TWI579912B - 電漿處理裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種對被處理基板施加電漿處理之技術，特別是關於一種對處理容器內所產生之電漿施加3種高頻波的電容耦合型之電漿處理裝置。
半導體裝置與FPD(Flat Panel Display，平板顯示器)之製程中的蝕刻、堆積、氧化、濺鍍等之處理，為了使處理氣體以較低的溫度進行良好的反應而多利用電漿。此種電漿處理中，為於真空之處理容器內使處理氣體放電或電離，使用高頻波(RF)或微波。
電容耦合型之電漿處理裝置中，於處理容器內將上部電極與下部電極平行地配置，在下部電極上方載置被處理基板(半導體晶圓、玻璃基板等)，對上部電極或下部電極施加適合產生電漿之頻率(通常為13.56MHz以上)的高頻波。藉由此一高頻波的施加，因相對向之電極間產生的高頻波電場而使電子加速，藉電子與處理氣體之碰撞電離而產生電漿。之後，藉由此電漿所包含之自由基與離子的氣相反應或表面反應，於基板上堆積薄膜，抑或蝕削基板表面的素材或薄膜。如此地，電漿處理中，入射至基板之自由基與離子扮演重要角色。特別是離子藉由入射至基板時的衝撃而產生物理作用的點上係為重要。
既往以來，電漿處理中多使用RF偏壓法：對載置基板之下部電極施加較低頻率(通常為13.56MHz以下)之高頻波，藉由在下部電極上產生之負的偏電壓或鞘電壓將電漿中之離子加速以導入基板。如此地藉由自電漿將離子加速以使其碰撞基板表面，可促進表面反應、非等向性蝕刻、或膜的改質等。
專利文獻1 日本特開平7-302786號公報
搭載如同上述之RF偏壓功能的習知電漿處理裝置，將供控制腔室內自電漿導入下部電極上之基板的離子其能量所使用之高頻波限定為1種(單一頻率)，使其RF功率或自偏電壓為控制參數。
然而，於離子導入用之RF偏壓使用單一高頻波的習知方式，由於無法獨立地控制導入基板之離子其最大能量與最小能量，故在要求複合的製程特性之最先進的電漿處理中在離子能量分布的控制性上具有困難。
關於此點，最近漸發現：藉由於離子導入用之RF偏壓組合使用頻率相異的2種高頻波，控制其等之總功率及/或功率比，而可在入射至基板之離子其能量分布(IED)中任意控制能帶寬度及分布形狀、甚至入射能量的總量。
電容耦合型之電漿處理裝置中，於離子導入用之RF偏壓使用2種高頻波的場合，加上電漿產生用之高頻波全部將3種高頻波施加於腔室內之平行平板電極。此處的問題為，係自腔室內的電漿起在高頻波供電線(或高頻波傳送路)傳遞而至高頻波電源返回的反射波之，與該高頻波為相同頻
率的反射波(以下以「基本波反射波」稱之)，其以外的反射波頻譜(以下以「異頻反射波」稱之)顯著增加，且其中包含頻率與基本波反射波極為接近之異頻反射波。
習知之電漿處理裝置，於各個高頻波電源單元內具備：基本波反射波功率測定部，測定基本波反射波之功率SPr；以及總反射波功率測定部，不僅測定基本波反射波功率，亦測定包含異頻反射波之功率的全部反射波功率TPr。
由基本波反射波功率測定部獲得之基本波反射波功率SPr的測定值，表示設置於該高頻波供電線上之匹配器的運作狀況或匹配狀態。此處，基本波反射波功率SPr越小越佳，完全匹配時SPr=0。未完全匹配時SPr≠0，無法匹配的程度越大則SPr的值越大。通常，基本波反射波功率SPr的測定值，於操作面板之顯示器顯示，操作員可經常監視。此外，若基本波反射波功率SPr的測定值超過既定的監視值，則判定為匹配器之運作狀況異常，將其連鎖，使裝置整體的運作停止。
另一方面，由總反射波功率測定部獲得之總反射波功率TPr的測定值，表示該高頻波電源因來自電漿之反射波而受到的影響之大小。此處，總反射波功率TPr越小越佳。然而，TPr不為0。即便完全匹配，異頻反射波仍必然存在，因而TPr恆常地>0。自然，總反射波功率TPr不宜為大值。若總反射波功率TPr越大，則該高頻波電源內之放大器受其影響而高頻波輸出變的不穩定。更甚者，有破壞放大器的疑慮。因此，當總反射波功率TPr的測定值超過既定的監視值時，使該高頻波電源之輸出應急地降低。
然而，於習知之電容耦合型電漿處理裝置應用3頻施加方式的場合，因反射波中包含頻率與基本波反射波極為接近之異頻反射波，故基本波反射波功率測定部之監測資訊(基本波反射波功率SPr的測定值)的精度或可靠度大幅降低。因此，難以判別是否匹配、難以精確地連鎖的情況被視為問題。此外，習知之電容耦合型電漿處理裝置，在各個RF供電系統中總反
射波功率TPr變得過大時，該高頻波電源單元無條件地反應此一狀況並將RF輸出降低一段。然則，在3頻施加方式下，若於各高頻波電源單元個別獨立地施行對於此等過大總反射波功率之無條件或反射性的RF輸出控制，則對電漿供給之RF功率不穩定地變動，對實行中的處理造成莫大影響。此一情況亦成為問題。
鑑於上述現狀及課題，本發明之目的在於提供一種，在3頻施加方式中高精度地進行反射波功率監測，並精確地施行對於過大反射波功率之各RF供電系統的控制以提高電漿處理之再現性及可靠度的電容耦合型之電漿處理裝置。
本發明之第1觀點的電漿處理裝置，具備：可真空排氣之處理容器，以可置入取出方式收納被處理基板；第1電極，於該處理容器內載置保持該基板；第2電極，於該處理容器內與該第1電極對向地配置；處理氣體供給部，對該處理容器內供給期望之處理氣體；第1高頻波電源，輸出具有第1頻率之第1高頻波；第1高頻波供電線，將來自該第1高頻波電源之該第1高頻波傳送往該第1電極或該第2電極；第1反射波功率測定部，測定反射波之功率，該反射波於該第1高頻波供電線上自該第1電極或該第2電極起朝向該第1高頻波電源往反方向傳播；第2高頻波電源，輸出具有較該第1頻率更低的第2頻率之第2高頻波；第2高頻波供電線，將來自該第2高頻波電源之該第2高頻波傳送往該第1電極；第2反射波功率測定部，測定反射波之功率，該反射波於該第2高頻波供電線上自該第1電極起朝向該第2高頻波電源往反方向傳播；第3高頻波電源，輸出用於將離子自該電漿導入該第1電極上的該基板之，具有較該第2頻率更低的第3頻率之第3高頻波；第3高頻波供電線，將來自該第3高頻波電源之該第3高頻波傳送往該第1電極；第3反射波功率測定部，測定反射波之功率，該反射波於該第3高頻波供電線上自該第1電極起朝向該第3高頻波電源往反方向傳播；以及控制部，依據自該第1、第2及第3反射波功率測定部分別獲得之第1、第2及第3反射波功率測定值訊號個別控制該第1、
第2及第3高頻波電源。
上述第1觀點之裝置構成中，並非因應自第1、第2及第3反射波功率測定部分別獲得之第1、第2及第3反射波功率測定值訊號而與第1、第2及第3高頻波電源個別地分別對應，控制部係將第1、第2及第3反射波功率測定值訊號分別與其他對照以綜合地監測分析，包含連鎖總括性地控制第1、第2及第3高頻波電源的動作(特別是RF輸出)。
