控制等离子体处理装置的方法和等离子体处理装置与流程

本发明的实施方式涉及控制等离子体处理装置的方法和等离子体处理装置。

背景技术：

在电子器件的制造期间，使用等离子体处理装置对基片进行等离子体处理。等离子体处理装置一般包括腔室、支承台和高频电源。支承台设置于腔室的内部空间之中。支承台具有下部电极。下部电极与高频电源电连接。在支承台上载置有基片的状态下执行等离子体处理。在等离子体处理中，向腔室的内部空间供给气体，由高频激励气体以在内部空间中生成等离子体。在等离子体处理中，以包围基片的方式配置聚焦环。聚焦环提高等离子体处理的面内均匀性。

等离子体处理使聚焦环的厚度减少。提出了一种技术，其在聚焦环的厚度从初始的厚度减少的情况下，为了确保等离子体处理的面内均匀性，对聚焦环施加电压。这样的技术，例如记载于专利文献1中。在专利文献1记载的技术中，从高频电源向下部电极和聚焦环供给高频。通过供给高频对聚焦环施加电压时，能够调节内部空间中的等离子体的状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-203489号公报

技术实现要素：

发明想要解决的技术问题

为了调节等离子体的状态，考虑对等离子体处理装置的电极施加负极性的直流电压。然而，无法由对电极施加的电压的值使等离子体的状态变化，其结果，无法调节等离子体的状态。

用于解决技术问题的技术方案

在第一方式中，提供一种控制等离子体处理装置的方法，其能够控制将直流电压施加到等离子体处理装置的电极。该方法包括：(i)在腔室的内部空间中生成气体的等离子体的步骤；(ii)在等离子体的生成期间，增加由直流电源施加到构成腔室的一部分或者设置于内部空间中的电极的、负极性的直流电压的绝对值的步骤；(iii)确定第一电压值的步骤，其中第一电压值是在执行使负极性的直流电压的绝对值增加的步骤的期间电流开始流过电极的该时刻该电极的电压值；和(iv)在等离子体的生成期间，将由直流电源施加到电极的直流电压的电压值设定为具有第一电压值与指定值之和的值的第二电压值的步骤。

在第二方式中，提供一种等离子体处理装置。等离子体处理装置包括腔室、高频电源、直流电源、第一测量器、第二测量器和控制部。高频电源构成为能够产生用于激励被供给到腔室的内部空间的气体。直流电源与电极电连接。该电极构成腔室的一部分或者设置于内部空间中。第一测量器构成为能够测量电极中的电流。第二测量器构成为能够测量电极中的电压。控制部构成为能够控制由直流电源施加到电极的负极性的直流电压。控制部(i)在内部空间中等离子体的生成期间控制直流电源，以增加施加到电极的负极性的直流电压的绝对值，(ii)在直流电压的绝对值的增加期间，根据由第一测量器获取的测量值来确定电流开始流过电极的时刻，使用第二测量器确定该时刻电极中的第一电压值，(iii)在等离子体的生成期间控制直流电源，以将施加到电极施加的直流电压的电压值设定为具有第一电压值与指定值之和的值的第二电压值。

依照第一方式和第二方式，在等离子体的生成期间能够将具有第二电压值的直流电压施加到电极。第二电压值是第一电压值与指定值之和。第一电压值是在直流电压的绝对值的增加期间电流开始流过电极的时刻该电极的电压值。因此，在将第二电压值施加到电极时，与指定值对应的电流可靠地流过该电极。其结果，能够调节内部空间中的等离子体的状态。

在一实施方式中，电极是在内部空间中包围基片地配置的聚焦环。

在一实施方式中，上述等离子体处理装置是电容耦合式的等离子体处理装置。等离子体处理装置具有支承台。支承台构成为能够在内部空间中支承基片。支承台具有下部电极。腔室包括上部电极。上部电极设置于支承台的上方。在该实施方式中，被施加直流电压的电极是上部电极。

发明效果

如以上说明的那样，将具有为调节等离子体的状态所需的电压值的直流电压施加到等离子体处理装置的电极。

附图说明

图1是表示一实施方式的控制等离子体处理装置的方法的流程图。

图2是概略地表示一实施方式的等离子体处理装置的图。

图3是图1所示的等离子体处理装置的支承台和聚焦环的局部放大截面图。

图4是与图1所示的方法关联的时序图。

图5是表示图1所示的等离子体处理装置的聚焦环中的负极性的直流电压的绝对值与该聚焦环中的电流的关系的图表。

附图标记说明

1…等离子体处理装置；10…腔室；10s…内部空间；16…支承台；18…下部电极；30…上部电极；61…第一高频电源；62…第二高频电源；70、70a、70b…直流电源；71、71a，71b…测量器；72、72a、72b…测量器；e…电极；fr…聚焦环；mc…控制部。

