等离子体处理装置及等离子体处理装置的运转方法

专利名称：等离子体处理装置及等离子体处理装置的运转方法
技术领域：
本发明涉及利用高频电力将处理气体等离子体化，由该等离子体对被处理体实施
蚀刻等处理的等离子体处理装置，尤其涉及变更该等离子体处理装置的装置状态的技术。
背景技术：
在半导体设备、液晶显示装置等的平板面板显示器(FPD :Flat PanelDisplay)的
制造工序中，人们利用对半导体晶片、玻璃基板这样的被处理体实施蚀刻处理的等离子体
蚀刻装置、实施成膜处理的等离子体CVD装置等的等离子体处理装置等。 例如，已知在向平行平板型电极施加高频电力，利用形成于该电极间的电容耦合
型等离子体来进行被处理体的蚀刻的蚀刻装置中，在上下相对设置的电极的一方，例如兼
作被处理体的载置台的下部侧的电极(下部电极)上连接等离子体形成用(以下称为能源
用)的高频电源来作为阴极电极，并且在该下部电极上连接偏置用的高频电源。偏置用高
频电源发挥如下作用，即，供给用于将等离子体中的离子引入到被处理体侧来确保蚀刻的
各向异性，或者防止异常放电发生的功率。 在这样的蚀刻处理装置的起动时，开始从上述各高频电源向下部电极供给高频电 力，由此在平行平板型电极间形成等离子体，但是当此时在短时间内施加大功率时，例如不 能取得基于在高频电源和下部电极之间设置的匹配电路的匹配，发生从下部电极侧向各高 频电源的反射波。已知如下技术该反射波成为形成稳定的等离子体时的障碍并且成为 蚀刻装置的起动需要花费长时间的重要原因，因此例如将来自能源侧、偏置侧的高频电源 的功率供给分割为多个等级，通过缓慢地施加电力来抑制起动时发生的反射波而使其变小 (例如参照专利文献1)。 图10是示意地表示从能源侧、偏置侧的各高频电源向下部电极施加电力的现有 时序的一例的图，在本例中为了抑制反射波的影响而将来自能源侧、偏置侧各个高频电源 的功率供给分为例如2等级地进行。图10(a)、图10(c)表示在各高频电源中接收从上位计 算机(控制部)发送的起动信号(ON/OFF信号)的定时，该上位计算机总括了蚀刻处理装 置整体的动作控制。另外，图10(b)、图10(d)表示各功率值的经时变化，其中各功率为，从 各高频电源供给到下部电极的高频电力(各图中用实线表示)，以及从下部电极侧向各高 频电源传播的反射波的功率(同样地，用虚线表示)。图10(a) 图10(b)各图的横轴表示 时间。 根据现有技术的功率供给时序，当各高频电源在时刻Tl从控制部接收起动信号 时，能源侧的高频电源没有开始向下部电极施加电力而待机，另一方面，偏置侧高频电源缓 慢地提高施加电力直到变为低于处理时的功率值的预先设定的功率值(以下称为第一等 级的功率)。此时，在偏置侧的高频电源中，虽然在电极侧发生的反射波传播过来，但通过阶 段性地进行施加高频电力，反射波所持有的功率也比较小，因此反射波由于匹配电路的作 用在短的情况下在例如1秒 2秒左右内衰减。 然后，在来自偏置侧高频电源的施加电力到达第一等级的功率，自上述的时刻T1经过预先规定的时间而在预想为偏置侧的反射波已充分地减衰的时刻T2，这次开始从能源 侧的高频电源施加第一等级的功率。此时，包括已经开始功率供给的偏置侧，反射波向能源 侧、偏置侧两侧的高频电源传播过来，但这些反射波也由于匹配电路的作用而不久就减衰。
这样，预先设定直到反射波充分地衰减的匹配结束为止的时间间隔，例如在从高 频电力的施加开始时刻Tl经过各个设定时间的时刻T2 T4，例如在偏置侧施加第一等级 的功率(时刻T1)—在能源侧施加第一等级的功率(时刻T2)—在偏置侧施加处理时的功 率(时刻T3)—在能源侧施加处理时的功率(时刻T4)，通过交替地阶段性地使偏置侧和能 源侧的高频电力增大，抑制反射波的影响，并且采用了在尽量短时间内起动蚀刻处理装置 的功率供给时序。 但是，在将FPD用的玻璃基板作为被处理体的蚀刻处理等中，由于近年的玻璃基 板的大型化，产生出处理例如长边为2m的被处理体的需要，兼作被处理体的载置台的下部 电极也逐步非常大型化。 当下部电极大型化时形成等离子体的空间也变大，因此伴随等离子体形成等需要 的功率的增大，反射波所持有的功率也变大，产生出在极端的情况时到蚀刻结束为止需要 IO秒以上的时间的情况。因而，如上所述，例如在每几秒提高施加电力的功率供给时序中， 例如如图10(b)、图10(d)的时刻T4所示，在前面的步骤中发生的反射波衰减前，就开始下 一步骤的功率供给，反射波在蚀刻装置的电路内叠加地传播而基本不衰减，产生出不能形 成稳定的等离子体这样的问题。 为了避免这样的问题，也可以考虑将时刻T2 T4的间隔设定为比至今为止长而
充分地确保匹配的时间。但是匹配需要的时间不是一定的，也存在即使在下部电极已大型
化的情况下例如在1秒 2秒左右内匹配也结束的情况，当将提高供给功率的步骤的间隔
一律延长时，尽管匹配已结束，不向下一步骤前进的等待时间(图10(d)中表示为Atl、
A t2)增加而蚀刻处理装置的起动时间不必要地长时间化的可能性大。 于是，例如在专利文献2、专利文献3中记载有如下技术用功率计等监视反射波
的功率，在确认其值变为小于预先设定的阈值之后，施加下一等级的功率。 这样在专利文献1 专利文献3中个别地记载有，阶段性地施加高频电力的技术、
对通过施加高频电而发生的反射波进行监视的同时施加下一步骤的高频电力的技术。但是
对于如例如图10所示在阶段性地施加能源侧、偏置侧的高频电力的情况中的最佳的功率
供给时序、适于该时序的装置结构，没有进行任何披露。[专利文献l]日本再表W099/11103号公报第11页第4行 第16行，第二图
