TWI496514B - A plasma processing apparatus and a plasma processing method, and a computer-readable memory medium - Google Patents

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Description

電漿處理裝置及電漿處理方法以及電腦可讀取之記憶媒體
本發明係關於對被處理基板施以電漿處理之技術，特別是關於週期性地調變使用於電漿處理之高頻的功率之方式的電漿處理裝置及電漿處理方法。
於半導體裝置或FPD(Flat Panel Display：平面面板顯示器)的製造製程中之蝕刻、沈積、氧化、濺鍍等之處理中，為了於比較低溫使處理氣體進行良好的反應，電漿被廣為使用。
近年來，製造製程之設計規範日益微細化，特別是在電漿蝕刻中，被要求更高的尺寸精度，更高地要求對於蝕刻中之光罩或基底的選擇比及面內均一性。因此，朝向腔體內的製程區域之低壓力化、低離子能量化，於電漿產生(高頻放電)上，逐漸使用40MHz以上之比以往格外高的頻率之高頻。另外，為了更精細地控制從電漿引入基板的離子之能量(偏壓)，也經常對載置基板的電極施加比較低的頻率(通常13.56MHz以下)的高頻。
但是，如前述般，基於低壓力化及低離子能量化之進展，以往不成為問題之充電損傷的影響變成無法予以忽視。即在離子能量高之以往的裝置中，即使電漿電位在面內有差異，雖不會產生大的問題，但更低壓而使得離子能量變低時，電漿電位之面內不均勻，會產生容易引起基於閘極氧化膜的電荷蓄積所引起的破壞，即充電損傷的問題。
關於此問題，於專利文獻1中，揭示有：設置電流路徑矯正手段，將於基於施加於晶圓之高頻偏壓所致的高頻電流路徑中，晶圓的外周附近中之電流路徑部分矯正為朝向對向電極的晶圓對向面；或設置使從高頻偏壓至所見到的接地為止之阻抗在晶圓面內成為略均一之阻抗調整手段。藉此，於施加了高頻偏壓時所產生的自我偏壓之晶圓面內的均一性提高，可以抑制巨觀損傷。
但是專利文獻1所記載的技術，存在有需要設置電流路徑矯正手段或阻抗調整手段，裝置構成變得複雜化，或對於電漿處理的面內均一性，不一定充分等之問題。
另外，於電漿製程中，於晶圓面內，基於離子與電子的平衡崩潰所引起的局部性電場，引起閘極氧化膜之充電，以至於絕緣破壞之型態的充電損傷也極為麻煩。例如，於電漿蝕刻中，對於晶圓的主面，離子垂直射入，電子從斜向射入，局部性地電荷平衡崩潰，誘發充電之處，容易隨機地發生。此種充電損傷，不單與自我偏壓的面內不均一性有關，也與蝕刻型態的輪廓等有關，發生之處所不定，在專利文獻1所記載的技術中，無法有效地解除。
[專利文獻1]日本專利特開2001-185542號公報
於防止如前述之充電損傷方面，以能率(duty)可以改變之H位準/L位準或ON/OFF的脈衝來調變使用於電漿產生的高頻之功率之方式，係屬有效。
但是，如前述般，以脈衝調變使用於電漿處理之高頻的功率之方式，高頻的功率因脈衝頻率而週期性地變化，電漿或離子鞘的阻抗週期性地變動，匹配器的自動匹配功能無法追從此，存在有導致處理容器內的電漿產生、分布特性或離子能量的變動，無法取得製程的再現性，或基於反射波，高頻電源導致過熱或故障等課題，難於適用於量產裝置。
本發明係有鑑於此種以往技術的問題點所完成者，目的在於提供：週期性地調變使用於電漿處理之高頻的頻率之方式中，使電漿或離子鞘的阻抗的變動或對高頻電源的反射盡可能地少，保證製程的穩定性、再現性及高頻電源的安全保護之實用性高的電漿處理裝置、電漿處理方法及電腦可讀取之記憶媒體。
為了達成前述目的，本發明的第1觀點中之電漿處理裝置，係具有：可以真空排氣之處理容器；及於前述處理容器內支撐被處理基板之第1電極；及於前述處理容器內，對被設定於前述第1電極上的處理空間供給處理氣體之處理氣體供給部；及於前述處理容器內，激發前述處理氣體來產生電漿之電漿激發部；及為了將前述電漿中的離子引入前述被處理基板，對前述第1電極施加第1高頻之第1高頻供電部；及以特定週期來調變前述第1高頻的功率之第1高頻功率調變部；及實質上與前述第1高頻的功率調變同步來調變前述第1高頻的頻率之第1頻率調變部。
於前述之裝置構成中，第1高頻功率調變部以特定週期調變將電漿中的離子引入基板用之第1高頻的功率，時間性地控制射入被處理基板之離子的能量，另一方面，第1頻率調變部係藉由實質地與第1高頻的功率調變同步來調變第1高頻的頻率，去除伴隨功率調變之鞘容量的變動，控制電漿阻抗的變動或來自電漿的反射，可以謀求製程的穩定性、再現性。
於本發明之合適的一實施型態中，第1高頻功率調變部，係將1週期分割為第1、第2、第3及第4狀態，使前述第1高頻的功率在前述第1狀態中維持第1功率設定值，於第2狀態中，從第1功率設定值轉換為比其還高的第2功率設定值，於第3狀態中，維持第2功率設定值，於第4狀態中，從第2功率設定值轉換為第1功率設定值，如此地控制第1高頻的功率。另一方面，第1頻率調變部，係使第1高頻的頻率於第1狀態中，維持第1頻率設定值，於第2狀態中，從第1頻率設定值轉換為比其還高的第2頻率設定值，於第3狀態中，維持第2頻率設定值，於第4狀態中，從第2頻率設定值轉換為第1頻率設定值，如此地控制第1高頻的頻率。藉由使於第1高頻的功率與頻率之間維持如前述的同步關係，即使是為了獲得所期望的製程特性或製程性能而任意地設定第1高頻的功率調變，藉由頻率調變，可以有效地補償(抑制)伴隨功率調變之電漿阻抗的變動或反射。
另外，於合適之一實施型態中，第1高頻供電部，係具有：產生第1高頻的第1高頻電源；及包含：含有被電性連接於此第1高頻電源的輸出端子與第1電極之間的可變電抗元件之匹配電路、及用以測定含有此匹配電路的負載阻抗之感測器、及以響應此感測器的輸出訊號，使負載阻抗與基準阻抗成為一致的方式來改變可變電抗元件之控制器之匹配器；及於第1狀態或第3狀態之其中一種狀態中，以使阻抗得以匹配之方式來控制匹配器之匹配控制部。另外，具備：測定從第1電極側朝第1高頻電源傳播於傳送線路上之反射波的功率之反射波測定部。
於第3狀態中取得阻抗匹配之情形時，匹配控制部只在被設定於第3狀態中的特定期間之間，將感測器之輸出訊號回饋至控制器為佳。在此情形時，第1頻率調變部，係於第1狀態中選定第1頻率設定值，使得藉由反射波測定部所獲得的反射波功率的測定值成為最小值或其附近之值。
於第1狀態中取得阻抗匹配之情形時，匹配控制部只在被設定於第1狀態中的特定期間之間，將感測器之輸出訊號回饋至控制器為佳。在此情形時，第1頻率調變部，係於第3狀態中選定第3頻率設定值，使得藉由反射波測定部所獲得的反射波功率的測定值成為最小值或其附近之值。
關於第2狀態，以於第2狀態中，藉由反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值成為最小值或其附近之值的方式，第1高頻功率調變部使第1高頻的功率以特定的上升特性從第1功率設定值轉換為第2功率設定值之同時，第1頻率調變部使第1高頻的頻率以特定的上升特性從第1頻率設定值轉換為第2頻率設定值。
關於第4狀態，以於第4狀態中，藉由反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值成為最小值或其附近之值的方式，第1高頻功率調變部使第1高頻的功率以特定的下降特性從第2功率設定值轉換為第1功率設定值之同時，第1頻率調變部使第1高頻的頻率以特定的下降特性從第2頻率設定值轉換為第1頻率設定值。
