JP7220626B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。

プラズマ処理装置が基板に対するプラズマ処理のために用いられている。基板に対するプラズマ処理を行う前に、保護膜が、プラズマ処理装置のチャンバの内壁面上に形成されることがある。特許文献１及び特許文献２には、チャンバの内壁面上に保護膜を形成する技術が開示されている。特許文献１及び特許文献２の各々に形成された技術では、チャンバの内壁面上に保護膜を形成するため、シリコン含有ガスのプラズマがチャンバ内で生成される。

特開２０１４－１３８０２７号公報 特開２０１６－１２７１２号公報

容量結合型のプラズマ処理装置の上部電極上に形成される保護膜の厚みの増加を抑制しつつ、チャンバの側壁の内壁面上に形成される保護膜の厚みを制御可能とすることが必要とされている。

一つの例示的実施形態において、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を用いて実行される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、上部電極、高周波電源、及び直流電源装置を備える。チャンバは、内壁面を有する側壁を含む。基板支持器は、チャンバ内に設けられた下部電極を含む。上部電極は、基板支持器の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成するために用いられる。直流電源装置は、上部電極に電気的に接続されている。直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。プラズマ処理方法は、高周波電源から高周波電力を供給することにより、チャンバ内で成膜ガスからプラズマを生成する工程を含む。プラズマ処理方法は、プラズマからの化学種を内壁面上に堆積させることにより、内壁面上に保護膜を形成する工程を更に含む。保護膜を形成する工程において、直流電源装置からパルス状の負極性の直流電圧が上部電極に周期的に印加される。

一つの例示的実施形態によれば、容量結合型のプラズマ処理装置の上部電極上に形成される保護膜の厚みの増加を抑制しつつ、チャンバの側壁の内壁面上に形成される保護膜の厚みを制御することが可能となる。

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。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図２に示すプラズマ処理装置の直流電源装置の構成の一例を示す図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法に関連するタイミングチャートである。 実験結果を示すグラフである。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

一つの例示的実施形態において、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を用いて実行される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、上部電極、高周波電源、及び直流電源装置を備える。チャンバは、内壁面を有する側壁を含む。基板支持器は、チャンバ内に設けられた下部電極を含む。上部電極は、基板支持器の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成するために用いられる。直流電源装置は、上部電極に電気的に接続されている。直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。プラズマ処理方法は、高周波電源から高周波電力を供給することにより、チャンバ内で成膜ガスからプラズマを生成する工程を含む。プラズマ処理方法は、プラズマからの化学種を内壁面上に堆積させることにより、内壁面上に保護膜を形成する工程を更に含む。保護膜を形成する工程において、直流電源装置からパルス状の負極性の直流電圧が上部電極に周期的に印加される。

上記実施形態では、成膜ガスから形成されたプラズマ中の原料が、上部電極の表面及びチャンバの側壁の内壁面上に保護膜を形成する。保護膜の形成時にはパルス状の負極性の直流電圧が上部電極に周期的に印加されるので、上部電極の表面上に形成された保護膜に対するイオンのスパッタが生じる。その結果、上部電極の表面上に形成された保護膜の厚みの増加が抑制される。一方、保護膜の形成時に直流電源装置から上部電極に印加される電圧の実効値に応じて、チャンバの側壁の内壁面上に形成される保護膜の厚みが調整される。したがって、上記実施形態によれば、容量結合型のプラズマ処理装置の上部電極上に形成される保護膜の厚みの増加を抑制しつつ、チャンバの側壁の内壁面上に形成される保護膜の厚みを制御することが可能となる。

一つの例示的実施形態において、成膜ガスはシリコン含有ガスを含んでいてもよい。一つの例示的実施形態において、シリコン含有ガスはハロゲン化ケイ素ガスであってもよい。一つの例示的実施形態において、ハロゲン化ケイ素ガスは四塩化ケイ素ガスであってもよい。一つの例示的実施形態において、成膜ガスは炭素含有ガスを含んでいてもよい。一つの例示的実施形態において、炭素含有ガスは炭化水素ガス又はフルオロカーボンガスであってもよい。

一つの例示的実施形態において、直流電源装置の出力電圧は、周期内の第１の期間では、パルス状の負極性の直流電圧であり、周期内の残りの第２の期間では、ゼロボルトであり得る。