本發明之第2觀點的電漿處理裝置具備：可真空排氣之處理容器，以可置入取出方式收納被處理基板；第1電極，於該處理容器內載置保持該基板；第2電極，於該處理容器內與該第1電極對向地配置；處理氣體供給部，對該處理容器內供給期望之處理氣體；第1高頻波電源，輸出第1高頻波；第1高頻波供電線，將來自該第1高頻波電源之該第1高頻波傳送往該第1電極或該第2電極；第1匹配器，為將該電漿側之負載阻抗與該第1高頻波電源側之阻抗匹配而設置於該第1高頻波供電線上；第1反射波功率測定部，測定反射波之功率，該反射波於該第1高頻波供電線上自該第1電極或該第2電極起朝向該第1高頻波電源往反方向傳播；第2高頻波電源，輸出具有較該第1頻率更低的第2頻率之第2高頻波；第2高頻波供電線，將來自該第2高頻波電源之該第2高頻波傳送往該第1電極；第2匹配器，為將該電漿側之負載阻抗與該第2高頻波電源側之阻抗匹配而設置於該第2高頻波供電線上；第2反射波功率測定部，測定反射波之功率，該反射波於該第2高頻波供電線上自該第1電極起朝向該第2高頻波電源往反方向傳播；第3高頻波電源，輸出用於將離子自該電漿導入該第1電極上的該基板之，具有較該第2頻率更低的第3頻率之第3高頻波；第3高頻波供電線，將來自該第3高頻波電源之該第3高頻波傳送往該第1電極；第3反射波功率測定部，測定反射波之功率，該反射波於該第3高頻波供電線上自該第1電極起朝向該第3高頻波電源往反方向傳播；第3匹配器，為將該電漿側之負載阻抗與該第2高頻波電源側之阻抗匹配而設置於該第3高頻波供電線上；以及控制部，依據自該第1、第2及第3反射波功率測定部分別獲得之第1、第2及第3反射波功率測定值訊號
個別控制該第1、第2及第3匹配器。
上述第2觀點之裝置構成中，並非因應自第1、第2及第3反射波功率測定部分別獲得之第1、第2及第3反射波功率測定值訊號而與第1、第2及第3匹配器的動作狀態個別地分別判斷，控制部係將第1、第2及第3反射波功率測定值訊號分別與其他對照以綜合地監測分析，包含連鎖總括性地控制第1、第2及第3匹配器的動作。
依本發明之電漿處理裝置，藉由如同上述之構成及作用，可在3頻施加方式中高精度地進行反射波功率監測，並可精確地施行對於過大反射波功率之各RF供電系統的控制以提高電漿處理之再現性及可靠度。
10‧‧‧腔室
12‧‧‧絕緣板
14‧‧‧基座支持台
16‧‧‧基座(下部電極)
18‧‧‧靜電吸盤
20‧‧‧電極
22、76‧‧‧直流電源
24、78‧‧‧開關
26‧‧‧對焦環
28‧‧‧內壁構件
30‧‧‧冷媒通路
32a、32b‧‧‧配管
34‧‧‧氣體供給線
36‧‧‧第1高頻波電源
38‧‧‧第2高頻波電源
40‧‧‧第3高頻波電源
42‧‧‧第1匹配器
44‧‧‧第2匹配器
45‧‧‧高頻波供電導體(給電棒)
46‧‧‧第3匹配器
48‧‧‧上部電極
50‧‧‧電極板
50a‧‧‧氣體噴出孔
52‧‧‧電極支持體
52a‧‧‧氣體流通孔
54‧‧‧絶緣體
56‧‧‧氣體緩衝室
58‧‧‧氣體供給管
60‧‧‧處理氣體供給源
62‧‧‧質量流量控制器
64‧‧‧開閉閥
66‧‧‧排氣口
68‧‧‧排氣管
70‧‧‧排氣裝置
72‧‧‧搬出入口
74‧‧‧閘閥
80‧‧‧直流供電線
82‧‧‧主控制部
84‧‧‧DC控制器
85‧‧‧操作面板
86‧‧‧濾波電路
88‧‧‧第1高頻波供電線
90‧‧‧第2高頻波供電線
92‧‧‧第3高頻波供電線
94‧‧‧第1RF功率監測器
96‧‧‧第2RF功率監測器
98‧‧‧第3RF功率監測器
100A、100B、100C‧‧‧指向性耦合器
102A、102B、102C‧‧‧進行波功率監測器部
104A、104B、104C‧‧‧反射波功率監測器部
106A、106B、106C‧‧‧電源控制部
108A、108B、108C‧‧‧高頻振盪器
110A、110B、110C‧‧‧功率放大器
112A、112B、112C‧‧‧基本波反射波功率測定電路
114A、114B、114C‧‧‧總反射波功率測定電路
116A、116B、116C‧‧‧混波器
118A、118B、118C‧‧‧局部振盪器
120A、120B、120C‧‧‧低通濾波器
122A、122B、122C‧‧‧低頻檢波器
124A、124B、124C‧‧‧高通濾波器
cw‧‧‧冷卻水
PS‧‧‧處理空間
W‧‧‧半導體晶圓
圖1顯示本發明之一實施形態中的電容耦合型電漿處理裝置之整體構成的圖。
圖2供說明於RF偏壓使用2種高頻波的方式中控制離子能量分布之作用的圖。
圖3示意一實施例中自腔室內的電漿起至電漿產生用之第1高頻波電源返回的反射波其頻譜分布的圖。
圖4A以頻譜分析儀觀測至電漿產生用之第1高頻波電源返回的反射波其頻譜分布的圖。
圖4B以頻譜分析儀觀測至離子導入用之第2高頻波電源返回的反射波其頻譜分布的圖。
圖4C以頻譜分析儀觀測至離子導入用之第3高頻波電源返回的反射波其頻譜分布的圖。
圖5示意於離子導入用使用1種高頻波之比較例中至電漿產生用之第1高頻波電源返回的反射波其頻譜分布的圖。
圖6A顯示電漿產生用之第1高頻波的RF供電系統所設置之第1RF功
率監測器的構成之方塊圖。
圖6B顯示離子導入用之第2高頻波的RF供電系統所設置之第2RF功率監測器的構成之方塊圖。
圖6C顯示離子導入用之第3高頻波的RF供電系統所設置之第3RF功率監測器的構成之方塊圖。
圖7A顯示在基本波反射波功率的監測中將實施例之濾波器頻率特性與比較例之濾波器頻率特性進行對比的圖。
圖7B將實施例之濾波器頻率特性(圖7A)於頻率軸上放大顯示的圖。
圖8A顯示求算於頻率軸上在第1高頻波率附近產生之異頻反射波的頻率之計算內容及結果(一覽表)的圖。
圖8B顯示上述計算內容及結果(續一覽表)的圖。
圖8C顯示上述計算內容及結果(續一覽表)的圖。
圖8D顯示上述計算內容及結果(續一覽表及最後)的圖。
圖9顯示其他實施形態中的電漿處理裝置之整體構成的圖。
以下，參考附圖對本發明之最佳實施形態進行說明。
圖1顯示，本發明之一實施形態中的電漿處理裝置之構成。此一電漿處理裝置，作為下部3頻施加方式之電容耦合型電漿蝕刻裝置而構成，具有例如圓筒形的真空腔室(處理容器)10，真空腔室10之表面由經氧化鋁膜處理(陽極氧化處理)的鋁所形成。腔室10接地。
於腔室10之底部，隔著陶瓷等之絕緣板12配置圓柱狀的基座支持台14，在此一基座支持台14上設置例如由鋁形成之基座16。基座16構成下部電極，其上方載置例如半導體晶圓W作為被處理基板。
於基座16之頂面，設置用於以靜電吸附力保持半導體晶圓W的靜電吸盤18。此一靜電吸盤18將由導電膜構成之電極20夾入一對絕緣層或絕緣片間，於電極20介由開關24與直流電源22電性連接。藉由來自直流電源22的直流電壓，可將半導體晶圓W以靜電力吸附保持於靜電吸盤18。靜電吸盤18周圍的基座16之頂面，配置用於提高蝕刻之面內均一性的例如由矽形成之對焦環26。在基座16及基座支持台14的側面貼附例如由石英形成之圓筒狀的內壁構件28。
基座支持台14內部，設置例如於圓周方向延伸之冷媒室或冷媒通路30。於此一冷媒通路30，以外接的急冷器單元(未圖示)介由配管32a、32b循環供給既定溫度之冷媒，例如冷卻水cw。藉由冷媒cw的溫度可控制基座16上之半導體晶圓W的處理溫度。進一步，將來自熱傳氣體供給機構(未圖示)的熱傳氣體，例如He氣，介由氣體供給線34供給至靜電吸盤18的頂面與半導體晶圓W的背面之間。
