專利名稱：等離子體處理裝置和等離子體處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)被處理基板實(shí)施等離子體處理的技術(shù)，特別涉及周 期性地對(duì)在等離子體處理中使用的高頻的功率迸行調(diào)制的方式的等離 子體處理裝置及等離子體處理方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件、FPD (Flat Panel Display:平板顯示器)的制造工 藝中的蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理中，為了在比較低的溫度下使 處理氣體進(jìn)行良好的反應(yīng)，多利用等離子體。
近年來，制造工藝的設(shè)計(jì)規(guī)則日益精細(xì)，特別是在等離子體蝕刻 中，要求更高的尺寸精度，要求進(jìn)一步提高相對(duì)于蝕刻中的掩模或基 底的選擇比和面內(nèi)均勻性。為此，為了實(shí)現(xiàn)腔室內(nèi)的加工區(qū)域的低壓 力化、低離子能量化，在等離子體生成(高頻放電)中使用40MHz以 上的比以前高得多的頻率的高頻。另外，為了更精細(xì)地控制從等離子 體引向基板的離子的能量(偏壓)，多在載置基板的電極上施加比較低 的頻率(通常在13.56MHz以下)的高頻。
然而，如上所述，隨著低壓力化和低離子能量化的發(fā)展，已經(jīng)不 能忽視當(dāng)前不成為問題的充電破壞(charging damage)的影響。艮卩，在 離子能量高的現(xiàn)有的裝置中，等離子體電位即使在面內(nèi)發(fā)生偏差也不 會(huì)產(chǎn)生很大的問題，但是如果在低壓下離子能量變低，則等離子體電 位的面內(nèi)不均勻易于引起由柵極氧化膜的電荷積累引起的破壞即充電 破壞這樣的問題。
關(guān)于該問題，在專利文獻(xiàn)1中公開了如下方法，設(shè)置電流路徑矯 正單元，使得基于施加在晶片上的高頻偏壓的高頻電流路徑中的、晶 片的外周附近的電流路徑部分朝向?qū)χ秒姌O的晶片相對(duì)面，或者設(shè)置 阻抗調(diào)整單元，使得從高頻偏壓看的至接地為止的阻抗在晶片面內(nèi)大 致均勻。由此，施加高頻偏壓時(shí)產(chǎn)生的自偏壓在晶片面內(nèi)的均勻性提高，能夠抑制大的損傷。
然而，專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)存在以下問題，其需要設(shè)置電流 路徑矯正單元或阻抗調(diào)整單元，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且不能說一定能夠 實(shí)現(xiàn)等離子體處理的面內(nèi)均勻性。
另外，在等離子體處理中，在晶片面內(nèi)離子與電子失去平衡而產(chǎn) 生的局部電場(chǎng)誘發(fā)柵極氧化膜充電直至絕緣破壞，這種方式的充電破 壞也成為問題。例如，在等離子體蝕刻中，雖然離子相對(duì)于晶片的主 面垂直入射，但是電子還從斜方向入射，因此容易隨機(jī)地存在局部的 電荷失去平衡而誘發(fā)充電的位置。這種充電破壞不僅依賴于自偏壓的 面內(nèi)不均勻性，還依賴于蝕刻圖形的分布圖等，所發(fā)生的位置不確定， 利用專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)不能有效地解決。
在防止上述那樣的充電破壞方面，利用占空比可變的H電平/L 電平或?qū)?ON) /斷開(OFF)的脈沖對(duì)在等離子體生成中使用的 高頻的功率進(jìn)行調(diào)制的方式是有效的。
然而，如上述那樣對(duì)在等離子體處理中使用的高頻的功率進(jìn)行脈 沖調(diào)制的方式，由于高頻的功率以脈沖頻率周期性地進(jìn)行變化，等離 子體或離子鞘(sheath)的阻抗周期性地變化，匹配器的自動(dòng)匹配功能 不能與其一致，導(dǎo)致處理容器內(nèi)的等離子體生成/分布特性或離子能量 發(fā)生變動(dòng)，存在不能取得工藝的再現(xiàn)性以及由于反射波而導(dǎo)致高頻電 源過熱或者故障等的問題，難以適用于量產(chǎn)裝置。
專利文獻(xiàn)h日本特開2001 — 185542號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題點(diǎn)而完成的，其目的是提供一 種實(shí)用性較高的等離子體處理裝置、等離子體處理方法和計(jì)算機(jī)可讀 取的存儲(chǔ)介質(zhì)，該等離子體處理裝置在周期性地對(duì)在等離子體處理中 使用的高頻的功率進(jìn)行調(diào)制的方式中，盡可能減少等離子體或離子鞘 的阻抗變動(dòng)以及向高頻電源的反射，確保工藝的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性以及 高頻電源的安全保護(hù)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一方案的等離子體處理裝置包括:
能夠進(jìn)行真空排氣的處理容器；在上述處理容器內(nèi)支撐被處理基板的第一電極；向在上述處理容器內(nèi)設(shè)定在上述第一電極之上的處理空間 供給處理氣體的處理氣體供給部；在上述處理容器內(nèi)激勵(lì)上述處理氣 體生成等離子體的等離子體激勵(lì)部；為了將上述等離子體中的離子引 入上述被處理基板而在上述第一電極上施加第一高頻的第一高頻供電 部；以規(guī)定的周期對(duì)上述第一高頻的功率進(jìn)行調(diào)制的第一高頻功率調(diào) 制部；和與上述第一高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地對(duì)上述第一高頻的 頻率進(jìn)行調(diào)制的第一頻率調(diào)制部。
在上述的裝置結(jié)構(gòu)中，第一高頻功率調(diào)制部以規(guī)定的周期對(duì)用于 將等離子體中的離子引入至基板的第一高頻的功率進(jìn)行調(diào)制，在時(shí)間 上控制射入被處理基板的離子的能量，另一方面，第一頻率調(diào)制部與 第一高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地調(diào)制第一高頻的頻率，由此，能夠 消除伴隨功率調(diào)制而產(chǎn)生的鞘電容的變動(dòng)，抑制等離子體阻抗的變動(dòng) 甚至來自等離子體的反射，實(shí)現(xiàn)工藝的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，第一高頻功率調(diào)制部將1個(gè)周 期分割成第一、第二、第三和第四狀態(tài)(state),控制第一高頻的功率， 使得第一高頻的功率在上述第一狀態(tài)下維持第一功率設(shè)定值，在第二 狀態(tài)下從第一功率設(shè)定值變化為比其高的第二功率設(shè)定值，在第三狀 態(tài)下維持第二功率設(shè)定值，在第四狀態(tài)下從第二功率設(shè)定值變化為第 一功率設(shè)定值。另一方面，第一頻率調(diào)制部控制第一高頻的頻率，使 得第一高頻的頻率在第一狀態(tài)下維持第一頻率設(shè)定值，在第二狀態(tài)下 從第一頻率設(shè)定值變化為比其高的第二頻率設(shè)定值，在第三狀態(tài)下維 持第二頻率設(shè)定值，在第四狀態(tài)下從第二頻率設(shè)定值變化為第一頻率 設(shè)定值。通過使第一高頻的功率與頻率之間具有上述那樣的同步關(guān)系， 即使為了得到所希望的工藝特性或工藝性能而任意設(shè)定第一高頻的功 率調(diào)制，也能夠通過頻率調(diào)制有效地補(bǔ)償(抑制)伴隨功率調(diào)制的等 離子體阻抗的變動(dòng)、反射。
另外，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，第一高頻供電部具有產(chǎn)生第一 高頻的第一高頻電源；匹配器，其包括匹配電路、傳感器和控制器， 該匹配電路包括電連接在該第一高頻電源的輸出端子與第一電極之間 的可變電抗元件，該傳感器用于測(cè)定包括該匹配電路的負(fù)載阻抗，該 控制器響應(yīng)該傳感器的輸出信號(hào)，使可變電抗元件可變，從而使負(fù)載阻抗與基準(zhǔn)阻抗一致；和匹配控制器，其對(duì)匹配器進(jìn)行控制，使得在
第一狀態(tài)或第三狀態(tài)的任一狀態(tài)下能夠獲得阻抗的匹配。另外，還設(shè) 置有對(duì)從第一電極側(cè)向第一高頻電源在傳輸線路上傳播的反射波的功 率進(jìn)行測(cè)定的反射波測(cè)定部。
優(yōu)選在第三狀態(tài)下獲得阻抗的匹配的情況下，匹配控制部?jī)H在第 三狀態(tài)中設(shè)定的規(guī)定期間的時(shí)段內(nèi)使傳感器的輸出信號(hào)反饋到控制 器。在此情況下，第一頻率調(diào)制部選定第一頻率設(shè)定值，使得在第一 狀態(tài)中通過反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值為最小值或者其 附近的值。
優(yōu)選在第一狀態(tài)下獲得阻抗的匹配的情況下，匹配控制部?jī)H在第 一狀態(tài)中設(shè)定的規(guī)定期間的時(shí)段內(nèi)使傳感器的輸出信號(hào)反饋到控制 器。在此情況下，第一頻率調(diào)制部選定第三頻率設(shè)定值，使得在第三 狀態(tài)中通過反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或者 其附近的值。
關(guān)于第二狀態(tài)，優(yōu)選第一高頻功率調(diào)制部以規(guī)定的上升沿特性使 第一高頻的功率從第一功率設(shè)定值變化為第二功率設(shè)定值，與此同時(shí)， 第一頻率調(diào)制部以規(guī)定的上升沿特性使第一高頻的頻率從第一頻率設(shè) 定值變化為第二頻率設(shè)定值，從而使得在第二狀態(tài)中通過反射波測(cè)定 部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或者其附近的值。
