专利名称：射频等离子体处理方法和射频等离子体处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用由射频(RF)波生成的等离子体的工艺。本发明尤其涉及同时利用不同频率的射频波的工艺。
使用较高频率波的一个原因是在过程中需要降低压力。降低工艺压力的要求与集成度的进一步升级也就是电路的超前的精细度非常相关。随着电路精细度的提高，即使当包括了例如灰尘这样非常小的杂质粒子的时候，将会有很大可能招致产品缺陷。因此，在工艺中严格要求通过降低压力来防止包含杂质粒子。
另一方面，从能够形成更精细的图案的观点来说最有效的因素是降低过程压力。例如，随着图案精细度的提高，像接触孔和通孔这样的孔的纵横比趋于增加。为了形成具有高纵横比的孔，经常使用反应离子蚀刻(RIE)技术。在RIE中，将从等离子体中提取的离子入射到基片上。为了利用离子入射来形成高纵横比的孔，需要加速离子并且使它们垂直入射到基片上。然而，离子将被倾斜地入射到基片上，因为随着与气体分子的碰撞，它们改变了行进方向。在较高压力的环境中更容易发生这种情况。作为离子倾斜入射的结果，大量的离子到达孔的侧壁，带来了所谓的腰部肿胀也就是孔的弓形的问题。
在利用等离子体中气相反应来沉积薄膜的等离子体化学气相淀积中，较高的压力增加了在等离子体中产生的激活物质通过碰撞而去激活的可能性。结果，剩余了大量的所谓“灰尘”的未反应的产物，它可以很容易导致处理腔内环境的污染。当在基片的表面上沉积薄膜时，低汽压力的副产品有时从基片表面蒸发。当处理腔处于高压的时候，它们可以返回到基片的表面并且停留在那里，降低了薄膜的特性。
从这些点来看，在这个领域中已经强烈要求更低的处理压力。过程加速的要求还强烈用于提高生产率。对于加速处理，通常，要求增加等离子体密度，也就是在等离子体中带电微粒的数值密度。然而，在某种意义上加速处理和降低过程中的压力彼此冲突。也就是说，如果更多地降低压力，也就更多地减少了气体分子数目，这样不可避免地减少了等离子体密度。
甚至当降低压力的时候，为了维持足够高的等离子体密度，提高等离子生成效率被认为非常重要。这一点就是在射频等离子体过程中已经采用了较高频率的背景。具体说，先前的过程经常采用在中频(MF)波段也就是300kHz到3000kHz中和在高频(HF)波段也就是3MHz到30MHz中的频率。然而，在最近的工艺中已经采用了VHF波段中的频率。随着交变电场，较高的频率缩短了电子的行进方向的交变循环。这样增加了电子与中性气体分子相碰撞的可能性，提高了等离子体生成效率。
然而，在利用通过如在VHF波段中的较高的频率波所产生的等离子体来完成工艺的情况中，从保证高的工艺特性和高的工艺可再现性的观点来看还出现了另一个问题。例如，在等离子体处理中，如在所述的RIE中经常从等离子体中提取离子并且使它入射到基片上。对于离子入射，要求应用在其中其电位从等离子体朝着基片逐渐降低的电场。这个电场通常对应于护层(sheath)电场。护层电场是出现在等离子体和与等离子体接触的固体之间的一个电场。在等离子体处理中，当通过与地隔绝将浮动电位设定给基片的时候，能够使它应用相对于等离子体的等离子体电位(0V)相反的护层电场。这个负的护层电场从等离子体中提取离子并且使它们入射在基片上。
然而，提高用于等离子体生成的波的频率带来了削弱护层电场的问题。因为频率太高不但离子而且电子也很难跟随电场交变，由此产生了这个问题。经常通过在基片上生成自偏电压来执行离子到基片的入射，自偏电压能够通过将RF电压应用到基片上来形成。然而，如果为了生成自偏电压而采用像在VHF波段中这样的较高频电压，则因为减少了随着电场交变的电子运动，不能生成足够量的自偏电压。
另外，在例如等离子体CVD这样的过程中，离子入射的数量和入射能量的级别必须保持在一个最佳范围之中，因为它们影响过程。另一方面，在将RF波应用于等离子体生成中还有另一个最佳条件，它与离子入射的最佳条件经常是不相容的。
考虑到这些问题，近来已经采纳了两种不同的频率。例如，用于等离子体生成的一个频率是在VHF波段中，而用于离子入射到基片上的另一个频率是在比VHF波段更低的HF波段中。
然而，从本发明人的研究来看，事实上，两种不同频率的使用，例如在VHF波段和HF波段中，带来了不能被忽视的一些问题。具体说，它带来了因为RF能量与等离子体的耦合变得不充足所以不能很好的保持等离子体的问题，和等离子体在其初态中变得不稳定的问题。
图2是安装在如
图1中所示的控制器7中的顺序控制程序70的示意性流程图。
图3是在如图2中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
图4显示在通过阻抗匹配元件执行阻抗匹配的时候通过射频气体放电来生成等离子体的过程中反射波强度的进程。
图5显示用HF波调制的VHF波。
图6是作为本发明的第二实施例的射频等离子体处理系统的示意性横截面正视图。
图7说明自偏电压。
图8是在第二实施例中的顺序控制程序70的示意性流程图。
图9是在如图8中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
图10是作为本发明的第三实施例的射频等离子体处理系统的示意性横截面正视图。
图11显示在作为第三实施例的系统中所提供的等离子体生成匹配元件41和匹配元件控制器44的详细资料。
图12说明由如图10和11中所示的匹配元件控制器44执行的等离子体生成匹配元件41的控制。
图13是在第三实施例中的顺序控制程序70的示意性流程图。
图14是在如图13中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
图15是在第四实施例中的顺序控制程序70的示意性流程图。
图16是在如图15中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
图17是在第五实施例中的顺序控制程序70的示意性流程图。
图18是在如图17中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
图19是在第六实施例中的顺序控制程序70的示意性流程图。
图20是在如图19中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
图21是作为本发明的第七实施例的射频等离子体处理系统的示意性横截面正视图。
图22是在第七实施例中的顺序控制程序70的示意性流程图。
图23是在如图22中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
在图中，“PGPS”代表“等离子体生成电源”，“IIPS”代表“离子入射电源”。“P.D.I.P.”意思是“预置的放电点火点”，“B.P.”意思是“最佳点”，“P.B.P.”意思是“预置的最佳点”，“P.G.”意思是“等离子体生成”。