於別的合適之一型態中，第1高頻功率調變部係依據於第1狀態中藉由反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值(以移動平均值為佳)，以在後續的第1狀態中被供給至負載之負載功率與目標值成為一致之方式，來補正第1功率設定值。另外，第1高頻功率調變部係依據於第3狀態中藉由反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值(以移動平均值為佳)，以在後續的第3狀態中被供給至負載之負載功率與目標值成為一致之方式，來補正第2功率設定值。
於合適之一型態中，電漿激發部係具有：於處理容器內，與第1電極平行地面對配置之第2電極；及將適合於產生處理氣體的電漿之頻率的第2高頻施加於第2電極之第2高頻供電部。別的合適之一型態中之電漿激發部，係具有：於處理容器內，與第1電極平行地面對配置之第2電極；及將適合於產生處理氣體的電漿之頻率的第2高頻施加於第1電極之第2高頻供電部。在此情形時，具備第2頻率調變部，可以實質上與第1高頻的功率調變同步來調變第2高頻的頻率。或者具備第2高頻功率調變部，實質上與第1高頻的功率調變同步來調變第2高頻的功率亦可。
本發明之第2觀點中之電漿處理裝置，係具有：可以真空排氣之處理容器；及對前述處理容器內供給處理氣體之處理氣體供給部；及為了於前述處理容器內，激發前述處理氣體來產生電漿，對配置於前述處理容器之中或附近的第1電極或天線施加第1高頻之第1高頻供電部；及以特定的週期來調變前述第1高頻的功率之第1高頻功率調變部；及實質上與前述第1高頻的功率調變同步來調變前述第1高頻的頻率之第1頻率調變部。
於前述之裝置構成中，第1高頻功率調變部係以特定的週期來調變有助於電漿產生的第1高頻的功率，為了謀求充電損傷之防止，時間性地控制電漿密度，另一方面，第1頻率調變部係藉由實質地與第1高頻的功率調變同步來調變第1高頻的頻率，去除伴隨功率調變之電漿容量的變動，抑制電漿阻抗的變動或來自電漿的反射，可以謀求製程的穩定性、再現性。
於本發明之合適的一實施型態中，第1高頻功率調變部，係將1週期分割為第1、第2、第3及第4狀態，使第1高頻的功率在第1狀態中維持第1功率設定值，於第2狀態中，從第1功率設定值轉換為比其還高的第2功率設定值，於第3狀態中，維持第2功率設定值，於第4狀態中，從第2功率設定值轉換為第1功率設定值，如此地控制第1高頻的功率。另一方面，第1頻率調變部，係使第1高頻的頻率於第1狀態中，維持第1頻率設定值，於第2狀態中，從第1頻率設定值轉換為比其還低的第2頻率設定值，於第3狀態中，維持第2頻率設定值，於第4狀態中，從第2頻率設定值轉換為第1頻率設定值，如此地控制第1高頻的頻率。藉由於第1高頻的功率與頻率之間具有如前述之同步關係，即使是為了獲得所期望的製程特性或製程性能而任意地設定第1高頻的功率調變，藉由頻率調變，可以有效地補償(抑制)伴隨功率調變之電漿阻抗的變動或反射。
另外，於合適之一實施型態中，第1高頻供電部係具有：產生第1高頻的第1高頻電源；及包含：含有被電性連接於此第1高頻電源的輸出端子與第1電極之間的可變電抗元件之匹配電路、及用以測定含有此匹配電路的負載阻抗之感測器、及以響應此感測器的輸出訊號，使負載阻抗與基準阻抗成為一致的方式來改變可變電抗元件之控制器之匹配器；及於第1狀態或第3狀態之其中一種狀態中，以使阻抗得以匹配之方式來控制匹配器之匹配控制部。具備：測定從第1電極側朝第1高頻電源傳播於傳送線路上之反射波的功率之反射波測定部。
於第3狀態中取得阻抗的匹配之情形時，匹配控制部係只在被設定於第3狀態中的特定期間之間，將感測器之輸出訊號回饋至控制器。在此情形時，第1頻率調變部，係於第1狀態中選定第1頻率設定值，使得藉由反射波測定部所獲得的反射波功率的測定值成為最小值或其附近之值。
於第1狀態中取得阻抗匹配的情形時，匹配控制部係只在被設定於第1狀態中的特定期間之間，將感測器之輸出訊號回饋至控制器。在此情形時，第1頻率調變部，係於第3狀態中選定第3頻率設定值，使得藉由反射波測定部所獲得的反射波功率的測定值成為最小值或其附近之值。
關於第2狀態，以於第2狀態中，藉由反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值成為最小值或其附近之值的方式，第1高頻功率調變部使第1高頻的功率以特定的上升特性從第1功率設定值轉換為第2功率設定值之同時，第1頻率調變部使第1高頻的頻率以特定的下降特性從第1頻率設定值轉換為第2頻率設定值。
關於第4狀態，以於第4狀態中，藉由反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值成為最小值或其附近之值的方式，第1高頻功率調變部使第1高頻的功率以特定的下降特性從第2功率設定值轉換為第1功率設定值之同時，第1頻率調變部使第1高頻的頻率以特定的上升特性從第2頻率設定值轉換為第1頻率設定值。
於別的合適之一型態中，第1高頻功率調變部係依據於第1狀態中藉由反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值(以移動平均值為佳)，以在後續的第1狀態中被供給至負載之負載功率與目標值成為一致之方式，來補正第1功率設定值。另外，第1高頻功率調變部係依據於第3狀態中藉由反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值(以移動平均值為佳)，以在後續的第3狀態中被供給至負載之負載功率與目標值成為一致之方式，來補正第2功率設定值。
於合適之一型態中，被施加電漿產生用之第1高頻的第1電極，係於處理容器內支撐被處理基板。於別的合適之一型態中，被施加電漿產生用的第1高頻之第1電極，係與於處理容器內支撐被處理基板之第2電極平行地面對。在此情形時，為了從電漿將離子引入基板，亦可將來自第2高頻供電部之第2高頻施加於第1電極。
本發明之第1觀點中之電漿處理方法，係以一定週期來調變施加於設置在可以真空排氣的處理容器之中或其附近之電極或天線的高頻之功率之電漿處理方法，與前述高頻的功率調變實質上同步來調變前述高頻的頻率。
於前述電漿處理方法中，以特定的週期來調變第1高頻的功率，且時間性地控制電漿密度或離子能量，另一方面，藉由實質地與第1高頻的功率調變同步來調變第1高頻的頻率，去除伴隨功率調變之電漿容量的變動，抑制電漿阻抗的變動或來自電漿的反射，可以謀求製程的穩定性、再現性。
於本發明之合適的一型態中，於1週期內，至少2階段地使高頻的功率及頻率可以同時改變。
另外，本發明中之電腦可讀取之記憶媒體，係記憶有在電腦上動作的控制程式之電腦記憶媒體，前述控制程式，係於執行時，以本發明之電漿處理方法被進行之方式，來控制電漿處理裝置。
如依據本發明之電漿處理裝置或電漿處理方法或電腦可讀取之記憶媒體，藉由如前述之構成及作用，即使是為了獲得所期望的製程特性而週期性地調變使用於電漿處理之高頻的功率，也可以盡可能地使電漿或離子鞘之阻抗變動或對於高頻電源之反射變少，可以保證製程的穩定性、再現性及高頻電源的安全保護。
以下，參照所附圖面來說明本發明之合適的實施型態。
第1圖係表示本發明之一實施型態中之電漿處理裝置的構造。此電漿處理裝置係構成為電容耦合型之平行平板電漿蝕刻裝置，例如具有：鋁或不銹鋼等之金屬製的圓筒型腔體(處理容器)10。腔體10係被安全地接地。
