等离子体处理装置和等离子体处理方法与流程

1.本发明涉及等离子体处理装置和等离子体处理方法。


背景技术：

2.例如专利文献1提出一种icp(inductively coupled plasma：电感耦合等离子体)装置，其具有2个高频电源，能够对腔室上部的天线和下部电极(基座)供给2个频率的高频电功率。从2个高频电源之中的一个高频电源对下部电极供给例如13mhz频率的偏置用的高频电功率。在腔室的上方设置天线，从另一个高频电源对构成天线的外侧线圈的线路的中点或者其近旁供给例如27mhz的等离子体激发用的高频电功率。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2019-67503号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的技术问题
7.本发明提供能够使用多个高频(rf：radio frequency)电功率脉冲信号使处理的性能提高的技术。
8.用于解决技术问题的技术方案
9.依照本发明的一个方式，提供一种等离子体处理装置，其包括：腔室；与上述腔室耦合的第一匹配电路；与上述腔室耦合的第二匹配电路；第一rf生成部，其构成为与上述第一匹配电路耦合，能够生成包括多个第一脉冲周期的第一rf脉冲信号，上述多个第一脉冲周期各自包括第一期间、第二期间和第三期间，上述第一rf脉冲信号在上述第一期间具有第一功率水平，在上述第二期间具有第二功率水平，且在上述第三期间具有第三功率水平；第二rf生成部，其构成为与上述第二匹配电路耦合，能够生成包含上述多个第二脉冲周期的第二rf脉冲信号，多个第二脉冲周期各自包括第四期间和第五期间，上述第二rf脉冲信号的频率比上述第一rf脉冲信号的频率低，上述第二rf脉冲信号在上述第四期间具有第四功率水平，且在上述第五期间具有第五功率水平，上述第四期间为30μs以下，上述第四期间与上述第一期间不重叠；以及第三rf生成部，其构成为与上述第二匹配电路耦合，能够生成包含多个第三脉冲周期的第三rf脉冲信号，上述多个第三脉冲周期各自包括第六期间和第七期间，上述第三rf脉冲信号的频率比上述第二rf脉冲信号的频率低，上述第三rf脉冲信号在上述第六期间具有第六功率水平，且在上述第七期间具有第七功率水平，上述第六期间与上述第一期间和上述第四期间不重叠。
10.发明效果
11.依照一个方面，能够使用多个高频电功率脉冲信号使处理的性能提高。
附图说明
12.图1是表示实施方式的等离子体处理系统的一例的截面示意图。
13.图2是表示实施方式的等离子体处理装置的一例的图。
14.图3是表示实施方式的2个偏置rf脉冲信号的匹配电路的一例的图。
15.图4是表示自由基、离子、电子温度、离子能量、副产物的一例的图。
16.图5是表示实施方式的2个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。
17.图6是表示实施方式的3个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。
18.图7是表示实施方式的3个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。
19.图8是表示实施方式的3个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。
20.图9是表示实施方式的3个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。
21.附图标记说明
[0022]1ꢀꢀꢀꢀ
等离子体处理装置
[0023]2ꢀꢀꢀꢀ
控制部
[0024]
10
ꢀꢀꢀ
腔室
[0025]
10s
ꢀꢀ
等离子体处理空间
[0026]
11
ꢀꢀꢀ
基片支承部
[0027]
12
ꢀꢀꢀ
环状部件
[0028]
13
ꢀꢀꢀ
气体导入部
[0029]
14
ꢀꢀꢀ
天线
[0030]
20
ꢀꢀꢀ
气体供给部
[0031]
21
ꢀꢀꢀ
计算机
[0032]
21a
ꢀꢀ
处理部
[0033]
21b
ꢀꢀ
存储部
[0034]
21c
ꢀꢀ
通信接口
[0035]
31
ꢀꢀꢀ
rf电功率供给部
[0036]
31a
ꢀꢀ
生成源rf生成部
[0037]
31b
ꢀꢀ
第一偏置rf生成部
[0038]
34b1 第一调整电路
[0039]
34b2 第一分离电路
[0040]
34c1 第二调整电路
[0041]
34c2 第二分离电路
[0042]
31c
ꢀꢀ
第二偏置rf生成部
[0043]
33
ꢀꢀꢀ
第一匹配电路
[0044]
34
ꢀꢀꢀ
第二匹配电路
[0045]
37
ꢀꢀꢀ
供电线。
具体实施方式
[0046]
以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中，存在对相同构成部分标注相同附图标记，省略重复的说明的情况。
[0047]
[等离子体处理系统]
[0048]
首先，参照图1和图2，对实施方式的等离子体处理系统进行说明。图1是表示实施方式的等离子体处理系统的一例的截面示意图。图2是表示实施方式的等离子体处理装置1的一例的图。
[0049]
在实施方式中，等离子体处理系统包含等离子体处理装置1和控制部2。等离子体处理装置1构成为，通过将3个高频电功率脉冲(3个rf脉冲信号)供给到腔室10内，能够从腔室10内的处理气体生成等离子体。等离子体处理装置1也可以构成为，通过将2个高频电功率脉冲(2个rf脉冲信号)供给到腔室10内，能够从腔室10内的处理气体生成等离子体。而且，等离子体处理装置1通过将所生成的等离子体暴露到基片来对基片进行处理。