等离子体生成装置包括射频电极3，和将射频电压施加到射频电极3上由此生成等离子体的射频电源4。射频电源4在下文中被称作“等离子体生成电源”。这个系统包括另一个射频电源50。与等离子体生成电源4分开，提供射频电源50用于从等离子体中提取离子并且使它们入射到基片9上。电源50在下文中被称作“离子入射电源”。离子入射电源50与基片座5相连。
处理腔1是一个气密的真空室。装载-锁定(load-lock)室(没有显示)与处理腔1相连接，插入了闸阀(没有显示)。泵导管11能够通过像涡轮分子泵或者扩散泵这样的真空泵将处理腔1抽成所需的真空压力。
图1中所示的系统是一个用于执行蚀刻过程的系统。具体说，处理气体导入管2将具有蚀刻功能的处理气体例如氟化物气体导入。处理气体导入管2包括阀门21和通过它导入处理气体的气体流量控制器22。
射频电极3是与基片座5平行面对的圆形板。射频电极3通过插入绝缘体31与处理腔1的顶壁气密配合。等离子体生成电源4通过阻抗匹配元件41连接到射频电极3。阻抗匹配元件41在下文中被称为“等离子体生成匹配元件”。将同轴管42用作从阻抗匹配元件41到射频电极3的传输线。同轴管基本由内导体421和外导体422组成。外导体422是圆柱形并且与内导体421同轴。同轴管42与射频电极3同轴。
基片座5是一个用于支撑在上表面上的基片9的一种基座。基片9被支撑在与射频电极3同轴的位置处。基片9很薄并且是圆形板。射频电极3和基片座5也是圆柱形的。
基片座5具有静电地夹紧基片9的功能。在图1中没有清楚显示，基片座5的上面部分由在其中掩埋了卡紧电极(没有显示)的介电材料构成。提供卡紧电源(没有显示)将DC电压施加到夹紧电极上。当施加DC电压的时候，在基片座5的上表面上感生出静电，由此以静电方式夹紧基片9。
基片座5通常被用作与射频电极3一起形成放电空间的另一个射频电极。与射频电极3同轴地定位基片座5，并且与它平行面对。换句话说，基片座5和射频电极3组成平行的平面电极结构。
在处理腔1的底板上向下提供同轴圆筒。圆筒62具有底板。圆筒62由金属制成并且底板的中心接地。因此，从DC来看处理腔1是地电位。基片座5通过绝缘体52与处理腔1绝缘。因此，基片座5从地向上浮动，达到浮动电位。
基片座5由同轴提供的柱状体61来支撑。圆筒62、柱状体61、基片座5和处理腔1全都彼此同轴。通过由金属制成的柱状体61来连接离子入射电源50。在圆筒62中提供阻抗匹配元件51。离子入射电源50通过阻抗匹配元件51将射频电压施加到基片座5上。阻抗匹配元件51在下文中被称为“离子入射匹配元件”。
围绕着基片座5提供了遮护板12。遮护板12是圆柱形并且与基片9以及基片座5同轴。遮护板12是防止在基片座5周围放电。基片座5、遮护板12、处理腔1的底板，圆筒62，柱状体61和其他组件优选组成在等离子体生成电源4的频率处共振的谐振器。这是因为由RF看来，共振使得基片座5处于接地状态。在共振状态中，施加在射频电极3和基片座5之间的射频电压被最大化，使得射频以最大效率放电。
现在，本实施例的系统是所描述的一种双频类型。具体说，等离子体生成电源4生成频率在VHF波段也就是60MHz的射频波。另一方面，离子入射电源50生成频率在HF波段也就是13.56MHz的射频波。等离子体生成电源4的输出水平是500W到10kW，离子入射电源50的输出水平是0到10kW。
本实施例的系统包括电源监视器43。电源监视器43监视在从等离子体生成电源4到射频电极3的传输线上反射波功率与行波功率的比例。电源监视器43可以是包括定向耦合器的一个监视器。
最能表述本实施例特征的一点是提供了控制器7用来控制等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时。这一控制将优化双频等离子体处理。包括这一操作定时控制，控制器7为系统的每一部分执行顺序控制。控制器7包括通过其输入用于顺序控制的信号的输入端口71，在其中安装顺序控制程序70的内存或者存储器72，依据来自输入端口71的信号执行顺序控制程序70的处理器73，和通过其输出用于顺序控制的信号的输出端口74。在从电源监视器43到输入端口71的线路上提供了模数(模拟到数字)转换器75。除了电源监视器43以外，系统包括用于监视系统每个部分的监视器和探测器(没有显示)。来自它们的信号通过其他模数转换器(没有显示)被输入到输入端口71。
参考图2和图3，安装在控制器7中的顺序控制程序70将描述如下。下列描述对应于关于射频等离子体处理方法的实施例的描述。图2是安装在如图1中所示的控制器7中的顺序控制程序70的示意性流程图。图3是在如图2中所示的顺序控制程序70中等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作的定时图。图2示意性显示了等离子体生成和用于离子入射的电压提供的摘录部分。在图3中“等离子体生成的情况”的部分示意性显示在放电空间处气体电离度的变换。当电离度在增加以后固定在稳定的高值的时候等离子体能够被认为是“稳定地产生”。
通过泵导管11预先将处理腔1抽成所需的真空压力。顺序控制以通过气体导入管2导入处理气体开始。控制器7将信号提供给气体导入管2以所需的流速引入处理气体。控制器7还将信号提供给泵导管11将处理腔1中的真空压力保持在所需的值。
在由提供在气体导入管2上的流速监视器(没有显示)和提供在泵导管11上的真空计(未示出)确认压力和流速保持在所需值以后，顺序控制程序70最初启动等离子体生成电源4的操作。通过等离子体生成匹配元件41将射频电压提供到射频电极3。与开始等离子体生成电源4的操作同时，顺序控制程序70启动定时器。当定时器达到预置等待时间的时候，顺序控制程序70启动离子入射电源50的操作。将射频电压施加到基片座5上以便于在基片9上生成自偏压电压。结果，提供了用于离子入射的电场。
在顺序控制程序70中，在启动等离子体生成电源4以后直到启动离子入射电源50，将预置等待时间提供作为时滞。确定预置等待时间以便于在等离子体固定在稳定状态以后能够将离子入射射频电压施加到基片座5上。这一点将在随后被详细描述。
从本发明人的研究来看，当同时启动像等离子体生成电源4这样的VHF电源和像离子入射电源50这样的HF电源的操作的时候可能出现等离子体生成无能的关键错误。具体说，如果同时开始两个不同频率的电源的操作，则在等离子体转变到稳定状态以前可能通过保护电路强迫中止电源。
图4显示当通过阻抗匹配元件执行阻抗匹配的时候在通过射频气体放电来生成等离子体的过程中反射波量的进程。正如所知的，在通过射频气体放电的等离子体生成的机制中，最初存在的电子通过电场加速并且与中性气体分子相碰撞，发生了初始电离。通过初始碰撞释放出的二次电子与另一个中性气体分子相碰撞，电离它。随着重复进行这些步骤，电子和离子的数目迅速增加，由此引起了放电。然后，在气体分子中电离化变得占优势。结果，气体转换成等离子体状态。