於基座16，電漿產生用之第1高頻波電源36、離子導入用之第2高頻波電源38及離子導入用之第3高頻波電源40，分別介由第1、第2及第3匹配器42、44、46與共通的高頻波供電導體(例如給電棒)45電性連接。
匹配器42、44、46，將腔室10內產生的電漿側之負載阻抗與高頻波電源36、38、40之阻抗分別匹配而作用。各個匹配器42、44、46具有：匹配電路，包含至少2個可控制之電抗元件；致動器(例如馬達)，用於控制各電抗元件的電抗值(阻抗．位置)；感測器，測定包含上述匹配電路之負載阻抗；以及控制器，驅動控制各致動器使負載阻抗的測定值與匹配點(通常為50Ω)配合。
第1高頻波電源36，構成為能夠以既定功率輸出第1高頻波RF1，該第1高頻波RF1具有適合處理氣體之電容耦合所產生的高頻波放電，即電漿產生，之第1RF頻率(通常為27MHz~300MHz)。第2高頻波電源38，構成為能夠以既定功率輸出第2高頻波RF2，該第2高頻波RF2具有適合將
電漿離子導入基座16上的半導體晶圓W之高的第2RF頻率(通常為6MHz~40MHz)。第3高頻波電源40，構成為能夠以既定功率輸出第3高頻波RF3，該第3高頻波RF3具有適合將電漿離子導入基座16上的半導體晶圓W之低的第3RF頻率(通常10kHz~6MHz)。
於基座16上方，與此一基座平行而對向地設置上部電極48。此一上部電極48由以下元件構成：電極板50，由具有複數氣體噴出孔50a之例如Si、SiC等半導體材料構成；以及電極支持體52，由以可裝卸的方式支持此一電極板50之導電材料，例如表面被氧化鋁膜處理的鋁所形成；於腔室10上部介由環狀的的絶緣體54安裝上部電極48。此一上部電極48與基座16之間被設定為電漿產生空間或處理空間PS。環狀絶緣體54，由例如氧化鋁(Al2O3)構成，氣密性地封塞上部電極48的外周面與腔室10的側壁之間的間隙，以非接地方式物理性地支持上部電極48。
電極支持體52，於其內部具有氣體緩衝室56，並於其底面具有複數流通氣體流通孔52a，自氣體緩衝室56起與電極板50之氣體噴出孔50a連通。氣體緩衝室56介由氣體供給管58與處理氣體供給源60相連接，於氣體供給管58設置質量流量控制器(MFC)62及開閉閥64。自處理氣體供給源60將既定處理氣體導入氣體緩衝室56時，處理氣體由電極板50之氣體噴出孔50a朝向基座16上的半導體晶圓W往處理空間PS以沖淋的方式噴出。如此地，上部電極48兼作供對處理空間PS供給處理氣體之沖淋頭所用。
在基座16、與基座支持台14及腔室10的側壁之間形成的環狀空間成為排氣空間，於此一排氣空間的底部設置腔室10的排氣口66。此一排氣口66介由排氣管68與排氣裝置70相連接。排氣裝置70，具有渦輪分子泵等之真空泵，可將腔室10之室內，特別是處理空間PS減壓至期望的真空度。此外，於腔室10的側壁安裝開關半導體晶圓W之搬出入口72的閘閥74。
設置於腔室10外之直流電源76其一方端子，即輸出端子，介由開關
78及直流供電線80與上部電極48電性連接。直流電源76以例如可輸出一2000~+1000V之直流電壓VDC的方式構成。直流電源76之另一方端子接地。直流電源76之輸出(電壓、電流)的極性及絶對值、與開關78的開啟．關閉切換，在來自後述之主控制部82的指示下藉由DC控制器84進行控制。
設置於直流供電線80中途之濾波電路86構成為：將來自直流電源76的直流電壓VDC穿通地施加於上部電極48，另一方面，使自基座16起通過處理空間PS及上部電極48進入至直流供電線80的高頻波往接地線流通而不流往直流電源76側。
此外，於腔室10內面向處理空間PS之適當處，安裝例如由Si、SiC等導電性材料形成之DC接地構件(未圖示)。此一DC接地構件，介由接地線(未圖示)恆常接地。
此一電容耦合型電漿蝕刻裝置，在自第1、第2及第3高頻波電源36、38、40將第1、第2及第3高頻波RF1、RF2、RF3分別傳送至腔室10內之基座16的第1、第2及第3高頻波供電線(高頻波傳送路)88、90、92上，分別設置第1、第2及第3RF功率監測器94、96、98。
通常，RF功率監測器94、96、98，在高頻波電源36、38、40與匹配器42、44、46之間分別設置於高頻波供電線88、90、92上。此一實施形態中，為了便於功能上的理解，將RF功率監測器94、96、98自高頻波電源36、38、40各自分離。實際上，多在高頻波電源36、38、40與各自共通之單元(高頻波電源單元)內設置RF功率監測器94、96、98。
第1RF功率監測器94，同時監測於第1高頻波供電線88上自第1高頻波電源36起朝向負載側傳播之高頻波(進行波)的功率RF88．Pt、及自負載側起朝向第1高頻波電源36傳播之高頻波(反射波)的功率RF88．Pr。第1高頻波電源36之負載，包含腔室10內的電漿與第1匹配器42內之匹
配電路的阻抗。
第2RF功率監測器96，同時監測於第2高頻波供電線90上自第2高頻波電源38起朝向負載側傳播之高頻波(進行波)的功率RF90．Pt、及自負載側起朝向第2高頻波電源38傳播之高頻波(反射波)的功率RF90．Pr。第2高頻波電源38之負載，包含腔室10內的電漿與第2匹配器44內之匹配電路的阻抗。
第3RF功率監測器98，同時監測於第3高頻波供電線92上自第3高頻波電源40起朝向負載側傳播之高頻波(進行波)的功率RF92．Pt、及自負載側起朝向第3高頻波電源40傳播之高頻波(反射波)的功率RF92．Pr。第3高頻波電源40之負載，包含腔室10內的電漿與第3匹配器46內之匹配電路的阻抗。
第1、第2及第3RF功率監測器94、96、98之具體構成及作用，於後述詳細說明。
主控制部82，包含1個或複數個微電腦，控制此一電漿蝕刻裝置內之各部例如靜電吸盤用之開關24、高頻波電源36、38、40、匹配器42、44、46、處理氣體供給部(60、62、64)、排氣裝置70、DC偏壓用之DC控制器84、急冷器單元、熱傳氣體供給部等的動作。此外，主控制部82，亦與以下元件等相連接：人機界面(Man．Machine．Interface)用之操作面板85，包含鍵盤等輸入裝置與液晶顯示器等顯示裝置；以及外部記憶裝置(未圖示)，收納或儲存各種程式、配方、設定值等之各種資料。
進一步，此一實施形態中的主控制部82，亦與RF功率監測器94、96、98相連接，依據自此等功率監測器94、96、98送至之監測資訊總括性地控制3系統之高頻波電源36、38、40及匹配器42、44、46。
此一實施形態中，主控制部82雖以1個控制單元顯示，但亦可採用複
數控制單元並列地或階層地分擔主控制部82之功能的形態。
此一電漿蝕刻裝置中，蝕刻加工之施行，先使閘閥74為開啟狀態，將加工對象之半導體晶圓W搬入腔室10內，載置於靜電吸盤18上。之後，以處理氣體供給源60將既定處理氣體，即蝕刻氣體(一般為混合氣體)，以既定流量及流量比導入腔室10內，藉排氣裝置70產生之真空排氣使腔室10內的壓力為設定值。進一步，自第1高頻波電源36將電漿產生用之第1高頻波RF1(27MHz~300MHz)、自第2及第3高頻波電源38、40將離子導入用之第2高頻波RF2(6MHz~40MHz)及第3高頻波RF3(10kHz~6MHz)，分別以既定功率施加於基座(下部電極)16。此外，開啟開關24，藉由靜電吸附力，將熱傳氣體(He氣)封入靜電吸盤18與半導體晶圓W之間的接觸界面。此外，因應必要，開啟開關78，將來自直流電源76之既定直流電壓VDC施加於上部電極48。由沖淋頭(上部電極)48噴吐出之蝕刻氣體在兩電極16、48間藉由高頻波放電而電漿化，藉此一電漿所含之自由基與離子，蝕刻半導體晶圓W之主面的膜。
