JP7000521B2 - プラズマ処理装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置及び制御方法に関する。

載置台に載置されたウエハの周縁のエッジリングにより、処理の面内均一性を向上させることが可能なプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。プラズマ処理装置では、高周波電力によってガスから生成したプラズマによりエッチング処理を行い、ウエハに微細なホール等を形成する。

特開２００５－２７７３６９号公報

しかしながら、真円のホールをエッチングするときに、ウエハのエッジ部においてエッチングしたホールの真円度が崩れ、径方向に長辺を持つ楕円のホールになる場合がある。特に４００ｋＨｚ程度の低周波数のバイアス用の高周波電力を印加したときにこの現象が発生し易い。

上記課題に対して、一側面では、本発明は、被処理体のエッチング形状の精度を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する電極と、前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成源と、前記電極にパルス状の負極性の直流電圧を周期的に供給するバイアス電源と、前記被処理体の周縁に配置されるエッジリングと、前記エッジリングに直流電圧を供給する直流電源と、備え、前記直流電源は、前記バイアス電源からの前記パルス状の負極性の直流電圧が前記電極に供給されていない第１の期間において第１の直流電圧を供給し、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記電極に供給されている第２の期間において第２の直流電圧を供給するように構成され、前記第２の直流電圧は０である、プラズマ処理装置が提供される。

一の側面によれば、被処理体のエッチング形状の精度を向上させることができる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す図。 一実施形態に係る制御部の構成の一例を示す図。 一実施形態の変形例に係る制御信号の生成を説明するための図。 一実施形態に係る給電系に付けたセンサの位相信号で制御する例を示す図。 一実施形態に係るバイアスパワーの高周波若しくはパルス波の周期に同期する信号で制御する例を示す図。 一実施形態に係るバイアスパワーの高周波若しくはパルス波の周期に同期する信号で制御する例を示す図。 プラズマ電位とウエハ電位とシース厚との関係を説明する図。 一実施形態に係る負の直流電圧の印加方法とその効果の一例を示す図。 一実施形態に係る負の直流電圧の印加方法の一例を示す図。 一実施形態に係る負の直流電圧の印加方法の一例を示す図。 変形例に係る負の直流電圧の印加方法（チルト制御）の一例を示す図。 変形例に係る負の直流電圧の印加方法（チルト制御）の一例を示す図。 一実施形態の変形例１－１に係る制御方法を示すタイミングチャート。 一実施形態の変形例１－２に係る制御方法を示すタイミングチャート。 一実施形態の変形例１－３に係る制御方法を示すタイミングチャート。 一実施形態の変形例１－４に係る制御方法を示すタイミングチャート。 一実施形態の変形例２に係る制御方法を示すタイミングチャート。 一実施形態の変形例３－１に係る制御方法を示すタイミングチャート。 一実施形態の変形例３－２に係る制御方法を示すタイミングチャート。 一実施形態の変形例３－３に係る制御方法を示すタイミングチャート。 一実施形態の変形例３－４に係る制御方法を示すタイミングチャート。 一実施形態のＲＦの周波数とウエハ及びエッジリングの電位差の一例を示す図。 一実施形態のＲＦの周波数とウエハ及びエッジリングの電位差の一例を示す図。 一実施形態のＲＦの周波数とウエハ及びエッジリングの電位差の一例を示す図。 一実施形態の変形例４に係る制御方法を示すタイミングチャート。 一実施形態の変形例５に係る制御方法を示すタイミングチャート。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

以下、ソースパワーの周波数（高周波）をＨＦ（High Frequency）ともいい、ソースパワーをＨＦ電力ともいう。また、ソースパワーの周波数よりも低い周波数のバイアスパワーの周波数（高周波）をＬＦ（Low Frequency）ともいい、バイアスパワーをＬＦ電力ともいう。

［はじめに］
近年、プラズマ処理装置の載置台に印加するＬＦの周波数が、３．２ＭＨｚ程度から４００ｋＨｚ程度に低周波数化している。該プロセス条件では、半導体ウエハ（以下、ウエハともいう。）のエッジ周辺に形成されるホールのエッチング形状の真円度が径方向に崩れ、径方向に長辺を持つ楕円形状のホールが形成されるという課題がある。また、ウエハの周縁に配置されたエッジリング（フォーカスリングともいう。）の消耗により、ウエハのエッジ部においてエッチング形状が内側に斜めに形成されるチルティングが生じるという課題がある。

そこで、本実施形態にかかるプラズマ処理装置では、ウエハＷのエッジ部のホールの形状を真円にし、かつ、チルティングを防ぎ、上記課題を解決する。以下、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１の一例について説明し、当該プラズマ処理装置１を使用した直流電圧（以下、「ＤＣ電圧」ともいう。）の制御について説明する。

［プラズマ処理装置の全体構成］
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す図である。本実施形態にかかるプラズマ処理装置１は、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置であり、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる円筒状の処理容器１０を有している。処理容器１０は接地されている。

処理容器１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状の支持台１４が配置され、この支持台１４の上に例えばアルミニウムからなる載置台１６が設けられている。載置台１６は下部電極を構成し、その上に静電チャック２０を介して被処理体の一例であるウエハＷが載置される。

載置台１６の上面には、ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック２０が設けられている。静電チャック２０は、導電膜からなる電極２０ａを絶縁層２０ｂで挟んだ構造を有し、電極２０ａには直流電源２２が接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷが静電チャック２０に吸着保持される。

載置台１６上であってウエハＷの周縁には、例えばシリコンからなる導電性のエッジリング２４が配置されている。エッジリング２４はフォーカスリングともいう。載置台１６および支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。

支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。冷媒室２８には、外部に設けられたチラーユニットより配管３０ａ、３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によって載置台１６上のウエハＷの処理温度が制御される。なお、冷媒は、配管３０ａ、３０ｂに循環供給される温度調整用の媒体の一例であり、温度調整用の媒体は、載置台１６及びウエハＷを冷却するだけでなく、加熱する場合もあり得る。さらに、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック２０の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。

載置台１６の上方には、載置台１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。上部電極３４と下部電極間の間はプラズマ処理空間となる。上部電極３４は、載置台１６上のウエハＷと対向してプラズマ処理空間と接する面、つまり対向面を形成する。

上部電極３４は、絶縁性の遮蔽部材４２を介して、処理容器１０の上部に支持されている。上部電極３４は、載置台１６との対向面を構成しかつ多数のガス吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる電極支持体３８とを有する。電極板３６は、シリコンやＳｉＣで構成されるのが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。

電極支持体３８には、ガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのための処理ガスがガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１を介しガス吐出孔３７からシャワー状にプラズマ処理空間に吐出される。このようにして上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。

エッジリング２４には、可変直流電源５０が電気的に接続され、可変直流電源５０から直流電圧が印加される。可変直流電源５０から供給される直流電圧及び直流電流の極性及び電流・電圧と、これらをオン・オフする電子スイッチの制御は、制御部２００により行われる。

載置台１６には、給電棒４７及び整合器４６を介して第１の高周波電源４８が接続されている。第１の高周波電源４８は、載置台１６にＬＦ電力を印加する。これにより、載置台１６上のウエハＷにイオンが引き込まれる。第１の高周波電源４８は、２００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波電力を出力する。整合器４６は第１の高周波電源４８の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。

載置台１６には、給電棒８９及び整合器８８を介して第２の高周波電源９０が接続されている。第２の高周波電源９０は、載置台１６にＨＦ電力を印加する。ＨＦの周波数は、１３．５６ＭＨｚ以上、例えば１００ＭＨｚであってもよい。ＬＦの周波数はＨＦの周波数よりも低く、例えば４００ｋＨｚであってもよい。整合器８８は、第２の高周波電源９０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。載置台１６には、所定の高周波をグランドに通すためのフィルタ９４が接続されてもよい。なお、第２の高周波電源９０から供給されるＨＦ電力を、上部電極３４に印加してもよい。