通常，设计在射频电源和作为载荷的放电空间之间提供的阻抗匹配元件，例如在本实施例中等离子体生成匹配元件41，使得在等离子体生成的时候能够优化负荷端的阻抗。换句话说，设计它以便于在等离子体生成的时候负荷端阻抗能够精确匹配管线的特性阻抗，将反射波最小化并且将与等离子体耦合的功率最大化。
这里，如图4中所示，当施加射频电压的初始状态下，在放电空间处的气体电离度仍然很低并且空间阻抗仍然很高。因此，电路稍微离开优化匹配状态，具有一些反射波量。然而，将射频功率连续提供给放电空间。随着提供的功率促进了中性气体分子的电离，气体的电离度逐渐增加。气体转换到接近等离子体状态。与此相伴随的，逐渐减少了在放电空间处的阻抗。因为包括放电空间处的阻抗的负荷端阻抗变成接近匹配特性阻抗的值，所以反射波也逐渐减少。当等离子体已经转换到稳定阶段的时候，反射波也固定在稳定的低值。
通常控制射频电源使得输出水平能够是常数。提供了反射波监视器用于监视来自负荷的反射波。另外，提供了保护电路来保护射频电源。当反射波过度增加的时候射频电源的输出电压通过保护电路自动下降。
在通过射频气体放电这样的等离子体生成中，一般，当为了等离子体生成，在施加在VHF波段中的射频波以外，还施加在HF波段中的射频波的时候，如图4中所示，VHF波段的反射波有时将不减少反而增加。当将VHF波和HF波施加到同一放电空间的时候，放电空间中的电场是在以HF波调制VHF波的状态中。在这一状态中，还以HF波来调制返回到电源侧的反射VHF波。图5显示用HF波调制的VHF波。图5(1)显示在施加VHF波并且完成优化阻抗匹配以后施加HF波的情况中的调制。图5(2)显示在施加VHF波以后和完成优化阻抗匹配以前施加HF波的情况中的调制。
如在图5(1)中所示，当将HF波施加到在其中在优化阻抗匹配的情况下已经施加了VHF波的放电空间上的时候，用HF波调制的反射VHF波不具有很大的峰值，因为反射本身就小。相反的，如在图5(2)中所示的，在当放电空间不处于被施加的VHF波的频率处的优化阻抗匹配的时候施加HF波的情况中，以HF波调制的反射VHF波具有很大的峰值，因为反射本身是大的。反射波监视器捕获这样的大峰值并且将警告信号发送到保护电路。结果，如图4中所示，保护电路使得用于VHF波的电源下降。
在本实施例中的预置等待时间来自如上所述的调查和考虑。预置等待时间的目的是在来自射频电极3的第一频率的反射波不是过分大的状态下叠加用于离子入射的射频波。为了这个目的，在放电空间转换到优化匹配的状态以后，提供预置等待时间来启动离子入射电源50的操作。在这实施例中，从启动射频电压供应直到在优化阻抗匹配下等离子体稳定的期间约一秒。因此，在这实施例中预置等待时间是两秒，包括安全限度。
下列是关于本实施例的系统的整个操作的描述，它为关于本实施例的射频等离子体的处理方法的描述所共有。基片9从大气端传送到负荷锁定燃烧室(没有显示)。在将负荷锁定燃烧室和处理腔1抽成所需的真空压力以后，打开闸阀(没有显示)。然后通过传送机械装置(没有显示)将基底9传送到处理腔1。基片9被放置在基片座5上所需的位置处。卡紧电源(没有显示)工作来卡紧在基片座5上的基片9。
在关闭闸阀后，处理气体导入管2工作，由此以所需的流速来导入具有蚀刻功能的处理气体。在这个状态中，如所述的开始等离子体生成电源的初始操作，由此引起射频放电来生成等离子体。在已经经过预置等待时间以后，开始离子入射电源50的操作，由此在基片9上生成自偏电压。在等离子体中产生原子团、激活的物质和离子。那些物质到达基片9，由此蚀刻基片9的表面。
在蚀刻氧化硅时，例如，引入碳氟化合物14(CF4)和氢(H2)的气体混合物作为处理气体。在等离子体中制造了氟化物或者氟的原子团、激发物质和离子，以及氢的原子团、激发物质和离子。这些物质与存在于基片9的表面上的氧化硅反应，产生了例如氟化硅和水这样的挥发物。在这样的机理下，执行氧化硅的蚀刻。因为在基片9上生成了自偏电压，它能够通过入射离子的轰击能量来促进蚀刻，能够通过垂直入射在基片9上的离子来获得具有较小边缘蚀刻的很好的蚀刻构造。
在执行这样的蚀刻持续了所需时间以后，停止等离子体生成电源4、离子入射电源50和处理气体导入管2的操作。再次泵吸处理腔1，并且从静电卡盘中释放基片9。然后，将基片9从基片座5中拾起，并通过负荷锁定燃烧室传送到大气端。重复这样的步骤，在每个基片9上执行逐片蚀刻处理。
所描述的本实施例的系统消除了等离子体生成电源4由于反射波的意外增加而下降的故障。这是因为在已经通过等离子体生成电源提供了VHF功率的放电空间中建立了最佳阻抗匹配以后才启动通过离子入射电源50的HF功率提供。因此，系统能够始终稳定地生成等离子体，具有很高的可靠性。
接着，将描述作为本发明的第二实施例的系统。图6是作为本发明的第二实施例的射频等离子体处理系统的示意性横截面正视图。为了进一步优化，这个系统包括用于确认等离子体生成的装置。与之相伴随的，修改了在控制器7中的顺序控制程序70。
作为用于确认等离子体生成的装置，系统还包括两个部分。一个是用来监视在处理腔1中生成的等离子体的等离子体监视器81。另一个是用来检测在射频电极3处的自偏电压的自偏电压探测器82。不要求系统总是包括两个部分。任意一个就足够用于确认等离子体生成。
等离子体监视器81通过接受从等离子体发出的光来监视等离子体生成。具体说，等离子体监视器81包括像照度计或分光镜这样的光学测量仪器。在处理腔1的侧壁提供光学窗口811。光学窗口811由对于接受的光的波长来说足够透明的材料构成。等离子体监视器81通过光学窗口811接收在处理腔1内部从等离子体发射的光。
自偏电压探测器82检测在射频电极3处来自电位交变的自偏电压的大小。图7说明自偏电压。如图7中所示，当通过电容将射频电压V1施加到射频电极3上的时候，随着在射频电压V1上叠加负的DC电压Vdc，在射频电极3处的表面电位改变，用V2标志。这个Vdc是自偏电压。
通常，当通过电容将射频电压施加到与等离子体相接触的物体的时候，自动产生自偏电压。自偏电压由在等离子体中电子和离子之间不同的迁移率所引起，并且负偏置了物体。
自偏压探测器82计算在射频电极3处被检测的电位交变的时间平均值或者波峰到波峰的平均值。然后通过比较计算值和地电位来获得自偏电压的大小。如图6中所示，自偏电压探测器82检测内导体421处的电位。在这一部件的电位实际上与射频电极3相同。
参考图8和图9，将描述在第二实施例中的顺序控制程序70。图8是在第二实施例中顺序控制程序70的示意性流程图。图9是在如图8中所示的顺序控制程序70中等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
在确认以所需的流速引入处理气体和将处理腔保持在所需的真空压力以后，顺序控制程序70开始等离子体生成电源4的操作。在开始施加射频电压的同时或者之前，顺序控制程序70开始接收来自等离子体监视器81和自偏电压探测器82的信号。
