具体实施方式

以下，使用附图来说明本申请发明所涉及的等离子处理装置的实施方式。此外，本说明书中，所谓电压波形的“直线三角波”，是指周期性重复从最小电压直线上升到最大电压，在达到最大电压之后立即直线下降到最小电压的波形；所谓电压波形的“曲线三角波”，是指周期性重复从最小电压起沿着正微分系数单调减少的曲线上升到最大电压，在达到最大电压之后，立即沿着负微分系数单调增加的曲线下降到最小电压的波形。

[实施方式1]

使用图2至图10来说明本实施方式。图2是表示本实施方式所相关的等离子处理装置的示意性结构的一例的概略图。

图2所示的本实施方式所涉及的等离子处理装置100是其一例即微波ECR等离子蚀刻装置。这里，示意性示出了在真空处理室104的内部配置的电极、在真空处理室104的外部配置的电场以及磁场的发生装置、以及电源等。

等离子处理装置100具备真空处理室104。在真空处理室104的内部配置有试样台即电极125，在电极125的上部载置有试样即晶片126。在真空处理室104内部，由在真空处理室104的外部配置的电场发生手段以及磁场发生手段形成的电场以及磁场对从气体供给机构105供给到真空处理室104的气体进行作用，由此，等离子136产生。等离子136中包含离子以及自由基，它们与晶片126的表面相互作用，由此来进行等离子蚀刻处理。

在真空处理室104中，在容器101的上部配置有喷淋板102、进一步在上部配置有电介质窗103，围住真空处理室104的容器101通过电介质窗103气密密封。

在真空处理室104的外部设置的气体供给机构105经过气体配管106而与在电介质窗103和喷淋板102之间设置的空间107连接。空间107经过设置于喷淋板102的多个细孔108而与真空处理室104连通。

在真空处理室104的下部配置了可变电导阀112，通过经过该可变电导阀112而连接的涡轮分子泵113，对真空处理室104内的气体进行排气。涡轮分子泵113进一步与粗加工泵114连接。可变电导阀112和涡轮分子泵113以及粗加工泵114分别与控制部150连接，通过控制部150来控制动作。

更具体地，设置有对真空处理室104的内部压力进行测定的压力计115，控制部150根据该压力计115的值，对可变电导阀112的开度进行反馈控制，并将真空处理室104的压力控制成所期望的值。

在等离子处理装置100的上部设置有第一高频电源即微波电源116，该微波电源116的频率是例如2.45GHz。从微波电源116发生的微波经过自动匹配器117、方形波导管118、方形圆形波导管变换器119、圆形波导管120，被传输到空洞共振器121。自动匹配器117具有自动地抑制反射波的功能，此外，空洞共振器121具有将微波电磁场分布调整成适合于等离子处理的分布的功能。微波电源116通过控制部150来控制。

在空洞共振器121的下部，隔着微波导入窗即电介质窗103、以及喷淋板102而设置有真空处理室104。由空洞共振器121调整了分布的微波经由电介质窗103以及喷淋板102而传输到真空处理室104。

在真空处理室104以及空洞共振器121的周围配置有构成电磁石的电磁线圈122、123、124。通过由控制部150控制的线圈电源140，在各电磁线圈122、123、124中流过电流，由此，在真空处理室104内部形成磁场。

若如以上那样在真空处理室104的内部形成高频电场以及磁场，则在电场以及磁场的强度成为特定关系的区域(例如，若是2.45GHz的电场，则磁场的强度成为0.0875T的区域)，形成基于后述的电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance；ECR)的等离子。

以下，详细说明ECR。在真空处理室104内部存在的电子通过洛伦兹力，沿着由电磁线圈122、123、124发生的磁场的磁力线一边旋转一边移动。此时，若从微波电源116传输的微波的频率与前述旋转的频率一致，则电子共振地加速，高效地发生等离子。将此称为ECR。

