等離子體處理裝置及等離子體處理裝置的運轉方法
2023-04-30 23:34:06 1
專利名稱：等離子體處理裝置及等離子體處理裝置的運轉方法
技術領域：
本發明涉及利用高頻電力將處理氣體等離子體化，由該等離子體對被處理體實施
蝕刻等處理的等離子體處理裝置，尤其涉及變更該等離子體處理裝置的裝置狀態的技術。
背景技術：
在半導體設備、液晶顯示裝置等的平板面板顯示器(FPD :Flat PanelDisplay)的
製造工序中，人們利用對半導體晶片、玻璃基板這樣的被處理體實施蝕刻處理的等離子體
蝕刻裝置、實施成膜處理的等離子體CVD裝置等的等離子體處理裝置等。 例如，已知在向平行平板型電極施加高頻電力，利用形成於該電極間的電容耦合
型等離子體來進行被處理體的蝕刻的蝕刻裝置中，在上下相對設置的電極的一方，例如兼
作被處理體的載置臺的下部側的電極(下部電極)上連接等離子體形成用(以下稱為能源
用)的高頻電源來作為陰極電極，並且在該下部電極上連接偏置用的高頻電源。偏置用高
頻電源發揮如下作用，即，供給用於將等離子體中的離子引入到被處理體側來確保蝕刻的
各向異性，或者防止異常放電發生的功率。 在這樣的蝕刻處理裝置的起動時，開始從上述各高頻電源向下部電極供給高頻電 力，由此在平行平板型電極間形成等離子體，但是當此時在短時間內施加大功率時，例如不 能取得基於在高頻電源和下部電極之間設置的匹配電路的匹配，發生從下部電極側向各高 頻電源的反射波。已知如下技術該反射波成為形成穩定的等離子體時的障礙並且成為 蝕刻裝置的起動需要花費長時間的重要原因，因此例如將來自能源側、偏置側的高頻電源 的功率供給分割為多個等級，通過緩慢地施加電力來抑制起動時發生的反射波而使其變小 (例如參照專利文獻1)。 圖10是示意地表示從能源側、偏置側的各高頻電源向下部電極施加電力的現有 時序的一例的圖，在本例中為了抑制反射波的影響而將來自能源側、偏置側各個高頻電源 的功率供給分為例如2等級地進行。圖10(a)、圖10(c)表示在各高頻電源中接收從上位計 算機(控制部)發送的起動信號(ON/OFF信號)的定時，該上位計算機總括了蝕刻處理裝 置整體的動作控制。另外，圖10(b)、圖10(d)表示各功率值的經時變化，其中各功率為，從 各高頻電源供給到下部電極的高頻電力(各圖中用實線表示)，以及從下部電極側向各高 頻電源傳播的反射波的功率(同樣地，用虛線表示)。圖10(a) 圖10(b)各圖的橫軸表示 時間。 根據現有技術的功率供給時序，當各高頻電源在時刻Tl從控制部接收起動信號 時，能源側的高頻電源沒有開始向下部電極施加電力而待機，另一方面，偏置側高頻電源緩 慢地提高施加電力直到變為低於處理時的功率值的預先設定的功率值(以下稱為第一等 級的功率)。此時，在偏置側的高頻電源中，雖然在電極側發生的反射波傳播過來，但通過階 段性地進行施加高頻電力，反射波所持有的功率也比較小，因此反射波由於匹配電路的作 用在短的情況下在例如1秒 2秒左右內衰減。 然後，在來自偏置側高頻電源的施加電力到達第一等級的功率，自上述的時刻T1經過預先規定的時間而在預想為偏置側的反射波已充分地減衰的時刻T2，這次開始從能源 側的高頻電源施加第一等級的功率。此時，包括已經開始功率供給的偏置側，反射波向能源 側、偏置側兩側的高頻電源傳播過來，但這些反射波也由於匹配電路的作用而不久就減衰。
這樣，預先設定直到反射波充分地衰減的匹配結束為止的時間間隔，例如在從高 頻電力的施加開始時刻Tl經過各個設定時間的時刻T2 T4，例如在偏置側施加第一等級 的功率(時刻T1)—在能源側施加第一等級的功率(時刻T2)—在偏置側施加處理時的功 率(時刻T3)—在能源側施加處理時的功率(時刻T4)，通過交替地階段性地使偏置側和能 源側的高頻電力增大，抑制反射波的影響，並且採用了在儘量短時間內起動蝕刻處理裝置 的功率供給時序。 但是，在將FPD用的玻璃基板作為被處理體的蝕刻處理等中，由於近年的玻璃基 板的大型化，產生出處理例如長邊為2m的被處理體的需要，兼作被處理體的載置臺的下部 電極也逐步非常大型化。 當下部電極大型化時形成等離子體的空間也變大，因此伴隨等離子體形成等需要 的功率的增大，反射波所持有的功率也變大，產生出在極端的情況時到蝕刻結束為止需要 IO秒以上的時間的情況。因而，如上所述，例如在每幾秒提高施加電力的功率供給時序中， 例如如圖10(b)、圖10(d)的時刻T4所示，在前面的步驟中發生的反射波衰減前，就開始下 一步驟的功率供給，反射波在蝕刻裝置的電路內疊加地傳播而基本不衰減，產生出不能形 成穩定的等離子體這樣的問題。 為了避免這樣的問題，也可以考慮將時刻T2 T4的間隔設定為比至今為止長而