關(guān)于第四狀態(tài)，優(yōu)選第一高頻功率調(diào)制部以規(guī)定的下降沿特性使 第一高頻的功率從第二功率設(shè)定值變化為第一功率設(shè)定值，與此同時(shí)， 第一頻率調(diào)制部以規(guī)定的下降沿特性使第一高頻的頻率從第二頻率設(shè) 定值變化為第一頻率設(shè)定值，從而使得在第四狀態(tài)中通過反射波測(cè)定 部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或者其附近的值。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，第一高頻功率調(diào)制部根據(jù)在第一狀態(tài)中 通過反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值修正第一功率設(shè)定值， 使得在后續(xù)的第一狀態(tài)中供向負(fù)載的負(fù)載功率與目標(biāo)值一致。其中， 上述反射波功率的測(cè)定值優(yōu)選為移動(dòng)平均值。上述另外，第一高頻功 率調(diào)制部根據(jù)在第三狀態(tài)中通過反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè) 定值修正第二功率設(shè)定值，使得在后續(xù)的第三狀態(tài)中供向負(fù)載的負(fù)載 功率與目標(biāo)值一致。其中，上述反射波功率的測(cè)定值優(yōu)選為移動(dòng)平均在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，上述等離子體激勵(lì)部具有在處理容器 內(nèi)與第一電極平行地相對(duì)配置的第二電極；和向第二電極施加適于生 成處理氣體的等離子體的頻率的第二高頻的第二高頻供電部。另一個(gè) 優(yōu)選實(shí)施方式中的等離子體激勵(lì)部具有在處理容器內(nèi)與第一電極平 行地相對(duì)配置的第二電極；和向第一電極施加適于生成處理氣體的等 離子體的頻率的第二高頻的第二高頻供電部。在此情況下，還能夠設(shè) 置第二頻率調(diào)制部，與第一高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地對(duì)第二高頻 的頻率進(jìn)行調(diào)制?；蛘?，也可以設(shè)置第二高頻功率調(diào)制部，與第一高 頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地調(diào)制第二高頻的功率。
本發(fā)明第二方案的等離子體處理裝置包括能夠進(jìn)行真空排氣的 處理容器；向上述處理容器內(nèi)供給處理氣體的處理氣體供給部；為了 在上述處理容器內(nèi)對(duì)上述處理氣體進(jìn)行激勵(lì)而生成等離子體，向設(shè)置 在上述處理容器之中或附近的第一電極或天線施加第一高頻的第一高 頻供電部；以規(guī)定的周期對(duì)上述第一高頻的功率進(jìn)行調(diào)制的第一高頻 功率調(diào)制部；和與上述第一高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地對(duì)上述第一 高頻的頻率進(jìn)行調(diào)制的第一頻率調(diào)制部。
在上述的裝置結(jié)構(gòu)中，第一高頻功率調(diào)制部以規(guī)定的周期對(duì)有助 于等離子體生成的第一高頻的功率進(jìn)行調(diào)制，例如，為了實(shí)現(xiàn)防止充 電破壞，在時(shí)間上控制等離子體密度，另一方面，第一頻率調(diào)制部與 第一高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地對(duì)第一高頻的頻率進(jìn)行調(diào)制，由此， 能夠消除伴隨功率調(diào)制的等離子體電容的變動(dòng)，抑制等離子體阻抗的 變動(dòng)進(jìn)而抑制來自等離子體的反射，實(shí)現(xiàn)工藝的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，第一高頻功率調(diào)制部將1個(gè)周 期分割成第一、第二、第三和第四狀態(tài)，控制第一高頻的功率，使得 第一高頻的功率在第一狀態(tài)下維持第一功率設(shè)定值，在第二狀態(tài)下從 第一功率設(shè)定值變化為比其高的第二功率設(shè)定值，在第三狀態(tài)下維持 第二功率設(shè)定值，在第四狀態(tài)下從第二功率設(shè)定值變化為第一功率設(shè) 定值。另一方面，第一頻率調(diào)制部控制第一高頻的頻率，使得第一高 頻的頻率在第一狀態(tài)下維持第一頻率設(shè)定值，在第二狀態(tài)下從第一頻 率設(shè)定值變化為比其低的第二頻率設(shè)定值，在第三狀態(tài)下維持第二頻率設(shè)定值，在第四狀態(tài)下從第二頻率設(shè)定值變化為第一頻率設(shè)定值。 通過使第一高頻的功率與頻率之間具有上述那樣的同步關(guān)系，即使為 了得到所希望的工藝特性或工藝性能而任意設(shè)定第一高頻的功率調(diào) 制，也能夠通過頻率調(diào)制有效地補(bǔ)償(抑制)伴隨功率調(diào)制的等離子 體阻抗的變動(dòng)、反射。
另外，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，第一高頻供電部具有產(chǎn)生第一 高頻的第一高頻電源；匹配器，其包括匹配電路、傳感器和控制器， 該匹配電路包括電連接在該第一高頻電源的輸出端子與第一電極之間 的可變電抗元件，該傳感器用于測(cè)定包括該匹配電路的負(fù)載阻抗，該 控制器響應(yīng)該傳感器的輸出信號(hào)，使可變電抗元件可變，從而使負(fù)載 阻抗與基準(zhǔn)阻抗一致；和匹配控制器，其對(duì)匹配器進(jìn)行控制，使得在 第一狀態(tài)或第三狀態(tài)的任一狀態(tài)下能夠獲得阻抗的匹配。另外，還設(shè) 置有對(duì)從第一電極側(cè)向第一高頻電源在傳輸線路上傳播的反射波的功 率進(jìn)行測(cè)定的反射波測(cè)定部。
優(yōu)選在第三狀態(tài)下獲得阻抗的匹配的情況下，匹配控制部?jī)H在第 三狀態(tài)中設(shè)定的規(guī)定期間的時(shí)段內(nèi)使傳感器的輸出信號(hào)反饋到控制 器。在此情況下，第一頻率調(diào)制部選定第一頻率設(shè)定值，使得在第一 狀態(tài)中通過反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值為最小值或者其 附近的值。
優(yōu)選在第一狀態(tài)下獲得阻抗的匹配的情況下，匹配控制部?jī)H在第 一狀態(tài)中設(shè)定的規(guī)定期間的時(shí)段內(nèi)使傳感器的輸出信號(hào)反饋到控制 器。在此情況下，第一頻率調(diào)制部選定第三頻率設(shè)定值，使得在第三 狀態(tài)中通過反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或者 其附近的值。
關(guān)于第二狀態(tài)，優(yōu)選第一高頻功率調(diào)制部以規(guī)定的上升沿特性使 第一高頻的功率從第一功率設(shè)定值變化為第二功率設(shè)定值，與此同時(shí)， 第一頻率調(diào)制部以規(guī)定的下降沿特性使第一高頻的頻率從第一頻率設(shè) 定值變化為第二頻率設(shè)定值，從而使得在第二狀態(tài)中通過反射波測(cè)定 部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或者其附近的值。
關(guān)于第四狀態(tài)，優(yōu)選第一高頻功率調(diào)制部以規(guī)定的下降沿特性使 第一高頻的功率從第二功率設(shè)定值變化為第一功率設(shè)定值，與此同時(shí)，第一頻率調(diào)制部以規(guī)定的上升沿特性使第一高頻的頻率從第二頻率設(shè) 定值變化為第一頻率設(shè)定值，從而使得在第四狀態(tài)中通過反射波測(cè)定 部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或者其附近的值。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，第一高頻功率調(diào)制部根據(jù)在第一狀態(tài)中 通過反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值修正第一功率設(shè)定值， 使得在后續(xù)的第一狀態(tài)中供向負(fù)載的負(fù)載功率與目標(biāo)值一致。其中， 該反射波功率的測(cè)定值優(yōu)選為移動(dòng)平均值。另外，第一高頻功率調(diào)制 部根據(jù)在第三狀態(tài)中通過反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值修 正第二功率設(shè)定值，使得在后續(xù)的第三狀態(tài)中供向負(fù)載的負(fù)載功率與 目標(biāo)值一致。其中，該反射波功率的測(cè)定值優(yōu)選為移動(dòng)平均值。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，被施加等離子體生成用的第一高頻的第 一電極在處理容器內(nèi)支撐被處理基板。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，被 施加等離子體生成用的第一高頻的第一電極與在處理容器內(nèi)支撐被處 理基板的第二電極平行地相對(duì)。在此情況下，為了從等離子體將離子 引入基板，也可以在第一電極上施加來自第二高頻供電部的第二高頻。
本發(fā)明的第一方案的等離子體處理方法是以一定周期對(duì)施加在設(shè) 置在能夠進(jìn)行真空排氣的處理容器之中或其附近的電極或天線上的高 頻的功率進(jìn)行調(diào)制的等離子體處理方法，與上述高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì) 上同步地對(duì)上述高頻的頻率進(jìn)行調(diào)制。
在上述等離子體處理方法中，以規(guī)定的周期對(duì)高頻的功率進(jìn)行調(diào) 制，在時(shí)間上控制等離子體密度或離子能量，另一方面，與高頻的功 率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地對(duì)高頻的頻率進(jìn)行調(diào)制，由此，能夠消除伴隨功 能調(diào)制的等離子體電容的變動(dòng)，抑制等離子體阻抗的變動(dòng)進(jìn)而抑制來 自等離子體的反射，實(shí)現(xiàn)工藝的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在1個(gè)周期內(nèi)，使高頻的功率 和頻率至少在2個(gè)階段上同時(shí)可變。
另外，本發(fā)明的計(jì)算機(jī)可讀取的介質(zhì)是存儲(chǔ)有在計(jì)算機(jī)上動(dòng)作的 控制程序的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，上述控制程序在執(zhí)行時(shí)控制等離子體處 理裝置進(jìn)行本發(fā)明的等離子體處理方法。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置、等離子體處理方法或計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，通過上述那樣的結(jié)構(gòu)和作用，為了得到所希望的工 藝特性，即使周期性地調(diào)制在等離子體處理中使用的高頻的功率，也 能盡可能地減少等離子體或離子鞘的阻抗變動(dòng)或向高頻電源的反射， 能夠保證加工的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性和高頻電源的安全保護(hù)。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的電容耦合型等離子體蝕刻 裝置的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖2是用于說明第一實(shí)施方式中的脈沖調(diào)制方式的基本方法的波 形圖。