処理容器１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１０内を所望の真空度まで減圧可能となる。また、処理容器１０の側壁にはウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能である。また、処理容器１０の内壁に沿って処理容器１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１が処理容器壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。処理容器１０の底部の処理容器壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆したものを用いることができる。

かかる構成のプラズマ処理装置においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象であるウエハＷを処理容器１０内に搬入し、載置台１６上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介して処理容器１０内へ供給する。また、排気装置８４により処理容器１０内を排気し、その中の圧力を例えば０．１～１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばＣ_４Ｆ_８ガスのようなフルオロカーボンガス（Ｃ_ｘＦ_ｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ＡｒガスやＯ_２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。

このように処理容器１０内にエッチングガスを導入した状態で、第２の高周波電源９０からＨＦ電力を載置台１６に印加する。また、第１の高周波電源４８からＬＦ電力を載置台１６に印加する。また、直流電源２２から直流電圧を電極２０ａに印加し、ウエハＷを載置台１６に保持する。また、可変直流電源５０から負の直流電圧をエッジリング２４に印加する。

上部電極３４のガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、主にＨＦ電力により解離及び電離しプラズマが生成される。プラズマ中のラジカルやイオンによってウエハＷの被処理面がエッチングされる。また、載置台１６にＬＦ電力を印加することで、プラズマ中のイオンを制御し、高アスペクト比のホールのエッチングを可能とする等、プラズマの制御マージンを広くできる。

プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部２００が設けられている。制御部２００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリに格納されたレシピに従って、エッチング等の所望のプラズマ処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウエハＷ温度、静電チャック温度等）、チラーから出力される冷媒の温度などが設定されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。

例えば、制御部２００は、可変直流電源５０から出力する負の直流電圧を、バイアスパワーの伝達経路で測定される、電圧、電流、電磁界、発生したプラズマの発光周期又はウエハＷ（下部電極）上のプラズマのシース厚の変化（以下、「周期的に変動するパラメータ」ともいう。）の各周期内の部分期間に印加し、負の直流電圧のオンとオフとを交互に繰り返すように制御してもよい。第２の高周波電源９０から出力するＨＦの電圧を、周期的に変動するパラメータの各周期内の部分期間に印加し、ＨＦの電圧のオンとオフとを交互に繰り返すように制御してもよい。これにより、ウエハＷのエッジ部のホールの形状を真円にし、かつ、チルティングを防ぐことができる。

バイアスパワーの供給経路とは、第１の高周波電源４８→整合器４６→給電棒４７→載置台１６→プラズマ→上部電極３４→（グランド）をいう。バイアスパワーの伝達経路で測定される電圧、電流、電磁界とは、第１の高周波電源４８から整合器４６の内部及び給電棒４７を介して載置台１６に至るまでのパーツと上部電極３４で測定される電圧、電流、電磁界、又は、プラズマで測定される電磁界をいう。

負の直流電圧は、後述する第１の状態と第２の状態とを周期的に繰り返し、第１の状態は、周期的に変動するパラメータの各周期内の部分期間に印加され、第２の状態を第１の状態と連続して印加するように制御される。

周期的に変動するパラメータは、載置台１６から給電棒４７を介して接続される整合器の内部までのいずれかの部材において測定される電圧、電流又は電磁界のいずれかであることが好ましい。

直流電圧のオン・オフ又は絶対値のＨｉｇｈ・Ｌｏｗを、バイアスパワーの高周波若しくはパルス波の周期に同期する信号、又はバイアスパワーの伝達経路（給電系）で測定された電圧、電流又は電磁界のいずれかの一周期内の位相に同期させるように制御してもよい。例えば、制御部２００は、ＤＣ電圧のオン・オフ又はＨｉｇｈ・ＬｏｗをＬＦの電圧又は電流の一周期内の位相に同期させるように制御してもよい。

また、バイアスパワーの高周波若しくはパルス波の周期に同期する信号の状態、又はバイアスパワーの給電系で測定された電圧、電流又は電磁界のいずれかを「基準電気状態」ともいう。ＤＣ電圧は、基準電気状態の一周期内の位相と同期して後述する第１の状態と第２の状態とに交互に印加するように制御されるようにしてもよい。

バイアスパワーの伝達経路で周期的に変動するパラメータを測定する方法としては、バイアスパワーの伝達経路のいずれかのパーツの近傍に電圧センサ、電流センサ又はＢＺセンサ（誘導磁場を測るセンサ）を設置することで各パーツの電圧、電流又は誘導磁場を計測する方法が一例として挙げられる。なお、図２には、電圧センサ３００を示したが、これに限られず、電流センサ又はＢＺセンサであってもよい。また、上記各センサの配置は、給電棒４７に接続されることが好ましいが、これに限られない。電圧センサ３００等のセンサからの信号は、例えば制御部２００の信号発生回路１０２に入力される。

更に、プラズマの発光周期、ウエハＷ上のプラズマのシース厚の変化の周期を指標にしても良い。プラズマの発光周期は、フォトダイオード、フォトマイクロセンサ等で検出できる。シース厚については、ＩＣＣＤカメラなどを用いてナノｓｅｃの間隔（例えば１０～２５０ｎｓｅｃ）でシャッターを切り、これにより、シース厚の変化を測定できる。

なお、載置台１６は、ウエハＷを載置する電極（下部電極）の一例である。上部電極は、下部電極と対向する電極の一例である。第１の高周波電源４８は、下部電極にバイアスパワーを供給するバイアス電源の一例である。第２の高周波電源９０は、下部電極又は上部電極にバイアスパワーよりも高い周波数のソースパワーを供給するソース電源の一例である。可変直流電源５０は、エッジリング２４に直流電圧を供給する直流電源の一例である。ソース電源は、処理容器１０内にプラズマを供給するプラズマ生成源に相当する。

制御部２００は、バイアス電源、ソース電源及び直流電源を制御する制御部の一例である。バイアスパワーを印加する下部電極（載置台１６）の電位を、電極電位ともいう。

［制御部の構成］
制御部２００の具体的構成について、図２を参照して説明する。制御部２００は、プロセッサ１００、信号発生回路１０２、方向性結合器１０５，１０８、電力メータ１１１、オシロスコープ１１２を有する。ただし、電力メータ１１１、オシロスコープ１１２、方向性結合器１０８は設けなくてもよい。

第１の高周波電源４８の給電ラインには、第１の高周波電源４８と整合器４６の間に方向性結合器１０５が接続されている。第２の高周波電源９０の給電ラインには、第２の高周波電源９０と整合器８８の間に方向性結合器１０８が接続されている。

方向性結合器１０５は、ＬＦの進行波パワーの一部をオシロスコープ１１２に与える。方向性結合器１０８は、ＨＦの進行波パワーの一部をオシロスコープ１１２に与える。一実施形態において、オシロスコープ１１２に表示されるＬＦの周波数は、例えば４００ｋＨｚであり、ＨＦの周波数は、例えば１００ＭＨｚである。これにより、オシロスコープ１１２では、ＬＦの進行波の波形とＨＦの進行波の波形を観察できる。

方向性結合器１０８は、ＨＦの進行波の一部を電力メータ１１１に与える。電力メータ１１１は、ＨＦの進行波の電力量を計量する。

方向性結合器１０５は、ＬＦの進行波の一部をプロセッサ１００に与える。プロセッサ１００は、ＬＦの進行波に同期させるＤＣ用の同期信号を作成する。例えば、プロセッサ１００は、ＬＦの進行波の正のタイミングに同期させてＤＣ用の同期信号を作成してもよい。なお、方向性結合器１０５の替わりに、前記センサを用いて検出したＬＦの波形をプロセッサ１００に与えてもよい。