充分地確保匹配的時間。但是匹配需要的時間不是一定的，也存在即使在下部電極已大型
化的情況下例如在1秒 2秒左右內匹配也結束的情況，當將提高供給功率的步驟的間隔
一律延長時，儘管匹配已結束，不向下一步驟前進的等待時間(圖10(d)中表示為Atl、
A t2)增加而蝕刻處理裝置的起動時間不必要地長時間化的可能性大。 於是，例如在專利文獻2、專利文獻3中記載有如下技術用功率計等監視反射波
的功率，在確認其值變為小於預先設定的閾值之後，施加下一等級的功率。 這樣在專利文獻1 專利文獻3中個別地記載有，階段性地施加高頻電力的技術、
對通過施加高頻電而發生的反射波進行監視的同時施加下一步驟的高頻電力的技術。但是
對於如例如圖10所示在階段性地施加能源側、偏置側的高頻電力的情況中的最佳的功率
供給時序、適於該時序的裝置結構，沒有進行任何披露。[專利文獻l]日本再表W099/11103號公報第11頁第4行 第16行，第二圖
[專利文獻2]日本特開2007-214589號公報第0059段落 第0061段落，第15 圖、第16圖[專利文獻3]日本特開2007-12555號公報第0028段落 第0029段落，第二圖
發明內容
本發明是鑑於這樣的情況而研發出來的，其目的在於，提供能夠穩定且在短時間
內變更裝置的狀態的等離子體處理裝置及等離子體處理裝置的運轉方法。 本發明所涉及的等離子體處理裝置，具有輸出幹預處理容器內的等離子體的高頻
的多個高頻電源，由等離子體對上述處理容器內的被處理體進行處理，為了並且變更裝置
5的狀態而使這些多個高頻電源的輸出功率階段性地變化，其特徵在於，包括 高頻電源單元，其設置於每個高頻電源，具有高頻電源、控制該高頻電源的輸出
的功率控制部、對在該高頻電源反射的反射波的功率值進行測量的反射波測量機構； 判斷各高頻電源的反射波的測量功率值是否為閾值以下的機構；禾口 對於使輸出功率變化的一個高頻電源，在另一個高頻電源的反射波的測量功率值
變為閾值以下後，經過預先設定的時間時向上述功率控制部供給用於使該一個高頻電源的
輸出功率變化的定時信號的機構。 這裡，優選上述裝置的狀態的變更是等離子體的啟動，另外，使上述輸出功率變化 是將輸出功率增大一個等級。 另外，上述定時信號，在兩個條件，S卩，另一個高頻電源的反射波的測量功率值變 為閾值以下的條件和上述一個高頻電源的反射波的測量功率值為閾值以下的條件成立後， 經過了預先設定的時間時被生成。 進一步，優選該等離子體處理裝置設置有信號傳送路，其連接在各高頻電源單元 之間，用於在各高頻電源單元彼此之間直接進行由反射波的測量功率值或者其測量功率值 為閾值以下的判斷信號構成的反射波信息的傳送；向上述功率控制部供給上述定時信號的 機構包括，設置於各高頻電源單元，根據從上述信號傳送路傳來的另一個高頻電源的反射 波信息而生成上述定時信號的機構。進一步，優選向上述功率控制部供給上述定時信號的 機構包括，判斷自己的高頻電源的反射波的測量功率值是否變為閾值以下的機構；和，根據 該機構的判斷結果和從上述信號傳送路傳來的另一個高頻電源的反射波信息而生成上述 定時信號的機構。 並且，優選判斷高頻電源的反射波的測量功率值是否在閾值以下的機構，和生成 上述定時信號的機構基於邏輯電路構成。 