專利名稱：基板處理裝置和基板處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用等離子體的平行平板型的基板處理裝置和基板處 理方法。
背景技術(shù)：
在平行平板型的基板處理裝置中，具備相互平行地配置的上部電
極和下部電極，對該上部電極或下部電極施加RF (高頻)而產(chǎn)生等離 子體，利用該等離子體處理放置在下部電極上的基板(晶片)。
并且，為了控制等離子體密度和從等離子體向基板射入的離子的 能量，提案有對下部電極疊加施加RF (高頻)和脈沖負(fù)電壓的方法。 在該方法中，利用RF控制等離子體密度，利用負(fù)電壓脈沖控制離子的 能量(參照專利文獻(xiàn)l)。
但是，由于近年來的基板的大口徑化和等離子體的高密度化，在 每單位時(shí)間內(nèi)射向基板的離子數(shù)增加。由于該離子帶正電，因此向下 部電極施加的負(fù)電壓被抵消。因此，保持在下部電極上的基板的電壓 發(fā)生變化，向該基板入射的離子的入射能量的變動變大。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-85288號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供能夠有效地抑制電極上的基 板的電壓變化，抑制射向基板的離子的入射能量的變動的基板處理裝 置和基板處理方法。
本發(fā)明的一個(gè)方式的基板處理裝置包括腔室；配置在腔室內(nèi)，
將基板保持在主面上的第一電極；與第一電極相對地配置在腔室內(nèi)的 第二電極；對第一電極施加頻率為40MHz以上的RF電壓的RF電源； 和脈沖電壓施加部，其與RF電壓疊加，向第一電極施加電壓與時(shí)間的 經(jīng)過對應(yīng)地下降的脈沖電壓。
6本發(fā)明的一個(gè)方式的基板處理方法包括在配置于腔室內(nèi)的電極
上保持基板的步驟；對電極施加頻率為40MHz以上的RF電壓的步驟; 和與RF電壓疊加，向電極施加電壓與時(shí)間的經(jīng)過對應(yīng)地下降的脈沖電 壓的步驟。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得有效地抑制電極上的基板的電壓變化，抑 制射向基板的離子的入射能量的變動的基板處理裝置和基板處理方 法。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的基板處理裝置的大致結(jié)構(gòu)圖。 圖2是疊加在下部電極上的電壓的概略波形圖。 圖3是用于說明晶片的電壓上升的圖。 圖4是表示晶片的電壓與時(shí)間的大致關(guān)系的圖。 圖5是表示模擬結(jié)果的一例的圖。
圖6是表示氮化硅膜和SiOC膜的選擇比以及氮化硅膜的腐蝕 (erosion)的關(guān)系的圖。
圖7是第一實(shí)施方式的基板處理裝置的大致結(jié)構(gòu)圖。 圖8是第一實(shí)施方式的脈沖施加部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。 圖9是疊加在下部電極上的電壓的概略波形圖。 圖IO是表示模擬結(jié)果的一例的圖。
圖11是在第一實(shí)施方式的變形例中向下部電極施加的電壓的波形圖。
圖12是在第一實(shí)施方式的變形例中向下部電極施加的電壓的波形圖。
圖13是第二實(shí)施方式的基板處理裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖14是脈沖施加部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
圖15是疊加在下部電極上的電壓的大概波形圖。
圖16是表示模擬結(jié)果的一例的圖。
圖17是第三實(shí)施方式的基板處理裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖18是第三實(shí)施方式的變形例的基板處理裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。圖19是第四實(shí)施方式的基板處理裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖20是第四實(shí)施方式的變形例的基板處理裝置的概略結(jié)構(gòu)圖,
圖21是第五實(shí)施方式的基板處理裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖22是疊加在下部電極上的電壓的概略波形圖。
圖23是表示模擬結(jié)果的一例的圖。
圖24是第六實(shí)施方式的基板處理裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖25是可變電阻部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
符號的說明
1~7基板處理裝置
11蝕刻腔室
12處理氣體導(dǎo)入管
13上部電極
14等離子體
15晶片
16下部電極
17排氣口
18匹配器
19 RF (高頻)電源
20 LPF (Low Pass Filter:低通濾波器)
21 DC電源
31、 41開關(guān)電路(第一、二切換部) 32鋸齒波電源
33、 43 門極觸發(fā)器(gatetrigger)
42a 42f DC電源
51電壓監(jiān)視器(電壓測定部)
52控制電路
61可變電容器
62控制電路
具體實(shí)施例方式
(基板處理裝置的結(jié)構(gòu))圖1是表示現(xiàn)有技術(shù)的基板處理裝置1的概略結(jié)構(gòu)圖。圖2表示 疊加在下部電極16上的電壓的概略波形圖。在圖2中，縱軸表示電壓
