TW202336804A - 電漿處理裝置、電源系統、控制方法、程式及記憶媒體 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種降低源高頻電力之反射波之功率位準之技術。 於所揭示之電漿處理裝置中，自偏壓電源對基板支持部供給電偏壓能量。源高頻電力自高頻電源經由饋電路徑供給至高頻電極。特定出電偏壓能量之偏壓週期內之複數個相位期間中具有源高頻電力之反射波之功率位準之最小值的相位期間。將特定出之相位期間之饋電路徑中之電壓與電流之間之相位差決定為基準值。根據複數個相位期間之各期間之饋電路徑中之電壓與電流之間之相位差與基準值的比較結果，對用於複數個相位期間之各期間之源高頻電力之源頻率進行控制。

Description

電漿處理裝置、電源系統、控制方法、程式及記憶媒體
本發明之例示性實施方式係關於一種電漿處理裝置、電源系統、控制方法、程式及記憶媒體。
在對於基板之電漿處理中使用電漿處理裝置。於電漿處理裝置中使用偏壓高頻電力，以自腔室內所生成之電漿將離子饋入至基板。下述之專利文獻1揭示有對偏壓高頻電力之功率位準及頻率進行調變之電漿處理裝置。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-246091號公報
[發明所欲解決之問題]
本發明提供一種降低源高頻電力之反射波之功率位準之技術。 [解決問題之技術手段]
於一個例示性實施方式中，提供一種電漿處理裝置。電漿處理裝置具備腔室、基板支持部、偏壓電源、高頻電源、第1感測器及第2感測器。基板支持部設置於腔室內。偏壓電源與基板支持部電性耦合，且構成為產生電偏壓能量。電偏壓能量具有偏壓頻率，以具有該偏壓頻率之倒數之時間長度之偏壓週期週期性地產生。高頻電源電性連接於高頻電極，且構成為產生源高頻電力，以於腔室內自氣體生成電漿。第1感測器構成為測定來自源高頻電力之負載之反射波之功率位準。第2感測器構成為測定將高頻電源與高頻電極相互連接之饋電路徑中之電壓及電流。高頻電源特定出偏壓週期內之複數個相位期間中具有反射波之功率位準之最小值的相位期間。高頻電源將特定出之相位期間之饋電路徑中之電壓與電流之間的相位差決定為基準值。高頻電源進行頻率控制，該頻率控制係根據複數個相位期間之各期間之饋電路徑中之電壓與電流之間之相位差與基準值的比較結果，設定用於複數個相位期間之各期間之源高頻電力之源頻率。 [發明之效果]
根據一個例示性實施方式，能夠降低源高頻電力之反射波之功率位準。
以下，對各種例示性實施方式進行說明。
於一個例示性實施方式中，提供一種電漿處理裝置。電漿處理裝置具備腔室、基板支持部、偏壓電源、高頻電源、第1感測器及第2感測器。基板支持部設置於腔室內。偏壓電源與基板支持部電性耦合，且構成為產生電偏壓能量。電偏壓能量具有偏壓頻率，且以具有該偏壓頻率之倒數之時間長度之偏壓週期週期性地產生。高頻電源電性連接於高頻電極，且構成為產生源高頻電力，以於腔室內自氣體生成電漿。第1感測器構成為測定來自源高頻電力之負載之反射波之功率位準。第2感測器構成為測定將高頻電源與高頻電極相互連接之饋電路徑中之電壓及電流。高頻電源特定出偏壓週期內之複數個相位期間中具有反射波之功率位準之最小值之相位期間。高頻電源將特定出之相位期間之饋電路徑中之電壓與電流之間之相位差決定為基準值。高頻電源進行頻率控制，該頻率控制係根據複數個相位期間之各期間之饋電路徑中之電壓與電流之間之相位差與基準值的比較結果，設定用於複數個相位期間之各期間之源高頻電力之源頻率。
於上述實施方式中，具有反射波之功率位準之最小值之相位期間的電壓與電流之相位差被決定為基準值。即，能夠獲得可能包含互調變失真分量及諧波分量之反射波之影響得以降低的相位差作為基準值。並且，於複數個相位期間之各期間，根據電壓與電流之間之相位差與基準值之比較結果而調整源頻率。其結果，源高頻電力之反射波之功率位準得到降低。
於一個例示性實施方式中，頻率控制亦可於複數個相位期間之各期間，於饋電路徑中之電壓與電流之間之相位差大於基準值時，使源頻率上升，於該相位差小於基準值時，使源頻率降低。
於一個例示性實施方式中，高頻電源亦可構成為於複數個相位期間之各期間，根據相位差與基準值之間之差之絕對值而調整基於頻率控制之源頻率之調整量。
於一個例示性實施方式中，高頻電源亦可構成為於複數個相位期間之各期間，於反射波之功率位準大於閾值時，進行頻率控制。
於一個例示性實施方式中，高頻電源亦可於在偏壓週期內之複數個相位期間之各期間第1感測器所獲取之反射波之功率位準全部為閾值以下時，使閾值降低。
於一個例示性實施方式中，高頻電源亦可包含信號產生器及放大器。信號產生器構成為產生高頻信號。放大器構成為將高頻信號放大而產生源高頻電力。信號產生器亦可特定出具有反射波之功率位準之最小值之相位期間。信號產生器亦可決定上述基準值。信號產生器亦可產生具有藉由頻率控制調整後之用於複數個相位期間之各期間之源頻率的高頻信號。
於一個例示性實施方式中，電偏壓能量亦可為具有偏壓頻率之偏壓高頻電力，或者為以時間間隔週期性地產生之電壓之脈衝，上述時間間隔為偏壓頻率之倒數。