圖3是表示第一實(shí)施方式的脈沖調(diào)制方式中的LF功率與LF頻率 之間的同步關(guān)系的波形圖。
圖4是表示第一實(shí)施方式中的偏壓控制用的高頻電源和匹配器的 結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示在第一實(shí)施方式中用于決定L電平的頻率設(shè)定值的程
序的順序的流程圖。
圖6是用于說明在圖5的流程中使用的一個(gè)方法的波形圖。
圖7是用于說明在圖5的流程中使用的一個(gè)方法的波形圖。
圖8用于說明在圖5的流程中將測(cè)定值數(shù)據(jù)圖表化的方法。
圖9是用于說明在圖5的流程中使用的變形例的方法的波形圖。
圖10是表示用于決定LF功率/頻率的上升沿特性的程序的順序
的流程圖。
圖11是表示圖10的流程的作用的波形圖。
圖12是表示用于控制LF功率的程序的順序的流程圖。
圖13是表示圖12的流程的作用的波形圖。
圖14是表示第二實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖15是表示第三實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖16是用于說明第三實(shí)施方式中的脈沖調(diào)制方式的基本方法的波 形圖。圖17是表示實(shí)施方式中的控制部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
符號(hào)的說明10:腔室(處理容器)
12:基座(下部電極)
24:排氣裝置
28:(偏壓控制用)高頻電源
32:下部匹配器
56:上部電極(噴淋頭)
70:(等離子體生成用)高頻電源
72:上部匹配電路
65:處理氣體供給部
80:控制部
82:振蕩器
84:功率放大器
90:匹配電路
92:控制器
94:RF傳感器
100門電路
102(等離子體生成用)高頻電壓
104匹配器
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。 圖1表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)。該 等離子體處理裝置構(gòu)成為電容耦合型的平行平板等離子體蝕刻裝置，
例如，具有鋁或不銹鋼等金融制的圓筒形腔室(處理容器)10。腔室 10安全接地。
在腔室10內(nèi)，作為下部電極水平地配置有載置作為被處理基板的 例如半導(dǎo)體晶片w的圓板形的基座12。該基座12例如由鋁構(gòu)成，通 過從腔室10的底向垂直上方延伸的例如陶瓷制的絕緣性筒狀支撐部14被非接地支撐。沿該筒狀支撐部14的外周，在從腔室10的底部向
垂直上方延伸的導(dǎo)電性的筒狀內(nèi)壁部16與腔室10的側(cè)壁之間形成有 環(huán)形的排氣通道18，在該排氣通道18的底部設(shè)置有排氣口 20。在該 排氣口 20上經(jīng)排氣管22連接有排氣裝置24。排氣裝置24具有渦輪分 子泵等真空泵，能夠?qū)⑶皇?0內(nèi)的處理空間減壓到所希望的真空度。 在腔室10的側(cè)壁上安裝有開閉半導(dǎo)體晶片W的搬入搬出口的閘閥26。
在基座12上，經(jīng)RF電纜30、下部匹配器32和下部供電棒34電 連接有高頻電源28。高波電源28輸出具有一種頻率(通常在13.56MHz 以下)的偏壓控制用的高頻(LF)，該頻率的偏壓控制用的高頻適于控 制被引入基座12的半導(dǎo)體晶片W的離子的能量。本實(shí)施方式的高頻 電源28構(gòu)成為，在控制部80的控制下，不僅能夠?qū)ζ珘嚎刂朴酶哳l (LF)的功率進(jìn)行脈沖調(diào)制(AM調(diào)制)，還能夠?qū)ζ漕l率進(jìn)行脈沖調(diào) 制(FM調(diào)制)。RF電纜30例如由同軸電纜構(gòu)成。
在下部匹配器32中，如后所述，收納有用于在高頻電源28側(cè)的 阻抗與負(fù)載(電極、等離子體、腔室)側(cè)的阻抗之間獲得匹配的匹配 電路，并且，還設(shè)置有自動(dòng)匹配用的RF傳感器、步進(jìn)電機(jī)、控制器等。
一般而言，在等離子體處理裝置中，向配置在處理容器中或附近 的電極或天線施加高頻的高頻供電部不僅具備輸出高頻的高頻電源， 還設(shè)置有用于在負(fù)載側(cè)(電極、等離子體、腔室)的阻抗與高頻電源 側(cè)的阻抗之間獲得匹配(matching)的匹配器。高頻電源由于通常設(shè)計(jì) 成50Q的純電阻輸出，因此設(shè)定或者調(diào)節(jié)匹配器內(nèi)的阻抗，使得包括 匹配器在內(nèi)的負(fù)載側(cè)的阻抗成為50Q。這種匹配器構(gòu)成為在匹配電路 內(nèi)包括一個(gè)或多個(gè)可變電抗元件(可變電容器、可變電感線圈等)，通 過利用步進(jìn)電機(jī)等選擇可變范圍內(nèi)的各步進(jìn)位置或者具體位置 (position),能夠調(diào)整匹配器內(nèi)的阻抗進(jìn)而調(diào)整負(fù)載阻抗。在等離子體 處理中，當(dāng)由于壓力變動(dòng)等而使得等離子體阻抗改變時(shí)，匹配器的自 動(dòng)匹配功能工作，可變地調(diào)整這些可變電抗元件的阻抗位置，自動(dòng)地 修正負(fù)載阻抗，使得與匹配點(diǎn)(50Q) —致。
基座12具有比半導(dǎo)體晶片W大一圈的直徑或口徑。在基座12的 上表面上載置有作為處理對(duì)象的半導(dǎo)體晶片W，沿該半導(dǎo)體晶片W的 周圍安裝有聚焦環(huán)36。該聚焦環(huán)36與半導(dǎo)體晶片W的被蝕刻材料相應(yīng)地由例如Si、 SiC、 C、 SK)2中的任一種材料構(gòu)成。
在基座12的上表面上，設(shè)置有晶片吸附用的靜電吸盤38。該靜電 吸盤38將片形或網(wǎng)形的導(dǎo)電體夾在膜狀或板狀的電介質(zhì)中， 一體地形 成或者一體地固定在基座12的上表面上，在導(dǎo)電體上經(jīng)開關(guān)42和高 壓線44電連接有配置在腔室10的外部的直流電源40。利用由直流電 源40施加的直流電壓，能夠利用庫(kù)侖力將半導(dǎo)體晶片W吸附保持在 靜電吸盤38上。
在基座12的內(nèi)部，例如設(shè)置有沿圓周方向延伸的環(huán)形的制冷劑室 46。通過冷卻單元(未圖示)經(jīng)配管48、 50向該制冷劑室46循環(huán)供 給規(guī)定溫度的制冷劑例如冷卻水。能夠利用制冷劑的溫度控制靜電吸 盤38上的半導(dǎo)體晶片W的溫度。進(jìn)而，為了進(jìn)一步提高晶片溫度的 精度，經(jīng)供氣管52和基座12內(nèi)部的氣體通道54，向靜電吸盤38與半 導(dǎo)體晶片W之間供給來自傳熱氣體供給部(未圖示)的傳熱氣體例如 He氣體。
在腔室10的頂部，與基座12平行相對(duì)地設(shè)置有兼作上部電極的 噴淋頭56。該噴淋頭56具有與基座12相對(duì)的電極板58和以能夠從其 背后(上面)裝卸的方式支撐該電極板58的電極支撐體60，在電極支 撐體60的內(nèi)部設(shè)置有氣體室62，在電極支撐體60和電極板58上形成 有從該氣體室62向基座12 —側(cè)貫通的多個(gè)噴氣孔64。電極板58與基 座12之間的空間S成為等離子體生成空間乃至處理空間。在設(shè)置在氣 體室62的上部的氣體導(dǎo)入口 62a上連接有來自處理氣體供給部65的 氣體供給管66。電極板58例如由Si、 SiC或C構(gòu)成，電極支撐體60 例如由陽極化處理過的鋁構(gòu)成。
在噴淋頭56與腔室10的上表面開口邊緣部之間，例如密封地塞 入有由氧化鋁構(gòu)成的環(huán)形的絕緣體68。噴淋頭56以非電接地的方式安 裝在腔室10上，另一高頻電源70經(jīng)RF電纜72、上部匹配器74和上 部供電棒76與噴淋頭56電連接。高頻電源70無調(diào)制地即以一定功率 和一定頻率輸出具有適于高頻放電即等離子體生成的頻率的高頻 (HF)，該頻率優(yōu)選為40MHz以上。RF電纜72例如由同軸電纜構(gòu)成。 在匹配器74中收納有用于在高頻電源70側(cè)的阻抗與負(fù)載(電極、等 離子體、腔室)側(cè)的負(fù)載之間取得匹配的匹配電路，并且，還設(shè)置有自動(dòng)匹配用的RF傳感器、步進(jìn)電機(jī)、控制器等。
如后所述，控制部80包括微型計(jì)算機(jī)和各種接口，根據(jù)保存在外 部存儲(chǔ)器或內(nèi)部存儲(chǔ)器中的軟件(程序)和處理方案信息，控制該等
離子體蝕刻裝置內(nèi)的各部，例如排氣裝置24、高頻電源28和70、匹 配器32和74、直流電源開關(guān)42、冷卻單元(未圖示)、傳熱氣體供給 部(未圖示)、和處理氣體供給部65等的各自的動(dòng)作以及裝置整體的 動(dòng)作(序歹寸(sequence))。
在該等離子體蝕刻裝置中，為了進(jìn)行蝕刻，首先使閘閥26成為打 開狀態(tài)，將加工對(duì)象的半導(dǎo)體晶片W搬入腔室10內(nèi)，放置在靜電吸 盤38上。然后，從處理氣體供給部65以規(guī)定的流量向腔室10內(nèi)導(dǎo)入 蝕刻氣體(一般是混合氣體)，通過排氣裝置24令腔室10內(nèi)的壓力成 為設(shè)定值。進(jìn)而，從高頻電源70經(jīng)上部匹配器74將等離子體生成用 的高頻(HF)施加到上部電極56，與此同時(shí)，從高頻電源28經(jīng)下部 匹配器32將偏壓控制用的高頻(LF)施加在基座12上。另外，從直 流電源40將直流電壓施加到靜電吸盤38上，將半導(dǎo)體晶片W固定在 靜電吸盤38上。從噴淋頭56噴出的蝕刻氣體在2個(gè)電極12、 56之間 通過高頻放電而等離子體化，利用在該等離子體中生成的自由基、離 子將半導(dǎo)體晶片W表面的被加工膜蝕刻成所希望的圖形。
該電容耦合型等離子體蝕刻裝置通過在上部電極(噴淋頭)56上 施加適于等離子體生成的比較高的頻率(40MHz以上)的高頻(HF)， 在令人滿意的離解狀態(tài)下使等離子體高密度化，即使在更低壓的條件 下也能形成高密度等離子體。與此同時(shí)，通過在基座12上施加適于離 子引入的比較低的頻率(13.56MHz以下)的高頻(LF)，能夠更精細(xì) 地控制粒子能量，提高各向異性蝕刻的加工精度。
進(jìn)而，在控制部80的控制下，在高頻電源28中以占空比(duty) 可變的H電平/L電平或?qū)?ON) /斷開(OFF)的脈沖對(duì)偏壓控 制用高頻(LF)的功率進(jìn)行調(diào)制，由此，能夠在時(shí)間上控制射入半導(dǎo) 體晶片W的離子的能量，進(jìn)一步提高選擇性等加工特性。
圖2表示本實(shí)施方式中的脈沖調(diào)制方式的基本方法。在本實(shí)施方 式中，不僅是以與工藝相應(yīng)的一定的頻率(例如10kHz)和占空比(例 如50%)對(duì)偏壓(bias)控制用高頻(LF)的功率進(jìn)行脈沖調(diào)制，還與LF功率的脈沖調(diào)制同步地對(duì)其頻率(LF頻率)進(jìn)行脈沖調(diào)制。艮卩，