於腔體10內水平地配置有載置作為被處理基板之例如半導體晶圓W之圓板狀的感應器12來作為下部電極。此感應器12例如係由鋁所形成，藉由從腔體10的底部朝垂直上方延伸之例如陶瓷製的絕緣性筒狀支撐部14被非接地的支撐著。沿著此筒狀支撐部14的外周，於從腔體10的底部朝垂直上方延伸的導電性的筒狀內壁部16與腔體10的側壁之間形成有環狀的排氣路徑18，於此排氣路徑18的底部設置有排氣口20。於此排氣口20介由排氣管22連接有排氣裝置24。排氣裝置24係具有渦輪分子泵等之真空泵，可以將腔體10內的處理空間減壓至所期望的真空度。於腔體10的側壁安裝有開關半導體晶圓W的搬入、出口的閘門閥26。
於感應器12係介由RF電纜30、下部匹配器32及下部供電棒34而電性地連接有高頻電源28。高頻電源28係輸出具有適合於控制被引入感應器12上的半導體晶圓W之離子的能量之頻率(通常13.56MHz以下)的偏壓控制用之高頻(LF)。此實施型態之高頻電源28係在控制部80的控制下，不單可以脈衝調變(AM調變)偏壓控制用高頻(LF)的功率，其之頻率也可以脈衝調變(FM調變)。RF纜線30例如係由同軸電纜所形成。
如後述般，於下部匹配器32收容有在高頻電源28側的阻抗與負載(電極、電漿、腔體)側之阻抗之間取得匹配之匹配電路之同時，也具備：自動匹配用之RF感測器、步進電動機、控制器等。
一般而言，於電漿處理裝置中，對被配置於處理容器之中或附近的電極或天線施加高頻的高頻供電部，不單輸出高頻的高頻電源，也具備：於負載側(電極、電漿、腔體)之阻抗與高頻電源側之阻抗之間取得匹配(matching)的匹配器。高頻電源通常被設計成為50Ω的純阻抗輸出，匹配器內的阻抗被設定或調節成含匹配器之負載側的阻抗也成為50Ω。此種之匹配器係於匹配電路內包含1個或複數個可變電抗元件(可變電容器、可變電感線圈等)，藉由步進電動機等來選擇可變範圍內之各步階位置或位置，可改變調整匹配器內的阻抗或負載阻抗。於電漿處理中，依據壓力變動等，電漿、阻抗一改變時，匹配器的自動匹配功能產生動作，可改變調整彼等可變電抗元件的阻抗、位置，自動地補正負載阻抗以和匹配點(50Ω)一致。
感應器12係具有比半導體晶圓W大一些的直徑或口徑。於感應器12的上面載置有處理對象之半導體晶圓W，於該半導體晶圓W之周圍安裝有聚焦環36。此聚焦環係因應半導體晶圓W之被蝕刻材，例如以Si、SiC、C、SiO2 中之其中一種的材質所構成。
於感應器12的上面設置有晶圓吸附用之靜電夾頭38。此靜電夾頭38係於膜狀或板狀的介電質中夾住薄片狀或網目狀的導電體者，一體地形成或一體地固定於感應器12的上面，被配置於腔體10之外的直流電源40係介由開關42及高壓線44而電性地連接於該導電體。藉由從直流電源40所施加的直流電壓，以庫倫力將半導體晶圓W吸附保持於靜電夾頭38上。
於感應器12的內部例如設置有延伸於圓周方向之環狀的冷媒室46。藉由冷凍單元(未圖示出)透過配管48、50而對此冷媒室46循環供給特定溫度的冷媒，例如冷卻水。藉由冷媒的溫度，可以控制靜電夾頭38上的半導體晶圓W之溫度。進而為了進一步調高晶圓溫度的精度，來自傳熱氣體供給部(未圖示出)之傳熱氣體，例如He氣體透過氣體供給管52及感應器12內部的氣體通路54被供給至靜電夾頭38與半導體晶圓W之間。
於腔體10之頂部設置有與感應器12平行地面對而兼為上部電極之淋浴頭56。淋浴頭56係具有：面對感應器12之電極板58、及將此電極板58可從其背後(上)裝卸地支撐之電極支撐體60，於此電極支撐體60的內部設置氣體室62，將從此氣體室62貫穿至感應器12側之多數的氣體吐出孔64形成於電極支撐體60及電極板58。電極板58與感應器12之間的空間S，係成為電漿產生空間或處理空間。於設置於氣體室62的上部之氣體導入口62a連接有來自處理氣體供給部65之氣體供給管66。電極板58例如係由Si、SiC或C所形成，電極支撐體60例如係由被鋁陽極處理之鋁所形成。
淋浴頭56與腔體10之上面開口緣部之間，例如氣密地塞有由氧化鋁所形成之環狀的絕緣體68。淋浴頭56係電性地非接地安裝於腔體10，別的高頻電源70係介由RF電纜72、上部匹配器74及上部供電棒76而電性地連接於淋浴頭56。高頻電源70係以無調變，即一定功率及一定頻率輸出具有適合於高頻放電，即電漿產生之頻率(以40MHz以上為佳)之高頻(HF)。RF電纜72例如係由同軸電纜所形成。於匹配器74收容有在高頻電源70側的阻抗與負載(電極、電漿、腔體)側之阻抗之間取得匹配之匹配電路之同時，也具備：自動匹配用之RF感測器、步進電動機、控制器等。
控制部80係如後述般，包含微電腦及各種介面，依據儲存於外部記憶體或內部記憶體之軟體(程式)及處理程序資訊，來控制此電漿蝕刻裝置內的各部，例如排氣裝置排氣裝置24，高頻電源28、70、下部匹配器32、74、直流電源開關42、冷凍單元(未圖示出)、傳熱氣體供給部(未圖示出)及處理氣體供給部65等之各個的動作及裝置整體的動作(順序)。
於此電漿蝕刻裝置中，為了進行蝕刻，首先將閘門閥26設為開狀態，將加工對象之半導體晶圓W搬入腔體10內，載置於靜電夾頭38之上。然後，從處理氣體供給部65以特定的流量將蝕刻氣體(一般為混合氣體)導入腔體10內，藉由排氣裝置24將腔體10內的壓力排放為設定值。進而，藉由高頻電源70而透過上部匹配器74將電漿產生用之高頻(HF)施加於上部電極56之同時，從高頻電源28透過下部匹配器32而將偏壓控制用之高頻(LF)施加於感應器12。另外，藉由直流電源40將直流電壓施加於靜電夾頭38，把半導體晶圓W固定於靜電夾頭38上。藉由淋浴頭56所被吐出的蝕刻氣體於兩電極12、56間，藉由高頻放電而電漿化，藉由以此電漿所產生的活性基或離子，半導體晶圓W的表面之被加工膜被蝕刻為所期望的圖案。
此電容耦合型電漿蝕刻裝置，係介由對上部電極(淋浴頭)56施加適合於電漿產生之比較高的頻率(40MHz以上)的高頻(HF)，將電漿以合適的解離狀態下予以高密度化，即使是在更低壓的條件下，也可以形成高密度電漿。與此同時，藉由對感應器12施加適合於離子引入之比較低的頻率(13.56MHz以下)的高頻(LF)，更精細地控制離子能量，可以提高異方性蝕刻的加工精度。
進而，藉由控制部80的控制，於高頻電源28中，以能率可變之H位準/L位準或ON/OFF之脈衝來調變偏壓控制用高頻(LF)的功率，時間性地控制射入半導體晶圓W之離子的能量，可以使選擇性等之加工特性進一步提升。
第2圖係表示此實施型態中之脈衝調變方式的基本手法。於此實施型態中，不單以因應製程之一定的頻率(例如10kHz)及能率(例如50%)來脈衝調變偏壓控制用高頻(LF)的功率，也與LF功率的脈衝調變同步來脈衝調變其頻率(LF頻率)。即於LF功率與LF頻率之間，於1週期內，係具有：LF功率維持H位準的設定值PA (例如500W)之期間TA 之間，LF頻率也維持H位準的設定值FA(例如13.56MHz)，LF功率維持L位準之設定值PB (例如100W)之期間TB之間，LF頻率也維持L位準的設定值FB (例如12.05MHz)之同步關係。此處，LF頻率的H位準/L位準，係指2個不同的頻率設定值間的相對之高低關係，H位準係相對高者之頻率設定值，L位準係相對低者之頻率設定值。
另外，於第2圖中，雖於完全相同的時序(同一相位、同一能率)來進行LF功率之脈衝調變與LF頻率的脈衝調變，但是實際上，也可以在LF功率或LF頻率變化之時序(相位、能率)上，於時間軸上予以錯開。但是脈衝調變之頻率需要於LF功率和LF頻率上使其同步或一致。
於感應器12施加偏壓控制用之高頻(LF)的情形時，LF功率與形成於感應器12上之離子鞘的厚度(下部鞘厚度)之間存在有一定的比例關係，LF功率取用H位準的一定值PA 時，下部鞘厚度也成為H位準之某值DA ，LF功率取用L位準之一定值PB 時，下部鞘厚度也成為L位準之某值DB 。此處，下部鞘的厚度愈大，該鞘容量(電容)愈小，下部鞘的厚度愈小，鞘容量愈大。