於一個例示性實施方式中，電漿處理裝置亦可為電容耦合型電漿處理裝置。高頻電極亦可設置於基板支持部內。高頻電極亦可為設置於基板支持部之上方之上部電極。
於另一例示性實施方式中，提供一種電源系統。電源系統具備偏壓電源及高頻電源。偏壓電源構成為產生供給至基板支持部之電偏壓能量。基板支持部設置於電漿處理裝置之腔室內。電偏壓能量具有偏壓頻率，且以具有該偏壓頻率之倒數之時間長度之偏壓週期週期性地產生。高頻電源構成為產生供給至高頻電極之源高頻電力，以於腔室內自氣體生成電漿。高頻電源特定出偏壓週期內之複數個相位期間中具有源高頻電力之反射波之功率位準之最小值的相位期間。高頻電源將特定出之相位期間之高頻電源與高頻電極之間之饋電路徑中之電壓與電流之相位差決定為基準值。高頻電源進行頻率控制，該頻率控制係根據複數個相位期間之各期間之饋電路徑中之電壓與電流之間之相位差與基準值的比較結果，設定用於複數個相位期間之各期間之源高頻電力之源頻率。於一個例示性實施方式中，頻率控制亦可於複數個相位期間之各期間，於饋電路徑中之電壓與電流之間之相位差大於基準值時，使源頻率上升，於該相位差小於基準值時，使源頻率降低。
於又一例示性實施方式中，提供一種控制方法。控制方法包含步驟(a)，其係自偏壓電源對設置於電漿處理裝置之腔室內之基板支持部供給電偏壓能量。電偏壓能量具有偏壓頻率，且以具有該偏壓頻率之倒數之時間長度之偏壓週期週期性地供給。控制方法進而包含步驟(b)，其係自高頻電源對高頻電極供給源高頻電力，以於腔室內自氣體生成電漿。控制方法進而包含步驟(c)，其係特定出偏壓週期內之複數個相位期間中具有來自源高頻電力之負載之反射波之功率位準之最小值的相位期間。控制方法進而包含步驟(d)，其係決定基準值。步驟(c)中特定出之相位期間之將高頻電源與高頻電極相互連接之饋電路徑中之電壓與電流之相位差被決定為基準值。控制方法進而包含步驟(e)，其係進行頻率控制，該頻率控制係根據複數個相位期間之各期間之饋電路徑中之電壓與電流之間之相位差與基準值，設定用於複數個相位期間之各期間之源高頻電力之源頻率。於一個例示性實施方式中，頻率控制亦可於複數個相位期間之各期間，於饋電路徑中之電壓與電流之間之相位差大於基準值時，使源頻率上升，於該相位差小於基準值時，使源頻率降低。
於又一例示性實施方式中，提供一種程式，其由電漿處理裝置之電腦執行，以藉由該電漿處理裝置執行上述控制方法。於又一例示性實施方式中，提供一種記憶媒體，其記憶有該程式。
以下，參照圖式對各種例示性實施方式詳細地進行說明。再者，於各圖式中對相同或相當之部分標註相同符號。
圖1係用於說明電漿處理系統之構成例之圖。於一實施方式中，電漿處理系統包含電漿處理裝置1及主控制部2。電漿處理系統係基板處理系統之一例，電漿處理裝置1係基板處理裝置之一例。電漿處理裝置1包含電漿處理腔室10、基板支持部11及電漿生成部12。電漿處理腔室10具有電漿處理空間。又，電漿處理腔室10具有用以將至少1種處理氣體供給至電漿處理空間之至少1個氣體供給口、及用以自電漿處理空間排出氣體之至少1個氣體排出口。氣體供給口連接於下述之氣體供給部20，氣體排出口連接於下述之排氣系統40。基板支持部11配置於電漿處理空間內，具有用以支持基板之基板支持面。
電漿生成部12構成為自供給至電漿處理空間內之至少1種處理氣體生成電漿。電漿處理空間內所形成之電漿亦可為電容耦合電漿(CCP；Capacitively Coupled Plasma)、感應耦合電漿(ICP；Inductively Coupled Plasma)、ECR電漿(Electron-Cyclotron-resonance plasma，電子迴旋共振電漿)、螺旋波激發電漿(HWP：Helicon Wave Plasma)或表面波電漿(SWP：Surface Wave Plasma)等。
主控制部2對使電漿處理裝置1執行本發明中所敍述之各種步驟之電腦可執行命令進行處理。主控制部2可構成為對電漿處理裝置1之各要素進行控制，以執行此處敍述之各種步驟。於一實施方式中，主控制部2之一部分或全部亦可包含於電漿處理裝置1。主控制部2亦可包含處理部2a1、記憶部2a2及通訊介面2a3。主控制部2例如藉由電腦2a實現。處理部2a1可構成為藉由自記憶部2a2讀出程式並執行所讀出之程式而進行各種控制動作。該程式包含使電漿處理裝置1執行下述例示性實施方式之控制方法之各種步驟之電腦可執行命令。該程式可預先儲存於記憶部2a2，亦可於需要時經由媒體獲取。所獲取之程式儲存於記憶部2a2，由處理部2a1自記憶部2a2讀出並予以執行。媒體可為能夠由電腦2a讀取之各種記憶媒體，亦可為連接於通訊介面2a3之通訊線路。處理部2a1亦可為CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)。記憶部2a2亦可包含RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、HDD(Hard Disk Drive，硬碟驅動器)、SSD(Solid State Drive，固態驅動器)或其等之組合。通訊介面2a3亦可經由LAN(Local Area Network，區域網路)等通訊線路在與電漿處理裝置1之間進行通訊。
