基板処理方法
【課題】エッチングにおける加工制御性を向上することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置１０は、内部が減圧されるチャンバ１１と、該チャンバ１１内に配置されてウエハＷを載置するサセプタ１２と、プラズマ生成用高周波電圧をサセプタ１２に印加するＨＦ高周波電源１８と、バイアス電圧発生用高周波電圧をサセプタ１２に印加するＬＦ高周波電源２０と、矩形波状の直流電圧をサセプタ１２に印加する直流電圧印加ユニット２３とを備える。
【解決手段】基板処理装置１０は、内部が減圧されるチャンバ１１と、該チャンバ１１内に配置されてウエハＷを載置するサセプタ１２と、プラズマ生成用高周波電圧をサセプタ１２に印加するＨＦ高周波電源１８と、バイアス電圧発生用高周波電圧をサセプタ１２に印加するＬＦ高周波電源２０と、矩形波状の直流電圧をサセプタ１２に印加する直流電圧印加ユニット２３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて基板に所定の処理を施す基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いて基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）に所定のプラズマ処理を施す基板処理装置は、減圧された処理室と、該処理室内に配置された載置台と、該載置台に接続されて比較的高い周波数の高周波電圧（以下、「ＨＦ（High Frequency）高周波電圧」という。）を載置台としてのサセプタへ印加するＨＦ高周波電源と、サセプタに接続されて比較的低い周波数の高周波電圧（以下、「ＬＦ（Low Frequency）高周波電圧」という。）をサセプタへ印加するＬＦ高周波電源とを備える。
【０００３】
ＨＦ高周波電圧は処理室内に導入された処理ガスを励起してプラズマを生じさせる。また、ＬＦ高周波電圧はサセプタにおいてバイアス電圧を生じさせる。このときサセプタにはセルフバイアスが発生し、該サセプタの電位は時間平均すると負の電位になるためイオンは該電位差によってサセプタに引き込まれる。
【０００４】
ところで、ＬＦ高周波電圧を印加してバイアス電圧をサセプタに生じさせた場合、サセプタへ引き込まれるイオンのエネルギーの分布は、ＬＦ高周波電圧が正弦波であるため、図９に示すように、比較的低いエネルギーのピークと、比較的高いエネルギーのピークとを有し、且つある程度の範囲に広がることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８７９７５号公報（図１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、比較的低いエネルギーのイオンによるエッチングは等方性が強く、比較的高いエネルギーのイオンによるエッチングは異方性が強いため、ＬＦ高周波電圧を印加してバイアス電圧をサセプタに生じさせると、エッチングにおいて等方性を優先したい場合であっても、エッチングの異方性も強くなり、エッチングにおいて異方性を優先したい場合であっても、エッチングの等方性が強くなる。その結果、エッチングによって所望の形状のホールやトレンチを形成できない。すなわち、ＬＦ高周波電圧を用いてサセプタにバイアス電圧を生じさせると、エッチングにおける加工制御性が余り良くないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、エッチングにおける加工制御性を向上することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理装置は、内部が減圧される処理室と、該処理室内に配置されて基板を載置する載置台と、比較的高い周波数の高周波電圧を印加する第１の高周波電源と、比較的低い周波数の高周波電圧を前記載置台に印加する第２の高周波電源と、矩形波状の直流電圧を前記載置台に印加する直流電圧印加ユニットとを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記第２の高周波電源及び前記載置台から前記直流電圧印加ユニットを接続／分離可能な接続切替スイッチをさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の基板処理装置は、請求項１又は２記載の基板処理装置において、前記第１の高周波電源からの前記比較的高い周波数の高周波電圧を遮断するローパスフィルタをさらに備え、前記第１の高周波電源は前記載置台に接続され、前記ローパスフィルタは、前記第１の高周波電源及び前記第２の高周波電源の間、並びに前記第１の高周波電源及び前記直流電圧印加ユニットの間に介在することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の基板処理装置は、請求項１又は２記載の基板処理装置において、前記処理室内に配置されて前記載置台と対向する対向電極をさらに備え、前記第１の高周波電源は前記対向電極に接続されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の基板処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記比較的高い周波数は４０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚであり、前記比較的低い周波数は３８０ＫＨｚ〜２０ＭＨｚであり、前記直流電圧の矩形波状の周波数は３ＭＨｚ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第２の高周波電源が載置台に比較的低い周波数の高周波電圧を印加し、直流電圧印加ユニットが矩形波状の直流電圧を載置台に印加する。載置台に比較的低い周波数の高周波電圧を印加してバイアス電圧を載置台に生じさせた場合、ある程度の範囲に広がって分布し且つ比較的低いエネルギーのピーク及び比較的高いエネルギーのピークを有するイオンのエネルギーの分布が得られ、載置台に矩形波状の直流電圧を印加してバイアス電圧を載置台に生じさせた場合、局所的に存在し且つ１つのピークのみを有するイオンのエネルギーの分布が得られる。また、イオンのエネルギーの分布におけるピークの位置や数によってエッチングにおける異方性の強さや等方性の強さは変わる。したがって、第２の高周波電源からの出力値及び直流電圧印加ユニットからの出力値の比率を調整することにより、エッチングにおける異方性の強さや等方性の強さを制御することができ、もって、エッチングにおける加工制御性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１における直流電圧印加ユニットの回路構成を概略的に示す図である。
【図３】図１における直流電圧印加ユニットが印加する矩形波状の直流電圧を説明するための図である。
【図４】図１におけるサセプタへ引き込まれるイオンのエネルギーの分布を示すグラフである。
【図５】図１の基板処理装置の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】図６における接続切替スイッチの変形例を示す図であり、図７（Ａ）は第１の変形例を示し、図７（Ｂ）は第２の変形例を示す。