在此實施型態中，於控制部80之控制下，下部匹配器32係動作使H位準期間TA 中之負載側的阻抗與高頻電源28側之阻抗匹配，且忽視(不檢測)L位準期間TB 中之負載阻抗。如此一來，於H位準期間TA 中，下部鞘厚度為H位準的值DA ，從阻抗取得匹配的狀態一移往L位準期間TB 時，下部鞘厚度從H位準的值DA 變成L位準的值DB 而已(即下部鞘容量增加的量而已)而從共振點偏離，阻抗變成無法匹配。因此，為了使L位準期間TB中之該種阻抗匹配偏離盡可能變少，以下部鞘厚度的減少，即刪減鞘容量(電容)的增加的方式，使LH頻率降低至比H位準時的基準頻率FA低適當量之L位準的值FB 為止。
如此，於此實施型態的脈衝調變方式中，H位準期間TA 中，係藉由下部匹配器32的自動匹配功能，於高頻電源28和負載之間取得阻抗匹配，L位準期間TB中，以下部匹配器32不響應負載阻抗，高頻電源28適當降低LF頻率之手法來補正阻抗匹配的偏差。因此，藉由LF功率在H位準與L位準之間週期性地改變，即使下部鞘的容量週期性地變動，電漿阻抗或負載阻抗不會急遽變動，下部匹配器32的自動匹配不會有引起追逐(hunting)之虞，可以有效地抑制從電漿負載朝高頻電源28之反射。
第3圖係更詳細地表示此實施型態之脈衝調變方式中之LF功率與LF頻率之間的同步關係。如圖所示般，脈衝調變之1週期係被分割為4個狀態，即第1狀態TB 、第2狀態TC 、第3狀態TA 及第4狀態TD 。此處，第1狀態TB 係對應前述L位準期間，第3狀態TA 係對應前述H位準期間。第2狀態TC 係使LF功率及LF頻率分別從L位準之設定值PB 、FB 轉換為H位準之設定值PA 、FA 之期間。第4狀態TD 係使LF功率及LF頻率分別從H位準之設定值PA 、FA 轉換為L位準之設定值PB 、FB 之期間。
如前述般，第3狀態TA 之期間中，藉由下部匹配器32之自動匹配而取得阻抗匹配，從負載之電漿反彈回高頻電源28之LF反射波的功率非常地低(JA )。第1狀態TB 之期間中，如前述般，藉由LF頻率之脈衝調變，阻抗匹配之偏差也被補正，LF反射功率也被抑制為相當低的位準JR 。但是，第2狀態TC 及第4狀態TD 之期間中，自動匹配之功能或其補償功能實質上並不動作，會產生脈衝狀的LF反射功率。
下部匹配器32感應到該種第2狀態TC 及第4狀態TD 中之LF反射功率的變動時，自動匹配的穩定性、精度降低，第3狀態TA 中之LF反射功率增大，乃至第1狀態TB 中之LF反射功率也增大。
於此實施型態中，控制部80係通過高頻電源28來控制脈衝調變之時間性特性(頻率、能率、相位等)之一切，也全部管理依序且重複切換第1～第4狀態之時序。進而，控制部80也控制下部匹配器32感應負載阻抗之週期或期間，如第3圖所示般，於第3狀態TA 中，不及於第2狀態TC 的終端或第4狀態TD 的起始端之時序，設定匹配器感應期間TM 。
第4圖係表示此實施型態中之高頻電源28及下部匹配器32的構成。高頻電源28係具備：振盪輸出頻率可變的正弦波之振盪器82、及以可變的放大率來放大藉由此振盪器82而被輸出的正弦波之功率的功率放大器84。控制部80係通過振盪器82來進行LF頻率的脈衝調變或可變控制，通過功率放大器84來進行LF功率的脈衝調變或可變控制。
下部匹配器32係具有：至少包含1個可變電抗元件之匹配電路90、及可以個別地控制此匹配電路90的各可變電抗元件的阻抗‧位置用之控制器92、及具有測定包含匹配電路90的負載阻抗之功能的RF感測器94。
於圖示之例子中，匹配電路90係以由2個可變電容器C1 、C2 及1各阻抗線圈L1 所形成的T形電路來構成，控制器92係通過步進電動機96、98來可變地控制可變電容器C1 、C2 之阻抗‧位置。RF感測器94例如具有個別檢測該設置位置中之傳送線路上的RF電壓及RF電流之電壓感測器及電流感測器，從電壓測定值及電流測定值以複數表示負載阻抗的測定值。控制器92例如係由微電腦所構成，藉由RF感測器94透過閘電路100接受負載阻抗的測定值，從控制器80接受各種的設定值或指令。
閘電路100係於控制部80的控制下，於脈衝調變之各週期中只被設定於第3狀態TA 內之匹配器感應期間TM (第3圖)之間，將RF感測器94之輸出訊號(負載阻抗測定值)給予控制器92。藉此，控制器92只於第3狀態TA 內之匹配器感應期間TM 中輸入RF感測器94之輸出訊號，以負載阻抗測定值和基準阻抗或匹配點(通常50Ω)一致之方式，通過步進電動機96、98而可變地控制可變電容器C1 、C2 之阻抗‧位置。
於此實施型態中，於高頻電源28的輸出端子也具備接收從負載側傳播於傳送線路上之反射波來測定反射波的功率之反射波測定電路102。如後述般，控制部80係依據從反射波測定電路102所接受之反射功率測定值，來進行脈衝調變之各狀態中之各種參數的選擇。
如前述般，於此實施型態中之LF頻率的脈衝調變中，於第1狀態TB 中，將LF頻率降低至比第3狀態TA 時之H位準的基準頻率FA 適當地低之L位準的值FB 。
第5圖係表示為了決定L位準之頻率設定值FB ，於控制部80所被執行的程式之步驟。此流程也可以於系統的啟動開始後，如前述般，藉由控制部80及下部匹配器32之自動匹配穩定後才被執行。
首先，藉由起始化取得所需要的參數及設定值(步驟S1 )。然後，從前週期之第4狀態TD 一切換為現在週期之第1狀態TB 後(步驟S2 )，通過功率放大器84將LF功率控制為L位準之設定值PB 之同時，通過振盪器82將LF頻率控制為L位準之暫訂頻率設定值FB(1) (步驟S3 )。然後，於被設定於該第1狀態TB 中之LF功率設定期間，反射波測定電路102檢測LF反射功率來求得測定值(實效值或平均值)JB(1) ，控制部80於記憶體上使LF反射功率測定值JB(1) 對應暫訂設定值FB(1) 。
於各每一週期，將第1狀態TB 之暫訂頻率設定值FB(n) 如第6圖所示般以一定的步階寬予以減少，或如第7圖所示般，以一定的步階寬予以增加，將LF反射功率測定值JB(n) 對應暫訂頻率設定值FB(n) 並予以記錄，將此一連串的處理重複特定次數(步驟S2 ～S6 )。另外，於第6及第7圖中，省略第2狀態TC 及第4狀態TD 。
然後，將測定值資料例如如第8圖所示般予以曲線化，算出對應藉由最小自乘法所求得之LF反射功率的最小值JBm 或其附近之值的LF頻率，將其當成第1狀態TB 中之L位準的頻率設定值FB (步驟S7 )。
另外，代替於各每一週期將第1狀態TB 之暫訂頻率設定值以一定的步階寬予以減少或增加，如第9圖所示般，橫跨複數個週期，於第1狀態TB 中，將LF頻率以一定的上升率或減少率予以連續地掃過之手法亦屬可能。
另外，代替使用如前述之流程(第5圖)，以過去的資料及製程條件(例如HF/LF功率、壓力、氣體種類等)為基礎，來推算下部鞘厚度，從以下部鞘厚度為變數之特定的運算式來選擇或決定第1狀態TB 中之L位準的頻率設定值FB 亦可。在此情形時，可以以藉由反射波測定電路102所獲得之LF反射功率測定值為基礎，來進行頻率設定值FB 的驗證或再選擇。
第10圖係表示為了決定於第2狀態TC 中，使LF功率及LF頻率分別從L位準轉換為H位準之特性(上升特性)，於控制部80所被執行之程式的步驟。第11圖係表示此流程的作用。此流程也可以藉由如前述之手法，確定關於第3狀態TA 及第1狀態TB 之各種參數的設定值，將兩狀態TB 、TA 中之LF反射功率抑制在低位準JB 、JA 使其穩定後才被執行。