一つの例示的実施形態では、保護膜を形成する工程における直流電源装置の出力電圧の実効値は、０Ｖよりも小さく－８４８Ｖ以上であり得る。実効値は、デューティー比の平方根と第１の期間におけるパルス状の負極性の直流電圧の値との間の積である。デューティー比は、周期の時間長に対する第１の期間の時間長の割合である。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法は、保護膜を形成する工程の後に、チャンバ内で基板のプラズマ処理を実行する工程を更に含んでいてもよい。プラズマ処理を実行する工程では、高周波電源から高周波電力を供給することによりチャンバ内で処理ガスからプラズマが生成される。プラズマ処理を実行する工程では、直流電源装置の出力電圧の実効値が、保護膜を形成する工程における実効値よりも小さい値に設定される。プラズマ処理を実行する工程では、処理ガスから生成されたプラズマからの化学種によって基板が処理される。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法は、保護膜を除去する工程を更に含んでいてもよい。保護膜を除去する工程において、高周波電源から高周波電力を供給することによりチャンバ内でクリーニングガスからプラズマが生成される。保護膜を除去する工程において、直流電源装置の出力電圧の実効値が、保護膜を形成する工程における実効値よりも大きい値に設定される。保護膜を除去する工程において、クリーニングガスから生成されたプラズマからの化学種によって保護膜が処理される。

別の例示的実施形態においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持器、上部電極、高周波電源、直流電源装置、及び制御部を備える。チャンバは、内壁面を有する側壁を含む。基板支持器は、チャンバ内に設けられた下部電極を含む。上部電極は、基板支持器の上方に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成するために用いられる。直流電源装置は、上部電極に電気的に接続されている。制御部は、高周波電源及び前記直流電源装置を制御するように構成されている。直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。制御部は、チャンバ内で成膜ガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように高周波電源を制御する。制御部は、プラズマからの化学種を内壁面上に堆積させることにより内壁面上に保護膜を形成するためにパルス状の負極性の直流電圧を上部電極に周期的に印加するように直流電源装置を制御する。

一つの例示的実施形態において、成膜ガスはシリコン含有ガスを含んでいてもよい。一つの例示的実施形態において、シリコン含有ガスはハロゲン化ケイ素ガスであってもよい。一つの例示的実施形態において、ハロゲン化ケイ素ガスは、四塩化ケイ素ガスであってもよい。一つの例示的実施形態において、成膜ガスは炭素含有ガスを含んでいてもよい。一つの例示的実施形態において、炭素含有ガスは炭化水素ガス又はフルオロカーボンガスであってもよい。

一つの例示的実施形態において、直流電源装置の出力電圧は、周期内の第１の期間では、パルス状の負極性の直流電圧であり、周期内の残りの第２の期間では、ゼロボルトであり得る。

一つの例示的実施形態において、制御部は、保護膜を形成するときに、出力電圧の実効値を、０Ｖよりも小さく－８４８Ｖ以上の値に設定するように直流電源装置を制御し得る。実効値は、デューティー比の平方根と第１の期間におけるパルス状の負極性の直流電圧の値との間の積である。デューティー比は、周期の時間長に対する第１の期間の時間長の割合である。

一つの例示的実施形態において、制御部は、保護膜の形成後にチャンバ内で基板のプラズマ処理を実行するときに、チャンバ内で処理ガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように高周波電源を制御してもよい。制御部は、基板のプラズマ処理を実行するとき、直流電源装置の出力電圧の実効値を、保護膜の形成の際に設定された実効値よりも小さい値に設定するように直流電源装置を制御してもよい。

一つの例示的実施形態において、制御部は、保護膜を除去するときに、チャンバ内でクリーニングガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように高周波電源を制御してもよい。制御部は、保護膜を除去するときに、直流電源装置の出力電圧の実効値を、保護膜の形成の際に設定された実効値よりも大きい値に設定するように直流電源装置を制御してもよい。

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。

図１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１に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、容量結合型のプラズマ処理装置を用いて実行される。図２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２に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型プラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、方法ＭＴの実行において用いられ得る。

プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、アルミニウムといった導体から形成されている。チャンバ本体１２は、接地されている。チャンバ本体１２の内壁面には、耐腐食性を有する膜が施されている。耐腐食性を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。

チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。

チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成されている。支持部１３は、略円筒形状を有している。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、基板支持器１４を支持している。基板支持器１４は、チャンバ１０内、即ち内部空間１０ｓの中で、基板Ｗを支持するように構成されている。

基板支持器１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。下部電極１８及び静電チャック２０は、チャンバ１０内に設けられている。基板支持器１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。

静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面の上には、基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、誘電体から形成されている。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。

基板支持器１４上には、エッジリングＥＲが配置される。エッジリングＥＲは、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。チャンバ１０内において基板Ｗの処理が行われるときには、基板Ｗは、静電チャック２０上、且つ、エッジリングＥＲによって囲まれた領域内に、配置される。

下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チラーユニット２２から配管２２ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。チラーユニット２２は、チャンバ１０の外部に設けられている。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニット２２に戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。

プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２４を更に備え得る。ガス供給ライン２４は、伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。伝熱ガスは、伝熱ガス供給機構からガス供給ライン２４に供給される。

プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、基板支持器１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。

上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、シリコン含有材料から形成されている。天板３４は、例えばシリコン又は炭化シリコンから形成されている。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａは、天板３４をその板厚方向に貫通している。

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６には、複数のガス孔３６ｂが形成されている。複数のガス孔３６ｂは、ガス拡散室３６ａから下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３は、ガス供給部ＧＳを構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応の開閉バルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。

プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、支持部１３の外周にも設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２にプラズマ処理の副生物が付着することを防止する。シールド４６は、接地されている。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。なお、一実施形態において、シールド４６は、チャンバ１０の側壁が有する内壁面１０ｗを提供している。内壁面１０ｗは、第１の領域１０ａ及び第２の領域１０ｂを含んでいる。第１の領域１０ａは、内部空間１０ｓの側方で延在している。第２の領域１０ｂは、内部空間１０ｓの上方且つ上部電極３０の側方で延在している。第１の領域１０ａ及び第２の領域１０ｂは、シールド４６ではなく、他の一つ以上の部材、例えば、チャンバ本体１２によって提供されていてもよい。

支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された部材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。

プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、一例では、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３０側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して、下部電極１８に接続されていてもよい。

第２の高周波電源６４は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第２の高周波電力は、基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力として用いられ得る。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ～４０ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。

プラズマ処理装置１は、直流電源装置７０を更に備えている。直流電源装置７０は、上部電極３０に電気的に接続されている。直流電源装置７０は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されている。図３は、図２に示すプラズマ処理装置の直流電源装置の構成の一例を示す図である。図４は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を用いて実行されるプラズマ処理方法のタイミングチャートである。図４において、横軸は時間を示している。図４において縦軸は、高周波電力（第１の高周波電力及び又は第２の高周波電力）の供給及び直流電源装置７０の出力電圧を示している。図４において、高周波電力が高レベルであることは、高周波電力が供給されていることを表している。図４において、高周波電力が低レベルであることは、高周波電力が供給されていないことを表している。以下、図２と共に、図３及び図４を参照する。

一実施形態において、直流電源装置７０は、可変直流電源７０ａ及びスイッチングデバイス７０ｂを有する。可変直流電源７０ａは、負極性の直流電圧を発生するように構成されている。可変直流電源７０ａが出力する負極性の直流電圧のレベルは、後述する制御部８０によって制御され得る。スイッチングデバイス７０ｂは、その導通状態の切り替えにより、可変直流電源７０ａと上部電極３０との間の接続及び遮断を切り替える。スイッチングデバイス７０ｂの導通状態の切り替えは、制御部８０によって制御されてもよい。

パルス状の負極性の直流電圧を周期的に出力するために、直流電源装置７０の出力電圧は、周期ＰＴにおける第１の期間Ｐ１では、負極性の直流電圧である。一実施形態においては、周期ＰＴ内の第１の期間Ｐ１では、可変直流電源７０ａと上部電極３０を互いに接続するように、スイッチングデバイス７０ｂの導通状態が切り替わる。直流電源装置７０の出力電圧は、周期ＰＴにおける残りの第２の期間Ｐ２では、ゼロボルトである。一実施形態においては、周期ＰＴ内の第２の期間Ｐ２では、可変直流電源７０ａと上部電極３０との間の接続を遮断するよう、スイッチングデバイス７０ｂの導通状態が切り替わる。