另外，另一個發明所涉及的等離子體處理裝置的運轉方法，其具有輸出幹預處理 容器內的等離子體的高頻的多個高頻電源，由等離子體對上述處理容器內的被處理體進行 處理，為了變更裝置的狀態而使這些多個高頻電源的輸出功率階段性地變化，其特徵在於， 包括 對各高頻電源的反射波的功率值進行測量的工序； 判斷使輸出功率變化的一個高頻電源以外的另一個高頻電源的反射波的測量功 率值是否為閾值以下的工序； 在判斷為上述另一個高頻電源的反射波的測量功率值變為閾值以下後，經過預先 設定的時間時使該一個高頻電源的輸出功率變化的工序。 在此，優選上述裝置的狀態的變更是等離子體的啟動，另外，使上述輸出功率變化 是將輸出功率增大一個等級。 另外，此時，優選等離子體處理裝置的運轉方法包括判斷上述一個高頻電源的反 射波的測量功率值是否在閾值以下的工序， 使上述一個高頻電源的輸出功率變化的工序，在兩個條件，S卩，上述另一個高頻電 源的反射波的測量功率值變為閾值以下的條件和上述一個高頻電源的反射波的測量功率 值為閾值以下的條件成立後，經過了預先設定的時間時被實施。 根據本發明，在裝置的狀態的變更時，使多個高頻電源的輸出功率階段性地變化的等離子體處理裝置，對於使輸出功率變化的一個高頻電源，在另一個高頻電源的反射波 的測量功率值變為閾值以下之後，在經過預先規定的時間時使該高頻電源的輸出功率變 化，因此，例如與等待經過預先設定的時間而施加下一步驟的高頻電力的方法比較，能夠防 止發生在反射波未充分衰減期間實行下一步驟並且反射波在蝕刻裝置的電路內疊加地傳 播而不能變更裝置的狀態這樣的情況，從而穩定地變更等離子體處理裝置的狀態；另一方 面，在反射波快速衰減的情況下，能夠不產生浪費的等待時間而迅速地實行下一步驟來實 現迅速的裝置的狀態的變更。 另外，對於上述一個高頻電源，判斷另一個高頻電源的反射波的測量功率值變為 閾值以下的方法，根據從設置於高頻電源單元間的信號傳送路直接發送的另一個高頻電源 的反射波信息來實行，由此能夠抑制對高頻電源的輸出功率進行變更的定時的延遲，此情 況由邏輯電路進行各判斷，由此在反射波的功率變得小於閾值後，能夠更加迅速地開始輸 出功率的控制動作。
圖1是表示本實施方式涉及的等離子體處理裝置的整體結構的縱截側面圖。
圖2是表示設置於上述等離子體處理裝置的高頻電源單元的結構例的框圖。
圖3是表示能源側的高頻電源單元的內部結構的說明圖。
圖4是表示偏置側的高頻電源單元的內部結構的說明圖。 圖5是表示在上述等離子體處理裝置起動時的高頻電力的供給動作的第一流程 圖。 圖6是表示上述高頻電力的供給動作的第二流程圖。 圖7是表示通過上述供給動作，向等離子體處理裝置階段性地供給高頻電力的情 況的說明圖。 圖8是表示在調整等離子體狀態之際，向等離子體處理裝置階段性地供給高頻電 力的情況的說明圖。 圖9是表示調整等離子體狀態之際，向等離子體處理裝置階段性地供給高頻電力 的情況的另一幅說明圖。 圖IO是表示在現有技術的等離子體處理裝置中，階段性地供給高頻電力的情況
的說明圖符號說明SFPD基板(基板)
1蝕刻處理裝置
10處理容器
16匹配箱100控制部101控制板161、162匹配電路2能源用高頻電源單元21高頻電源
22定時信號生成部23通信板211功率控制部212高頻電源本體213方向性耦合器214反射波功率計215行波功率計(進行波電力計)221、224比較器222脈衝輸出電路223單穩多諧振蕩器(OMV)225"非"電路3偏置用高頻電源單元31高頻電源32定時信號生成部33通信板311功率控制部312高頻電源本體313方向性耦合器314反射波功率計315行波功率計321、324比較器322脈衝輸出電路323、326OMV325"非"電路327OR電路41 下部電極
51 上部電極
54 處理氣體供給部
具體實施例方式