ECR发生的区域(ECR面)能够通过磁场分布来控制。具体地，通过控制部150经由线圈电源140来控制在电磁线圈122、123、124的每一个中流过的电流，由此，能够控制真空处理室104内部的磁场分布，并能够控制在真空处理室104的内部中的等离子发生区域。此外，在与磁力线垂直的方向上抑制等离子中的带电粒子的扩散，因此，还能够通过磁场分布控制来控制等离子的扩散，降低等离子的损耗。通过这些效果，能够控制晶片126的上方的等离子分布，提高等离子处理的均一性。

电极125位于ECR面的下侧，通过未图示的梁而固定于真空处理室104。电极125以及真空处理室104是大致圆筒形，各自的圆筒的中心轴相同。在等离子处理装置100具备有机械臂等搬送装置(未图示)，处理对象物即晶片126通过所述搬送装置而被输送到电极125上部。晶片126通过在电极125内部形成的静电吸附电极135的静电吸附而被保持于电极125上。

在电极125连接有偏置电压发生部127，经过偏置电压发生部127向晶片126施加偏置电压。等离子136内的离子被引入到晶片126侧的量依赖于偏置电压。因此，由控制部150控制偏置电压发生部127来调整在晶片126发生的偏置电压，由此，能够控制等离子处理形状(蚀刻形状的分布)。

此外，在电极125搭载有温度控制机构128，经过电极125来控制晶片126的温度，由此，也能够进行等离子处理形状的控制。

以上的结构全部与控制部150即控制用计算机连接，其定时以及动作量被控制，以便以适当的顺序进行动作。将动作顺序的详细参数称为配方，根据预先设定的配方来进行控制。

配方通常由多个步骤构成。按每个步骤没定了从气体供给机构105向真空处理室104供给的气体种类/气体流量、微波电源116的输出电力、在电磁线圈122、123、124中流过的电流量、从偏置电压发生部127发生的偏置电压的方式等处理条件，各步骤按照预先设定的顺序以及时间来执行。

图3是表示图2所示的实施方式所涉及的电极125的剖面以及偏置电压发生部127的详情的示意图。

电极125具有导体基材129、电介质膜130，偏置电压发生部127与基材129连接。此外，电极125在晶片126以及基材129之间分别具有静电吸附电极135a、135b，该静电吸附电极135a、135b通过电介质膜130而与周围绝缘。

静电吸附电极135a在电极的外周部配置成环状，静电吸附电极135b配置于静电吸附电极135a的内侧即电极的中央部。静电吸附电源139具有电源单元139a、139b，分别地，电源单元139a与静电吸附电极135a连接，电源单元139b与静电吸附电极135b连接。从电源单元139a、139b各自独立地输出电压，由此，产生将晶片126吸附于电极125的力。

偏置电压发生部127具有：高频电源(第二高频电源)131、自动匹配器132、对通过周期性重复的波形而使其变化的直流电压进行输出的直流电源133、低通滤波器134，分别地，高频电源131经由自动匹配器132而与基材129连接，直流电源133经由低通滤波器134而与基材129连接。高频电源131以及直流电源133分别与控制部(控制机构)150连接，根据来自控制部150的信号来控制动作。

高频电源131的输出频率低于微波电源116，并且高至能够经由电介质膜130将偏置电压传递给晶片126的程度。具体地，作为高频电源131的输出频率，使用几百kHz至几MHz。自动匹配器132通过根据等离子136的阻抗使内部元件的电路常数变化，来进行阻抗匹配，以使高频电源131能够高效地将电力传递给晶片126。

图4表示等离子处理装置100的等效电路。来自偏置电压发生部127的输出，经过与基材129相当的点129’，并经过与电介质膜130相当的电容器130’、与晶片126相当的点126’、与晶片126和等离子136之间的护套相当的并联电路138a、与等离子136相当的电阻136’、与等离子136和相当于图1的接地137的接地137’之间的护套相当的并联电路138b，传递给接地137’。在该等效电路中，在通过偏置电压发生部127发生的电压V和从晶片126流过的电流I之间，使用比例常数A，基本上成立I＝A×dV/Dt的关系。