プロセッサ１００は、作成した同期信号を信号発生回路１０２に与える。信号発生回路１０２は、与えられた同期信号からＬＦの進行波に同期する制御信号を発生し、可変直流電源５０及び第１の高周波電源４８に与える。

制御信号の生成方法には、以下の２通りがある。第１の高周波電源４８が一般的な電源の場合、方向性結合器１０５が第１の高周波電源４８から出力されるＬＦ電力の一部を波形として取り出し、プロセッサ１００に入力する。ただし、これに限られず、プロセッサ１００が、第１の高周波電源４８から直接、ＬＦ電力の一部を入力してもよい。プロセッサ１００は、入力した波形の信号に同期させて又は該信号から任意の遅延と任意の幅を有するオン信号を作成し、信号発生回路１０２に送信する。プロセッサ１００は、第１の高周波電源４８からＬＦ電力の一部を入力せずに、第１の高周波電源４８を制御するためのＬＦの信号を自ら生成し、そのＬＦの信号に同期させて又は該信号から任意の遅延と任意の幅を有するオン信号とを作成してもよい。オン信号は、同期信号の一例である。

信号発生回路１０２は、オン信号の間、直流電圧を発生させるために可変直流電源５０に指令信号を送る。指令信号には、可変直流電源５０の入力形態に応じて、オン信号の間、直流電圧を発生させる制御信号又はオン信号そのものが使用される。同様に、信号発生回路１０２は、オン信号の間、ＨＦ電力を発生させるために第２の高周波電源９０に指令信号を送るようにしてもよい。

第１の高周波電源４８がＬＦ電力、電圧又は電流を増幅するアンプの場合、方向性結合器１０５からの信号は使用せず、信号発生回路１０２が第１の高周波電源４８から出力されるＬＦの一部を波形として取り出し、該波形の信号から任意の遅延と任意の幅を有するオン信号を作成してもよい。信号発生回路１０２は、該波形の信号及びオン信号を可変直流電源５０に送信する。

例えば、可変直流電源５０の替わりに図示しない交流電源を備え、交流電源をエッジリング２４に電気的に接続し、制御（オン）信号に基づき交流電源から高周波電圧をエッジリング２４に印加してもよい。可変直流電源５０及び交流電源は、エッジリング２４に負の直流電圧及び高周波電圧の少なくともいずれかを供給する電源の一例である。

また、図３Ａに示すように、第１の高周波電源４８から出力されるＬＦの一部を制御部２００に設けられた位相シフト回路２１０に入力し、位相シフト回路２１０にてＬＦの位相を所定量シフトさせた高周波電圧をエッジリング２４に印加してもよい。

位相シフト回路２１０にてＬＦの位相を所定量シフトする替わりに、第１の高周波電源４８から出力されるＬＦの波形から任意の遅延と任意の幅を有する高周波電圧を生成し、生成した高周波電圧をエッジリング２４に印加してもよい。

ただし、以上の制御信号の生成方法は一例であり、これに限られない。与えられた周期的に変動するパラメータの各周期内の部分期間に負の直流電圧と高周波電圧との少なくともいずれかを印加するように制御する制御信号を生成できれば、図２に示す制御部２００の回路に限られず、他のハードウェア又はソフトウェアを使用できる。直流電圧の場合、例えば、オンとオフとが交互に繰り返されるように制御する制御信号を生成してもよい。

第１の高周波電源４８のアンプは、４００ｋＨｚのＬＦの変調信号の振幅（ＡＭ：amplitude modulation)を増幅し、下部電極に供給する。第２の高周波電源９０のアンプは、１００ＭＨｚのＨＦの変調信号の振幅を増幅し、下部電極に供給する。

信号発生回路１０２は、与えられた同期信号からバイアスパワーの伝達経路で測定される、周期的に変動するパラメータの各周期内の部分期間に負の直流電圧を印加し、負の直流電圧の絶対値がＨｉｇｈとＬｏｗとが交互に繰り返されるように制御する制御信号を発生し、可変直流電源５０に与えてもよい。信号発生回路１０２は、与えられた同期信号からバイアスパワーの伝達経路で測定される、周期的に変動するパラメータの各周期内の部分期間に高周波電圧を印加し、高周波電圧がＨｉｇｈとＬｏｗとが交互に繰り返されるように制御する制御信号を発生し、第２の高周波電源９０に与えてもよい。

例えば、図３Ｂ及び図３Ｃは、バイアスパワーの伝送経路（給電系）で測定された電圧、電流又は電磁界のいずれかを「基準電気状態」とする場合の一例である。例えば図３Ｂでは、プロセッサ１００が伝送経路に取り付けられたＶＩプローブ等のセンサからＨＦの電圧又は電流、ＬＦの電圧又は電流、ＨＦの位相信号又はＬＦの位相信号のいずれかを入力する。プロセッサ１００は、入力したＨＦの電圧又は電流、ＬＦの電圧又は電流、ＨＦの位相信号又はＬＦの位相信号のいずれかを示す基準電気状態の一周期内の位相と同期してＤＣ電圧を第１の状態と第２の状態に交互に印加する。

プロセッサ１００は、センサからの信号に基づかずに第１の高周波電源４８から出力されるバイアスパワーの高周波若しくはパルス波の周期に同期する信号を生成してもよい。この場合、該信号の状態を基準電気状態とすることができる。また、バイアスパワーの給電系で基準電気状態を測定する工程を省くことができる。例えば図３Ｃでは、プロセッサ１００が、第１の高周波電源４８からＬＦの位相信号（小電力波形）又はバイアスパワーの情報に関する信号を入力し、この入力信号に基づきバイアスパワーの高周波若しくはパルス波の周期に同期する信号を生成する。プロセッサ１００は、生成した信号を可変直流電源５０に出力する。可変直流電源５０は、この信号に基づきソースパワーを第１の状態と第２の状態に交互に印加する。

なお、図３Ｄに示すように、プロセッサ１００は、第１の高周波電源４８からの信号を用いずに、第１の高周波電源４８を制御するための信号を生成し、その生成した信号に同期する信号を生成することで、第１の高周波電源４８から出力されたバイアスパワーの高周波若しくはパルス波の周期に同期する信号を生成してもよい。この場合、プロセッサ１００は、第１の高周波電源４８を制御するＬＦの信号（例えば図５等参照）を生成するとともに、この生成した信号に同期する、例えば図５のＤＣ電圧の信号を生成する。プロセッサ１００は、生成したＬＦの信号を第１の高周波電源４８に送信し、生成したＤＣ電圧の信号を可変直流電源５０に送信する。第１の高周波電源４８は、ＬＦの信号に基づきバイアスパワーを出力する。可変直流電源５０は、ＤＣ電圧の信号に基づきＤＣ電圧を第１の状態と第２の状態に交互に印加する。生成したＬＦの信号及びＤＣ電圧の信号には、パワー情報が含まれる。

［プラズマ電位とウエハ電位とシース厚］
図４は、プラズマ電位（Plasma potential）とウエハ電位（Wafer potential）とシース厚との関係を説明する図である。ウエハ電位は、電極電位とほぼ同一である。図４（ａ）の横軸は時間、縦軸はウエハＷの電位を示す。図４は、１００ＭＨｚの周波数のＨＦ電力と４００ｋＨｚの周波数のＬＦの電力を載置台１６に印加し、そのときのウエハＷの電位を実測した結果を示す。ウエハＷの電位は、基本的に線ａに示す４００ｋＨｚの低周波数のＬＦ Ｖｐｐの振幅にて示され、線ｂに示す１００ＭＨｚの高周波数のＨＦ電力がＬＦの電力に重畳することでＨＦ Ｖｐｐの幅で振動する。