[0050]
等离子体处理装置1包括腔室10、基片支承部11和等离子体生成部。腔室10规定等离子体处理空间10s。此外，腔室10具有：用于将至少一个处理气体供给到等离子体处理空间10s的气体入口10a；和用于从等离子体处理空间排出气体的气体出口10b。气体入口10a连接于至少一个气体供给部20。
[0051]
气体出口10b例如8是设置于腔室10的底部的排气口，连接于排气系统40。排气系统40也可以包含压力阀和真空泵。真空泵可以包含涡轮分子泵、粗抽泵或者它们的组合。
[0052]
基片支承部11配置在等离子体处理空间10s内，支承基片w。等离子体生成部构成为能够从供给到等离子体处理空间10s内的至少一个处理气体生成等离子体。在等离子体处理空间10s中形成的等离子体可以是电容耦合等离子体(ccp：capacitively coupled plasma)、感应耦合等离子体(icp：inductively coupled plasma)。
[0053]
控制部2处理使等离子体处理装置1执行本发明中上述的各种步骤的计算机可执行的命令。控制部2能够控制等离子体处理装置1的各要素，以使得此处说明的各种步骤执行。在实施方式中，如图1所示，控制部2的一部分或者全部可以包含等离子体处理装置1。控制部2例如可以包含计算机21。计算机21例如可以包含处理部(cpu：central processing unit，中央处理单元)21a、存储部21b和通信接口21c。处理部21a能够基于保存在存储部21b中的程序进行各种控制工作。存储部21b可以包括ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)、hdd(hard disk drive：硬盘驱动器)、ssd(solid state drive：固态硬盘驱动器)、或者它们的组合。通信接口21c可以经由lan(local area network：局域网)等的通信线路与等离子体处理装置1之间进行通信。
[0054]
以下将图2的感应耦合等离子体处理装置作为一例，对等离子体处理装置1的结构例进一步进行说明。等离子体处理装置1包括腔室10。腔室10包括电介质窗10c和侧壁10d。电介质窗10c和侧壁10d规定腔室10内的等离子体处理空间10s。此外，等离子体处理装置1包括基片支承部11、气体导入部13、气体供给部20、电功率供给部和天线14。
[0055]
基片支承部11配置在腔室10内的等离子体处理空间10s。天线14配置在腔室10(电介质窗10c)的上部。
[0056]
基片支承部11包括主体部和环状部件(边缘环)12。主体部具有：用于支承基片(晶片)w的中央区域(基片支承面)11a；和用于支承环状部件12的环状区域(边缘环支承面)11b。主体部的环状区域11b包围主体部的中央区域11a。基片w配置在主体部的中央区域11a上，环状部件12以包围主体部的中央区域11a上的基片w的方式配置在主体部的环状区域11b上。在实施方式中，主体部包含静电吸盘111和导电部件112。静电吸盘111配置在导电部
件112上。导电部件112作为rf电极发挥功能，静电吸盘111的上表面作为基片支承面11a发挥功能。此外，虽然省略图示，但在实施方式中，基片支承部11可以包含温度调节机构，该温度调节机构构成为能够将静电吸盘111和基片w之中至少一者调节为目标温度。温度调节机构可以包括加热器、流路或者它们的组合。在流路中能够供如致冷剂、导热气体那样的温度调节流体流动。此外，腔室10、基片支承部11和环状部件12以轴z作为中心轴配置成与轴z一致。
[0057]
气体导入部13构成为能够将来自气体供给部20的至少一个处理气体供给到等离子体处理空间10s。在实施方式中，气体导入部13配置在基片支承部11的上方，安装在形成于电介质窗10c的中央开口部。
[0058]
气体供给部20可以包括至少一个气体源23和至少一个流量控制器22。在实施方式中，气体供给部20构成为能够将一个或其以上的处理气体从与之分别对应的气体源23经由与之分别对应的流量控制器22供给到气体导入部13。各流量控制器22也可以包括例如质量流量控制器或者压力控制式的流量控制器。而且，气体供给部20也可以包括对一个或其以上的处理气体的流量进行调制或者使之脉冲化的一个或其以上流量调制器件。
[0059]
电功率供给部包括与腔室10耦合的rf电功率供给部31。rf电功率供给部31构成为能够将3个rf信号(rf电功率)供给到基片支承部11的导电部件112或者天线14。由此，从供给到等离子体处理空间10s的至少一个处理气体形成等离子体。此外，等离子体生成部也可以构成为，包括对等离子体处理空间10s内供给至少一个处理气体的气体供给部20和rf电功率供给部31，能够从处理气体生成等离子体。
[0060]
天线14包括一个或多个线圈。在实施方式中，天线14可以包括在同轴上配置的外侧线圈和内侧线圈。在该情况下，rf电功率供给部31可以与外侧线圈和内侧线圈这两者连接，也可以与外侧线圈和内侧线圈之中的任一者连接。在前者的情况下，可以为同一rf生成部连接到外侧线圈和内侧线圈这两者，也可以为不同的rf生成部分别连接到外侧线圈和内侧线圈。
[0061]