以下，對作為電漿處理裝置1之一例之電容耦合型電漿處理裝置之構成例進行說明。圖2係用於說明電容耦合型電漿處理裝置之構成例之圖。
電容耦合型電漿處理裝置1包含電漿處理腔室10、氣體供給部20、電源系統30及排氣系統40。又，電漿處理裝置1包含基板支持部11及氣體導入部。氣體導入部構成為將至少1種處理氣體導入至電漿處理腔室10內。氣體導入部包含簇射頭13。基板支持部11配置於電漿處理腔室10內。簇射頭13配置於基板支持部11之上方。於一實施方式中，簇射頭13構成電漿處理腔室10之頂部(頂板)之至少一部分。電漿處理腔室10具有由簇射頭13、電漿處理腔室10之側壁10a及基板支持部11所界定之電漿處理空間10s。電漿處理腔室10接地。簇射頭13及基板支持部11與電漿處理腔室10之殼體電性絕緣。
基板支持部11包含本體部111及環組件112。本體部111具有用以支持基板W之中央區域111a、及用以支持環組件112之環狀區域111b。晶圓係基板W之一例。本體部111之環狀區域111b於俯視下包圍本體部111之中央區域111a。基板W配置於本體部111之中央區域111a上，環組件112係以包圍本體部111之中央區域111a上之基板W之方式配置於本體部111之環狀區域111b上。因此，中央區域111a亦被稱為用以支持基板W之基板支持面，環狀區域111b亦被稱為用以支持環組件112之環支持面。
於一實施方式中，本體部111包含基台1110及靜電吸盤1111。基台1110包含導電性構件。靜電吸盤1111配置於基台1110之上。靜電吸盤1111包含陶瓷構件1111a及配置於陶瓷構件1111a內之靜電電極1111b。陶瓷構件1111a具有中央區域111a。於一實施方式中，陶瓷構件1111a亦具有環狀區域111b。再者，環狀靜電吸盤或環狀絕緣構件之類的包圍靜電吸盤1111之其他構件亦可具有環狀區域111b。於該情形時，環組件112可配置於環狀靜電吸盤或環狀絕緣構件之上，亦可配置於靜電吸盤1111與環狀絕緣構件兩者之上。
環組件112包含1個或複數個環狀構件。於一實施方式中，1個或複數個環狀構件包含1個或複數個邊緣環與至少1個蓋環。邊緣環由導電性材料或絕緣材料形成，蓋環由絕緣材料形成。
又，基板支持部11亦可包含調溫模組，該調溫模組構成為將靜電吸盤1111、環組件112及基板中之至少1個調節為目標溫度。調溫模組亦可包含加熱器、傳熱介質、流路1110a或其等之組合。鹽水或氣體之類的傳熱流體於流路1110a中流動。於一實施方式中，流路1110a形成於基台1110內，於靜電吸盤1111之陶瓷構件1111a內配置有1個或複數個加熱器。又，基板支持部11亦可包含傳熱氣體供給部，該傳熱氣體供給部構成為向基板W之背面與中央區域111a之間的間隙供給傳熱氣體。
簇射頭13構成為將來自氣體供給部20之至少1種處理氣體導入至電漿處理空間10s內。簇射頭13具有至少1個氣體供給口13a、至少1個氣體擴散室13b、及複數個氣體導入口13c。供給至氣體供給口13a之處理氣體通過氣體擴散室13b自複數個氣體導入口13c導入至電漿處理空間10s內。又，簇射頭13包含至少1個上部電極。再者，氣體導入部亦可除了包含簇射頭13以外，還包含安裝於形成在側壁10a之1個或複數個開口部之1個或複數個側氣體注入部(SGI：Side Gas Injector)。
氣體供給部20亦可包含至少1個氣體源21及至少1個流量控制器22。於一實施方式中，氣體供給部20構成為將至少1種處理氣體從各自對應之氣體源21經由各自對應之流量控制器22供給至簇射頭13。各流量控制器22例如亦可包含質量流量控制器或壓力控制式之流量控制器。進而，氣體供給部20亦可包含對至少1種處理氣體之流量進行調變或脈衝化之至少1個流量調變器件。
排氣系統40例如可連接於設置在電漿處理腔室10之底部之氣體排出口10e。排氣系統40亦可包含壓力調整閥及真空泵。藉由壓力調整閥，調整電漿處理空間10s內之壓力。真空泵亦可包含渦輪分子泵、乾泵或其等之組合。
電源系統30包含高頻電源31及偏壓電源32。高頻電源31構成一實施方式之電漿生成部12。高頻電源31構成為產生源高頻電力RF。源高頻電力RF具有源頻率f RF。即，源高頻電力RF具有其頻率為源頻率f RF之正弦波狀之波形。源頻率f RF可為10 MHz～150 MHz之範圍內之頻率。高頻電源31經由匹配器33電性連接於高頻電極，且構成為將源高頻電力RF供給至高頻電極。高頻電極亦可為設置於基台1110之導電性構件、陶瓷構件1111a內之至少一個電極或上部電極。匹配器33具有可變阻抗。匹配器33之可變阻抗以減少源高頻電力RF自負載之反射之方式設定。若將源高頻電力RF供給至高頻電極，則自腔室10內之氣體生成電漿。
