处理方法及等离子体处理装置与流程

本公开涉及一种处理方法及等离子体处理装置。

背景技术：

专利文献1提出了一种对载置台上的基板进行等离子体处理的等离子体处理方法，对载置台施加等离子体生成用的高频电力的脉冲波、频率低于等离子体生成用的高频电力的偏置用的高频电力的脉冲波。其以使等离子体生成用的高频电力的脉冲波和偏置用的高频电力的脉冲波具有预定的相位差的方式对等离子体生成用的高频电力的脉冲波和偏置用的高频电力的脉冲波进行控制，并且以使等离子体生成用的高频电力的占空比大于等于偏置用的高频电力的占空比的方式进行控制。

<现有技术文献>

<专利文献>

专利文献1：(日本)特开2016-157735号公报

技术实现要素：

<本发明要解决的问题>

本公开提供一种技术，其能够在维持等离子体密度的同时施加射频功率的脉冲波。

<用于解决问题的手段>

根据本公开的一个实施方式，提供一种使用具有第一电极和第二电极的等离子体处理装置的处理方法，包括：将第一射频功率的脉冲波施加到所述第一电极或所述第二电极中的任意一者的工序；以及以与所述第一射频功率之间的给定的相位差，将频率低于所述第一射频功率的第二射频功率的脉冲波施加到所述第一电极的工序，其中，以使所述第二射频功率的接通时间与所述第一射频功率的接通时间不重叠的方式，对所述第二射频功率的不同的第一接通时间和第二接通时间进行控制，在即将接通所述第一射频功率之前，将所述第一接通时间控制为关断。

<发明的效果>

根据一个方面，能够在维持等离子体密度的同时施加射频功率的脉冲波。

附图说明

图1是示出根据实施方式的等离子体处理系统的一个示例的剖面示意图。

图2是用于对射频脉冲进行说明的图。

图3是示出根据比较例的射频脉冲的施加的一个示例的图。

图4是示出根据实施例的射频脉冲的施加的一个示例的图。

图5是示出根据实施方式的处理方法的一个示例的流程图。

图6是示出用于对根据实施方式的处理方法进行执行的可替代的设定项目的一个示例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。在各附图中，针对相同的构成部分赋予相同的符号，并且有时会省略重复的说明。

[等离子体处理系统]

使用图1对根据实施方式的等离子体处理系统1进行说明。图1是示出根据实施方式的等离子体处理系统1的一个示例的剖面示意图。在实施方式中，等离子体处理系统1包括等离子体处理装置1a和控制部1b。等离子体处理装置1a包括腔室10、气体供给部20、rf(radiofrequency：射频)电力供给部30以及排气系统40。另外，等离子体处理装置1a包括支撑部11和上部电极喷淋头12。支撑部11布置在腔室10内的等离子体处理空间10s的下部区域。上部电极喷淋头12布置在支撑部11的上方，并且能够起到腔室10的一部分顶板部(ceiling)的功能。

支撑部11被构成为在等离子体处理空间10s中对基板w进行支撑。在实施方式中，支撑部11包括下部电极111、静电卡盘112、以及边缘环113。静电卡盘112布置在下部电极111上，并且被构成为在静电卡盘112的上表面上对基板w进行支撑。边缘环113被布置为在下部电极111的周缘部上表面上对基板w进行包围。另外，尽管省略了图示，但是在实施方式中，支撑部11可以包括温度调节模块，该温度调节模块被构成为将静电卡盘112和基板w中的至少一个调节至目标温度。温度调节模块可以包括加热器、流路或其组合。流路中流动有诸如制冷剂、传热气体等温度调节流体。

上部电极喷淋头12被构成为将来自气体供给部20的一种以上的处理气体供给至等离子体处理空间10s。在实施方式中，上部电极喷淋头12具有气体入口12a、气体扩散室12b、以及多个气体出口12c。气体入口12a与气体供给部20和气体扩散室12b流体连通。多个气体出口12c与气体扩散室12b和等离子体处理空间10s流体连通。在实施方式中，上部电极喷淋头12被构成为经由气体扩散室12b和多个气体出口12c从气体入口12a向等离子体处理空间10s供给一种以上的处理气体。