实施方式中，rf电功率供给部31包括生成源rf生成部31a、第一偏置rf生成部31b和第二偏置rf生成部31c。生成源rf生成部31a与天线14耦合，第一偏置rf生成部31b和第二偏置rf生成部31c与导电部件112耦合。生成源rf生成部31a构成为经由第一匹配电路33连接到天线14，能够生成等离子体生成用的第一rf脉冲信号(以下称为hf电功率。)。在实施方式中，第一rf脉冲信号具有20mhz～60mhz范围内的频率。所生成的第一rf脉冲信号被供给到天线14。第一rf脉冲信号包括多个第一脉冲周期，多个第一脉冲周期的各周期包括第一期间、第二期间和第三期间。第一rf脉冲信号在第一期间具有第一功率水平，在第二期间具有第二功率水平，并且在第三期间具有第三功率水平。第一rf脉冲信号具有至少3个功率水平，各功率水平为0以上。因此，第一rf脉冲信号可以具有高/中/低(high/middle/low)功率水平，它们均大于0。此外，第一rf脉冲信号也可以具有高/低功率水平和零功率水平(off，关断)。生成源rf生成部31a是第一rf生成部的一例，其构成为与第一匹配电路33耦合，能够生成包括多个第一脉冲周期的第一rf脉冲信号。
[0062]
另外，第一偏置rf生成部构成为经由第二匹配电路34和供电线37连接到基片支承部11的导电部件112，能够生成第二rf脉冲信号(以下也称为lf1电功率。)。所生成的第二rf脉冲信号被供给到基片支承部11的导电部件112。在实施方式中，第二rf脉冲信号具有比第
一rf脉冲信号低的频率。在实施方式中，第二rf脉冲信号具有1mhz～15mhz的范围内的频率。第二rf脉冲信号，在第四期间具有第四功率水平，并且在上述第五期间具有第五功率水平。第四期间为30μs以下。因此，第二rf脉冲信号可以具有高/低功率水平，它们大于0。此外，第二rf脉冲信号也可以具有大于0的功率水平和零功率水平，即接通/关断(on/off)信号。第一偏置rf生成部是第二rf生成部的一例，其构成与第二匹配电路34耦合，能够生成包含多个第二脉冲周期的第二rf脉冲信号。
[0063]
另外，第二偏置rf生成部构成为经由第二匹配电路34和供电线37连接到基片支承部11的导电部件112，能够生成第三rf脉冲信号(以下也成为lf2电功率。)的方式构成。所生成的第三rf脉冲信号被供给到基片支承部11的导电部件112。在实施方式中，第三rf脉冲信号具有比第二rf脉冲信号低的频率。在实施方式中，第三rf脉冲信号具有100khz～4mhz的范围内的频率。第三rf脉冲信号在第六期间具有第六功率水平，并且在第七期间具有第七功率水平。第三rf脉冲信号至少具有2个功率水平，各功率水平为0以上。因此，第三rf脉冲信号可以具有高/低功率水平，它们均大于0。此外，第三rf脉冲信号可以具有大于0的功率水平和零功率水平，即接通/关断信号。第二偏置rf生成部是第三rf生成部的一例，其构成为与第二匹配电路34耦合，能够生成包括多个第三脉冲周期的第三rf脉冲信号。
[0064]
像这样，第一rf脉冲信号、第二rf脉冲信号和第三rf脉冲信号被脉冲化。第二rf脉冲信号和第三rf脉冲信号在接通状态与关断状态之间、或者2个以上的不同接通状态(高/低)之间被脉冲化。第一rf脉冲信号在2个以上的不同接通状态(高/低)与关断状态之间、或者3个以上的不同接通状态(高/中/低)之间被脉冲化。第一rf脉冲信号可以在接通状态与关断状态之间、或者2个不同的接通状态(高/低)之间被脉冲化。
[0065]
第一匹配电路33连接到生成源rf生成部31a和天线14，经由天线14连接到腔室10。第一匹配电路33能够将第一rf脉冲信号从生成源rf生成部31a经由第一匹配电路33供给到天线14。此外，第一匹配电路33在其它等离子体处理装置中也可以连接到天线14以外的结构。例如，在包括2个相对的电极的电容耦合等离子体处理装置中，第一匹配电路33可以连接到2个电极之中的一者。
[0066]
第二匹配电路34连接到第一偏置rf生成部31b、第二偏置rf生成部31c和基片支承部11(导电部件112)。第二匹配电路34能够将第二rf脉冲信号从第一偏置rf生成部31b经由第二匹配电路34供给到基片支承部11。此外，第二匹配电路34能够将第三rf脉冲信号从第二偏置rf生成部31c经由第二匹配电路34供给到基片支承部11。
[0067]
控制部2对生成源rf生成部31a、第一偏置rf生成部31b和第二偏置rf生成部31c分别输出指示各脉冲信号的供给的控制信号。由此，在预先决定的时机供给包括多个脉冲周期的第一rf脉冲信号、第二rf脉冲信号和第三rf脉冲信号，从腔室10内的处理气体生成等离子体。并且，通过将所生成的等离子体暴露到基片来进行基片处理。由此，能够使工艺处理的效果提高，能够实现高精度的基片处理。对于由控制部2控制的第一rf脉冲信号、第二rf脉冲信号和第三rf脉冲信号的通断(接通和关断)状态或者0以上的功率水平的控制时机，在后文说明。
[0068]
[第二匹配电路的内部结构的一例]
[0069]
下面，参照图3，对第二匹配电路34的结构的一例进行说明。图3是表示实施方式的第二匹配电路34的内部结构的一例的图。
[0070]
第一偏置rf生成部31b和第二偏置rf生成部31c经由第二匹配电路34和供电线37连接到基片支承部11(导电部件112)。在以下的说明中，将从第一偏置rf生成部31b供给的第二rf脉冲信号也记作lf1电功率(lf1 power)。此外，在以下的说明中，将从第二偏置rf生成部31c供给的第三rf脉冲信号也记作lf2电功率(lf2 power)。
[0071]