(Voltage),橫軸表示時(shí)間(w)。在此，作為現(xiàn)有的基板處理裝置， 對平行平板型的RIE (Reactive Ion Etching:反應(yīng)性離子蝕刻)裝置進(jìn) 行說明。
晶片(Wafer) 15為該實(shí)施方式的基板處理裝置1的處理對象。蝕 刻腔室11保持進(jìn)行晶片15的處理所必需的環(huán)境。處理氣體導(dǎo)入管12 導(dǎo)入進(jìn)行晶片15的處理所必需的處理氣體。
下部電極16具備用于保持晶片15的靜電吸盤。上部電極13與下 部電極16的上部相對地設(shè)置，其一端接地。該上部電極13和下部電 極16形成平行平板電極。
等離子體14通過施加在下部電極16上的RF而產(chǎn)生。形成該等離 子體14的離子在圖1中的箭頭的方向射向晶片15。在該基板處理裝置 1中，利用等離子體14對晶片15進(jìn)行蝕刻處理。
排氣口 17與未圖示的壓力調(diào)整閥、排氣泵連接。蝕刻腔室11內(nèi) 的氣體從排氣口 17被排氣，蝕刻腔室11內(nèi)的壓力被保持為一定。RF 電源19產(chǎn)生向下部電極16施加的RF。匹配器18使RF電源19和等 離子體14的阻抗匹配。
DC脈沖電源21將圖2所示的波形的電壓(DC脈沖(Pluse))向 LPF (低通濾波器)20輸入。如圖2所示，在現(xiàn)有技術(shù)的基板處理裝 置1中，向下部電極16施加在1個(gè)脈沖內(nèi)電壓不發(fā)生變化的矩形波狀 的電壓。LPF20防止來自RF電源19的高頻RF成分進(jìn)入DC脈沖電源 21。
(基板處理裝置的動作)
首先，利用未圖示的搬送機(jī)構(gòu)將晶片15搬送到被抽真空并達(dá)到規(guī) 定的壓力的蝕刻腔室ll內(nèi)。接著，利用下部電極16具備的靜電吸盤， 將晶片15保持在下部電極16上。
接著，從處理氣體導(dǎo)入管12導(dǎo)入進(jìn)行晶片15的處理所必需的處 理氣體。這時(shí)，導(dǎo)入到蝕刻腔室ll內(nèi)的處理氣體，通過未圖示的壓力 調(diào)整閥和排氣泵從排氣口 17以規(guī)定的速度被排氣。其結(jié)果是，蝕刻腔 室ll內(nèi)的壓力被保持為一定。接著，從RF電源19經(jīng)匹配器18向下部電極16施加RF。另外， 來自DC脈沖電源21的圖2所示的脈沖電壓與RF疊加并被施加在下 部電極16上。
并且，利用來自RF電源19的RF電力控制等離子體密度，利用 來自DC脈沖電源21的負(fù)電壓控制射向晶片15的離子的能量，對保 持在下部電極16上的晶片15進(jìn)行蝕刻處理。 (處理中的晶片的電壓變化)
圖3是用于說明晶片15的電壓變化的圖。此外，對與在圖1中說 明過的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的符號，省略重復(fù)的說明。圖4是表 示晶片15的電壓變化和時(shí)間的概略關(guān)系的圖。在圖4中，縱軸表示電 壓(Voltage)。此外，橫軸表示時(shí)間(w)。其中，在圖4中，電壓朝 向縱軸方向上側(cè)降低(負(fù)電壓增加)。
如圖3所示，形成等離子體14的離子帶正電。該離子射向被施加 負(fù)電壓的下部電極16上的晶片15。
如上所述，近年來，晶片15趨于大口徑化，而且，由于等離子體 14趨于高密度化，因此在每單位時(shí)間內(nèi)射向晶片15的離子數(shù)增加。由 于該離子，通過下部電極16向晶片15施加的負(fù)電壓被抵消，如圖4 所示，晶片15的電壓隨著時(shí)間而上升。
圖5是模擬施加圖2所示的波形的電壓的情況下的晶片15和下部 電極16的電壓的變化的圖。在圖5中，縱軸表示電壓(Voltage),橫 軸表示時(shí)間(]is)。
通過以下方式，能夠模擬電壓的變化。使用等離子體模擬器 (G.chen，LL.Raja,J.Appl.Phys.96，6073(2004))計(jì)算等離子體密度、電子 溫度、陰極鞘(cathode sheath)靜電電容、陽極靜電電容。與這些等 離子體密度等對應(yīng)的等離子體14能夠利用使用由電容器、電流源、二 極管構(gòu)成的2個(gè)鞘、和電阻的模型表示。在電路模擬器(PSpice)中應(yīng) 用該模型，能夠分析所施加的負(fù)電壓引起的晶片15的電壓變化。
以下表示計(jì)算條件。
晶片直徑300mm
上部電極13和下部電極16的距離50mm 下部電極16的靜電吸盤電容10nF負(fù)電壓脈沖的頻率200kHz 蝕刻腔室11內(nèi)壓力40mTorr (約5.3Pa) RF頻率/電力100MHz/1000W 以下表示計(jì)算結(jié)果。 等離子體密度lxlO"個(gè)/m3 電子溫度3.0eV 陰極鞘靜電電容280pF 陽極靜電電容14nF
接著，使用電路模擬器(PSpice)，分析施加負(fù)電壓的晶片15的電 壓變化。
實(shí)線101為下部電極16的電壓。虛線102為通過LPF20向下部電 極16施加的電壓。如利用圖3、 4所說明的那樣，帶正電的離子從等 離子體14射向晶片15。因此，在向下部電極16施加虛線102所示那 樣的1個(gè)脈沖內(nèi)的電壓為一定的電壓的情況下，如虛線101所示，晶 片15的電壓隨時(shí)間而上升，最終，在1個(gè)脈沖內(nèi)電壓上升大約250伏 特(Voltage )。
這樣，在向下部電極16疊加施加RF和脈沖負(fù)電壓的現(xiàn)有技術(shù)的 基板處理裝置1中，由于晶片15的電壓發(fā)生變化，因此在晶片15的 處理中射入的離子的入射能量的變動變大。此外，因?yàn)殡x子的入射能 量的變動大，所以晶片15的加工精度惡化。