【図８】図６の基板処理装置の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図９】従来の基板処理装置におけるサセプタへ引き込まれるイオンのエネルギーの分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。本基板処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマエッチング処理を施す。
【００１７】
図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷを上面に載置する円柱状のサセプタ１２（載置台）が配置されている。基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。
【００１８】
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１内部を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５の内部空間には後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続される。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
【００１９】
排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。
【００２０】
チャンバ１１内のサセプタ１２にはＨＦ高周波電源１８（第１の高周波電源）がＨＦ整合器１９を介して接続され、ＨＦ高周波電源１８は比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの高周波電圧（以下、「プラズマ生成用高周波電圧」という。）をサセプタ１２に印加する。また、サセプタ１２にはＬＦ高周波電源２０（第２の高周波電源）がＬＦ整合器２１及びローパスフィルタ２２を介して接続され、ＬＦ高周波電源２０は比較的低い周波数、例えば、３８０ＫＨｚ〜２０ＭＨｚの高周波電圧（以下、「バイアス電圧発生用高周波電圧」という。）をサセプタ１２に印加する。さらに、サセプタ１２には直流電圧印加ユニット２３がローパスフィルタ２２を介して接続され、直流電圧印加ユニット２３は後述する矩形波状の直流電圧をサセプタ１２に印加する。高周波電圧や直流電圧が印加されるサセプタ１２は下部電極として機能する。基板処理装置１０では、ＨＦ高周波電源１８からサセプタ１２までの配線と、ローパスフィルタ２２からサセプタ１２までの配線とが交わることがないため、ローパスフィルタ２２は、電気回路的に、ＨＦ高周波電源１８及びＬＦ高周波電源２０の間、並びにＨＦ高周波電源１８及び直流電圧印加ユニット２３の間に介在する。
【００２１】
ＨＦ整合器１９は、プラズマ及びＨＦ高周波電源１８の間のインピーダンスを整合してプラズマ生成用高周波電圧のサセプタ１２への印加効率を向上させ、ＬＦ整合器２１は、プラズマ及びＬＦ高周波電源２０の間のインピーダンスを整合してバイアス電圧発生用高周波電圧のサセプタ１２への印加効率を向上させる。ローパスフィルタ２２はプラズマ生成用高周波電圧を遮断して当該プラズマ生成用高周波電圧がＬＦ高周波電源２０や直流電圧印加ユニット２３へ流れ込むのを防止する。
【００２２】
サセプタ１２へ印加されたプラズマ生成用高周波電圧は、後述する処理ガスを励起して処理室１５においてプラズマを生じさせ、サセプタ１２へ印加されたバイアス電圧発生用高周波電圧や矩形波状の直流電圧は、サセプタ１２においてバイアス電圧を生じさせる。上述したように、サセプタ１２においてバイアス電圧は負の領域において変動するため、プラズマ中のイオンは電位差によってサセプタ１２に引き込まれる。
【００２３】
サセプタ１２の上部周縁部には、該サセプタ１２の中央部分が図中上方へ向けて突出するように段差が形成される。該サセプタ１２の中央部分の先端には静電電極板２４を内部に有する誘電体、例えば、セラミックスからなる円板状の静電チャック２５が配置されている。静電電極板２４には直流電源（図示しない）が接続されており、静電電極板２４に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２５側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２４及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じる。静電電極板２４及びウエハＷの裏面の間の電位差は静電気力であるクーロン力又はジョンソン・ラーベック力を生じさせ、静電気力によってウエハＷは静電チャック２５に吸着保持される。
【００２４】
また、サセプタ１２は内部に冷媒流路からなる冷却機構（図示しない）を有し、該冷却機構はプラズマと接触して温度が上昇するウエハＷの熱を吸収することによってウエハＷの温度が所望の温度を上回るのを防止する。
【００２５】
サセプタ１２は伝熱効率や電極機能を考慮して導電体、例えば、アルミニウムから構成されるが、導電体をプラズマが発生する処理室１５内へ晒すのを防止するために、該サセプタ１２は側面を誘電体、例えば、石英（ＳｉＯ２）からなる側面保護部材２６によって覆われる。
【００２６】
さらに、サセプタ１２の上部には、静電チャック２５に吸着保持されたウエハＷを囲むように環状のフォーカスリング２７がサセプタ１２の段差や側面保護部材２６へ載置され、さらに、フォーカスリング２７を囲むようにシールドリング２８が側面保護部材２６へ載置されている。フォーカスリング２７はシリコン（Ｓｉ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）からなり、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２７上まで拡大する。
【００２７】
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２９が配置される。シャワーヘッド２９は、表面が絶縁膜で覆われた導電体、又は単体の半導体、例えば、シリコンからなる円板状の上部電極板３０（対向電極）と、該上部電極板３０を着脱可能に釣支するクーリングプレート３１と、該クーリングプレート３１を覆う蓋体３２とを有する。上部電極板３０は厚み方向に貫通する多数のガス孔３３を有する円板状部材からなり、電気的に接地されているため、上部電極板３０の電位は接地電位である。クーリングプレート３１の内部にはバッファ室３４が設けられ、このバッファ室３４には処理ガス導入管３５が接続されている。
【００２８】
基板処理装置１０はさらに制御部３６を備え、該制御部３６は内蔵するメモリ等に記憶されたプログラムに従って各構成要素の動作を制御し、プラズマエッチング処理を実行する。具体的に、制御部３６は、各構成要素の動作を制御して処理ガス導入管３５からバッファ室３４へ供給された処理ガスを処理室１５の内部空間へ導入し、該導入した処理ガスを、ＨＦ高周波電源１８へ印加されたプラズマ生成用の高周波電圧によって励起してプラズマを生成し、プラズマ中のイオンをＬＦ高周波電源２０や直流電圧印加ユニット２３がサセプタ１２に生じさせるバイアス電圧によってウエハＷに向けて引き込み、又はプラズマ中のラジカルをウエハＷに到達させて該ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
【００２９】
図２は、図１における直流電圧印加ユニットの回路構成を概略的に示す図である。
【００３０】