首先，藉由起始化取得所需要的參數及設定值(步驟S10 )。然後，從第1狀態TB 切換為第2狀態TC 後(步驟S11 )，通過功率放大器84及振盪器82，將LF頻率個別上升至暫訂之轉換特性P(n) 、F(n) (步驟S12 )。此處，暫訂之轉換特性P(n) 、F(n) 係個別獨立地被設定，如第11圖所示般，將轉換(上升)之開始時間tps 、tfs 及結束時間tpe 、tfe 、轉換變化函數等當成參數。轉換變化函數並不限定為斜率一定之直線PL、FL，也可以是對數函數之曲線PE、FE或N次函數(N≧2)或指數函數之曲線PN、FN等。
然後，於第2狀態TC 之期間中，反射波測定電路102測定LF反射功率，控制部80將該測定值和現在時間點之LF反射功率測定值的最小值比較(步驟S13 )，藉由該比較將小者當成LF反射功率測定值之新的最小值(步驟S14 )。另外，於第1次時，該時間點之最小測定值並不存在，無條件地將第1次之測定值當成最小值。LF反射功率之測定值可以脈衝波形的峰值、平均值或積分值來求得。
各每一週期地適當或依序變更LF功率及LF頻率之暫訂轉換特性P(n) 、F(n) ，特定次數重複前述之第2狀態TC 中之LF反射功率的測定、比較、最小值更新等之一連串的處理(步驟S11 ～S16 )。其結果逐次被更新，將最後剩餘之LF反射功率測定值之最小值對照資料庫，確認是否為適當之值或容許範圍內之值(步驟S17 ～S18 )，如屬適當，將獲得該LF反射功率測定值時之暫訂的轉換特性P(n) 、F(n) 設定為正規的轉換特性(步驟S19 )。藉由對於資料庫之對照(步驟S17 )，此次所獲得之LF反射功率測定值的最小值不是適當者的情形時，適當地變更起始化中之各種參數或設定值，由最初重新進行前述流程(步驟S17 ～S10 )。
雖省略詳細的說明，於第4狀態TD 中，將LF功率及LF頻率個別從H位準轉換為L位準之特性(下降特性)，也可以藉由與前述的流程(第10圖)相同的步驟來決定。
接著，說明於此實施型態之脈衝調變中，為了進一步提升蝕刻製程的穩定性、再現性，來控制LF功率之手法。
如前述般，於此實施型態中，在L位準之第1狀態TB 時，藉由LF頻率的脈衝調變，於H位準之第3狀態TA 時，藉由下部匹配器32的自動匹配，使從電漿負載對高頻電源28之LF反射功率盡可能地減少。但是，該種LF反射功率雖然少，實際上由於其存在，被供給至負載之功率，即負載功率如比設定值或目標值還少時，離子能量非所期望地降低。另外，LF反射功率變動過後，基於其影響，負載功率如也變動，則離子能量也變動。如此，成為製程穩定性、再現性下降的原因。
此實施型態之電漿蝕刻裝置，也具備補償該種LF反射功率之存在或變動的功能。第12圖係表示此實施型態中為了控制LF功率，以控制部80所執行的程式之步驟。第13圖係表示此LF功率控制法的作用之一例。
首先，藉由起始化取入所需要的參數及設定值(步驟S20 )。然後，從前一週期的第4狀態TD 切換為現在週期的第1狀態TB 後(步驟S21 )，通過功率放大器84將LF功率控制為現在週期用之設定值PB (步驟S22 )。然後，於設定在該第1狀態TB 中之LF功率測定期間，反射波測定電路102檢測LF反射功率，求得測定值(實效值或平均值)Jn ，控制部80取入該LF反射功率測定值Jn(步驟S23 )。
接著，控制部80從下面公式(1)求得第1狀態TB 中之下一週期用的LF功率設定值PB (步驟S24 )。
PB =PMB +J~n 　…(1)
此處，PMB 係於第1狀態TB 中應供給至負載之負載功率的目標值，J~n 是現在週期之時間點中之LF反射功率測定值Jn 的移動平均值。
接著，於現在週期中，從第2狀態TC 切換為第3狀態TA 後(步驟S25 )，通過功率放大器84將LF功率控制為現在週期用之設定值PA (步驟S26 )。然後，於設定在該第3狀態TA 中之LF功率測定期間，反射波測定電路102檢測LF反射功率，求得測定值(實效值或平均值)Jm ，控制部80取入該LF反射功率測定值Jm (步驟S27 )。
接著，控制部80從下面公式(2)求得第3狀態TA 中之下一週期用之LF功率設定值PA (步驟S28 )。
PA =PMA +J~m 　…(2)
此處，PMA 是第3狀態TA 中，應供給至負載之負載功率的目標值，J~m 是現在週期之時間點中之LF反射功率測定值Jm 的移動平均值。
於脈衝調變之各每一週期，藉由重複前述一連串的處理(步驟S21 ～S28 )，如第13圖所示般，於第1狀態TB 及第3狀態TA 中，於應供給至負載之負載功率加上LF反射功率及其變動部分(移動平均值)之LF功率藉由高頻電源28被輸出。藉此，LF反射功率及其變動部分被刪除，如設定般(目標值)之負載功率被穩定地供給至電漿負載。如此，可以進一步提升製程的穩定性、再現性。另外，補償如前述之LF反射功率及其變動部分的功能，也可以只針對第1狀態TB 或第3狀態TA 之其一來進行。
第14圖係表示本發明之第2實施型態中之電漿處理裝置的構成。圖中，對於與前述第1實施型態之裝置(第1圖)構成或功能為共通的部分，賦予相同的符號。
此電漿處理裝置係構成為對感應器(下部電極)12同時施加電漿產生用之高頻與偏壓控制用之高頻的陰極耦合方式(下部2頻率施加方式)之電容耦合型電漿蝕刻裝置。更詳細而言，係產生偏壓控制用之高頻(LF)的高頻電源28介由匹配器32而電性地連接於感應器12，且產生電漿產生用之高頻(HF)的高頻電源128也介由匹配器104而電性地連接於感應器12。上部電極(淋浴頭)56係以直接方式被安裝於腔體10，通過腔體10而被電性地接地。
於此電漿蝕刻裝置中，控制部80係針對偏壓控制用之高頻(LF)通過高頻電源28及下部匹配器32進行與前述同樣的二重脈衝調變，即LF功率之脈衝調變及與此同步之LF頻率的脈衝調變。
另一方面，如進行該種LF脈衝調變時，下部鞘厚度週期性地變化，由於其之影響，從感應器12所見到之HF的電漿阻抗也週期性地變化，基於此，從電漿彈回高頻電源128之HF反射功率增大。H反射功率的增大帶來電漿之密度或其分佈特性的降低，也成為高頻電源128之故障的原因。
因此，在此實施型態中，使與LF的脈衝調變同步而HF的功率及/或頻率也可以脈衝調變地構成。即雖然省略圖示，以能與高頻電源28同樣地頻率可變的振盪器及振幅可變的功率放大器來構成高頻電源128，控制部80通過該振盪器來進行HF頻率的脈衝調變及可變控制，通過該功率放大器來進行HF功率的脈衝調變及可變控制。另外，在匹配器104內之RF感測器與控制器之間設置有閘電路，在控制部80之控制下，該閘電路只於特定的匹配器感應期間中將RF感測器的輸出訊號送至控制器。進而，也於高頻電源128的輸出端子設置檢測從負載側傳播於傳送線路上而至之HF反射波的功率之反射波測定電路(未圖示出)，控制部80依據藉由該反射波測定電路所接受之反射功率測定值，進行關於HF的脈衝調變之各種參數的選擇或控制。
另外，如第1圖之裝置般，於將電漿產生用的高頻(HF)施加於上部電極56之上下部2頻率施加方式中，控制部80通過高頻電源70及匹配器74，與此實施型態相同地，使與LF之脈衝調變同步來脈衝調變HF的功率及/或頻率來構成亦可。
第15圖係表示本發明之第3實施型態中之電漿處理裝置的構成。圖中，對於與前述第1實施型態或前述第2實施型態的裝置(第1圖、第14圖)構成或功能上共通的部分，賦予相同的符號。
此電漿處理裝置構成為對感應器(下部電極)12施加電漿產生用之高頻的陰極耦合方式之電容耦合型電漿蝕刻裝置。
於此電漿蝕刻裝置中，藉由高頻電源128來輸出40MHz以上的高頻，如使電漿密度提高時，低離子能量化，即半導體晶圓W上的鞘電位變小(低偏壓化)，如此，基於低偏壓化和以往相比更向前進展，逐漸無法忽視充電損傷(絕緣破壞)的影響。充電損傷係在從電漿流入半導體晶圓W(閘電極)的電荷量超過某一臨界值時所產生。此流入電荷量係與晶圓W面內中之鞘電位的相對差異有相關。