[专利文献2]日本特开2007-214589号公报第0059段落 第0061段落，第15 图、第16图[专利文献3]日本特开2007-12555号公报第0028段落 第0029段落，第二图

发明内容
本发明是鉴于这样的情况而研发出来的，其目的在于，提供能够稳定且在短时间
内变更装置的状态的等离子体处理装置及等离子体处理装置的运转方法。 本发明所涉及的等离子体处理装置，具有输出干预处理容器内的等离子体的高频
的多个高频电源，由等离子体对上述处理容器内的被处理体进行处理，为了并且变更装置
5的状态而使这些多个高频电源的输出功率阶段性地变化，其特征在于，包括 高频电源单元，其设置于每个高频电源，具有高频电源、控制该高频电源的输出
的功率控制部、对在该高频电源反射的反射波的功率值进行测量的反射波测量机构； 判断各高频电源的反射波的测量功率值是否为阈值以下的机构；禾口 对于使输出功率变化的一个高频电源，在另一个高频电源的反射波的测量功率值
变为阈值以下后，经过预先设定的时间时向上述功率控制部供给用于使该一个高频电源的
输出功率变化的定时信号的机构。 这里，优选上述装置的状态的变更是等离子体的启动，另外，使上述输出功率变化 是将输出功率增大一个等级。 另外，上述定时信号，在两个条件，S卩，另一个高频电源的反射波的测量功率值变 为阈值以下的条件和上述一个高频电源的反射波的测量功率值为阈值以下的条件成立后， 经过了预先设定的时间时被生成。 进一步，优选该等离子体处理装置设置有信号传送路，其连接在各高频电源单元 之间，用于在各高频电源单元彼此之间直接进行由反射波的测量功率值或者其测量功率值 为阈值以下的判断信号构成的反射波信息的传送；向上述功率控制部供给上述定时信号的 机构包括，设置于各高频电源单元，根据从上述信号传送路传来的另一个高频电源的反射 波信息而生成上述定时信号的机构。进一步，优选向上述功率控制部供给上述定时信号的 机构包括，判断自己的高频电源的反射波的测量功率值是否变为阈值以下的机构；和，根据 该机构的判断结果和从上述信号传送路传来的另一个高频电源的反射波信息而生成上述 定时信号的机构。 并且，优选判断高频电源的反射波的测量功率值是否在阈值以下的机构，和生成 上述定时信号的机构基于逻辑电路构成。 另外，另一个发明所涉及的等离子体处理装置的运转方法，其具有输出干预处理 容器内的等离子体的高频的多个高频电源，由等离子体对上述处理容器内的被处理体进行 处理，为了变更装置的状态而使这些多个高频电源的输出功率阶段性地变化，其特征在于， 包括 对各高频电源的反射波的功率值进行测量的工序； 判断使输出功率变化的一个高频电源以外的另一个高频电源的反射波的测量功 率值是否为阈值以下的工序； 在判断为上述另一个高频电源的反射波的测量功率值变为阈值以下后，经过预先 设定的时间时使该一个高频电源的输出功率变化的工序。 在此，优选上述装置的状态的变更是等离子体的启动，另外，使上述输出功率变化 是将输出功率增大一个等级。 另外，此时，优选等离子体处理装置的运转方法包括判断上述一个高频电源的反 射波的测量功率值是否在阈值以下的工序， 使上述一个高频电源的输出功率变化的工序，在两个条件，S卩，上述另一个高频电 源的反射波的测量功率值变为阈值以下的条件和上述一个高频电源的反射波的测量功率 值为阈值以下的条件成立后，经过了预先设定的时间时被实施。 根据本发明，在装置的状态的变更时，使多个高频电源的输出功率阶段性地变化的等离子体处理装置，对于使输出功率变化的一个高频电源，在另一个高频电源的反射波 的测量功率值变为阈值以下之后，在经过预先规定的时间时使该高频电源的输出功率变 化，因此，例如与等待经过预先设定的时间而施加下一步骤的高频电力的方法比较，能够防 止发生在反射波未充分衰减期间实行下一步骤并且反射波在蚀刻装置的电路内叠加地传 播而不能变更装置的状态这样的情况，从而稳定地变更等离子体处理装置的状态；另一方 面，在反射波快速衰减的情况下，能够不产生浪费的等待时间而迅速地实行下一步骤来实 现迅速的装置的状态的变更。 另外，对于上述一个高频电源，判断另一个高频电源的反射波的测量功率值变为 阈值以下的方法，根据从设置于高频电源单元间的信号传送路直接发送的另一个高频电源 的反射波信息来实行，由此能够抑制对高频电源的输出功率进行变更的定时的延迟，此情 况由逻辑电路进行各判断，由此在反射波的功率变得小于阈值后，能够更加迅速地开始输 出功率的控制动作。


图1是表示本实施方式涉及的等离子体处理装置的整体结构的纵截侧面图。
图2是表示设置于上述等离子体处理装置的高频电源单元的结构例的框图。
图3是表示能源侧的高频电源单元的内部结构的说明图。
图4是表示偏置侧的高频电源单元的内部结构的说明图。 图5是表示在上述等离子体处理装置起动时的高频电力的供给动作的第一流程 图。 图6是表示上述高频电力的供给动作的第二流程图。 图7是表示通过上述供给动作，向等离子体处理装置阶段性地供给高频电力的情 况的说明图。 图8是表示在调整等离子体状态之际，向等离子体处理装置阶段性地供给高频电 力的情况的说明图。 图9是表示调整等离子体状态之际，向等离子体处理装置阶段性地供给高频电力 的情况的另一幅说明图。 图IO是表示在现有技术的等离子体处理装置中，阶段性地供给高频电力的情况
的说明图符号说明SFPD基板(基板)
1蚀刻处理装置
10处理容器
16匹配箱100控制部101控制板161、162匹配电路2能源用高频电源单元21高频电源