如所述的，施加到射频电极3上的射频电压导致放电空间处的绝缘击穿，引起放电。随着电离度迅速增加，开始等离子体生成。当等离子体密度增加到某种程度时，顺序控制程序70利用来自等离子体监视器81和自偏压监视器82的信号来确认等离子体生成。如图8中所示，顺序控制程序70在确认等离子体生成的时刻启动定时器。
当定时器达到预置等待时间的时候，顺序控制程序70开始离子入射电源50的操作。结果，将射频电压施加到基片座5上，由此在基片9处生成自偏电压。利用自偏电压施加离子入射电场。
还在第二实施例中，因为在已经经过了用于等离子体稳定的足够时间以后提供了HF功率，所以从没有发生由于反射波的增加等离子体生成电源4下降的故障。另外，当在开始等离子体生成电源4的操作以后确认等离子体生成的时候启动定时器。因此，系统消除了在没有生成等离子体的状态中可能错误操作离子入射电源50的故障。
在第二实施例中预置等待时间可以是0秒或者更多的任意值。也就是，在确认等离子体生成的时候可以同时启动离子入射电源5的操作。在生成等离子体的过程中，来自等离子体监视器81和自偏电压探测器82的信号不断增加。考虑到在这些信号的多少数量下能够被认为“生成”了等离子体，恰当确定预置等待时间的长度。另外，从等离子体生成到等离子体稳定的时间依赖于像压力这样的因素。考虑这样的因素，恰当确定预置等待时间。
接着，将描述本发明的第三实施例。图10是作为本发明的第三实施例的射频等离子体处理系统的示意性横截面正视图。第三实施例的特点是考虑到在等离子体生成以前和以后放电空间处阻抗的不同而优化了系统。具体说，如图10中所示，第三实施例的系统还包括匹配元件控制器44。为了同样的目的，还修改了在控制器7中的顺序控制程序70。
图11显示了在第三实施例中提供的等离子体生成匹配元件41和匹配元件控制器44的详细资料。如在图11中所示，等离子体生成匹配元件41包括电阻器411，在电阻器41的每一端和地面之间提供的一对可变电容器412、413。电阻器411的一端连到等离子体生成电源4，另一端连接负荷，也就是连到射频电极3。
匹配元件控制器44包括一对电动机441、442，用于电动机441、442的一对驱动装置443、444，和控制驱动装置443、444的控制装置445。为了改变每个电容量，每个电动机441、442将每个可变电容器412、413的一个电极相对于另一个所述电极移动。作为每个电动机441、442，最好使用高性能的伺服电动机。
图12说明通过如图10和图11中所示的匹配元件控制器44对等离子体生成匹配元件41的控制。如所知的，阻抗匹配是匹配负荷端阻抗与传输线的特性阻抗，由此防止了波的反射。如图11中所示，通过可变电容器412、413来协调从等离子体生成匹配元件41到负荷端的阻抗，使得在本实施例中阻抗匹配。这是因为如在本发明的使用射频波的系统中电容的变化比电阻的变化更能影响整个阻抗。改变电容比改变电阻更有效。
等离子体生成匹配元件41的阻抗是要为在将第一频率的射频波施加到射频电极3中为阻抗匹配而提供的。在下文中这个阻抗被称为“匹配阻抗Zm”。在等离子体生成匹配元件41的结构中，匹配阻抗Zm是可变电容器412、413的电容的函数。这里，电容是如图12中的C1和C2，匹配阻抗Zm被表达为Zm＝f(C1，C2)。
在如本发明通过射频气体放电来生成的等离子体中，应该值得关注的一点是，作为负荷的放电空间处的阻抗在点燃放电以前和以后变化。在引起放电之前，虽然引入了气体，但放电空间是具有很高阻抗的绝缘体。相反的，在通过放电生成等离子体以后，因为作为群体的等离子体相应于导体，所以在放电空间处的阻抗降低了。在生成等离子体的状态中，空间阻抗非常依赖护层电容。毕竟，应该考虑阻抗匹配，区别前放电点火和后放电点火的不同。
这里考虑引起放电所必需的阻抗匹配条件。引起放电所必需的阻抗匹配条件是导致在放电空间处绝缘击穿所必需的一个条件。这个条件是比较广泛的。在图12中通过阴影所示的是在本实施例中用于满足引起放电所必须的条件的范围，在下文中被称作“放电点火可能范围”。在图12中通过阴影所指示的范围是作为电容C1和C2函数的匹配阻抗Zm的范围。当在放电空间处的压力增加的时候放电点火可能范围倾向于更宽。
另一方面，在放电点火以后阻抗匹配将有效地保持等离子体。理想状态是射频功率与等离子体耦合的比例被最大化，使得反射最小化。确立这种理想状态的阻抗匹配条件是非常窄小的，能够被称为“精确条件”。这个条件在下文中被称作“最佳点”。
尽管最佳点阻抗匹配条件可能偶然位于放电点火可能范围内，但在许多情况中在范围以外。因此，最好是当在放电点火可能范围以内执行阻抗匹配的时候在引起放电以后将阻抗匹配条件转换到最佳点。为实现这个想法，匹配元件控制器44初始执行阻抗匹配，在其中表示为z＝f(C1，C2)的匹配阻抗Zm是在放电点火可能范围以内，然后转换到最佳点。在放电点火可能范围之内的匹配阻抗Zm的初始值在下文中被称为“预置放电点火点”。
在本实施例中，预先用实验方法确定预置放电点火点。具体说，当将处理腔1保持在大约4Pa的真空压力而不产生处理气体时，在与实际工艺中相同电平处将射频功率提供到射频电极3。虽然在这个情况中没有引起放电，但是当通过驱动可变电容器412、413改变匹配阻抗Zm的时候，来自射频电极3的反射波改变。存储使来自射频电极3的反射波最小化的电容C1、C2的值，将从存储的值C1、C2中获得的匹配阻抗Zm的值确定为预置放电点火点。控制器7还存储被确定的预置放电点火点。
在本实施例中，依据来自电源监视器43的信号来执行在最佳点处的阻抗匹配。接收来自电源监视器43的信号，控制装置445控制驱动装置443、444以便于能够最小化反射波与行波的比例。
更具体描述这个控制，设可变电容器412为第一电容器，用于它的电动机441为第一电动机，可变电容器413为第二电容器，用于它的电动机442为第二电动机。在第一和第二电容器412、413处，电容增加的驱动方向是“+”，电容减小的驱动方向是“-”。
控制装置445将信号发送到驱动装置443以便于第一电容器412能够被驱动到例如+方向。同时，如果反射波增加，控制装置445将第一电容器412反向驱动到一方向。以相同的方式，当减少的反射波转到增加的时候，经过最小值，将第一电容器412驱动到相反方向。作为伺服电动机的第一电动机441服从负反馈控制以便于反射波能够最小化。以相同的方式控制用于第二电容器413的第二电动机442以便于反射波能够最小化。
图12中的轨迹指示作为由匹配元件控制器44控制的结果C1和C2如何转变。如图12中所示，当引起放电的时候C1和C2最初与预置放电点火点一致。在放电点火以后，通过来自电源监视器43的信号来执行自动的负反馈控制，使得C1和C2不稳定的变化。当等离子体稳定的时候，C1和C2也转变到与最佳点相一致的稳定值。在等离子体稳定的状态中，使得电容器412、413的驱动容量也就是电动机441、442的旋转角最小化。匹配元件控制器44始终将电容器412、413的驱动容量输出到控制器7。当确认驱动量减少到低于预置值的时候，控制器7判定等离子体稳定。