プラズマ電位は、処理容器１０内の最も高い電位よりもわずかに高い電位になっている。重畳して載置台１６に印加されるＬＦとＨＦのうち、主に低周波数のＬＦによってウエハの電位が定まり、プラズマ電位とウエハＷ電位の電位差は、ウエハＷ電位が正の位相、つまり領域Ａで示されるウエハＷの電位が正の領域又はその近傍で小さく、ウエハＷ電位が負に大きい位相、つまり領域Ｂで示されるウエハＷの電位が負に深い領域では極めて大きくなることがわかる。

シースの厚さは式（１）により求められ、プラズマ電位とウエハＷ電位の電位差に概ね比例する。

ここで、Ｖｄｃは自己バイアス、Ｔｅはプラズマ温度、Ｎｅはプラズマ密度、ε_０は真空の誘電率、ｅは電気素量である。

これによれば、ウエハＷ電位が正の位相の場合、プラズマ電位とウエハＷ電位の電位差及びプラズマ電位とエッジリング２４電位の電位差は小さくなり、図４（ｂ）に示すようにウエハＷ及びエッジリング２４上のシースの厚さは薄くなる。

この結果、ウエハＷのエッジ部の、エッジリング２４との間に形成された隙間Ｓにプラズマが入り込み、シースに歪みが生じる。このため、隙間Ｓでは、このシースの歪みによってウエハＷの外周側のイオンは、ウエハＷのエッジ部ではウエハＷの内側に向かって斜めに入射される。

一方、ウエハＷ電位が負に大きい位相のとき、つまり領域Ｂでは、プラズマ電位とウエハＷ電位の電位差及びプラズマ電位とエッジリング２４電位の電位差は大きくなり、図４（ｃ）に示すようにウエハＷ及びエッジリング２４上のシース厚は厚くなる。

よって、ウエハＷ電位が負に大きい位相のとき、隙間Ｓにおけるシースの歪みはなく、イオンは、シースの中で十分に加速し、ウエハＷのエッジ部においてもウエハＷに垂直に入射される。

このようにしてウエハＷのエッジ部では、隙間Ｓにおけるシースの歪みの有無が周期的に繰り返されることで、ウエハＷ電位によりイオンがウエハＷに斜めに入射したり、垂直に入射したりすることが周期的に連続的に繰り返された結果、ウエハＷのエッジ部にてホールが楕円形状になると考えられる。

一方、隙間Ｓがなければ上記シースの歪みは発生しない。しかし、ウエハＷは一枚ずつ搬送され、載置台１６に載置される毎にわずかに位置がずれる。よって、ウエハＷからエッジリング２４までの間には、ウエハＷに位置ずれが生じてもウエハＷがエッジリング２４に接触しないように隙間Ｓを設ける必要がある。

また、近年、ＬＦが数ＭＨｚから数１００ｋＨｚまで低周波数化しており、ウエハＷのエッジ部にてホールの真円度が崩れたり、チルティングが発生したりすることが顕在化している。つまり、ＬＦが数ＭＨｚ程度のときには、シースの厚さがＬＦの周期で変化してもイオンは重いため、イオンの加速方向が明確に区別されず、ＬＦの自己バイアスＶｄｃによってほぼ一定のエネルギーで入射し、イオンの入射角の変化は少なかった。

一方、例えば、ＬＦが数１００ｋＨｚと低いと、シースの厚いタイミングと薄いタイミングとで、イオンの加速方向が明確に区別されるようになり、ウエハ電位又は電極電位が正のときと負のときでイオンの入射角が変化することが周期的に連続的に繰り返され、ウエハＷのエッジ部にてホールが楕円形状に形成され易くなる。

そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、ウエハ電位又は電極電位に対応してエッジリング２４に負の直流電圧を印加し、エッジリング２４におけるシースの厚さを制御する。これにより、ウエハＷに真円度の高いホールを形成し、かつ、チルティングの発生を防止してエッチング形状を垂直にすることができる。

［負の直流電圧の印加方法とその効果］
本実施形態に係る負の直流電圧の印加方法とその効果について、図５を参照しながら説明する。図５は、一実施形態に係る負の直流電圧の印加方法の一例と、その効果の一例を示す図である。図５（ａ）の横軸は時間、縦軸はウエハＷの電位を示す。図５、図６、図８では、Ｖｄｃが深く、大きなＶｐｐにて振動するＬＦにＨＦが重畳し、ＨＦは小さなＶｐｐにより振幅していることが示されている。

制御部２００は、電極電位が正のタイミングに応じてエッジリング２４に印加する負の直流電圧を制御する。以下では、エッジリング２４に印加する直流電圧の制御を説明する。

エッジリング２４に印加する直流電圧を制御する方法の一例として、制御部２００は、電極電位が正のタイミングに同期してエッジリング２４に負の直流電圧を印加してもよい。また、制御部２００は、電極電位が０の近傍のタイミングに、エッジリング２４に負の直流電圧を印加してもよい。また、制御部２００は、電極電位が自己バイアスＶｄｃよりも０に近いタイミングに、エッジリング２４に負の直流電圧を印加してもよい。また、制御部２００は、電極電位が負に最も深い時間帯以外のときに、エッジリング２４に負の直流電圧を印加してもよい。また、制御部２００は、ウエハＷの周縁部とエッジリング２４との隙間Ｓにプラズマが入り込まないように又は経験則によりホールが真円に形成されるように負の直流電圧を制御してもよい。

電極電位が正のとき、シースは薄くなる。よって、このときに負の直流電圧（例えば、図５の領域Ａに示すＤＣ電圧ｄ１）をエッジリング２４に印加することで、エッジリング２４の電位は、図５（ａ）の線ｃに示す電位に制御される。これにより、ウエハＷ電位とプラズマ電位の電位差が小さい領域Ａのタイミングにおいて該電位差を大きくすることで、エッジリング２４上のシースを厚くできる。つまり、電極電位が正又は正の近傍のときに負の直流電圧を印加することで、シースを図５（ｂ）から図５（ｃ）の状態に厚くすることができる。これにより、ウエハＷの周縁の隙間Ｓにプラズマが入り込むことを回避できる。これにより、ウエハＷのエッジ部において隙間Ｓにおけるシースの歪みによってイオンがウエハＷに斜めに入射することを回避でき、ホールが楕円形状に形成されることや、チルティングを防止できる。

ただし、負の直流電圧を印加するタイミングは、電極電位が正のタイミングに限られない。それ以外のタイミング、例えば、電極電位が正のピークを含むタイミング、電極電位が正のタイミングにその前後の負のタイミングを含むタイミング、電極電位が０の近傍以外のタイミング又は電極電位が自己バイアスＶｄｃよりも深いタイミング、電極電位が正のタイミング又は負のタイミングに任意の遅延と任意の幅を有する時間等）に負の直流電圧を印加してもよい。

なお、シースを厚くする手段としては、負の直流電圧を連続的に印加する替わりに、ＬＦの電圧のピークに対応するパルス状の電力（以下、「ＬＦパルス」ともいう。）に応じて負の直流電圧等の供給タイミングを制御してもよい。加えて、ＨＦ電力を大きくするように制御してもよい。

図７には、ＬＦパルスｉに応じてエッジリング２４に印加する負の直流電圧を制御する方法が示されている。例えば、図７に示すように、Ｄｕｔｙが３０％～５０％のＬＦパルスｉに応じてエッジリング２４に印加する負の直流電圧を制御してもよい。例えば、ＬＦパルスｉが０の場合、エッジリング２４に負の直流電圧を印加し、ＬＦパルスｉが０以外の場合、負の直流電圧の印加を停止するか、そのまま連続して負の直流電圧を印加するか、図７に示す曲線ｃのＬＦ Ｖｐｐの電圧になるように負の直流電圧を印加してもよい。