图5是表示直流电源133所输出的电压波形的图。直流电源133按照来自控制部150的指令，输出按照频率f_t、振幅V_t的直线三角波151而变化的电压。即，直流电源133所输出的电压波形具有一个周期的波形在给定时间变化给定量以上的振幅期间。这里，从晶片流过的电流I与偏置电压发生部127的电压的微分成比例，因此，直线三角波的微分即矩形波状的电流从晶片流过。

如现有技术那样，在电压的上升/下降急剧的矩形波中，与电压的微分值成比例的从晶片流过的电流I的持续瞬时结束。另一方面，若是直线三角波，则在电压上升或下降的期间，电流I持续流过。为了除去晶片的电荷，电流I的持续时间最低也为1ms以上，其越长则越优选。因此，相比于电流I的持续时间短的矩形波，使用直线三角波的情况下晶片表面的电荷除去效果提高。关于后述的曲线三角波，有同样的效果。

特别地，关于下降，若是下降急剧的矩形波，则与后述的曲线三角波比较蚀刻结果时，曲线三角波的情况下，并非蚀刻对象的金属层的损坏降低，下降时的电流I的持续时间是重要的。

基于图4的等效电路利用电路仿真器计算该电流I而得的是图6所示的波形152。在仿真中，设为f_t＝50Hz来计算。根据仿真的结果，可知，电流I变化成矩形波状，一边将极性正负交替地调换，一边在各个极性下在1/(2×f_t)＝10ms的期间持续流过。

为了使在晶片上的电介质内部蓄积的带电粒子移动到电介质外部，需要毫秒级的时间，在假设从晶片流过的正或负电流各自仅持续不足1ms的情况下，仅重复进行在电介质内部带电粒子被吸引并返回。因此，f_t需要设为大致500Hz以下。若满足该条件，则正和负电流各自持续1ms以上，因此，有效地作用于带电粒子除去。

此外，还考虑了正电荷和负电荷在晶片内的移动性不同这一情况。此外，所谓移动性μ，是指当将施加了电场E时的带电粒子的平均移动速度设为v时，以μ＝v/E来表示的值。

因此，还可以从直流电源133输出按照图7所示那样的变形了的直线三角波153来变化的电压，以便不论移动性如何均可靠地除去两种电荷并且从晶片流过尽可能多的电流。对于该波形，电压从最小值上升到最大值的时间与从最大值下降到最小值的时间之比是D_t：(1-D_t)。

这里，对于D_t，当将晶片上的电介质内部中的电子和离子各自的移动性分别设为μ_e、μ_i时，表示为D_t＝μ_i/(μ_e+μ_i)。换言之，D_t是由晶片上的电介质内的电子的移动性和电介质内的离子的移动性之和除离子的移动性而得的值。此时，在直线三角波153中，电压上升的时间与下降的时间之比成为(1/μ_e)：(1/μ_i)，这成为负电荷的移动所需要的时间与正电荷的移动所需要的时间之比。另一方面，为了将各极性的时间各自确保为1ms以上，必须将频率f_p决定为同时满足f_p≤1000D_t以及f_p≤1000(1-D_t)。其中，f_p的单位是Hz。此外，优选地，三角波形的频率f_p是，当以Hz为单位时，将从1减去D_t而得的值或者D_t的某个小的值设为1000倍而得的值。

根据本实施方式，通过独立地使从直流电源输出的直线三角波与对载置台施加的高频偏置电压重叠，发生了以对于晶片表面的带电粒子的除去而足够的时间持续的电流。通过该电流，能够除去试样表面的带电粒子，得到垂直性高的沟道形状，此外能够降低沟道内部的并非蚀刻对象的膜的损坏。