作为匹配阻抗Zm固定在自动控制中的点的最佳点不总是相同的。在每次处理中它可以改变。这种改变发生在处理条件也就是在处理腔1中的压力和处理气体的种类发生改变的情况中。除了这种情况以外，它还发生在在处理腔1的内隔墙上发生沉积的情况中。匹配元件控制器44控制等离子体生成匹配元件41，在任何情况中追踪最佳点。
参考图13和图14，本实施例中的顺序控制程序70将描述如下。图13是在第三实施例中的顺序控制程序70的示意性流程图。图14是在如图13中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。在图14中，“匹配阻抗Zm”部分示意地显示了作为示例的匹配阻抗Zm的变化。
和所述实施例一样，在确认以所需的流速引入处理气体和将处理腔保持在所需真空压力以后，顺序控制程序70启动等离子体生成电源4的操作。顺序控制程序70已经预先将信号发送到匹配元件控制器44以便于能够在预置的放电点火点处进行阻抗匹配。匹配元件控制器44已经使得驱动装置443、444预先驱动用于预置的放电点火点的可变电容器412、413。
当通过等离子体生成电源4将射频电压施加到射频电极3上的时候，在放电空间处发生绝缘击穿来引起放电，从而生成等离子体。在射频电压供应启动的同时或者以前，顺序控制程序70已经开始接收来自等离子体监视器81和自偏电压探测器82的信号。
在通过来自等离子体监视器81和自偏电压探测器82的一个或者两个信号确认等离子体生成以后，顺序控制程序70将信号发送到匹配元件控制器44以便于切换阻抗匹配控制。结果，将通过匹配元件控制器44的控制切换到为最佳点的自动控制。同时，控制器启动定时器。
匹配元件控制器44依据来自电源监视器43的信号驱动可变电容器412、413，由此执行用于最佳点的自动负反馈控制。当定时器达到预置等待时间的时候，顺序控制程序70启动离子入射电源50的操作。结果，将射频电压施加到基片座50上，由此在基片9上生成自偏电压。通过这个电压施加用于离子入射的电场。
在本实施例中，当在预置放电点火点执行阻抗匹配控制的时候引起放电，并且在确认等离子体生成以后执行用于最佳点的阻抗匹配的自动控制。因此，在放电点火的时候和等离子体生成以后确保了最佳阻抗匹配。因此，在放电点火的时候和在等离子体生成的时候，使反射波最小化，提高了用于放电点火和等离子体保持的功率效率。
在第三实施例中，不需要总是执行自动控制来追踪用于稳定保持等离子体的最佳点。例如，实际上还预置用于稳定的等离子体保持的匹配阻抗Zm的最优值，和在确认等离子体生成以后从预置放电点火点切换到预置值。
从预置放电点火点到最佳点的切换是与确认等离子体生成同时的，偶尔更可取的是放入一个时滞。在不高于3Pa的低压中引起放电的情况中，对于等离子体来说在引起放电以后到转换到稳定态要花稍长时间。这个时间最长不超过3秒。因此，优选在射频电压施加到射频电极3上以后已经经过了包括安全裕度的大约6秒钟的时候转换到最佳点。同样在这个情况中，当在转换到最佳点以后已经经过大约2秒钟的时候启动入射离子电源50的操作。
在第三实施例中，还有更可取的是在基片9上将离子入射电源50逐渐增加到为了过程而优化的预置电平。具体说，输出功率在0.5到6秒中逐渐增加到预置最佳电平。如果输出电平迅速增加，它大大地改变了放电空间的条件和等离子体的状态。在这样的情况中，有可能发生等离子体生成匹配元件41的自动控制不能跟随这种变化，通过互锁使得离子入射电源50的输出降低，也就是，紧急输出为了自保护而停止。为了防止这样的事故，最好在半秒或者更多的时间中将输出增加到预置最佳电平。如果这个时间超过6秒，从生产率来看这是有问题的。因此，最好不超过6秒钟。
接着，将描述本发明的第四实施例。第四实施例在顺序控制程序70中与所述的第三实施例不同。其他的部分基本上相同。图15是在第四实施例中顺序控制程序70的示意流程图。图16是在如图15中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
很能描述第四实施例的特征的一点是在通过来自电源监视器43的信号来确认等离子体稳定以后启动离子入射电源50的操作。具体说，也如在第三实施例中，通过在预置放电点火点处执行阻抗匹配控制的时候所操作的等离子体生成电源4来生成等离子体。电源监视器43测量反射波与行波的比例，并且通过AD转换器75将它发送到控制器7。顺序控制程序70在确认等离子体生成以后将控制切换到用于最佳点的自动控制。在自动控制进程中，等离子体转变到稳定态。
在等离子体转变到稳定态的过程中，如图16中所示反射波逐渐减小。顺序控制程序70判断反射波是否已经稳定在低于预置参考水平的水平上。如果返回的值为真，这意味着判断出等离子体已经转变到稳定状态。在这个时间中，顺序控制程序70启动用于施加离子入射电场的离子入射电源50的操作。
本实施例的系统消除了在等离子体还没有转变到稳定态的情况中可能错误操作离子入射电源50的事故，因为离子入射电源50是在确认等离子体稳定以后操作的。至于反射波的预置参考水平，例如，它能够是行波的百分之二十。
接着，将描述本发明的第五实施例。第五实施例在顺序控制程序70中与所描述的实施例不同。其他部分基本上相同。图17是在第五实施例中顺序控制程序70的示意性流程图。图18是在如图17中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
预先使匹配元件控制器44在预置放电点火点处执行阻抗匹配控制，在第五实施例中的顺序控制程序70启动等离子体生成电源4的操作，从而引起放电。在启动等离子体生成电源4的操作的时候，顺序控制程序70将控制转换到用于最佳点的自动控制。另外在启动等离子体生成电源4的操作的时候，启动定时器。
随着在放电点火之后气体电离度增加，反射波逐渐减少。在此以后，匹配元件控制器44改变可变电容器412、413的电容，匹配阻抗Zm不稳定变化。然后，当等离子体稳定的时候，反射波固定在稳定的低电平。匹配阻抗Zm也固定在稳定点。
在本实施例中，预置等待时间足够长于用于稳定等离子体的时间。当定时器达到预置等待时间的时候，顺序控制程序70启动离子入射电源50的操作，施加用于离子入射的电场。本实施例具有不需要用于确认等离子体生成的装置的优点，简化了系统。
还在本实施例中，可以不通过来自电源监视器43的信号而是通过来自匹配元件控制器44的信号来确认等离子体稳定。当等离子体稳定以后，可变电容器412、413的驱动容量减小到几乎为零。因此，能够通过监视可变电容器412、413的驱动容量来确认等离子体的稳定性。