在LF功率與LF頻率之間具有如下的同步關(guān)系，在一個(gè)周期內(nèi)，在LF 功率保持H電平的設(shè)定值PA (例如500W)的期間Ta的吋段內(nèi)，LF 頻率也維持H電平的設(shè)定值FA (例如13.56MHz)，在LF功率維持L 電平的設(shè)定值PB (例如100W)的期間tb的期間，LF頻率也維持L 電平的設(shè)定值FB (例如12.05MHz)。這里，LF頻率的H電平/ L電平 是指兩個(gè)不同的頻率設(shè)定值之間的相對(duì)的高低關(guān)系，H電平是相對(duì)高 的頻率設(shè)定值，L電平是相對(duì)低的頻率設(shè)定值。
而且，在圖2中雖然在完全相同的時(shí)刻(相同的相位、相同的占 空比)進(jìn)行LF功率的脈沖調(diào)制與LF頻率的脈沖調(diào)制，但是在現(xiàn)實(shí)上， 也可以在時(shí)間軸上，在LF功率、LF頻率發(fā)生變化的時(shí)刻(相位、占 空比)上產(chǎn)生偏移。但是，脈沖調(diào)制的頻率需要在LF功率與LF頻率 上同步或一致。
在基座12上施加偏壓控制用的高頻(LF)的情況下，LF功率與 形成在基座12上的離子鞘的厚度(下部鞘厚度)之間具有一定的比例 關(guān)系，當(dāng)LF功率取H電平的一定的值PA時(shí)，下部鞘厚度也成為H電 平的一個(gè)但Da，在LF功率為L(zhǎng)電平的一定的值pb時(shí)，下部鞘厚度也 成為L(zhǎng)電平的一個(gè)值DB。這里，下部鞘的厚度越大則其鞘電容 (capacitance)變得越小，下部鞘的厚度越小則鞘電容變得越大。
在本實(shí)施方式中，在控制部80的控制下，下部匹配器32進(jìn)行動(dòng) 作，使H電平期間ta中的負(fù)載側(cè)的阻抗與高頻電源28側(cè)的阻抗匹配， 忽視(不檢測(cè))L電平期間TB中的負(fù)載阻抗。特別是，這樣，在H電 平期間Ta中下部鞘厚度在H電平的值da處獲得阻抗匹配，當(dāng)從這樣 的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)電平期間TB時(shí)，下部鞘厚度從諧振點(diǎn)偏離與從H電平 的值da變化到l電平的值db相應(yīng)的量(即，下部鞘電容增大的量)， 不能獲得阻抗匹配。因而，為了盡量減少L電平期間TB中的這種阻抗 匹配的偏離，將LF頻率降低到比H電平時(shí)的基準(zhǔn)頻率Fa造當(dāng)?shù)偷腖 電平的值Fb，使得消除下部鞘厚度的減少即鞘電容(capacitance)的 增大。
這樣，在此實(shí)施方式的脈沖調(diào)制方式中，在H電平期間ta中利用 下部匹配器32的自動(dòng)匹配功能，在高頻電源28與負(fù)載之間獲得阻抗匹配，在L電平期間TB中，下部匹配器32不響應(yīng)負(fù)載阻抗，而采用
高頻電源28適當(dāng)降低LF頻率的方法，修正阻抗匹配的偏離。從而， 即使由于LF功率在H電平與L電平之間周期性地變化，使得下部鞘 的電容周期性地變動(dòng)，但是因?yàn)榈入x子體阻抗乃至負(fù)載阻抗不劇烈變 動(dòng)，所以不存在下部匹配器32的自動(dòng)匹配擺動(dòng)(hunting)的問題，能 夠有效地抑制從等離子體負(fù)載向高頻電源28的反射。
圖3更詳細(xì)地表示本實(shí)施方式的頻率調(diào)制方式中的LF功率與LF 頻率之間的同步關(guān)系。如圖所示，脈沖調(diào)制的1個(gè)周期分割為4種狀 態(tài)，即第一狀態(tài)Te、第二狀態(tài)Tc、第三狀態(tài)TA和第四狀態(tài)TD。這里， 第一狀態(tài)TB與上述L電平期間相對(duì)應(yīng)，第三狀態(tài)丁a與上述H電平期 間相對(duì)應(yīng)。第二狀態(tài)Tc是使LF功率和LF頻率分別從L電平的設(shè)定 值PB、 FB變化為H電平的設(shè)定值PA、 FA的期間。第四狀態(tài)Td是使 LF功率和LF頻率分別從H電平的設(shè)定值PA、FA變化為L(zhǎng)電平的設(shè)定 但Pb、 Fe的期間。
在第三狀態(tài)TA的期間中，如上所述，因?yàn)橥ㄟ^下部匹配器32的 自動(dòng)匹配獲得阻抗匹配，所以從負(fù)載的等離子體反射到高頻電源28的 LF反射波的功率非常低(JA)。第一狀態(tài)TB的期間中也如上所述，由 于通過LF頻率的脈沖調(diào)制修正阻抗匹配的偏離，因此LF反射功率被
抑制為相當(dāng)?shù)偷碾娖絡(luò)b。然而，在第二狀態(tài)Tc和第四狀態(tài)To的期間
中，由于自動(dòng)匹配的功能或者其補(bǔ)償功能實(shí)質(zhì)上不進(jìn)行動(dòng)作，因此產(chǎn) 生脈沖(impulse)狀的LF反射功率。
如果匹配器32對(duì)這種第二狀態(tài)Tc和第四狀態(tài)Td中的LF反射功 率的變動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)，則自動(dòng)匹配的穩(wěn)定性、精度下降，第三狀態(tài)TA中 的LF反射功率增大，進(jìn)而第一狀態(tài)TB中的LF反射功率也增大。
在本實(shí)施方式中，控制部80通過高頻電源28控制脈沖調(diào)制的所 有時(shí)間性的特性(頻率、占空比、相位等)，還管理依次反復(fù)切換第一 第四狀態(tài)的定時(shí)。進(jìn)而，控制部80還控制下部匹配器32對(duì)負(fù)載阻抗 產(chǎn)生感應(yīng)的周期乃至期間，如圖3所示，在第三狀態(tài)TA中，在不位于 第二狀態(tài)Tc的終端或第四狀態(tài)TD的始端的時(shí)刻，設(shè)定有匹配器感應(yīng) 期間TM。
圖4表示本實(shí)施方式中的高頻電源28和下部匹配器32的結(jié)構(gòu)。高頻電源28具備振蕩輸出頻率可變的正弦波的振蕩器82;和以可變 的放大率對(duì)從該振蕩器82輸出的正弦波的功率進(jìn)行放大的功率放大器
84?？刂撇?0通過振蕩器82進(jìn)行LF頻率的脈沖調(diào)制或可變控制，通 過功率放大器84進(jìn)行LF功率的脈沖調(diào)制或可變控制。
下部匹配器32具有包括至少1個(gè)可變電抗元件的匹配電路90; 用于個(gè)別地對(duì)該匹配電路90的各可變電抗元件的阻抗、位置進(jìn)行可變 控制的控制器92;和具有測(cè)定包括匹配電路90在內(nèi)的負(fù)載阻抗的功能 的RF傳感器94。
在圖示的例子中，匹配電路90構(gòu)成為由2個(gè)可變電容器d、 C2 和一個(gè)電感線圈LJ且成的T形電路，控制器92通過步進(jìn)電機(jī)96、 98 對(duì)可變電容器d、 C2的阻抗、位置進(jìn)行可變控制。RF傳感器94例如 具有對(duì)其設(shè)置位置上的傳輸線路上的RF電壓和RF電流分別進(jìn)行檢測(cè) 的電壓傳感器和電流傳感器，根據(jù)電壓測(cè)定值和電流測(cè)定值以復(fù)數(shù)表 示求取負(fù)載阻抗的測(cè)定值。控制器92例如由微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成，通過 RF傳感器94經(jīng)門電路100取得負(fù)載阻抗的測(cè)定值，從控制部80取得 各種設(shè)定值、指令。
門電路100在控制部80的控制下，在脈沖調(diào)制的各周期中，僅在 設(shè)定在第三狀態(tài)TA內(nèi)的匹配器感應(yīng)期間TM (圖3)的期間向控制器 90提供RF傳感器94的輸出信號(hào)(負(fù)載阻抗測(cè)定值)。由此，控制器 92僅在第三狀態(tài)TA內(nèi)的匹配器感應(yīng)期間TM中輸入RF傳感器94的輸 出信號(hào)，通過步進(jìn)電機(jī)96、 98對(duì)可變電容器d、 C2的阻抗、位置進(jìn) 行可變控制，使得負(fù)載阻抗測(cè)定值與基準(zhǔn)阻抗或匹配點(diǎn)(通常是50Q) 一致。
在本實(shí)施方式中，在高頻電源28的輸出端子上還設(shè)置有反射波測(cè) 定電路102，該反射波測(cè)定電路102接收從負(fù)載側(cè)沿傳輸線傳輸來的反 射波，并測(cè)定反射波的功率。如后所述，控制部80根據(jù)通過反射波測(cè) 定電路102取得的反射功率測(cè)定值，進(jìn)行脈沖調(diào)制的各狀態(tài)下的各種 參數(shù)的選定、控制。
如上所述，在本實(shí)施方式中的LF頻率的脈沖調(diào)制中，在第一狀態(tài) TB中，將LF頻率降低到比第三狀態(tài)TA時(shí)的H電平的基準(zhǔn)頻率Fa造 當(dāng)?shù)偷腖電平的值FB。圖5表示為了決定L電平的頻率設(shè)定值FB，在控制部80中執(zhí)行的 程序的順序。該流程可以在系統(tǒng)啟動(dòng)開始之后，在上述那樣的控制部 80和下部匹配器32的自動(dòng)匹配穩(wěn)定后執(zhí)行。
首先，在初始化中取入所需要的參數(shù)和設(shè)定值(步驟S1)。然后， 如果從前一個(gè)周期的第四狀態(tài)TD切換到當(dāng)前周期的第一狀態(tài)Tb(歩驟
52) ，則通過功率放大器84將LF功率控制成L電平的設(shè)定值PB，并 通過振蕩器82將LF頻率控制成L電平的臨時(shí)頻率設(shè)定值FB (1)(步驟
53) 。然后，在該第一狀態(tài)TB中設(shè)定的LF功率測(cè)定期間，反射波測(cè)定 電路102檢測(cè)LF反射功率，求取測(cè)定值(有效值或平均值)JB(1)，控 制器80在存儲(chǔ)器上使LF反射功率測(cè)定值JB (1)與臨時(shí)設(shè)定值FB (1)相 對(duì)應(yīng)(步驟S4)。
在每個(gè)周期中，如圖6所示以一定的步進(jìn)(step)寬度減少或者如 圖7所示以一定的步進(jìn)寬度增加第一狀態(tài)TB的臨時(shí)頻率設(shè)定值FB (n)， 使LF反射功率測(cè)定值JBw與臨時(shí)頻率設(shè)定值FB^相對(duì)應(yīng)并加以記錄， 反復(fù)多次進(jìn)行該一連的處理(步驟S2 S6)。其中，在圖6和圖7中， 省略第二狀態(tài)Tc和第四狀態(tài)TD。
然后，例如如圖8所示那樣將測(cè)定值數(shù)據(jù)繪圖，算出與通過最小
二乘法等求出的LF反射功率的最小值JBm或者其附近的值相對(duì)應(yīng)的LF
頻率，將該頻率作為第一狀態(tài)Tb中的L電平的頻率設(shè)定值FB (步驟 S7)。
而且，如圖9所示，也能采用在多個(gè)周期中，在第一狀態(tài)TB中， 以一定的上升率或減少率連續(xù)地增加或減少LF頻率的方法，以此代替
在每個(gè)周期中，以一定的步進(jìn)寬度減少或增加第一狀態(tài)TB的臨時(shí)頻率
設(shè)定值。
另外，也可以代替使用上述那樣的流程(圖5)，而根據(jù)過去的數(shù) 據(jù)和處理?xiàng)l件(例如HF/LF功率、壓力、氣體種類等)推定下部鞘 厚度，從以下部鞘厚度為變量的規(guī)定的運(yùn)算式，選定進(jìn)而決定第一狀 態(tài)TB中的L電平的頻率設(shè)定值FB。在此情況下，也可以根據(jù)由反射波 測(cè)定電路102得到的LF反射功率設(shè)定值進(jìn)行頻率設(shè)定值FB的驗(yàn)證、 再選定。