偏壓電源32構成為產生電偏壓能量BE。偏壓電源32與基板支持部11電性耦合。偏壓電源32電性連接於基板支持部11內之偏壓電極，且構成為將電偏壓能量BE供給至偏壓電極。偏壓電極亦可為設置於基台1110之導電性構件或陶瓷構件1111a內之至少一個電極。若對偏壓電極供給電偏壓能量BE，則來自電漿之離子被吸引至基板W。
電偏壓能量BE具有偏壓頻率。偏壓頻率低於源頻率。偏壓頻率可為100 kHz～60 MHz之範圍內之頻率，亦可為例如400 kHz。電偏壓能量BE係以具有偏壓頻率之倒數之時間長度之偏壓週期(時間間隔)、即週期CY週期性地供給至偏壓電極。
以下，參照圖2及圖3。圖3係與一個例示性實施方式之電漿處理裝置有關之一例之時序圖。電偏壓能量BE亦可為具有偏壓頻率之偏壓高頻電力LF。即，電偏壓能量BE亦可具有其頻率為偏壓頻率之正弦波狀之波形。於該情形時，偏壓電源32經由匹配器34電性連接於偏壓電極。匹配器34之可變阻抗以減少偏壓高頻電力LF自負載之反射之方式設定。
或者，電偏壓能量BE亦可包含電壓之脈衝PV。電偏壓能量BE中之脈衝PV之波形可具有矩形波、三角波或任意之波形。電偏壓能量BE之脈衝PV之電壓之極性係以能夠使基板W與電漿之間產生電位差而將來自電漿之離子饋入至基板W之方式設定。於一例中，電偏壓能量BE之脈衝PV亦可為負電壓之脈衝。電偏壓能量BE之脈衝PV亦可藉由使用脈衝單元對來自直流電源之直流電壓進行波形整形而產生。再者，於電偏壓能量BE為電壓之脈衝PV之情形時，無需匹配器34。
高頻電源31構成為於重複週期CY之期間、即週期地供給電偏壓能量BE之期間，供給源高頻電力RF。高頻電源31構成為產生具有源頻率f RF之源高頻電力RF，上述源頻率f RF係以於週期CY內之複數個相位期間SP之各期間減少來自源高頻電力RF之負載之反射波之方式設定。複數個相位期間SP係將週期CY分割之複數個期間。再者，初期於週期CY內之複數個相位期間SP之各期間使用之源頻率f RF係事先決定。即，初期於週期CY內之複數個相位期間SP使用之源頻率f RF之集合係事先決定。關於初期於週期CY內之複數個相位期間SP之各期間使用之源頻率f RF之決定之詳情，將於下文進行敍述。
高頻電源31係使用同步信號，與偏壓電源32同步，以設定用於複數個相位期間SP之各期間之源頻率f RF。同步信號可自高頻電源31賦予至偏壓電源32，亦可自偏壓電源32賦予至高頻電源31。或者，同步信號亦可自其他器件賦予至高頻電源31及偏壓電源32。
如圖2所示，電漿處理裝置1進而具備感測器35(第1感測器)及感測器36(第2感測器)。感測器35構成為測定來自源高頻電力RF之負載之反射波之功率位準Pr。感測器35例如包含定向耦合器。該定向耦合器亦可設置於高頻電源31與匹配器33之間。再者，感測器35亦可構成為進而測定源高頻電力RF之行進波之功率位準Pf。感測器35所測定出之反射波之功率位準Pr被通知給高頻電源31。而且，行進波之功率位準Pf亦可自感測器35被通知給高頻電源31。
感測器36包含電壓感測器及電流感測器。感測器36構成為測定將高頻電源31與高頻電極相互連接之饋電路徑中之電壓V RF及電流I RF。源高頻電力RF經由該饋電路徑供給至高頻電極。感測器36亦可設置於高頻電源31與匹配器33之間。饋電路徑中之電壓V RF及電流I RF被通知給高頻電源31。
高頻電源31特定出週期CY內之複數個相位期間SP中具有反射波之功率位準Pr之最小值之相位期間SP MIN(參照圖3)。繼而，高頻電源31將相位期間SP MIN之電壓V RF與電流I RF之間之相位差決定為基準值Φ。並且，高頻電源31根據複數個相位期間SP之各期間之電壓V RF與電流I RF之間之相位差θ與基準值Φ的比較結果，進行用於複數個相位期間SP之各期間之頻率控制，即，設定用於複數個相位期間SP之各期間之源頻率f RF。
於一實施方式中，頻率控制亦可於複數個相位期間SP之各期間，於電壓V RF與電流I RF之間之相位差θ大於基準值Φ時，使源頻率f RF上升。即，頻率控制亦可於複數個相位期間SP之各期間，於電壓V RF與電流I RF之間之相位差θ大於基準值Φ時，將f RF變更為f RF＋Δf。又，頻率控制亦可於相位差θ小於基準值Φ時，使源頻率f RF降低。即，頻率控制亦可於複數個相位期間SP之各期間，於電壓V RF與電流I RF之間之相位差θ小於基準值Φ時，將f RF變更為f RF－Δf。
於一實施方式中，高頻電源31亦可於複數個相位期間SP之各期間，使用預先規定之固定值作為基於頻率控制之源頻率f RF之調整量Δf。或者，高頻電源31亦可於複數個相位期間SP之各期間，根據相位差θ與基準值Φ之間之差之絕對值而調整基於頻率控制之源頻率f RF之調整量Δf。即，高頻電源亦可以相位差θ與基準值Φ之間之差之絕對值越大則源頻率f RF之調整量Δf越大的方式進行頻率控制。
於一實施方式中，高頻電源31亦可於複數個相位期間SP之各期間，於反射波之功率位準Pr大於閾值Pth時，進行上述頻率控制。又，高頻電源31亦可於週期CY內之複數個相位期間SP之各期間之反射波之功率位準Pr全部為閾值Pth以下時，使閾值Pth降低。閾值Pth藉由Pth－ΔPth而降低。閾值Pth之降低量ΔPth亦可預先規定。再者，高頻電源31亦可於兩個以上之連續之週期CY之所有相位期間SP之各期間的反射波之功率位準Pr為閾值Pth以下時，使閾值Pth降低。