図２において、直流電圧印加ユニット２３はローパスフィルタ２２へ接続される配線３７から分岐する２つの接地配線３８，３９を有する。接地配線３８は、配線３７との分岐点３７ａから接地４０までの間に順に、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）からなるスイッチング素子４１及び直流電源４２を有し、接地配線３９は、分岐点３７ａから接地４３までの間に、例えば、ＦＥＴからなるスイッチング素子４４を有する。
【００３１】
直流電圧印加ユニット２３では、スイッチング素子４１，４４が同期してオン／オフを繰り返す、具体的には、スイッチング素子４１がオンである間はスイッチング素子４４がオフとなり、スイッチング素子４４がオンである間はスイッチング素子４１がオフとなる。その結果、直流電圧印加ユニット２３から印加される直流電圧は、図３に示すように、矩形波を呈する。ここで、直流電源４２は陰極が分岐点３７ａ側の接地配線３８に接続されているため、直流電圧印加ユニット２３から印加される直流電圧の矩形波は、所定の負の電位、例えば、−５００Ｖ及び接地電位を繰り返す矩形波を呈する。基板処理装置１０では、直流電圧印加ユニット２３は、スイッチング素子４１，４４のオン／オフのタイミングを制御して周波数が３ＭＨｚ以下の矩形波状の直流電圧をサセプタ１２へ印加する。
【００３２】
ところで、ＬＦ高周波電源２０からバイアス電圧発生用高周波電圧をサセプタ１２へ印加した場合、サセプタ１２においてバイアス電圧が生じるが、上述したように、サセプタ１２が負に帯電するため、バイアス電圧は負の領域において変動し、プラズマ中のイオンは負のバイアス電圧との電位差によってサセプタ１２へ引き込まれる。このとき、イオンの加速度は電位差に応じて変化するため、サセプタ１２へ引き込まれるイオンのエネルギーもバイアス電圧との電位差に応じて変化する。
【００３３】
ここで、ＬＦ高周波電源２０から印加されるバイアス電圧発生用高周波電圧は正弦波を呈するため、バイアス電圧も正弦波を呈する。正弦波を呈する電圧変動では、電圧が最小電圧近傍及び最大電圧近傍に留まる時間が長いため、イオン及びバイアス電圧の電位差が最大となる時間及び該電位差が最小となる時間が長くなる。その結果、サセプタ１２へ引き込まれるイオンのエネルギーが最大となる時間、及び最小となる時間が長くなり、図４のグラフにおいて破線で示すように、当該イオンのエネルギーの分布において最大値近傍のピークと最小値近傍のピークが発生する。また、バイアス電圧は正弦波の最大値及び最小値の間において徐変するため、イオン及びバイアス電圧の電位差も徐変する。その結果、イオンのエネルギーも最大値及び最小値の間で徐変するため、イオンのエネルギーは、図４のグラフにおいて破線で示すように、最大値及び最小値で規定される範囲に亘って分布する。
【００３４】
一方、直流電圧印加ユニット２３から直流電圧をサセプタ１２へ印加した場合も、サセプタ１２において負の領域において変動するバイアス電圧が生じるが、当該直流電圧が矩形波を呈するため、当該バイアス電圧も矩形波を呈する。このとき、バイアス電圧は矩形波を呈するため、バイアス電圧には最大値と最小値のみしか存在しないが、ここで、バイアス電圧における最大値の電位をイオンの電位と同じにすると、イオンにはバイアス電圧の最小値との電位差のみが作用することになる。その結果、サセプタ１２へ引き込まれるイオンのエネルギーの分布では、図４のグラフにおいて実線で示すように、バイアス電圧の最小値との電位差に対応するピークのみが存在する。すなわち、直流電圧印加ユニット２３から直流電圧をサセプタ１２へ印加すれば、サセプタ１２へ引き込まれるイオンのエネルギーの分布は１つのピークのみを有し、且つ広がらずに局所的に存在する。
【００３５】
本実施の形態では、プラズマエッチング処理の内容に応じてＬＦ高周波電源２０からのバイアス電圧発生用高周波電圧の印加と、直流電圧印加ユニット２３からの直流電圧の印加とを使い分ける。具体的には、プラズマエッチング処理の内容に応じてＬＦ高周波電源２０からの出力値及び直流電圧印加ユニット２３からの出力値の比率を調整する。例えば、高周波電圧は直流電圧に比べて高い電圧値を容易に実現することができ、もって、バイアス電圧及びイオンの電位差を大きくして高いエネルギーのイオンによるエッチングを行うことができるので、ＬＦ高周波電源２０からの出力値の割合を大きくした場合、高いエネルギーのイオンによるエッチングによって難エッチング材をエッチングすることができる。
【００３６】
一方、直流電圧印加ユニット２３からの出力値の割合を大きくした場合、イオンのエネルギーの分布は１つのピークのみを有し、且つ広がらないようになるので、当方性のエッチング及び異方性のエッチングが混在するのを防止することができ、さらに、バイアス電圧の最小値を変更することによってイオンのエネルギーの分布におけるピークの位置を変更することができるので、プラズマエッチング処理における異方性又は当方性のいずれか一方のみを強くすることができる。
【００３７】
本実施の形態に係る基板処理装置１０によれば、ＬＦ高周波電源２０がサセプタ１２に正弦波状のバイアス電圧発生用高周波電圧を印加し、直流電圧印加ユニット２３が矩形波状の直流電圧をサセプタ１２に印加する。サセプタ１２にバイアス電圧発生用高周波電圧を印加してバイアス電圧をサセプタ１２に生じさせた場合、図４のグラフにおいて破線で示すように、最大値及び最小値で規定される範囲に亘って分布し且つ最小値近傍のピーク及び最大値近傍のピークを有するイオンのエネルギーの分布が得られ、サセプタ１２に矩形波状の直流電圧を印加してバイアス電圧をサセプタ１２に生じさせた場合、局所的に存在し且つ１つのピークのみを有するイオンのエネルギーの分布が得られる。また、イオンのエネルギーの分布におけるピークの位置や数によってエッチングにおける異方性の強さや等方性の強さは変わる。したがって、ＬＦ高周波電源２０からの出力値及び直流電圧印加ユニット２３からの出力値の比率を調整することにより、エッチングにおける異方性の強さや等方性の強さを制御することができ、もって、エッチングにおける加工制御性を向上することができる。
【００３８】
また、上述した基板処理装置１０では、ローパスフィルタ２２は、ＨＦ高周波電源１８及びＬＦ高周波電源２０の間、並びにＨＦ高周波電源１８及び直流電圧印加ユニット２３の間に介在するので、ＨＦ高周波電源１８からプラズマ生成用高周波電圧がＬＦ高周波電源２０や直流電圧印加ユニット２３へ流れ込むのを防止してＬＦ高周波電源２０や直流電圧印加ユニット２３がプラズマ生成用高周波電圧によって破壊されるのを防止することができる。さらに、ＬＦ高周波電源２０及び直流電圧印加ユニット２３がローパスフィルタ２２を共用することができ、もって、基板処理装置１０における回路構成を簡素化することができる。
【００３９】
図５は、図１の基板処理装置の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【００４０】
図５の基板処理装置４５では、ＨＦ高周波電源１８がＨＦ整合器１９を介してサセプタ１２ではなく、上部電極板３０へ接続される。また、サセプタ１２にはＬＦ高周波電源２０がＬＦ整合器２１のみを介して接続され、さらに、直流電圧印加ユニット２３が直接接続される。その他の構成は基板処理装置１０と同じであり、図５において、基板処理装置１０と対応する要素及び部分には同一符号を付している。
【００４１】
基板処理装置４５では、ＨＦ高周波電源１８がサセプタ１２へ接続されないので、ＨＦ高周波電源１８からのプラズマ生成用高周波電圧がサセプタ１２を介してＬＦ高周波電源２０や直流電圧印加ユニット２３へ流れ込むことがない。したがって、基板処理装置４５では、サセプタ１２及びＬＦ高周波電源２０の間、並びにサセプタ１２及び直流電圧印加ユニット２３の間にローパスフィルタ２２を設ける必要がなく、もって、基板処理装置４５における回路構成を簡素化することができる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