下面，對適用於蝕刻處理裝置1的起動的實施方式進行說明，該蝕刻處理裝置1的 起動為對液晶顯示器用的基板S進行蝕刻的蝕刻處理裝置1的裝置狀態變更的一個例子。 圖1表示本實施方式涉及的蝕刻處理裝置1的整體結構。蝕刻處理裝置1具有例如由表 面被陽極氧化處理過的鋁構成的處理容器10。處理容器10形成為例如水平截面的一邊為 3. 5m，另一邊為3. Om左右的大小的方筒形狀，使得能夠對例如長邊為2m以上的大型的方形 基板S進行處理。 在該處理容器10內的底面側中央部設置有下部電極41，下部電極41兼具作為載 置基板S的載置臺的功能，該基板S被未圖示的搬送機構從外部搬送來。在下部電極41的 下部設置有絕緣體42，由於該絕緣體42，下部電極41變為電學上充分地從處理容器10浮置的狀態。圖中43是下部電極41的支承部。另外，在處理容器10的下部設置有開口部 44，在該開口部44的外側設置有構成接地箱的匹配箱16。 在匹配箱16內設置有各個一端側例如通過同軸電纜而與等離子體形成用(能源 用)的高頻電源單元2和偏置施加用的高頻電源單元3連接的匹配電路161、162，這些匹配 電路161、 162的另一端側與下部電極41連接。匹配電路161、 162與等離子體的阻抗相匹 配地進行在下部電極41與各高頻電源2、3間的阻抗調整(匹配)，發揮使在蝕刻處理裝置 1的電路內發生的反射波衰減的作用。 另外，在處理容器10的側壁連接有排氣路14，在該排氣路14上連接有真空泵15。 進一步，在處理容器10的側壁設置有用於在外部和處理容器10之間將基板S搬出搬入的 搬出口 ll和用於開閉該搬送口 11的閘閥12。 在下部電極41的上方，以與該下部電極41相對的方式設置有上部電極51，該上部 電極51兼有作為向處理容器10內的處理空間13供給蝕刻處理用的處理氣體的氣體噴淋 頭的功能。上部電極51隔著沿著處理容器10棚頂部的開口部56的邊緣部設置的絕緣體 52而固定在該處理容器10的棚頂面上，通過導電路57和導電性蓋58與處理容器10電連 接。另外，處理容器10被接地。 在上部電極51內，形成有具有朝向下部電極41上的基板S的載置面開口的氣孔 55的氣體供給路59，該氣體供給路59藉助氣體供給路53與處理氣體供給部54連接，能夠 向處理空間13內供給來自該處理供給部54的處理氣體。 具有以上說明的機構的蝕刻處理裝置1的各高頻電源單元2、3，為了防止由於起 動時的反射波的影響而在等離子體的形成中產生障礙的情況，具有如下功能對從設置於 高頻電源單元2、3內的高頻電源21、31的輸出側(負荷側)反射回到該高頻電源21、31的 反射波的發生狀況進行監視，並且使高頻電力的輸出階段性地增大。以下，參照圖2 圖4 對其詳細內容進行說明。 圖2是表示能源用高頻電源單元2和偏置用高頻電源單元3的結構的框圖。能源 用高頻電源單元2具有輸出例如13. 56MHz、10kW的高頻的高頻電源21 ;對向處理容器10 側(下部電極41)的高頻電力的供給進行控制的功率控制部211 ;對在高頻電源21的負荷 側發生的反射波進行監視的同時向功率控制部211供給用於啟動時的階梯性輸出增大的 定時信號的定時信號生成部22 ;和通信板23。另一方面，偏置用高頻電源單元3包括輸出 例如3. 2MHz、5kW的高頻的高頻電源31 ;對向處理容器10側(下部電極41)的高頻電力的 供給進行控制的功率控制部311 ;對在高頻電源31的負荷側發生的反射波進行監視的同時 向功率控制部311供給用於啟動時的階梯性輸出增大的定時信號的定時信號生成部32 ;和 通信板33。 通信板23、33的第一埠 231、331，分別與後述的控制部100的控制板101連接， 能夠接收來自控制部100的起動信號(0N/0FF信號)，或者從各高頻電源21、31向控制部 100發送對處理容器10供給的功率(以下，稱為行波)的功率值和反射波的功率值的測量 結果。 進而，能源用高頻電源單元2的第二埠 232通過信號傳送路與偏置用高頻電源 單元3的第二埠 332連接，能夠向偏置用電源單元3的定時信號生成部32發送在能源用 高頻電源單元2的高頻電源21內被測量的反射波的功率值。另一方面，偏置用高頻電源單元3的第三埠 333通過信號傳送路與能源用高頻電源單元2的第三埠 233連接，能夠 向能源用電源單元2的定時信號生成部22輸送在偏置用高頻電源單元3的高頻電源31內 被測量的反射波的功率值。這樣，各電源單元2、3能夠互相監視在對方側的電源單元3、2 中被測量的反射波。 