接着，将描述本发明的第六实施例。第六实施例也在控制器7的顺序控制程序70中与所描述的实施例不同。其他部分基本上相同。图19是在第六实施例中的顺序控制程序70的示意性流程图。图20是在如图19中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
在本实施例中的顺序控制程序70也在预置放电点火点处执行阻抗匹配控制的时候启动等离子体生成电源4的操作。电源监视器43测量反射波与行波的比例并且通过AD转换器75将它发送到控制器7。在依据来自等离子体生成确认装置的信号确认等离子体生成以后，顺序控制程序将阻抗匹配控制切换到在预置最佳点处的控制，并且启动定时器。顺序控制程序70将匹配阻抗Zm固定在预置最佳点一段预置时间。当定时器达到预置时间的时候，顺序控制程序70将阻抗匹配控制转换到用于最佳点的自动控制。如在第三实施例中，当已经经过了用于稳定自动控制的时间的时候启动离子入射电源50的操作。通过其将匹配阻抗Zm定于预置最佳点的预置时间在下文中被称为“预置阻抗固定时间”。
本实施例具有从预置放电点火点的控制到自动控制的合理切换控制的优点。在所述的第三实施例中，在顺序控制程序70将在预置放电点火点处的控制转换到自动控制以后，匹配元件控制器44自动调整匹配阻抗Zm以至于能够使反射波最小化。结果，增加了与等离子体耦合的功率，提高了电离度。与此相伴随，改变了等离子体的阻抗。随着等离子体的阻抗改变，控制器7执行自动控制。当几乎所有气体分子都被电离的时候，等离子体稳定，自动控制保证了最佳点。与等离子体相耦合的功率也被稳定，匹配阻抗Zm固定在稳定值。
然而，在刚启动自动控制以后的时刻反射波的量有点大的情况中，自动控制将瞄准一个与理想状态相背离很多的状态。具体说，在预置放电点火点和最佳点之间具有比较大的差别的情况中，当启动自动控制的时候有时存在一些大量的反射波。即使在这种情况中，通过自动控制，期待匹配阻抗Zm稳定在最佳点。然而，如果在启动自动控制中存在过量反射波，则等离子体生成电源4的输出有时下降，因为在匹配阻抗Zm稳定在最佳点以前自保护电路工作。
如果这种情况发生，则与等离子体相耦合的功率的电平发生很大变化，导致了等离子体的因素，也就是说等离子体护层的厚度、等离子体电位和等离子体密度也发生很大变化。然后，在这种很大变化的状态中，自动控制继续追踪最佳点。结果，自动控制将瞄准一个与理想状态很大背离的状态。也就是，在功率水平非常低的状态中，自动控制将用最佳点来匹配匹配阻抗Zm。因此，即使以特性阻抗来匹配整个阻抗，它也将远离期望的正常状态，例如，是非常低的等离子体密度的状态。
相反，在将控制切换到自动控制以前，第六实施例执行控制，将匹配阻抗Zm定于预置最佳点一段预置阻抗固定时间。预先在实验上或者理论上确定预置最佳点。具体说，依据例如压力、处理气体的流速和施加的电压这样的参数，假设匹配阻抗Zm在实际的自动控制中将会达到的最佳点的值。然后，将假设值确定为预置最佳点。当在预置最佳点处固定了匹配阻抗Zm时，等离子体转换到接近稳定状态的状态，例如在其中电离基本上饱和的状态。因此，从在其中反射波比所描述的第三实施例更小的状态中启动自动控制。因此，自动控制从不执行用于瞄准与理想状态相背离的状态。这样能够在正常条件下始终执行过程。从这些点上来看，本实施例的系统是高级的可再生性和可靠性。这个优点不局限于在预置放电点火点处执行初始的阻抗匹配控制的情况中。它广泛地应用到在其中执行自动控制用于最佳点的系统和方法中。在第六实施例中，预置阻抗固定时间最好是0.5到5秒，例如，可以是1秒。
接着，将描述本发明的第七实施例。第七实施例的系统也在顺序控制程序70中与所描述的实施例不同。其他部分基本上相同。图21是如本发明的第七实施例的射频等离子体处理系统的示意性横截面正视图。图22是在第七实施例中顺序控制程序70的示意性流程图。图23是在如图22中所示的顺序控制程序70中的等离子体生成电源4和离子入射电源50的操作定时图。
第七实施例与所述实施例有下列两点不同。一点是在启动等离子体生成电源4的操作以后在没有确认等离子体生成的情况下顺序控制程序70复位它自身。另一点是优化离子入射电源50以及等离子体生成电源4的输出功率控制。
具体说，如图21中所述，本实施例的系统包括另一个用于控制离子入射匹配元件51的匹配元件控制器53。控制器7能够控制这个匹配元件控制器53。匹配元件控制器53包括一个监视从基片座5逆着行波来的反射波的数量的电源监视器(没有显示)。匹配元件控制器53能够自动负反馈控制用于将与行波相反的反射波的相对数量最小化。
如图22中所示，还在第七实施例中，顺序控制程序70在预置放电点火点处启动等离子体生成电源4的操作。与此同时，启动定时器。电源监视器43测量反射波与行波的比例，并且通过AD转换器75将它发送到控制器7。
如果在定时器到达预置判断时间的同时通过来自等离子体生成确认装置的信号没能确认等离子体生成，则顺序控制程序70中止等离子体生成电源4的操作并且将定时器重置为零。然后，返回初始步骤，程序70再次启动等离子体生成电源4的操作。
在定时器到达预置判断时间的同时通过来自等离子体生成确认装置的信号确认等离子体生成的情况下，顺序控制程序70将匹配阻抗Zm转换到预置最佳点。与此同时，顺序控制程序70将定时器重置为0并且重新启动。将匹配阻抗Zm定于预置最佳点，当定时器到达预置阻抗固定时间的时候，顺序控制程序70将控制转换到自动控制。如图在第三实施例中一样，顺序控制程序70在经过了用于稳定自动控制的时间以后启动离子入射电源50的操作。
如图23中所示，离子入射电源50的输出逐渐增加到离子入射所需的水平。例如，在离子入射电源50的频率在HF波段中是1.6MHz并且输出功率所需的水平是1.8kW的情况下，输出在大约1秒钟中从0逐渐增加到1.8kW。最初在功率的这种逐渐提供中，匹配元件控制器53将离子入射匹配元件51的阻抗保持在固定值。
如图22中所示，当离子入射电源50的输出达到参考值的时候，顺序控制程序70将信号发送到匹配元件控制器53以便于将控制切换到与等离子体生成匹配元件41的自动控制相同的自动控制。参考值是一些比较小的值。例如，在最终所需的功率是1.8kW的情况下它是10W。作为将离子入射匹配元件51的控制转换到自动控制的结果，使得从离子入射电源50施加到基片座5上的反射波最小化。保持这种状态，离子入射电源50的输出逐渐增加到最终所需的水平，然后保持这个水平。
本实施例具有下列优点。首先，因为在预置判断时间以内没有生成等离子体的情况下程序70复位它自己以便于返回到初始步骤，所以本实施例消除了即使在偶尔没有确认等离子体生成的情况下可能继续操作等离子体生成电源4的事故。更可取的是计数了复位次数。当计数的复位次数达到预置值例如三次的时候，完全停止程序70的执行，并且输出错误信号。
