JP5571996B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関し、特に、壁電位を制御する機構に関する。

プラズマ電位は、周囲の電位より高い電位をもっている。これを、図８に示した平行平板型プラズマ処理装置９９を例に用いて説明する。処理容器９００内のプラズマ処理空間において、バイアス電位が負のタイミング（ウエハ電位が負）の場合、すなわち、ウエハ電位Ｖ_{ｗａｆｅｒ}が壁電位Ｖ_ｗａｌｌ（すなわち、グラウンド）より低くなる場合、プラズマ電位Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}は壁電位Ｖ_ｗａｌｌより高い電位となる。一方、バイアス電位が正のタイミング（ウエハ電位が正）の場合、すなわち、ウエハ電位Ｖ_{ｗａｆｅｒ}が壁電位Ｖ_ｗａｌｌより高くなる場合、プラズマ電位Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}は、ウエハ電位Ｖ_{ｗａｆｅｒ}より高い電位となる。

処理容器９００の壁とプラズマ間の電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）は、エッチングプロセスの生産性に大きく関係する。つまり、電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）が大きすぎると、プラズマ中のイオンによる壁面へのスパッタ力が強くなり、またプラズマ中のラジカルが壁面に堆積しにくくなって、処理容器の壁が削られ、パーティクル、チャンバ内汚染、パーツの消耗等の原因になる。

一方、電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）が小さすぎると、プラズマ中のイオンによる壁面へのスパッタ力が弱くなり、プラズマ中のラジカルが壁面に付着し易くなって、壁に反応生成物が堆積し膜を形成する。例えば、前工程にてＣＦ系ガスを使用したプロセスを実行した場合、プロセス中に処理容器の壁面にＣＦ膜（ポリマー）が形成される。この状態で次工程にて同一処理容器内でＯ_２ガスを使用したプロセスを実行すると、Ｏ_２にＣＦが混在した形でプラズマが生成されることとなり、壁面に付着したＣＦ膜の成分がプラズマ中に入り込んで他の物質と化学反応を起こし、所望のプラズマ処理に悪影響を及ぼすこととなる。いわゆるメモリイフェクト（Ｍｅｍｏｒｙ Ｅｆｆｅｃｔ）の問題である。このメモリイフェクトの問題に加え、壁への膜の付着が多いほど処理容器内を頻繁にクリーニングする必要が生じ、生産性の低下、製造コストの増大を引き起こす。

さらに、近年、エッチングレート等を上昇させて加工時間を短縮することによりスループットを向上させたいというユーザの要求が高まっている。この要求に応じて、よりハイパワーの高周波電力を処理容器内に供給する必要が生じている。高周波電源からハイパワーの高周波電力が出力されると、壁面へのスパッタ力が強くなる一方、ラジカルが壁面に堆積しにくくなって壁の削れが大きくなる。

特許文献１では、プラズマ処理中、下部電極にバイアス用の高周波電力を印加し、下部電極にイオンを引き込む。プラズマ処理中に上部電極や処理容器の内壁に付着物が堆積することによりクリーニングが必要になった場合には、上部電極を負にバイアスするようにスイッチを切り替えて、上部電極に高周波電力を印加し、上部電極にイオンを引き込む。これによれば、イオンの引き込みによって上部電極に堆積した付着物を取り除くことができる。

特開平８−２２９８０号公報

しかしながら、特許文献１は、バイアス用の高周波電力の印加先をプラズマ処理とクリーニング処理とで切り替える技術であるため、プラズマ処理中における壁の削れ又は壁への膜の形成という問題を解決することはできない。

これに対して、壁が削れ過ぎず、かつ壁に膜が堆積しすぎないように高周波のパワーを制御することも考えられる。一般的に、処理容器の壁及びプラズマ間の電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）は、電極から供給する高周波のパワーに依存するためである。

しかし、高周波のパワーは、プラズマを生成するために最適な値に設定する必要がある。このため、壁にかかる電位は、積極的に制御する対象とはならず、高周波のパワーや処理容器の形によって決まってしまう。

また、同一処理容器内で異なるプロセスが連続的に実行される場合、プロセス毎に最適な高周波のパワーは異なるため、あらゆるプロセス条件で処理容器の壁及びプラズマ間の電位差を所望の範囲内に納めることは極めて困難である。従って、使用する代表的な高周波のパワーに対して最適な、壁及びプラズマ間の電位差になるように処理容器の構造を設計している。しかし、近年、多層膜構造の異なる複数のエッチングプロセスを同一処理容器内で連続して実行するという多層膜構造の一括エッチングが主流となっている。このため、同一処理容器内で高周波のパワーが非常に低い条件と非常に高い条件との連続プロセスが要求される。これにより、さらに壁及びプラズマ間の電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）が非常に大きくなったり非常に小さくなったりして上記壁の削れや壁への膜の堆積の問題が大きくなっている。

上記課題に鑑み、本発明は、プラズマの状態を安定的に保ちながら、プロセスに応じて適正に壁の電位を調整することが可能な、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、処理容器内のプラズマ処理空間にプラズマを生成し、被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、プラズマ励起用の高周波電力を印加するプラズマ励起用高周波電源と、プラズマ励起用の高周波より低い周波数の電位調整用の高周波電力を印加する電位調整用高周波電源及び直流電圧を印加する直流電源と、被処理体を載置する載置台と、前記載置台に載置された被処理体より外側であって前記載置台に対向し、上部電極の外縁にて該上部電極と離隔して配置され、前記電位調整用高周波電源及び前記直流電源に接続された補助電極と、を備え、前記電位調整用高周波電源から前記補助電極への高周波電力の印加と前記直流電源から前記補助電極への直流電圧の印加とを切り替えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