此外，代替直线三角波151地，通过实施图8所示那样的曲线三角波154的电压，也能够得到同样的效果。曲线三角波154还能够称为时间常数大的矩形波，并具有与直线三角波类似的特性。在从时间常数大的矩形波来形成曲线三角波154的情况下，当将占空比设为50％时，期望将上升时间常数τ_r以及下降时间常数τ_f各自设为0.43ms以上，典型地设为几ms左右。此外，由于各电流需要持续1ms以上，因此，曲线三角波154的频率f_p必须设为500Hz以下。

如果满足这些条件，则如图9所示那样，从晶片流过的电流155维持最大值的10％以上，并且从电压上升以及下降开始时起持续1ms以上，因此，能够有助于带电粒子的除去。换言之，优选地，从直流电源输出的电压波形的振幅的变化时间以及变化量是基于电压波形使在晶片产生的电流的最大值的10％以上维持1ms以上的振幅的变化时间以及变化量。

此外，还可以考虑晶片上电介质内部的电子以及离子的移动性μ_e以及μ_i的差，将曲线三角波154的占空比D_p设为50％以外。该情况下，D_p满足D_p：(1-D_p)＝(1/μ_e)：(1/μ_i)即可，因此，成为D_p＝μ_i/(μ_e+μ_i)。换言之，D_p是由晶片上的电介质内的电子的移动性和电介质内的离子的移动性之和除离子的移动性而得的值。另一方面，为了将各极性的时间各自确保为1ms以上，必须将频率f_p决定为同时满足f_p≤1000D_t以及f_p≤1000(1-D_t)。其中，f_p的单位是Hz。此外，优选地，三角波形的频率f_p是，当以Hz为单位时，将从1减去D_p而得的值或者D_p的某个小的值设为1000倍而得的值。

若代替直线三角波而使用曲线三角波，则与使用矩形波的情况同样地，直流电源133的控制变得容易。在使用曲线三角波的情况下，从控制部150输出的控制信号交替地输出ON以及OFF这两种状态即可，时间常数τ_r以及τ_f能够通过对控制信号或者直流电源133的输出应用低通滤波器、或者对直流电源133设置输出反馈等手段来实现。

此外，在图5、图7以及图8中表示为波形151、153以及154始终电压为正，然而，实际上还可以是始终电压为负或者跨越正和负的那样的波形。这是由于，从晶片流过的电流是电压的微分，因此，电压的正负不会造成影响。

图10是表示(a)高频电源131、(b)微波电源116以及(c)直流电源133的输出开始以及结束时刻的关系的图，在纵轴表示输出，在横轴表示时间。期望微波电源116的输出开始是在高频电源131的输出开始之前。这是由于，因等离子有无的不同，从高频电源131观察时的腔的阻抗差别较大，因此，在通过微波电源116的输出而发生了等离子之后开始高频电源131的输出的情况下，高频电源131的输出稳定。此外，基于同样的理由，期望高频电源131的输出结束是在微波电源116的输出结束之前。

期望直流电源133的输出开始是在高频电源131的输出开始之前。这是基于以下理由。若从高频电源131输出高频电力，则等离子136和晶片126之间的电压变高，因此，被引入到晶片126的带电粒子的垂直性变高，晶片126上的沟道侧壁容易带电。另一方面，因输出直流电源133而对装置以及蚀刻结果的恶劣影响并不存在。因此，通过将直流电源133的输出设为在高频电源131的输出之前，能够更有效地抑制向沟道侧壁的带电。此外，基于同样的理由，期望直流电源133的输出结束是在高频电源131的输出结束之后。

此外，若通过微波电源116而发生等离子，则在等离子136与晶片126之间产生电位差，因此，尽管与高频电源131开始输出的情况相比程度弱，但是带电粒子具有垂直性。另一方面，因直流电源133在微波电源116之前输出而造成的恶劣影响并不存在。因此，期望设为直流电源133和微波电源116的输出定时的关系与前述的直流电源133和高频电源131的输出定时的关系相同。即，期望高频电源131的输出开始是在直流电源133的输出开始之后，此外，期望高频电源131的输出结束是在直流电源133的输出结束之前。