在此，1個(gè)脈沖內(nèi)的晶片15的電壓變化由以下的式(1)、 (2)表
V(t) = VpulSe(t)+{z.e.S.B.No.(k.Te/mi)l/2/c}.tpulse……式(i) tpulse=Duty/ lse ……式(2)
V (t)為晶片15的電壓的時(shí)間變化。Vpulse為從脈沖電源21施 加的電壓的時(shí)間變化。S為下部電極16的面積。B為Bohm常數(shù)。NO 為等離子體14的密度(電子密度)。k為玻爾茲曼(Boltzmann)常數(shù)。 Te為電子溫度。mj為形成等離子體14的離子的質(zhì)量。e為元電荷。Z 為離子價(jià)數(shù)。C為下部電極16具備的靜電吸盤和包括靜電吸盤的電路
ii的合成靜電電容。tp^e為DC脈沖的1周期之中的施加時(shí)間。Duty為 脈沖的施加占空(duty)比。(Op^e為脈沖頻率。
根據(jù)式(1)可知，以下的對策(1) ~ (3)對控制晶片15的電壓 上升有效。
(1) 使Vpulse的值隨著時(shí)間經(jīng)過而下降。
(2) 增大靜電吸盤和包括靜電吸盤的電路的合成靜電電容C。
(3) 提高脈沖的頻率，或者降低Duty比(縮短1個(gè)脈沖的時(shí)間)。 在此，認(rèn)為，在技術(shù)上難以制作高頻的脈沖電源，此外處理特性
發(fā)生變化。因此在采用對策(3)的情況下，比較現(xiàn)實(shí)的是降低Duty 比。
另外， 一般，由于對Low-K材料進(jìn)行微細(xì)加工的情況下的處理窗 口 (Process Window)的寬度非常狹窄，所以優(yōu)選晶片15的電壓變化 抑制為50V以下。以下，說明其理由。
圖6是表示對作為掩模的SbN4膜(以下，稱為氮化硅膜)和SiOC 膜(以下稱為Low-K (低介電性)膜)進(jìn)行蝕刻處理的情況下的氮化 硅膜與Low-K膜的選擇比以及氮化硅膜的腐蝕(Erosion)和窗口 15 的偏置電壓的關(guān)系的圖。
其中，所謂腐蝕，是圖形的部分喪失，以蝕刻后的掩模上表面尺 寸/蝕刻前的掩模上表面尺寸表示。 一般而言，當(dāng)該值小于0.7時(shí)露出 基底。因此，必須使腐蝕在0.7以上而對晶片15進(jìn)行處理。
圖6的實(shí)線103表示氮化硅膜的腐蝕。虛線104表示氮化硅膜與 Low-K膜的選擇比。另外，左縱軸表示氮化硅膜的腐蝕，右縱軸表示 氮化硅膜與Low-K膜的選擇比，橫軸表示偏置電壓。
如實(shí)線103所示，氮化硅膜的腐蝕直到偏置電壓為-200V為止幾乎 不發(fā)生，但是當(dāng)成為-200V以下時(shí)其值急劇減少。并且當(dāng)偏置電壓成為 -300V時(shí)腐蝕的值為作為允許界限的0.7以下。
另外，如虛線104所示，氮化硅膜與Low-K膜的選擇比，在偏置 電壓為-400V至-250V之間時(shí)為大致一定的值，在比-250V高或者比 400V低的偏置電壓下，氮化硅膜與Low-K膜的選擇比變小。
如上所述，在對Low-K膜進(jìn)行蝕刻處理的情況下，如果偏置電壓 為-250V以下則氮化硅膜與Low-K膜的選擇比變得充分大，而在偏置電壓為-300V以下時(shí)腐蝕成為作為允許界限的0.7以下。因此，如上所 述，優(yōu)選將偏置電壓的變化控制在50V左右以下。
以下，對用于有效地抑制晶片15的電壓變化的實(shí)施方式進(jìn)行說明。 (第一實(shí)施方式)
圖7是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的基板處理裝置2的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖8是脈沖施加部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。圖9是疊加在下部電極16上的電壓 的概略波形圖。在圖9中，縱軸表示電壓(Voltage)，橫軸表示時(shí)間(p)。
鋸齒波電源32向開關(guān)電路(第一切換部)31輸出圖9的波形線 106所示的鋸齒波形的電壓。另外，鋸齒波電源32向門極觸發(fā)器33 輸入同步信號。同步信號在圖9的波形線106所示的鋸齒波形的任意 的點(diǎn)，例如鋸齒波形的每個(gè)電壓最低的點(diǎn)或每個(gè)電壓最高的點(diǎn)向門極 觸發(fā)器33被輸入。
門極觸發(fā)器33，根據(jù)從鋸齒波電源32輸入的同步信號，向開關(guān)電 路31輸入用于進(jìn)行0N (導(dǎo)通)/OFF (斷開)的切換的信號。具體而 言，當(dāng)從鋸齒波電源32接收到同步信號時(shí)，以規(guī)定的間隔輸入ON信 號和OFF信號。
開關(guān)電路(第一切換部)31，根據(jù)從門極觸發(fā)器33輸入的信號， 對于將從鋸齒波電源32輸入的電壓輸向LPF20的動作進(jìn)行ON/OFF 的切換。具體而言，當(dāng)從門極觸發(fā)器33接收到ON信號時(shí)，連接與鋸 齒波電源32的開關(guān)，向LPF20輸入電壓。另外，當(dāng)從門極觸發(fā)器33 接收到OFF信號時(shí)，切斷與鋸齒波電源32的開關(guān)，阻斷向LPF20的 電壓的輸入，接地。
其結(jié)果是，由圖9的實(shí)線105表示的波形電壓被輸向LPF20。
另夕卜，RF電源19通過匹配器18向下部電極16施加40MHz以上 的RF。關(guān)于其它的構(gòu)成要素，由于在圖l中已進(jìn)行說明，所以對共同 的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的符號，省略說明。其中，由開關(guān)電路31、鋸齒 波電源32和門極觸發(fā)器33構(gòu)成脈沖電壓施加部。