かかる構成によれば、載置台に載置された被処理体より外側であって載置台に対向して配置され、高周波電源及び直流電源に接続される補助電極が設けられる。これにより、補助電極には、高周波電源から出力された高周波電力、及び直流電源から出力された直流電圧が印加される。

これまでの知見から、発明者は、補助電極に直流電源から出力された直流電圧を印加すると、処理容器の壁とプラズマ間の電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）は小さくなり、補助電極に高周波電源から出力された高周波電力を印加すると、その電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）は大きくなることを発見した。

よって、壁に反応物が堆積し易いプロセスの場合には、補助電極に高周波電源から出力された高周波電力を印加するように制御する。これにより、処理容器の壁とプラズマとの電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）は大きくなり、壁面側のシース電圧が高くなる。これによれば、壁面側のシース領域にてイオンの加速を強め、壁へのイオンの衝突力を大きくして、壁に反応物が堆積することを抑制することができる。

一方、壁が削れ易いプロセスの場合には、補助電極に直流電源から出力された直流電圧を印加するように制御する。これにより、処理容器の壁とプラズマとの電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）は小さくなり、壁面側のシース電圧が低くなる。これにより、壁面側のシース領域にてイオンの加速を弱め、壁へのイオンの衝突力を小さくして、壁が削れることを抑制することができる。かかる構成によれば、このようにして処理容器内にて壁が削れ過ぎず、かつ壁に堆積物が付着しすぎないように制御することができる。

また、かかる構成では、プラズマ励起用の高周波より低い周波数の電位調整の高周波電力を用い、プラズマ生成用の高周波電源を壁電位の制御に用いない。よって、プラズマ生成用の高周波電力は、プロセスに応じて適正なパワーに設定することができる。このため、プラズマの状態を安定的に保つことができる。さらに、かかる構成によれば、補助電極は、被処理体より外側であって載置台に対向して配置されている。よって、上記壁電位の制御は、プラズマ生成のための制御と独立し、影響を及ぼしあわない。この結果、被処理体の加工に用いられるプラズマの状態を安定的に保ちながら、適正に壁の電位を調整することができる。

下部電極としての前記載置台にバイアス用の高周波電力を印加するバイアス用高周波電源を備え、前記バイアス用高周波電源から印加される高周波電力が５００Ｗ以下の場合、前記電位調整用高周波電源から前記補助電極に高周波電力を印加し、前記バイアス用高周波電源から印加される高周波電力が１５００Ｗ以上の場合、前記直流電源から前記補助電極に直流電圧を印加してもよい。

前記プラズマ励起用高周波電源から印加される高周波電力は、２００Ｗ以上に設定されてもよい。

多層膜構造の異なる複数のエッチングプロセスを前記処理容器内で連続して実行する場合、各エッチングプロセスの条件に応じて前記電位調整用高周波電源から前記補助電極への高周波電力の印加と前記直流電源から前記補助電極への直流電圧の印加とを切り替えてもよい。

多層膜構造の異なる複数のエッチングプロセスを前記処理容器内で連続して実行する場合、各エッチングプロセスの条件に応じて前記電位調整用高周波電源又は前記直流電源からの高周波電力又は直流電圧の印加先を、前記補助電極と前記上部電極との間で切り替える第１の切替機構を有してもよい。

前記電位調整用高周波電源及び前記バイアス用高周波電源は、前記補助電極及び前記下部電極に接続される１つの高周波電源から構成され、前記高周波電源から前記補助電極への高周波電力の印加と同一の該高周波電源から前記下部電極への高周波電力の印加とを切り替える第２の切替機構を有してもよい。

前記電位調整用高周波電源及び前記バイアス用高周波電源は、前記補助電極及び前記下部電極に接続される１つの高周波電源から構成され、前記高周波電源から前記補助電極へ印加される高周波電力と同一の該高周波電源から前記下部電極へ印加される高周波電力とのパワー比を配分するパワースプリッタを有してもよい。

前記補助電極は、シリコンを含有した材料又は金属から形成されてもよい。

前記処理容器の壁は、アルミニウムの母材に絶縁物を溶射した部材、或いは、シリコン又はアルミニウムの母材に炭化ケイ素を被覆した部材から形成されてもよい。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、プラズマ励起用の高周波電力を印加して処理容器内のプラズマ処理空間にプラズマを生成する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、プラズマ励起用の高周波より低い周波数の電位調整用の高周波電力を印加する電位調整用高周波電源及び直流電圧を印加する直流電源と、載置台に載置された被処理体より外側であって前記載置台に対向し、上部電極の外縁にて該上部電極と離隔して配置され、前記電位調整用高周波電源及び前記直流電源に接続された補助電極とを備え、前記プロセス条件に応じて、前記電位調整用高周波電源又は前記直流電源から前記補助電極へ高周波電力又は直流電圧を印加することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。