於一實施方式中，高頻電源31亦可包含信號產生器31g及放大器31a。信號產生器31g構成為產生高頻信號。放大器31a構成為將來自信號產生器31g之高頻信號放大而產生源高頻電力RF。再者，上述同步信號亦可自信號產生器31g賦予至偏壓電源32。
信號產生器31g初期產生具有用於複數個相位期間SP之各期間之事先決定之源頻率f RF的高頻信號。又，信號產生器31g特定出相位期間SP MIN，決定基準值Φ，並且，產生具有藉由上述頻率控制調整後之用於複數個相位期間SP之各期間之源頻率f RF的高頻信號。
於一實施方式中，信號產生器31g亦可具有處理器及D/A轉換器。信號產生器31g亦可將自處理器輸出之數位信號於D/A轉換器中轉換成高頻信號、即數位信號。信號產生器31g之處理器亦可特定出相位期間SP MIN，決定基準值Φ，產生具有藉由上述頻率控制調整後之用於複數個相位期間SP之各期間之源頻率f RF的數位信號。
於電漿處理裝置1中，將具有反射波之功率位準Pr之最小值之相位期間SP MIN之電壓V RF與電流I RF之相位差決定為基準值Φ。即，能夠獲得可能包含互調變失真分量及諧波分量之反射波之影響得以降低之相位差作為基準值Φ。並且，於複數個相位期間SP之各期間，根據電壓V RF與電流I RF之間之相位差θ與基準值Φ之比較結果而調整源頻率f RF。其結果，源高頻電力RF之反射波之功率位準得到降低。
以下，參照圖4。圖4係一個例示性實施方式之控制方法之流程圖。圖4所示之控制方法(以下，稱為「方法MT」)可應用於電漿處理裝置1。
方法MT以步驟STa開始。於步驟STa中，自偏壓電源32對基板支持部11供給電偏壓能量BE。以週期CY週期性地供給電偏壓能量BE。
於在步驟STa中對基板支持部11供給電偏壓能量BE時進行步驟STb。於步驟STb中，自高頻電源31對高頻電極供給源高頻電力RF，以於腔室10內自氣體生成電漿。如上所述，初期於複數個相位期間SP之各期間使用之源高頻電力RF之源頻率RF係事先決定。
於步驟STc中，如上所述，特定出相位期間SP MIN。繼而，於步驟STd中，如上所述，決定基準值Φ。
於步驟STe中，根據複數個相位期間SP之各期間之電壓V RF與電流I RF之間之相位差θ與基準值Φ的比較結果，進行用於複數個相位期間SP之各期間之頻率控制。即，根據複數個相位期間SP之各期間之相位差θ與基準值Φ之比較結果，設定用於複數個相位期間SP之各期間之源高頻電力RF之源頻率f RF。如上所述，頻率控制係於複數個相位期間SP之各期間，於相位差θ大於基準值Φ時，可使源頻率f RF上升，於相位差θ小於基準值Φ時，可使源頻率f RF降低。
於一實施方式中，步驟STe如圖4所示，亦可包含步驟STe1～步驟STe7。於步驟STe1中，將n設定為1。繼而，於步驟STe2中，判定反射波之功率位準Pr(n)是否大於閾值Pth。Pr(n)係週期CY內之複數個相位期間SP中第n個相位期間SP(n)之反射波之功率位準Pr。
於步驟STe2中判定反射波之功率位準Pr(n)為閾值Pth以下時，處理進入步驟STe6。另一方面，於步驟STe2中判定反射波之功率位準Pr(n)大於閾值Pth時，處理進入步驟STe3。再者，方法MT亦可不包含步驟STe2。
於步驟STe3中判定相位差θ(n)是否大於基準值Φ。θ(n)係週期CY內之複數個相位期間SP中第n個相位期間SP(n)之電壓V RF與電流I RF之間之相位差θ。
於步驟STe3中判定相位差θ(n)大於基準值Φ時，於步驟STe4中，使源頻率f RF(n)上升。再者，f RF(n)係用於週期CY內之複數個相位期間SP中第n個相位期間SP(n)之源頻率f RF。另一方面，於步驟STe3中判定相位差θ(n)小於基準值Φ時，於步驟STe5中，使源頻率f RF(n)降低。
於步驟STe6中，使n增加1。繼而，於步驟STe7中判定n是否大於N。N係週期CY內之複數個相位期間SP之數量。若n為N以下，則重複自步驟STe2起之處理。另一方面，於n大於N時，處理進入步驟STf。
於步驟STf中判定是否滿足更新條件。於週期CY內之複數個相位期間SP之各期間之反射波之功率位準Pr全部為閾值Pth以下時，滿足更新條件。更新條件亦可於兩個以上之連續之週期CY之所有相位期間SP之各期間的反射波之功率位準Pr均為閾值Pth以下時滿足。於滿足更新條件時，於步驟STg中使閾值Pth降低。
於不滿足更新條件時，或者於步驟STg中閾值Pth降低之後，處理進入步驟STa。再者，方法MT亦可不包含步驟STf及步驟STg。
於步驟STa中，進行下一個週期CY中之電偏壓能量之供給，於步驟STb中，進行該週期CY中之源高頻電力RF之供給。於步驟STb中，供給具有步驟STe中所設定之用於複數個相位期間SP之各期間之源頻率f RF的源高頻電力RF。繼而，繼續自步驟STc起之處理。該方法MT於滿足結束條件時結束。結束條件可於製程配方資料中指定。