22定时信号生成部23通信板211功率控制部212高频电源本体213方向性耦合器214反射波功率计215行波功率计(進行波電力計)221、224比较器222脉冲输出电路223单稳多谐振荡器(OMV)225"非"电路3偏置用高频电源单元31高频电源32定时信号生成部33通信板311功率控制部312高频电源本体313方向性耦合器314反射波功率计315行波功率计321、324比较器322脉冲输出电路323、326OMV325"非"电路327OR电路41 下部电极
51 上部电极
54 处理气体供给部
具体实施例方式
下面，对适用于蚀刻处理装置1的起动的实施方式进行说明，该蚀刻处理装置1的 起动为对液晶显示器用的基板S进行蚀刻的蚀刻处理装置1的装置状态变更的一个例子。 图1表示本实施方式涉及的蚀刻处理装置1的整体结构。蚀刻处理装置1具有例如由表 面被阳极氧化处理过的铝构成的处理容器10。处理容器10形成为例如水平截面的一边为 3. 5m，另一边为3. Om左右的大小的方筒形状，使得能够对例如长边为2m以上的大型的方形 基板S进行处理。 在该处理容器10内的底面侧中央部设置有下部电极41，下部电极41兼具作为载 置基板S的载置台的功能，该基板S被未图示的搬送机构从外部搬送来。在下部电极41的 下部设置有绝缘体42，由于该绝缘体42，下部电极41变为电学上充分地从处理容器10浮置的状态。图中43是下部电极41的支承部。另外，在处理容器10的下部设置有开口部 44，在该开口部44的外侧设置有构成接地箱的匹配箱16。 在匹配箱16内设置有各个一端侧例如通过同轴电缆而与等离子体形成用(能源 用)的高频电源单元2和偏置施加用的高频电源单元3连接的匹配电路161、162，这些匹配 电路161、 162的另一端侧与下部电极41连接。匹配电路161、 162与等离子体的阻抗相匹 配地进行在下部电极41与各高频电源2、3间的阻抗调整(匹配)，发挥使在蚀刻处理装置 1的电路内发生的反射波衰减的作用。 另外，在处理容器10的侧壁连接有排气路14，在该排气路14上连接有真空泵15。 进一步，在处理容器10的侧壁设置有用于在外部和处理容器10之间将基板S搬出搬入的 搬出口 ll和用于开闭该搬送口 11的闸阀12。 在下部电极41的上方，以与该下部电极41相对的方式设置有上部电极51，该上部 电极51兼有作为向处理容器10内的处理空间13供给蚀刻处理用的处理气体的气体喷淋 头的功能。上部电极51隔着沿着处理容器10棚顶部的开口部56的边缘部设置的绝缘体 52而固定在该处理容器10的棚顶面上，通过导电路57和导电性盖58与处理容器10电连 接。另外，处理容器10被接地。 在上部电极51内，形成有具有朝向下部电极41上的基板S的载置面开口的气孔 55的气体供给路59，该气体供给路59借助气体供给路53与处理气体供给部54连接，能够 向处理空间13内供给来自该处理供给部54的处理气体。 具有以上说明的机构的蚀刻处理装置1的各高频电源单元2、3，为了防止由于起 动时的反射波的影响而在等离子体的形成中产生障碍的情况，具有如下功能对从设置于 高频电源单元2、3内的高频电源21、31的输出侧(负荷侧)反射回到该高频电源21、31的 反射波的发生状况进行监视，并且使高频电力的输出阶段性地增大。以下，参照图2 图4 对其详细内容进行说明。 图2是表示能源用高频电源单元2和偏置用高频电源单元3的结构的框图。能源 用高频电源单元2具有输出例如13. 56MHz、10kW的高频的高频电源21 ;对向处理容器10 侧(下部电极41)的高频电力的供给进行控制的功率控制部211 ;对在高频电源21的负荷 侧发生的反射波进行监视的同时向功率控制部211供给用于启动时的阶梯性输出增大的 定时信号的定时信号生成部22 ;和通信板23。另一方面，偏置用高频电源单元3包括输出 例如3. 2MHz、5kW的高频的高频电源31 ;对向处理容器10侧(下部电极41)的高频电力的 供给进行控制的功率控制部311 ;对在高频电源31的负荷侧发生的反射波进行监视的同时 向功率控制部311供给用于启动时的阶梯性输出增大的定时信号的定时信号生成部32 ;和 通信板33。 通信板23、33的第一端口 231、331，分别与后述的控制部100的控制板101连接， 能够接收来自控制部100的起动信号(0N/0FF信号)，或者从各高频电源21、31向控制部 100发送对处理容器10供给的功率(以下，称为行波)的功率值和反射波的功率值的测量 结果。 进而，能源用高频电源单元2的第二端口 232通过信号传送路与偏置用高频电源 单元3的第二端口 332连接，能够向偏置用电源单元3的定时信号生成部32发送在能源用 高频电源单元2的高频电源21内被测量的反射波的功率值。另一方面，偏置用高频电源单元3的第三端口 333通过信号传送路与能源用高频电源单元2的第三端口 233连接，能够 向能源用电源单元2的定时信号生成部22输送在偏置用高频电源单元3的高频电源31内 被测量的反射波的功率值。这样，各电源单元2、3能够互相监视在对方侧的电源单元3、2 中被测量的反射波。 另外，在各高频电源单元2、3内，能源用高频电源单元2侧的高频电源21和定时 信号生成部22互相连接，偏置用高频电源3侧的高频电源31和定时信号生成部32互相连 接，能够通过各个定时信号生成部22、32监视向自己的电源单元2、3传播过来的反射波。 各定时信号生成部22、32根据向自己和对方侧的双方的电源单元2、3传播过来的反射波的 监视结果而生成后述的定时信号并向各功率控制部211、311输出，另一方面，功率控制部 211 、 311根据该定时信号而向高频电源21 、 31输出控制信号，能够使该高频电源21 、 31的输 出阶段性地增大。 图3和图4是表示各高频电源单元2、3内的内部结构的结构图。首先对图3的能 源用高频电源单元2进行说明，定时信号生成部22生成用于根据自己的高频电力的反射波 和偏置侧功率的反射波而将高频电力的输出阶段性地增大的定时信号。224是比较器，在自 己的反射波功率计214中被测量的反射波的功率值超过预先设定的阈值(第一阈值，例如 在本例中是后述的反射波功率计214的检测下限)时输出逻辑"l"。 225是"非"电路，向 后级的单稳多谐振荡器(以下，称为0MV)223供给使比较器224的输出反转的信号A2。