於使用以往之低頻率的電漿蝕刻裝置中，鞘電位大至數百伏特，即使於電漿中的電位(電漿電位)產生面內不均勻時，鞘電位的變化在晶圓面內相對地小，流入半導體晶圓W的閘電極之電荷量就不會超過臨界值。
但是，在像此實施型態之高密度電漿中，鞘電位小至數十伏特，電漿電位產生面內不均勻的情形之鞘電位的變化相對地變大，容易產生對於閘電極之大量的電子流入，容易產生和基板表面連續地被暴露於電漿的時間長度有關的充電損傷。
另外，於電漿製程中，起因於電漿電位之面內不均勻性或電路圖案之輪廓等之關係，局部性地離子與電子之平衡崩潰，會於基板上的絕緣膜(例如閘極氧化膜)產生充電。對於發生了充電之絕緣膜會施加和蓄積電荷量成比例的電位梯度或電場。此種充電的狀態累積增大而超過某臨界值時，絕緣膜在該處損傷或破壞。
於此實施型態中，以對於閘電極之流入電荷量不超過臨界值之方式，或基於充電序基於絕緣膜之電荷量不超過臨界值之方式，使得電漿產生狀態與電漿不產生狀態(不產生電漿的狀態)以特定週期交互地重複。即將連續之電漿產生的時間設為流入電荷量或充電電荷量不超過臨界值之程度的短時間，之後，做出不產生電漿的狀態，使其斷續地重複。於電漿產生狀態之期間中，即使是於晶圓W上的任意處所產生過份的流入電荷或充電，於電漿不產生狀態之期間中，使多餘的電荷或蓄積電荷分散於周圍使恢復中和性，得以阻止流入電荷或蓄積電荷之累積增大，能有效地防止絕緣膜之損傷。藉此，可以大為改善電漿製程的可靠性。
於電漿蝕刻中，交互地重複電漿產生狀態與電漿不產生狀態，因此，在此實施型態中，以電漿產生用之高頻(HF)具有產生電漿之H位準的振幅或波高值(即實效之功率)之H位準的期間，和電漿產生用之高頻(HF)具有不產生電漿之L位準的振幅或波高值(即不具有實效之功率)的L位準之期間，係以特定的週期交互地重複之方式，控制部80控制高頻電源128及匹配器104。
第16圖係表示此實施型態中之脈衝調變方式的基本手法。於此實施型態中，與HF功率的脈衝調變同步，該頻率(HF頻率)也脈衝調變。更詳細而言，於HF功率與HF頻率之間，在1週期內，保有：HF功率維持H位準的設定值PA (例如500W)之期間TA 之間，HF頻率維持L位準的設定值FB (例如基準之60MHz)，HF功率維持L位準之設定值PB (例如100W)之期間TB 之間，HF頻率維持H位準的設定值FA (例如62.45MHz)之同步關係。在此情形時，HF頻率的H位準/L位準為意指2個不同的頻率設定值間之相對的高低關係，H位準係相對地高的一方之頻率設定值，L位準係相對地低的一方的頻率設定值。
於電容耦合型中，在上部電極與下部電極之間，比起無電漿時，以有電漿時之電漿容量比較大，電漿密度愈高時，電漿容量愈大。即比起沒有HF的施加實，有施加時之電漿容量比較大，HF的功率愈高，電漿容量愈大。
因此，與HF功率的脈衝調變同步，藉由對HF頻率施加反相位之脈衝調變，伴隨HF功率之脈衝調變，以頻率的可變控制來抵銷電漿容量週期性地變化，可以抑制電漿阻抗之急遽地變動。
因此，於此實施型態之脈衝調變方式中，HF功率之H位準期間TA 中，藉由匹配器104的自動匹配功能，高頻電源128與負載之間取得阻抗匹配，HF功率之H位準期間TB 中，匹配器104不響應負載阻抗，代之以高頻電源128適當地提高HF頻率之手法，可以補正阻抗匹配的偏差。因此，藉由HF功率在H位準與H位準之間週期性地變化，電漿容量即使週期性地變動，不會有電漿阻抗乃至負載阻抗的急遽性變動，匹配器104的自動匹配不會有引起追逐之虞，能有效地抑制從負載(特別是電漿)側朝高頻電源102之反射。
另外，於如前述之第2實施型態的下部2頻率施加方式之電漿蝕刻裝置(第14圖)中，對於電漿產生用之高頻(HF)，也可以施加與前述第3實施型態同樣的脈衝調變。
另外，雖然省略圖示，但是在將電漿產生用的高頻(HF)施加於上部電極之陽極耦合方式的電漿處理裝置中，將與前述第3實施型態同樣的脈衝調變施加於HF亦可。
以上，雖針對本發明之合適的一實施型態來說明，但是，本發明絕非被限定於前述實施型態者，可以有種種之變形可能性。
例如在前述之實施型態中，於被施以脈衝調變的高頻之功率維持H位準的設定值之期間(功率H位準之期間)TA 內，設定匹配器感應期間，於功率H位準之期間TA 中取得阻抗匹配。但是，在能率小的情形時，即在1週期內功率H位準的期間TA 所佔比例小，功率L位準之期間TB 所佔比例大的情形時，於功率L位準之期間TB 內設定匹配器感應期間，於功率L位準之期間TB 中取得阻抗匹配亦可。
第17圖係表示為了進行前述實施型態中之電漿蝕刻方法，控制前述電漿處理裝置(第1圖、第14圖、第15圖)之各部的控制及整體的程序之控制部80的構成例子。
此構成例之控制部80係具有：介由匯流排150而被連接的處理器(CPU)152、記憶體(RAM)154、程式儲存裝置(HDD)156、軟碟機或光碟機等之碟片驅動器(DRV)158、鍵盤或滑鼠等之輸入裝置(KEY)160、顯示裝置(DIS)I62、網路介面(COM)164、及周邊介面(I/F)166。
處理器(CPU)152係從連接於碟片驅動器(DRV)158之FD或光碟等之記憶媒體168讀取所需要的程式碼，並儲存於HDD156。或是也可以從網路介由網路介面164下載所需要的程式。然後，處理器(CPU)152將各階段或各場面所需要的程式碼從HDD156展開於工作記憶體(RAM)154上來執行各步驟，進行所需要的運算處理，且介由周邊介面166來控制裝置內的各部(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)。用以實施在前述實施型態所說明的電漿蝕刻方法之程式，係全部在此電腦系統中被執行。
前述實施型態係關於在腔體內藉由平行平板電極間的高頻放電來產生電漿之電容耦合型電漿處理裝置。但是，本發明也可以適用於在腔體的上面或周圍配置天線，於感應磁場之下產生電漿的感應接合行電漿處理裝置，或使用微波的功率來產生電漿之微波電漿處理裝置等。
本發明並不限定於電漿蝕刻裝置，也可以適用於：電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍等之其他的電漿處理裝置。另外，本發明中之被處理基板並不限定於半導體晶圓，也可以是：平面顯示器用之各種基板、光罩、CD基板、印刷基板等。
10．．．腔體(處理容器)
12．．．感應器(下部電極)
14．．．絕緣性筒狀支撐部
16．．．筒狀內壁部
18．．．排氣路徑
20．．．排氣口
22．．．排氣管
24．．．排氣裝置
28．．．(偏壓控制用)高頻電源
30．．．RF電纜
32．．．下部匹配器
34．．．下部供電棒
36．．．聚焦環
38．．．靜電夾頭
40．．．直流電源
42．．．開關
44．．．高壓線
46．．．冷媒室
48．．．配管
50．．．配管
52．．．氣體供給管
54．．．氣體通路
56．．．上部電極(淋浴頭)
58．．．電極板
60．．．電極支撐體
62．．．氣體室
62a．．．氣體導入口
64．．．氣體吐出孔
65．．．處理氣體供給部
66．．．氣體供給管
68．．．絕緣體
70．．．(電漿產生用)高頻電源
72．．．上部匹配電路
74．．．匹配器
80．．．控制部
82．．．振盪器
84．．．功率放大器
90．．．匹配電路
92．．．控制器
94．．．RF感測器
100‧‧‧閘電路
102‧‧‧(電漿產生用)高頻電源
104‧‧‧匹配器