以下，對初期於週期CY內之複數個相位期間SP之各期間使用之源頻率f RF之決定示出若干個示例。再者，以下說明之示例之源頻率f RF之決定係由高頻電源31(或其處理器)進行。源頻率f RF之決定亦可由信號產生器31g之處理器進行。源頻率f RF之決定亦可由其他控制部進行。
[源頻率f RF之決定之第1例]
圖5係與源頻率之決定之第1例有關之時序圖。於以下說明之任一例中，源頻率f RF均於同時供給電偏壓能量BE與源高頻電力RF之重疊期間進行調整。如圖5所示，重疊期間包含複數個週期CY、即M個週期CY(1)～CY(M)。複數個週期CY分別包含複數個相位期間SP、即N個相位期間SP(1)～SP(N)。於以下之說明中，相位期間SP(n)表示相位期間SP(1)～SP(N)中之第n個相位期間。又，相位期間SP(m，n)表示第m個週期CY(m)中之第n個相位期間SP(n)。
於第1例及下述之第2例中，高頻電源31自複數個相位期間SP之各期間之測定值產生代表值RV。測定值亦可為由感測器35獲取之反射波之功率位準Pr。測定值亦可為反射波之功率位準Pr相對於源高頻電力RF之輸出功率位準之比值。測定值亦可為於複數個相位期間SP之各期間由感測器36獲取之電壓與電流之相位差。代表值RV亦可為複數個相位期間SP之各期間之該測定值之平均值或最大值。於以下之說明中，代表值RV(n)表示於相位期間SP(1)～SP(N)中之第n個相位期間SP(n)獲取之代表值RV。又，代表值RV(m，n)表示於第m個週期CY內之第n個相位期間獲取之代表值RV。
於第1例中，高頻電源31將複數個週期CY之同一相位期間SP(n)中使用之源高頻電力RF之源頻率f RF分別設定為互不相同之複數個頻率。高頻電源31藉由將於複數個週期CY之同一相位期間SP(n)獲取之代表值RV(n)進行比較，而選擇複數個頻率中最能抑制源高頻電力RF之反射之頻率。例如，高頻電源31選擇使源高頻電力RF之反射波之功率位準Pr最小化之頻率。高頻電源31將所選擇之頻率決定為用於之後之週期CY內之相位期間SP(n)之源頻率f RF。
[源頻率f RF之決定之第2例]
圖6係與源頻率之決定之第2例有關之時序圖。如圖6所示，於第2例中，高頻電源31構成為根據代表值RV(n)之變化，對週期CY(m)內之相位期間SP(n)、即相位期間SP(m，n)之源高頻電力RF之源頻率f RF進行調整。代表值RV(n)之變化係藉由在週期CY(m)之前之兩個以上之週期CY各自中的對應之相位期間SP(n)使用互不相同之源高頻電力RF之頻率而特定出。
週期CY(m)之前之兩個以上之週期CY包含第1週期及第2週期。於圖6之例中，第1週期係週期CY(m－Q(2))，第2週期係第1週期之後之週期，係週期CY(m－Q(1))。Q(1)為1以上之整數，Q(2)為2以上之整數，滿足Q(1)＜Q(2)。
高頻電源31對相位期間SP(m－Q(1)，n)之源高頻電力RF之頻率f(m－Q(1)，n)賦予自相位期間SP(m－Q(2)，n)之源高頻電力RF之頻率進行之一種頻率偏移。此處，f(m，n)表示於相位期間SP(m，n)使用之源高頻電力RF之頻率。f(m，n)由f(m，n)＝f(m－Q(1)，n)＋Δ(m，n)表示。Δ(m，n)表示頻率偏移之量。一種頻率偏移係頻率之減少及頻率之增加中之一種。若一種頻率偏移為頻率之減少，則Δ(m，n)具有負值。若一種頻率偏移為頻率之增加，則Δ(m，n)具有正值。
再者，於圖6中，週期CY(m－Q(2))中之複數個相位期間SP之各期間之源高頻電力RF之頻率彼此相同，為f 0，但亦可互不相同。又，於圖6中，週期CY(m－Q(1))中之複數個相位期間SP之各期間之源高頻電力RF之頻率彼此相同，設定為自頻率f 0減少後之頻率，但亦可自頻率f 0增加。
高頻電源31係根據代表值RV(m－Q(2)，n)與代表值RV(m－Q(1)，n)之間之變化而特定出藉由頻率偏移產生之源高頻電力RF之反射程度(例如，反射波之功率位準Pr)之增減。於藉由一種頻率偏移而源高頻電力RF之反射程度減少之情形時，高頻電源31將頻率f(m，n)設定為相對於頻率f(m－Q，n)具有一種頻率偏移之頻率。
相位期間SP(m，n)之一種頻率偏移之量Δ(m，n)亦可與相位期間SP(m－Q(1)，n)之一種頻率偏移之量Δ(m－Q(1)，n)相同。即，頻率偏移之量Δ(m，n)之絕對值亦可與頻率偏移之量Δ(m－Q(1)，n)相同。或者，頻率偏移之量Δ(m，n)之絕對值亦可大於頻率偏移之量Δ(m－Q(1)，n)。或者，頻率偏移之量Δ(m，n)之絕對值亦可設定為相位期間SP(m－Q(1)，n)之反射程度越大則越大。例如，頻率偏移之量Δ(m，n)之絕對值亦可由反射程度之函數來決定。