此一實施形態之電漿蝕刻裝置，具有將適合自電漿往半導體晶圓W導入離子的2種高頻波RF2(6MHz~40MHz)、RF3(10kHz~6MHz)於基座16重疊施加的硬體構成(38、40、44、45、46)，主控制部82因應蝕刻加工的規模、條件與配方控制兩高頻波RF2、RF3之總功率及功率比，藉而可關於入射至基座12上之半導體晶圓W的表面之離子能量分布(IED)，多種類地控制能帶寬度及分布形狀，甚至於入射能量的總量。
例如，如圖2所示意，可固定離子能量之最大值(最大能量)以於一定範圍內任意調節最小值(最小能量)、可相反地固定最小能量以於一定範圍內任意調節最大能量、可固定能量平均值或中心值而直接於一定範圍內任意控制能帶的寬度、或可調節中間能量範圍的離子分布數等。
另一方面，對係非線形負載之腔室10內的電漿供給之高頻波的種類(頻率)，自習知(2頻施加方式)之2種增加為此一實施形態的3頻施加方式
之3種，因而電漿所產生之非線形高次諧波失真顯著增加。因此，自腔室10內的電漿朝向各高頻波電源36、38、40傳播之反射波含有數目眾多的頻譜。且亦包含頻率與基本波反射波極為接近之異頻反射波。
例如，作為一實施例，將40.68MHz選為電漿產生用之第1高頻波RF1的頻率，分別將12.88MHz及3.2MHz選為離子導入用之第2高頻波RF2及第3高頻波RF3的頻率。此一情況，自腔室10內的電漿起通過第1高頻波供電線88而返回至第1高頻波電源36的反射波其頻譜分布，如圖3所示意。亦即，複數異頻反射波分布於基本波反射波(40.68MHz)附近，依此總反射波功率亦增大。進一步，就頻率方面異頻反射波接近基本波反射波(40.68MHz)亦為特徵。特別是，基本波反射波(40.68MHz)與兩鄰之異頻反射波(40.60MHz、40.76MHz)的差(偏移)僅為0.08MHz，即不超過80kHz。
雖圖示省略，但自腔室10內的電漿起通過第2高頻波供電線90而返回至第2高頻波電源38的反射波之頻譜分布，亦與上述相同。亦即，複數異頻反射波分布於基本波反射波(12.88MHz)附近，總反射波功率亦高。而在極接近基本波反射波處產生複數異頻反射波。特別是，基本波反射波(12.88MHz)與兩鄰之異頻反射波(12.80MHz、12.96MHz)的差(偏移)，僅為0.08MHz，即80kHz。
同樣地，自腔室10內的電漿起通過第3高頻波供電線92而返回至第3高頻波電源40的反射波之頻譜分布中，亦分布包含自基本波反射波(3.2MHz)起僅略偏移80kHz的兩鄰之異頻反射波(3.12MHz、3.28MHz)的複數異頻反射波，總反射波功率亦高。
本案發明人，使用頻譜分析儀，於第1、第2及第3匹配器42、44、46各自取得匹配時測定第1、第2及第3高頻波供電線88、90、92上之反射波的成分(反射波頻譜)後，分別觀測到如圖4A、圖4B及圖4C所示之反射波頻譜分布。
如圖4A所示，第1高頻波供電線88上，即便以第1匹配器42取得匹配，仍存在複數異頻反射波。特別是，基本波反射波(40.68MHz)附近與其越接近的異頻反射波，功率越高，基本波反射波(40.68MHz)兩鄰之異頻反射波(40.60MHz、40.76MHz)的功率尤其高。
如圖4B所示，第2高頻波供電線90上，即便以第2匹配器44取得匹配，仍於基本波反射波(12.88MHz)附近存在複數異頻反射波。特別是，越接近基本波反射波(12.88MHz)則異頻反射波之功率越高，最接近的兩鄰之異頻反射波(12.80MHz、12.96MHz)的功率尤其高。
同樣地，如圖4C所示，第3高頻波供電線92上，即便以第3匹配器46取得匹配，仍於基本波反射波(3.2MHz)附近存在複數異頻反射波。特別是，越接近基本波反射波(3.2MHz)則異頻反射波之功率越高，最接近的兩鄰之異頻反射波(3.12MHz、3.28MHz)的功率尤其高。
如此地，當來自電漿的反射波不僅基本波反射波，亦包含頻率軸上其附近之複數異頻反射波，且存在頻率與基本波反射波極為接近之異頻反射波，則反射波之監測及對於反射波RF的輸出之控制變難。特別是，用於判別是否取得匹配的基本波反射波功率之監測變得非常困難。此外，在圖求對於過大總反射波功率而應急地調整的各高頻波電源之RF輸出、與穩定地維持實行中之電漿處理此兩者的兼顧上非常困難。
而作為比較例，於離子導入用之RF偏壓僅使用第2高頻波RF2(12.88MHz)，不使用第3高頻波RF3(3.2MHz)的情況，自腔室10內的電漿起返回至第1高頻波電源36的反射波之頻譜分布，如圖5所示意。亦即，存在於基本波反射波(40.68MHz)附近的異頻反射波，有27.80MHz、29.84MHz、38.64MHz、42.72MHz、51.52MHz、53.56MHz共6個。且與基本波反射波(40.68MHz)最接近的38.64MHz及42.72MHz仍有2.04MHz的差(偏移)。雖圖示省略，但自腔室10內的電漿起於第2高頻波電源線
90上往反方向返回的反射波之頻譜分布，頻率的頻帶亦相異的部分，與圖5顯示同樣的傾向。
如此地，於離子導入用之RF偏壓使用1種(單一頻率)高頻波RF2的場合，自電漿側起朝向各高頻波電源於各高頻波供電線上傳播而至之反射波所包含的異頻反射波非常少，且頻率軸上異頻反射波與基本波反射波距離遙遠(2MHz以上)，故容易分辨基本波反射波，且即便於各高頻波電源分別各自(任意)地施行對於過大總反射波功率之RF輸出的應急控制，對電漿處理給予的影響仍少。
此一實施形態中，為了克服如同上述之3頻施加方式中的基本波反射波功率之監測的困難性、及兼顧對於過大的總反射波功率之應急RF輸出控制與電漿處理之穩定維持的困難性，對第1、第2及第3RF功率監測器94、96、98之構成及作用、與主控制部82的功能施加特別的工夫。
圖6A，顯示第1RF功率監測器94之構成。此一RF功率監測器94具有：指向性耦合器100A，***第1高頻波供電線88上；進行波功率監測器部102A；以及反射波功率監測器部104A。
指向性耦合器100A構成為：將分別對應於在第1高頻波供電線88上往順方向傳播之RF功率(進行波)RF88．Pt、與往反方向傳播之RF功率(反射波)RF88．Pr的訊號，作為進行波功率檢測訊號RF88〔Pt〕及反射波功率檢測訊號RF88〔Pr〕取出。
將自指向性耦合器100A取出之進行波功率檢測訊號RF88〔Pt〕，輸入至進行波功率監測器部102A。進行波功率監測器部102A，以自指向性耦合器100A輸入之進行波功率檢測訊號RF88〔Pt〕為基礎，產生表示第1高頻波供電線88上的進行波所包含之基本波進行波(40.68MHz)的功率RF1．SPt之訊號，將此一訊號，即基本波進行波功率測定值訊號RF1〔SPt〕，