从第一偏置rf生成部31b供给的第二rf脉冲信号(lf1电功率)经由第二匹配电路34内的供电线36与相反侧(第二偏置rf生成部31c侧)耦合时，对腔室10供给的lf1电功率的供给效率降低。同样地，从第二偏置rf生成部31c供给的第三rf脉冲信号(lf2电功率)经由供电线36与相反侧(第一偏置rf生成部31b侧)耦合时，对腔室10供给的lf2电功率的供给效率降低。如此一来，由于对腔室10的偏置电功率的供给降低，离子能量的控制等变得苦难，工艺处理的性能恶化。
[0072]
因此，本实施方式的第二匹配电路34具有第一调整电路34b1、第一分离电路34b2、第二调整电路34c1和第二分离电路34c2。第一调整电路34b1和第一分离电路34b2连接在第一偏置rf生成部31b与供电线37之间。第二调整电路34c1和第二分离电路34c2连接在第二偏置rf生成部31c与供电线37之间。依照这样的结构，在第一偏置rf生成部31b中生成的第二rf脉冲信号(lf1电功率)向第二偏置rf生成部31c的耦合被抑制，并且被供给到基片支承部11(导电部件112)。此外，在第二偏置rf生成部31c中生成的第三rf脉冲信号(lf2电功率)向第一偏置rf生成部31b的耦合被抑制，并且被供给到基片支承部11(导电部件112)。
[0073]
第一调整电路34b1构成为具有可变元件，能够使第一偏置rf生成部31b的负载侧(基片支承部11侧)的阻抗与第一偏置rf生成部31b的输出阻抗匹配。在一个实施方式中，第一调整电路34b1的可变元件为可变电容器。
[0074]
第二分离电路34c2连接在第二偏置rf生成部31c与基片支承部11之间，防止来自第一偏置rf生成部31b的lf1电功率即第二rf脉冲信号的耦合。
[0075]
第二调整电路34c1构成为具有可变元件，能够使第二偏置rf生成部31c的负载侧(基片支承部11侧)的阻抗与第二偏置rf生成部31c的输出阻抗匹配。在一个实施方式中，第二调整电路34c1的可变元件为可变电感器。
[0076]
第一分离电路34b2连接在第一偏置rf生成部31b与基片支承部11之间，防止来自第二偏置rf生成部31c的lf2电功率即第三rf脉冲信号的耦合。
[0077]
第二分离电路34c2为包含电感器l2的rf扼流电路。第一分离电路34b2为包括电容器c1和电感器l1的谐振电路。第一分离电路34b2由电容器c1和电感器l1构成。第二分离电路34c2由电感器l2构成。
[0078]
关于第一分离电路34b2，以从第二rf脉冲信号观察阻抗为0或者接近0，从第三rf脉冲信号观察阻抗高，且将第一偏置rf生成部31b侧视为壁的方式，来设定c1和l1的电路常数。由此，在第一分离电路34b2中从第三rf脉冲信号观察到的阻抗记作z
lf2
，将等离子体的负载阻抗记作z
chamber
时，z
lf2
》》z
chamber
成立。
[0079]
另外，关于第二分离电路34c2，以从第三rf脉冲信号观察阻抗为0或者接近0，从第二rf脉冲信号观察阻抗高，且将第二偏置rf生成部31c侧视为壁的方式，来设定l2的电路常数。由此，在第二分离电路34c2中，将从第二rf脉冲信号观察到的阻抗记作z
lf1
时，z
lf1
》》z
chamber
成立。
[0080]
像这样，通过将第一分离电路34b2的电路常数按上述方式设定，在第一分离电路
34b2中，阻抗z
lf2
远远大于等离子体的负载阻抗z
chamber
。由此，第一分离电路34b2防止来自第二偏置rf生成部31c的第三rf脉冲信号的耦合(图3的“lf2 power
→×”
)。其结果是，lf2电功率经由供电线37被供给到腔室10内，由此，能够抑制lf2电功率的供给效率的降低。
[0081]
同样地，通过将第二分离电路34c2的电路常数按上述方式设定，在第二分离电路34c2中，阻抗z
lf1
远远大于等离子体的负载阻抗z
chamber
。由此，第二分离电路34c2防止来自第一偏置rf生成部31b的第二rf脉冲信号的耦合(图3的“lf1 power
→×”
)。其结果是，lf1电功率经由供电线37被供给到腔室10内，由此能够抑制lf1电功率的供给效率的降低。
[0082]
依照该构成，能够将具有不同频率的2个偏置电功率(lf1电功率和lf2电功率)的脉冲信号高效地供给到基片支承部11。
[0083]
[脉冲信号]
[0084]
例如，在蚀刻高宽比(aspect ratio)大的深孔的工艺处理的情况下，使用hf电功率、lf1电功率和lf2电功率的脉冲信号，能够使离子的入射角垂直，提高掩模选择比。
[0085]
图4是表示自由基、离子、电子温度、离子能量、副产物的一例的图。图4的横轴表示停止(关断)rf电功率的供给之后的经过时间(一个周期)。图4的纵轴表示关断时间中的自由基(radical)、离子(ions)、电子温度(te)、离子能量(ε
l
)、副产物(by-products)在各时间的状态。
[0086]
据此，自由基(radical)从使rf电功率为关断状态起的变化缓慢，与此相对，离子(ions)和等离子体温度(te)从使rf电功率为关断状态起的变化比自由基快。考虑这样的等离子体中的自由基、离子的衰减、能量的变化等来控制hf电功率和lf电功率(例如lf1电功率和lf2电功率)的脉冲信号。作为使hf电功率为关断状态之后供给的lf电功率的脉冲信号的一例，考虑在等离子体温度(te)高的初期时间使lf电功率为关断状态，并在等离子体温度(te)降低之后使lf电功率成为接通状态的控制。据此，虽然离子还有剩余，但等离子体温度(te)低的时间中使用lf电功率，能够高效地进行将离子向基片的吸引。
[0087]
作为在使hf电功率成为关断状态之后供给的lf电功率的脉冲信号的另一例，作为等离子体参数使用表示离子能量的ε
l
，在等离子体电子温度te几乎不变化的时间中对lf2电功率进行控制。由此，能够控制离子能量ε