これにより、ウエハＷ上のシースが薄い領域Ａにおいてもシースを厚く制御することができ、ウエハＷのエッジ部においても真円度の高いホールを形成し、かつ、チルティングの発生を防止してエッチング形状を垂直にすることができる。なお、Ｄｕｔｙが３０％～５０％の負のＬＦパルスｉとは、一周期において電圧が０である時間の割合が３０％～５０％の波形をいう。

エッジリング２４に負の直流電圧を連続して印加してもよいが、エッジリング２４への負の直流電圧の印加をオン・オフする場合、その条件の一例としては、一象限で一方向しか電流を流せないＤＣ電源や、ＤＣ電源の出力にダイオード等を取り付け、一方向にしか電流が流れないようにした場合、図６に示すように、プラズマ電位より負に大きくしたいタイミングにおいて負の直流電圧ｅ１を印加し、それ以外のタイミングでは直流電圧ｅ２を０に制御してもよい。このように、印加する負の直流電圧は、第１の状態の第１の電圧値ｅ１が第２の状態の第２の電圧値ｅ２よりも小さい。

また、一方向しか電流を流せない電源の場合、プラズマ電位よりも浅い電位の負の直流電圧を印加しても、電流は流れず、シースを厚くする効果は生じない。四象限の電源の場合、電圧と電流の方向が双方向であるため、電源を保護するために直流電圧は切らず、ウエハＷ電位に沿って直流電圧を印加することが好ましい。図５に示すように、プラズマ電位よりも負に大きくしたいタイミングにおいて負の直流電圧ｄ１を印加し、それ以外のタイミングでは図５に示す曲線ａのＬＦ Ｖｐｐの電圧になるように負の直流電圧ｄ２を印加してもよい。この場合にも、印加する負の直流電圧は、第１の状態の第１の電圧値ｄ２が第２の状態の第２の電圧値ｄ１よりも小さい。

（直流電圧の印加方法のその他の例）
ウエハＷ上のシースの厚さを測定し、測定したシースの厚さに応じてエッジリング２４に印加する負の直流電圧の値を制御してもよい。例えば、ウエハＷのシースの厚さが予め定められた閾値以下のときに、エッジリング２４に印加する負の直流電圧を印加してもよい。ウエハＷのシースの厚さが閾値を上回るときに、エッジリング２４に印加する負の直流電圧の供給を停止してもよい。

また、ウエハＷのシースの厚さが閾値以下のときに、エッジリング２４に印加する負の直流電圧を段階的又は滑らかに変化させるように制御してもよい。

電極電位が正のタイミングから任意の遅延と任意の幅を有する時間帯に、エッジリング２４に印加する負の直流電圧を印加してもよい。例えば、電極電位が正のタイミングから前後に所定時間だけ長い時間帯、前後に所定時間だけ短い時間帯、任意の時間だけ前後にずれた時間帯に、エッジリング２４に印加する負の直流電圧を印加してもよい。

直流電圧は、第１の電圧値を有する第１の状態と、前記第１の電圧値よりも高い第２の電圧値を有する第２の状態とを周期的に繰り返し、前記電極の電位の各周期内の部分期間に前記第１の電圧値を印加し、前記第１の状態と前記第２の状態とが連続するように前記第２の電圧値を制御するプログラムを有する記憶媒体を用いて、制御部２００により制御される。

［変形例：ＤＣ電圧の印加方法（チルト制御）］
次に、エッジリング２４の消耗に応じた変形例に係る負の直流電圧の印加方法について、図８及び図９を参照しながら説明する。

エッジリング２４の消耗によりウエハＷのシースの高さとエッジリング２４のシースの高さに段差が生じると、ウエハＷのエッジ部におけるエッチング形状が垂直形状にならず、斜めになるチルティングが生じる。これに対して、エッジリング２４の消耗に応じてエッジリング２４に印加する負の直流電圧の絶対値を大きくすることでシースを厚くすることができる。

つまり、変形例に係るエッジリング２４に印加する直流電圧の印加方法では、上記実施形態に係る直流電圧の印加方法によって制御される負の直流電圧に対して、エッジリング２４の消耗度合に応じて負の直流電圧の絶対値が大きくなるように補正を行い、補正後の負の直流電圧をエッジリング２４に印加する。これにより、図８に示すように、直流電圧を印加した後のエッジリング２４の電位を、補正前の負の直流電圧を印加したときの電位ｃから、エッジリング２４の消耗度合に応じた補正後の負の直流電圧を印加したときの電位ｆに変えることができる。

これにより、エッジリング２４のシースの厚さをエッジリング２４の消耗に応じて厚くすることで、ウエハＷのシースとエッジリング２４のシースの厚さを揃えることができる。これにより、ウエハＷのエッジ部においてチルティングの発生を抑制し、かつ真円のホールを形成することができる。

制御部２００は、電極電位が正のとき及び負のときのそれぞれにおいて、独立して直流電圧を補正することが好ましい。例えば、制御部２００は、電極電位が正のときと負のときとでそれぞれ異なる負の値に印加する直流電圧を補正してもよいし、電極電位が負のときには負の直流電圧をオフしてもよい。

制御部２００は、エッジリング２４の使用時間、ＨＦ電力の印加時間、ＨＦ電力とＬＦ電力の合計印加時間の少なくともいずれかに基づき、エッジリング２４の消耗度合いを予測して制御する負の直流電圧を補正してもよい。

補正方法としては、例えば、エッジリング２４の使用時間、ＨＦ電力の印加時間又はＨＦ電力とＬＦ電力の合計印加時間に対する直流電圧の補正値を予め制御部２００のメモリに記憶してもよい。制御部２００は、メモリに記憶した情報から、エッジリング２４の使用時間、Ｈ電力Ｆの印加時間又はＨＦ電力とＬＦ電力の合計印加時間によってエッジリング２４の消耗量に応じた直流電圧の補正量を抽出し、エッジリング２４に印加する補正後の直流電圧の値を決定してもよい。

あるいは、エッジリング２４の消耗量に対する直流電圧の補正値を予め制御部２００のメモリに記憶しておく。制御部２００は、エッジリング２４の厚さを実測し、エッジリング２４の消耗量の実測値に応じてメモリに記憶した情報から、エッジリング２４の消耗量に応じた直流電圧の補正量を抽出し、エッジリング２４に印加する補正後の直流電圧の値を決定してもよい。

電極電位に応じて負の直流電圧を複数の段階に分けて制御してもよい。それぞれの段階の電極電位に応じて固定又は可変の負の直流電圧を印加する例を図９に示す。図９では、電極電位（ウエハ電位）に応じて３段階の固定の異なる負の直流電圧が印加される。ｇは、３段階の負の直流電圧を段階的にエッジリング２４に印加した場合の一例を示す。電極電位に応じて負の直流電位をエッジリング２４に滑らかに印加してもよい。

以上に説明したように、本実施形態のプラズマ処理装置１及びＤＣの印加方法によれば、電極電位に応じて直流電圧等の印加タイミングを制御することで、ウエハＷにおいてホールの楕円形状やチルティングの発生を抑制することができる。

［制御方法］
以上に説明したように、一実施形態に係る平行平板型のプラズマ処理装置１の制御方法は、バイアスパワーを、ウエハＷを載置する載置台１６に供給する工程と、負の直流電圧をエッジリング２４に供給する工程と、ソースパワーをプラズマ処理空間に供給する工程とを含む。