【００４３】
図６は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００４４】
本実施の形態に係る基板処理装置４６は、下記に説明する接続切替スイッチ４７以外の構成が図１の基板処理装置１０と同じであり、図６において、基板処理装置１０と対応する要素及び部分には同一符号を付している。
【００４５】
上述した図１の基板処理装置１０では、直流電圧印加ユニット２３がサセプタ１２へ接続されているが、直流電圧印加ユニット２３では、ローパスフィルタ２２へ接続される配線３７が２つの接地配線３８，３９によって接地されるため、直流電圧印加ユニット２３がサセプタ１２へ常時接続されている場合、サセプタ１２の電位が接地電位へ近付き、電気的に浮遊しているウエハＷ及びサセプタ１２の電位差が大きくなってウエハＷ及びサセプタ１２の間で異常放電が生じる虞がある。
【００４６】
また、基板処理装置１０では、直流電圧印加ユニット２３がＬＦ整合器２１を介してＬＦ高周波電源２０へ接続されているため、ＬＦ高周波電源２０からのバイアス電圧発生用高周波電圧が直流電圧印加ユニット２３へ流れ込み、直流電圧印加ユニット２３内のスイッチング素子４１，４４がバイアス電圧発生用高周波電圧による高負荷によって破壊される虞がある。
【００４７】
これに対応して、図６の基板処理装置４６は、ローパスフィルタ２２及びＬＦ整合器２１を接続する配線４８と、直流電圧印加ユニット２３との間に介在する接続切替スイッチ４７とを備える。接続切替スイッチ４７は開閉自在なスイッチング素子を有するスイッチであり、ＬＦ高周波電源２０やサセプタ１２から直流電圧印加ユニット２３を接続／分離可能であり、直流電圧印加ユニット２３からの直流電圧の印加が不要なプラズマエッチング処理、例えば、高いエネルギーのイオンによるエッチング処理の間、ＬＦ高周波電源２０やサセプタ１２から直流電圧印加ユニット２３を分離する。また、異方性又は当方性のいずれか一方のみを強くするプラズマエッチング処理の間、ＬＦ高周波電源２０やサセプタ１２を直流電圧印加ユニット２３へ接続する。
【００４８】
すなわち、基板処理装置４６では、必要に応じてサセプタ１２から直流電圧印加ユニット２３を分離することにより、サセプタ１２が直流電圧印加ユニット２３を介して接地電位へ近付くのを防止してサセプタ１２及びウエハＷの電位差の拡大による異常放電の発生を防止することができるとともに、必要に応じてＬＦ高周波電源２０から直流電圧印加ユニット２３を分離することにより、ＬＦ高周波電源２０からバイアス電圧発生用高周波電圧が直流電圧印加ユニット２３へ流れ込むのを防止して該直流電圧印加ユニット２３内のスイッチング素子４１，４４が破壊されるのを防止することができる。
【００４９】
図６の基板処理装置４６では、接続切替スイッチ４７が配線４８及び直流電圧印加ユニット２３の間に介在したが、接続切替スイッチの形態はこれに限られない。例えば、基板処理装置４６は、図７（Ａ）に示すように、ローパスフィルタ２２と、ＬＦ整合器２１及び直流電圧印加ユニット２３との間に配されてローパスフィルタ２２とＬＦ整合器２１を介したＬＦ高周波電源２０との接続、及びローパスフィルタ２２と直流電圧印加ユニット２３との接続のいずれか一方のみを選択可能な接続切替スイッチ４９を備えてもよく、若しくは、図７（Ｂ）に示すように、ローパスフィルタ２２及びＬＦ整合器２１の間に配されてローパスフィルタ２２とＬＦ整合器２１を介したＬＦ高周波電源２０との接続／分離を制御可能な接続切替スイッチ５０ａ、並びに、ローパスフィルタ２２及び直流電圧印加ユニット２３の間に配されてローパスフィルタ２２と直流電圧印加ユニット２３との接続／分離を制御可能な接続切替スイッチ５０ｂを備えてもよい。
【００５０】
また、図８に示すように、ＨＦ高周波電源１８がＨＦ整合器１９を介してサセプタ１２ではなく、上部電極板３０へ接続され、サセプタ１２にはＬＦ高周波電源２０がＬＦ整合器２１のみを介して接続され、さらに、直流電圧印加ユニット２３が接続切替スイッチ４７のみを介して接続されてもよい。これにより、図５の基板処理装置４５と同様に、ローパスフィルタ２２を設ける必要を無くすことができ、もって、基板処理装置４６における回路構成を簡素化することができる。
【００５１】
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００５２】
本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記録した記憶媒体を、コンピュータ等に供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても達成される。
【００５３】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラム及びそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００５４】
また、プログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
【００５５】
また、コンピュータのＣＰＵが読み出したプログラムを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００５６】
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００５７】
上記プログラムの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
Ｗ ウエハ
１０，４５，４６ 基板処理装置
１１ チャンバ
１２ サセプタ
１８ ＨＦ高周波電源
２０ ＬＦ高周波電源
２２ ローパスフィルタ
２３ 直流電圧印加ユニット
３０ 上部電極板
４７，４９，５０ａ，５０ｂ 接続切替スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて基板に所定の処理を施す基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いて基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）に所定のプラズマ処理を施す基板処理装置は、減圧された処理室と、該処理室内に配置された載置台と、該載置台に接続されて比較的高い周波数の高周波電圧（以下、「ＨＦ（High Frequency）高周波電圧」という。）を載置台としてのサセプタへ印加するＨＦ高周波電源と、サセプタに接続されて比較的低い周波数の高周波電圧（以下、「ＬＦ（Low Frequency）高周波電圧」という。）をサセプタへ印加するＬＦ高周波電源とを備える。
【０００３】
ＨＦ高周波電圧は処理室内に導入された処理ガスを励起してプラズマを生じさせる。また、ＬＦ高周波電圧はサセプタにおいてバイアス電圧を生じさせる。このときサセプタにはセルフバイアスが発生し、該サセプタの電位は時間平均すると負の電位になるためイオンは該電位差によってサセプタに引き込まれる。
【０００４】