前記プラズマ処理装置は、前記電位調整用高周波電源及び前記直流電源に加え、下部電極としての前記載置台にバイアス用の高周波電力を印加するバイアス用高周波電源を備え、前記バイアス用高周波電源から印加される高周波電力が５００Ｗ以下の場合、前記電位調整用高周波電源から前記補助電極に高周波電力を印加し、前記バイアス用高周波電源から印加される高周波電力が１５００Ｗ以上の場合、前記直流電源から前記補助電極に直流電圧を印加してもよい。

以上説明したように本発明によれば、プラズマの状態を安定的に保ちながら、プロセスに応じて適正に壁の電位を調整することができる。

本発明の第１実施形態に係るエッチング装置の全体構成を示した縦断面図である。 ＬＦパワーとイオンエネルギーの関係を示したグラフである。 直流電圧と壁の電位との関係を示したグラフである。 第１実施形態に係るエッチング装置を用いた多層膜構造の連続エッチングを説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るエッチング装置の全体構成を示した縦断面図である。 スイッチによる電力供給の切り替えを説明するための図である。 パワースプリッタによる電力供給の分配を説明するための図である。 プラズマ処理空間での電位の状態を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜第１実施形態＞
（プラズマ処理装置の全体構成）
まず、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る容量結合型（平行平板型）のエッチング装置を模式的に示した縦断面図である。エッチング装置１０は、処理容器内部にて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置の一例である。

エッチング装置１０は、ウエハＷをプラズマ処理する処理容器１００を有する。処理容器１００は円筒状で、接地されている。処理容器１００は、たとえばアルミニウムの母材に絶縁物を溶射した部材、シリコン又はアルミニウムの母材に炭化ケイ素を被覆した部材から形成されている。

処理容器１００の内部には、上部電極１０５及び下部電極１１０が対向して配設され、これにより、一対の平行平板電極が構成されている。上部電極１０５はアルミニウムやシリコンから形成されていて、アルミニウムの表面にはアルミナ又はイットリアが溶射されている。上部電極１０５には、複数のガス穴１０５ａが貫通していて、ガス供給源１１５から供給されたガスを複数のガス穴１０５ａから処理容器内に導入するようになっている。

下部電極１１０には、ウエハＷを載置する載置台１２０が設けられている。載置台１２０はアルミニウム等の金属から形成されていて、図示しない絶縁体を介して支持部材１２３により支持されている。これにより、下部電極１１０は電気的に浮いた状態になっている。載置台１２０の外周近傍には、細孔を有するバッフル板１２５が設けられていてガスの流れを制御する。バッフル板１２５は接地されている。

上部電極１０５の外周近傍には、リング状の補助電極１６５が配置されている。補助電極１６５は、シリコンを含有した材料又は金属から形成されている。補助電極１６５が金属の場合には、その表面にアルミナ又はイットリアが溶射されている。補助電極１６５は、絶縁部材１７０，１７５により上部電極１０５及び処理容器１００と絶縁されている。このようにして、補助電極１６５は、絶縁部材１７０を間に挟んで上部電極１０５の外縁にて該上部電極１０５と離隔して配置される。また、補助電極１６５は、ウエハＷより外側であって載置台１２０に対向した位置に配置され、これにより生成されたプラズマ（バルクプラズマ）に影響に及ぼさないようになっている。

補助電極１６５には、可変直流電源ＤＣ（以下、直流電源１３０とも称呼する。）が接続されていて、直流電源１３０から供給された直流電流を補助電極１６５に印加するようになっている。また、補助電極１６５には、整合器１３５を介して電位調整用高周波電源（ＬＦ）１４０が接続されていて、プラズマ励起用の高周波よりも低い３００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ以下の電位調整用の高周波を補助電極１６５に印加するようになっている。

１３．５６ＭＨｚ以下の高周波及び直流電圧はプラズマの生成に寄与しない。よって、電位調整用高周波電源１４０及び直流電源１３０から補助電極１６５に印加される高周波電力及び直流電圧は、イオンの引き込みや壁の電位の制御のみに寄与する。これにより、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０によって、処理容器内で生成されるプラズマを変動させることなく、処理容器の壁とプラズマとの電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）を制御することができる。この結果、上部電極１０５や処理容器１００の壁に膜が付着しすぎず、かつ上部電極１０５や処理容器１００の表面を削り過ぎないように制御することができる。

なお、本実施形態では、補助電極１６５は、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０の両方に接続されているが、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０の少なくともいずれかに接続されていればよい。

下部電極１１０には、整合器１４５を介して高周波電源（ＨＦ）１５０が接続されている。プラズマ励起用高周波電源１５０は、プラズマ生成に寄与する１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力（ＨＦパワー）を出力する。ここでは、プラズマ励起用高周波電源１５０から６０ＭＨｚの高周波が出力される。ガス供給源１１５から供給されたガスは、プラズマ励起用高周波電源１５０から出力された高周波の電界エネルギーにより励起され、これにより、プラズマ処理空間Ｕにプラズマが生成される。プラズマ処理空間Ｕでは、生成されたプラズマによりウエハＷにエッチング処理が施される。なお、プラズマ処理空間Ｕは、処理容器１００の内壁、バッフル板１２５及び載置台１２０で囲まれた空間である。

下部電極１１０には、整合器１５５を介してバイアス用高周波電源１６０が接続されている。バイアス用高周波電源１６０は、プラズマ励起用の高周波よりも低い３００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ以下のバイアス用の高周波電力（ＬＦパワー）を出力する。このようにして載置台１２０にバイアス電圧を印加することにより、載置台１２０に向けてプラズマ中のイオンを引き込むようになっている。