本制御方法では、負の直流電圧と高周波電圧とは、第１の状態と第２の状態とを周期的に繰り返す。前記負の直流電圧は、前記第１の状態の第１の電圧値が前記第２の状態の第２の電圧値よりも小さい。前記高周波電圧は、前記第１の状態の第１の電圧値が前記第２の状態の第２の電圧値よりも大きい。

さらに、本制御方法は、第１の状態をバイアスパワーの伝達経路で測定される、周期的に変動するパラメータの各周期内の部分期間に印加し、第２の状態を第１の状態と連続して印加する第１制御工程を含む。

第１の状態及び第２の状態は、エッジリングへ印加する直流電圧がオン及びオフに制御される状態に限られず、電圧値の絶対値がＨｉｇｈ及びＬｏｗに制御される状態を含む。

［変形例１－１～１－４］
次に、一実施形態の変形例１－１～１－４に係るプラズマ処理装置１の制御方法について説明する。変形例１－１～１－４では、バイアスパワーとＤＣ電圧とのいずれか又は両方を間欠的に停止する制御を行う。図１０Ａ～図１０Ｄは、一実施形態の変形例１－１～１－４に係る制御方法を示すタイミングチャートである。

図１０Ａの変形例１－１では、第１制御工程に加えて、ＤＣ電圧を、ＬＦ電圧により一例を示す周期的に変動するパラメータの周期と独立した周期で間欠的に停止する第２制御工程を含む。第１制御工程と第２制御工程とは繰り返し実行される。

変形例１－１では、ＬＦ電圧は、第１制御工程及び第２制御工程において同じ周期で印加される。一方、ＤＣの電圧は、第１制御工程において第１の状態と第２の状態とを交互に１回以上繰り返し、第２制御工程において第１制御工程の間で間欠的に停止される。

第１制御工程及び第２制御工程では、ＬＦの周波数は、例えば０．１Ｈｚ～１００ｋＨｚであってもよい。図１０Ａの変形例１－１～図１０Ｄの変形例１－４では、エッジリングの電位が第１の状態になるように、電極電位を一例とする周期的に変動するパラメータが正の値を含む部分期間にＤＣ電圧又は高周波電圧を印加し、第２の状態を第１の状態と連続して印加する。ＤＣ電圧の場合、負の値であり、第１の状態の第１の電圧値が第２の状態の第２の電圧値よりも小さい。

図１０Ａの変形例１－１～図１０Ｄの変形例１－４では、ＤＣの電圧の第１の状態が負の電圧値を有し、第２の状態が０である。なお、ＤＣ電圧のＤｕｔｙ比（＝第４の状態／（第３の状態＋第４の状態））は、１％～９９％の範囲内であればよい。

所定の高周波電圧（以下、「ＲＦ電圧」ともいう。）をエッジリング２４へ供給してもよい。この場合、第２の高周波電源９０から、ＲＦ電圧をエッジリング２４に供給してもよいし、載置台１６にＲＦ電圧を印加するＲＦ電源を別途設けてもよい。ＲＦ電圧は、第１の状態の第１の電圧値が第２の状態の第２の電圧値よりも大きい。

図１０Ａの変形例１－１において、第１制御工程におけるＬＦ電圧が正のタイミングで同期したＤＣの電圧が第１の状態をとるのが、第３の状態の一例である。第２制御工程におけるＬＦ電圧の周期と独立したＤＣの電圧の状態は、第３の状態と異なる第４の状態の一例である。

図１０Ｂの変形例１－２にかかる制御方法は、変形例１－１と同じ第１制御工程に加えて、バイアスパワー（ＬＦ電圧）をＤＣの電圧の周期とは独立した周期で間欠的に停止する第３制御工程を含む。第３制御工程におけるバイアスパワーの状態は、第４の状態の一例である。

変形例１－２では、第１制御工程と第３制御工程とが繰り返し実行される。変形例１－２では、第３制御工程におけるＤＣの電圧は、第１制御工程と同じ周期で第１の状態と第２の状態とが繰り返される。

なお、第１制御工程においてＬＦの周波数は、例えば０．１Ｈｚ～１００Ｈｚであってもよく、ＬＦの電圧のＤｕｔｙ比（＝第４の状態／（第３の状態＋第４の状態））は、１％～９０％の範囲内であればよい。

図１０Ｃの変形例１－３にかかる制御方法は、変形例１－１と同じ第１制御工程に加えて、変形例１－１の第２制御工程のＤＣの制御と変形例１－２の第３制御工程のＬＦの制御が行われる。つまり、変形例１－３におけるＤＣの電圧及びバイアスパワーの両方を間欠的に停止した状態は、第４の状態の一例である。

バイアスパワーを間欠的に停止する周期とＤＣの電圧を間欠的に停止する周期とは同期させてもよい。この場合、ＤＣ及びバイアスパワーを間欠的に停止する周期は、図１０Ｃに示すように一致してもよいし、図１０Ｄに示すように、ＤＣがバイアスパワーよりも後ろにずれていてもよいし、ＤＣがバイアスパワーよりも前にずれていてもよい。

なお、図１０Ａ～図１０Ｄでは、第３の状態において、バイアスパワーが正の一部のタイミングに、ＤＣの電圧をオンしているが、これに限られない。また、ＤＣの電圧を周期的にオン・オフする替わりに、ＤＣの電圧を負の値であって周期的に絶対値がＨｉｇｈ・Ｌｏｗになるように制御してもよい。

［変形例２］
次に、一実施形態の変形例２に係る制御方法について、図１１を参照して説明する。図１１は、一実施形態の変形例２に係る制御方法を示すタイミングチャートである。

例えば、変形例２に係る制御方法では、図１１に示すようにＬＦパルスが載置台１６に印加される。ＬＦパルスの正の値は、ＬＦの電圧の正のピークに一致し、ＬＦパルスの負の値は、ＬＦの電圧の負のピークに一致する。

この場合、変形例２に係る制御方法では、負の直流電圧又は高周波電圧は第１の状態と第２の状態とを周期的に繰り返し、第１の状態を、ＬＦパルスの各周期内の部分期間に印加し、第２の状態を第１の状態と連続して印加する。これによっても、ウエハＷのエッジ部のホールの楕円形状やチルティングの発生を防ぐことができる。

例えば、ＬＦパルスが０又は正の間の一部又は全部においてＤＣ電圧は、第１の状態の第１の電圧値に制御され、ＬＦパルスが負の間の一部又は全部において第２の状態の第２の電圧値は、第１の状態の第１の電圧値よりも大きくになるように制御してもよい。これによれば、ＬＦパルスが２値化されており、これに応じてＤＣの電圧を２値化して制御するため、制御が容易になる。

［変形例３－１、３－２、３－３、３－４］
図１２Ａは、一実施形態の変形例３－１に係る制御方法を示すタイミングチャートである。図１２Ｂは、一実施形態の変形例３－２に係る制御方法を示すタイミングチャートである。図１２Ｃは、一実施形態の変形例３－３に係る制御方法を示すタイミングチャートである。図１２Ｄは、一実施形態の変形例３－４に係る制御方法を示すタイミングチャートである。例えば、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す変形例３－１、３－２に係る制御方法では、エッジリングの電位が第１の状態になるように、電極電位を一例とする周期的に変動するパラメータが正の値を含む部分期間にＤＣの電圧又は高周波電圧を印加し、第２の状態を第１の状態と連続して印加する。図１２Ｃ及び図１２Ｄに示す変形例３－３、３－４に係る制御方法では、エッジリングの電位が第１の状態になるように、電極電位を一例とする周期的に変動するパラメータが負の値を含む部分期間にＤＣ電圧又は高周波電圧を印加し、第２の状態を第１の状態と連続して印加する。図１２Ａに示す変形例３－１及び図１２Ｃに示す変形例３－３では、ＤＣの電圧の第１の状態が、負の値であって段階的に２つ以上の第１の電圧値を有する。この場合にも負の直流電圧は、第１の状態の第１の電圧値が第２の状態の第２の電圧値よりも小さい。