l
以将离子的入射角控制地更加垂直。
[0088]
像这样，根据自由基、离子、等离子体电子温度、离子能量、副产物等的等离子体参数的变动，精细地控制使hf电功率和lf电功率成为通断状态(接通
·
关断状态)的时机。由此，能够使工艺处理的性能提高。以下，参照图5～图8。对高频电功率的脉冲信号的供给时机进行说明。此外，高频电功率的脉冲信号的供给时机也能够由控制部2。
[0089]
(2个频率的脉冲信号)
[0090]
图5是表示实施方式的2个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。图5所示的2个频率的高频电功率脉冲之中的hf电功率(source power：生成源功率)包括多个第一脉冲周期。lf1电功率(bias power：偏置功率)的脉冲信号包括多个第二脉冲周期。以下，对各脉冲信号的供给时机进行说明。图5的横轴表示一个周期的时间，纵轴表示hf电功率和lf1电功率的通断状态。hf电功率的多个第一脉冲周期各自包括期间(1)和期间(2)，lf1电功率的多个第二脉冲周期各自包括期间(3)和期间(4)。图5的例子中，多个第一脉冲周期各自将期间(1)、期间(2)和排气期间作为一个周期，反复hf电功率的第一rf脉冲信号。多个第二脉冲周期各自将期间(4)、期间(3)和排气期间作为一个周期，反复lf1电功率的第二rf脉冲信号。
[0091]
生成源rf生成部31a构成为能够生成第一rf脉冲信号(hf电功率)。在本实施方式中，第一rf脉冲信号具有2个功率水平(接通/关断)。第一偏置rf生成部31b构成为能够生成第二rf脉冲信号(lf1电功率)。在本实施方式中，第二rf脉冲信号具有2个功率水平(接通/关断)。
[0092]
hf电功率的接通状态和lf1电功率的接通状态在时间上不重叠。例如第一rf脉冲信号在期间(1)具有第一功率水平，并且在期间(2)具有第二功率水平，第一功率水平为接通状态，第二功率水平为关断状态。即，第二功率水平为零功率水平。第二rf脉冲信号在期间(3)具有第三功率水平，以及在期间(4)具有第四功率水平，第三功率水平为接通状态，第四功率水平为关断状态。即，第四功率水平为零功率水平。
[0093]
第一rf脉冲信号可以具有27mhz的频率。第二rf脉冲信号的频率比第一rf脉冲信号的频率低。例如第二rf脉冲信号具有13mhz的频率。第一功率水平可以为高，第二功率水平可以为低。此外，第三功率水平可以为高，第四功率水平可以为低。
[0094]
在图5的期间(1)中，hf电功率被维持为接通状态，在与期间(1)在时间上一致的期间(4)中，lf1电功率被维持为关断状态。由此，从时刻t0至时刻t1的时间中，通过供给hf电功率来生成包括自由基和离子的等离子体。
[0095]
在时刻t1，hf电功率转变为关断状态，lf1电功率转变为接通状态，在期间(2)，hf电功率维持关断状态，与期间(2)在时间上一致的期间(3)中，lf1电功率维持接通状态。在期间(2)中，由于hf电功率为关断状态，因此如图4中所示的一例，自由基、离子、等离子体温度按各自的时间常数衰减。通过在期间(3)中供给lf1电功率，来控制到达进行蚀刻的凹部的底部的离子通量(离子量)，促进蚀刻。在时刻t2，hf电功率维持关断状态，lf1电功率转变为关断状态。在期间(2)和期间(3)之后的排气期间中，由于hf电功率和lf1电功率为关断状态，因此副产物被排气。排气期间被预先设定为副产物没有附着在基片w上的时间。
[0096]
在排气期间后的时刻t3，一个周期结束，移动至下一周期的期间(1)。然后，在下一周期的时刻t0，hf电功率再次转变为接通状态，在期间(4)中，lf1电功率维持关断状态。即，将期间(1)、期间(2)和排气期间作为一个周期，反复hf电功率的第一脉冲周期。而且，将期间(4)、期间(3)和排气期间作为一个周期，反复lf1电功率的第二脉冲周期。一个周期为1khz～20khz。多个脉冲周期具有相同的时间期间，各脉冲周期具有50μs～1000μs的时间期间。即，脉冲周期的一个周期为50μs～1000μs。
[0097]
期间(3)与期间(1)在时间上不重叠。即，第一偏置rf生成部31b使第二rf脉冲信号的功率水平的变化的时机相对于第一rf脉冲信号的功率水平的变化的时机偏移(offset)，使hf电功率的接通状态与lf1电功率的接通状态在时间上不重叠。
[0098]
而且，期间(3)被设定为30μs以下。期间(1)、(2)和(4)被设定为任意时间，可以比30μs长。即，在本例中，lf1电功率在期间(3)中30μs以下的时间被维持为接通状态，在期间(4)和排气期间的任意时间被维持为关断状态，反复进行接通和关断。如此一来，通过使lf1电功率的一个周期中的供给时间为30μs以下，能够垂直地控制离子，实现各向异性高的蚀刻。
[0099]
另外，期间(1)的hf电功率的功率水平为第一功率水平的一例，期间(2)的hf电功率的功率水平为第二功率水平的一例。期间(3)的lf1电功率的功率水平为第三功率水平的一例，期间(4)的lf1电功率的功率水平为第四功率水平的一例。
[0100]
(3个频率的脉冲信号)
[0101]