圖10表示為了決定在第二狀態(tài)Tc中使LF功率和LF頻率分別從L電平轉(zhuǎn)變?yōu)镠電平的特性(上升沿特性)，由控制部80執(zhí)行的程序 的順序。圖ll表示該流程的作用。該流程利用上述那樣的方法確定第 三狀態(tài)TA和第一狀態(tài)TB的各種參數(shù)的設(shè)定值，也可以在將2個(gè)狀態(tài) TB、 TA中的LF反射功率抑制為低電平Je、 JA并且穩(wěn)定以后執(zhí)行。
首先，在初始化中取入所需要的參數(shù)和設(shè)定值(步驟SIO)。然后， 如果從第一狀態(tài)TB切換成第二狀態(tài)Tc (步驟Sll)，則通過功率放大 器84和振蕩器82，分別以臨時(shí)的轉(zhuǎn)變特性P (n)、 F (n)使LF功率和LF 頻率上升(步驟S12)。這里，分別獨(dú)立地設(shè)定臨時(shí)的轉(zhuǎn)變特性P^、 F
W，如圖11所示，將轉(zhuǎn)變(上升)的開始時(shí)間tps、 tft和結(jié)束時(shí)間tpe、 tfe、轉(zhuǎn)變變化函數(shù)等作為參數(shù)。轉(zhuǎn)變變化函數(shù)不限于梯度一定的直線
PL、 FL，也可以是對(duì)數(shù)函數(shù)的曲線PE、 FE或N次函數(shù)(N》2)或指 數(shù)函數(shù)的曲線PN、 FN等。
而且，在第二狀態(tài)Tc的期間中，反射波測(cè)定電路102測(cè)定LF反 射功率，控制部80將其設(shè)定值與當(dāng)前時(shí)刻的LF反射功率測(cè)定值的最 小值進(jìn)行比較(步驟S13)，將在此比較中較小的值作為L(zhǎng)F反射功率 設(shè)定值的新的最小值(步驟S14)。而且，由于在第一次時(shí)不存在該時(shí) 刻的最小測(cè)定值，因此無條件地將第一次的測(cè)定值作為最小值。LF反 射功率的測(cè)定值也可以作為脈沖波形的峰值、平均值或者積分值求出。
在每個(gè)周期中，適當(dāng)或者依次變更LF功率和LF頻率的臨時(shí)的轉(zhuǎn) 變特性Pw、 F(n)，反復(fù)進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的上述那樣的第二狀態(tài)Tc中的 LF反射功率的測(cè)定、比較、最小值更新等一系列的處理(步驟S11 S16)。其結(jié)果是，將依次被更新而最后殘留的LF反射功率設(shè)定值的最 小值與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)照，確認(rèn)是否是適當(dāng)?shù)闹祷蛟试S范圍內(nèi)的值(步 驟S17 S18)，如果適當(dāng)，則將能夠得到該LF反射功率測(cè)定值時(shí)的臨 時(shí)的轉(zhuǎn)變特性Pw、 F(n)設(shè)定為正規(guī)的轉(zhuǎn)變特性(步驟S19)。在與數(shù) 據(jù)庫(kù)的對(duì)照(步驟S17)中，在本次得到的LF反射功率測(cè)定值的最小 值不是適當(dāng)?shù)闹档那闆r下，適當(dāng)?shù)刈兏跏蓟械母鞣N參數(shù)或設(shè)定值， 從最初開始重新進(jìn)行上述流程(步驟S17 S10)。
雖然省略了詳細(xì)的說明，在第四狀態(tài)To下，使LF功率和LF頻率 分別從H電平轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)電平的特性(下降沿特性)也能夠根據(jù)與上述 的流程(圖10)相同的順序決定。接著，說明在本實(shí)施方式的頻率調(diào)制中，為了進(jìn)一步提高蝕刻處 理的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性而控制LF功率的方法。
如上所述，在本實(shí)施方式中，在L電平的第一狀態(tài)TB下通過LF
頻率的脈沖調(diào)制，在H電平的第三狀態(tài)丁a下通過下部匹配器32的自 動(dòng)匹配，能夠盡可能地減少?gòu)牡入x子體負(fù)載向高頻電源28的LF反射 功率。然而，雖然這樣的LF反射功率少但實(shí)際上仍然存在，因此，供 向負(fù)載的功率即負(fù)載功率如果小于設(shè)定值或目標(biāo)值，則離子能量會(huì)發(fā) 生不希望的降低。另外，在LF反射功率變動(dòng)時(shí)，在其影響下如果負(fù)載 功率也變動(dòng)，則離子能量也變動(dòng)。這一點(diǎn)成為降低處理的穩(wěn)定性、再 現(xiàn)性的主要原因。
本實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置還具備補(bǔ)償這種LF反射功率的 存在和變動(dòng)的功能。圖12表示在本實(shí)施方式中為了控制LF功率而在 控制部80中執(zhí)行的程序的順序。圖13表示該LF功率控制法的作用的 一個(gè)例子。
首先，在初始化中取入所需要的參數(shù)和設(shè)定值(步驟S20)。然后， 如果從前一個(gè)周期的第四狀態(tài)TD切換成當(dāng)前周期的第一狀態(tài)Tb(歩驟 S21 )，則通過功率放大器84將LF功率控制成當(dāng)前周期用的設(shè)定值PB (步驟S22)。然后，在該第一狀態(tài)TB中設(shè)定的LF功率測(cè)定期間，反 射波測(cè)定電路102檢測(cè)LF反射功率，求取測(cè)定值(有效值或平均值) Jn，控制部80取入該LF反射功率測(cè)定值Jn (步驟S23)。
接著，控制部80根據(jù)下面的數(shù)學(xué)式(1)求取第一狀態(tài)TB中的下 一個(gè)周期用的LF功率設(shè)定值PB (步驟S24)。
Pb=Pmb+J ii (1)
這里，P目是在第一狀態(tài)TB中應(yīng)該供向負(fù)載的負(fù)載功率的目標(biāo)值， J，是當(dāng)前周期的時(shí)刻的LF反射功率測(cè)定值J。的移動(dòng)平均值。
接著，如果在當(dāng)前周期中從第二狀態(tài)Tc切換至第三狀態(tài)TA(步驟 S25)，則通過功率放大器84將LF功率控制為當(dāng)前周期用的設(shè)定值PA (步驟S26)。然后，在該第三狀態(tài)TA中設(shè)定的LF功率測(cè)定期間，反 射波測(cè)定電路102檢測(cè)LF反射功率，求取測(cè)定值(有效值或平均值) Jm，控制部80取入該LF反射功率測(cè)定值Jm (步驟S27)。
接著，控制部80根據(jù)下面的數(shù)學(xué)式(2)求取第三狀態(tài)TA中的下一個(gè)周期用的LF功率設(shè)定值pa (步驟S28)。 PA二P]V1A + J m (2)
這里，pma是在第三狀態(tài)TA中應(yīng)該供向負(fù)載的負(fù)載功率的目標(biāo)值， J m是當(dāng)前周期的時(shí)刻的LF反射功率測(cè)定值Jm的移動(dòng)平均值。
通過在脈沖調(diào)制的每個(gè)周期中反復(fù)進(jìn)行上述一連的處理(步驟
S21 S28)，如圖13所示，從高頻電源28輸出在第一狀態(tài)tb和第三 狀態(tài)ta下應(yīng)該供向等離子體負(fù)載的負(fù)載功率上增加LF反射功能及其 變動(dòng)的量(移動(dòng)平均值)所得的LF功率。由此，消除LF反射功率及 其變動(dòng)的量，向等離子體負(fù)載穩(wěn)定地供給所設(shè)定(目標(biāo)值)的負(fù)載功 率。這樣，能夠進(jìn)一步提高工藝的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性。其中，上述那樣 的補(bǔ)償LF反射功率及其變動(dòng)的量的功能也可以僅在第一狀態(tài)Tb或第 三狀態(tài)Ta的任一個(gè)中迸行。
圖14表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)。圖 中，對(duì)于與上述第一實(shí)施方式的裝置(圖1)在結(jié)構(gòu)或功能方面共用的 部分標(biāo)注相同的符號(hào)。
該等離子體處理裝置構(gòu)成為同時(shí)在基座(下部電極)12上施加等 離子體生成用的高頻和偏壓控制用的高頻的陰極耦合(cathode couple) 方式(下部雙頻施加方式)的電容耦合型等離子體蝕刻裝置。更詳細(xì) 而言，產(chǎn)生偏壓控制用的高頻(LF)的高頻電源28經(jīng)匹配器32與基 座12電連接，并且，產(chǎn)生等離子體生成用的高頻(HF)的高頻電源 128也經(jīng)匹配器104與基座12電連接。上部電極(噴淋頭)56直接安 裝在腔室10上，通過腔室10電接地。
在該等離子體蝕刻裝置中，控制部80對(duì)于偏壓控制用的高頻 (LF)，也通過高頻電源28和匹配器32，進(jìn)行與上述相同的二重脈沖 調(diào)制、即LF功率的脈沖調(diào)制和與其同步的LF頻率的脈沖調(diào)制。
另一方面，如果進(jìn)行這樣的LF脈沖調(diào)制，則下部鞘厚度周期性地 發(fā)生變化，受其影響，從基座12看到的HF的等離子體阻抗也周期性 地發(fā)生變化，由此，從等離子體反射到高頻電源128的HF反射功率增 大。HF反射功率的增大引起等離子體密度、其分布特性的降低，成為 高頻電源128的故障的原因。
因而，在本實(shí)施方式中，采用能夠使LF的脈沖調(diào)制同步，對(duì)HF的功率和/或頻率進(jìn)行脈沖調(diào)制的結(jié)構(gòu)。即，雖然省略了圖示，但與 高頻電源28相同地以頻率可變的振蕩器和放大率可變的功率放大器構(gòu)
成高頻電源128，控制部80通過該振蕩器進(jìn)行HF頻率的脈沖調(diào)制和 可變控制，通過該功率放大器進(jìn)行HF功率的脈沖調(diào)制和可變控制。另 外，在匹配器104內(nèi)，在RF傳感器與控制器之間設(shè)置有門電路，在控 制部80的控制下，該門電路僅在規(guī)定的匹配器感應(yīng)期間中向控制器發(fā) 送RF傳感器的輸出信號(hào)。進(jìn)而，在高波電源128的輸出端子上也設(shè)置 有用于測(cè)定從負(fù)載側(cè)沿傳輸線傳輸而來的HF反射波的功率的反射波 測(cè)定電路(未圖示)，控制部80根據(jù)從該反射波測(cè)定電路取得的反射 功率測(cè)定值，進(jìn)行與HF的脈沖調(diào)制有關(guān)的各種參數(shù)的選定、控制。
而且，如圖l的裝置那樣，在上部電極56上施加等離子體生成用 的高頻(HF)的上下部雙頻施加方式中，也能夠構(gòu)成為，控制部80 通過高頻電源70和匹配器74，與本實(shí)施方式相同地與LF的脈沖調(diào)制 同步，對(duì)HF的功率和/或頻率進(jìn)行脈沖調(diào)制。
圖15表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)。圖 中，對(duì)與上述第一實(shí)施方式或上述第二實(shí)施方式的裝置(圖1、圖14) 在結(jié)構(gòu)或功能上共同的部分標(biāo)注相同的符號(hào)。
本等離子體處理裝置構(gòu)成為在基座(下部電極)12上施加等離子 體生成用的高頻的陰極耦合方式的電容耦合型等離子體蝕刻裝置。