具体实施方式

下面，参照附图，详细说明各种实施方式。此外，在各附图中对相同或者相当的部分标注相同的附图标记。

图1是表示一实施方式的控制等离子体处理装置的方法的流程图。在图1所示的方法mt中，为了调节在等离子体处理装置的腔室的内部空间中生成的等离子体的状态，对该等离子体处理装置的电极施加直流电压。

图2是概略的表示一实施方式的等离子体处理装置的图。能够使用图2所示的等离子体处理装置1来实施方法mt。等离子体处理装置1是电容耦合式的等离子体处理装置。

等离子体处理装置1具有腔室10。腔室10在其中提供内部空间10s。一实施方式中，腔室10包括腔室主体12。腔室主体12具有大致圆筒形状。内部空间10s由腔室主体12中提供。腔室主体12例如由铝构成。腔室主体12电接地。在腔室主体12的内壁面即划分内部空间10s的壁面形成有具有耐等离子体性的膜。该膜能够是通过阳极氧化处理形成的膜或者由氧化钇形成的膜之类的陶瓷制的膜。

在腔室主体12的侧壁形成有通路12p。在内部空间10s与腔室10的外部之间输送基片w时，其通过通路12p。为了开闭该通路12p，闸阀12g沿腔室主体12的侧壁设置。

在内部空间10s中设置有支承台16。支承台16构成为能够支承载置于其上的基片w。支承台16由支承部15支承。支承部15从腔室主体12的底部向上方延伸。支承部15具有大致圆筒形状。支承部15由石英之类的绝缘材料形成。

在一实施方式中，支承台16包括下部电极18和静电吸盘20。支承台16还可以包括电极板21。电极板21由铝之类的导电性材料形成，具有大致圆盘形状。下部电极18设置于电极板21上。下部电极18由铝之类的导电性材料形成，具有大致圆盘形状。下部电极18与电极板21电连接。

在下部电极18内形成有流路18f。流路18f是热交换介质用的流路。作为热交换介质能够使用液体状的制冷剂或者通过其气化而冷却下部电极18的制冷剂(例如氟利昂)。流路18f与热交换介质的循环装置(例如制冷单元)连接。该循环装置设置于腔室10的外部。从循环装置经由配管23a向流路18f供给热交换介质。供给到流路18f的热交换介质经由配管23b返回循环装置。

静电吸盘20设置于下部电极18上。在内部空间10s中处理基片w时，基片w被载置在静电吸盘20上，由该静电吸盘20保持。静电吸盘20具有主体和电极。静电吸盘20的主体由绝缘体形成。静电吸盘20的电极是膜状的电极，设置于静电吸盘20的主体内。静电吸盘20的电极与直流电源电连接。当由直流电源对静电吸盘20的电极施加电压时，在静电吸盘20与载置于该静电吸盘20上的基片w之间产生静电引力。由于产生的静电引力，基片w被吸附到静电吸盘20，由该静电吸盘20保持。

在一实施方式中，等离子体处理装置1还包括气体供给线路25。气体供给线路25将来自气体供给机构的导热气体(例如he气)供给到静电吸盘20的上表面与基片w的背面(下表面)之间。

在一实施方式中，等离子体处理装置1还包括筒状部28和绝缘部29。筒状部28从腔室主体12的底部向上方延伸。筒状部28沿支承部15的外周延伸。筒状部28由导电性材料形成，具有大致圆筒形状。筒状部28电接地。绝缘部29设置于筒状部28上。绝缘部29由具有绝缘性的材料形成。绝缘部29例如由石英之类的陶瓷形成。绝缘部29具有大致圆筒形状。绝缘部29沿电极板21的外周、下部电极18的外周和静电吸盘20的外周延伸。

在静电吸盘20的外周区域上配置聚焦环fr。聚焦环fr具有大致环状板形状。聚焦环fr具有导电性。聚焦环fr例如由硅形成。聚焦环fr配置成包围基片w的边缘。该聚焦环fr是等离子体处理装置1的电极e的一例，设置于内部空间10s中。聚焦环fr如后述那样与直流电源70a电连接。