另外，221是比较器，在偏置用高频电源单元3侧被测量并被发送的反射波的功率 值超过预先设定的阈值(第二阈值，例如在本例中是后述的反射波功率计314的检测下限) 时输出逻辑"l"。 222是脉冲输出电路，在比较器221的输出从"1"下降到"0"时输出预先 设定的长度的脉冲信号Al。该脉冲输出电路222构成为例如将微分电路和0MV组合。
223是OMV，其用于在两输入端的逻辑均变为"1"时，即脉冲输出电路222的输出 信号Al和"非"电路225的输出信号A2变为"l"时，向功率控制部211供给作为定时信号 的脉冲信号A3。于是，定时信号生成部22，在自己的高频电力的反射波的功率值为第一阈 值以下并且偏置侧的高频电力的功率值在增大之后又变得小于第二阈值时，向功率控制部 211输出定时信号。 功率控制部211发挥如下作用根据来自控制部100的起动信号(0N/0FF信号)和 来自定时信号生成部22侧的定时信号来控制高频电源21的输出。高频电源21包括高频 电源本体212，其输出用于向下部电极41与上部电极51之间供给的、使处理气体等离子体 化(活性化)的高频电力；方向性耦合器213，其向各个反射波功率计214、行波功率计215 取出从高频电源本体212向处理容器10侧(下部电极41)供给的行波和从处理容器10侧 向能源用高频电源单元2传播过来的反射波。 功率控制部211 ，在来自控制部100侧的0N/0FF信号变为0N并且从由定时信号生 成部22接收到作为定时信号的脉冲信号A3的时点经过预先设定的待机时间A t。的时刻， 对高频电源21进行控制使得高频电力的输出增大到预先设定的功率值。功率控制部211 例如具有将接收到来自0MV223的脉冲信号A3的次数递增而存储的功能，根据脉冲信号A3 的接受次数来决定高频电源本体212的输出。另外，高频电源本体212的输出增大的速度 被预先设定。 通过这些功能，例如本例的能源用高频电源单元2的高频电源21，能够分为两等级的步骤地使高频电力增大，从第一次接收到脉冲信号A3的时点经过上述的待机时 间后，例如1秒至2秒直到0kW — 5kW(第一等级的功率)使从能源侧施加的高频电力 的输出增大，从第二次接收到脉冲信号A3的时点经过待机时间后，在同样的时间内直到 5kW — 10kW(处理时)使输出增大。 反射波功率计214、行波功率计215发挥对在各个方向性耦合器213被取出的行波 和反射波的功率值进行测量的作用，在反射波功率计214中被测量的反射波的功率值(相 当于反射波信息)被实时地向自己的定时信号生成部22、偏置用高频电源单元3侧的定时 信号生成部32、和控制部100这3处地方输出。另一方面，在行波功率计215中被测量的行 波的功率值被向控制部100实时地输出。 在此，在对实施方式涉及的蚀刻处理装置1的整体作用进行说明前，使用图 7(a) 图7(d)对定时信号生成部22的动作和功率控制部211的动作进行简单地叙述，其 中，图7(a) 图7(d)示意地表示从能源侧、偏置侧的各高频电源单元2、3向下部电极41 施加高频电力的时序的一个例子。各图的指示内容与在背景技术中说明的图10(a) 图 10(d)相同。 现在，设在各高频电源单元2、3中被测量的行波、反射波的功率值在图7所示的时 刻1V的近前，偏置侧的反射波的功率值为大于上述第二阈值的值。此时，如图7(b)所示， 没有对能源侧施加高频电力，因此在能源用高频电源单元2侧的高频电源21中被测量的行 波、反射波均功率值为0。因而，由于比较器224的输出为"0"，所以0MV223的另一侧的输 入信号A2为"1"。此时，输入到比较器221的反射波的功率值如上所述地超过第二阈值，因 此从脉冲输出电路222不输出脉冲，于是0MV223 —侧的输入信号Al为"0"。
然后，若如图7(d)所示那样在偏置用高频电源单元3侧发生的反射波衰减，向定 时信号生成部22的比较器221输入的功率值低于第二阈值，则比较器221的输出从"l" 变化为"0"，在脉冲输出电路222内的微分电路中检测到该变化，从脉冲输出电路222向 0MV223输出脉冲信号。 因此，0MV223的一方的输入信号Al变为"1"， 0MV223的输入条件(并且条件)成 立，从0MV223输出作为第一次的定时信号的脉冲信号A3。其结果，功率控制部211从经过 预先设定的待机时间t。后的时刻T2'，进行使高频电源21的输出OkW — 5kW(第一等级的 功率)地增大的动作。 接着，对在图7所示的时刻T/的近前的定时中，检测在能源侧、偏置侧的各个中 发生的反射波低于第一、第二阈值的定时而使高频电源21的输出增大的动作进行说明。在 此情况下，因为已经从高频电源21向能源侧施加比处理时的功率小的第一等级的功率，所 以由于在时刻1V增大偏置侧的高频电源31的输出，反射波在能源侧也发生，该反射波的 功率值在反射波功率计214中被测量并被向比较器224输入。 该反射波的功率值超过第一阈值期间，0MV223的另一方的输入信号A2变为"0"的 状态，当该功率值低于第一阈值时上述输入信号A2为"1"。另一方面，在偏置侧的反射波 的功率值低于第二阈值的定时如上所述0MV223的输入条件成立，从0MV223向功率控制部 211输出作为第二次的定时信号的脉冲信号A3。 其结果，功率控制部211在经过待机时间At。后，从时刻T/进行使高频电源21 的输出5kW — 10kW(处理时的功率)地增大的动作。