气体供给部20可以包括一个以上的气体源21和一个以上的流量控制器22。在实施方式中，气体供给部20被构成为经由各自相应的流量控制器22从各自相应的气体源21向气体入口12a供给一种以上的处理气体。各个流量控制器22例如可以包括质量流量控制器或压力控制式的流量控制器。此外，气体供给部20可以包括用于对一种以上的处理气体的流量进行调节或脉冲化的一种以上的流量调节设备。

rf电力供给部30被构成为向下部电极111、上部电极喷淋头12、或诸如下部电极111和上部电极喷淋头12两者等一个以上的电极供给rf电力、例如一个以上的rf源。由此，由被供给至等离子体处理空间10s的一种以上的处理气体生成等离子体。因此，rf电力供给部30能够起到等离子体生成部的至少一部分的功能，该等离子体生成部被构成为在腔室中由一种以上的处理气体生成等离子体。在实施方式中，rf电力供给部30包括第一rf源30a和第二rf源30b。

第一rf源30a包括第一rf生成部31a和第一匹配电路32a。在实施方式中，第一rf源30a被构成为经由第一匹配电路32a从第一rf生成部31a向上部电极喷淋头12供给第一rf功率(以下也称为“hf功率”)。例如，第一rf功率可以具有27mhz～100mhz的范围内的频率。

第二rf源30b包括第二rf生成部31b和第二匹配电路32b。在实施方式中，第二rf源30b被构成为经由第二匹配电路32b从第二rf生成部31b向下部电极111供给第二rf功率(以下也称为“lf功率”)。例如，第二rf功率的频率低于第一rf功率的频率，第二rf功率可以具有400khz～13.56mhz的范围内的频率。

rf电力供给部30可以被构成为从rf生成部向下部电极111供给第一rf功率，并从其他的rf生成部向下部电极111供给第二rf功率。除此之外，可以在其他的替代实施方式中，向上部电极喷淋头12施加dc电压。

排气系统40例如可以与设置在腔室10的底部的排气口10e连接。排气系统40可以包括压力阀和真空泵。真空泵可以包括涡轮分子泵、粗抽泵或其组合。

在实施方式中，控制部1b对用于使等离子体处理装置1a执行在本公开中所说明的各种工序的计算机可执行指令进行处理。控制部1b可以被构成为对等离子体处理装置1a的各个要素进行控制以执行在此所说明的各种工序。在实施方式中，控制部1b的一部分或全部可以被包括在等离子体处理装置1a中。控制部1b例如可以包括计算机51。计算机51例如可以包括处理部(cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)511、存储部512、以及通信接口513。处理部511可以被构成为基于存储在存储部512中的程序来进行各种控制操作。存储部512可以包括ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、rom(readonlymemory：只读存储器)、hdd(harddiskdrive：硬盘驱动器)、ssd(solidstatedrive：固态驱动器)、或其组合。通信接口513可以经由lan(localareanetwork：局域网)等通信线路与等离子体处理装置1a进行通信。

[脉冲波]

对rf功率的脉冲波的定义简要地进行说明。图2是用于对rf功率的脉冲波进行说明的图。在后述的根据实施方式的处理方法中，施加脉冲状的rf功率。换言之，等离子体激发用的第一rf功率(hf功率)和离子吸引用的第二rf功率(lf功率)均被脉冲化。以下，第一rf功率的脉冲波也被称为“hf脉冲”。第二rf功率的脉冲波也被称为“lf脉冲”。对第一rf功率和第二rf功率进行统称的rf功率的脉冲波也被称为“rf脉冲”。

如图2所示，在施加hf脉冲的情况下，将hf脉冲为接通(on)状态的时间(以下也称为“接通时间”)定义为“ton”。另外，将hf脉冲为关断(off)状态的的时间(以下也称为“关断时间”)定义为“toff”。在接通时间ton中，施加频率(freq.)为1/(ton+toff)的hf脉冲。