給予第1高頻波電源36之電源控制部106A。
第1高頻波電源36，具有高頻振盪器108A及功率放大器110A，前者將第1RF頻率(40.68MHz)之正弦波振盪輸出，後者可控制自此一高頻振盪器108A輸出之正弦波的功率，並以其增益放大。第1高頻波電源36中，電源控制部106A，以將第1高頻波RF1的功率維持為設定值的方式，回應來自進行波功率監測器部102A之基本波進行波功率測定值訊號RF1〔SPt〕並對功率放大器110A進行功率回饋控制。進一步，電源控制部106A，在後述之總反射波功率RF88．TPr過大時，因應來自主控制部82之控制訊號CS1進行應急地控制(通常為下降)功率放大器110A的輸出之控制。
將自指向性耦合器100A取出之反射波功率檢測訊號RF88〔Pr〕，輸入至反射波功率監測器部104A。反射波功率監測器部104A，具有基本波反射波功率測定電路112A、及總反射波功率測定電路114A。
基本波反射波功率測定電路112A，由混波器116A、局部振盪器118A、低通濾波器(LPF)120A及低頻檢波器122A構成，以自指向性耦合器100A輸入之反射波功率檢測訊號RF88〔Pr〕為基礎，產生表示自腔室10內的電漿起返回至第1高頻波電源36的反射波所包含之基本波反射波(40.68MHz)的功率RF1．SPr之訊號，即基本波反射波功率測定值訊號RF1〔SPr〕。
更詳細而言，局部振盪器118A產生第1局部振盪訊號LS1，第1局部振盪訊號LS1具有對第1高頻波RF1的頻率(40.68MHz)於第1高頻波供電線88上之異頻反射波中較最接近的頻率(40.60MHz、40.76MHz)更接近之第1鄰近頻率f1。混波器116A，將來自指向性耦合器100A之反射波功率測定值訊號RF88〔Pr〕與來自局部振盪器118A之第1局部振盪訊號LS1混合。藉由此一混合，產生各種合成訊號，其具有第1高頻波供電線88上之反射波所包含的基本波反射波及異頻反射波其各自之頻率、與第1局部振盪訊號LS1之頻率的和或差之頻率。其中，具有最低且極低之頻率的合成訊號為第1中間頻率訊號MS1，其具有相當於基本波反射波之頻率
(40.68MHz)與第1局部振盪訊號LS1之頻率f1的差(40.68MHz-f1或f1-40.68MHz)之頻率(第1中間頻率)δf1。
此一實施形態中，第1局部振盪訊號LS1的頻率(第1鄰近頻率)f1，選擇自第1RF頻率(40.68MHz)起，偏移第1RF頻率(40.68MHz)與在第1高頻波供電線88上之異頻反射波中最接近其之頻率(40.60MHz、40.76MHz)的差(80kHz)之1/8~1/3(更宜為1/6~1/4)的量之值。
此處，使對於第1RF頻率之第1鄰近頻率的偏移量，為第1RF頻率與最接近其之異頻反射波頻率的差(80kHz)之1/3以下(更宜為1/4以下)，係為了使以混波器116A獲得之上述第1中間頻率訊號MS1的頻率較其他任一合成訊號的頻率更明顯降低，以使次階段之LPF120A的辨別容易。此外，使上述偏移量為上述差(80kHz)之1/8以上(更宜為1/6以上)，係為了將對於基本波反射波之功率RF1．SPr的基本波反射波功率測定值訊號RF1〔SPr〕之回應速度確保為十分大。自此一要點，作為第1鄰近頻率f1，宜選擇自第1RF頻率(40.68MHz)起偏移15kHz的量之40.665MHz(或40.695MHz)。
如此地，自混波器116A，輸出15kHz之第1中間頻率訊號MS1與80kHz以上之其他複數合成訊號。LPF120A，設計為於15kHz與80kHz中間具有截止頻率之低通濾波器，僅辨別第1中間頻率訊號MS1而使其選擇性地通過。
而把如同上述地將第1中間頻率δf1設定為15kHz的場合(實施例)之濾波器頻率特性、與將第1中間頻率δf1設定為500kHz的場合(比較例)之濾波器頻率特性加以對比，則如圖7A所示了解其各自之頻率選擇性具有顯著的差。圖7B，將實施例之濾波器頻率特性放大顯示。
依實施例之濾波器頻率特性，僅使基本波反射波的頻率(40.68MHz)通過，可確實地隔離自其偏移80kHz的量之異頻反射波的頻率(40.60MHz、
40.76MHz)。另一方面，依比較例之濾波器頻率特性，不僅基本波反射波的頻率(40.68MHz)通過，接近其之上述異頻反射波的頻率(40.60MHz、40.76MHz)亦一併通過，無法辨別基本波反射波。
自LPF120A輸出之第1中間頻率訊號MS1，攜載著基本波反射波功率RF1．SPr之包絡線波形。低頻檢波器122A，將自LPF120A輸入之第1中間頻率訊號MS1檢波，取出基本波反射波功率RF1．SPr之包絡線波形，並輸出類比DC(直流)之基本波反射波功率測定值訊號RF1〔SPr〕。
如此地，即便第1高頻波供電線88上之反射波不僅基本反射波(40.68MHz)，更包含頻率與其極為接近之異頻反射波(40.60MHz、40.76MHz)，仍可藉由基本波反射波功率測定電路112A，明確地分辨基本反射波(40.68MHz)以精確地施行基本波反射波功率RF1．SPr的監測。
另一方面，總反射波功率測定電路114A，例如由二極體檢波型之RF功率計構成，依據自指向性耦合器100A輸入之反射波功率檢測訊號RF88〔Pr〕，產生總反射波功率測定值訊號RF88〔TPr〕，其表示自腔室10內的電漿起返回至第1高頻波電源36之反射波所包含的全部反射波頻譜之全部功率RF88．TPr。
另，於第1匹配器42之輸出側設置高通濾波器(HPF)124A，用於阻止(隔離)第2高頻波RF2(12.88MHz)及第3高頻波RF3(3.2MHz)介由基座16及給電棒45進入至第1高頻波供電線88上。因此，以腔室10內的電漿產生之反射波(基本波反射波、非線形高次諧波失真等)中於HPF124A往反方向通過之頻帶的反射波，介由指向性耦合器100A輸入至基本波反射波功率測定電路112A及總反射波功率測定電路114A(偵測)。
如同上述地將自基本波反射波功率測定電路112A及總反射波功率測定電路114A分別輸出之基本波反射波功率測定值訊號RF1〔SPr〕及總反射波功率測定值訊號RF88〔TPr〕，作為來自第1RF功率監測器94之第1反
射波功率測定值訊號給予主控制部82。
圖6B及圖6C，分別顯示第2及第3RF功率監測器96、98之構成。此等RF功率監測器96、98，亦僅在處理之高頻波的頻率及反射波(基本波反射波、異頻反射波)的頻率相異，具有與上述第1RF功率監測器94相同之構成，產生同樣作用。
特別是，圖6B中，基本波反射波功率測定電路112B，由混波器116B、局部振盪器118B、低通濾波器(LPF)120B及低頻檢波器122B構成，以自配置於第2高頻波供電線90上的指向性耦合器100B輸入之反射波功率檢測訊號RF90〔Pr〕為基礎，產生表示自腔室10內的電漿起返回至第2高頻波電源38的反射波所包含之基本波反射波(12.88MHz)的功率RF2．SPr之訊號，即基本波反射波功率測定值訊號RF2〔SPr〕。