第1圖係表示本發明之第1實施型態中之電容耦合型電漿蝕刻裝置的構成縱剖面圖。
第2圖係說明第1實施型態中之脈衝調變方式的基本手法之波形圖。
第3圖係表示第1實施型態之脈衝調變方式中之LF功率與LF頻率之間的同步關係之波形圖。
第4圖係表示第1實施型態中之偏壓控制用之高頻電源及匹配器的構成圖。
第5圖係表示第1實施型態中決定L位準的頻率設定值之程式的程序流程圖。
第6圖係說明在第5圖之流程所使用的一手法之波形圖。
第7圖係說明在第5圖之流程所使用的一手法之波形圖。
第8圖係說明在第5圖之流程將測定值資料予以曲線化之手法圖。
第9圖係說明在第5圖之流程所使用的變形例之手法的波形圖。
第10圖係表示決定LF功率/頻率的上升特性之程式的程序流程圖。
第11圖係表示第10圖的流程之作用的波形圖。
第12圖係表示控制LF功率之程式的程序流程圖。
第13圖係表示第12圖之流程的作用之波形圖。
第14圖係表示第2實施型態中之電漿蝕刻裝置的構成縱剖面圖。
第15圖係表示第3實施型態中之電漿蝕刻裝置的構成之縱剖面圖。
第16圖係說明第3實施型態中之脈衝調變方式的基本手法之波形圖。
第17圖係表示實施型態中之控制部的構成例之區塊圖。
10．．．腔體(處理容器)
12．．．感應器(下部電極)
14．．．絕緣性筒狀支撐部
16．．．筒狀內壁部
18．．．排氣路徑
20．．．排氣口
22．．．排氣管
24．．．排氣裝置
26．．．閘門閥
28．．．(偏壓控制用)高頻電源
30．．．RF電纜
32．．．下部匹配器
34．．．下部供電棒
36．．．聚焦環
38．．．靜電夾頭
40．．．直流電源
42．．．開關
44．．．高壓線
46．．．冷媒室
48．．．配管
50．．．配管
52．．．氣體供給管
54．．．氣體通路
56．．．上部電極(淋浴頭)
58．．．電極板
60．．．電極支撐體
62．．．氣體室
62a．．．氣體導入口
64．．．氣體吐出孔
65．．．處理氣體供給部
66．．．氣體供給管
68．．．絕緣體
70．．．(電漿產生用)高頻電源
72．．．上部匹配電路
74．．．匹配器
76．．．上部供電棒
80．．．控制部

Claims (35)

  1. 一種電漿處理裝置，其特徵為具有：可以真空排氣之處理容器；及在前述處理容器內支撐被處理基板之第1電極；及在前述處理容器內，對被設定於前述第1電極上的處理空間供給處理氣體之處理氣體供給部；及在前述處理容器內，激發前述處理氣體來產生電漿之電漿激發部；及為了從前述電漿將離子引入前述被處理基板，對前述第1電極施加第1高頻之第1高頻供電部；及第1高頻功率調變部，以在調變頻率的1週期內包含維持第1功率設定值的第1期間與維持比前述第1功率設定值更高的第2功率設定值的第2期間的方式，把前述第1高頻的功率以特定的調變頻率進行脈衝調變；及第1高頻頻率調變部，係同步於對前述第1高頻的功率之前述脈衝調變，在前述第1期間維持第1頻率設定值，在前述第2期間維持比前述第1頻率設定值更高的第2頻率設定值的方式，把前述第1高頻的頻率以相同的前述調變頻率進行脈衝調變。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置，其中前述電漿激發部，係具有：在前述處理容器內，與前述第1電極平行地面對配置之第2電極；及將適合於產生前述處理氣體的電漿之頻率的第2高頻 施加於前述第2電極之第2高頻供電部。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置，其中前述電漿激發部，係具有：在前述處理容器內，與前述第1電極平行地面對配置之第2電極；及將適合於產生前述處理氣體的電漿之頻率的第2高頻施加於前述第1電極之第2高頻供電部。
  4. 如申請專利範圍第2或3項所記載之電漿處理裝置，其中具有：同步於對前述第1高頻的功率之前述脈衝調變，在前述第1期間維持第3頻率設定值，在前述第2期間維持與前述第3頻率設定值不同的第4頻率設定值的方式，使前述第2高頻的頻率以前述調變頻率進行脈衝調變的第2高頻頻率調變部。
  5. 如申請專利範圍第2或3項所記載之電漿處理裝置，其中具有：同步於對前述第1高頻的功率之前述脈衝調變，在前述第1期間維持第3功率設定值，在前述第2期間維持與前述第3功率設定值不同的第4功率設定值的方式，使前述第2高頻的功率以前述調變頻率進行脈衝調變的第2高頻功率調變部。
  6. 如申請專利範圍第1~3項之任一項之電漿處理裝置，其中前述第1高頻功率調變部，將前述調變頻率之1週期分割為第1、第2、第3及第4狀態，前述第1高頻的功率以在對應於前述第1期間的前述第1狀態中維持前述第1功率設定值，在前述第2狀態從前述第1功率設定 值轉換為前述第2功率設定值，在對應於前述第2期間的前述第3狀態中維持前述第2功率設定值，在前述第4狀態從前述第2功率設定值轉換為前述第1功率設定值的方式控制前述第1高頻的功率，前述第1高頻頻率調變部，以前述第1高頻的頻率，在前述第1狀態維持前述第1頻率設定值，在前述第2狀態從前述第1頻率設定值轉換為前述第2頻率設定值，在前述第3狀態維持前述第2頻率設定值，在前述第4狀態從前述第2頻率設定值轉換為前述第1頻率設定值的方式來控制前述第1高頻的頻率。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之電漿處理裝置，其中前述第1高頻供電部，係具有：產生前述第1高頻的第1高頻電源；及包含：含有被電性連接於前述第1高頻電源的輸出端子與前述第1電極之間的可變電抗元件之匹配電路、及用以測定含有前述匹配電路的負載阻抗之感測器、及以響應前述感測器的輸出訊號，使前述負載阻抗與基準阻抗成為一致的方式來改變前述可變電抗元件之控制器之匹配器；及於前述第1狀態或前述第3狀態之其中一種狀態中，以使阻抗得以匹配之方式來控制前述匹配器之匹配控制部。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之電漿處理裝置，其中具有：測定從前述第1電極側朝前述第1高頻電源傳 播往返於傳送線路上之反射波的功率之反射波測定部。
  9. 如申請專利範圍第8項所記載之電漿處理裝置，其中前述匹配控制部，係只在被設定於前述第3狀態中的特定期間之間，將前述感測器之輸出訊號回饋至前述控制器。
  10. 如申請專利範圍第8項所記載之電漿處理裝置，其中前述匹配控制部，係只於被設定在前述第1狀態中的特定期間之間，使前述感測器的輸出訊號回饋至前述控制器。
  11. 如申請專利範圍第8項所記載之電漿處理裝置，其中，以於前述第2狀態中，由前述反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值成為最小值的方式，前述第1高頻功率調變部使前述第1高頻的功率以特定的上升特性從前述第1功率設定值轉換為前述第2功率設定值之同時，前述第1高頻頻率調變部使前述第1高頻的頻率以特定的上升特性從前述第1頻率設定值轉換為前述第2頻率設定值。
  12. 如申請專利範圍第8項所記載之電漿處理裝置，其中，以於前述第4狀態中，由前述反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值成為最小值的方式，前述第1高頻功率調變部使前述第1高頻的功率以特定的下降特性從前述第2功率設定值轉換為前述第1功率設定值之同時，前述第1高頻頻率調變部使前述第1高頻的頻率以特定的下降特性從前述第2頻率設定值轉換為前述第1頻率設定 值。