11
但是，观察例如图7(b)和图7(d)的时刻T3'后发生的反射波的功率值的经时变 化可知，一般地在使输出增大的高频电源侧(在本例中偏置侧的高频电源31)发生的反射 波直到衰减为止需要较长时间，在不使输出增大的对方侧(在本例中为能源侧的高频电源 21)发生的反射波在比较短的时间内衰减。在此情况下，在如图3所示的定时信号生成部 22中，首先，能源侧的反射波的功率值低于第一阈值而来自"非"电路225的输出信号变为 "1"，接着，偏置侧的反射波的功率值低于第二阈值而从脉冲输入电路222输出脉冲信号， 其结果，0MV223的两输入信号A1、A2变为"1"，向功率控制部211输出脉冲信号A3。
这样，在以信号A2 —脉冲信号Al的顺序向0MV223输入信号的情况下，即使各反 射波衰减的定时互相相差较大，0MV223也能够把握从后衰减的偏置侧的反射波低于阈值的 定时而使功率控制部211运行。 对此，考虑发生如下事态的情况，S卩，与图7(b)和图7(d)所示的例子相反，相比在 使输出增大的高频电源侧(在本例中为偏置侧的高频电源31)发生的反射波的衰减，在没 有使输出增大的相对侧(在本例中为能源侧的高频电源21)发生的反射波的衰减的定时 晚。在此情况下，当将从脉冲输出电路222输出的脉冲信号A1的时间宽度设置得较短时， 在例如对偏置侧的反射波的衰减进行检测而从脉冲输出电路222输出脉冲信号Al，并且该 脉冲信号的电平下降(脉冲信号消失)后，对能源侧的反射波的衰减进行检测而当"非"电 路225侧的信号A2变为"1"时，0MV223的输入条件变得不成立。 于是，实施方式所涉及的脉冲输出电路222构成为，输出具有如上所述的规定的 时间宽度例如几秒左右的时间宽度的脉冲信号Al，即使在例如在没有使输出增大的高频电 源(例如在时刻T3'之后的定时中能源侧的高频电源21)中发生的反射波比在使输出增大 的高频电源(在本例中为偏置侧的高频电源31)中发生的反射波后衰减的情况下，一定时 间持续一方的输入信号Al为"l"的状态，由此能够把握后衰减的能源侧的反射波低于阈值 的定时而使功率控制部211运行。 此外，在两个反射波的衰减的定时大为不同，在比从脉冲输出电路222输出的脉 冲信号A1所持有的时间宽度晚的定时，"非"电路225的输出变为"l"这样的情况下，优选 例如在上位侧的控制部100中检测即使经过预先设定的时间也不增大向下部电极41施加 的功率，将此向操作员通报，或者再次重做来自能源用高频电源单元2、偏置用高频电源单 元3的施加动作。 另外，虽然从脉冲输出电路222输出的信号A1也可以构成为，检测到偏置侧的反 射波的功率值已低于第二阈值的情况而输出变为"l"的步骤信号，但在此情况下，需要例如 在提高各高频电源21、31的输出的定时(时刻T/ 时刻T/的各时刻)重置来自脉冲输 出电路222的输出的动作。 以上，对电路的结构和其动作进行了说明，其中，该电路用于在能源用高频电源单 元2侧对在各高频电源21、31中发生的反射波进行监视，在其功率值低于预先设置的阈值 (第一阈值、第二阈值)的时点，使从该能源用高频电源单元2侧的高频电源21施加的高 频电力的输出增大，图4所示的偏置用高频电源单元3侧的定时信号生成部32和高频电源 31的结构及动作，与上述的能源用高频电源单元2侧的定时信号生成部32几乎相同。
S卩，在比较器324中检测出在自己的反射波功率计314中被测量的反射波是否超 过预先设定的阈值(第三阈值)，在"非"电路325中被反转而向0MV323供给信号B2。另
12外，当在能源用高频电源单元2侧被测量并被发送的反射波的功率值衰减至预先设定的阈 值(第四阈值)以下的值时，从脉冲输出电路322向0MV323输出预先设定的长度的脉冲信 号Bl。 0MV323在两输入端的逻辑都为"l"时，向功率控制部311供给作为定时信号的脉冲 信号B3。于是，定时信号生成部32在自己的高频电力的反射波的功率值为第三阈值以下并 且能源侧的高频电力的反射波增大之后，在变为小于第四阈值时向功率控制部311输出定 时信号。 另外，功率控制部311也与上述同样，在来自控制部100侧的ON/OFF信号为0N，并 且，从接收到作为来自定时信号生成部32的定时信号的脉冲信号B3的时点经过预先设定 的待机时间At。的时刻，使高频电源31的输出增大到预先设定的功率值。如上所述，功率 控制部311具有将接收到来自0MV323的脉冲信号B3的次数增加而存储的功能，该功率控 制部311构成为根据脉冲信号B3的接收次数使高频电源31的输出例如0kW — 2. 5kW(第 一等级的功率)、2. 5kW — 5kW(处理时的功率)这样地增大。 这里，由于在偏置用高频电源单元3的起动刚开始后，高频电源31、21均没有输出 高频电力，所以反射波没有发生，因此0MV323不能生成定时信号。于是，在0MV323和功率 控制部311之间，通过0R电路327连接有0MV326，该0MV326构成为，在来自控制部100的 起动信号变为ON的定时，将该信号变换为脉冲信号B4，将该脉冲信号B4作为第一次的定时 信号向功率控制部311输出，开始高频电源31的输出增大。在这一点上，偏置侧高频电源 单元3与能源用高频电源单元2结构相异，其中该能源用高频电源单元2已经被施加高频 电力并在能够从0MV223输出定时信号(脉冲信号A3)的状态下起动。