此處，自局部振盪器118B給予混波器116B之第2局部振盪訊號LS2的頻率(第2鄰近頻率)f2，選擇自第2RF頻率(12.88MHz)起，偏移第2RF頻率(12.88MHz)與在第2高頻波供電線90上之異頻反射波中最接近其之頻率(12.80MHz、12.96MHz)的差(80kHz)之1/8~1/3(更宜為1/6~1/4)的量之值。此一實施例中，作為第2鄰近頻率f2，宜選擇自第2RF頻率(12.88MHz)起偏移15kHz的量之12.865MHz(或12.895MHz)。
此外，總反射波功率測定電路114B，依據自指向性耦合器100B輸入之反射波功率檢測訊號RF90〔Pr〕，產生總反射波功率測定值訊號RF90〔TPr〕，其表示自腔室10內的電漿起返回至第2高頻波電源38之反射波所包含的全部反射波頻譜之全部功率RF90．TPr。
如同上述地將自基本波反射波功率測定電路112B及總反射波功率測定電路114B分別輸出之基本波反射波功率測定值訊號RF2〔SPr〕及總反射波功率測定值訊號RF90〔TPr〕，作為來自第2RF功率監測器96之第2反射波功率測定值訊號給予主控制部82。
圖6C中，基本波反射波功率測定電路112C，由混波器116C、局部振盪器118C、低通濾波器(LPF)120C及低頻檢波器122C構成，以自配置於第3高頻波供電線92上的指向性耦合器100C輸入之反射波功率檢測訊號RF92〔Pr〕為基礎，產生表示自腔室10內的電漿起返回至第3高頻波電源40的反射波所包含之基本波反射波(3.2MHz)的功率RF3．SPr之訊號，即基本波反射波功率測定值訊號RF3〔SPr〕。
此處，自局部振盪器118C給予混波器116C之第3局部振盪訊號LS3的頻率(第3鄰近頻率)f3，選擇自第3RF頻率(3.12MHz)起，偏移第3RF頻率(3.2MHz)與第3高頻波供電線92上之異頻反射波中最接近其之頻率(3.12MHz、3.28MHz)的差(80kHz)之1/8~1/3(更宜為1/6~1/4)的量之值。此一實施例中，作為第3鄰近頻率f3，宜選擇自第3RF頻率(3.2MHz)起偏移15kHz的量之3.185MHz(或3.215MHz)。
此外，總反射波功率測定電路114C，依據自指向性耦合器100C輸入之反射波功率檢測訊號RF92〔Pr〕，產生總反射波功率測定值訊號RF92〔TPr〕，其表示自腔室10內的電漿起返回至第3高頻波電源40之反射波所包含的全部反射波頻譜之全部功率RF92．TPr。
如同上述地將自基本波反射波功率測定電路112C及總反射波功率測定電路114C分別輸出之基本波反射波功率測定值訊號RF3〔SPr〕及總反射波功率測定值訊號RF92〔TPr〕，作為來自第3RF功率監測器98之第3反射波功率測定值訊號給予主控制部82。
如同上述，主控制部82，自第1RF功率監測器94接收第1反射波功率測定值訊號(基本波反射波功率測定值訊號RF1〔SPr〕及總反射波功率測定值訊號RF88〔TPr〕)，自第2RF功率監測器96接收第2反射波功率測定值訊號(基本波反射波功率測定值訊號RF2〔SPr〕及總反射波功率測
定值訊號RF90〔TPr〕)，自第3RF功率監測器98接收第3反射波功率測定值訊號(基本波反射波功率測定值訊號RF3〔SPr〕及總反射波功率測定值訊號RF92〔TPr〕)。
主控制部82，依據輸入之基本波反射波功率測定值訊號RF1〔SPr〕、RF2〔SPr〕、RF3〔SPr〕，於操作面板85之顯示器上監測顯示3個RF供電系統之基本波反射波功率RF1．SPr、RF2．SPr、RF3．SPr的測定值，並將各測定值與既定的監視值比較以判定各匹配器42、44、46之匹配動作或匹配狀況，依判定結果將其連鎖。
亦即，基本波反射波功率RF1．SPr、RF2．SPr、RF3．SPr之各個測定值較監視值更低時，判定在該RF供電系統中實質上取得匹配。且在任一基本波反射波功率測定值已超過監視值時或正超過時，判定該RF供電系統中未取得匹配。此一情況，主控制部82，藉由斟酌其他監測資訊，即其他RF供電系統之基本波反射波功率測定值及全RF供電系統之總反射波功率測定值，可精確地把握未取得匹配之狀況與其原因。
例如，第2基本波反射波功率RF2．SPr的測定值超過監視值。此時，若其他資訊(特別是第2總反射波功率RF90．TPr的測定值)在正常(容許)範圍內，則主控制部82，可判定(斷定)當下之未匹配狀態其原因為第2匹配器44之匹配動作未正常運作。此一情況，主控制部82，若於第2匹配器44具備用於檢查匹配動作或使其正常化之常用程式，則亦可將指示此一常用程式之實行的指令送至第2匹配器44內之控制器。而即便如此，其他正常僅第2基本波反射波功率RF2．SPr的測定值超過監視值之狀態持續時，可判定為第2匹配器44故障或失控。此一情況，可將其意旨之訊息顯示於操作面板85之顯示器上，亦可合併地將其連鎖。
然而，在其他資訊(特別是第2總反射波功率RF90．TPr的測定值或第1及第3基本波反射波功率RF1．SPr、RF3．SPr的測定值)亦同時超過監視值的場合，可判定為腔室10內之處理空間PS或其他RF供電系統發生難
以與電漿匹配之任一異常事態。此一情況，主控制部82，不即時地迅速判斷第2匹配器44不良而立刻將其連鎖，而係藉由例如參考來自光學感測器之電漿發光監測資訊、施行全RF系統及/或氣體系統之檢測等，可查明電漿之異常原因，亦可透過操作面板85之顯示器進行狀況報告。
如此地，任一基本波反射波功率測定值超過監視值時，雖確定該RF供電系統未取得匹配，但不單純地判斷為該RF供電系統內之匹配器不良或不順暢，而係藉由使主控制部82斟酌其他資訊(RF供電系統之基本波反射波功率測定值、及全RF供電系統之總反射波功率測定值)並將該事態綜合或多面向地解析，而可尋求匹配狀態之確立或恢復或電漿處理之穩定化地精確控制各部。藉此，可提高電漿處理之再現性及可靠度。
此外，主控制部82，依據自第1、第2及第3RF功率監測器94、96、98接收之總反射波功率測定值訊號RF88〔TPr〕、RF90〔TPr〕、RF92〔TPr〕，可監測高頻波供電線88、90、92上反射波之總反射波功率RF88．TPr、RF90．TPr、RF92．TPr是否超過監視值。而總反射波功率RF88．TPr、RF90．TPr、RF92．TPr之任一超過監視值時，採取透過各高頻波電源之電源控制部使RF功率應急地下降之措施以自此一過大總反射波功率保護該高頻波電源，並施行各RF供電系統之間的調整以將實行中的電漿處理之變動抑制在最小限度。
例如，第2總反射波功率RF90．TPr的測定值超過監視值。此時，第2總反射波功率RF90．TPr過大，因而先以保護第2高頻波電源38之功率放大器110B為前提，主控制部82藉由控制訊號CS2透過電源控制部106B使功率放大器110B之輸出(即第2高頻波RF2的功率)下降。然則，並非使第2高頻波RF2的功率貿然地或極端地下降，而係斟酌其他資訊(特別是第2基本波反射波功率RF2．SPr的測定值、或第1及第3總反射波功率RF88．TPr、RF92．TPr的測定值)，控制必要最小限之下降幅度。抑或，降低離子導入用之第2高頻波RF2之功率的同時，使同樣離子導入用之第3高頻波RF3之功率適度地提高，藉而可將自電漿導入半導體晶圓W的離子能量穩