另外，在各高頻電源單元2、3內，能源用高頻電源單元2側的高頻電源21和定時 信號生成部22互相連接，偏置用高頻電源3側的高頻電源31和定時信號生成部32互相連 接，能夠通過各個定時信號生成部22、32監視向自己的電源單元2、3傳播過來的反射波。 各定時信號生成部22、32根據向自己和對方側的雙方的電源單元2、3傳播過來的反射波的 監視結果而生成後述的定時信號並向各功率控制部211、311輸出，另一方面，功率控制部 211 、 311根據該定時信號而向高頻電源21 、 31輸出控制信號，能夠使該高頻電源21 、 31的輸 出階段性地增大。 圖3和圖4是表示各高頻電源單元2、3內的內部結構的結構圖。首先對圖3的能 源用高頻電源單元2進行說明，定時信號生成部22生成用於根據自己的高頻電力的反射波 和偏置側功率的反射波而將高頻電力的輸出階段性地增大的定時信號。224是比較器，在自 己的反射波功率計214中被測量的反射波的功率值超過預先設定的閾值(第一閾值，例如 在本例中是後述的反射波功率計214的檢測下限)時輸出邏輯"l"。 225是"非"電路，向 後級的單穩多諧振蕩器(以下，稱為0MV)223供給使比較器224的輸出反轉的信號A2。
另外，221是比較器，在偏置用高頻電源單元3側被測量並被發送的反射波的功率 值超過預先設定的閾值(第二閾值，例如在本例中是後述的反射波功率計314的檢測下限) 時輸出邏輯"l"。 222是脈衝輸出電路，在比較器221的輸出從"1"下降到"0"時輸出預先 設定的長度的脈衝信號Al。該脈衝輸出電路222構成為例如將微分電路和0MV組合。
223是OMV，其用於在兩輸入端的邏輯均變為"1"時，即脈衝輸出電路222的輸出 信號Al和"非"電路225的輸出信號A2變為"l"時，向功率控制部211供給作為定時信號 的脈衝信號A3。於是，定時信號生成部22，在自己的高頻電力的反射波的功率值為第一閾 值以下並且偏置側的高頻電力的功率值在增大之後又變得小於第二閾值時，向功率控制部 211輸出定時信號。 功率控制部211發揮如下作用根據來自控制部100的起動信號(0N/0FF信號)和 來自定時信號生成部22側的定時信號來控制高頻電源21的輸出。高頻電源21包括高頻 電源本體212，其輸出用於向下部電極41與上部電極51之間供給的、使處理氣體等離子體 化(活性化)的高頻電力；方向性耦合器213，其向各個反射波功率計214、行波功率計215 取出從高頻電源本體212向處理容器10側(下部電極41)供給的行波和從處理容器10側 向能源用高頻電源單元2傳播過來的反射波。 功率控制部211 ，在來自控制部100側的0N/0FF信號變為0N並且從由定時信號生 成部22接收到作為定時信號的脈衝信號A3的時點經過預先設定的待機時間A t。的時刻， 對高頻電源21進行控制使得高頻電力的輸出增大到預先設定的功率值。功率控制部211 例如具有將接收到來自0MV223的脈衝信號A3的次數遞增而存儲的功能，根據脈衝信號A3 的接受次數來決定高頻電源本體212的輸出。另外，高頻電源本體212的輸出增大的速度 被預先設定。 通過這些功能，例如本例的能源用高頻電源單元2的高頻電源21，能夠分為兩等級的步驟地使高頻電力增大，從第一次接收到脈衝信號A3的時點經過上述的待機時 間後，例如1秒至2秒直到0kW — 5kW(第一等級的功率)使從能源側施加的高頻電力 的輸出增大，從第二次接收到脈衝信號A3的時點經過待機時間後，在同樣的時間內直到 5kW — 10kW(處理時)使輸出增大。 反射波功率計214、行波功率計215發揮對在各個方向性耦合器213被取出的行波 和反射波的功率值進行測量的作用，在反射波功率計214中被測量的反射波的功率值(相 當於反射波信息)被實時地向自己的定時信號生成部22、偏置用高頻電源單元3側的定時 信號生成部32、和控制部100這3處地方輸出。另一方面，在行波功率計215中被測量的行 波的功率值被向控制部100實時地輸出。 在此，在對實施方式涉及的蝕刻處理裝置1的整體作用進行說明前，使用圖 7(a) 圖7(d)對定時信號生成部22的動作和功率控制部211的動作進行簡單地敘述，其 中，圖7(a) 圖7(d)示意地表示從能源側、偏置側的各高頻電源單元2、3向下部電極41 施加高頻電力的時序的一個例子。