在施加lf脉冲的情况下，将lf脉冲的接通时间定义为“ton”。另外，将lf脉冲的关断时间定义为“toff”。在接通时间ton中，施加频率(freq.)为1/(ton+toff)的lf脉冲。

“占空比”(duty)由接通时间ton与接通时间ton和关断时间toff的合计时间(ton+toff)的比率表示，即，由ton/(ton+toff)表示。

需要说明的是，在图2中，为了对脉冲波的定义进行说明，为了方便起见，以相同时间且相同相位示出了hf脉冲的接通时间和关断时间、以及lf脉冲的接通时间和关断时间。然而，在后述的根据实施方式的处理方法中，hf脉冲的接通时间和关断时间、以及lf脉冲的接通时间和关断时间不限于相同时间。另外，hf脉冲和lf脉冲具有给定的相位差，hf脉冲在一个周期中接通1次，lf脉冲在一个周期中接通2次以上。

[根据比较例的rf脉冲的施加]

参照图3对根据比较例的rf脉冲的施加方法进行说明。图3是示出根据比较例的rf脉冲的施加的一个示例的图。在(a)的比较例1和(b)的比较例2中施加的等离子体激发用的hf功率和离子吸引用的lf功率是被脉冲化的hf脉冲和lf脉冲。

在(a)的比较例1中，hf脉冲和lf脉冲的频率均为x(khz)，一个周期的时间为1/x(ms)。在比较例1中，hf脉冲和lf脉冲的占空比均为y％。

在(a)的比较例1中，如施加定时所示，用于将hf脉冲和lf脉冲接通的定时和接通时间为相同时间且完全重叠，并且被控制为在作为一个周期的1/x(ms)的y％的期间内将hf脉冲和lf脉冲接通。

在(b)的比较例2中，与(a)的比较例1的不同之处在于，lf脉冲与hf脉冲之间具有给定的相位差，并且lf脉冲的占空比为z％。在(b)的比较例2中，hf脉冲和lf脉冲的接通时间不重叠。用于将lf脉冲接通的定时是自hf脉冲的接通定时起经过偏移a％后的定时。

hf脉冲被施加到上部电极喷淋头12，有助于等离子体的生成，并对等离子体密度进行控制。lf脉冲被施加到下部电极111，对所生成的等离子体中的离子进行控制，并将离子吸引至基板w。但是，hf脉冲也可以被施加到下部电极111，有助于等离子体的生成，并对等离子体密度进行控制。

如图3的施加定时所示，在(a)的比较例1中，由于hf脉冲和lf脉冲的接通时间重叠，因此产生高次谐波的驻波。由此，在基板w上产生热点，并且有时难以在基板上进行均匀的等离子体处理。

在(b)的比较例2中，通过施加hf脉冲来由气体生成等离子体，然后通过施加lf脉冲来对离子进行控制，以将离子吸引至基板w。由于hf脉冲和lf脉冲的接通时间不重叠，因此能够避免在基板上产生热点的情况，并且能够对基板进行均匀的等离子体处理。另外，在(b)的比较例2中，通过将lf脉冲的接通定时控制为与hf脉冲的接通定时相比较后的定时，并使hf脉冲的接通时间与lf脉冲的接通时间错开，从而能够提高等离子体生成期间的离子能量分布及离子针对基板的入射角的可控制性。

然而，在(b)的比较例2中，有时难以进行等离子体的点火，并且有时无法在hf脉冲的接通时间内维持适当的等离子体密度。在此情况下，对基板w进行均匀的等离子体处理会变得困难。

因此，在实施方式中，通过配合hf脉冲的接通定时，在即将接通hf脉冲之前将lf脉冲接通，从而促进等离子体的点火，在维持等离子体密度的同时施加hf脉冲和lf脉冲，并且对离子能量分布及离子针对基板的入射角进行控制。以下，对根据实施方式的hf脉冲和lf脉冲的施加的实施例进行说明。