なお、プラズマ励起用高周波電源１５０から出力される高周波電力は１３．５６ＭＨｚ以上であればよく、例えば４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚであってもよい。また、バイアス用高周波電源１６０から出力される高周波電力は１３．５６ＭＨｚ以下であればよく、例えば８００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、３ＭＨｚであってもよい。

処理容器１００の底面には排気口１５５が設けられ、排気口１５５に接続された図示しない排気装置により処理容器１００の内部を排気し、処理容器内を所望の真空状態に維持する。

（補助電極へのＤＣ，ＬＦ供給）
ここで、上記構成のエッチング装置１０に対する補助電極１６５へのＤＣ，ＬＦの供給について詳しく説明する。

近年、多層膜構造の異なる複数のエッチングプロセスを同一処理容器内で連続して実行する一括エッチングが主流となっている。このため、一つの処理容器内で高周波のパワーが非常に低い条件と非常に高い条件との連続ステップが要求される。これにより、処理容器１００の壁面及びプラズマ間の電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）が非常に大きくなったり非常に小さくなったりして壁の削れや壁への堆積の問題が大きくなっている。

この問題に対して、発明者は、直流電源１３０から出力された直流電圧を補助電極１６５に印加すると、処理容器１００の壁とプラズマ間の電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）は小さくなり、電位調整用高周波電源１４０から出力された高周波電力を補助電極１６５に印加すると、その電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）は大きくなることを発見した。

よって、壁に反応物が堆積し易いプロセスの場合には、補助電極１６５に電位調整用高周波電源１４０から出力された高周波電力を印加するように制御する。これにより、処理容器の壁とプラズマとの電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）は大きくなり、壁面側のシース電圧が高くなる。これによれば、壁面側のシース領域にてイオンの加速を強め、壁へのイオンの衝突力を大きくして、壁に反応物が堆積することを抑制することができる。

一方、壁が削れ易いプロセスの場合には、補助電極１６５に直流電源１３０から出力された直流電圧を印加するように制御する。これにより、処理容器の壁とプラズマとの電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）は小さくなり、壁面側のシース電圧が低くなる。これにより、壁面側のシース領域にてイオンの加速を弱め、壁へのイオンの衝突力を小さくして、壁が削れることを抑制することができる。かかる構成によれば、このようにして処理容器内にて壁が削れ過ぎず、かつ壁に堆積物が付着しすぎないように制御することができる。以上の理論について、図２及び図３を参照しながら説明する。

図２には、下部電極にかかるプラズマ励起用の高周波電力（ＨＦパワー）を１５００Ｗに固定し、下部電極にかかるバイアス用の高周波電力（ＬＦパワー）を可変にして横軸に表し、プラズマ中のアルゴンのイオンＡｒ^＋の最大エネルギーを縦軸に表したときのパーティクル発生及びポリマー付着の状態を示している。バイアス用高周波電源からは、プラズマの生成に寄与しない１３．５６ＭＨｚ以下のバイアス用の高周波電力が出力されている。グラフ上の直線は、上からバイアス用の高周波電力が２ＭＨｚでＡ／Ｃ比が６の場合、バイアス用の高周波電力が１３ＭＨｚでＡ／Ｃ比が４の場合、バイアス用の高周波電力が１３ＭＨｚでＡ／Ｃ比が６の場合が示されている。

このグラフは、イオンの最大エネルギーが１５０[ｅＶ]以上では、壁の削れによりパーティクルが発生する懸念があり、７５[ｅＶ]以下では壁にポリマーが付着する懸念があることを示している。しかし、いずれの条件の場合にも、イオンの最大エネルギーを７５[ｅＶ]〜１５０[ｅＶ]に制御することは上記連続ステップのプロセスではほぼ不可能である。

ここで、グラフ内の３つの直線を比べてみると、すべての場合においてＬＦパワーが高いほうが、スパッタ力が大きくなり、壁が削れやすいことがわかる。よって、バイアス用の高周波電源のＬＦパワーを印加しない場合より、高周波電源のＬＦパワーを印加した方が壁の電位が高くなりスパッタ力が増していることがわかる。よって、壁への膜の付着を防ぐためには、高周波電源のＬＦパワーを印加するとよいことがわかる。

以上の説明及び図２では、下部電極に印加されるバイアス用高周波電力とスパッタ力との関係について説明したが、他の部材に同程度の周波数の高周波電力を印加しても、同様な原理により高周波電力とスパッタ力との関係を導くことができる。

図３では、上部電極１０５に０Ｖ、−１５０Ｖ、−３００Ｖの直流電圧ＤＣＳを印加した場合の直流電圧ＤＣＳと壁の電位との関係を示している。図３には、下部電極１１０に印加するバイアス用の高周波電力（ＬＦパワー）を可変にして横軸に表し、ＬＦパワーを変化させた場合の壁の電位を示している。なお、このときのプロセス条件は、圧力 ３０ｍＴ、ガス Ｃ_４Ｆ_６ガス／Ｏ_２ガス／Ａｒガス＝７０／７０／２００ｓｃｃｍ、４０ＭＨｚのＲＦパワー １５００Ｗである。