定地保持。
自然，主控制部82中亦可將自第1、第2及第3RF功率監測器94、96、98起分別輸入之總反射波功率測定值訊號RF88〔TPr〕、RF90〔TPr〕、RF92〔TPr〕直接穿通地輸出，分別送至第1、第2及第3高頻波電源36、38、40之電源控制部106A、106B、106C。此一情況，各高頻波電源36、38、40之各電源控制部106A、106B、106C，分別個別地回應來自各RF功率監測器94、96、98之總反射波功率測定值訊號RF88〔TPr〕、RF90〔TPr〕、RF92〔TPr〕，施行用於自過大總反射波功率保護該高頻波電源的RF輸出控制。
進一步，主控制部82亦具備，藉由計算而決定各RF供電系統中產生之反射波所包含的異頻反射波之功能。亦即，自操作面板85輸入對於第1高頻波RF1、第2高頻波RF2及第3高頻波RF3之各自頻率(第1、第2及第3RF頻率)的值A、B、C，則構成主控制部82之微電腦藉由計算下式(1)，求算3頻施加時產生而獲得之異頻反射波的頻率。
±A[MHz]×m±B[MHz]×n±C[MHz]×1...(1)
然則，m為A的高次係數(第m次高次諧波)，n為B的高次係數(第n次高次諧波)，l為C的高次係數(第l次高次諧波)。通常，m、n、l，考慮各自為1次~5次係數為止即足夠。
圖8A~圖8D，顯示上述實施例(A=40.68MHz、B=12.88MHz、C=3.2MHz)中，求算於頻率軸上在第1高頻波RF1附近產生之異頻反射波的頻率之上述式(1)的計算內容及計算結果。雖圖示省略，但亦計算上述式(1)而求出第2高頻波RF2及第3高頻波RF3附近產生之異頻反射波的頻率。
主控制部82，將上述式(1)之計算結果(異頻反射波之一覽)保存於記憶裝置，並於操作面板85之顯示器上顯示。此一計算結果，對RF功率
監測器94、96、98之基本波反射波功率測定電路112A、112B、112C的設計造成影響。特別是，以頻率軸上與各基本波反射波最接近之異頻反射波的頻率之值為基礎，決定局部震盪頻率f1、f2、f3的值，亦決定LPF120A、120B、120C之截止頻率。
進一步，作為一變形例，在高頻波電源36、38、40之任一具備隨時變更或控制高頻波RF1、RF2、RF3的頻率之功能的情況，主控制部82之上述計算功能發揮巨大效果。例如，以可控制電漿產生用之第1高頻波RF1的頻率之方式構成高頻波電源36的場合，以可控制RF功率監測器94之局部振盪器118A的頻率振盪器構成，使其在主控制部82的控制下可控制第1局部振盪訊號LS1的頻率。藉此，主控制部82，透過高頻波電源36之電源控制部106A控制第1高頻波RF1的頻率，同時藉上述式(1)的計算求出關連之(特別是最接近之)異頻反射波的頻率，以使自混波器116A輸出之第1中間頻率MS1的頻率(第1中間頻率)δf1維持為一定值(例如15kHz)的方式，可控制第1局部振盪訊號LS1的頻率。在控制離子導入用之第2高頻波RF2或第3高頻波RF3之頻率的場合，亦可與上述同樣地對應。
上述實施形態中，將自第1高頻波電源36輸出的電漿產生用之第1高頻波RF1施加於基座(下部電極)16。作為其他實施形態，亦可如圖9所示，將第1高頻波電源36及第1匹配器42與上部電極48電性連接，將電漿產生用之第1高頻波RF1介由第1高頻波供電線88施加於上部電極48。
本發明不限定於電漿蝕刻裝置，亦可應用於電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍等其他電漿處理裝置。此外，本發明中的被處理基板不限為半導體晶圓，亦可為平板顯示器用之各種基板、光罩、CD基板、印刷基板等。
10‧‧‧腔室
12‧‧‧絕緣板
14‧‧‧基座支持台
16‧‧‧基座(下部電極)
18‧‧‧靜電吸盤
20‧‧‧電極
22、76‧‧‧直流電源
24、78‧‧‧開關
26‧‧‧對焦環
28‧‧‧內壁構件
30‧‧‧冷媒通路
32a、32b‧‧‧配管
34‧‧‧氣體供給線
36‧‧‧第1高頻波電源
38‧‧‧第2高頻波電源
40‧‧‧第3高頻波電源
42‧‧‧第1匹配器
44‧‧‧第2匹配器
45‧‧‧高頻波供電導體(給電棒)
46‧‧‧第3匹配器
48‧‧‧上部電極
50‧‧‧電極板
50a‧‧‧氣體噴出孔
52‧‧‧電極支持體
52a‧‧‧氣體流通孔
54‧‧‧絶緣體
56‧‧‧氣體緩衝室
58‧‧‧氣體供給管
60‧‧‧處理氣體供給源
62‧‧‧質量流量控制器
64‧‧‧開閉閥
66‧‧‧排氣口
68‧‧‧排氣管
70‧‧‧排氣裝置
72‧‧‧搬出入口
74‧‧‧閘閥
80‧‧‧直流供電線
82‧‧‧主控制部
84‧‧‧DC控制器
85‧‧‧操作面板
86‧‧‧濾波電路
88‧‧‧第1高頻波供電線
90‧‧‧第2高頻波供電線
92‧‧‧第3高頻波供電線
94‧‧‧第1RF功率監測器
96‧‧‧第2RF功率監測器
98‧‧‧第3RF功率監測器
cw‧‧‧冷卻水
W‧‧‧半導體晶圓
Claims (16)
- 一種電漿處理裝置，具備：可真空排氣之處理容器，以可置入取出方式收納被處理基板；第1電極，於該處理容器內載置保持該基板；第2電極，於該處理容器內與該第1電極對向地配置；處理氣體供給部，對該處理容器內供給期望之處理氣體；第1高頻波電源，輸出具有第1頻率之第1高頻波；第1高頻波供電線，將來自該第1高頻波電源之該第1高頻波傳送往該第1電極或該第2電極；第1反射波功率測定部，將於該第1高頻波供電線上自該第1電極或該第2電極起朝向該第1高頻波電源往反方向傳播的反射波之功率，加以測定；第2高頻波電源，輸出具有較該第1頻率更低的第2頻率之第2高頻波；第2高頻波供電線，將來自該第2高頻波電源之該第2高頻波傳送往該第1電極；第2反射波功率測定部，將於該第2高頻波供電線上自該第1電極起朝向該第2高頻波電源往反方向傳播的反射波之功率，加以測定；第3高頻波電源，輸出用於將離子自該電漿導入該第1電極上的該基板之第3高頻波，該第3高頻波具有較該第2頻率更低的第3頻率；第3高頻波供電線，將來自該第3高頻波電源之該第3高頻波傳送往該第1電極；第3反射波功率測定部，將於該第3高頻波供電線上自該第1電極起朝向該第3高頻波電源往反方向傳播的反射波之功率，加以測定；以及控制部，依據自該第1、第2及第3反射波功率測定部分別獲得之第1、第2及第3反射波功率測定值訊號個別控制該第1、第2及第3高頻波電源。