各圖的指示內容與在背景技術中說明的圖10(a) 圖 10(d)相同。 現在，設在各高頻電源單元2、3中被測量的行波、反射波的功率值在圖7所示的時 刻1V的近前，偏置側的反射波的功率值為大於上述第二閾值的值。此時，如圖7(b)所示， 沒有對能源側施加高頻電力，因此在能源用高頻電源單元2側的高頻電源21中被測量的行 波、反射波均功率值為0。因而，由於比較器224的輸出為"0"，所以0MV223的另一側的輸 入信號A2為"1"。此時，輸入到比較器221的反射波的功率值如上所述地超過第二閾值，因 此從脈衝輸出電路222不輸出脈衝，於是0MV223 —側的輸入信號Al為"0"。
然後，若如圖7(d)所示那樣在偏置用高頻電源單元3側發生的反射波衰減，向定 時信號生成部22的比較器221輸入的功率值低於第二閾值，則比較器221的輸出從"l" 變化為"0"，在脈衝輸出電路222內的微分電路中檢測到該變化，從脈衝輸出電路222向 0MV223輸出脈衝信號。 因此，0MV223的一方的輸入信號Al變為"1"， 0MV223的輸入條件(並且條件)成 立，從0MV223輸出作為第一次的定時信號的脈衝信號A3。其結果，功率控制部211從經過 預先設定的待機時間t。後的時刻T2'，進行使高頻電源21的輸出OkW — 5kW(第一等級的 功率)地增大的動作。 接著，對在圖7所示的時刻T/的近前的定時中，檢測在能源側、偏置側的各個中 發生的反射波低於第一、第二閾值的定時而使高頻電源21的輸出增大的動作進行說明。在 此情況下，因為已經從高頻電源21向能源側施加比處理時的功率小的第一等級的功率，所 以由於在時刻1V增大偏置側的高頻電源31的輸出，反射波在能源側也發生，該反射波的 功率值在反射波功率計214中被測量並被向比較器224輸入。 該反射波的功率值超過第一閾值期間，0MV223的另一方的輸入信號A2變為"0"的 狀態，當該功率值低於第一閾值時上述輸入信號A2為"1"。另一方面，在偏置側的反射波 的功率值低於第二閾值的定時如上所述0MV223的輸入條件成立，從0MV223向功率控制部 211輸出作為第二次的定時信號的脈衝信號A3。 其結果，功率控制部211在經過待機時間At。後，從時刻T/進行使高頻電源21 的輸出5kW — 10kW(處理時的功率)地增大的動作。
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但是，觀察例如圖7(b)和圖7(d)的時刻T3'後發生的反射波的功率值的經時變 化可知，一般地在使輸出增大的高頻電源側(在本例中偏置側的高頻電源31)發生的反射 波直到衰減為止需要較長時間，在不使輸出增大的對方側(在本例中為能源側的高頻電源 21)發生的反射波在比較短的時間內衰減。在此情況下，在如圖3所示的定時信號生成部 22中，首先，能源側的反射波的功率值低於第一閾值而來自"非"電路225的輸出信號變為 "1"，接著，偏置側的反射波的功率值低於第二閾值而從脈衝輸入電路222輸出脈衝信號， 其結果，0MV223的兩輸入信號A1、A2變為"1"，向功率控制部211輸出脈衝信號A3。
這樣，在以信號A2 —脈衝信號Al的順序向0MV223輸入信號的情況下，即使各反 射波衰減的定時互相相差較大，0MV223也能夠把握從後衰減的偏置側的反射波低於閾值的 定時而使功率控制部211運行。 對此，考慮發生如下事態的情況，S卩，與圖7(b)和圖7(d)所示的例子相反，相比在 使輸出增大的高頻電源側(在本例中為偏置側的高頻電源31)發生的反射波的衰減，在沒 有使輸出增大的相對側(在本例中為能源側的高頻電源21)發生的反射波的衰減的定時 晚。在此情況下，當將從脈衝輸出電路222輸出的脈衝信號A1的時間寬度設置得較短時， 在例如對偏置側的反射波的衰減進行檢測而從脈衝輸出電路222輸出脈衝信號Al，並且該 脈衝信號的電平下降(脈衝信號消失)後，對能源側的反射波的衰減進行檢測而當"非"電 路225側的信號A2變為"1"時，0MV223的輸入條件變得不成立。 