図３の３つの直線を見ると、直流電圧ＤＣＳを印加しない場合（０Ｖ）より、直流電圧ＤＣＳを印加した場合（−１５０Ｖ、−３００Ｖ）の方が壁の電位が低くなっていることがわかる。よって、壁の削れを防ぐためには、直流電圧ＤＣＳを上部電極に印加するとよいことがわかる。

以上の説明及び図３では、上部電極１０５に印加される直流電圧ＤＣＳと壁の電位との関係について説明したが、他の部材に直流電圧ＤＣＳを印加しても、同様な原理により直流電圧ＤＣＳと壁の電位との関係を導くことができる。

プラズマは、下部電極１１０に印加された高周波電力（ＨＦパワー）により、主にウエハＷの上方に生成される。よって、本実施形態では、前述したように、補助電極１６５を上部電極１０５の外周近傍であって、ウエハＷより外側に配置する。これにより、下部電極１１０に印加されたＨＦパワーによるプラズマ生成に影響を与えることなく、補助電極１６５に印加されたＬＦパワー又は直流電圧によって壁の電位のみを制御することができる。

以上から、直流電源１３０又は電位調整用高周波電源１４０から補助電極１６５に直流電圧又はＬＦパワーを印加することにより、処理容器内で生成されるプラズマを変動させることなく、処理容器１００の壁とプラズマとの電位差（Ｖ_ｗａｌｌ−Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}）を制御し、処理容器１００の壁が削れ過ぎず、かつ膜が付着しすぎない状態にすることができる。

（多層膜の連続エッチングの具体例）
次に、本実施形態に係るエッチング装置１０を用いて、多層膜構造の異なる複数のエッチングプロセスを同一処理容器内で連続して実行する場合の具体例について、図４を参照しながら説明する。ここでは、図４（ａ）に示したように、シリコン基板Ｓｉには、下から順にＳｉＯ_２膜４０、アモルファスカーボン膜５０、ＳｉＯＮ膜６０、反射防止膜（ＢＡＲＣ）７０、レジスト膜８０が積層されている。

（反射防止膜ＢＡＲＣ＋ＳｉＯＮ膜のエッチング）
本例の多層膜の連続エッチングでは、まず、レジスト膜８０をマスクとして、反射防止膜７０及びＳｉＯＮ膜６０をエッチングする。このときのプロセス条件は、圧力／１００ｍＴ、ガス種／ＣＦ４ガス、ガス流量／２００ｓｃｃｍ、下部電極１１０に印加される高周波電力（プラズマ励起用高周波電源１５０）／周波数４０ＭＨｚ／パワー１０００Ｗ、下部電極１１０に印加される高周波電力（バイアス用高周波電源１６０）／周波数３ＭＨｚ／パワー０Ｗである。このプロセスでは下部電極１１０にＬＦパワーは印加されない。よって、プロセス中、壁はたたかれない。このため、壁に膜が付着しやすい。従って、補助電極１６５に電位調整用高周波電源１４０のＬＦパワーを印加することにより、壁の電位を高くする。これにより、壁へのスパッタ力を強めて壁への膜の付着を防ぐことができる。

（アモルファスカーボン膜ａ−Ｃａｒｂｏｎのエッチング）
次に、図４（ｂ）に示したアモルファスカーボン（α−カーボン）膜５０をエッチングする。このときのプロセス条件は、圧力／１０ｍＴ、ガス種／Ｏ_２ガス／ＣＯＳガスの混合ガス、ガス流量／４００／２０ｓｃｃｍ、下部電極１１０に印加される高周波電力（プラズマ励起用高周波電源１５０）／周波数４０ＭＨｚ／パワー１０００Ｗ、下部電極１１０に印加される高周波電力（バイアス用高周波電源１６０）／周波数３ＭＨｚ／パワー０Ｗである。このプロセスでも下部電極１１０にＬＦパワーは印加されないため、壁はたたかれない。しかし、本プロセスではガス種により壁に膜はつかない。以上から、本エッチングの実行に際しては、補助電極１６５にいかなるパワーも印加しなくてよい。

（ＳｉＯ_２膜のエッチング）
次に、図４（ｃ）に示したＳｉＯ_２膜４０をエッチングする。このときのプロセス条件は、圧力／３０ｍＴ、ガス種／Ｃ_４Ｆ_６／Ｏ_２／Ａｒの混合ガス、ガス流量／７０／７０／２００ｓｃｃｍ、下部電極１１０に印加される高周波電力（プラズマ励起用高周波電源１５０）／周波数４０ＭＨｚ／パワー１５００Ｗ、下部電極１１０に印加される高周波電力（バイアス用高周波電源１６０））／周波数３ＭＨｚ／パワー４５００Ｗである。このプロセスでは、バイアス用高周波電源１６０から出力されるＬＦパワーは４５００Ｗであるため、壁がたたかれる。このため、壁が削れてしまう。よって、補助電極１６５に直流電圧ＤＣＳを印加して壁の電位を低くする。これにより、壁の電位を下げてスパッタ力を弱め、壁の削れを防ぐことができる。

このように、本実施形態では、同一処理容器内での多層膜の連続エッチングプロセスに応じて各プロセス開始前に直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０と補助電極１６５との接続を切り替える。これにより、壁の電位を調整してパーティクルの発生や壁への膜の付着を抑止し、壁が削れ過ぎず、かつ壁に堆積物が付着しすぎないように制御する。