圖10是模擬在向下部電極16施加圖9的實(shí)線105所示的波形的 電壓的情況下的晶片15的電壓的變化的圖。在圖10中，縱軸表示電 壓(Voltage),橫軸表示時(shí)間(w)。此外，模擬條件、方法與在圖5 中說明過的條件、方法相同。實(shí)線107為晶片15的電壓。虛線108是經(jīng)LPF20向下部電極16 施加的電壓。虛線108是，為了抵消由于離子從等離子體14射入而引 起的晶片15的電壓上升，向下部電極16輸入在1個(gè)脈沖內(nèi)電壓大約 下降250伏特(Voltage)的波形電壓。
如上所述，在該第一實(shí)施方式的基板處理裝置2中，具備輸出 鋸齒形狀的波形電壓的鋸齒波電源32;根據(jù)從鋸齒波電源32輸入的同 步信號，向開關(guān)電路31輸入用于進(jìn)行ON/OFF的切換的信號的門極觸 發(fā)器33;和根據(jù)來自門極觸發(fā)器33的信號切換從鋸齒波電源32輸入 的電壓的ON/OFF的開關(guān)電路31。并且，如圖9的實(shí)線105所示，向 下部電極16施加1個(gè)脈沖內(nèi)的電壓與時(shí)間對應(yīng)地降低(負(fù)電壓增加) 的脈沖電壓。
因此，能夠有效地抑制保持在下部電極16上的晶片15的電壓變 化，能夠?qū)⒕?5的電壓變化抑制在50V以下。另外，由于能夠抑制 晶片15的處理中的下部電極16的電壓變化，所以能夠抑制向晶片15 入射的離子的入射能量的變動。另外，由于向晶片15入射的離子的入 射能量的變動被抑制，所以晶片15的加工精度變得良好。 (第一實(shí)施方式的變形例)
圖11、 12是在該第一實(shí)施方式的變形例中向下部電極16施加的 電壓的波形圖。在第一實(shí)施方式中，如在圖9中所說明的那樣，通過 開關(guān)電路31對從鋸齒波電源32輸出的鋸齒形狀的波形電壓進(jìn)行截取， 向下部電極16施加1個(gè)脈沖內(nèi)的電壓與時(shí)間對應(yīng)地降低的脈沖電壓。
但是，如果能夠?qū)⑽g刻處理中的晶片15的電壓變化抑制在50V以 下，則不一定需要使用鋸齒形狀的波形電壓。因此，也可以通過開關(guān) 電路對圖11的虛線所示的三角波或圖12的虛線所示的正弦波進(jìn)行截 取，如以圖11或圖12的實(shí)線所示那樣向下部電極16施加1脈沖內(nèi)的 電壓與時(shí)間對應(yīng)地降低的脈沖電壓。另外，雖然未圖示，但是也可以 如式(1)所說明的那樣縮短l個(gè)脈沖的時(shí)間。在此情況下也能夠得到 與第一實(shí)施方式相同的效果。
另外，如下所述，也能夠取得同步。即，在取得同步的規(guī)定的時(shí) 刻從門極觸發(fā)器33向鋸齒波電源32和開關(guān)電路(第一切換部)31輸 入信號。
14(第二實(shí)施方式)
圖13是第二實(shí)施方式的基板處理裝置3的概略結(jié)構(gòu)圖。圖14是脈沖施加部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。圖15是疊加在下部電極16上的電壓的概略波形圖。在圖15中，縱軸表示電壓(Voltage),橫軸表示時(shí)間(p)。
DC電源42a 42f向開關(guān)電路41輸入相互不同的負(fù)電壓。門極觸發(fā)器43向開關(guān)電路41輸入用于進(jìn)行DC電源42a 42f的開關(guān)的信號。開關(guān)電路(第二切換部)41具備分別與DC電源42a 42f對應(yīng)的開關(guān)41a 41f。
開關(guān)41a 41f根據(jù)從門極觸發(fā)器43輸入的信號切換ON/OFF。具體而言，當(dāng)從門極觸發(fā)器43接收到ON信號時(shí)，連接開關(guān)41a 41f，向LPF20輸入電壓。另外，當(dāng)從門極觸發(fā)器43接收到OFF時(shí)，切斷開關(guān)41a 41f，阻斷向LPF20的電壓的輸入。其中，開關(guān)41a 41f的控制獨(dú)立進(jìn)行。
對于其它的構(gòu)成要素，由于在圖1中已進(jìn)行說明，因此對于共同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的符號，省略重復(fù)說明。此外，由開關(guān)電路41、DC電源42a 42f和門極觸發(fā)器43構(gòu)成脈沖電壓施加部。
在該第二實(shí)施方式中，為了獲得以圖15的實(shí)線表示的電壓波形，進(jìn)行以下的說明的控制。此外，令1個(gè)脈沖內(nèi)的電壓上升為250V， 1個(gè)脈沖的時(shí)間為36p。
DC電源42a輸出-500V。 DC電源42b輸出-550V。 DC電源42c輸出-600V。 DC電源42d輸出-650V。 DC電源42e輸出-700V。 DC電源42f輸出-750V。
門極觸發(fā)器43每6ns向開關(guān)電路41輸入信號。開關(guān)電路41根據(jù)來自門極觸發(fā)器43的信號，切換從DC電源42a 42f輸入的電壓，經(jīng)LPF20向下部電極16施加。
圖16是模擬向下部電極16施加圖15所示的波形的電壓的情況下的晶片15的電壓變化的圖。在圖16中，縱軸表示電壓(Voltage),橫軸表示時(shí)間(Kis)。此外，模擬條件、方法與在圖5中說明的條件、方法相同。
實(shí)線109為晶片15的電壓的波形。虛線110為向下部電極16施加的電壓的波形。通過門極觸發(fā)器43和開關(guān)電路41，以一定間隔切換從DC電源42a 42f輸出的負(fù)電壓。因此，如虛線110所示的那樣，向下部電極16施加的電壓階段地變化為-500V、 -550V、 -600V、 -650V、-700V、 -750V。