一実施形態において、周期ＰＴの逆数である周波数ｆは、４００ｋＨｚ以上であり得る。一実施形態において、周波数ｆは、１ＭＨｚ以下であり得る。周波数ｆが１ＭＨｚ以下である場合には、チャンバ１０内でのラジカルの生成に対するイオンの挙動の独立性御性が高くなる。

プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備えている。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、オペレータが、プラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を入力装置を用いて行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の可視化された稼働状況を表示することができる。さらに、制御部８０の記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、制御部８０のプロセッサによって実行される。制御部８０のプロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御することにより、方法ＭＴがプラズマ処理装置１で実行される。

以下、図１を再び参照して、それがプラズマ処理装置１を用いて実行される場合を例として、方法ＭＴについて説明する。また、制御部８０によるプラズマ処理装置１の各部の制御についても説明する。

方法ＭＴは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含む。工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の実行中には、基板支持器１４上に基板（例えば、ダミー基板）が載置されていてもよく、載置されていなくてもよい。

工程ＳＴ１では、チャンバ１０内で成膜ガスからプラズマが生成される。チャンバ１０内で成膜ガスからプラズマを生成するために、工程ＳＴ１では、ガス供給部ＧＳから成膜ガスがチャンバ１０内に供給される。成膜ガスは、内壁面１０ｗに形成される保護膜の原料を含むガスである。成膜ガスは、原料ガスとして、シリコン含有ガスを含み得る。この場合には、保護膜としてシリコン含有膜が形成される。シリコン含有ガスは、ハロゲン化ケイ素ガスであってもよい。ハロゲン化ケイ素ガスは、四塩化ケイ素ガスであってもよい。工程ＳＴ１では、原料ガスに加えて、一以上の別のガスがチャンバ１０内に供給されてもよい。即ち、工程ＳＴ１では、原料ガスを含む混合ガスがチャンバ１０内に供給されてもよい。一以上の別のガスは、酸素ガス及び希ガス（例えばアルゴンガス）であり得る。成膜ガスが酸素ガスを含む場合には、保護膜としてシリコン酸化膜が形成される。なお、成膜ガスは、シリコン含有ガスではなく、別の原料ガスを含んでいてもよい。例えば、成膜ガスは、原料ガスとして、炭素含有ガスを含んでいてもよい。この場合には、保護膜として炭素含有膜が形成される。炭素含有ガスは、ＣＨ_４ガスといった炭化水素ガス又はＣ_４Ｆ_６ガスといったフルオロカーボンガスであり得る。また、工程ＳＴ１では、チャンバ１０内で成膜ガスからプラズマを形成するために、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給される。その結果、チャンバ１０内で成膜ガスからプラズマが生成される。なお、工程ＳＴ１では、第２の高周波電力は供給されなくてもよい。

工程ＳＴ１の実行のために、制御部８０は、成膜ガスをチャンバ１０内に供給するようにガス供給部ＧＳを制御する。工程ＳＴ１の実行のために、制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するように排気装置５０を制御する。工程ＳＴ１の実行のために、制御部８０は、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力を供給するように、第１の高周波電源６２及び／又は第２の高周波電源６４を制御する。

工程ＳＴ２は、工程ＳＴ１におけるプラズマの生成中に実行される。工程ＳＴ２では、工程ＳＴ１において成膜ガスから生成されたプラズマ中からの化学種を内壁面１０ｗ上に堆積させることにより、内壁面１０ｗ上に保護膜が形成される。工程ＳＴ２では、直流電源装置７０からパルス状の負極性の直流電圧が上部電極３０に周期的に印加される。上述したように、直流電源装置７０の出力電圧は、周期ＰＴ内の第１の期間Ｐ１では、パルス状の負極性の直流電圧である。直流電源装置７０の出力電圧は、周期ＰＴ内の残りの第２の期間Ｐ２では、ゼロボルトである。

一実施形態では、工程ＳＴ２における直流電源装置７０の出力電圧の実効値は、０Ｖよりも小さく－８４８Ｖ以上である。実効値は、パルス状の負極性の直流電圧のデューティー比（小数表現）の平方根と第１の期間Ｐ１におけるパルス状の負極性の直流電圧の値との間の積である。デューティー比は、周期ＰＴの時間長に対する第１の期間Ｐ１の時間長の割合（小数表現）である。一実施形態において、パルス状の負極性の直流電圧のデューティー比は、０．２以上、０．５以下であり得る。一実施形態において、第１の期間Ｐ１におけるパルス状の負極性の直流電圧の値は、０Ｖよりも小さく、且つ、－１２００Ｖ以上であり得る。