此外，与上述能源用高频电源单元2侧的高频电源21相同，高频电源31具备高频 电源本体312、方向性耦合器313、和反射波功率计314以及行波功率计315。
另外，在以上说明的例子中，向功率控制部211(311)输出定时信号A3(B3)，接着 在功率控制部211(311)中进行用于在经过预先设定的时间后使功率增大的控制动作，例 如在0MV223(323)的后级设置使脉冲信号的输出仅延迟上述规定的时间的延迟电路，也可 以将从该延迟电路输出的脉冲信号作为定时信号A3(B3)。在此情况下，在向功率控制部 211(311)输入定时信号A3(B3)后，立即进行用于功率增大的控制动作。
接着，回到蚀刻处理装置1的整体结构的说明中，上述的控制部100被作为例如 具备未图示的CPU和存储器的计算机构成，在存储器中存储有记载了关于以下内容的步骤 (命令)组的程序，这些内容包括向各高频电源单元2、3输出起动信号(0N/0FF信号)，或 者监视来自这些高频单元2、3的行波、反射波的功率值，以及该蚀刻处理装置1的整体的动 作的总括控制，即，从向处理容器10内搬入基板S，对在下部基板41上载置的基板S实施蚀 刻处理到搬出为止的动作的控制等。该程序被存储在例如硬盘、光盘、磁光盘、存储卡等存 储介质中，从那里被安装到计算机中。 接着，参照图5、图6的流程图和图7(a) 图7(d)对该蚀刻处理装置1的作用进 行说明。首先，操作员从未图示的输入画面输入气体种类、处理容器10内的压力、从各高频 电力单元2、3供给的处理时的功率等的处理条件。然后，打开闸阀12，例如将在表面上形成 抗蚀剂图案，在其下层形成有金属膜的基板S通过未图示的外部的搬送臂搬入到处理容器 10内，通过该搬送臂和未图示的升降销的协动作用，在下部电极41上载置该基板S。接着， 关闭闸阀12，从兼作气体喷淋头的上部电极51向处理容器10内提供处理气体的同时将处
13理容器10内抽真空，使处理空间13内变为设定的压力。 然后，如图5的流程图所示，在控制部100、偏置用高频电源单元3和能源用高频单 元2中开始供给功率的动作。首先，控制部100如图7(a)、图7(c)所示，在时刻T/发送 使能源用高频电源单元2和偏置用高频电源单元3为ON的起动信号(步骤S101)，结束功 率供给的动作(结束)。以下，向下部电极41施加能源功率和偏置功率的动作，在能源用高 频电源单元2和偏置用高频电源单元3中独立于控制部100的控制而被实行。
在各高频电源单元2、3中，当接收"ON"的状态的起动信号(步骤S201、S301)时， 由于该ON信号和如图4所示的0MV326的作用，功率控制部311运行，首先，立即开始从偏 置侧的高频电源31向下部电极41施加比处理时的功率低的第一等级的功率的动作(步骤 S302)。通过向负荷侧施加高频电力，在该高频电源31中发生反射波，如图7(d)所示，反射 波的功率与施加的功率的增大相一致地增大。然后，从高频电源31施加的功率，在变为第 一等级的功率的设定值的等级中变为一定，另一方面，反射波的功率由于基于匹配电路162 的蚀刻而缓慢地下降。 在此期间，实时地向能源用高频电源单元2发送在偏置用高频电源单元3侧被 测量的反射波的功率值(步骤S303)，在能源用高频电源单元2中，接收该功率值(步骤 S202)，直到该功率值变为第二阈值以下为止对偏置用高频电源单元3侧的反射波进行监 视(步骤S203 ;N0)。 然后，在通过上述的脉冲输出电路222的作用而检测到该反射波的功率值在增大 之后变得比第二阈值小的情况(步骤S203 ;YES)时，生成定时信号，在经过待机时间At。后 的时刻1V ，功率控制部211运行，通过能源侧的高频电源21向下部电极41施加比处理时 的功率低的第一等级的功率(步骤S204)。 其结果，如图7(b)、图7(d)所示地，从负荷侧向能源侧、偏置侧两方的高频电 源21、31传播反射波。此时，在偏置侧中，测量向自己侧传播过来的反射波的功率值(步 骤S304)，另外，在能源侧中，向偏置侧输出在该能源侧被测量的反射波的功率值(步骤 S205)。 在偏置侧，直到自己的反射波的功率值的测量结果(图6、步骤S304)，和来自能源 侧的接收到的反射波的功率值(步骤S305)分别变为第三阈值、第四阈值以下的值为止，监 视这些值(步骤S306 ;N0)。然后，当偏置侧的反射波的功率值变为第三阈值以下，由能源 侧接收到的反射波的功率值在增大之后变为第四阈值以下(步骤S306 ;YES)时，生成定时 信号，在经过待机时间At。后的时刻lV ，功率控制部311运行，从偏置侧的高频电源31向 下部电极41施加处理时的功率(步骤S307)。 以下，在该功率施加动作中，实时地测量在能源侧、偏置侧两侧发生的反射波的功 率值(步骤S206)，接收发送(步骤S308、 S207)并监视(步骤S208 ;N0)，当各个功率值变 为第一、第二阈值以下(步骤S208 ;YES)时，生成定时信号，在经过待机时间At。后的时刻 T4'，这次从能源侧的高频电源21向下部电极41施加处理时的功率(步骤S209)，完成关 于功率供给的起动动作(结束)。其结果为，在处理容器13内形成稳定的等离子体而开始 基板S的蚀刻处理。 根据本实施方式具有以下的效果。