逐渐增加离子入射电源50的输出，这一点带来了与等离子体生成电源4的自动控制有关的特别的优点。也就是说，如果当执行等离子体生成电源4的自动控制的时候离子入射电源50的输出迅速增加到最终所需的水平，则它带来了因为放电空间处参数迅速改变所以等离子体生成电源4的自动控制变得不稳定的担忧。匹配阻抗Zm剧烈波动，然后因为持续执行着自动控制而固定在稳定值。然而，如果放电空间的参数非常迅速地变化，则匹配元件控制器44不再能跟随这种变化，导致了匹配阻抗Zm永远不能转换到稳定值。
相反的，本实施例消除了这种担忧，因为离子入射电源50的输出是逐渐增加的。匹配阻抗Zm在很短时期中转换到另一个稳定值。如从上述说明中所理解的，“逐渐增加离子入射电源50的输出”意味着增加离子入射电源50的输出直到匹配阻抗Zm能够跟随放电空间处参数的变化。在本实施例中，逐渐增加离子入射电源50的输出等同于逐渐增加有效的输入功率到等离子体。
在上述第三到第七实施例中，当启动用于最佳点的自动控制的时候初始的匹配阻抗Zm处于预置放电点火点。通过保持电路将匹配阻抗Zm的值保持在上次过程的结束时的值并且用它作为预置初始值仍然是实用的。除非在每次处理的时间间隔之间处理腔1中的环境发生任何较大的变化，否则需要被提供的匹配阻抗Zm的值将不会发生很大改变。这种修改更适合于预置放电点火点与最佳点没有很大不同的情况中。在这个修改中，可以在内存或者存储器72中保存匹配阻抗Zm的保持值。顺序控制程序70包括用于启动下一个过程中的自动控制、提供保持值的匹配阻抗Zm的步骤。
在每一实施例中，用于稳定等离子体所需的预置等待时间是2秒钟。它还可以更长些。用于稳定等离子体的时间依赖于像处理腔的结构、放电空间的大小、处理腔中的压力等这样的因素。因此，应该考虑到这些因素，适当地确定预置等待时间。
在本发明中，并非总是为阻抗匹配需要所述的自动控制来保持等离子体稳定。例如，预先实验上确定匹配阻抗Zm的值并且预置它也是可行的。可以执行阻抗匹配控制来将匹配的阻抗Zm固定在用于保持稳定的等离子体的预置值上。在将匹配阻抗Zm固定到用于保持稳定的等离子体的预置值上持续预置时间以后将控制转换到用于最佳点的自动控制也是可行的。
在每一实施例中，可以将多个AD转换器放在一起形成一个。具体说，通过分时可以在一个AD转换器中数字化多个数据。在所述的实施例中，第一频率是在VHF波段，第二频率是在HF波段。本发明不局限于这种情况。还经常观察到在不同频率的两个波叠加的情况下的调制现象。本发明具有技术意义来解决由此产生的问题。另外，尽管HF波将生成用于离子入射电场的自偏电压，但是还可以施加它用于其他目的。例如，施加它来产生自偏电压用于静电夹紧在基片座5上的基片9。当基片9与等离子体接触的时候，通过在基片9上生成自偏电压也能够静电夹紧基片9。这是因为等离子体自身当作对侧电极。电源监视器43可以直接监视与等离子体耦合的功率的电平。直接监视与等离子体耦合的功率的电平等同于监视来自等离子体的反射波的数量。
尽管作为射频等离子体工艺的实例已经描述了蚀刻，但是本发明还可以应用于像溅射和化学气相淀积(CVD)这样的薄膜淀积过程、像表面氧化和表面硝化作用这样的表面处理和光致抗蚀剂烧蚀。至于待被处理的基片9，本发明还可以应用用于像LCD和等离子体显示器这样的显示器件的基片，和用于像磁头这样的磁装置的基片。
权利要求
1.一种射频等离子体处理方法，包括将基片放置在处理腔中所需位置的步骤；将处理腔抽空的步骤；将处理气体导入处理腔的步骤；将第一频率的射频波施加到处理腔中的放电空间，由此在放电空间处引起被导入的处理气体的射频放电来在处理腔中生成等离子体的步骤；在引起射频放电以后经过一个时滞将第二频率的另一个射频波施加到放电空间上的步骤；利用被生成的等离子体在基片上执行加工的步骤，其中第二频率不同于第一频率。
2.如权利要求1中要求的射频等离子体处理方法，其中当确认通过第一频率的射频波生成等离子体的时候施加第二频率的射频波。
3.如权利要求1中要求的射频等离子体处理方法，其中在确认通过第一频率的射频波生成等离子体以后经过一个时滞来施加第二频率的射频波。
4.如权利要求1中要求的射频处理方法，其中在确认等离子体稳定以后施加第二频率的射频波。
5.如权利要求1中要求的射频等离子体处理方法，其中第二频率的射频波将在基片上生成自偏电压。
6.如权利要求1中要求的射频等离子体处理方法，其中第一频率是在VHF波段，和第二频率是在HF波段。
7.如权利要求1中要求的射频等离子体处理方法，还包括当开始应用第一频率的波的时候，通过提供为了引起放电而被优化的阻抗来执行阻抗匹配控制的第一阶段的步骤，和用于将阻抗匹配控制转换到第二阶段的步骤，它通过提供为了稳定等离子体而被优化的阻抗来执行。
8.如权利要求7中要求的射频等离子体处理方法，其中当确认等离子体生成的时候执行到第二阶段阻抗匹配控制的转换。
9.如权利要求7中要求的射频等离子体处理方法，其中在确认等离子体生成以后执行到第二阶段阻抗匹配控制的转换。
10.如权利要求7中要求的射频等离子体处理方法，还包括通过监视器来监视来自放电空间的第一频率的反射波的步骤，其中第二阶段阻抗匹配控制包括自动控制阻抗提供以便依据来自监视器的信号使得第一频率的反射波最小化。
11.如权利要求7中要求的射频等离子体处理方法，其中第二阶段阻抗匹配控制包括初始提供阻抗的预置值的步骤；将被提供阻抗固定在预置值持续预定时间的步骤；通过监视器监视来自放电空间的第一频率的反射波的步骤，和当已经经过预置时间的时候，依据来自监视器的信号，将阻抗匹配控制转换到对阻抗提供的自动控制以便使得第一频率的反射波最小化的步骤。
12.如权利要求1中要求的射频等离子体处理方法，还包括通过监视器监视来自放电空间的第二频率的反射波的步骤，和依据来自监视器的信号，执行阻抗匹配的自动控制以便使得第二频率的反射波最小化的步骤。
13.一种射频等离子体处理方法，包括将基片放置在处理腔中所需位置的步骤；将处理腔抽空的步骤；将处理气体导入处理腔的步骤；当执行阻抗匹配的时候，在放电空间处引起被导入的处理气体的放电从而通过将射频波施加到放电空间来在处理腔中生成等离子体的步骤，和利用被生成的等离子体执行在基片上的处理的步骤，其中阻抗匹配控制包括当开始施加射频波的时候，通过提供为了引起放电而被优化的阻抗来执行阻抗匹配控制的第一阶段的步骤，和将阻抗匹配控制转换到第二阶段的步骤，它通过提供为了稳定等离子体而被优化的阻抗来执行。
14.一种射频等离子体处理方法，包括将基片放置在处理腔中所需位置的步骤；将处理腔抽空的步骤；将处理气体导入处理腔的步骤；当执行阻抗匹配的时候，在放电空间处引起被导入的处理气体的放电从而通过将射频波施加到放电空间来在处理腔中生成等离子体的步骤，利用生成的等离子体执行在基片上的处理的步骤，通过监视器监视来自放电空间的反射波的步骤，在对基片的处理期间，依据来自监视器的信号执行阻抗匹配的自动控制以便使得反射波最小化的步骤，在过程的结束时保持在自动控制中所提供的阻抗值的步骤，启动在下一个过程中的自动控制，提供被保持值的阻抗的步骤。