其結(jié)果是，能夠?qū)?個(gè)脈沖內(nèi)的晶片15的電壓的變化如實(shí)線109所示那樣控制為大約50V左右。此外，DC電源的數(shù)目并不局限于6個(gè)，能夠改變。
如上所述，在該第二實(shí)施方式的基板處理裝置3中，具備輸出相互不同的負(fù)電壓的多個(gè)DC電源42a 42f;和選擇從該多個(gè)DC電源輸出的電壓而向下部電極16施加的開關(guān)電路41。并且，向下部電極16施加在1個(gè)脈沖內(nèi)電壓階段地降低的波形的電壓。
因此，能夠有效地抑制保持在下部電極16上的晶片15的電壓變化，能夠?qū)⒕?5的電壓變化抑制在50V以下。其它的效果與第一實(shí)施方式相同。
此外，還可以具備受理用戶的輸入的輸入受理部，例如在處理方案中設(shè)定DC電源42a 42f的輸出電壓、和門極觸發(fā)器43的DC電源42a 42f的切換時(shí)刻。(第三實(shí)施方式)
圖17是第三實(shí)施方式的基板處理裝置4的概略結(jié)構(gòu)圖。電壓監(jiān)視器(電壓測定部)51測定下部電極16的電壓，向切換指示電路52輸入所測定到的電壓。切換指示電路52，根據(jù)從電壓監(jiān)視器51輸入的下部電極16的電壓向開關(guān)電路41指示DC電源42a 42f的切換。
具體而言，為了將下部電極16上的晶片15的電壓變化控制為50V以下，切換指示電路52每當(dāng)從電壓監(jiān)視器51輸入的電壓上升50V時(shí)，向開關(guān)電路41輸入對開關(guān)電路41所具備的開關(guān)41a 41f指示ON/OFF
的信號。
開關(guān)電路41根據(jù)來自切換指示電路52的指示，進(jìn)行開關(guān)電路41a 41f的ON或OFF。因此，向下部電極16施加的電壓階段地變化為-500V、畫550V、 -600V、 -650V、 -700V、 -750V。
關(guān)于其它的構(gòu)成要素，由于在圖l、圖13中已進(jìn)行說明，因此對于共同的構(gòu)成要素標(biāo)注同一符號，省略重復(fù)說明。如上所述，在該第三實(shí)施方式的基板處理裝置4中，具備測定下部電極16的電壓的電壓監(jiān)視器51;和根據(jù)由電壓監(jiān)視器51測定到
的下部電極16的電壓向開關(guān)電路41指示DC電源42a 42f的切換的切換指示電路52。
因此，能夠有效地抑制保持在下部電極16上的晶片15的電壓變化，能夠?qū)⒕?5的電壓變化抑制在50V以下。其它的效果與第一實(shí)施方式相同。
此外，也可以代替電壓監(jiān)視器51而具備測定等離子體14的電子密度的等離子體監(jiān)視器(朗繆爾測量儀等的等離子體測定部)。根據(jù)由該等離子體監(jiān)視器測定到的等離子體14的電子密度或電子溫度向開關(guān)電路41進(jìn)行切換指示，也能夠獲得同樣的效果。例如，在等離子體的電子密度為高的等離子體的情況下，加快開關(guān)電路41進(jìn)行的DC電源切換時(shí)刻，加快電壓上升，由此能夠?qū)⒕?5的電壓變化抑制在50V以下。
另外，與第二實(shí)施方式相同，也可以還具備受理用戶的輸入的輸入受理部，根據(jù)電壓監(jiān)視器51測定到的下部電極16的電壓，或由等離子體監(jiān)視器測定到的電子溫度、電子密度，設(shè)定DC電源42a 42f的輸出電壓。另外，DC電源的數(shù)目并不限定于6個(gè)，能夠進(jìn)行變更。(第三實(shí)施方式的變形例)
圖18是第三實(shí)施方式的變形例的基板處理裝置5的概略結(jié)構(gòu)圖。在該第三實(shí)施方式的變形例中，按照以下方式構(gòu)成根據(jù)由電壓監(jiān)視器51測得的下部電極16的電壓，或由等離子體監(jiān)視器測得的電子溫度、電子密度，改變鋸齒波電源32的電壓變動傾斜度，由此將晶片l5的電壓變化抑制得較小。
例如，在下部電極16的電壓上升較大的情況下，或者等離子體14的電子密度較大，或者電子溫度較高的情況下，通過使鋸齒波電源32的電壓變動傾斜度急劇，能夠?qū)⒕?5的電壓變化抑制在50V以下。對于其它的構(gòu)成要素，由于在圖1中已進(jìn)行說明，因此對于共同的構(gòu)成要素，標(biāo)注相同的符號，省略重復(fù)說明。(第四實(shí)施方式)
圖19是第四實(shí)施方式的基板處理裝置6的概略結(jié)構(gòu)圖?？勺冸娙萜?1為能夠改變靜電電容的電容器。該可變電容器61與具備靜電吸盤的下部電極16串聯(lián)連接?？刂齐娐?2根據(jù)從電壓監(jiān)視器51輸入的下部電極16的電壓使可變電容器61的靜電電容改變。具體而言，增大開始的靜電吸盤的靜電電容，使用可變電容器61將合成靜電電容C降低至規(guī)定的值。當(dāng)從電壓監(jiān)視器51輸入的電壓上升時(shí)，控制電路62與該上升對應(yīng)地使可變電容器61的靜電電容增加，使與靜電吸盤的合成靜電電容C增加。
關(guān)于其它的構(gòu)成要素，由于在圖1中已進(jìn)行說明，因此對于共同的構(gòu)成要素，標(biāo)注相同的符號，省略重復(fù)說明。
可變電容器61的位置，可以與下部電極16串聯(lián)連接，也可以位于進(jìn)行疊加的RF電路內(nèi)的串聯(lián)位置。另夕卜，進(jìn)行疊加的DC脈沖電路內(nèi)的串聯(lián)位置，例如如圖20所示的基板處理裝置7那樣，可以在LPF20的前后，或者在LPF20或脈沖電源21的內(nèi)部串聯(lián)地設(shè)置。通過增加可變電容器61的靜電電容，與靜電吸盤的合成靜電電容C增加，能夠?qū)⒕?5的電壓變化抑制為較低。