[实施例1、2]

以下，参照图4对根据实施方式的hf脉冲和lf脉冲的施加进行说明。图4是示出根据实施方式的实施例1、2的rf脉冲的施加的一个示例的图。

在(a)的实施例1中的设定项目中，hf脉冲和lf脉冲的频率均为x(khz)，并且一个周期的时间为1/x(ms)。在实施例1中，hf脉冲在一个周期内被接通1次，并且对接通时间的占空比(duty)y％进行设定。lf脉冲在一个周期内被接通2次，第一个接通时间是紧接在hf脉冲之前的接通时间(以下称为“第一接通时间”)，并且对第一接通时间的占空比(duty1)z1％进行设定。第二个接通时间是hf脉冲之后的接通时间(以下称为“第二接通时间”)，并且对第二接通时间的占空比(duty2)z2％进行设定。此外，以hf脉冲的接通的定时为基准，在自基准起的正方向上设定用于表示lf脉冲的接通的定时的偏移时间a％。

如施加定时所示，在(a)的实施例1中，以使hf脉冲的接通时间与lf脉冲的第一接通时间和第二接通时间不重叠的方式进行控制。hf脉冲被控制为在一个周期的y％的期间内接通，lf脉冲被控制为与hf脉冲的接通时间错开，并且以不重叠的方式以给定的相位差在占空比z1％、z2％的期间内接通。另外，在即将接通hf脉冲之前，将lf脉冲的第一接通时间控制为关断。在自用于将hf脉冲接通的定时起经过偏移a％之后，将lf脉冲的第二接通时间控制为接通。

如图4的(b)所示，实施例2中的设定项目与实施例1相同。不同之处在于，在实施例1中，用于将lf脉冲的第一个接通时间关断的定时与用于将hf脉冲接通的定时一致，相比之下，在(b)的实施例2中，两个定时不一致。与实施例1的不同之处在于：用于将lf脉冲的第一接通时间关断的定时被错开至用于将hf脉冲接通的定时之前，即，在由gap所示的200μs以下的范围内向前错开。

如上所述，在实施例1、2中，以用于将hf脉冲接通的定时为基准，对用于将lf脉冲接通的负的定时和第一接通时间、以及用于将lf脉冲接通的正的定时和第二接通时间进行控制。需要说明的是，占空比(duty)y％是用于将第一rf功率接通的第一占空比的一个示例。偏移时间a％是hf脉冲与lf脉冲之间的给定的相位差的一个示例。

第一接通时间的lf脉冲用于在hf脉冲的接通时间生成的等离子体的点火。换言之，通过至紧接在用于将hf脉冲接通的定时之前为止施加第一接通时间的lf脉冲，从而能够可靠地使等离子体点火，并维持在hf脉冲的接通时间所生成的等离子体的密度。

另一方面，以使lf脉冲的第一接通时间与hf脉冲的接通时间不重叠的原因如下。即，第二匹配电路32b对lf脉冲的接通时间的后半部分的约10％进行监视，并进行阻抗调整。其原因在于：由于在lf脉冲的上升时产生来自等离子体侧的lf功率的反射波，因此通过基于几乎不会产生反射波的lf脉冲的接通时间的后半部分的约10％来进行调整，能够提高阻抗调整的精度。

如果使用于进行阻抗调整的lf脉冲的接通时间的后半部分的10％的一部分与hf脉冲的接通时间重叠，则即使想要仅基于lf功率来进行阻抗调整，hf功率也会对阻抗调整产生影响。因此，第二匹配电路32b无法精确地进行阻抗调整。因此，lf脉冲的第一接通时间被控制为在紧接在hf脉冲的接通时间之前被关断。需要说明的是，用于将lf脉冲的第一接通时间关断的定时相对于用于将hf脉冲接通的定时被限制在0～200μs以下的范围内。

需要说明的是，通过以使lf脉冲的第二接通时间在hf脉冲的接通时间之后不与hf脉冲重叠的方式来施加lf脉冲，从而能够提高等离子体生成期间内的离子能量分布及离子针对基板的入射角的可控制性。