在本等離子體蝕刻裝置中，當(dāng)從高頻電源128輸出40MHz以上的 高頻，提高等離子體密度時(shí)，低離子能量化即半導(dǎo)體晶片W上的鞘電 位變少(低偏壓化)，這樣低偏壓化與歷來相比更甚，從而不能忽視充 電破壞(絕緣破壞)的影響。當(dāng)從等離子體流入半導(dǎo)體晶片W (柵電 極)的電荷量超過某個(gè)閾值時(shí)發(fā)生充電破壞。該流入電荷量與晶片W 面內(nèi)的鞘電位的相對(duì)的差異相關(guān)。
在現(xiàn)有的使用低頻的等離子體蝕刻裝置中，由于鞘電位為數(shù)百伏 特，較大，因此在等離子體中的電位(等離子體電位)上即使產(chǎn)生了 面內(nèi)不均勻，鞘電位的變化在晶片面內(nèi)也相對(duì)較小，流入半導(dǎo)體晶片 W的柵電極的電荷不會(huì)超過閾值。
但是，在本實(shí)施方式這樣的高密度等離子體中，鞘電位為幾十伏 特左右，較小，因此在等離子體電位上產(chǎn)生面內(nèi)不均勻的情況下的鞘電位的變化相對(duì)大，易于引起大量電子流入柵電極，易于發(fā)生依賴于 基板表面連續(xù)暴露在等離子體中的時(shí)間的長(zhǎng)短的充電破壞。
另外，在等離子體處理中，受到等離子體電位的面內(nèi)不均勻性或
電路圖形的分布圖(profile)等的影響，在局部上離子與電子失去平衡， 由此導(dǎo)致在基板上的絕緣膜(例如柵極絕緣膜)上發(fā)生充電。在發(fā)生 了充電的絕緣膜上，存在與蓄積電荷的量成比例的電位梯度或電場(chǎng)。 如果這樣的充電的狀態(tài)積累增長(zhǎng)而超過某個(gè)閾值，則在該位置絕緣膜 受到損傷或者破壞。
在本實(shí)施方式中，以規(guī)定的周期交替地反復(fù)形成等離子體生成狀 態(tài)和等離子體非生成狀態(tài)(沒有生成等離子體的狀態(tài))，使得流向柵極 電極的流入電荷量不超過閾值或者因充電而在絕緣膜上蓄積的電荷的 量不超過閾值?！熠啵钸B續(xù)的等離子體生成的時(shí)間為流入電荷量或充 電電荷量不超過閾值的程度的較短的時(shí)間，之后形成不生成等離子體 的狀態(tài)，斷續(xù)地使該狀態(tài)反復(fù)。在等離子體生成狀態(tài)的期間中，即使 在晶片W上的任意位置產(chǎn)生過分的流入電荷或者充電，在等離子體非 生成狀態(tài)的期間中也會(huì)使多余的電荷或蓄積電荷向周圍分散而恢復(fù)中 性，因此阻止流入電荷或蓄積電荷的積累增大，能夠有效地防止絕緣 膜的破壞。由此，能夠大幅改善等離子體處理的可靠性。
因?yàn)樵诘入x子體蝕刻中交替地反復(fù)形成等離子體生成狀態(tài)和等離 子體非生成狀態(tài)，所以在本實(shí)施方式中，控制部80控制高頻電源128 和匹配器104，使得以規(guī)定的周期交替地反復(fù)等離子體生成用的高頻 (HF)具有生成等離子體那樣的H電平的振幅或峰值(即有效的功率) 的H電平的期間，和等離子體生成用的高頻(HF)具有不生成等離子 體那樣的L電平的振幅或峰值(即不具有有效的功率)的L電平的期 間。
圖16表示本實(shí)施方式中的脈沖調(diào)制方式的基本方法。在本實(shí)施方 式中，與HF功率的脈沖調(diào)制同步，其頻率(HF頻率)也進(jìn)行脈沖調(diào) 制。更詳細(xì)而言，使HF功率與HF頻率之間在1個(gè)周期內(nèi)具有以下以 下的同步關(guān)系，在HF功率維持H電平的設(shè)定值PA (例如500W)的 期間TA的時(shí)段內(nèi)，HF頻率維持L電平的設(shè)定值FB (例如基準(zhǔn)的 60MHz)，在HF功率維持L電平的設(shè)定值PB (例如100W)的期間TB的期間，HF頻率維持H電平的設(shè)定值FA (例如62.45MHz)。在此情 況下，HF頻率的H電平/ L電平也是指2個(gè)不同的頻率設(shè)定值之間的 相對(duì)的高低關(guān)系，H電平是相對(duì)高的一方的頻率設(shè)定值，L電平是相對(duì) 低的一方的頻率設(shè)定值。
在電容耦合型中，在上部電極與下部電極之間有等離子體時(shí)比沒 有等離子體時(shí)的等離子體電容大，越提高等離子體密度，則等離子體 電容變得越大。即，施加HF時(shí)與不施加HF時(shí)相比，其等離子體電容 大，HF的功率越高則等離子體電容越大。
從而，通過與HF功率的脈沖調(diào)制同步地在HF頻率上施加反相位 的脈沖調(diào)制，能夠通過頻率的可變控制消除伴隨HF功率的脈沖調(diào)制等 離子體電容周期性地發(fā)生變化的情況，能夠抑制等離子體阻抗的急劇 變動(dòng)。
從而，在本實(shí)施方式的脈沖調(diào)制方式中，也能夠在HF功率的H 電平期間TA中通過匹配器104的自動(dòng)匹配功能在高頻電源128與負(fù)載 之間獲得阻抗匹配，在HF功率的L電平期間TB中利用高頻電源128 適當(dāng)提高HF頻率的方法修正阻抗匹配的偏離，以此代替匹配器104 不響應(yīng)負(fù)載阻抗。從而，通過HF功率在H電平與L電平之間周期性 地發(fā)生變化，即使等離子體電容周期性地發(fā)生變動(dòng)，也由于不存在等 離子體阻抗乃至負(fù)載阻抗的急劇的變動(dòng)，因此不存在匹配器104的自 動(dòng)匹配擺動(dòng)的問題，能夠有效地抑制從負(fù)載(特別是等離子體)側(cè)向 高頻電源102的反射。
而且，在上述第二實(shí)施方式那樣的下部雙頻施加方式的等離子體 蝕刻裝置(圖14)中，也能夠相對(duì)于等離子體生成用的高頻(HF)施 加與上述第三實(shí)施方式同樣的脈沖調(diào)制。
另外，雖然省略了圖示，即使在上部電極上施加等離子體生成用 的高頻(HF)的陽極耦合(anode couple)方式的等離子體處理裝置中， 也可以在HF上施加與第三實(shí)施方式同樣的脈沖調(diào)制。
以上，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不 限于上述實(shí)施方式，能夠進(jìn)行種種變形。
例如，在上述的實(shí)施方式中，在被施加脈沖調(diào)制的高頻的功率維 持H電平的設(shè)定值的期間(功率H電平的期間)TA內(nèi)設(shè)定匹配器感應(yīng)期間，在功率H電平的期間TA中獲得阻抗匹配。但是，在占空比較小 的情況下，即在1個(gè)周期內(nèi)功率H電平的期間TA占據(jù)的比例小，功率
L電平的期間TB占據(jù)的比例大的情況下，也可以在功率L電平的期間 TB內(nèi)設(shè)定匹配器感應(yīng)期間，在功率L電平的期間TB中獲得阻抗匹配。
圖17表示為了進(jìn)行上述實(shí)施方式中的等離子體蝕刻方法，上述等 離子體處理裝置(圖1、圖14、圖15)的各部分的控制以及控制整體 的順序(sequence)的控制部80的結(jié)構(gòu)例。
該結(jié)構(gòu)例的控制部80具有經(jīng)總線150連接的處理器(CPU) 152、 存儲(chǔ)器(RAM) 154、程序存儲(chǔ)裝置(HDD) 156、軟盤驅(qū)動(dòng)器或光盤 等的盤驅(qū)動(dòng)器(DRV) 158、鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備(KEY) 160、顯 示裝置(DIS) 162、網(wǎng)絡(luò)接口 (COM) 164和周邊接口 (I/F) 166。
處理器(CPU) 152從安裝在盤驅(qū)動(dòng)器(DRV) 158中的FD或光 盤等存儲(chǔ)介質(zhì)168讀取所需要的程序的碼，將其存儲(chǔ)在HDD 156中。 或者，也能夠通過網(wǎng)絡(luò)接口 164從網(wǎng)絡(luò)下載所需要的程序。然后，處 理器(CPU) 152從HDD156將在各階段或者各情況下所需要的程序的 碼展開在工作存儲(chǔ)器(RAM) 154上，從而執(zhí)行各步驟，進(jìn)行所需要 的運(yùn)算處理，通過周邊接口 166控制裝置內(nèi)的各部(特別是排氣裝置 24，高頻電源28、 70、 128，匹配器32、 74、 104，處理氣體供給部65 等)。用于實(shí)施在上述實(shí)施方式中說明過的等離子體蝕刻方法的程序全 部由該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行。
上述實(shí)施方式是在腔室內(nèi)通過平行平板電極之間的高頻放電生成 等離子體的電容耦合型等離子體處理裝置。然而，本發(fā)明也能夠適用 于在腔室的上表面或周圍配置有天線，在感應(yīng)磁場(chǎng)下生成等離子體的 感應(yīng)耦合型等離子體處理裝置，或者使用微波的功率生成等離子體的 微波等離子體處理裝置等。
本發(fā)明不限于等離子體蝕刻裝置，也能夠應(yīng)用于等離子體CVD、 等離子體氧化、等離子體氮化、濺射等其它等離子體處理裝置。另外， 本發(fā)明中的被處理基板不限于半導(dǎo)體晶片，也能夠是平板顯示器用的 各種基板、光掩模、CD基板、印刷基板等。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括能夠進(jìn)行真空排氣的處理容器；在所述處理容器內(nèi)支撐被處理基板的第一電極；向在所述處理容器內(nèi)設(shè)定在所述第一電極之上的處理空間供給處理氣體的處理氣體供給部；在所述處理容器內(nèi)激勵(lì)所述處理氣體生成等離子體的等離子體激勵(lì)部；第一高頻供電部，其在所述第一電極上施加第一高頻，以從所述等離子體將離子引入所述被處理基板；以規(guī)定的周期對(duì)所述第一高頻的功率進(jìn)行調(diào)制的第一高頻功率調(diào)制部；和與所述第一高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地對(duì)所述第一高頻的頻率進(jìn)行調(diào)制的第一頻率調(diào)制部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻功率調(diào)制部將1個(gè)周期分割成第一、第二、第三和第四狀態(tài)，控制所述第一高頻的功率，使得所述第一高頻的功率在所述第一狀態(tài)下維持第一功率設(shè)定值，在所述第二狀態(tài)下從所述第一功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)楸绕涓叩牡诙β试O(shè)定值，在所述第三狀態(tài)下維持所述第二功率設(shè)定值，在所述第四狀態(tài)下從所述第二功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝还β试O(shè)定值；所述第一頻率調(diào)制部控制所述第一高頻的頻率，使得所述第一高頻的頻率在所述第一狀態(tài)下維持第一頻率設(shè)定值，在所述第二狀態(tài)下從所述第一頻率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)楸绕涓叩牡诙l率設(shè)定值，在所述第三狀態(tài)下維持第二頻率設(shè)定值，在所述第四狀態(tài)下從所述第二頻率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝活l率設(shè)定值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻供電部具有產(chǎn)生所述第一高頻的第一高頻電源；匹配器，其包括匹配電路、傳感器和控制器，該匹配電路包括電連接在所述第一高頻電源的輸出端子與所述第一電極之間的可變電抗元件，該傳感器用于測(cè)定包括所述匹配電路的負(fù)載阻抗，該控制器響應(yīng)所述傳感器的輸出信號(hào)，使所述可變電抗元件可變，從而使所述負(fù)載阻抗與基準(zhǔn)阻抗一致；和匹配控制部，其對(duì)所述匹配器進(jìn)行控制，使得在所述第一狀態(tài)或所述第三狀態(tài)的任一狀態(tài)下能夠獲得阻抗的匹配。