- 一種電漿處理裝置，具備：可真空排氣之處理容器，以可置入取出方式收納被處理基板；第1電極，於該處理容器內載置保持該基板；第2電極，於該處理容器內與該第1電極對向地配置； 處理氣體供給部，對該處理容器內供給期望之處理氣體；第1高頻波電源，輸出具有第1頻率之第1高頻波；第1高頻波供電線，將來自該第1高頻波電源之該第1高頻波傳送往該第1電極或該第2電極；第1匹配器，為將該電漿側之負載阻抗與該第1高頻波電源側之阻抗匹配而設置於該第1高頻波供電線上；第1反射波功率測定部，將於該第1高頻波供電線上自該第1電極或該第2電極起朝向該第1高頻波電源往反方向傳播的反射波之功率，加以測定；第2高頻波電源，輸出具有較該第1頻率更低的第2頻率之第2高頻波；第2高頻波供電線，將來自該第2高頻波電源之該第2高頻波傳送往該第1電極；第2匹配器，為將該電漿側之負載阻抗與該第2高頻波電源側之阻抗匹配，而設置於該第2高頻波供電線上；第2反射波功率測定部，將於該第2高頻波供電線上自該第1電極起朝向該第2高頻波電源往反方向傳播的反射波之功率，加以測定；第3高頻波電源，輸出用於將離子自該電漿導入該第1電極上的該基板之第3高頻波，該第3高頻波具有較該第2頻率更低的第3頻率；第3高頻波供電線，將來自該第3高頻波電源之該第3高頻波傳送往該第1電極；第3反射波功率測定部，將於該第3高頻波供電線上自該第1電極起朝向該第3高頻波電源往反方向傳播的反射波之功率，加以測定；第3匹配器，為將該電漿側之負載阻抗與該第2高頻波電源側之阻抗匹配，而設置於該第3高頻波供電線上；以及控制部，依據自該第1、第2及第3反射波功率測定部分別獲得之第1、第2及第3反射波功率測定值訊號個別控制該第1、第2及第3匹配器。
- 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，該第1反射波功率測定部具有：第1指向性耦合器，取出該第1高頻波供電線上之反射波； 第1局部振盪器，產生具有第1鄰近頻率之第1局部振盪訊號，該第1鄰近頻率比該第1高頻波供電線上之異頻反射波中最接近該第1頻率的頻率更接近該第1頻率；第1混波器，將自該第1指向性耦合器取出之反射波的訊號，與該第1局部振盪訊號混合；第1低通濾波器，自該第1混波器輸出之訊號中，使第1中間頻率訊號選擇性地通過，該第1中間頻率訊號具有相當於該第1頻率與該第1鄰近頻率的差之第1中間頻率；以及第1檢波器，將以該第1低通濾波器取出之該第1中間頻率訊號檢波，並輸出構成為輸出成為該第1反射波功率測定值訊號之一部分的第1基本反射波功率測定值訊號。
- 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中，該第1鄰近頻率，自該第1頻率偏移如下之量：該第1頻率與在該第1高頻波供電線上之異頻反射波中最接近該第1頻率之頻率兩者的差之1/8~1/3的量。
- 如申請專利範圍第4項之電漿處理裝置，其中，最接近該第1頻率的該第1高頻波供電線上之異頻反射波的頻率，係依下式(1)計算而決定，±A[MHz]×m±B[MHz]×n±C[MHz]×1......(1)其中，A為第1頻率，m為A的高次係數(第m次高次諧波)，B為第2頻率，n為B的高次係數(第n次高次諧波)，C為第3頻率，l為C的高次係數(第l次高次諧波)。
- 如申請專利範圍第5項之電漿處理裝置，其中，該控制部，計算該式(1)而決定最接近該第1頻率之該異頻反射波的頻率。
- 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，該第2反射波功率測定部具有；第2指向性耦合器，取出該第2高頻波供電線上之反射波；第2局部振盪器，產生具有第2鄰近頻率之第2局部振盪訊號，該第2鄰近頻率比該第2高頻波供電線上之異頻反射波中最接近該第2頻率的頻 率更接近該第2頻率；第2混波器，將自該第2指向性耦合器取出之反射波的訊號，與該第2局部振盪訊號混合；第2低通濾波器，自該第2混波器輸出之訊號中使第2中間頻率訊號選擇性地通過，該第2中間頻率訊號具有相當於該第2頻率與該第2鄰近頻率的差之第2中間頻率；以及第2檢波器，將以該第2低通濾波器取出之該第2中間頻率訊號檢波，並輸出構成為該第2反射波功率測定值訊號之一部分的第2基本反射波功率測定值訊號。
- 如申請專利範圍第7項之電漿處理裝置，其中，該第2鄰近頻率，自該第2頻率偏移如下之量：該第2頻率與在該第2高頻波供電線上之異頻反射波中最接近該第2頻率之頻率兩者的差之1/8~1/3的量。
- 如申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中，最接近該第2頻率的該第2高頻波供電線上之異頻反射波的頻率，係依下式(2)計算而決定，±A[MHz]×m±B[MHz]×n±C[MHz]×1......(2)其中，A為第1頻率，m為A的高次係數(第m次高次諧波)，B為第2頻率，n為B的高次係數(第n次高次諧波)，C為第3頻率，l為C的高次係數(第l次高次諧波)。
- 如申請專利範圍第9項之電漿處理裝置，其中，該控制部，依該式(2)計算而決定最接近該第1頻率之該異頻反射波的頻率。
- 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，該第3反射波功率測定部具有：第3指向性耦合器，取出該第3高頻波供電線上之反射波；第3局部振盪器，產生具有第3鄰近頻率之第3局部振盪訊號，該第3鄰近頻率比該第3高頻波供電線上之異頻反射波中最接近該第3頻率的頻率更接近該第3頻率；第3混波器，將自該第3指向性耦合器取出之反射波的訊號，與該第3 局部振盪訊號混合；第3低通濾波器，自該第3混波器輸出之訊號中使第3中間頻率訊號選擇性地通過，該第3中間頻率訊號具有相當於該第3頻率與該第3鄰近頻率的差之第3中間頻率；以及第3檢波器，將以該第3低通濾波器取出之該第3中間頻率訊號檢波，並輸出構成為該第3反射波功率測定值訊號之一部分的第3基本反射波功率測定值訊號。
- 如申請專利範圍第11項之電漿處理裝置，其中，該第3鄰近頻率，自該第3頻率偏移如下之量：該第3頻率與在該第3高頻波供電線上之異頻反射波中最接近該第3頻率之頻率的差之1/8~1/3的量。
- 如申請專利範圍第12項之電漿處理裝置，其中，最接近該第3頻率的該第3高頻波供電線上之異頻反射波的頻率，係依下式(3)計算而決定，±A[MHz]×m±B[MHz]×n±C[MHz]×1......(3)其中，A為第1頻率，m為A的高次係數(第m次高次諧波)，B為第2頻率，n為B的高次係數(第n次高次諧波)，C為第3頻率，l為C的高次係數(第l次高次諧波)。
- 如申請專利範圍第13項之電漿處理裝置，其中，該控制部，依該式(3)計算而決定最接近該第1頻率之該異頻反射波的頻率。
- 如申請專利範圍第5項之電漿處理裝置，其中，該第1頻率A為40.68MHz，該第2頻率B為12.88MHz，該第3頻率C為3.2MHz。
- 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，該第1反射波功率測定部具有第1總反射波功率測定電路，測定包含該第1頻率之第1頻率帶內的全部反射波功率，並輸出構成為該第1反射波功率測定值訊號之一部分的第1總反射波功率測定值訊號；該第2反射波功率測定部具有第2總反射波功率測定電路，測定包含該第2頻率之第2頻率帶內的全部反射波功率，並輸出構成為該第2反射 波功率測定值訊號之一部分的第2總反射波功率測定值訊號；以及該第3反射波功率測定部具有第3總反射波功率測定電路，測定包含該第3頻率之第3頻率帶內的全部反射波功率，並輸出構成為該第3反射波功率測定值訊號之一部分的第3總反射波功率測定值訊號。
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