ところで、ＬＦ高周波電圧を印加してバイアス電圧をサセプタに生じさせた場合、サセプタへ引き込まれるイオンのエネルギーの分布は、ＬＦ高周波電圧が正弦波であるため、図９に示すように、比較的低いエネルギーのピークと、比較的高いエネルギーのピークとを有し、且つある程度の範囲に広がることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８７９７５号公報（図１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、比較的低いエネルギーのイオンによるエッチングは等方性が強く、比較的高いエネルギーのイオンによるエッチングは異方性が強いため、ＬＦ高周波電圧を印加してバイアス電圧をサセプタに生じさせると、エッチングにおいて等方性を優先したい場合であっても、エッチングの異方性も強くなり、エッチングにおいて異方性を優先したい場合であっても、エッチングの等方性が強くなる。その結果、エッチングによって所望の形状のホールやトレンチを形成できない。すなわち、ＬＦ高周波電圧を用いてサセプタにバイアス電圧を生じさせると、エッチングにおける加工制御性が余り良くないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、エッチングにおける加工制御性を向上することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理装置は、内部が減圧される処理室と、該処理室内に配置されて基板を載置する載置台と、比較的高い周波数の高周波電圧を印加する第１の高周波電源と、比較的低い周波数の高周波電圧を前記載置台に印加する第２の高周波電源と、矩形波状の直流電圧を前記載置台に印加する直流電圧印加ユニットとを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記第２の高周波電源及び前記載置台から前記直流電圧印加ユニットを接続／分離可能な接続切替スイッチをさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の基板処理装置は、請求項１又は２記載の基板処理装置において、前記第１の高周波電源からの前記比較的高い周波数の高周波電圧を遮断するローパスフィルタをさらに備え、前記第１の高周波電源は前記載置台に接続され、前記ローパスフィルタは、前記第１の高周波電源及び前記第２の高周波電源の間、並びに前記第１の高周波電源及び前記直流電圧印加ユニットの間に介在することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の基板処理装置は、請求項１又は２記載の基板処理装置において、前記処理室内に配置されて前記載置台と対向する対向電極をさらに備え、前記第１の高周波電源は前記対向電極に接続されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の基板処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記比較的高い周波数は４０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚであり、前記比較的低い周波数は３８０ＫＨｚ〜２０ＭＨｚであり、前記直流電圧の矩形波状の周波数は３ＭＨｚ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第２の高周波電源が載置台に比較的低い周波数の高周波電圧を印加し、直流電圧印加ユニットが矩形波状の直流電圧を載置台に印加する。載置台に比較的低い周波数の高周波電圧を印加してバイアス電圧を載置台に生じさせた場合、ある程度の範囲に広がって分布し且つ比較的低いエネルギーのピーク及び比較的高いエネルギーのピークを有するイオンのエネルギーの分布が得られ、載置台に矩形波状の直流電圧を印加してバイアス電圧を載置台に生じさせた場合、局所的に存在し且つ１つのピークのみを有するイオンのエネルギーの分布が得られる。また、イオンのエネルギーの分布におけるピークの位置や数によってエッチングにおける異方性の強さや等方性の強さは変わる。したがって、第２の高周波電源からの出力値及び直流電圧印加ユニットからの出力値の比率を調整することにより、エッチングにおける異方性の強さや等方性の強さを制御することができ、もって、エッチングにおける加工制御性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１における直流電圧印加ユニットの回路構成を概略的に示す図である。
【図３】図１における直流電圧印加ユニットが印加する矩形波状の直流電圧を説明するための図である。
【図４】図１におけるサセプタへ引き込まれるイオンのエネルギーの分布を示すグラフである。
【図５】図１の基板処理装置の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】図６における接続切替スイッチの変形例を示す図であり、図７（Ａ）は第１の変形例を示し、図７（Ｂ）は第２の変形例を示す。
【図８】図６の基板処理装置の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図９】従来の基板処理装置におけるサセプタへ引き込まれるイオンのエネルギーの分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。本基板処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマエッチング処理を施す。
【００１７】
図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷを上面に載置する円柱状のサセプタ１２（載置台）が配置されている。基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。
【００１８】
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１内部を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５の内部空間には後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続される。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
【００１９】
排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。
【００２０】
チャンバ１１内のサセプタ１２にはＨＦ高周波電源１８（第１の高周波電源）がＨＦ整合器１９を介して接続され、ＨＦ高周波電源１８は比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの高周波電圧（以下、「プラズマ生成用高周波電圧」という。）をサセプタ１２に印加する。また、サセプタ１２にはＬＦ高周波電源２０（第２の高周波電源）がＬＦ整合器２１及びローパスフィルタ２２を介して接続され、ＬＦ高周波電源２０は比較的低い周波数、例えば、３８０ＫＨｚ〜２０ＭＨｚの高周波電圧（以下、「バイアス電圧発生用高周波電圧」という。）をサセプタ１２に印加する。さらに、サセプタ１２には直流電圧印加ユニット２３がローパスフィルタ２２を介して接続され、直流電圧印加ユニット２３は後述する矩形波状の直流電圧をサセプタ１２に印加する。高周波電圧や直流電圧が印加されるサセプタ１２は下部電極として機能する。基板処理装置１０では、ＨＦ高周波電源１８からサセプタ１２までの配線と、ローパスフィルタ２２からサセプタ１２までの配線とが交わることがないため、ローパスフィルタ２２は、電気回路的に、ＨＦ高周波電源１８及びＬＦ高周波電源２０の間、並びにＨＦ高周波電源１８及び直流電圧印加ユニット２３の間に介在する。