  13. 如申請專利範圍第8項所記載之電漿處理裝置，其中，其中前述第1高頻功率調變部，係依據於前述第1狀態中由前述反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值，以在後續的前述第1狀態中被供給至負載之負載功率與目標值成為一致之方式，來補正前述第1功率設定值。
  14. 如申請專利範圍第8項所記載之電漿處理裝置，其中，其中前述第1高頻功率調變部，係依據於前述第3狀態中由前述反射波測定部所獲得之反射波功率的測定值，以在後續的前述第3狀態中被供給至負載之負載功率與目標值成為一致之方式，來補正前述第2功率設定值。
  15. 如申請專利範圍第9項所記載之電漿處理裝置，其中前述第1高頻頻率調變部，係於前述第1狀態中選定前述第1頻率設定值，使得由前述反射波測定部所獲得的反射波功率的測定值成為最小值。
  16. 如申請專利範圍第10項所記載之電漿處理裝置，其中前述第1高頻頻率調變部，係於前述第3狀態中選定前述第2頻率設定值，使得由前述反射波測定部所獲得的反射波功率的測定值成為最小值。
  17. 如申請專利範圍第15項所記載之電漿處理裝置，其中，由前述反射波測定部，前述反射波功率的測定值被當成移動平均值提供。
  18. 一種電漿處理裝置，其特徵為具有：可以真空排氣之處理容器；及 對前述處理容器內供給處理氣體之處理氣體供給部；及為了在前述處理容器內，激發前述處理氣體來產生電漿，對配置於前述處理容器之中或附近的第1電極或天線施加第1高頻之第1高頻供電部；及在調變頻率的1週期內包含維持第1功率設定值的第1期間以及維持比前述第1功率設定值更高的第2功率設定值的第2期間的方式，以特定的調變頻率來脈衝調變前述第1高頻的功率之第1高頻功率調變部；及同步於對前述第1高頻的功率之前述脈衝調變在前述第1期間維持第1頻率設定值，在前述第2期間維持比前述第1頻率設定值更低的第2頻率設定值的方式，以同樣的前述調變頻率脈衝調變前述第1高頻的頻率之第1高頻頻率調變部。
  19. 如申請專利範圍第18項所記載之電漿處理裝置，其中，在前述處理容器內，前述第1電極支撐被處理基板。
  20. 如申請專利範圍第18項所記載之電漿處理裝置，其中，在前述處理容器內，前述第1電極係與支撐被處理基板之第2電極平行面對。
  21. 如申請專利範圍第19項所記載之電漿處理裝置，其中，為了由前述電漿對前述基板引入離子而對前述第1電極施加第2高頻之第2高頻供電部。
  22. 如申請專利範圍第20項所記載之電漿處理裝 置，其中，為了由前述電漿對前述基板引入離子而對前述第2電極施加第2高頻之第2高頻供電部。
  23. 一種電漿處理方法，係在可以真空排氣的處理容器內使為了把離子由電漿引入被載置於第1電極上的被處理基板而對前述第1電極施加的第1高頻的功率，以包含在調變頻率的1週期內維持於第1功率設定值的第1期間以及維持在比前述第1功率設定值更高的第2功率設定值的第2期間的方式，以特定的調變頻率進行脈衝調變之電漿處理方法，其特徵為：同步於對前述第1高頻的功率之前述脈衝調變，以在前述第1期間維持第1頻率設定值，在前述第2期間維持於比前述第1頻率設定值更高的第2頻率設定值的方式，以前述調變頻率來脈衝調變前述第1高頻的頻率。
  24. 一種電漿處理方法，係使在可真空排氣的處理容器內為了激發處理氣體產生電漿而對配置於前述處理容器中或者附近的第1電極或天線施加的第1高頻的功率，以在調變頻率的1週期內包含維持第1功率設定值的第1期間以及維持比前述第1功率設定值更高的第2功率設定值的第2期間的方式，以特定的調變頻率進行脈衝調變之電漿處理方法，其特徵為：同步於對前述第1高頻的功率之前述脈衝調變，以在前述第1期間維持第1頻率設定值，在前述第2期間維持於比前述第1頻率設定值更低的第2頻率設定值的方式，以相同的前述調變頻率來脈衝調變前述第1高頻的頻率。
  25. 如申請專利範圍第23或24項所記載之電漿處理方法，其中在前述調變頻率的1週期內，使前述第1高頻的功率及頻率至少於2階段同時可變。
  26. 如申請專利範圍第23或24項所記載之電漿處理方法，其中將前述調變頻率的1週期分割為第1、第2、第3及第4狀態，控制前述第1高頻的功率，使得在對應於前述第1期間的前述第1狀態中維持第1功率設定值，在前述第2狀態從前述第1功率設定值轉換為第2功率設定值，在對應於前述第2期間的前述第3狀態中維持前述第2功率設定值，在前述第4狀態從前述第2功率設定值轉換為前述第1功率設定值，控制前述第1高頻的頻率，使得在前述第1狀態維持前述第1頻率設定值，在前述第2狀態從前述第1頻率設定值轉換為前述第2頻率設定值，在前述第3狀態維持前述第2頻率設定值，在前述第4狀態從前述第2頻率設定值轉換為前述第1頻率設定值。
  27. 如申請專利範圍第26項所記載之電漿處理方法，其中，於前述第1狀態及前述第3狀態之中的一方，使包含前述電漿之負載側的阻抗與產生前述第1高頻的第1高頻電源側之阻抗匹配。
  28. 如申請專利範圍第27項所記載之電漿處理方 法，其中，只於被設定於前述第1狀態及前述第3狀態之中的一方之特定期間之間，測定負載阻抗，以使前述負載阻抗的測定值和基準阻抗一致的方式，來改變被電性連接於前述第1高頻電源的輸出端子與前述第1電極之間的匹配電路內的可變電抗元件。
  29. 如申請專利範圍第28項所記載之電漿處理方法，其中，於前述第1狀態及前述第3狀態之中的另一方，測定從前述第1電極側朝前述第1高頻電源傳播往返於傳送線路上之反射波的功率，於後續的該狀態中，選定前述第1頻率設定值，使得前述反射波功率的測定值成為最小值。
  30. 如申請專利範圍第27項所記載之電漿處理方法，其中，於前述第2狀態中，測定從前述第1電極側朝前述第1高頻電源傳播往返於傳送線路上之反射波的功率，於後續的前述第2狀態中，以使前述反射波功率的測定值成為最小值的方式，將前述第1高頻的功率從前述第1功率設定值以特定的上升特性轉換為前述第2功率設定值之同時，將前述第1高頻的頻率從前述第1頻率設定值以特定的上升特性或下降特性轉換為前述第2頻率設定值。
  31. 如申請專利範圍第27項所記載之電漿處理方法，其中，於前述第4狀態中，測定從前述第1電極側朝前述第1高頻電源傳播往返於傳送線路上之反射波的功率，於後續的前述第4狀態中，以使前述反射波功率的測 定值成為最小值的方式，將前述第1高頻的功率從前述第2功率設定值以特定的下降特性轉換為前述第1功率設定值之同時，將前述第1高頻的頻率從前述第2頻率設定值以特定的下降特性或上升特性轉換為前述第1頻率設定值。
  32. 如申請專利範圍第27項所記載之電漿處理方法，其中，於前述第1狀態中，測定從前述第1電極側朝前述第1高頻電源傳播往返於傳送線路上之反射波的功率，依據前述反射波功率的測定值，補正前述第1功率設定值，使得於後續的前述第1狀態中被供給至負載之負載功率與目標值成為一致。
  33. 如申請專利範圍第27項所記載之電漿處理方法，其中，於前述第3狀態中，測定從前述第1電極側朝前述第1高頻電源傳播往返於傳送線路上之反射波的功率，依據前述反射波功率的測定值，補正前述第2功率設定值，使得於後續的前述第3狀態中被供給至負載之負載功率與目標值成為一致。
  34. 如申請專利範圍第32項所記載之電漿處理方法，其中，將前述反射波功率的測定值當成移動平均值來求得。
  35. 一種電腦可讀取之記憶媒體，係記憶有在電腦上動作的控制程式之電腦記憶媒體，其特徵為：前述控制程式，係於執行時，以申請專利範圍第23~34之任一項所記載之電漿處理方法被進行之方式，來控制 電漿處理裝置。
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