等离子体处理装置1还包括上部电极30。上部电极30设置于支承台16的上方。上部电极30与部件32一同封闭腔室主体12的上部开口。部件32具有绝缘性。上部电极30隔着该部件32被支承于腔室主体12的上部。上部电极30是等离子体处理装置1的电极e的另一例，构成腔室10的一部分。上部电极30如后文所述与直流电源70b电连接。

上部电极30包括顶板34和支承件36。顶板34的下表面划分内部空间10s。在顶板34形成有多个气体排出孔34a。多个气体排出孔34a分别在板厚方向(铅直方向)贯通顶板34。该顶板34没有限制，例如可以由硅形成。或者，顶板34能够具有在铝制的母材的表面形成有耐等离子体性的膜的结构。该膜可以是通过阳极氧化处理形成的膜或者由氧化钇形成的膜之类的陶瓷制的膜。

支承件36可拆装地支承着顶板34。支承件36例如由铝之类的导电性材料形成。在支承件36的内部设置有气体扩散室36a。从气体扩散室36a向下方延伸有多个气体孔36b。多个气体孔36b分别与多个气体排出孔34a连通。在支承件36形成有气体导入端口36c。气体导入端口36c与气体扩散室36a连接。气体导入端口36c与气体供给管38连接。

气体供给管38经由阀组41、流量控制器组42和阀组43与气体源组40连接。气体源组40包括多个气体源。阀组41和阀组43各自包括多个阀(例如开闭阀)。流量控制器组42包括多个流量控制器。流量控制器组42的多个流量控制器各自是质量流量控制器或者压力控制式的流量控制器。气体源组40的多个气体源分别经由阀组41的对应的阀、流量控制器组42的对应的流量控制器和阀组43的对应的阀与气体供给管38连接。等离子体处理装置1能够将来自自气体源组40的多个气体源中选择的一个以上的气体源的气体以单独调节的流量供给到内部空间10s。

在筒状部28与腔室主体12的侧壁之间设置有挡板48。挡板48例如能够通过在铝制的母材覆盖氧化钇等的陶瓷而构成。在该挡板48形成多个贯通孔。在挡板48的下方，排气管52与腔室主体12的底部连接。该排气管52与排气装置50连接。排气装置50具有自动压力控制阀之类的压力控制器和涡轮分子泵等真空泵，能够将内部空间10s中的压力减压。

等离子体处理装置1还包括第一高频电源61。第一高频电源61是产生等离子体生成用的第一高频的电源。第一高频据具有27～100mhz的范围内的频率，例如60mhz的频率。第一高频电源61经由第一匹配器63和电极板21与下部电极18连接。第一匹配器63具有用于使第一高频电源61的输出阻抗与负载侧(下部电极18侧)的阻抗匹配的匹配电路。此外，第一高频电源61可以与下部电极18电连接，也可以经由第一匹配器63与上部电极30连接。

等离子体处理装置1还包括第二高频电源62。第二高频电源62是产生用于将离子引入基片w的偏置用的第二高频的电源。第二高频的频率低于第一高频的频率。第二高频的频率是400khz～13.56mhz的范围内的频率，例如400khz。第二高频电源62经由第二匹配器64和电极板21与下部电极18连接。第二匹配器64具有用于使第二高频电源62的输出阻抗与负载侧(下部电极18侧)的阻抗匹配的匹配电路。

在该等离子体处理装置1中，向内部空间10s供给气体。然后，通过供给第一高频和/或第二高频，在内部空间10s中激励气体。其结果，在内部空间10s中生成等离子体。利用源自生成的等离子体的离子和/或自由基，来处理基片w。

等离子体处理装置1还包括直流电源70a。直流电源70a与聚焦环fr电连接。为了调节在内部空间10s中生成的等离子体的状态，直流电源70a产生要施加到聚焦环fr的负极性的直流电压。图3是图1所示的等离子体处理装置的支承台和聚焦环的局部放大截面图。如图3所示，在一实施方式中，聚焦环fr经导体22与下部电极18电连接。导体22贯通静电吸盘20。直流电源70a经由电极板21、下部电极18和导体22与聚焦环fr电连接。此外，直流电源70a也可以不经电极板21、下部电极18和导体22而经其他电气路径与聚焦环fr电连接。

等离子体处理装置1还包括测量器71a和测量器72a。测量器71a是一实施方式的第一测量器，用于测量聚焦环fr中的电流。测量器72a是一实施方式的第二测量器，用于测量聚焦环fr中的电压。在一实施方式中，测量器71a和测量器72a内置于直流电源70a内。此外，测量器71a和测量器72a也可以不内置在直流电源70a内。