於是，實施方式所涉及的脈衝輸出電路222構成為，輸出具有如上所述的規定的 時間寬度例如幾秒左右的時間寬度的脈衝信號Al，即使在例如在沒有使輸出增大的高頻電 源(例如在時刻T3'之後的定時中能源側的高頻電源21)中發生的反射波比在使輸出增大 的高頻電源(在本例中為偏置側的高頻電源31)中發生的反射波後衰減的情況下，一定時 間持續一方的輸入信號Al為"l"的狀態，由此能夠把握後衰減的能源側的反射波低於閾值 的定時而使功率控制部211運行。 此外，在兩個反射波的衰減的定時大為不同，在比從脈衝輸出電路222輸出的脈 衝信號A1所持有的時間寬度晚的定時，"非"電路225的輸出變為"l"這樣的情況下，優選 例如在上位側的控制部100中檢測即使經過預先設定的時間也不增大向下部電極41施加 的功率，將此向操作員通報，或者再次重做來自能源用高頻電源單元2、偏置用高頻電源單 元3的施加動作。 另外，雖然從脈衝輸出電路222輸出的信號A1也可以構成為，檢測到偏置側的反 射波的功率值已低於第二閾值的情況而輸出變為"l"的步驟信號，但在此情況下，需要例如 在提高各高頻電源21、31的輸出的定時(時刻T/ 時刻T/的各時刻)重置來自脈衝輸 出電路222的輸出的動作。 以上，對電路的結構和其動作進行了說明，其中，該電路用於在能源用高頻電源單 元2側對在各高頻電源21、31中發生的反射波進行監視，在其功率值低於預先設置的閾值 (第一閾值、第二閾值)的時點，使從該能源用高頻電源單元2側的高頻電源21施加的高 頻電力的輸出增大，圖4所示的偏置用高頻電源單元3側的定時信號生成部32和高頻電源 31的結構及動作，與上述的能源用高頻電源單元2側的定時信號生成部32幾乎相同。
S卩，在比較器324中檢測出在自己的反射波功率計314中被測量的反射波是否超 過預先設定的閾值(第三閾值)，在"非"電路325中被反轉而向0MV323供給信號B2。另
12外，當在能源用高頻電源單元2側被測量並被發送的反射波的功率值衰減至預先設定的閾 值(第四閾值)以下的值時，從脈衝輸出電路322向0MV323輸出預先設定的長度的脈衝信 號Bl。 0MV323在兩輸入端的邏輯都為"l"時，向功率控制部311供給作為定時信號的脈衝 信號B3。於是，定時信號生成部32在自己的高頻電力的反射波的功率值為第三閾值以下並 且能源側的高頻電力的反射波增大之後，在變為小於第四閾值時向功率控制部311輸出定 時信號。 另外，功率控制部311也與上述同樣，在來自控制部100側的ON/OFF信號為0N，並 且，從接收到作為來自定時信號生成部32的定時信號的脈衝信號B3的時點經過預先設定 的待機時間At。的時刻，使高頻電源31的輸出增大到預先設定的功率值。如上所述，功率 控制部311具有將接收到來自0MV323的脈衝信號B3的次數增加而存儲的功能，該功率控 制部311構成為根據脈衝信號B3的接收次數使高頻電源31的輸出例如0kW — 2. 5kW(第 一等級的功率)、2. 5kW — 5kW(處理時的功率)這樣地增大。 這裡，由於在偏置用高頻電源單元3的起動剛開始後，高頻電源31、21均沒有輸出 高頻電力，所以反射波沒有發生，因此0MV323不能生成定時信號。於是，在0MV323和功率 控制部311之間，通過0R電路327連接有0MV326，該0MV326構成為，在來自控制部100的 起動信號變為ON的定時，將該信號變換為脈衝信號B4，將該脈衝信號B4作為第一次的定時 信號向功率控制部311輸出，開始高頻電源31的輸出增大。在這一點上，偏置側高頻電源 單元3與能源用高頻電源單元2結構相異，其中該能源用高頻電源單元2已經被施加高頻 電力並在能夠從0MV223輸出定時信號(脈衝信號A3)的狀態下起動。
此外，與上述能源用高頻電源單元2側的高頻電源21相同，高頻電源31具備高頻 電源本體312、方向性耦合器313、和反射波功率計314以及行波功率計315。