在等离子体的启动时在将多个高频电源21、31 的输出功率依次阶段性地增大的蚀刻处理装置1中，对于轮到将输出功率增大一个等级的一个高频电源21、31，至少在另一个高频电源31、21的反射波的功率值变为阈值以下后，在待机时间经过时将该一个高频电源21、31的输出功率增大一个等级，因此，与例如等待经过预先设定的时间而施加下一个步骤的高频电力的方法进行比较，防止发生在反射波没有充分衰减期间实施下一步骤，反射波在蚀刻装置的电路内叠加地传播而不能形成等离子体这样的情况，能够稳定地起动蚀刻处理装置1，另一方面，在反射波快速衰减的情况下，不产生浪费的等待时间而迅速地实行下一个步骤，能够实现迅速的起动。 并且，在本例中，在另一个高频电源31、21的反射波变为阈值以下，和在作为该一个高频电源21、31的自己侧被测量的高频电力的反射波变为阈值以下的两个条件成立之后，使输出功率增大一个等级，因此，即使在反射波衰减的定时替换的情况下，也能够稳定地起动蚀刻装置l。 另外，由于在各高频电源单元2、3中设置有用于直接进行反射波的功率值的发送接收(传送)的信号传送路，在各高频电源单元2、3中设置有定时信号生成部22、32，所以这些高频电源单元2、3能够不通过控制部100而直接控制高频电源21、31来使其输出增大。通常，在蚀刻处理装置1起动时，控制部100将处理容器10内的压力控制、蚀刻气体的供给量控制等并行地实行，变为负荷高的状态。因此，当在控制部100侧进行反射波的功率值是否变为阈值以下的判断、基于该判断结果而使高频电源21、31的输出增大的控制时，存在在这些动作中产生延迟的可能。在这一点上，各高频电源单元2、3在功率的供给动作上专门化，能够实施这些判断、控制，能够减轻控制部100的负担而实现迅速的起动动作。
这里，在图1所示的蚀刻处理装置1中，表示了在下部电极41上连接能源侧、偏置侧两侧的高频电力单元2、3，即所谓的下部二频率型的蚀刻装置1，但高频电力单元2、3的连接方式并不限定于此，本发明也能够适用于例如在上部电极51侧连接能源用高频电源单元2，在下部电极41上连接偏置用高频电源单元3的所谓的上下二频型的蚀刻处理装置1。 另外，在蚀刻处理装置l设置的高频电源的数量并不限于两个，也可以是3个以上。例如为了大电容地施加等离子体形成用的功率，也可以考虑，例如作为能源侧，在下部电极41上连接2个高频电源S1、 S2，进一步在下部电极41上连接偏置侧的高频电源B，构成下部二频型的蚀刻处理装置1的情况等。 在此情况下，使各高频电源S1、S2、B的输出增大的时序可以是，例如高频电源B —高频电源Sl —高频电源S2 —高频电源B —…这样使3个高频电源S1、S2、B的输出依次循环地增大；也可以是高频电源B —高频电源Sl和S2 —高频电源B —…这样使偏置侧、能源侧的输出交替地增大。在任一时序中，均能够构成为，对于轮到将输出功率增大一个等级的一个高频电源，在另一个高频电源的反射波的测量功率值变为阈值以下后，将该一个高频电源的输出功率增大一个等级。 另外，在图3、图4所示的各高频电源单元2、3中，只有在自己的反射波的功率值和对方侧的反射波的功率值双方变为预先设定的阈值以下的情况下，才使各高频电源21、31
的输出功率增大，但也可以检测到例如只有对方侧的反射波变为阈值以下而使输出增大。
这是由于，如下情况也很多。即，如使用例如图7(b)和图7(d)已经说明的那样，
到使输出增大的高频电源侧发生的反射波衰减为止需要较长时间，到不使输出增大的另一侧发生的反射波的一方在比较短的时间内衰减的情况是一般的情况，当使另一侧的输出增
15大时，只要事先监视在对方侧，即，使输出增大的高频电源侧发生的反射波的值就足够。
进一步，判断反射波的功率值是否变为预先设定的阈值以下的方法不限定于利用如图3、图4所示的硬件的方法使用逻辑电路来进行的情况，也可以是例如在各高频电源单元2、3上设置CPU，在该CPU中进行软件的判断。另外，不限于在各高频电源单元2、3中进行这些判断的情况，当然也可以在进行蚀刻处理装置1整体的动作控制的控制部100中取得反射波的功率值的测量结果，进行是否变为阈值以下的判断来使各高频电源21、31的输出增大。 并且，该判断如图3、图4的实施方式中所示，作为反射波信息向对方侧发送反射波的功率值的测量结果，并不限于在接收到该测量结果的对方侧进行是否变为阈值以下的判断的方式，也可以在测量发射波的功率值的高频电源21、31侧判断该功率值是否变为能够增大对方侧的输出的阈值以下，作为反射波信息向对方侧发送表示其功率值变为阈值以下的判断信号。 此外，设置有多个高频电源的等离子体处理装置并不限定于图1所示的平行平板型的装置，本发明也能够适用于例如感应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma)型的蚀刻装置的在例如螺旋状线圈和下部电极上分别设置高频电源的情况等。