工程ＳＴ２の実行のために、制御部８０は、パルス状の負極性の直流電圧を上部電極３０に周期的に印加するように直流電源装置を制御する。一実施形態において、制御部８０は、直流電源装置７０の出力電圧の実効値を０Ｖよりも小さく－８４８Ｖ以上の値に設定するように直流電源装置７０を制御する。

方法ＭＴでは、成膜ガスから形成されたプラズマ中の原料は、上部電極３０の表面及びチャンバ１０の側壁の内壁面１０ｗ上に保護膜を形成する。保護膜の形成時にはパルス状の負極性の直流電圧が上部電極３０に周期的に印加されるので、上部電極３０の表面上に形成された保護膜に対するイオンのスパッタが生じる。その結果、上部電極３０の表面上に形成された保護膜の厚みの増加が抑制される。一方、保護膜の形成時に直流電源装置７０から上部電極３０に印加される電圧の実効値に応じて、内壁面１０ｗ上に形成される保護膜の厚みが調整される。したがって、方法ＭＴによれば、容量結合型のプラズマ処理装置１の上部電極３０上に形成される保護膜の厚みの増加を抑制しつつ、内壁面１０ｗ上に形成される保護膜の厚みを制御することが可能となる。

一実施形態において、方法ＭＴは、工程ＳＴ３を更に含んでいてもよい。工程ＳＴ３は、工程ＳＴ２の後に実行される。工程ＳＴ３では、チャンバ１０内で基板のプラズマ処理が実行される。工程ＳＴ３の実行中には、基板が基板支持器１４上に載置され、静電チャック２０によって保持される。工程ＳＴ３において実行されるプラズマ処理は、プラズマエッチングであり得る。工程ＳＴ３において実行されるプラズマ処理は、他のプラズマ処理であってもよい。

工程ＳＴ３では、ガス供給部ＧＳからチャンバ１０内に処理ガスが供給される。処理ガスは、基板に対して適用されるプラズマ処理に応じて適宜選択される。工程ＳＴ３では、チャンバ１０内で処理ガスからプラズマを生成するために、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給される。その結果、チャンバ１０内で処理ガスからプラズマが生成される。工程ＳＴ３では、処理ガスから生成されたプラズマからの化学種によって基板が処理される。工程ＳＴ３では、直流電源装置７０の出力電圧の実効値は、工程ＳＴ２における実効値よりも小さい値に設定される。その結果、工程ＳＴ３の実行中の保護膜の減少が抑えられる。

工程ＳＴ３の実行のために、制御部８０は、処理ガスをチャンバ１０内に供給するようにガス供給部ＧＳを制御する。工程ＳＴ３の実行のために、制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するように排気装置５０を制御する。工程ＳＴ３の実行のために、制御部８０は、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力を供給するように、第１の高周波電源６２及び／又は第２の高周波電源６４を制御する。また、工程ＳＴ３の実行のために、制御部８０は、直流電源装置７０の出力電圧の実効値を、工程ＳＴ２において設定された実効値よりも小さい値に設定するように直流電源装置７０を制御する。

一実施形態において、方法ＭＴは、工程ＳＴ４を更に含んでいてもよい。工程ＳＴ４では、工程ＳＴ２において形成された保護膜が除去される。工程ＳＴ４の実行中には、基板（例えば、ダミー基板）が基板支持器１４上に載置されていてもよく、載置されていなくてもよい。

工程ＳＴ４においては、ガス供給部ＧＳからチャンバ１０内にクリーニングガスが供給される。クリーニングガスは、保護膜がシリコン酸化膜である場合には、フルオロカーボンガス（例えばＣＦ_４ガス）を含み得る。クリーニングガスは、保護膜が炭素含有膜である場合には、酸素含有ガス（例えばＯ_２ガス）を含み得る。工程ＳＴ４では、チャンバ１０内でクリーニングガスからプラズマを生成するために、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給される。その結果、チャンバ１０内でクリーニングガスからプラズマが生成される。工程ＳＴ４では、クリーニングガスから生成されたプラズマからの化学種によって保護膜が除去される。この工程ＳＴ４では、直流電源装置７０の出力電圧の実効値は、工程ＳＴ２における実効値よりも大きい値に設定される。その結果、工程ＳＴ４における保護膜の除去の効率が高められる。