等离子体处理装置1还包括直流电源70b。直流电源70b与上部电极30电连接。为了调节在内部空间10s中生成的等离子体的状态，直流电源70b产生要施加到上部电极30的负极性的直流电压。等离子体处理装置1还包括测量器71b和测量器72b。测量器71b是一实施方式的第一测量器，用于测量上部电极30中的电流。测量器72b是一实施方式的第二测量器，用于测量上部电极30中的电压。在一实施方式中，测量器71b和测量器72b内置于直流电源70b内。此外，测量器71b和测量器72b也可以不内置在直流电源70b内。

等离子体处理装置1还包括控制部mc。控制部mc是包括处理器、存储装置、输入装置、显示装置等的计算机，控制等离子体处理装置1的各部分。具体而言，控制部mc执行存储于存储装置的控制程序，基于存储于该存储装置的方案数据来控制等离子体处理装置1的各部。通过控制部mc的控制，等离子体处理装置1能够执行由方案数据指定的程序。另外，通过控制部mc的控制，等离子体处理装置1能够实施方法mt。在实施方法mt的时候，控制部mc控制直流电源70a和直流电源70b中至少一者。

下面，以使用等离子体处理装置1来实施方法mt的情况为例，说明方法mt的详细内容。另外，说明方法mt中控制部mc的控制。在下面的说明中，有时将聚焦环fr和上部电极30各自或者双方作为电极e来参照。另外，有时将直流电源70a和直流电源70各自或者双方作为直流电源70参照。另外，有时将测量器71a和测量器71b各自或者双方作为测量器71参照，有时将测量器72a和测量器72b各自或者双方作为测量器72参照。

另外，在下面的说明中，参照图1和图4。图4是表示与图1所示的方法关联的时序图。在图4的时序图中，横轴表示时间。在图4的时序图中，纵轴的高频为on的情况表示为了生成等离子体而供给第一高频和/或第二高频。在图4的时序图中，纵轴的高频为off的情况表示不供给第一高频和第二高频而未生成等离子体。在图4的时序图中，纵轴的直流电压的绝对值表示等离子体处理装置的电极e中的直流电压的绝对值。另外，在图4的时序图中，纵轴的电流表示等离子体处理装置的电极e中的电流的值。

在方法mt中，在步骤st1中，开始生成等离子体。具体而言，在向内部空间10s供给气体的状态下，为了生成该气体的等离子体，开始供给第一高频和/或第二高频。在图4的时序图中，在时刻t0，开始在步骤st1中生成等离子体。即，在时刻t0，开始供给第一高频和/或第二高频。在步骤st1中，由控制部mc控制第一高频电源61和第二高频电源62。通过执行步骤st1而开始生成等离子体，到对基片w的等离子体处理结束为止在此期间持续。通过步骤st1的执行而开始生成等离子体，至少持续至步骤st4结束为止。

在步骤st1中开始的等离子体的生成期间，执行接着的步骤st2。在步骤st2中，增加由直流电源70施加到等离子体处理装置1的电极e的负极性的直流电压的绝对值。预先设定了步骤st2中的负极性的直流电压的绝对值的增加速度。在图4的时序图中，从时刻t0开始对电极e施加负极性的直流电压，该负极性的直流电压的绝对值以随着时间的经过而逐渐变大的方式增加。

在步骤st2中，将负极性的直流电压施加到聚焦环fr的情况下，增加由直流电源70a施加到聚焦环fr的负极性的直流电压的绝对值。为了增加施加到聚焦环fr的负极性的直流电压的绝对值，由控制部mc控制直流电源70a。在步骤st2中，在将负极性的直流电压施加到上部电极30的情况下，增加由直流电源70b施加到上部电极30的负极性的直流电压的绝对值。为了增加向施加到上部电极30的负极性的直流电压的绝对值，由控制部mc控制直流电源70b。

在步骤st3中，确定第一电压值(图4的时序图中为v1)。第一电压值由控制部mc确定。第一电压值是在执行步骤st2的期间，即施加到电极e的负极性的直流电压的绝对值的增加期间，电流开始流过电极e的时刻该电极e中的电压值。在图4的时序图中，将该时刻表示为时刻t1。该时刻根据由测量器71获取的测量值，即电极e中的电流的测量值，由控制部mc确定在电极e开始流过规定值以上的电流的时刻。将该规定定值例如设定为0.001[a]。使用测量器72由控制部mc确定第一电压值，作为确定的时刻的电极e中的电压。此外，关于确定该时刻，只要能够确定电流开始流过电极e的时刻即可，能够通过任意的方法求取。例如，也可以将该时刻确定为电极e中的电流的微分值成为极大值的时刻。