另一方面，关于直流电源133和静电吸附电源139的输出定时的关系，不论哪一个先输出开始或者结束，对装置以及蚀刻均不存在恶劣影响，因此没有特别的问题。

[变形例1]

使用图11，说明关于本发明的实施方式的第一变形例。此外，赋予了与已经说明的图2至图4所示的部件相同的符号的结构，是具有相同功能的部分，因此，针对该结构省略重复说明。

图11是表示本变形例所涉及的电极125的剖面以及偏置电压发生部127、静电吸附电源139的详情的示意图。在本变形例中，偏置电压发生部127分别经由电容器138a’、138b’，与静电吸附电极135a、135b并联连接。通过经由电容器138a’、138b’而连接，偏置电压发生部127不会受到基于静电吸附电源139的直流电压的影响。此外，通过调整电容器138a’、138b’的容量，能够对前述的实施方式中的基材129和静电吸附电极135a、135b之间的容量进行模拟，能够在该实施方式和本变形例中对晶片带来同等的效果。针对与上述实施方式所涉及的图3的结构重复的结构，省略说明。

[变形例2]

使用图12，说明关于本发明的实施方式的第二变形例。图12是表示本变形例所涉及的电极125的剖面以及偏置电压发生部127、静电吸附电源139、三角波发生部142的详情的示意图。在本变形例中，在静电吸附电极135a以及135b和基材129之间配置有三角波施加电极141。所述电极通过电介质膜130而与周围绝缘，并且经由低通滤波器134而与直流电源133连接。此外，在基材129经由自动匹配器132而与高频电源131连接。针对与上述实施方式所涉及的图3的结构重复的结构，省略说明。

期望三角波施加电极141和静电吸附电极135a以及135b之间的电介质膜130的厚度与上述实施方式中的基材129和静电吸附电极135a以及135b之间的电介质膜130的厚度相等。由此，三角波的施加部位和静电吸附电极135a以及135b之间的容量在本变形例和该实施方式中是相等的，在本变形例中，能够对晶片带来与该实施方式同样的效果。

[变形例3]

使用图13以及图14，说明关于本发明的实施方式的第三变形例。图13是表示本变形例所涉及的电极125的剖面以及偏置电压发生部127、静电吸附电源139的详情的示意图。在本变形例中，分别地，在基材129连接偏置电压发生部127，在静电吸附电极135a以及135b连接静电吸附电源139，偏置电压发生部127以及静电吸附电源139通过控制部150来控制。

这里，偏置电压发生部127代替与基材129连接地，还可以经由电容器而与静电吸附电极135a以及135b连接。

图14表示从静电吸附电源139输出的电压的波形，分别地，波形143a是表示静电吸附电源139a的输出的图，波形143b是表示静电吸附电源139b的输出的图。在上述的实施方式中，静电吸附电源139a以及139b输出各自不同的直流电压，然而在本变形例中，通过控制部150控制各电源，以便输出使各个直流电压与三角波重叠而得的波形。

与波形143a以及143b重叠的三角波可以是直线三角波，还可以是曲线三角波，此外，利用与前述实施方式相同的考虑方式来决定频率以及占空比。另一方面，从晶片126流过的电流与该实施方式相等的振幅小于该实施方式。这是由于，静电吸附电极135a以及135b和晶片126之间的电介质膜130小于基材129和晶片126之间的电介质膜130，因此，前者的静电容量大于后者。

此外，期望与波形143a以及143b重叠的三角波的相位是一致的。通过使相位一致，静电吸附电极135a以及135b之间的电位差始终固定，能够不对晶片126的吸附造成影响。