【００２１】
ＨＦ整合器１９は、プラズマ及びＨＦ高周波電源１８の間のインピーダンスを整合してプラズマ生成用高周波電圧のサセプタ１２への印加効率を向上させ、ＬＦ整合器２１は、プラズマ及びＬＦ高周波電源２０の間のインピーダンスを整合してバイアス電圧発生用高周波電圧のサセプタ１２への印加効率を向上させる。ローパスフィルタ２２はプラズマ生成用高周波電圧を遮断して当該プラズマ生成用高周波電圧がＬＦ高周波電源２０や直流電圧印加ユニット２３へ流れ込むのを防止する。
【００２２】
サセプタ１２へ印加されたプラズマ生成用高周波電圧は、後述する処理ガスを励起して処理室１５においてプラズマを生じさせ、サセプタ１２へ印加されたバイアス電圧発生用高周波電圧や矩形波状の直流電圧は、サセプタ１２においてバイアス電圧を生じさせる。上述したように、サセプタ１２においてバイアス電圧は負の領域において変動するため、プラズマ中のイオンは電位差によってサセプタ１２に引き込まれる。
【００２３】
サセプタ１２の上部周縁部には、該サセプタ１２の中央部分が図中上方へ向けて突出するように段差が形成される。該サセプタ１２の中央部分の先端には静電電極板２４を内部に有する誘電体、例えば、セラミックスからなる円板状の静電チャック２５が配置されている。静電電極板２４には直流電源（図示しない）が接続されており、静電電極板２４に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２５側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２４及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じる。静電電極板２４及びウエハＷの裏面の間の電位差は静電気力であるクーロン力又はジョンソン・ラーベック力を生じさせ、静電気力によってウエハＷは静電チャック２５に吸着保持される。
【００２４】
また、サセプタ１２は内部に冷媒流路からなる冷却機構（図示しない）を有し、該冷却機構はプラズマと接触して温度が上昇するウエハＷの熱を吸収することによってウエハＷの温度が所望の温度を上回るのを防止する。
【００２５】
サセプタ１２は伝熱効率や電極機能を考慮して導電体、例えば、アルミニウムから構成されるが、導電体をプラズマが発生する処理室１５内へ晒すのを防止するために、該サセプタ１２は側面を誘電体、例えば、石英（ＳｉＯ２）からなる側面保護部材２６によって覆われる。
【００２６】
さらに、サセプタ１２の上部には、静電チャック２５に吸着保持されたウエハＷを囲むように環状のフォーカスリング２７がサセプタ１２の段差や側面保護部材２６へ載置され、さらに、フォーカスリング２７を囲むようにシールドリング２８が側面保護部材２６へ載置されている。フォーカスリング２７はシリコン（Ｓｉ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）からなり、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２７上まで拡大する。
【００２７】
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２９が配置される。シャワーヘッド２９は、表面が絶縁膜で覆われた導電体、又は単体の半導体、例えば、シリコンからなる円板状の上部電極板３０（対向電極）と、該上部電極板３０を着脱可能に釣支するクーリングプレート３１と、該クーリングプレート３１を覆う蓋体３２とを有する。上部電極板３０は厚み方向に貫通する多数のガス孔３３を有する円板状部材からなり、電気的に接地されているため、上部電極板３０の電位は接地電位である。クーリングプレート３１の内部にはバッファ室３４が設けられ、このバッファ室３４には処理ガス導入管３５が接続されている。
【００２８】
基板処理装置１０はさらに制御部３６を備え、該制御部３６は内蔵するメモリ等に記憶されたプログラムに従って各構成要素の動作を制御し、プラズマエッチング処理を実行する。具体的に、制御部３６は、各構成要素の動作を制御して処理ガス導入管３５からバッファ室３４へ供給された処理ガスを処理室１５の内部空間へ導入し、該導入した処理ガスを、ＨＦ高周波電源１８へ印加されたプラズマ生成用の高周波電圧によって励起してプラズマを生成し、プラズマ中のイオンをＬＦ高周波電源２０や直流電圧印加ユニット２３がサセプタ１２に生じさせるバイアス電圧によってウエハＷに向けて引き込み、又はプラズマ中のラジカルをウエハＷに到達させて該ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
【００２９】
図２は、図１における直流電圧印加ユニットの回路構成を概略的に示す図である。
【００３０】
図２において、直流電圧印加ユニット２３はローパスフィルタ２２へ接続される配線３７から分岐する２つの接地配線３８，３９を有する。接地配線３８は、配線３７との分岐点３７ａから接地４０までの間に順に、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）からなるスイッチング素子４１及び直流電源４２を有し、接地配線３９は、分岐点３７ａから接地４３までの間に、例えば、ＦＥＴからなるスイッチング素子４４を有する。
【００３１】
直流電圧印加ユニット２３では、スイッチング素子４１，４４が同期してオン／オフを繰り返す、具体的には、スイッチング素子４１がオンである間はスイッチング素子４４がオフとなり、スイッチング素子４４がオンである間はスイッチング素子４１がオフとなる。その結果、直流電圧印加ユニット２３から印加される直流電圧は、図３に示すように、矩形波を呈する。ここで、直流電源４２は陰極が分岐点３７ａ側の接地配線３８に接続されているため、直流電圧印加ユニット２３から印加される直流電圧の矩形波は、所定の負の電位、例えば、−５００Ｖ及び接地電位を繰り返す矩形波を呈する。基板処理装置１０では、直流電圧印加ユニット２３は、スイッチング素子４１，４４のオン／オフのタイミングを制御して周波数が３ＭＨｚ以下の矩形波状の直流電圧をサセプタ１２へ印加する。
【００３２】
ところで、ＬＦ高周波電源２０からバイアス電圧発生用高周波電圧をサセプタ１２へ印加した場合、サセプタ１２においてバイアス電圧が生じるが、上述したように、サセプタ１２が負に帯電するため、バイアス電圧は負の領域において変動し、プラズマ中のイオンは負のバイアス電圧との電位差によってサセプタ１２へ引き込まれる。このとき、イオンの加速度は電位差に応じて変化するため、サセプタ１２へ引き込まれるイオンのエネルギーもバイアス電圧との電位差に応じて変化する。
【００３３】
ここで、ＬＦ高周波電源２０から印加されるバイアス電圧発生用高周波電圧は正弦波を呈するため、バイアス電圧も正弦波を呈する。正弦波を呈する電圧変動では、電圧が最小電圧近傍及び最大電圧近傍に留まる時間が長いため、イオン及びバイアス電圧の電位差が最大となる時間及び該電位差が最小となる時間が長くなる。その結果、サセプタ１２へ引き込まれるイオンのエネルギーが最大となる時間、及び最小となる時間が長くなり、図４のグラフにおいて破線で示すように、当該イオンのエネルギーの分布において最大値近傍のピークと最小値近傍のピークが発生する。また、バイアス電圧は正弦波の最大値及び最小値の間において徐変するため、イオン及びバイアス電圧の電位差も徐変する。その結果、イオンのエネルギーも最大値及び最小値の間で徐変するため、イオンのエネルギーは、図４のグラフにおいて破線で示すように、最大値及び最小値で規定される範囲に亘って分布する。