工程ＳＴ４の実行のために、制御部８０は、クリーニングガスをチャンバ１０内に供給するようにガス供給部ＧＳを制御する。工程ＳＴ４の実行のために、制御部８０は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するように排気装置５０を制御する。工程ＳＴ４の実行のために、制御部８０は、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力を供給するように、第１の高周波電源６２及び／又は第２の高周波電源６４を制御する。また、工程ＳＴ４の実行のために、制御部８０は、直流電源装置７０の出力電圧の実効値を、工程ＳＴ２において設定された実効値よりも大きい値に設定するように直流電源装置７０を制御する。

一実施形態において、方法ＭＴは、工程ＳＴ５を更に含み得る。工程ＳＴ５では停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、例えば、工程ＳＴ１～工程ＳＴ４を含むシーケンスの実行回数が所定回数に達している場合には、満たされているものと判定される。工程ＳＴ５において停止条件が満たされていないと判定された場合には、工程ＳＴ１～工程ＳＴ４を含むシーケンスが更に実行される。更に実行されるシーケンス中の工程ＳＴ３では、先のシーケンス中の工程ＳＴ３において処理された基板に対するプラズマ処理が更に実行されるか、別の基板に対するプラズマ処理が実行される。工程ＳＴ５において停止条件が満たされていると判定された場合には、方法ＭＴは終了する。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

以下、方法ＭＴ及びプラズマ処理装置１の評価のために行った実験について説明する。なお、本開示は以下に説明する実験により限定されるものではない。

実験では、上部電極３０の内部空間１０ｓ側の表面に第１のチップを、第１の領域１０ａに第２のチップを、第２の領域１０ｂに第３のチップを貼り付けた状態で、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を実行した。実験では、工程ＳＴ２における直流電源装置７０の出力電圧の実効値を種々の値に設定した。実験における工程ＳＴ１の条件を以下に示す。
＜工程ＳＴ１の条件＞
・チャンバ１０内の圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
・四塩化ケイ素ガスの流量：５ｓｃｃｍ
・酸素ガスの流量：５０ｓｃｃｍ
・アルゴンガスの流量：２５０ｓｃｃｍ
・第１の高周波電力：６０ＭＨｚ、１０００Ｗ
・第２の高周波電力：０Ｗ
・周波数ｆ（周期ＰＴの逆数）：４００ｋＨｚ
・パルス状の負極性の直流電圧のデューティー比：０．３又は０．５
・パルス状の負極性の直流電圧の値：０Ｖ、－５００Ｖ、又は－９００Ｖ

実験では、直流電源装置７０の出力電圧の実効値の各設定の下で各チップ上に形成された保護膜の膜厚を測定した。そして、各チップ状に形成された保護膜の膜厚の基準膜厚に対する比、即ち膜厚比（百分率）を求めた。ここで、基準膜厚は、工程ＳＴ２における直流電源装置７０の出力電圧の実効値が０Ｖであるときに同じ箇所に貼り付けられたチップ上に形成された保護膜の膜厚である。

図５に実験の結果を表すグラフを示す。図５のグラフにおいて、横軸は、工程ＳＴ２における直流電源装置７０の出力電圧の実効値を示している。図５のグラフにおいて縦軸は、求めた膜厚比を示している。図５において、第１～第３の膜厚比は第１～第３のチップ上にそれぞれ形成された保護膜の膜厚比を示している。図５に示すように、直流電源装置７０の出力電圧の実効値の絶対値の増加につれて、第１の膜厚比が減少していた。このことから、成膜ガスのプラズマの生成中に直流電源装置７０からパルス状の負極性の直流電圧を上部電極３０に周期的に印加することにより、上部電極３０の表面上に形成される保護膜の膜厚の増加を抑制可能であることが確認された。また、直流電源装置７０の出力電圧の実効値の絶対値の増加につれて、上部電極３０の表面上に形成される保護膜の膜厚が減少することが確認された。