15.一种射频等离子体处理方法，包括将基片放置在处理腔中所需位置的步骤；将处理腔抽空的步骤；将处理气体导入处理腔的步骤；当通过提供具有引起放电最佳化的预定值的阻抗执行阻抗匹配的时候，开始引起被导入的处理气体的放电从而通过将射频波施加到放电空间来在处理腔中在放电空间处生成等离子体的步骤，将被提供的阻抗固定在预置值持续预置时间的步骤，通过监视器监视来自放电空间的反射波的步骤，当已经经过预置时间的时候，依据来自监视器的信号，将阻抗匹配控制转换到阻抗提供的自动控制以便使得反射波最小化的步骤。
16.一种射频等离子体处理系统，包括在其中将基片放在所需位置处的处理腔；通过其抽空处理腔的泵导管；通过其将处理气体导入处理腔的气体导入管；在处理腔中提供的射频电极；将第一频率的射频波施加在射频电极上由此在放电空间处引起被导入的处理气体的放电来在处理腔中生成等离子体的第一射频电源；将第二频率的另一个射频波施加到放电空间上的第二射频电源；和在其中安装顺序控制程序的控制器；其中利用所生成的等离子体在基片上执行处理，第二频率与第一频率不同，和在开始第一射频电源的操作以后顺序控制程序经过一个时滞来启动第二射频电源的操作。
17.如在权利要求16中要求的射频等离子体处理系统，还包括等离子体生成监视器，其中当依据来自等离子体生成监视器的信号确认通过第一频率的射频波生成等离子体的时候，顺序控制程序启动第二射频电源的操作。
18.如在权利要求16中要求的射频等离子体处理系统，还包括等离子体生成监视器，其中在依据来自等离子体生成监视器的信号确认通过第一频率的射频波生成等离子体以后，顺序控制程序启动第二射频电源的操作。
19.如在权利要求16中要求的射频等离子体处理系统，其中在确认等离子体稳定以后，顺序控制程序启动第二射频电源的控制。
20.如在权利要求16中要求的射频等离子体处理系统，其中第二频率的射频波在基片处生成自偏电压。
21.如在权利要求16中要求的射频等离子体处理系统，其中第一频率在VHF波段，和第二频率在HF波段。
22.如在权利要求16中要求的射频等离子体处理系统，还包括在连接第一射频电源和射频电极的线路中提供的阻抗匹配元件。其中顺序控制程序当执行阻抗匹配控制的第一阶段的时候启动第一射频电源的操作，和随后，将阻抗匹配控制转换到第二阶段，通过使阻抗匹配元件提供为了引起放电而被优化的阻抗来执行第一阶段，通过使阻抗匹配元件提供为了稳定等离子体而被优化的阻抗来执行第二阶段。
23.如在权利要求22中要求的射频等离子体处理系统，其中当确认等离子体生成的时候，顺序控制程序将阻抗匹配控制转换到第二阶段。
24.如在权利要求22中要求的射频等离子体处理系统，其中在确认等离子体生成以后，顺序控制程序将阻抗匹配控制转换到第二阶段。
25.如在权利要求22中要求的射频等离子体处理系统，还包括监视来自放电空间的第一频率的反射波的监视器，其中在第二阶段阻抗匹配控制中依据来自监视器的信号，顺序控制程序执行将提供的阻抗的自动控制以便于使得来自放电空间的第一频率的反射波最小化。
26.如在权利要求22中要求的射频等离子体处理系统，还包括监视来自放电空间的第一频率的反射波的监视器，其中顺序控制程序当使阻抗匹配元件初始提供预置值的阻抗的时候启动第一射频电源的操作，将被提供的阻抗固定在预置值持续预置时间，通过监视器监视来自放电空间的第一频率的反射波，以及当已经经过预置时间的时候，依据来自监视器的信号，将阻抗匹配控制转换到阻抗提供的自动控制以便于使得第一频率的反射波最小化。
27.如在权利要求16中要求的射频等离子体处理系统，还包括监视来自放电空间的第一频率的反射波的监视器，和在从第二射频电源到放电空间的线路中所提供的阻抗匹配元件，其中依据来自监视器的信号，顺序控制程序通过阻抗匹配元件来执行阻抗提供的自动控制以便于使得第二频率的反射波最小化。
28.一种射频等离子体处理系统，包括在其中将基片放在所需位置处的处理腔；通过其抽空处理腔的泵导管；通过其将处理气体导入处理腔的气体导入管；在处理腔中提供的射频电极；将射频波施加在射频电极上由此在放电空间处引起被导入的处理气体的射频放电来在处理腔中生成等离子体的射频电源；在连接射频电源和射频电极的线路上提供的阻抗匹配元件；和在其中安装顺序控制程序的控制器；其中利用所生成的等离子体在基片上执行处理；和顺序控制程序当使阻抗匹配元件初始提供预置值的阻抗的时候启动射频电源的操作，将被提供的阻抗固定在预置值持续预置时间，通过监视器监视来自放电空间的反射波，以及当已经经过预置时间的时候，依据来自监视器的信号，将阻抗匹配控制转换到阻抗提供的自动控制以便于使得反射波最小化。
29.一种射频等离子体处理系统，包括在其中将基片放在所需位置处的处理腔；通过其抽空处理腔的泵导管；通过其将处理气体导入处理腔的气体导入管；在处理腔中提供的射频电极；将射频波施加在射频电极上由此在放电空间处引起被导入的处理气体的射频放电来在处理腔中生成等离子体的射频电源；在连接射频电源和射频电极的线路上提供的阻抗匹配元件；在其中安装顺序控制程序的控制器；和用于监视来自放电空间的反射波的监视器；其中利用所生成的等离子体对基片执行处理；并且顺序控制程序通过监视器监视来自放电空间的反射波，在对基片的处理期间依据来自监视器的信号执行阻抗匹配的自动控制以便于使得反射波最小化。在处理结束的时候保持在自动控制中所提供的阻抗值，和提供被保持值的阻抗，在下一过程中启动自动控制。
30.一种射频等离子体处理系统，包括在其中将基片放在所需位置处的处理腔；通过其抽空处理腔的泵导管；通过其将处理气体导入处理腔的气体导入管；在处理腔中提供的射频电极；将射频波施加在射频电极上由此在放电空间处引起被导入的处理气体的射频放电来在处理腔中生成等离子体的射频电源；在连接射频电源和射频电极的线路上提供的阻抗匹配元件；在其中安装顺序控制程序的控制器；和用于监视来自放电空间的反射波的监视器；其中利用所生成的等离子体对基片执行处理；和顺序控制程序当开始施加射频波的时候，通过使阻抗匹配元件提供为了引起放电而优化的预置值的阻抗来执行阻抗匹配控制，将被提供的阻抗固定在预置值持续预置时间，通过监视器监视来自放电空间的反射波，当已经经过预置时间的时候，依据来自监视器的信号，将阻抗匹配控制转换到阻抗提供的自动控制以便于来使得反射波最小化。
全文摘要
本申请公开了利用两个不同频率的射频波的射频等离子体处理的技术，在其中能够充分并且稳定地生成和保持等离子体。第一频率是用于通过引起放电来生成等离子体，第二频率是用于在被处理的基片上生成自偏电压。在施加第一频率的射频波以后通过一个时滞来施加第二频率的波。本申请还公开了在射频等离子体处理中的阻抗匹配技术，在其中为了引起放电和稳定等离子体来优化被提供的阻抗。
文档编号H01J37/32GK1444257SQ0311079
公开日2003年9月24日 申请日期2003年2月8日 优先权日2002年2月8日
发明者土屋信昭, 佐护康实, 池田真义 申请人:安内华株式会社