【００３４】
一方、直流電圧印加ユニット２３から直流電圧をサセプタ１２へ印加した場合も、サセプタ１２において負の領域において変動するバイアス電圧が生じるが、当該直流電圧が矩形波を呈するため、当該バイアス電圧も矩形波を呈する。このとき、バイアス電圧は矩形波を呈するため、バイアス電圧には最大値と最小値のみしか存在しないが、ここで、バイアス電圧における最大値の電位をイオンの電位と同じにすると、イオンにはバイアス電圧の最小値との電位差のみが作用することになる。その結果、サセプタ１２へ引き込まれるイオンのエネルギーの分布では、図４のグラフにおいて実線で示すように、バイアス電圧の最小値との電位差に対応するピークのみが存在する。すなわち、直流電圧印加ユニット２３から直流電圧をサセプタ１２へ印加すれば、サセプタ１２へ引き込まれるイオンのエネルギーの分布は１つのピークのみを有し、且つ広がらずに局所的に存在する。
【００３５】
本実施の形態では、プラズマエッチング処理の内容に応じてＬＦ高周波電源２０からのバイアス電圧発生用高周波電圧の印加と、直流電圧印加ユニット２３からの直流電圧の印加とを使い分ける。具体的には、プラズマエッチング処理の内容に応じてＬＦ高周波電源２０からの出力値及び直流電圧印加ユニット２３からの出力値の比率を調整する。例えば、高周波電圧は直流電圧に比べて高い電圧値を容易に実現することができ、もって、バイアス電圧及びイオンの電位差を大きくして高いエネルギーのイオンによるエッチングを行うことができるので、ＬＦ高周波電源２０からの出力値の割合を大きくした場合、高いエネルギーのイオンによるエッチングによって難エッチング材をエッチングすることができる。
【００３６】
一方、直流電圧印加ユニット２３からの出力値の割合を大きくした場合、イオンのエネルギーの分布は１つのピークのみを有し、且つ広がらないようになるので、当方性のエッチング及び異方性のエッチングが混在するのを防止することができ、さらに、バイアス電圧の最小値を変更することによってイオンのエネルギーの分布におけるピークの位置を変更することができるので、プラズマエッチング処理における異方性又は当方性のいずれか一方のみを強くすることができる。
【００３７】
本実施の形態に係る基板処理装置１０によれば、ＬＦ高周波電源２０がサセプタ１２に正弦波状のバイアス電圧発生用高周波電圧を印加し、直流電圧印加ユニット２３が矩形波状の直流電圧をサセプタ１２に印加する。サセプタ１２にバイアス電圧発生用高周波電圧を印加してバイアス電圧をサセプタ１２に生じさせた場合、図４のグラフにおいて破線で示すように、最大値及び最小値で規定される範囲に亘って分布し且つ最小値近傍のピーク及び最大値近傍のピークを有するイオンのエネルギーの分布が得られ、サセプタ１２に矩形波状の直流電圧を印加してバイアス電圧をサセプタ１２に生じさせた場合、局所的に存在し且つ１つのピークのみを有するイオンのエネルギーの分布が得られる。また、イオンのエネルギーの分布におけるピークの位置や数によってエッチングにおける異方性の強さや等方性の強さは変わる。したがって、ＬＦ高周波電源２０からの出力値及び直流電圧印加ユニット２３からの出力値の比率を調整することにより、エッチングにおける異方性の強さや等方性の強さを制御することができ、もって、エッチングにおける加工制御性を向上することができる。
【００３８】
また、上述した基板処理装置１０では、ローパスフィルタ２２は、ＨＦ高周波電源１８及びＬＦ高周波電源２０の間、並びにＨＦ高周波電源１８及び直流電圧印加ユニット２３の間に介在するので、ＨＦ高周波電源１８からプラズマ生成用高周波電圧がＬＦ高周波電源２０や直流電圧印加ユニット２３へ流れ込むのを防止してＬＦ高周波電源２０や直流電圧印加ユニット２３がプラズマ生成用高周波電圧によって破壊されるのを防止することができる。さらに、ＬＦ高周波電源２０及び直流電圧印加ユニット２３がローパスフィルタ２２を共用することができ、もって、基板処理装置１０における回路構成を簡素化することができる。
【００３９】
図５は、図１の基板処理装置の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【００４０】
図５の基板処理装置４５では、ＨＦ高周波電源１８がＨＦ整合器１９を介してサセプタ１２ではなく、上部電極板３０へ接続される。また、サセプタ１２にはＬＦ高周波電源２０がＬＦ整合器２１のみを介して接続され、さらに、直流電圧印加ユニット２３が直接接続される。その他の構成は基板処理装置１０と同じであり、図５において、基板処理装置１０と対応する要素及び部分には同一符号を付している。
【００４１】
基板処理装置４５では、ＨＦ高周波電源１８がサセプタ１２へ接続されないので、ＨＦ高周波電源１８からのプラズマ生成用高周波電圧がサセプタ１２を介してＬＦ高周波電源２０や直流電圧印加ユニット２３へ流れ込むことがない。したがって、基板処理装置４５では、サセプタ１２及びＬＦ高周波電源２０の間、並びにサセプタ１２及び直流電圧印加ユニット２３の間にローパスフィルタ２２を設ける必要がなく、もって、基板処理装置４５における回路構成を簡素化することができる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
【００４３】
図６は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００４４】
本実施の形態に係る基板処理装置４６は、下記に説明する接続切替スイッチ４７以外の構成が図１の基板処理装置１０と同じであり、図６において、基板処理装置１０と対応する要素及び部分には同一符号を付している。
【００４５】
上述した図１の基板処理装置１０では、直流電圧印加ユニット２３がサセプタ１２へ接続されているが、直流電圧印加ユニット２３では、ローパスフィルタ２２へ接続される配線３７が２つの接地配線３８，３９によって接地されるため、直流電圧印加ユニット２３がサセプタ１２へ常時接続されている場合、サセプタ１２の電位が接地電位へ近付き、電気的に浮遊しているウエハＷ及びサセプタ１２の電位差が大きくなってウエハＷ及びサセプタ１２の間で異常放電が生じる虞がある。
【００４６】
また、基板処理装置１０では、直流電圧印加ユニット２３がＬＦ整合器２１を介してＬＦ高周波電源２０へ接続されているため、ＬＦ高周波電源２０からのバイアス電圧発生用高周波電圧が直流電圧印加ユニット２３へ流れ込み、直流電圧印加ユニット２３内のスイッチング素子４１，４４がバイアス電圧発生用高周波電圧による高負荷によって破壊される虞がある。
【００４７】
これに対応して、図６の基板処理装置４６は、ローパスフィルタ２２及びＬＦ整合器２１を接続する配線４８と、直流電圧印加ユニット２３との間に介在する接続切替スイッチ４７とを備える。接続切替スイッチ４７は開閉自在なスイッチング素子を有するスイッチであり、ＬＦ高周波電源２０やサセプタ１２から直流電圧印加ユニット２３を接続／分離可能であり、直流電圧印加ユニット２３からの直流電圧の印加が不要なプラズマエッチング処理、例えば、高いエネルギーのイオンによるエッチング処理の間、ＬＦ高周波電源２０やサセプタ１２から直流電圧印加ユニット２３を分離する。また、異方性又は当方性のいずれか一方のみを強くするプラズマエッチング処理の間、ＬＦ高周波電源２０やサセプタ１２を直流電圧印加ユニット２３へ接続する。
【００４８】