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于，包括對(duì)從所述第一電極側(cè)向所述第一高頻電源在傳輸線路上傳播的反射波的功率進(jìn)行測(cè)定的反射波測(cè)定部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述匹配控制部?jī)H在所述第三狀態(tài)中設(shè)定的規(guī)定期間的時(shí)段內(nèi)使所述傳感器的輸出信號(hào)反饋至所述控制器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一頻率調(diào)制部選定所述第一頻率設(shè)定值，使得在所述第一狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或其附近的值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述匹配控制部?jī)H在所述第一狀態(tài)中設(shè)定的規(guī)定期間的時(shí)段內(nèi)使所述傳感器的輸出信號(hào)反饋至所述控制器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一頻率調(diào)制部選定所述第三頻率設(shè)定值，使得在所述第三狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或其附近的值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4 8中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻功率調(diào)制部以規(guī)定的上升沿特性使所述第一高頻的功率從所述第一功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅诙β试O(shè)定值，與此同時(shí)，所述第一頻率調(diào)制部以規(guī)定的上升沿特性使所述第一高頻的頻率從所述第一頻率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅诙l率設(shè)定值，使得在所述第二狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或其附近的值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4 8中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻功率調(diào)制部以規(guī)定的下降沿特性使所述第一高頻的功率從所述第二功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝还β试O(shè)定值，與此同時(shí)，所述第一頻率調(diào)制部以規(guī)定的下降沿特性使所述第一高頻的頻率從所述第二頻率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝活l率設(shè)定值，使得在所述第四狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或其附近的值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4 8中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻功率調(diào)制部根據(jù)在所述第一狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值，修正所述第一功率設(shè)定值，使得在后續(xù)的所述第一狀態(tài)中供向負(fù)載的負(fù)載功率與目標(biāo)值一致。
12. 根據(jù)權(quán)利要求4 8中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻功率調(diào)制部根據(jù)在所述第三狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值，修正所述第二功率設(shè)定值，使得在后續(xù)的所述第三狀態(tài)中供向負(fù)載的負(fù)載功率與目標(biāo)值一致。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子體處理裝置，其特征在于-通過所述反射波測(cè)定部，所述反射波功率的測(cè)定值作為移動(dòng)平均值被提供。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體激勵(lì)部具有在所述處理容器內(nèi)與所述第一電極平行地相對(duì)配置的第二電極；和向所述第二電極施加適于生成所述處理氣體的等離子體的頻率的第二高頻的第二高頻供電部。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述等離子體激勵(lì)部具有在所述處理容器內(nèi)與所述第一電極平行地相對(duì)配置的第二電極；和向所述第一電極施加適于生成所述處理氣體的等離子體的頻率的第二高頻的第二高頻供電部。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的等離子體處理裝置，其特征在于，具有與所述第一高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地對(duì)所述第二高頻的頻率進(jìn)行調(diào)制的第二頻率調(diào)制部。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的等離子體處理裝置，其特征在于，具有與所述第一高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地對(duì)所述第二高頻的功率進(jìn)行調(diào)制的第二高頻功率調(diào)制部。
18. —種等離子體處理裝置，其特征在于，包括能夠進(jìn)行真空排氣的處理容器；向所述處理容器內(nèi)供給處理氣體的處理氣體供給部；第一高頻供電部，其向配置在所述處理容器之中或附近的第一電極或天線施加第一高頻，以在所述處理容器內(nèi)對(duì)所述處理氣體進(jìn)行激勵(lì)而生成等離子體；以規(guī)定的周期對(duì)所述第一高頻的功率進(jìn)行調(diào)制的第一高頻功率調(diào)制部；和與所述第一高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地對(duì)所述第一高頻的頻率進(jìn)行調(diào)制的第一頻率調(diào)制部。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻功率調(diào)制部將1個(gè)周期分割成第一、第二、第三和第四狀態(tài)，控制所述第一高頻的功率，使得所述第一高頻的功率在所述第一狀態(tài)下維持第一功率設(shè)定值，在所述第二狀態(tài)下從所述第一功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)楸绕涓叩牡诙β试O(shè)定值，在所述第三狀態(tài)下維持所述第二功率設(shè)定值，在所述第四狀態(tài)下從所述第二功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝还β试O(shè)定值；所述第一頻率調(diào)制部控制所述第一高頻的頻率，使得所述第一高頻的頻率在所述第一狀態(tài)下維持第一頻率設(shè)定值，在所述第二狀態(tài)下從所述第一頻率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)楸绕涞偷牡诙l率設(shè)定值，在所述第三狀態(tài)下維持第二頻率設(shè)定值，在所述第四狀態(tài)下從所述第二頻率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝活l率設(shè)定值。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻供電部具有產(chǎn)生所述第一高頻的第一高頻電源；匹配器，其包括匹配電路、傳感器和控制器，該匹配電路包括電連接在所述第一高頻電源的輸出端子與所述第一電極之間的可變電抗元件，該傳感器用于測(cè)定包括所述匹配電路的負(fù)載阻抗，該控制器響應(yīng)所述傳感器的輸出信號(hào)，使所述可變電抗元件可變，從而使所述負(fù)載阻抗與基準(zhǔn)阻抗一致；和匹配控制部，其對(duì)所述匹配器進(jìn)行控制，使得在所述第一狀態(tài)或所述第三狀態(tài)的任一狀態(tài)下能夠獲得阻抗的匹配。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子體處理裝置，其特征在于，具有對(duì)從所述第一電極側(cè)向所述第一高頻電源在傳輸線路上傳播的反射波的功率進(jìn)行測(cè)定的反射波測(cè)定部。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述匹配控制部?jī)H在所述第三狀態(tài)中設(shè)定的規(guī)定期間的時(shí)段內(nèi)使所述傳感器的輸出信號(hào)反饋至所述控制器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一頻率調(diào)制部選定所述第一頻率設(shè)定值，使得在所述第一狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或其附近的值。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的等離子體處理裝置，其特征在于.-所述匹配控制部?jī)H在所述第一狀態(tài)中設(shè)定的規(guī)定期間的時(shí)段內(nèi)使所述傳感器的輸出信號(hào)反饋至所述控制器。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一頻率調(diào)制部選定所述第三頻率設(shè)定值，使得在所述第三狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或其附近的值。