如上所述，該第四實(shí)施方式的基板處理裝置6具備測定下部電極16的電壓的電壓監(jiān)視器51;和根據(jù)由電壓監(jiān)視器51測定到的下部電極16的電壓使可變電容器61的靜電電容增加，從而使合成靜電電容C增加的控制電路62。
因此，能夠有效地抑制保持在下部電極16上的晶片15的電壓變化，能夠?qū)⒕?5的電壓變化抑制在50V以下。其它的效果與第一實(shí)施方式相同。
另外，在僅利用第一 第三實(shí)施方式所具備的構(gòu)成要素時(shí)，晶片15的電壓變化過大的情況下，通過使合成電容器電容C增加，能夠?qū)⒕?5的電壓變化抑制在50V以下。(第五實(shí)施方式)
圖21為第五實(shí)施方式的基板處理裝置8的概略結(jié)構(gòu)圖?；逄幚硌b置8包括脈沖電壓產(chǎn)生部71、控制部72、和等離子體監(jiān)視器73。脈沖電壓產(chǎn)生部71生成脈沖組電壓波形。
圖22表示疊加在下部電極16上的脈沖組電壓波形的一例。在圖22中，縱軸方向表示電壓(Voltage),橫軸方向表示時(shí)間(s)。在該脈沖組電壓波形中，重復(fù)包含多個(gè)脈沖狀波形(脈沖組)的期間ttl，和
不包含脈沖狀波形的期間(脈沖組間的休止時(shí)間)t2。在期間ttl中，以休止時(shí)間(脈沖間的休止時(shí)間)tl、頻率col (脈沖間的時(shí)間間隔厶t
(=l/col))，重復(fù)N1個(gè)脈沖狀波形。
在圖22所示的脈沖狀波形中，存在電壓為V0 (通常為0V)、 Vtop的一定電壓的期間。相對于此，允許在該期間的某程度的電壓的變動。即，作為脈沖狀波形，除純粹的脈沖波形以外，也允許使用疑似脈沖
(例如sin波)。
控制部72控制脈沖組電壓波形。控制部72控制脈沖的個(gè)數(shù)Nl、頻率col、休止時(shí)間tl、 t2的至少任意一個(gè)。
圖23是模擬向下部電極16施加圖22所示的脈沖組電壓波形的情況下的晶片15的電壓的變化的圖。在此，比較圖5的晶片15和下部電極16的電壓的變化(圖2所示的單一脈沖波形的情況)并加以表示。在圖23中，縱軸表示電壓(Voltage),橫軸表示時(shí)間(ps)。此外，模擬條件、方法與在圖5中說明的條件、方法相同。
曲線701-703對應(yīng)于脈沖組電壓波形。曲線701(虛線)為經(jīng)LPF20向下部電極16施加的電壓，與圖22所示的脈沖組電壓波形對應(yīng)。曲線702 (實(shí)線)為這時(shí)的晶片15的電壓。伴隨脈沖電壓的施加，晶片15的電壓發(fā)生變動，與l個(gè)脈沖對應(yīng)的電壓具有峰值。曲線703表示該峰值電壓Vp的時(shí)間上的變動(傾斜度)。伴隨時(shí)間的變動，峰值電壓Vp的絕對值減少，在1個(gè)脈沖組產(chǎn)生電壓降A(chǔ)Vp。
另一方面，曲線801-803與單一脈沖電壓波形對應(yīng)。曲線801 (虛線)為經(jīng)LPF20向下部電極16施加的電壓，與圖2所示的單一脈沖電壓波形對應(yīng)。曲線802 (實(shí)線)為這時(shí)的晶片15的電壓。曲線803表示該電壓的時(shí)間上的變動(傾斜度)。伴隨時(shí)間的變動，電壓的絕對值減少，在1個(gè)脈沖中產(chǎn)生電壓降A(chǔ)V。
在圖23中，使脈沖組電壓波形中的期間ttl與單一脈沖電壓波形中的脈沖寬度tw相同。這時(shí)，前者的電壓降A(chǔ)Vp比后者的電壓降A(chǔ)V小(AVp<AV)。 g卩，判斷脈沖組電壓波形與單一脈沖電壓波形相比難以產(chǎn)生電壓降。
通過使用脈沖組電壓波形，產(chǎn)生以下所述的優(yōu)點(diǎn)(1) (3)。(1) 通過調(diào)節(jié)脈沖的個(gè)數(shù)N1，能夠進(jìn)行控制，使晶片15的峰值電壓Vp (t)的變化(電壓降)AVp成為50V以下。
基于脈沖組電壓波形的電壓V (t)的變化由以下的式(3)表示。另外，l個(gè)脈沖組中的峰值電壓Vp的變化(電壓降)AVp由以下的式(4)表示。
<formula>formula see original document page 20</formula>V (t)為晶片15的電壓的時(shí)間變化。Vpulse為從脈沖電壓產(chǎn)生部71施加的電壓的時(shí)間變化。S為下部電極16的面積。B為Bohm常數(shù)。No為等離子體14的密度(電子密度)。k為波爾茲曼常數(shù)。Te為電子溫度。mi為形成等離子體14的離子的質(zhì)量。e為元電荷。Z為離子價(jià)數(shù)。C為下部電極16具備的靜電吸盤和包括靜電吸盤的電路的合成靜電電容。teff為有效脈沖施加時(shí)間(在1個(gè)脈沖組中，有效施加脈沖電壓的時(shí)間)。(ol為脈沖的頻率。
根據(jù)該公式(5)，判斷能夠利用脈沖的個(gè)數(shù)Nl控制電壓降A(chǔ)Vp。此外，利用休止時(shí)間tl、頻率col也能夠控制電壓降A(chǔ)V。電壓降A(chǔ)Vp由等離子體密度No、電子溫度Te、電容C、電阻R、離子質(zhì)量mi、有
效脈沖施加時(shí)間teff決定。
(2) 與DC脈沖波形相比較，在脈沖組電壓波形中，電壓降的傾斜度變得平緩。
如上所述，脈沖組電壓波形與單一脈沖電壓波形相比，較難以產(chǎn)生電壓降。這是由于休止時(shí)間tl中的電子電流導(dǎo)致的電壓恢復(fù)效果。即，在休止時(shí)間tl中，蓄積在晶片15上的電荷被釋放。這也表示有效
脈沖施加時(shí)間teff依賴與休止時(shí)間tl的情況。
(3) 并不是通過各個(gè)脈沖，而是通過1個(gè)脈沖組，能夠控制離子。如以下的式(6)所示，使休止時(shí)間tl比等離子體離子的時(shí)間常數(shù)
(1/cop)短。其結(jié)果是，能夠使得各個(gè)脈沖本身不會對離子的動作施加較大的影響。即，由于離子的動作不追隨各個(gè)脈沖的電壓變化，因?qū)﹄x子而言，感覺到1個(gè)脈沖組如同1個(gè)脈沖。