可能產生因一種頻率偏移而導致源高頻電力RF之反射程度增加之情形。於該情形時，高頻電源31亦可將頻率f(m，n)設定為相對於頻率f(m－Q(1)，n)具有另一種頻率偏移之頻率。再者，週期CY(m)之前之兩個以上之週期各自之相位期間SP(n)之源高頻電力RF之頻率亦可以相對於前一週期之相位期間SP(n)之源高頻電力RF之頻率具有一種頻率偏移之方式進行更新。於該情形時，該兩個以上之週期之相位期間SP(n)之各期間之源高頻電力RF之反射程度有增加傾向時，亦可對週期CY(m)之相位期間SP(n)之源高頻電力RF之頻率賦予另一種頻率偏移。例如，週期CY(m)之相位期間SP(n)之源高頻電力RF之頻率亦可設定為相對於該兩個以上之週期中最早週期之源高頻電力之頻率具有另一種頻率偏移的頻率。
於因一種頻率偏移而導致相位期間SP(m，n)之源高頻電力RF之反射程度自相位期間SP(m－Q(1)，n)之源高頻電力RF之反射程度增加的情形時，高頻電源31亦可將週期CY(m＋Q(1))內之相位期間SP(n)之源高頻電力RF之頻率設定為中間頻率。週期CY(m＋Q(1))係週期CY(m)之後之第3週期。於相位期間SP(m＋Q(1)，n)內能夠設定之中間頻率係f(m－Q(1)，n)與f(m，n)之間之頻率，亦可為f(m－Q(1)，n)與f(m，n)之平均值。
可能產生於相位期間SP(m＋Q(1)，n)使用中間頻率時之源高頻電力RF之反射程度(例如，反射波之功率位準Pr)大於規定閾值的情形。於該情形時，高頻電源31亦可將週期CY(m＋Q(2))內之相位期間SP(n)之源高頻電力RF之頻率設定為相對於中間頻率具有另一種頻率偏移之頻率。週期CY(m＋Q(2))係週期CY(m＋Q(2))之後之第4週期。閾值係預先規定。另一種頻率偏移之量Δ(m＋Q(2)，n)之絕對值大於一種頻率偏移之量Δ(m，n)之絕對值。於該情形時，可避免無法使源高頻電力RF之反射量自局部之極小值減少之情況。再者，用於複數個週期CY各自中之複數個相位期間SP之各期間的閾值可彼此相同，亦可不同。
於第2例中，為了週期CY(M)之各相位期間SP(1)～SP(N)所設定之源高頻電力RF之頻率被決定為各相位期間SP(1)～SP(N)之源頻率f RF。
[源頻率f RF之決定之第3例]
於第3例中，於週期CY內之各相位期間SP中，將藉由複數個頻率偏移之各者與基準頻率之相加所決定之頻率用作源高頻電力RF之源頻率f RF。複數個頻率偏移之各者具有正值或負值。並且，決定使傳輸至電漿之源高頻電力RF之功率位準最大化之用於各相位期間SP之頻率偏移。再者，傳輸至電漿之源高頻電力RF之功率位準可為源高頻電力RF之行進波之功率位準與反射波之功率位準之差。為複數個相位期間SP之各期間所決定之頻率偏移儲存於表格中。高頻電源31於各週期CY內之各相位期間SP中，將藉由基準頻率與儲存於表格中之對應之頻率偏移之相加所決定之頻率用作源高頻電力RF之源頻率f RF。
以上，對各種例示性實施方式進行了說明，但並不限定於上述例示性實施方式，亦可進行各種追加、省略、替換、及變更。又，能夠將不同實施方式中之要素組合而形成其他實施方式。
於另一實施方式中，電漿處理裝置亦可為感應耦合型電漿處理裝置、ECR電漿處理裝置、螺旋波激發電漿處理裝置或表面波電漿處理裝置。於任一電漿處理裝置中均使用源高頻電力RF，以生成電漿。
根據以上之說明應理解，本發明之各種實施方式係出於說明之目的而於本說明書中予以說明，可於不脫離本發明之範圍及主旨之情況下進行各種變更。因此，本說明書中揭示之各種實施方式並非意欲限定，真正之範圍及主旨由隨附之申請專利範圍表示。
1:電漿處理裝置 2:主控制部 2a:電腦 2a1:處理部 2a2:記憶部 2a3:通訊介面 10:腔室 10a:側壁 10e:氣體排出口 10s:電漿處理空間 11:基板支持部 12:電漿生成部 13:簇射頭 13a:氣體供給口 13b:氣體擴散室 13c:氣體導入口 20:氣體供給部 21:氣體源 22:流量控制器 30:電源系統 31:高頻電源 31a:放大器 31g:信號產生器 32:偏壓電源 33:匹配器 34:匹配器 35:感測器 36:感測器 40:排氣系統 111:本體部 111a:中央區域 111b:環狀區域 112:環組件 1110:基台 1110a:流路 1111:靜電吸盤 1111a:陶瓷構件 1111b:靜電電極 BE:電偏壓能量 CY:週期 CY(1)～CY(M):週期 CY(m－Q(2)):週期 CY(m－Q(1)):週期 CY(m):週期 f RF:源頻率 f 0:頻率 LF:偏壓高頻電力 Pr:功率位準 PV:脈衝 RF:源高頻電力 SP(1)～SP(N):相位期間 W:基板
圖1係用於說明電漿處理系統之構成例之圖。 圖2係用於說明電容耦合型電漿處理裝置之構成例之圖。 圖3係與一個例示性實施方式之電漿處理裝置有關之一例之時序圖。 圖4係一個例示性實施方式之控制方法之流程圖。 圖5係與源頻率之決定之第1例有關之時序圖。 圖6係與源頻率之決定之第2例有關之時序圖。
1:電漿處理裝置
2:主控制部
2a:電腦
2a1:處理部
2a2:記憶部
2a3:通訊介面
10:腔室
11:基板支持部
12:電漿生成部

Claims (14)