26. 根據(jù)權(quán)利要求21 25中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻功率調(diào)制部以規(guī)定的上升沿特性使所述第一高頻的功率從所述第一功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅诙β试O(shè)定值，與此同時(shí)，所述第一頻率調(diào)制部以規(guī)定的下降沿特性使所述第一高頻的頻率從所述第一頻率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅诙l率設(shè)定值，使得在所述第二狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或其附近的值。
27. 根據(jù)權(quán)利要求21 25中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻功率調(diào)制部以規(guī)定的下降沿特性使所述第一高頻的功率從所述第二功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝还β试O(shè)定值，與此同時(shí)，所述第一頻率調(diào)制部以規(guī)定的上升沿特性使所述第一高頻的頻率從所述第二頻率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝活l率設(shè)定值，使得在所述第四狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值成為最小值或其附近的值。
28. 根據(jù)權(quán)利要求21 25中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻功率調(diào)制部根據(jù)在所述第一狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值修正所述第一功率設(shè)定值，使得在后續(xù)的所述第一狀態(tài)中供向負(fù)載的負(fù)載功率與目標(biāo)值一致。
29. 根據(jù)權(quán)利要求21 25中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻功率調(diào)制部根據(jù)在所述第三狀態(tài)中通過所述反射波測(cè)定部得到的反射波功率的測(cè)定值修正所述第二功率設(shè)定值，使得在后續(xù)的所述第三狀態(tài)中供向負(fù)載的負(fù)載功率與目標(biāo)值一致。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的等離子體處理裝置，其特征在于通過所述反射波測(cè)定部，所述反射波功率的測(cè)定值作為移動(dòng)平均值被提供。
31. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述處理容器內(nèi)，所述第一電極支撐被處理基板。
32. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述處理容器內(nèi)，所述第一電極與支撐被處理基板的第二電極平行地相對(duì)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的等離子體處理裝置，其特征在于，包括第二高頻供電部，其在所述第一電極上施加第二高頻，以從所述 等離子體將離子引入所述基板。
34. —種等離子體處理方法，其以一定的周期對(duì)施加在設(shè)置于能夠進(jìn)行真空排氣的處理容器之中或其附近的電極或天線上的高頻的功率進(jìn)行調(diào)制，該等離子體處理方法的特征在于與所述高頻的功率調(diào)制實(shí)質(zhì)上同步地對(duì)所述高頻的頻率進(jìn)行調(diào)制。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的等離子體處理方法，其特征在于-在一個(gè)周期內(nèi)，使所述高頻的功率和頻率至少在2個(gè)階段上同時(shí)可變。
36. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的等離子體處理方法，其特征在于 將1個(gè)周期分割成第一、第二、第三和第四狀態(tài)， 控制所述高頻的功率，使得在所述第一狀態(tài)下維持第一功率設(shè)定值，在所述第二狀態(tài)下從所述第一功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙β试O(shè)定值， 在所述第三狀態(tài)下維持所述第二功率設(shè)定值，在所述第四狀態(tài)下從所 述第二功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝还β试O(shè)定值，控制所述高頻的頻率，使得在所述第一狀態(tài)下維持第一頻率設(shè)定 值，在所述第二狀態(tài)下從所述第一頻率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙l率設(shè)定值， 在所述第三狀態(tài)下維持第二頻率設(shè)定值，在所述第四狀態(tài)下從所述第 二頻率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝活l率設(shè)定值。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的等離子體處理方法，其特征在于 在所述第一狀態(tài)和所述第三狀態(tài)中的一個(gè)狀態(tài)下，使包括所述等離子體的負(fù)載側(cè)的阻抗與產(chǎn)生所述高頻的高頻電源側(cè)的阻抗匹配。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的等離子體處理方法，其特征在于 僅在所述第一狀態(tài)和第三狀態(tài)中的一個(gè)狀態(tài)中設(shè)定的規(guī)定期間的時(shí)段內(nèi)測(cè)定負(fù)載阻抗，使電連接在所述高頻電源的輸出端子與所述電 極之間的匹配電路內(nèi)的可變電抗元件可變，以使所述負(fù)載阻抗的測(cè)定 值與基準(zhǔn)阻抗一致。
39. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的等離子體處理方法，其特征在于在所述第一狀態(tài)和所述第三狀態(tài)中的另一狀態(tài)中，對(duì)從所述電極 側(cè)向所述高頻電源在傳輸線路上傳播的反射波的功率進(jìn)行測(cè)定，選定 所述第一頻率設(shè)定值，使得在后續(xù)的該狀態(tài)中所述反射波功率的測(cè)定 值成為最小值或其附近的值。
40. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的等離子體處理方法，其特征在于在所述第二狀態(tài)中對(duì)從所述電極側(cè)向所述高頻電源在傳輸線路上 傳播的反射波的功率進(jìn)行測(cè)定，使所述高頻的功率以規(guī)定的上升沿特 性從所述第一功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅诙β试O(shè)定值，與此同時(shí)，使 所述高頻的頻率以規(guī)定的上升沿特性或下降沿特性從所述第一頻率設(shè) 定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅诙l率設(shè)定值，使得在后續(xù)的所述第二狀態(tài)中所述 反射波功率的測(cè)定值成為最小值或其附近的值。
41. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的等離子體處理方法，其特征在于在所述第四狀態(tài)中對(duì)從所述電極側(cè)向所述高頻電源在傳輸線路上 傳播的反射波的功率進(jìn)行測(cè)定，使所述高頻的功率以規(guī)定的下降沿特 性從所述第二功率設(shè)定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝还β试O(shè)定值，與此同時(shí)，使 所述高頻的頻率以規(guī)定的下降沿特性或上升沿特性從所述第二頻率設(shè) 定值轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅谝活l率設(shè)定值，使得在后續(xù)的所述第四狀態(tài)中所述 反射波功率的測(cè)定值成為最小值或其附近的值。
42. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的等離子體處理方法，其特征在于 在所述第一狀態(tài)中對(duì)從所述電極側(cè)向所述高頻電源在傳輸線路上傳播的反射波的功率進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)所述反射波功率的測(cè)定值修正所 述第一功率設(shè)定值，使得在后續(xù)的所述第一狀態(tài)中供向負(fù)載的負(fù)載功 率與目標(biāo)值一致。
43. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的等離子體處理方法，其特征在于 在所述第三狀態(tài)中對(duì)從所述電極側(cè)向所述高頻電源在傳輸線路上傳播的反射波的功率進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)所述反射波功率的測(cè)定值修正所 述第二功率設(shè)定值，使得在后續(xù)的所述第三狀態(tài)中供向負(fù)載的負(fù)載功 率與目標(biāo)值一致。
44. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的等離子體處理方法，其特征在于作為移動(dòng)平均值求取所述反射波功率的測(cè)定值。
全文摘要
本發(fā)明提供等離子體處理裝置和等離子體處理方法。在周期性地對(duì)在等離子體處理中使用的高頻的功率進(jìn)行調(diào)制的方式中，盡可能地減少等離子體阻抗的變動(dòng)和向高頻電源的反射，保證等離子體的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性以及高頻電源的安全保護(hù)。在該等離子體處理裝置中，不僅以與處理相應(yīng)的特性對(duì)偏壓控制用高頻(LF)的功率進(jìn)行頻率調(diào)制，還與LF功率的脈沖調(diào)制同步地對(duì)其頻率(LF頻率)進(jìn)行脈沖調(diào)制。即，使LF功率與LF頻率之間在1個(gè)周期內(nèi)具有如下的同步關(guān)系，在LF功率維持H電平的設(shè)定值P_A的期間T_A的時(shí)段內(nèi)，LF頻率也維持H電平的設(shè)定值F_A，在LF功率維持L電平的設(shè)定值P_B的期間T_B的時(shí)段內(nèi)，LF頻率也維持L電平的設(shè)定值F_B。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101552187SQ200910129589
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
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