tl < 1/cop (秒) ……式(6)
cop (=e2No/somi) 1/2:等離子體離子頻率
e:元電荷
SO:真空的介電常數(shù) mi:離子的質(zhì)量 No:等離子體的密度
根據(jù)公式(6)，例如如果使等離子體離子頻率cop為5 (MHz), 則休止時(shí)間tl大約為0.2 (psec)左右以下。這樣，并不是通過各個(gè)脈 沖，而是能夠通過1個(gè)脈沖組的整體控制離子。在此情況下，根據(jù)1 個(gè)脈沖組中的電壓的平均值(平均施加電壓)，離子實(shí)質(zhì)上進(jìn)行移動， 射入晶片15， g卩，即使使用脈沖組電壓波形，也能夠確保離子的入射 能量的均勻性。
另一方面，離子的入射能量依賴于平均施加電壓是指，為了增大 離子的入射能量，需要更大的脈沖電壓。但是，如果脈沖電壓充分大， 則即使使脈沖電壓一定，也能夠調(diào)整平均施加電壓(甚至離子的入射 能量)。即，能夠利用脈沖的個(gè)數(shù)N1、頻率col、休止時(shí)間tl調(diào)整離子 的入射能量。
等離子體監(jiān)視器73是測定等離子體14的電子密度或電子溫度的 例如朗繆爾測量儀。
控制部72能夠根據(jù)該測定結(jié)果控制脈沖組電壓波形。例如，在電 子密度高的等離子體的情況下，通過控制脈沖數(shù)N1、脈沖的頻率col、
休止時(shí)間tl而使得有效脈沖施加時(shí)間teff變小，能夠抑制晶片15的電
壓變化。
另外，也可以替換等離子體監(jiān)視器73而使用電壓監(jiān)視器測定下部 電極16的電壓。當(dāng)下部電極16的電壓變化較大時(shí)，通過控制脈沖數(shù)
Nl、脈沖的頻率COl、休止時(shí)間tl使得有效脈沖施加時(shí)間teff變小。其
結(jié)果是，能夠抑制下部電極16的電壓的變化。
關(guān)于其它的構(gòu)成要素，由于在圖1中已進(jìn)行說明，所以對于共同 的構(gòu)成要素，標(biāo)注相同的符號，省略重復(fù)說明。 (第六實(shí)施方式)圖24為第六實(shí)施方式的基板處理裝置7的概略結(jié)構(gòu)圖。基板處理 裝置7包括可變電阻部81、電阻控制部82、等離子體監(jiān)視器73。
如圖25所示，可變電阻部81具有電阻811、開關(guān)812，通過開關(guān) 812的ON/OFF，能夠改變電阻值。作為開關(guān)812，能夠利用雙極型晶 體管、MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor: MOS場效應(yīng)晶體管)、IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵 極雙極型晶體管)等。開關(guān)812的時(shí)間常數(shù)為數(shù)10MHz左右即可。在 此，表示3組的電阻811、開關(guān)812。相對于此，也能夠使用更多組(例 如，10-100組)的電阻811、開關(guān)812。當(dāng)使用多組電阻811、開關(guān)812 時(shí)，能夠更加精細(xì)地使可變電阻部81的電阻變化。
電阻控制部82操作開關(guān)812，控制可變電阻部81的電阻值。
在此，1個(gè)脈沖內(nèi)的晶片15的電壓變化V (t)由以下的式(7) 表示。另外，在1個(gè)脈沖中的電壓的變化(電壓降)AV由以下的式(8)
表不o
V(t) = Vconst + {S . B . No . (k . Te/mi) 1/2 }
{[Duty/(,lse.C)]2+R2}1/2……式(7)
△V = +(S.B.No.(k.Te/mi)1/2
,([Duty/(w一,C)]2+R卞……式(8)
V (t)為晶片15的電壓的時(shí)間變化。Vconst為從脈沖電源21施 加的脈沖的電壓。S為下部電極16的面積。B為Bohm常數(shù)。N0為等 離子體14的密度(電子密度)。k為波爾茲曼常數(shù)。Te為電子溫度。 mi為形成等離子體14的離子的質(zhì)量。C為下部電極16具備的靜電吸 盤和包括靜電吸盤的電路的合成靜電電容。Duty為脈沖的施加占空比。 COpuke為脈沖頻率。R為可變電阻部81的電阻。
如式(8)所示，通過減小電阻R，能夠抑制電壓V (t)的變動。
等離子體監(jiān)視器73是測定等離子體14的電子密度或電子溫度的 裝置，例如為朗繆爾測量儀。
電阻控制部82能夠根據(jù)等離子體監(jiān)視器73的測定結(jié)果(電子密
22度或電子溫度)控制電阻R。例如，根據(jù)等離子體的電子密度，以使 得電阻R變小的方式控制可變電阻部81,能夠抑制晶片15的電壓變 化。
另外，也可以代替等離子體監(jiān)視器73而使用電壓監(jiān)視器測定下部 電極16的電壓。當(dāng)下部電極16的電壓的變化較大時(shí)，控制可變電阻 部81，使電阻R減小。其結(jié)果是能夠控制下部電極16的電壓的變化。
對于其它的構(gòu)成要素，由于在圖1中已進(jìn)行說明，因此對于共同 的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號，省略重復(fù)說明。 (其它的實(shí)施方式)
此外，本發(fā)明并不僅限定于上述實(shí)施方式，在實(shí)施階段，在不脫 離其主旨的范圍內(nèi)能夠?qū)?gòu)成要素進(jìn)行變形而具體化。例如，作為基 板處理裝置，除R正之外，也能夠應(yīng)用于等離子體CVD(Chemical Vapor Deposition)裝置等。
權(quán)利要求