一方、図５に示すように、直流電源装置７０の出力電圧の実効値の絶対値の増加につれて、第２の膜厚比及び第３の膜厚比が増加していた。このことから、保護膜の形成時に直流電源装置７０から上部電極に印加される電圧の実効値に応じて、チャンバ１０の側壁の内壁面１０ｗ上に形成される保護膜の厚みを調整可能であることが確認された。

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。

１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１４…基板支持器、１８…下部電極、３０…上部電極、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、７０…直流電源装置。

Claims (11)

1. プラズマ処理装置を用いて実行されるプラズマ処理方法であって、
   前記プラズマ処理装置は、
   内壁面を有する側壁を含むチャンバと、
   前記チャンバ内に設けられた下部電極を含む基板支持器と、
   前記基板支持器の上方に設けられた上部電極と、
   前記チャンバ内でプラズマを生成するための高周波電源と、
   前記上部電極に電気的に接続された直流電源装置と、
   を備え、
   前記直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されており、
   該プラズマ処理方法は、
   前記高周波電源から高周波電力を供給することにより、前記チャンバ内で成膜ガスからプラズマを生成する工程と、
   前記プラズマからの化学種を前記内壁面上に堆積させることにより、前記内壁面上に保護膜を形成する工程と、
   を含み、
   保護膜を形成する前記工程において、前記直流電源装置から前記パルス状の負極性の直流電圧が前記上部電極に周期的に印加される、
   プラズマ処理方法。
2. 前記成膜ガスはシリコン含有ガスを含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記シリコン含有ガスはハロゲン化ケイ素ガスである、請求項２に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記ハロゲン化ケイ素ガスは四塩化ケイ素ガスである、請求項３に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記成膜ガスは炭素含有ガスを含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
6. 前記炭素含有ガスは炭化水素ガス又はフルオロカーボンガスである、請求項５に記載のプラズマ処理方法。
7. 前記直流電源装置の出力電圧は、周期内の第１の期間では、前記パルス状の負極性の直流電圧であり、前記周期内の残りの第２の期間では、ゼロボルトである、請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
8. 保護膜を形成する前記工程における前記直流電源装置の前記出力電圧の実効値は、０Ｖよりも小さく－８４８Ｖ以上であり、
   前記実効値は、前記周期の時間長に対する前記第１の期間の時間長の割合であるデューティー比の平方根と前記第１の期間における前記パルス状の負極性の直流電圧の値との間の積である、
   請求項７に記載のプラズマ処理方法。
9. 保護膜を形成する前記工程の後に、前記チャンバ内で基板のプラズマ処理を実行する工程を更に含み、
   プラズマ処理を実行する前記工程において、
   前記高周波電源から高周波電力を供給することにより前記チャンバ内で処理ガスからプラズマが生成され、
   前記直流電源装置の前記出力電圧の前記実効値が、保護膜を形成する前記工程における前記実効値よりも小さい値に設定され、
   前記処理ガスから生成された前記プラズマからの化学種によって前記基板が処理される、
   請求項８に記載のプラズマ処理方法。
10. 前記保護膜を除去する工程を更に含み、
    前記保護膜を除去する前記工程において、
    前記高周波電源から高周波電力を供給することにより前記チャンバ内でクリーニングガスからプラズマが生成され、
    前記直流電源装置の前記出力電圧の前記実効値が、保護膜を形成する前記工程における前記実効値よりも大きい値に設定され、
    前記クリーニングガスから生成された前記プラズマからの化学種によって前記保護膜が処理される、
    請求項８又は９に記載のプラズマ処理方法。
11. 内壁面を有する側壁を含むチャンバと、
    前記チャンバ内に設けられた下部電極を含む基板支持器と、
    前記基板支持器の上方に設けられた上部電極と、
    前記チャンバ内でプラズマを生成するための高周波電源と、
    前記上部電極に電気的に接続された直流電源装置と、
    前記高周波電源及び前記直流電源装置を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記直流電源装置は、パルス状の負極性の直流電圧を周期的に発生するように構成されており、
    前記制御部は、
    前記チャンバ内で成膜ガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように前記高周波電源を制御し、
    前記プラズマからの化学種を前記内壁面上に堆積させることにより前記内壁面上に保護膜を形成するために前記パルス状の負極性の直流電圧を前記上部電極に周期的に印加するように前記直流電源装置を制御する、
    プラズマ処理装置。

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