[变形例4]

使用图15以及图16，说明关于本发明的实施方式的第四变形例。图15是表示本变形例所涉及的电极125的剖面以及偏置电压发生部127、静电吸附电源139的详情的示意图。在本变形例中，分别地，在基材129连接偏置电压发生部127，在静电吸附电极135a以及135b连接静电吸附电源139，偏置电压发生部127以及静电吸附电源139通过控制部150来控制。偏置电压发生部127具有自动匹配器132、放大器144以及任意波形生成部145，放大器144经由自动匹配器132而与基材129连接。此外，放大器144将从任意波形生成部145输入的电压以某增益进行增幅并输出。

图16是表示放大器144所输出的电压波形146的图。波形146是将在上述实施方式中高频电源131所输出的高频与同在该实施方式中直流电源133所输出的三角波进行重叠而得的。任意波形生成部145将波形146的各时刻的电压除以放大器144的增益而得的电压输入给放大器144，以便放大器144输出波形146。此外，任意波形生成部145还可以在放大器144具有频率特性的情况下，将从频率特性进行逆运算来使特定的频率成分增强或者减弱而得的波形输入给放大器144，以使放大器144的输出成为波形146。

[变形例5]

使用图17以及图18，说明关于本发明的实施方式的第五变形例。图15是表示本变形例所涉及的电极125的剖面以及静电吸附电源160的详情的示意图。在本变形例中，静电吸附电源160具有任意波形生成部147a以及147b、放大器148a以及148b、以及自动匹配器149a以及149b，分别地，放大器148a经由自动匹配器149a而与静电吸附电极135a连接，放大器148b经由自动匹配器149b而与静电吸附电极135b连接。放大器148a以及148b将分别从任意波形生成部147a以及147b输入的电压以某增益进行增幅并分别输出。

图18是表示放大器148a以及148b的输出电压即波形161a以及161b的图。波形161a以及波形161b是使变形例3中的静电吸附电源139a以及139b的输出波形进一步与高频重叠而得的。要重叠的高频的频率与在上述实施方式中高频电源131所输出的高频相等。另一方面，对于电压的振幅，设为将该实施方式中的高频电源131的输出电压振幅乘以在该实施方式中对基材129施加的高频传递到静电吸附电极135a以及135b时的衰减率而得，由此，能够在晶片126上得到与该实施方式同等的效果。

任意波形生成部147a以及147b将波形161a以及161b的各时刻的电压分别除以放大器148a或148b的增益而得的电压，分别输入给放大器148a以及148b。此外，任意波形生成部147a以及147b还可以在放大器148a以及148b具有频率特性的情况下，将从频率特性进行逆运算来使特定的频率成分增强或者减弱而得的波形输入给放大器148a以及148b，以使放大器148a以及148b的输出成为波形161a。

以上，基于实施方式具体说明了由本发明者做出的发明，然而，本发明并不限于上述实施方式，包含各种变形例。例如，上述实施方式是为了以易于理解的方式说明本发明而进行了详细说明，并不必限定为具备所说明的全部结构。

此外，能够将某实施方式的结构的一部分替换成其他实施方式的结构，此外，还能够在某实施方式的结构中追加其他实施方式的结构。此外，还能够针对各实施方式的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。此外，附图中记载的各构件、相对尺寸为了以易于理解的方式说明本发明而进行了简略化/理想化，在安装上有时成为更复杂的形状。

此外，针对上述实施方式中说明的构造、方法并不限于上述实施方式，包含各种应用例。

-符号说明-

100等离子处理装置，104真空处理室，125电极，126晶片，127偏置用高频电源，129基材，130电介质膜，131高频电源，132、149a、149b自动匹配器，133直流电源，134低通滤波器，135a、135b静电吸附电极，136等离子，138a、138b并联电路，139、139a、139b、160静电吸附电源，139a、139b电源单元，145、147a、147b任意波形生成部，150控制部。