高周波電圧を印加する場合には、第１の状態の第１の電圧値の絶対値が第２の状態の第２の電圧値の絶対値よりも大きい。高周波電圧は、第２の高周波電源９０からエッジリング２４に供給してもよいし、高周波電圧を印加するＲＦ電源を別途設けてもよい。

図１２Ｂに示す変形例３－２及び図１２Ｄに示す変形例３－４では、高周波電圧の第１の状態が、滑らかに２つ以上の第１の電圧値を有する。図１２Ａ及び図１２Ｂのいずれの場合にも、第１の状態と第２の状態とは周期的に繰り返される。

例えば、図１２Ａに示す変形例３－１及び図１２Ｃに示す変形例３－３では、ＤＣの電圧の第１の状態が、負の値であって段階的に２つ以上の第１の電圧値を有する。この場合にも負の直流電圧は、第１の状態の第１の電圧値が第２の状態の第２の電圧値よりも小さい。

高周波電圧を印加する場合には、第１の状態の第１の電圧値が第２の状態の第２の電圧値よりも大きい。高周波電圧は、第２の高周波電源９０からエッジリング２４に供給してもよいし、高周波電圧を印加するＲＦ電源を別途設けてもよい。

図１２Ｂに示す変形例３－２及び図１２Ｄに示す変形例３－４では、高周波電圧の第１の状態が、滑らかに２つ以上の第１の電圧値を有する。図１２Ａ～図１２Ｄのいずれの場合にも、第１の状態と第２の状態とは周期的に繰り返される。

以上に説明したように、負の直流電圧と高周波電圧とは、第１の状態と第２の状態とを周期的に繰り返す。負の直流電圧は、第１の状態の第１の電圧値が第２の状態の第２の電圧値よりも小さく、高周波電圧は、第１の状態の第１の電圧値が第２の状態の第２の電圧値よりも大きい。

ＤＣの電圧及び高周波電圧の第１の状態は、電極電位が負の値を含む部分期間に印加してもよい。変形例３－１、３－２では、第１の状態におけるＤＣの電圧又はＲＦ電圧を複数の値に制御することで、ウエハＷのエッジ部のホールの楕円形状やチルティングの発生を防ぐことができる。なお、各変形例にかかる第１の状態の直流電圧及びＲＦ電圧は、エッジリング２４の消耗度合いに応じて補正した値であってもよい。

エッジリング２４へ供給するＲＦ電圧の周波数は、バイアスパワーの周波数よりも高いことが好ましい。エッジリング２４にＲＦ電圧を印加する際のＲＦの周波数の適正値について図１３～図１５を参照して説明する。図１３～図１５は、一実施形態のＲＦの周波数とウエハＷ及びエッジリング２４の電位差の一例を示す図である。

図１３に一例を示すように、バイアスパワーの周波数（４００ｋＨｚ）よりも低い周波数（２００ｋＨｚ）のＲＦ電圧をエッジリング２４に印加すると、ウエハＷの電位とエッジリング２４の電位との間に各種の電位差が生じ、これに応じてウエハＷとエッジリング２４のシースの厚さが径方向で大きく変わる。よって、バイアスパワーの周波数よりも低い周波数のＲＦ電圧をエッジリング２４に印加すると、ウエハＷのエッジ周辺におけるエッチング形状が悪化する恐れがある。

次に、図１４（ａ）及び（ｂ）に一例を示すように、バイアスパワーの周波数（４００ｋＨｚ）と同一周波数のＲＦ電圧をエッジリング２４に印加する場合について説明する。図１４（ａ）は、ＲＦ電圧の位相をバイアスパワーの位相と同一にし、ＲＦ電圧を変えた場合のウエハＷの電位とエッジリング２４の電位とを示す。この場合、ウエハＷとエッジリング２４のシースの厚さの大小関係を変えることはできない。例えば、エッジリング２４の電位を深くすることができるが、エッジリング２４のシースを薄くすることはできない。

図１４（ｂ）は、更にバイアスパワーの位相に対してＲＦ電圧の位相を変えた場合のウエハＷの電位とエッジリング２４の電位とを示す。この場合、図１４（ｂ）のＴ領域ではウエハＷの電位がエッジリング２４の電位よりも深くなり、エッジリング２４のシースはウエハＷのシースよりも薄くなる。一方、図１４（ｂ）のＵ領域ではエッジリング２４の電位がウエハＷの電位よりも深くなり、エッジリング２４のシースはウエハＷのシースよりも厚くなる。このため、ウエハＷの電位とエッジリング２４の電位との電位差に応じて、ウエハＷのエッジ周辺においてイオンの入射角が、内側に向いたり外側に向いたりする。このため、ウエハＷのエッジ周辺におけるホールの真円度が崩れてしまう恐れがある。よって、バイアスパワーの周波数と同一周波数のＲＦ電圧をエッジリング２４に印加する場合には、ＬＦとＲＦの位相を揃えること好ましい。

図１５は、バイアスパワーの周波数よりも高い周波数のＲＦ電圧をエッジリング２４に印加した場合に、ＲＦ電圧の印加時間を調整した図である。図１５（ａ）は、ＬＦのＶｄｃが深く、Ｖｐｐが大きいウエハ電位（ウエハ電位は電極電位に概ね等しい）が負のときに、ＲＦ電圧を印加した場合のバイアスパワーの振幅とＲＦ電圧の振幅を示す。

図１５（ｂ）は、ＲＦ電圧を連続的に印加した場合のバイアスパワーの振幅とＲＦの振幅を示す。図１５（ｃ）は、ウエハ電位が正のときに、ＲＦ電圧を印加した場合のバイアスパワーの振幅とＲＦの振幅を示す。

図１５（ａ）では、ＬＦのＶｄｃが深く、Ｖｐｐが大きいタイミングにエッジリング２４にＲＦ電圧を印加する。電極電位が負のときにはプラズマ密度が低くなりエッジリング２４のシースは厚くなる。これにより、ウエハＷのエッジ周辺においてイオンの入射角を垂直又は径方向の外側に補正することができる。

これに対して、図１５（ｃ）では、電極電位が正のときにはプラズマ密度が高くなりエッジリング２４のシースは薄くなる。これにより、ウエハＷのエッジ周辺においてイオンの入射角を垂直又は径方向の内側に補正することができる。

以上から、図１５（ｂ）に示すようにＲＦ電圧を連続的に印加することや、図１５（ａ）及び（ｃ）に示すようにＲＦ電圧を電極電位の値に応じて断続的に印加することで、エッジリング２４のシースの厚さを制御することができる。これにより、ウエハＷのエッジ周辺におけるエッチング形状を良好にすることができる。

以上では、可変直流電源５０からエッジリング２４に印加する直流電圧についての制御方法を説明したが、これに限られず、例えば、図示しない交流電源からエッジリング２４に印加する高周波電圧についても直流電圧についての制御方法と同様に制御することができる。

つまり、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する電極と、前記処理容器内にプラズマを供給するプラズマ生成源と、前記電極にバイアスパワーを供給するバイアス電源と、前記被処理体の周縁に配置されるエッジリングと、前記バイアスパワーの周波数と同一の周波数を有する高周波電圧を前記エッジリングに供給する高周波電源と、前記電極の電位の位相に対して所定の位相差を生じるように前記高周波電圧を印加する第１制御手順を含むプログラムを有する記憶媒体と、前記記憶媒体のプログラムを実行する制御部とを有してもよい。所定の位相差は、９０°～２７０°であってもよい。