特に、ＨＡＲＣ（Ｈｉｇｈ Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｎｔａｃｔ）では、一般的に２ＭＨｚ程度の低い周波数をバイアス用の高周波電力として使用する。よって、図２に示したように、下部電極１１０に印加される高周波電力が５００Ｗ以下の場合、ポリマーの付着の懸念があり、下部電極１１０に印加される高周波電力が１５００Ｗ以上の場合、パーティクル発生の懸念がある。このため、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０を、上記パワーを基準として切り替えることが好ましい。

つまり、バイアス用高周波電源１６０から印加される高周波電力が５００Ｗ以下の場合、電位調整用高周波電源１４０から補助電極１６５に高周波電力を印加し、バイアス用高周波電源１６０から印加される高周波電力が１５００Ｗ以上の場合、直流電源１３０から補助電極１６５に直流電圧を印加する。これにより、ＨＡＲＣ等のプロセスにおいて、２ＭＨｚ程度の低い周波数をバイアス用の高周波電力として使用する場合にも、壁が削れ過ぎず、かつ壁に堆積物が付着しすぎないように制御することができる。

なお、バイアス用高周波電源１６０から印加される高周波電力が５００Ｗより大きく１５００Ｗより小さい場合には、パーティクル発生及びポリマー付着の懸念はない。よって、この範囲では、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０から補助電極１６５への電力の印加は不要である。

また、このような直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０の電力の印加の制御は、プラズマ励起用高周波電源１５０から出力される高周波のパワーが、２００Ｗ以上に設定されていることが基準となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るエッチング装置の全体構成について、図５を参照しながら説明する。第２実施形態に係るエッチング装置１０では、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０と上部電極１０５電極及び補助電極１６５との接続が第１実施形態と異なる。よって、その相違点を中心に説明し、第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。

本実施形態に係る直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０は、補助電極１６５だけでなく上部電極１０５にも接続される。直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０と上部電極１０５との間にはスイッチ２００が設けられている。直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０と補助電極１６５との間にはスイッチ２０５が設けられている。

スイッチ２００及びスイッチ２０５は、各エッチングプロセスの条件に応じて電位調整用高周波電源１４０又は直流電源１３０からの高周波電力又は直流電圧の印加先を、補助電極１６５と上部電極１０５との間で切り替える第１の切替機構の一例である。

本実施形態では、多層膜構造の異なる複数のエッチングプロセスを処理容器内で連続して実行する場合、各エッチングプロセスの条件に応じて電位調整用高周波電源１４０又は直流電源１３０から補助電極１６５への電力の印加と、電位調整用高周波電源１４０又は直流電源１３０から上部電極１０５への電力の印加とを切り替える。

スイッチ２００をオフにしてスイッチ２０５をオンにすると、第１実施形態と同様に、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０と補助電極１６５とが接続される。これにより、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０を用いてプロセスに応じた壁電位の制御を行うことができる。

一方、スイッチ２００をオンにしてスイッチ２０５をオフにすると、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０と上部電極１０５とが接続される。これにより、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０を用いてプラズマの特性や上部電極１０５の表面状態を制御することができる。

例えば、電位調整用高周波電源１４０から上部電極１０５に１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力を印加すると、生成されたプラズマに影響を与えずに上部電極１０５にイオンを引き込むことができる。このようにして、上部電極１０５の表面にシリコンから形成された部分を含む上部電極１０５にイオンを衝突させることにより、上部電極１０５に膜が堆積することを抑止できる。

直流電源１３０から上部電極１０５に直流電圧を印加すると、上部電極１０５へのイオンのアタックが促進され、上部電極１０５へのポリマー膜の堆積を抑止することができる。

また、直流電源１３０から上部電極１０５に直流電圧を印加すると、上部電極１０５の表面近傍にはイオンしか入れない。よって、電子は上部電極１０５に当たると通常は消滅してしまうが、直流電圧を印加すると、電子が上部電極１０５の表面近傍に近づけないため、上部電極１０５の表面での電子の消費を抑えることができる。これにより、プラズマ密度を高めることができる。さらに、イオンが上部電極１０５の金属材料にあたると、二次電子が放出される。これにより、ウエハＷに向けて電子のビームを照射することができ、ウエハＷの加工に寄与させることができる。

以上、本実施形態によれば、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０からの給電先を上部電極１０５と補助電極１６５との間にて切り替える。これにより、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０からの給電先が補助電極１６５の場合には、第１実施形態と同様に、壁電位を制御して、壁の削れ及び壁への付着物の堆積を防ぐことができる。一方、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０からの給電先を上部電極１０５に切り替えた場合には、直流電源１３０及び電位調整用高周波電源１４０を用いてプラズマの特性や上部電極１０５の表面状態を制御することができる。

なお、上部電極１０５及び壁の両方に付着した膜を取り除きたい場合には、スイッチ２００及びスイッチ２０５を両方オンにして、上部電極１０５及び補助電極１６５の両方に直流電圧又は高周波電力を印加する。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るエッチング装置の全体構成について、図６を参照しながら説明する。第３実施形態に係るエッチング装置１０では、補助電極１６５に印加する高周波電力の供給源を、下部電極１１０にバイアス用の電圧を印加するバイアス用高周波電源１６０と兼用する点で、補助電極１６５に印加する高周波電力の供給源（電位調整用高周波電源１４０）をバイアス用高周波電源１６０とは別に持たせた第１実施形態と異なる。よって、その相違点を中心に説明し、第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。