すなわち、基板処理装置４６では、必要に応じてサセプタ１２から直流電圧印加ユニット２３を分離することにより、サセプタ１２が直流電圧印加ユニット２３を介して接地電位へ近付くのを防止してサセプタ１２及びウエハＷの電位差の拡大による異常放電の発生を防止することができるとともに、必要に応じてＬＦ高周波電源２０から直流電圧印加ユニット２３を分離することにより、ＬＦ高周波電源２０からバイアス電圧発生用高周波電圧が直流電圧印加ユニット２３へ流れ込むのを防止して該直流電圧印加ユニット２３内のスイッチング素子４１，４４が破壊されるのを防止することができる。
【００４９】
図６の基板処理装置４６では、接続切替スイッチ４７が配線４８及び直流電圧印加ユニット２３の間に介在したが、接続切替スイッチの形態はこれに限られない。例えば、基板処理装置４６は、図７（Ａ）に示すように、ローパスフィルタ２２と、ＬＦ整合器２１及び直流電圧印加ユニット２３との間に配されてローパスフィルタ２２とＬＦ整合器２１を介したＬＦ高周波電源２０との接続、及びローパスフィルタ２２と直流電圧印加ユニット２３との接続のいずれか一方のみを選択可能な接続切替スイッチ４９を備えてもよく、若しくは、図７（Ｂ）に示すように、ローパスフィルタ２２及びＬＦ整合器２１の間に配されてローパスフィルタ２２とＬＦ整合器２１を介したＬＦ高周波電源２０との接続／分離を制御可能な接続切替スイッチ５０ａ、並びに、ローパスフィルタ２２及び直流電圧印加ユニット２３の間に配されてローパスフィルタ２２と直流電圧印加ユニット２３との接続／分離を制御可能な接続切替スイッチ５０ｂを備えてもよい。
【００５０】
また、図８に示すように、ＨＦ高周波電源１８がＨＦ整合器１９を介してサセプタ１２ではなく、上部電極板３０へ接続され、サセプタ１２にはＬＦ高周波電源２０がＬＦ整合器２１のみを介して接続され、さらに、直流電圧印加ユニット２３が接続切替スイッチ４７のみを介して接続されてもよい。これにより、図５の基板処理装置４５と同様に、ローパスフィルタ２２を設ける必要を無くすことができ、もって、基板処理装置４６における回路構成を簡素化することができる。
【００５１】
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００５２】
本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記録した記憶媒体を、コンピュータ等に供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても達成される。
【００５３】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラム及びそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００５４】
また、プログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
【００５５】
また、コンピュータのＣＰＵが読み出したプログラムを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００５６】
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００５７】
上記プログラムの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
Ｗ ウエハ
１０，４５，４６ 基板処理装置
１１ チャンバ
１２ サセプタ
１８ ＨＦ高周波電源
２０ ＬＦ高周波電源
２２ ローパスフィルタ
２３ 直流電圧印加ユニット
３０ 上部電極板
４７，４９，５０ａ，５０ｂ 接続切替スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が減圧される処理室と、
該処理室内に配置されて基板を載置する載置台と、
比較的高い周波数の高周波電圧を印加する第１の高周波電源と、
比較的低い周波数の高周波電圧を前記載置台に印加する第２の高周波電源と、
矩形波状の直流電圧を前記載置台に印加する直流電圧印加ユニットとを備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記第２の高周波電源及び前記載置台から前記直流電圧印加ユニットを接続／分離可能な接続切替スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記第１の高周波電源からの前記比較的高い周波数の高周波電圧を遮断するローパスフィルタをさらに備え、
前記第１の高周波電源は前記載置台に接続され、
前記ローパスフィルタは、前記第１の高周波電源及び前記第２の高周波電源の間、並びに前記第１の高周波電源及び前記直流電圧印加ユニットの間に介在することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記処理室内に配置されて前記載置台と対向する対向電極をさらに備え、
前記第１の高周波電源は前記対向電極に接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記比較的高い周波数は４０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚであり、前記比較的低い周波数は３８０ＫＨｚ〜２０ＭＨｚであり、前記直流電圧の矩形波状の周波数は３ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項１】
内部が減圧される処理室と、
該処理室内に配置されて基板を載置する載置台と、
比較的高い周波数の高周波電圧を印加する第１の高周波電源と、
比較的低い周波数の高周波電圧を前記載置台に印加する第２の高周波電源と、
矩形波状の直流電圧を前記載置台に印加する直流電圧印加ユニットとを備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記第２の高周波電源及び前記載置台から前記直流電圧印加ユニットを接続／分離可能な接続切替スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記第１の高周波電源からの前記比較的高い周波数の高周波電圧を遮断するローパスフィルタをさらに備え、
前記第１の高周波電源は前記載置台に接続され、
前記ローパスフィルタは、前記第１の高周波電源及び前記第２の高周波電源の間、並びに前記第１の高周波電源及び前記直流電圧印加ユニットの間に介在することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記処理室内に配置されて前記載置台と対向する対向電極をさらに備え、
前記第１の高周波電源は前記対向電極に接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記比較的高い周波数は４０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚであり、前記比較的低い周波数は３８０ＫＨｚ〜２０ＭＨｚであり、前記直流電圧の矩形波状の周波数は３ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１６６０８（Ｐ２０１２−２１６６０８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９７３３（Ｐ２０１１−７９７３３）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]