图6～图8是表示实施方式的3个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的图。图6～图8所示的3个频率的高频电功率即hf电功率(source power：生成源功率)、lf1电功率(bias1 power：偏置功率1)和lf2电功率(bias2 power：偏置功率2)的各脉冲信号，分别包括多个脉冲周期。以下，对各脉冲信号的供给时机进行说明。图6～图8的横轴表示一个周期的时间，纵轴表示hf电功率、lf1电功率和lf2电功率的通断状态。将hf电功率的第一脉冲周期、lf1电功率的第二脉冲周期、lf2电功率的第三脉冲周期(任意脉冲周期均包括排气期间)作为一个周期，反复进行hf电功率、lf1电功率和lf2电功率的各脉冲信号的控制。
[0102]
在3个频率的高频电功率脉冲的控制中，lf1电功率的接通状态与lf2电功率的接通状态在时间上不重叠，在使lf1电功率为接通状态的时候，使lf2电功率为关断状态，在使lf1电功率为关断状态的时候，使lf2电功率为接通状态。此外，hf电功率的高功率水平与lf1电功率的接通状态在时间上不重叠，在使hf电功率为高功率水平的时候，使lf1电功率为关断状态，在使lf1电功率为接通状态的时候，使hf电功率为关断状态或者低功率水平。同样地，hf电功率的高功率水平与lf2电功率的接通状态在时间上不重叠，在使hf电功率为高功率水平的时候，使lf2电功率为关断状态，在使lf2电功率为接通状态的时候，使hf电功率为关断状态或者低功率水平。
[0103]
生成源rf生成部31a构成为能够生成第一rf脉冲信号(hf电功率)，在本实施方式中，第一rf脉冲信号具有3个功率水平(高/低/关断)。这些功率水平能够根据对象工艺处理来任意地设定和改变。例如第一rf脉冲信号具有27mhz的频率。
[0104]
第一偏置rf生成部31b能够生成第二rf脉冲信号(lf1电功率)在本实施方式中，第二rf脉冲信号具有2个功率水平(接通/关断)。即，第二rf脉冲信号具有包括零功率水平在内的2个或其以上的功率水平。第二rf脉冲信号的频率比第一rf脉冲信号的频率低。例如第二rf脉冲信号具有13mhz的频率。
[0105]
第二偏置rf生成部31c能够生成第三rf脉冲信号(lf2电功率)，在本实施方式中，第三rf脉冲信号具有2个功率水平(接通/关断)。即，第三rf脉冲信号具有包括零功率水平在内的2个或其以上的功率水平。第三rf脉冲信号的频率比第二rf脉冲信号的频率低。例如第三rf脉冲信号具有1.2mhz的频率。
[0106]
在图6～图8中，hf电功率表示第一rf脉冲信号的状态，lf1电功率表示第二rf脉冲信号的状态，lf2电功率表示第三rf脉冲信号的状态。
[0107]
在图6的期间(1)中，hf电功率具有高功率水平，lf1电功率和lf2电功率为关断状态。即，在从时刻t0至时刻t
11
的时间中，通过供给hf电功率来生成包含自由基和离子的等离子体。由此，如图6的(a)所示，经由掩模101对蚀刻对象膜100进行蚀刻，自由基r主要附着在形成于蚀刻对象膜100的孔hl的内壁。
[0108]
在期间(1)经过后的时刻t
11
，hf电功率转变为关断状态后，如图4中所示的一例，自由基、离子、等离子体温度按各自的时间常数衰减。根据这些等离子体参数的衰减状态，在使hf电功率为关断状态的期间(3)、使功率水平下降的期间(2)以及将副产物排气的期间控制使lf1电功率和lf2电功率分别为接通的时机。此时，使lf1电功率为接通状态的期间(4)与使hf电功率为高功率水平的期间(1)在时间上不重叠。此外，使lf2电功率为接通状态的期间(6)与期间(1)和期间(4)在时间上不重叠。
[0109]
在本实施方式中，在时刻t
11
，hf电功率从高功率水平转变为关断状态，且lf1电功率转变为接通状态。由此，在与期间(3)在时间上一致的期间(4)中，lf1电功率被维持为接通状态，如图6的(b)所示，能够控制到达所蚀刻的凹部的底部的离子通量。此外，能够抑制蚀刻时的副产物的量。lf2电功率在时刻t
11
维持关断状态，在与期间(3)在时间上一致的期间(7)中，lf2电功率被维持为关断状态。
[0110]
进一步，期间(4)被设定为30μs以下的时间。此外，期间(4)与期间(1)在时间上不重叠。在期间(4)中通过使lf1电功率的供给进行30μs以下的短时间，能够更加垂直地控制离子，实现各向异性高的蚀刻。
[0111]
在期间(3)和期间(4)经过后的时刻t
12
，hf电功率转变为低功率水平，lf1电功率转变为关断状态，lf2电功率转变为接通状态。直至时刻t
13
在期间(2)中，hf电功率维持低功率水平。在期间(3)和(2)中，hf电功率可以为低功率水平，也可以为关断状态。在与期间(2)在时间上一致的期间(5)中，lf1电功率被维持为关断状态，在与期间(2)在时间上一致的期间(6)中，lf2电功率被维持为接通状态。如前所述，期间(6)与期间(1)和期间(4)在时间上不重叠。
[0112]
在本实施方式中，在期间(6)中供给lf2电功率，在期间(6)中供给的lf2电功率的频率比在期间(4)中供给的lf1电功率的频率低。lf2电功率的vpp比lf1电功率的vpp大。由此，在期间(6)中，与期间(4)相比能够使偏置电压的vpp更大，能够使离子能量ε
l
更大，将离子入射角控制地更加垂直。由此，在供给lf2电功率的期间(6)中能够控制到达所蚀刻的凹部的底部的离子通量。由此，如图6的(c)所示，剩余在孔hl的底部的角部等的副产物b等被蚀刻，能够促进蚀刻。
[0113]
像这样，在蚀刻高宽比大的深穴的工艺处理中，使用hf电功率、lf1电功率和lf2电功率的脉冲信号，能够提高掩模选择比，使离子的入射角垂直。由此，能够使蚀刻形状垂直，促进蚀刻。但是，蚀刻高宽比大的深穴的工艺处理为基片处理的一例，工艺处理的种类并不限定于此。
[0114]
