有し、前記1周期内の前記第2の期間と前記第3の期間との間の第4の期間において第4の電力レベルを有し、前記第2の電力レベルは前記第3の電力レベルよりも大きく、前記第3の電力レベルは前記第1の電力レベルよりも大き前記第4の電力レベルは前記第1の電力レベルと前記第3の電力レベルとの間のレベルである、該工程と、
を含む、プラズマ処理方法。
A plasma processing method for use in a plasma processing apparatus, the plasma processing apparatus comprising: a plasma processing chamber; a substrate support disposed within the plasma processing chamber and including a lower electrode; and an upper electrode disposed above the lower electrode, the plasma processing method comprising the steps of:
placing a substrate on the substrate support;
providing an electrical bias to the lower electrode, the electrical bias having a first voltage level during a first time period within a period and a second voltage level during a second time period within the period and a third time period after the second time period, the absolute value of the first voltage level being greater than the absolute value of the second voltage level;
a step of supplying radio frequency power to the upper electrode or the lower electrode, the radio frequency power having a first power level in the first period within the one cycle, a second power level in the second period within the one cycle, a third power level in the third period within the one cycle, and a fourth power level in a fourth period between the second and third periods within the one cycle, the second power level being greater than the third power level, the third power level being greater than the first power level, and the fourth power level being a level between the first power level and the third power level;
A plasma processing method comprising:
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