[处理方法]

在预先设定上述设定项目之后，执行根据实施方式的处理方法。参照图5对根据实施方式的处理方法进行说明。图5是示出根据实施方式的处理方法的一个示例的流程图。

当开始本处理时，等离子体处理装置1a的控制部1b以hf脉冲的接通的定时为基准在其之前的负方向上的占空比(duty1)z1％的期间内，将lf脉冲接通(步骤s1)。由此，对lf脉冲的第一接通时间进行控制。

接着，控制部1b将lf脉冲关断，并且在占空比(duty)y％的期间内将hf脉冲接通，并开始对偏移(offset)时间进行计数(步骤s2)。

接着，控制部1b将hf脉冲关断(步骤s3)。接着，控制部1b对是否经过了偏移时间a％进行判定(步骤s4)。当经过了偏移时间a％时，控制部1b在占空比(duty2)z2％的期间内将lf脉冲接通(步骤s5)。由此，对lf脉冲的第二接通时间进行控制。接着，控制部1b将lf脉冲关断(步骤s6)。

接着，控制部1b对是否为下一个周期进行判定(步骤s7)。当到达自hf脉冲的接通的定时的基准起在负方向上的占空比(duty1)z1％的时间时，判定为下一个周期，并返回到步骤s1，在占空比(duty1)z1％的期间内将lf脉冲接通。通过针对每个周期重复步骤s1～s7的处理，从而能够以使hf脉冲与lf脉冲不重叠的方式对hf脉冲和lf脉冲的施加进行控制。

即，通过在紧接在hf脉冲之前施加第一接通时间的lf脉冲，从而能够可靠地使等离子体点火，并维持在紧接着之后的hf脉冲的接通时间所生成的等离子体的密度。另外，通过以使lf脉冲的第一接通时间与hf脉冲的接通时间不重叠的方式进行控制，从而能够提高阻抗调整的精度。另外，通过以使lf脉冲的第二接通时间相对于第一接通时间单独地与hf脉冲的接通时间不重叠的方式进行控制，从而能够提高离子能量分布及离子针对基板的入射角的可控制性。

[替代设定项目]

参照图6对用于执行根据实施方式的处理方法的可替代设定项目进行说明。图6是示出用于对根据实施方式的处理方法进行执行的可替代的设定项目的图。

在图6的(a)的替代设定项目1中，对用于表示hf脉冲的接通时间的占空比(duty)y％进行设定。以hf脉冲的接通的定时为基准，在自基准起的正方向上设定用于表示lf脉冲的接通的定时的偏移时间a％。

作为用于对从偏移时间a％到下一个周期的lf脉冲的第一接通时间和第二接通时间进行控制的设定项目，设定从偏移时间a％到下一个周期的期间内的lf脉冲的关断时间(dutyoff)w％、以及关断时间w％的开始定时t，以代替设定各个接通时间的占空比(duty1、duty2)。

由此，如施加定时所示，lf脉冲的关断时间对第一接通时间和第二接通时间进行分割。另外，用于进行分割的定时可以由关断时间的开始定时t来控制。

需要说明的是，hf脉冲和lf脉冲的频率均为x(khz)。占空比(duty)y％是用于将第一rf功率接通的第一占空比的一个示例。偏移时间a％是hf脉冲与lf脉冲之间的给定的相位差的一个示例。

通过设定以上项目，从而实现了以改善hf脉冲的接通时的等离子体点火为前提的lf脉冲的接通定时的控制。具体来说，首先，控制部1b以占空比y％将hf脉冲接通。接着，控制部1b在自hf脉冲的接通的定时起经过了偏移时间a％之后将lf脉冲接通，以对第二接通时间进行控制。然后，控制部1b在自关断时间的开始定时t起的关断时间w％的期间内将lf脉冲关断之后，将lf脉冲接通直到下一个周期的hf脉冲的接通的定时为止，以对第一接通时间进行控制。