在步骤st3中，在将负极性的直流电压施加到聚焦环fr的情况下，根据由测量器71a获取的测量值，即聚焦环fr中的电流的测量值，由控制部mc确定开始在聚焦环fr流过规定值以上的电流的时刻。而且，通过使用测量器72a由控制部mc将确定的时刻的聚焦环fr中的电压确定为第一电压值。

在步骤st3中，在负极性的直流电压施加到上部电极30的情况下，根据由测量器71b获取的测量值，即上部电极30中的电流的测量值，由控制部mc确定开始在上部电极30流过规定值以上的电流的时刻。而且，通过使用测量器72b由控制部mc将确定的时刻的上部电极30中的电压确定为第一电压值。

在接着的步骤st4中，将由直流电源70施加到电极e的直流电压的电压值设定为第二电压值(图4的时序图中为v2)。在步骤st4中，由控制部mc控制直流电源70，以将施加到电极e的直流电压的电压值设定为第二电压值。第二电压值是第一电压值(图4的时序图中为v1)与指定值(图4的时序图中为vs)之和。关于指定值，可以作为方案数据的一部分赋予，或者也可以由操作员输入。

在步骤st4中，如图4所示，可以改变由直流电源70施加到电极e的负极性的直流电压的电压值以使其随着时间的经过而逐渐接近第二电压值。或者，在步骤st4中，也可以在电流刚开始流过电极e的时刻之后或者刚求出第二电压值的时刻之后，将由直流电源70施加到电极e的负极性的直流电压的电压值设定为第二电压值。

在步骤st4中，在将负极性的直流电压施加到聚焦环fr的情况下，由控制部mc控制直流电源70a，以将施加到聚焦环fr的直流电压的电压值设定为第二电压值。控制部mc求取施加到聚焦环fr的直流电压的第二电压值，作为聚焦环fr中的上述的第一电压值与聚焦环fr用的指定值之和。

在步骤st4中，在将负极性的直流电压施加到上部电极30的情况下，由控制部mc控制直流电源70b，以将施加到上部电极30的直流电压的电压值设定为第二电压值。控制部mc求取施加到上部电极30的直流电压的第二电压值，作为上部电极30中的上述的第一电压值与上部电极30用的指定值之和。

下面，参照图5。图5是表示图1所示的等离子体处理装置的聚焦环中的负极性的直流电压的绝对值与该聚焦环中的电流的关系的图表。图5所示的图表是通过如下方式获取的：在等离子体处理装置1的内部空间10s中生成等离子体的期间，一边增加由直流电源70a施加到聚焦环fr的负极性的直流电压的绝对值一边测量聚焦环fr中的电流。在图5所示的图表中，横轴表示由直流电源70a施加到聚焦环fr的负极性的直流电压的绝对值，纵轴表示聚焦环fr中的电流。

如图5所示，即使将具有比某基准值(图5中为600[v])小的绝对值的负极性的直流电压由直流电源70a施加到聚焦环fr，电流也不流过聚焦环fr。因此，即使将具有比某基准值小的绝对值的负极性的直流电压由直流电源70a施加到聚焦环fr，也无法调节等离子体的状态。另一方面，如上所述，第二电压值是第一电压值与指定值之和。第一电压值是在直流电压的绝对值的增加期间电流开始流过电极e的时刻该电极e中的电压值。因此，在将第二电压值施加到电极e时，与指定值对应的电流可靠地流过该电极e。其结果，能够可靠地调节内部空间10s中的等离子体的状态。

以上，对各种实施方式进行了说明，但是不限于上述的实施方式，能够构成各种变形方式。例如，等离子体处理装置1无需具有直流电源70a和直流电源70b这两者，而具有直流电源70a和直流电源70b的至少一者即可。

另外，关于方法mt，其能够将负极性的直流电压由直流电源施加到构成腔室的一部分或者设置于内部空间中的电极即可，能够使用任意等离子体处理装置执行。作为这样的等离子体处理装置，例示了电感耦合式的等离子体处理装置、在等离子体的生成中使用微波之类的表面波的等离子体处理装置等。