另外，在上述实施方式中，对如下例子进行了说明，S卩，在等离子体启动时对于一个高频电源21、31，至少另一个高频电源31、21的反射波的功率值变为阈值以下之后使该一个高频电源21、31的输出功率增大一个等级，但本发明能够适用的情况并不限定于等离子体启动时。本发明也能够适用于例如在处理容器10内的等离子体形成区域、等离子体的电子温度、电子密度的调整等变更蚀刻处理装置1的状态的目的，例如如图8 (a)、图8 (b)所示，将能源侧、偏置侧的各高频电源单元2、3的施加电力从第一处理时的功率到第二处理时的功率为止夹持中间功率阶段性地上升的情况。 另外，与图8所示的例子相反，例如如图9(a)、图9(b)所示，在变更蚀刻处理装置1的状态的目的下，在将能源侧、偏置侧的各高频电源单元2、3的施加电力从第一处理时的功率到第二处理时的功率为止阶段性地下降的情况下，或者， 一方阶段性地上升，另一方阶段性地下降等的使多个高频电源的输出功率变化的情况下，本发明也能够适用。并且，在该情况的运转状态的变更中，例如也包含停止蚀刻处理装置1的情况，此时图9所示的第二处理时的功率变为0。 另外，阶梯性的输出功率的变更(上升、下降)，并不限于依次地变更各高频电源31、21的输出的情况，在例如与一侧连接而分为2等级以上地上升，然后，连接另一侧而分为2等级以上地上升等情况下，只要在双方的高频电源31、21的反射波的功率值变为阈值以下之后，实施各等级的输出变更即可。 进一步，本发明的处理装置，能够适用于蚀刻处理以外的例如灰化、CVD (ChemicalV即or D印osition)等，使用其它处理气体对被处理体进行处理的处理。进一步，作为被处理体，不限于方形基板，除FPD基板、太阳电池用的基板之外，也可以是例如圆形的半导体
曰&坐
曰日/T寺。
权利要求
一种等离子体处理装置，其具有输出干预处理容器内的等离子体的高频的多个高频电源，由等离子体对上述处理容器内的被处理体进行处理，为了变更装置的状态而使这些多个高频电源的输出功率阶段性地变化，其特征在于，包括高频电源单元，其设置于每个高频电源，具有高频电源、控制该高频电源的输出的功率控制部、对在该高频电源反射的反射波的功率值进行测量的反射波测量机构；判断各高频电源的反射波的测量功率值是否为阈值以下的机构；和对于使输出功率变化的一个高频电源，在另一个高频电源的反射波的测量功率值变为阈值以下后，经过预先设定的时间时向上述功率控制部供给用于使该一个高频电源的输出功率变化的定时信号的机构。
2. 如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于所述装置的状态的变更是等离子体的启动，使所述输出功率变化是将输出功率增大一 个等级。
3. 如权利要求1或者2所述的等离子体处理装置，其特征在于所述定时信号，在另一个高频电源的反射波的测量功率值变为阈值以下的条件和所述 一个高频电源的反射波的测量功率值为阈值以下的条件这两个条件成立后，经过了预先设 定的时间时被生成。
4. 如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于设置有信号传送路，其连接在各高频电源单元之间，用于在各高频电源单元彼此之间 直接进行包括反射波的测量功率值或者其测量功率值为阈值以下的判断信号的反射波信 息的传送，向所述功率控制部供给所述定时信号的机构包括，设置于各高频电源单元，根据从所 述信号传送路传来的另一个高频电源的反射波信息生成所述定时信号的机构。
5. 如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于向所述功率控制部供给所述定时信号的机构包括，判断自己的高频电源的反射波的测 量功率值是否变为阈值以下的机构；和，根据该机构的判断结果和从所述信号传送路传来 的另一个高频电源的反射波信息生成所述定时信号的机构。
6. 如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于判断高频电源的反射波的测量功率值是否在阈值以下的机构，和生成所述定时信号的 机构由逻辑电路构成。
7. —种等离子体处理装置的运转方法，所述等离子体处理装置具有输出干预处理容 器内的等离子体的高频的多个高频电源，由等离子体对所述处理容器内的被处理体进行处 理，为了变更装置的状态而使这些多个高频电源的输出功率阶段性地变化，其特征在于，包 括对各高频电源的反射波的功率值进行测量的工序；判断使输出功率变化的一个高频电源以外的另一个高频电源的反射波的测量功率值 是否为阈值以下的工序；在判断为所述另一个高频电源的反射波的测量功率值变为阈值以下后，经过预先设定 的时间时使该一个高频电源的输出功率变化的工序。
8. 如权利要求7所述的等离子体处理装置的运转方法，其特征在于所述装置的状态的变更是等离子体的启动，使所述输出功率变化是将输出功率增大一 个等级。
9.如权利要求7或者8所述的等离子体处理装置的运转方法，其特征在于 包括判断所述一个高频电源的反射波的测量功率值是否在阈值以下的工序， 使所述一个高频电源的输出功率变化的工序，在所述另一个高频电源的反射波的测量功率值变为阈值以下的条件和所述一个高频电源的反射波的测量功率值为阈值以下的条件这两个条件成立后，经过了预先设定的时间时被实施。
全文摘要
本发明提供能够稳定且在短时间内变更装置状态的等离子体处理装置以及等离子体处理装置的运转方法。本发明的等离子体处理装置，具有输出干预处理容器内的等离子体的高频的多个高频电源，将这些输出功率依次阶段性地增大，由得到的等离子体对被处理体进行处理，该等离子体处理装置包括按每个高频电源设置的高频电源单元，其包括，高频电源、控制其输出的功率控制部、测量反射波的功率值的反射波测量机构；判断各反射波的测量功率值是否在阈值以下的机构；和，对于轮到使输出功率增大一个等级的一个高频电源，在另一个高频波电源的反射波的测量功率值变为阈值以下后，经过预先设定的时间时向上述功率控制部供给用于使该一个高频电源的输出功率增大一个等级的定时信号的机构。
文档编号H01L21/00GK101754569SQ200910224360
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月2日 优先权日2008年12月2日
发明者东条利洋, 古屋敦城 申请人:东京毅力科创株式会社