本実施形態では、第１実施形態に係る電位調整用高周波電源１４０は存在せず、補助電極１６５及び下部電極１１０に接続され得るバイアス用高周波電源１６０のみから構成されている。バイアス用高周波電源１６０と補助電極１６５との間にはスイッチ３００が設けられている。スイッチ３００は、バイアス用高周波電源１６０から補助電極１６５への高周波電力の印加と、同一の該高周波電源１６０から下部電極１１０への高周波電力の印加とを切り替える第２の切替機構の一例である。

本実施形態では、多層膜構造の異なる複数のエッチングプロセスを処理容器内で連続して実行する場合、各エッチングプロセスの条件に応じてバイアス用高周波電源１６０から補助電極１６５への電力の印加と、バイアス用高周波電源１６０から下部電極１１０への電力の印加とを切り替える。

これによれば、スイッチ３００を補助電極１６５側に接続すると、バイアス用高周波電源１６０と補助電極１６５とが接続される。これにより、直流電源１３０及びバイアス用高周波電源１６０を用いてプロセスに応じた壁電位の制御を行うことができる。

一方、スイッチ２００を下部電極１１０側に接続すると、バイアス用高周波電源１６０と下部電極１１０とが接続される。これにより、バイアス用高周波電源１６０を用いてウエハＷに向けたイオンの引き込みを制御することができる。この場合、直流電源１３０は補助電極１６５に接続されているので、直流電源１３０を用いてプロセスに応じた壁電位の制御を行うこともできる。

以上、本実施形態によれば、バイアス用高周波電源１６０からの給電先を下部電極１１０と補助電極１６５との間にて切り替える切替機構を設けたことにより、プロセスに応じた壁電位の制御と、ウエハＷに向けたイオンの引き込みの制御とを既存のバイアス用高周波電源１６０のみを用いて行うことができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るエッチング装置の全体構成について、図７を参照しながら説明する。第４実施形態に係るエッチング装置１０では、補助電極１６５に印加する高周波電力の供給源を、下部電極１１０にバイアス用の電圧を印加するバイアス用高周波電源１６０と兼用する点で、第３実施形態と共通する。しかしながら、第４実施形態では、電力供給時のパワー配分にパワースプリッタ４００を用いる点で、スイッチ３００を用いて供給先を切り替えた第３実施形態と異なる。よって、その相違点を中心に説明し、第３実施形態と同じ構成については説明を省略する。

本実施形態では、電位調整用高周波電源１４０は存在せず、補助電極１６５及び下部電極１１０に接続されるバイアス用高周波電源１６０のみから構成されている。バイアス用高周波電源１６０と補助電極１６５と下部電極１１０とを接続する電源ラインに、パワースプリッタ４００が設けられている。

パワースプリッタ４００は、バイアス用高周波電源１６０から補助電極１６５へ印加される電力とバイアス用高周波電源１６０から下部電極１１０へ印加される電力とを異なるパワーに分配する。例えば、ここでは、パワースプリッタ４００は、下部電極１１０に３００ＷのＬＦパワーを供給し、補助電極１６５に４００ＷのＬＦパワーを供給する。

以上、本実施形態によれば、バイアス用高周波電源１６０から下部電極１１０及び補助電極１６５へパワー配分して電力を供給することができる。これによれば、プロセスに応じた壁電位の制御と、ウエハＷに向けたイオンの引き込み制御とを既存のバイアス用高周波電源１６０のみを用いて同時に行うことができる。

以上に説明したように、上記各実施形態に係るエッチング装置１０を用いて本実施形態に係るプラズマ処理方法を実行することができる。これにより、多層膜構造の一括エッチングにおいて、同一処理容器内で高周波のパワーが非常に低い条件と非常に高い条件との連続ステップを実行しても、調整機構の位置調節により壁が削れ過ぎず、かつ壁に堆積物が付着しすぎない状態に制御することができる。この結果、パーティクルや処理容器内の汚染の問題、パーツの消耗の問題、メモリイフェクトの問題を低減できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、本発明に係るプラズマ処理装置は、直流電源１３０から補助電極１６５への直流電圧の印加と電位調整用高周波電源１４０から補助電極１６５への高周波電力の印加とを切り替える図示しない第３の切替機構を有していてもよい。また、第３の切替機構に替えて、直流電源１３０の下流側及び整合器１３５の下流側に図示しないフィルタを設けてもよい。

また、本発明に係るプラズマ処理装置では、直流電源１３０や電位調整用高周波電源１４０には、図示しない制御部が接続されている。直流電源１３０や電位調整用高周波電源１４０のどちらから補助電極１６５に電力を印加するかは制御部により制御される。また、制御部は、図５のスイッチ２００，２０５（第１の切替機構）や図６のスイッチ３００（第２の切替機構）や図示しない第３の切替機構や図７に示したパワースプリッタ４００にも接続されていて、各切替機構の切り替えや、パワー分配の比率を制御する。