在排气期间，控制副产物的排气。即，在排气期间将hf电功率、lf1电功率和lf2电功率控制为关断状态。由此，如图6的(d)所示，将孔hl内的副产物b排气。由此，能够促进下一周期的蚀刻。排气期间被预先设定为副产物b没有再次附着在基片w上的时间。
[0115]
在图6的例子中，将hf电功率的功率水平控制为3个水平，将lf1电功率和lf2电功率的功率水平控制为接通和关断状态这2个水平，但并不限定于此。例如，也可以将hf电功率的功率水平控制为4个水平或者4个水平以上。
[0116]
在时刻t
14
，一个周期结束，进行到下一周期的期间(1)。然后，在下一周期的时刻t0，hf电功率转变为高功率水平，lf1电功率和lf2电功率维持关断状态。第一rf脉冲信号按期间(1)
→
期间(3)
→
期间(2)
→
排气期间的顺序使hf电功率为预先设定的状态。第二rf脉冲信号按期间(4)
→
期间(5)
→
排气期间的顺序使lf1电功率为预先设定的状态。第三rf脉冲信号按期间(7)
→
期间(6)
→
排气期间的顺序使lf2电功率为预先设定的状态。反复各脉冲周期，一个周期为1khz～20khz，期间(4)为30μs以下。多个第一～第三脉冲周期具有相同的时间期间，各脉冲周期具有50μs～1000μs的时间期间。即，脉冲周期的一个周期为50μs～1000μs。
[0117]
另外，期间(1)的hf电功率的功率水平为第一功率水平的一例，期间(2)的hf电功
率的功率水平为第二功率水平的一例，期间(3)的hf电功率的功率水平为第三功率水平的一例。期间(4)的lf1电功率的功率水平为第四功率水平的一例，期间(5)的lf1电功率的功率水平为第五功率水平的一例。期间(6)的lf2电功率的功率水平为第六功率水平的一例，期间(7)的lf2电功率的功率水平为第七功率水平的一例。
[0118]
图7表示3个频率的高频电功率脉冲的控制的另一例。在本例中，将hf电功率的第一脉冲周期、lf1电功率的第二脉冲周期、lf2电功率的第三脉冲周期作为一个周期，反复进行hf电功率、lf1电功率和lf2电功率的各脉冲信号的控制。任意脉冲周期都能够包含排气期间。
[0119]
图6的脉冲周期模式与图7的脉冲周期模式的不同之处在于，在图7中，在期间(1)的结束时刻t
11
之后有延迟时间tdelay，在图6中，在时刻t
11
之后没有延迟时间tdelay这一点。以下，对该不同点进行说明，图8的其它脉冲周期模式与图6相同，因此省略说明。
[0120]
例如，如图4所示，在等离子体温度(te)高时，使lf1电功率或者lf2电功率为接通状态时，副产物产生地较多，由此存在蚀刻被阻碍的情况。因此，考虑避开在等离子体温度高时使lf1电功率或者lf2电功率为接通状态。即，在从时刻t
11
起经过了预先设定的延迟时间tdelay后的时刻t
21
，等离子体温度降低。在该时机，lf 1电功率转变为接通状态。即，从hf电功率转变为关断状态的时刻t
11
偏移(延迟)了延迟时间tdelay之后，lf1电功率转变为接通状态。由此，能够抑制蚀刻时的副产物的量，能够促进蚀刻。
[0121]
另外，在本实施方式中，在延迟时间tdelay中hf电功率为关断状态。但是延迟时间tdelay的hf电功率的功率水平也可以为比期间(1)的hf电功率的功率水平低的低水平。通过降低hf电功率的功率水平，能够在比供给lf1电功率的时刻t
21
的时机早的延迟时间tdelay中减少自由基和离子的生成。其结果是，在从经过延迟时间tdelay后的时刻t
21
至时刻t
12
的期间(4)中能够控制到达形成于蚀刻对象膜的凹部的底部的离子通量。期间(4)被设定为30μs以下的时间。此外，期间(4)与期间(1)在时间上不重叠。此外，下一期间(5)和排气期间能够被设定为任意时间，可以比30μs长。像这样，在期间(4)中通过将lf1电功率的供给进行30μs以下的短时间，能够更加垂直地控制离子，实现各向异性高的蚀刻。
[0122]
另外，在时刻t
12
，lf1电功率转变为关断状态，且lf2电功率转变为接通状态。在期间(5)中，lf1电功率转变为关断状态，在与期间(5)在时间上重叠的期间(6)中，lf2电功率转变为接通状态。由此，在期间(6)中，与期间(4)相比能够将离子入射角控制地更加垂直。但是，当使延迟时间tdelay过长时离子消失，因此延迟时间tdelay被预先设定为适当的值。
[0123]
通过该控制，通过使lf1电功率的通断状态和lf2电功率的通断状态在彼此不同的时间段中转变为接通状态，来主要控制离子的举动。hf电功率在期间(3)具有零功率水平，lf1电功率在期间(4)具有比0大的功率水平，lf2电功率在与期间(4)有重叠的期间(7)具有零功率水平。lf2电功率在期间(6)具有比0大的功率水平，lf1电功率在与期间(6)有重叠的期间(5)具有零功率水平，hf电功率在期间(2)具有比0大的功率水平。即，lf1电功率和lf2电功率具有比0大的功率水平的时间不重叠。
[0124]
lf2电功率与lf1电功率相比掩模选择比高，能够实现垂直的蚀刻。在与期间(2)相比hf电功率的功率水平较高的期间(1)中，大量生成自由基和离子，即使在该期间(1)供给lf2电功率也难以发挥上述效果。另一方面，在与期间(1)相比hf电功率的功率水平较低的期间(2)和零功率水平的期间(3)中，自由基和离子的生成降低。由此，通过在与期间(3)有
重叠的期间(4)供给lf1电功率，且在与期间(2)有重叠的期间(6)中供给lf2电功率，容易发挥上述效果。因此，通过在这些期间供给lf1电功率或者lf2电功率，能够提高离子能量，使离子入射角垂直。由此，与期间(1)相比，在期间(2)、(3)中掩模选择比更高，能够实现垂直的蚀刻。