また、例えば、直流電圧に三角波で出力される電圧を合成するなど、直流電圧に他の電圧を合成した電圧をかけてもよい。

前記プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、制御部により読み出されるようにしてもよい。

［変形例４］
変形例４について、図１６を参照して説明する。図１６は、一実施形態の変形例４に係る制御方法を示すタイミングチャートである。変形例４では、ＤＣ電圧の第１の状態が、２つ以上の電圧値を繰り返すパルス状の電圧値をとる。図１６の例では、ＤＣ電圧の第１の状態は、負の電圧値と０の電圧値とを繰り返す。ただし、これに限られず、３つの電圧値を繰り返す等、２つ以上の電圧値を繰り返してもよい。

［変形例５］
変形例５について、図１７を参照して説明する。図１７は、一実施形態の変形例５に係る制御方法を示すタイミングチャートである。バイアスパワーは、サイン波形又はパルス波形のパワーであってもよいし、テイラード波形のパワーであってもよい。つまり、バイアスの電圧又は電流は、サイン波形であってもよいし、ＬＦパルスの波形であってもよい。ＬＦパルスは、図１１に示す波形の他、図１７に示すテイラード波形等の任意の波形を含む。テイラード波形では、図１７に示すＤＣ電圧が第２の状態のときにバイアスのパワーを変調してもよいし、第１の状態のときにバイアスのパワーを変調してもよい。

なお、同様にして、ＤＣ電圧の第１の状態が２つ以上の電圧値をとる場合、ＤＣ電圧の波形は、図１２Ａ～図１２Ｄに示すように、第１の状態が２つ以上の電圧値をとってもよいし、第２の状態が２つ以上の電圧値をとってもよい。第２の状態の電圧値は０であってもよい。また、図１６に示すように、第１の状態が２つ以上の電圧値を繰り返してもよい。ＤＣ電圧の第１の状態又は第２の状態の波形は、ＬＦパルスと同様、図１７に示すテイラード波形でもよい。

以上に説明したように、電極の電位は、バイアスパワーの伝達経路で測定された、周期的に変動するパラメータにより定められてもよい。周期的に変動するパラメータは、電圧、電流、電磁界、発生したプラズマの発光の変化又は被処理体上のプラズマのシース厚の変化であってもよい。電極の電位は、バイアスパワーの高周波若しくはパルス波の周期に同期する信号により定められてもよい。

本発明にかかる制御方法及びプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

本開示に係るプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプにも適用可能である。

本明細書では、被処理体の一例として半導体ウエハＷを挙げて説明した。しかし、被処理体は、これに限らず、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。

１…プラズマ処理装置
１０…処理容器
１６…載置台（下部電極）
３４…上部電極
４７…給電棒
４６…整合器
４８…第１の高周波電源
５０…可変直流電源
６６…処理ガス供給源
８４…排気装置
８８…整合器
８９…給電棒
９０…第２の高周波電源
１００…プロセッサ
１０２…信号発生回路
２００…制御部

Claims (18)

1. 処理容器と、
   前記処理容器内で被処理体を載置する電極と、
   前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成源と、
   前記電極にパルス状の負極性の直流電圧を周期的に供給するバイアス電源と、
   前記被処理体の周縁に配置されるエッジリングと、
   前記エッジリングに直流電圧を供給する直流電源と、
   を備え、
   前記直流電源は、前記バイアス電源からの前記パルス状の負極性の直流電圧が前記電極に供給されていない第１の期間において第１の直流電圧を供給し、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記電極に供給されている第２の期間において第２の直流電圧を供給するように構成され、
   前記第２の直流電圧は０である、プラズマ処理装置。
2. 前記直流電源は、前記パルス状の負の直流電圧の周期とは独立した周期で間欠的に停止する、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記パルス状の負の直流電圧は、前記直流電圧の周期とは独立した周期で間欠的に停止する、
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１の直流電圧が２つ以上の値をとる、
   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. 前記第２の直流電圧が２つ以上の値をとる、
   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. 前記第１の直流電圧は、前記エッジリングの消耗度合いに応じて補正される、
   請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第１の直流電圧が２つ以上の値を繰り返す、
   請求項１～６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 処理容器と、
   前記処理容器内で被処理体を載置する電極と、
   前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成源と、
   前記電極にパルス状の負の直流電圧を周期的に供給するバイアス電源と、
   前記被処理体の周縁に配置されるエッジリングと、
   前記エッジリングに高周波電圧を供給する高周波電源と、
   を備え、
   前記高周波電源は、前記バイアス電源からの前記パルス状の負極性の直流電圧が前記電極に供給されていない第１の期間において正の高周波電圧を供給し、前記パルス状の負極性の直流電圧が前記電極に供給されている第２の期間において負の前記高周波電圧の供給するように構成されている、プラズマ処理装置。
9. 前記高周波電圧を前記パルス状の負の直流電圧とは独立した周期で間欠的に停止する、
   請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記パルス状の負の直流電圧を前記高周波電圧の周期とは独立した周期で間欠的に停止する、
    請求項８又は９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 処理容器と、
    前記処理容器内で被処理体を載置する電極と、
    前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成源と、
    前記電極にパルス状の負の直流電圧を周期的に供給するバイアス電源と、
    前記被処理体の周縁に配置されるエッジリングと、
    前記エッジリングに直流電圧を供給する直流電源と、
    を有するプラズマ処理装置の制御方法であって、
    前記直流電源は、前記バイアス電源からの前記パルス状の負極性の直流電圧が前記電極に供給されていない第１の期間において第１の直流電圧を供給し、前記パルス状の負の直流電圧が前記電極に供給されている第２の期間において第２の直流電圧を供給し、前記第２の直流電圧は０である、プラズマ処理装置の制御方法。
12. 前記電極の電位に同期する同期信号を作成し、該同期信号から出力する直流電源用の制御信号を生成し、生成した前記制御信号を直流電源と位相シフト回路との少なくともいずれかに送信し、
    前記直流電源と前記位相シフト回路との少なくともいずれかから前記エッジリングに直流電圧を供給する、
    請求項１１に記載のプラズマ処理装置の制御方法。
13. 前記直流電圧を前記パルス状の負の直流電圧の周期とは独立した周期で間欠的に停止する、
    請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置の制御方法。
14. 前記パルス状の負の直流電圧を前記直流電圧の周期とは独立した周期で間欠的に停止する、
    請求項１１～１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置の制御方法。
15. 処理容器と、
    前記処理容器内で被処理体を載置する電極と、
    前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成源と、
    前記電極にパルス状の負の直流電圧を供給するバイアス電源と、
    前記被処理体の周縁に配置されるエッジリングと、
    前記エッジリングに高周波電圧を供給する高周波電源と、
    を有するプラズマ処理装置の制御方法であって、
    前記高周波電源は、前記バイアス電源からの前記パルス状の負極性の直流電圧が前記電極に供給されていない第１の期間において正の前記高周波電圧を供給し、前記パルス状の負の直流電圧が前記電極に供給されている第２の期間において負の前記高周波電圧を供給する、
    プラズマ処理装置の制御方法。
16. 前記バイアス電源から出力するパルス状の負の直流電圧用の制御信号を生成し、生成した前記制御信号を位相シフト回路に送信し、
    前記位相シフト回路から前記エッジリングに高周波電圧を供給する、
    請求項１５に記載のプラズマ処理装置の制御方法。
17. 前記高周波電圧を前記パルス状の負の直流電圧の周期とは独立した周期で間欠的に停止する、
    請求項１５又は１６に記載のプラズマ処理装置の制御方法。
18. 前記パルス状の負の直流電圧を前記高周波電圧の周期とは独立した周期で間欠的に停止する、
    請求項１５～１７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置の制御方法。

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