  1. 一種電漿處理裝置，其具備： 腔室； 基板支持部，其設置於上述腔室內； 偏壓電源，其與上述基板支持部電性耦合，構成為產生電偏壓能量，該電偏壓能量具有偏壓頻率，且以具有該偏壓頻率之倒數之時間長度之偏壓週期週期性地產生； 高頻電源，其電性連接於高頻電極，且構成為產生源高頻電力，以於上述腔室內自氣體生成電漿； 第1感測器，其構成為測定來自上述源高頻電力之負載之反射波之功率位準；及 第2感測器，其構成為測定將上述高頻電源與上述高頻電極相互連接之饋電路徑中之電壓及電流； 上述高頻電源係 特定出上述偏壓週期內之複數個相位期間中具有上述反射波之上述功率位準之最小值的相位期間， 將特定出之上述相位期間之上述饋電路徑中之上述電壓與上述電流之間之相位差決定為基準值， 進行頻率控制，該頻率控制係根據上述複數個相位期間之各期間之上述饋電路徑中之上述電壓與上述電流之間之相位差與上述基準值的比較結果，設定用於上述複數個相位期間之各期間之上述源高頻電力之源頻率。
  2. 如請求項1之電漿處理裝置，其中上述頻率控制係於上述複數個相位期間之各期間，於上述饋電路徑中之上述電壓與上述電流之間之上述相位差大於上述基準值時，使上述源頻率上升，於該相位差小於上述基準值時，使上述源頻率降低。
  3. 如請求項1或2之電漿處理裝置，其中上述高頻電源構成為於上述複數個相位期間之各期間，根據上述相位差與上述基準值之間之差之絕對值而調整基於上述頻率控制之上述源頻率之調整量。
  4. 如請求項1至3中任一項之電漿處理裝置，其中上述高頻電源構成為於上述複數個相位期間之各期間，於上述反射波之功率位準大於閾值時，進行上述頻率控制。
  5. 如請求項4之電漿處理裝置，其中上述高頻電源係於在上述偏壓週期內之上述複數個相位期間之各期間上述第1感測器所獲取之上述反射波之功率位準全部為閾值以下時，使上述閾值降低。
  6. 如請求項1至5中任一項之電漿處理裝置，其中 上述高頻電源包含： 信號產生器，其構成為產生高頻信號；及 放大器，其構成為將上述高頻信號放大而產生上述源高頻電力； 上述信號產生器構成為如下，即， 特定出具有上述反射波之上述功率位準之最小值之上述相位期間， 決定上述基準值， 產生具有藉由上述頻率控制調整後之用於上述複數個相位期間之各期間之上述源頻率的上述高頻信號。
  7. 如請求項1至6中任一項之電漿處理裝置，其中上述電偏壓能量為具有上述偏壓頻率之偏壓高頻電力，或者為以時間間隔週期性地產生之電壓之脈衝，上述時間間隔為上述偏壓頻率之倒數。
  8. 如請求項1至7中任一項之電漿處理裝置，其中 上述電漿處理裝置係電容耦合型電漿處理裝置， 上述高頻電極係設置於上述基板支持部內或者設置於上述基板支持部之上方之上部電極。
  9. 一種電源系統，其具備： 偏壓電源，其構成為產生供給至設置於電漿處理裝置之腔室內之基板支持部之電偏壓能量，該電偏壓能量具有偏壓頻率，且以具有該偏壓頻率之倒數之時間長度之偏壓週期週期性地產生；及 高頻電源，其構成為產生供給至高頻電極之源高頻電力，以於上述腔室內自氣體生成電漿； 上述高頻電源構成為如下，即， 特定出上述偏壓週期內之複數個相位期間中具有上述源高頻電力之反射波之功率位準之最小值的相位期間， 將特定出之上述相位期間之上述高頻電源與上述高頻電極之間之饋電路徑中之電壓與電流之相位差決定為基準值， 進行頻率控制，該頻率控制係根據上述複數個相位期間之各期間之上述饋電路徑中之上述電壓與上述電流之間之相位差與上述基準值的比較結果，設定用於上述複數個相位期間之各期間之上述源高頻電力之源頻率。
  10. 如請求項9之電源系統，其中上述頻率控制係於上述複數個相位期間之各期間，於上述饋電路徑中之上述電壓與上述電流之間之上述相位差大於上述基準值時，使上述源頻率上升，於該相位差小於上述基準值時，使上述源頻率降低。
  11. 一種控制方法，其包含： 步驟(a)，其係自偏壓電源對設置於電漿處理裝置之腔室內之基板支持部供給具有偏壓頻率之電偏壓能量，該電偏壓能量具有偏壓頻率，且以具有該偏壓頻率之倒數之時間長度之偏壓週期週期性地供給； 步驟(b)，其係自高頻電源對高頻電極供給源高頻電力，以於上述腔室內自氣體生成電漿； 步驟(c)，其係特定出上述偏壓週期內之複數個相位期間中具有來自上述源高頻電力之負載之反射波之功率位準之最小值的相位期間； 步驟(d)，其係決定基準值之步驟，將上述(c)中特定出之上述相位期間之將上述高頻電源與上述高頻電極相互連接之饋電路徑中之電壓與電流之相位差決定為該基準值；及 步驟(e)，其係進行頻率控制，該頻率控制係根據上述複數個相位期間之各期間之上述饋電路徑中之上述電壓與上述電流之間之相位差與上述基準值的比較結果，設定用於上述複數個相位期間之各期間之上述源高頻電力之源頻率。
  12. 如請求項11之控制方法，其中上述頻率控制係於上述複數個相位期間之各期間，於上述饋電路徑中之上述電壓與上述電流之間之上述相位差大於上述基準值時，使上述源頻率上升，於該相位差小於上述基準值時，使上述源頻率降低。
  13. 一種程式，其由電漿處理裝置之電腦執行，以藉由該電漿處理裝置執行如請求項11或12之控制方法。
  14. 一種記憶媒體，其記憶有如請求項13之程式。
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