如上所述，在由替代设定项目1进行的控制中，设定了lf脉冲的关断时间w％及其开始定时t、以及偏移时间a％。并且，在基于偏移时间a％将lf脉冲接通之后，通过基于lf脉冲的关断时间w％及其开始定时t对lf脉冲的关断定时进行控制，从而能够确定第一接通时间和第二接通时间。

本替代设定1是在图4所示的基准的设定项目中添加了关断定时的设定的方法，并且可以使用实施例1、2的技术。但是，其前提是：以偏移时间a％为基准，将lf脉冲接通直到hf脉冲的下一个周期的接通定时为止。

在图6的(b)的替代设定项目2中，设定了用于表示hf脉冲的接通时间的占空比(duty)y％、以及包括lf脉冲的第一接通时间和第二接通时间的占空比(duty)z％。自hf脉冲的接通的定时起设定用于表示lf脉冲的接通的定时的偏移时间a％。

需要说明的是，hf脉冲和lf脉冲的频率均为x(khz)。占空比(duty)y％是用于将第一rf功率接通的第一占空比的一个示例。偏移时间a％是hf脉冲与lf脉冲之间的给定的相位差的一个示例。

在替代设定项目2中，由于在hf脉冲的接通期间进行用于将lf脉冲关断的控制，因此无需设定在替代设定项目1中所设定的lf脉冲的关断时间w％和开始定时t。但是，在替代设定项目2中，其前提是：以经过了偏移时间a％之后的lf脉冲的接通定时为基准来设定占空比z％。

通过设定以上项目，从而实现了以改善hf脉冲的接通时的等离子体点火为前提的lf脉冲的接通定时的控制。具体来说，首先，控制部1b以占空比y％将hf脉冲接通。接着，控制部1b在自hf脉冲的接通的定时起经过了偏移时间a％之后将lf脉冲接通，以对第一接通时间进行控制。然后，控制部1b在hf脉冲的接通时间的期间内将lf脉冲关断，并在hf脉冲的关断定时将lf脉冲接通以对第二接通时间进行控制。

如上所述，在通过替代设定项目2进行的控制中，与实施例1、2的设定项目及替代设定项目1相比，能够对设定项目进行抑制，因此能够更容易地对控制进行执行。另外，在阶段性地对hf脉冲的占空比进行调整(dutyramp：占空比斜坡)的情况下，能够防止hf脉冲与lf脉冲重叠的情况。

如上所述，通过根据实施方式的处理方法及等离子体处理装置，能够在维持等离子体密度的同时施加rf功率的脉冲波。

应当认为，根据本次公开的实施方式的处理方法及等离子体处理装置在所有方面均是示例性的，而非限制性的。在不脱离所附的权利要求书及其主旨的情况下，可以对上述实施方式以各种方式进行变形及改进。对于上述多个实施方式所记载的内容，在不产生矛盾的情况下也可以采用其他结构，并且在不产生矛盾的情况下可以进行组合。

例如，虽然针对lf脉冲在一个周期内将其分割为第一接通和第二接通时间来进行控制，但是lf脉冲不限于此，除了具有实施例1、2的duty1的第一接通时间、duty2的第二接通时间以外，还可以具有duty3的第三接通时间或更多的接通时间。在此情况下，可以在图4所示的duty2的第二接通时间之后，存在duty3的第三接通时间或更多的不同的接通时间。

本公开的等离子体处理装置可以应用于原子层沉积(ald：atomiclayerdeposition)装置、电容耦合等离子体(ccp：capacitivelycoupledplasma)、电感耦合等离子体(icp：inductivelycoupledplasma)、径向线缝隙天线(rlsa：radiallineslotantenna)、电子回旋共振等离子体(ecr：electroncyclotronresonanceplasma)、以及螺旋波等离子体(hwp：heliconwaveplasma)中的任意类型的装置。

另外，关于等离子体处理装置，可以是对基板进行预定处理(例如成膜处理、蚀刻处理等)的任意装置，不限于等离子体处理装置。