[0125]
另外，关于lf1电功率和lf2电功率，能够生成具有接通状态和关断状态这2个功率水平的脉冲信号。但是，也可以生成使lf1电功率和lf2电功率具有接通状态、关断状态及它们的中间功率水平这样的2个以上的功率水平的脉冲信号。lf1电功率和lf2电功率可以具有2个不同的接通状态。
[0126]
图8表示3个频率的高频电功率脉冲的脉冲模式的另一例。将hf电功率的第一脉冲周期、lf1电功率的第二脉冲周期、lf2电功率的第三脉冲周期作为一个周期，反复进行hf电功率、lf1电功率和lf2电功率的各脉冲信号的控制。任意脉冲周期均能够包含排气期间。
[0127]
图8的脉冲周期模式与图7的脉冲周期模式的不同之处在于，lf1电功率的接通状态与lf2电功率的接通状态的顺序颠倒，与此相应地延迟时间tdelay的时机也偏移这一点。延迟时间tdelay设置在lf1电功率即将要转变为接通状态之前。
[0128]
在本例中，避开等离子体温度高时使lf1电功率或者lf2电功率成为接通状态。在本例中，使lf2电功率、lf1电功率依次成为接通状态。在经过期间(1)后的时刻t
11
，等离子体温度降低。在该时机，即在hf电功率转变为比高功率水平低的低功率水平的时刻t
11
，lf2电功率转变为接通状态，在与期间(2)在时间上一致的期间(6)中，将lf2电功率维持接通状态。由此，能够抑制蚀刻时的副产物的量，能够促进蚀刻。
[0129]
在与从时刻t
11
至时刻t
12
的期间(2)在时间上一致的期间(5)中，lf1电功率维持关断状态。在本实施方式中，在时刻t
12
，hf电功率转变为关断状态，lf1电功率维持关断状态，lf2电功率转变为关断状态。在延迟时间tdelay中hf电功率被维持为关断状态，但是，延迟时间tdelay的hf电功率的功率水平也可以是比期间(1)的hf电功率的功率水平低的低水平。通过使hf电功率的功率水平进一步降低，能够在比供给lf1电功率的时刻t
22
的时机早的延迟时间tdelay中减少自由基和离子生成。在从时刻t
12
起经过延迟时间tdelay后的时刻t
22
，lf1电功率转变为接通状态。在时刻t
22
，hf电功率和lf2电功率维持关断状态。其结果是，在从经过延迟时间tdelay后的时刻t
22
至时刻t
13
的期间(4)中，能够控制到达形成于蚀刻对象膜的凹部的底部的离子通量。这时，期间(4)被设定为30μs以下的时间。此外，期间(4)与期间(1)在时间上不重叠。此外，与期间(2)在时间上一致的期间(5)和排气期间被设定为任意时间，可以比30μs长。即，在本例中，lf1电功率在期间(4)中以30μs以下的时间维持接通状态。如此一来，在期间(4)中，通过将lf1电功率的供给进行30μs以下的短时间，能够更加垂直地控制离子，实现各向异性高的蚀刻。但是，当使延迟时间tdelay过长时离子消失，因此延迟时间tdelay被预先设定为适当的值。
[0130]
图9表示3个频率的高频电功率脉冲的控制的另一例。在本例中，也将hf电功率的第一脉冲周期、lf1电功率的第二脉冲周期、lf2电功率的第三脉冲周期作为一个周期，反复进行hf电功率、lf1电功率和lf2电功率的各脉冲信号的控制。任意脉冲周期也能够包含排气期间。
[0131]
图9的脉冲周期模式与图7和图8的脉冲周期模式的不同之处在于，延迟时间tdelay在图7和图8中设置在lf1电功率即将要转变为接通状态之前，而在图9中设置在lf2
电功率即将要转变为接通状态之前这一点。
[0132]
在本例中，在期间(1)中，hf电功率被维持为高功率水平，lf1电功率和lf2电功率维持为关断状态。在期间(3)和与期间(3)在时间上一致的期间(5)和(7)中，hf电功率、lf1电功率和lf2电功率全部被维持为关断状态(排气期间)。
[0133]
之后，在时刻t
21
中，hf电功率转变为比高功率水平低的低功率水平，lf1电功率转变为接通状态。在时刻t
21
，lf2电功率维持关断状态。而且，在期间(2)中，hf电功率被维持为低功率水平。在与期间(2)在时间上有重叠的(即，与期间(2)的第一部分在时间上一致的)期间(4)中，lf1电功率以30μs以下的时间维持接通状态。在期间(2)中的时刻t
22
，lf1电功率转变为关断状态，在从时刻t
22
经过延迟时间tdelay后的时刻t
23
，lf2电功率转变为接通状态。在时刻t
22
和时刻t
23
，hf电功率被维持为低功率水平。而且，在从时刻t
23
起与期间(2)在时间上有重叠的(即，与期间(2)的第二部分在时间上一致的)期间(6)中，lf2电功率维持接通状态。
[0134]
像这样，在本例中，在hf电功率被维持为低功率水平的期间(2)中，使lf1电功率与lf2电功率交替地为接通状态。此外，在期间(4)中将lf1电功率的供给进行30μs以下的短时间。由此，能够更垂直地控制离子，实现各向异性高的蚀刻。此外，关于在从经过时间(6)后的时刻t
24
至时刻t
25
之间的排气期间的控制，由于与其它脉冲周期相同，因此省略说明。
[0135]
如以上所说明的那样，依照本实施方式的等离子体处理装置和等离子体处理方法，能够使用多个高频电功率脉冲信号提高工艺处理的性能。
[0136]
本发明公开的实施方式的等离子体处理装置和等离子体处理方法在所有方面均为例示，而不应认为是限定性的。实施方式只要不脱离所附的权利要求的范围及其主旨，就能够以各种各样的形态进行变形和改良。上述多个实施方式中记载的内容，在不存在矛盾的范围内也能够采用其他结构，而且在不存在矛盾的范围内能够相互组合。