1.一種基板處理裝置，其特征在于，包括腔室；配置在所述腔室內(nèi)，將基板保持在主面上的第一電極；與所述第一電極相對地配置在所述腔室內(nèi)的第二電極；對所述第一電極施加頻率為40MHz以上的RF電壓的RF電源；和脈沖電壓施加部，其與所述RF電壓疊加地向所述第一電極施加電壓與時(shí)間的經(jīng)過對應(yīng)地下降的脈沖電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的基板處理裝置，其特征在于所述脈沖電壓施加部包括輸出與時(shí)間的經(jīng)過對應(yīng)地周期性下降的電壓的電源；和 以規(guī)定的間隔向所述第一電極施加從所述電源輸出的電壓的第一 切換部。
3. 如權(quán)利要求1所述的基板處理裝置，其特征在于-所述脈沖電壓施加部包括 輸出相互不同的電壓的多個(gè)電源；禾口以規(guī)定的間隔切換從所述電源輸出的電壓并向所述第一電極施加 該電壓的第二切換部。
4. 如權(quán)利要求3所述的基板處理裝置，其特征在于 所述脈沖電壓施加部包括測定所述第一電極的電壓的電壓測定部或測定等離子體狀態(tài)的等 離子體測定部；和切換指示部，其根據(jù)所述電壓測定部或等離子體測定部的測定結(jié) 果，向所述第二切換部指示進(jìn)行從所述電源輸出的電壓的切換。
5. 如權(quán)利要求4所述的基板處理裝置，其特征在于-所述等離子體狀態(tài)為等離子體的電子密度或電子溫度。
6. —種基板處理裝置，其特征在于，包括 腔室；配置在所述腔室內(nèi)，將基板保持在主面上的第一電極； 與所述第一 電極相對地配置在所述腔室內(nèi)的第二電極； RF電源，其向所述第一電極施加頻率為40MHz以上的RF電壓； 脈沖電壓施加部，其將脈沖電壓疊加在所述RF電壓上向所述第一 電極施加；可變電容器，其位于所述第一電極與所述脈沖電壓施加部之間， 與所述第一電極串聯(lián)連接；測定所述第一電極的電壓的電壓測定部或測定等離子體的電子密 度的等離子體測定部；和控制部，其根據(jù)所述電壓測定部或等離子體測定部的測定結(jié)果， 使所述可變電容器的電容量變化。
7. —種基板處理裝置，其特征在于，包括 腔室；配置在所述腔室內(nèi)，將基板保持在主面上的第一電極； 與所述第一電極相對地配置在所述腔室內(nèi)的第二電極； 向所述第一電極施加頻率為40MHz以上的RF電壓的RF電源；和將重復(fù)第一期間和第二期間的電壓波形疊加在所述RF電壓上向 所述第一電極施加的脈沖電壓施加部，其中，所述第一期間是包括以 休止時(shí)間tl、頻率col重復(fù)的N1個(gè)脈沖狀波形的脈沖組波形的第一期 間，所述第二期間是不包括脈沖狀波形、比該休止時(shí)間tl長的休止時(shí) 間t2的第二期間。
8. 如權(quán)利要求7所述的基板處理裝置，其特征在于，還具備 測定所述第一電極的電壓的電壓測定部或測定等離子體電子密度的等離子體測定部；和根據(jù)所述電壓測定部或等離子體測定部的測定結(jié)果，控制所述個(gè)數(shù)N1、頻率col、休止時(shí)間tl、 t2中的至少任意一個(gè)的控制部。
9. 如權(quán)利要求7所述的基板處理裝置，其特征在于所述休止時(shí)間tl由以下的式表示tl < 1/邵(秒)op (=e2No/somi) 1/2:等離子體離子頻率 e:元電荷eo:真空的介電常數(shù)mi:離子的質(zhì)量NO:等離子體的密度。
10. —種基板處理裝置，其特征在于，包括 腔室；配置在所述腔室內(nèi)，將基板保持在主面上的第一電極； 與所述第一電極相對配置在所述腔室內(nèi)的第二電極； 向所述第一電極施加頻率為40MHz以上的RF電壓的RF電源； 與所述RF電壓疊加地向所述第一電極施加脈沖電壓的脈沖電壓 施加部；在所述脈沖電壓施加部與所述第一電極之間設(shè)置的可變電阻；和 控制所述可變電阻的電阻值R的控制部。
11. 如權(quán)利要求1所述的基板處理裝置，其特征在于1個(gè)脈沖內(nèi)或者1個(gè)脈沖組中的保持在所述第一電極上的基板的 電壓變化為50伏特以下。
12. —種基板處理方法，其特征在于，包括 將基板保持在配置于腔室內(nèi)的電極上的步驟； 對所述電極施加頻率為40MHz以上的RF電壓的步驟；禾口 與所述RF電壓疊加地向所述電極施加電壓與時(shí)間的經(jīng)過對應(yīng)地下降的脈沖電壓的步驟。
13. —種基板處理方法，其特征在于，包括 將基板保持在配置于腔室內(nèi)的電極上的步驟； 對所述電極施加頻率為40MHz以上的RF電壓的步驟；和將重復(fù)第一期間和第二期間的電壓波形疊加在所述RF電壓上向 所述電極施加的步驟，其中，所述第一期間是包括以休止時(shí)間tl、頻 率col重復(fù)的Nl個(gè)脈沖狀波形的脈沖組波形的第一期間，所述第二期 間是不包括脈沖狀波形、比該休止時(shí)間tl長的休止時(shí)間t2的第二期間。
全文摘要
本發(fā)明提供基板處理裝置和基板處理方法，其能夠有效地抑制電極上的基板的電壓變化，抑制射向基板的離子的入射能量的變動?；逄幚硌b置包括將基板保持在主面上的第一電極；與第一電極相對的第二電極；向第一電極施加頻率為40MHz以上的RF電壓的RF電源；和疊加在RF電壓上，向第一電極施加電壓與時(shí)間對應(yīng)地下降的脈沖電壓的脈沖電壓施加部。
文檔編號H01J37/32GK101685772SQ20091017562
公開日2010年3月31日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者上夏井健, 大瀬剛, 宇井明生, 山田紀(jì)和, 林久貴, 檜森慎司, 阿部淳 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社