一般に、平行平板型プラズマ処理装置では、圧力が１００ｍＴ以下のプロセスの場合には、全体にプラズマが生成される。一方、圧力が１００ｍＴ以上のプロセスの場合、印加した側にプラズマが生成される。よって、上部電極又は下部電極のいずれかにプラズマ励起用の高周波電力を印加した場合、特に圧力が１００ｍＴ以上のプロセスでは、印加された電極側近傍にプラズマが生成されることとなる。よって、上部電極にプラズマ励起用の高周波電力が印加されたほうが、各実施形態に係る補助電極へ電力を印加することによって、壁の削れ及び壁への堆積物の付着をより効果的に制御することができる場合がある。

他方、生成されたプラズマが乱れないように下部電極にプラズマ励起用の高周波電力が印加されたほうが上記各実施形態の効果が発揮されやすい場合もある。

本発明のプラズマ処理装置によりプラズマ処理される被処理体は、シリコンウエハに限れず、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用基板又は太陽電池用基板等であってもよい。

１０ プラズマ処理装置
４０ ＳｉＯ_２膜
５０ アモルファスカーボン膜
６０ ＳｉＯＮ膜
７０ 反射防止膜（ＢＡＲＣ）
８０ レジスト膜
１００ 処理容器
１０５ 上部電極
１１０ 下部電極
１２０ 載置台
１３０ 直流電源
１４０ 電位調整用高周波電源
１５０ プラズマ励起用高周波電源
１６０ バイアス用高周波電源
１６５ 補助電極
２００、２０５、３００ スイッチ
４００ パワースプリッタ
Ｕ プラズマ処理空間

Claims (11)

1. 処理容器内のプラズマ処理空間にプラズマを生成し、被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
   プラズマ励起用の高周波電力を印加するプラズマ励起用高周波電源と、
   プラズマ励起用の高周波より低い周波数の電位調整用の高周波電力を印加する電位調整用高周波電源及び直流電圧を印加する直流電源と、
   被処理体を載置する載置台と、
   前記載置台に載置された被処理体より外側であって前記載置台に対向し、上部電極の外縁にて該上部電極と離隔して配置され、前記電位調整用高周波電源及び前記直流電源に接続された補助電極と、を備え、
   前記電位調整用高周波電源から前記補助電極への高周波電力の印加と前記直流電源から前記補助電極への直流電圧の印加とを切り替えることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 下部電極としての前記載置台にバイアス用の高周波電力を印加するバイアス用高周波電源を備え、
   前記バイアス用高周波電源から印加される高周波電力が５００Ｗ以下の場合、前記電位調整用高周波電源から前記補助電極に高周波電力を印加し、
   前記バイアス用高周波電源から印加される高周波電力が１５００Ｗ以上の場合、前記直流電源から前記補助電極に直流電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記プラズマ励起用高周波電源から印加される高周波電力は、２００Ｗ以上に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 多層膜構造の異なる複数のエッチングプロセスを前記処理容器内で連続して実行する場合、各エッチングプロセスの条件に応じて前記電位調整用高周波電源から前記補助電極への高周波電力の印加と前記直流電源から前記補助電極への直流電圧の印加とを切り替えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 多層膜構造の異なる複数のエッチングプロセスを前記処理容器内で連続して実行する場合、各エッチングプロセスの条件に応じて前記電位調整用高周波電源又は前記直流電源からの高周波電力又は直流電圧の印加先を、前記補助電極と前記上部電極との間で切り替える第１の切替機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記電位調整用高周波電源及び前記バイアス用高周波電源は、前記補助電極及び前記下部電極に接続される１つの高周波電源から構成され、
   前記高周波電源から前記補助電極への高周波電力の印加と同一の該高周波電源から前記下部電極への高周波電力の印加とを切り替える第２の切替機構を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記電位調整用高周波電源及び前記バイアス用高周波電源は、前記補助電極及び前記下部電極に接続される１つの高周波電源から構成され、
   前記高周波電源から前記補助電極へ印加される高周波電力と同一の該高周波電源から前記下部電極へ印加される高周波電力とのパワー比を配分するパワースプリッタを有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記補助電極は、シリコンを含有した材料又は金属から形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記処理容器の壁は、アルミニウムの母材に絶縁物を溶射した部材、或いは、シリコン又はアルミニウムの母材に炭化ケイ素を被覆した部材から形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. プラズマ励起用の高周波電力を印加して処理容器内のプラズマ処理空間にプラズマを生成する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、プラズマ励起用の高周波より低い周波数の電位調整用の高周波電力を印加する電位調整用高周波電源及び直流電圧を印加する直流電源と、載置台に載置された被処理体より外側であって前記載置台に対向し、上部電極の外縁にて該上部電極と離隔して配置され、前記電位調整用高周波電源及び前記直流電源に接続された補助電極とを備え、
    前記プロセス条件に応じて、前記電位調整用高周波電源又は前記直流電源から前記補助電極へ高周波電力又は直流電圧を印加することを特徴とするプラズマ処理方法。
11. 前記プラズマ処理装置は、前記電位調整用高周波電源及び前記直流電源に加え、下部電極としての前記載置台にバイアス用の高周波電力を印加するバイアス用高周波電源を備え、
    前記バイアス用高周波電源から印加される高周波電力が５００Ｗ以下の場合、前記電位調整用高周波電源から前記補助電極に高周波電力を印加し、
    前記バイアス用高周波電源から印加される高周波電力が１５００Ｗ以上の場合、前記直流電源から前記補助電極に直流電圧を印加することを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理方法。

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