另外，在以上說明的例子中，向功率控制部211(311)輸出定時信號A3(B3)，接著 在功率控制部211(311)中進行用於在經過預先設定的時間後使功率增大的控制動作，例 如在0MV223(323)的後級設置使脈衝信號的輸出僅延遲上述規定的時間的延遲電路，也可 以將從該延遲電路輸出的脈衝信號作為定時信號A3(B3)。在此情況下，在向功率控制部 211(311)輸入定時信號A3(B3)後，立即進行用於功率增大的控制動作。
接著，回到蝕刻處理裝置1的整體結構的說明中，上述的控制部100被作為例如 具備未圖示的CPU和存儲器的計算機構成，在存儲器中存儲有記載了關於以下內容的步驟 (命令)組的程序，這些內容包括向各高頻電源單元2、3輸出起動信號(0N/0FF信號)，或 者監視來自這些高頻單元2、3的行波、反射波的功率值，以及該蝕刻處理裝置1的整體的動 作的總括控制，即，從向處理容器10內搬入基板S，對在下部基板41上載置的基板S實施蝕 刻處理到搬出為止的動作的控制等。該程序被存儲在例如硬碟、光碟、磁光碟、存儲卡等存 儲介質中，從那裡被安裝到計算機中。 接著，參照圖5、圖6的流程圖和圖7(a) 圖7(d)對該蝕刻處理裝置1的作用進 行說明。首先，操作員從未圖示的輸入畫面輸入氣體種類、處理容器10內的壓力、從各高頻 電力單元2、3供給的處理時的功率等的處理條件。然後，打開閘閥12，例如將在表面上形成 抗蝕劑圖案，在其下層形成有金屬膜的基板S通過未圖示的外部的搬送臂搬入到處理容器 10內，通過該搬送臂和未圖示的升降銷的協動作用，在下部電極41上載置該基板S。接著， 關閉閘閥12，從兼作氣體噴淋頭的上部電極51向處理容器10內提供處理氣體的同時將處
13理容器10內抽真空，使處理空間13內變為設定的壓力。 然後，如圖5的流程圖所示，在控制部100、偏置用高頻電源單元3和能源用高頻單 元2中開始供給功率的動作。首先，控制部100如圖7(a)、圖7(c)所示，在時刻T/發送 使能源用高頻電源單元2和偏置用高頻電源單元3為ON的起動信號(步驟S101)，結束功 率供給的動作(結束)。以下，向下部電極41施加能源功率和偏置功率的動作，在能源用高 頻電源單元2和偏置用高頻電源單元3中獨立於控制部100的控制而被實行。
在各高頻電源單元2、3中，當接收"ON"的狀態的起動信號(步驟S201、S301)時， 由於該ON信號和如圖4所示的0MV326的作用，功率控制部311運行，首先，立即開始從偏 置側的高頻電源31向下部電極41施加比處理時的功率低的第一等級的功率的動作(步驟 S302)。通過向負荷側施加高頻電力，在該高頻電源31中發生反射波，如圖7(d)所示，反射 波的功率與施加的功率的增大相一致地增大。然後，從高頻電源31施加的功率，在變為第 一等級的功率的設定值的等級中變為一定，另一方面，反射波的功率由於基於匹配電路162 的蝕刻而緩慢地下降。 在此期間，實時地向能源用高頻電源單元2發送在偏置用高頻電源單元3側被 測量的反射波的功率值(步驟S303)，在能源用高頻電源單元2中，接收該功率值(步驟 S202)，直到該功率值變為第二閾值以下為止對偏置用高頻電源單元3側的反射波進行監 視(步驟S203 ;N0)。 然後，在通過上述的脈衝輸出電路222的作用而檢測到該反射波的功率值在增大 之後變得比第二閾值小的情況(步驟S203 ;YES)時，生成定時信號，在經過待機時間At。後 的時刻1V ，功率控制部211運行，通過能源側的高頻電源21向下部電極41施加比處理時 的功率低的第一等級的功率(步驟S204)。 其結果，如圖7(b)、圖7(d)所示地，從負荷側向能源側、偏置側兩方的高頻電 源21、31傳播反射波。此時，在偏置側中，測量向自己側傳播過來的反射波的功率值(步 驟S304)，另外，在能源側中，向偏置側輸出在該能源側被測量的反射波的功率值(步驟 S205)。 在偏置側，直到自己的反射波的功率值的測量結果(圖6、步驟S304)，和來自能源 側的接收到的反射波的功率值(步驟S305)分別變為第三閾值、第四閾值以下的值為止，監 視這些值(步驟S306 ;N0)。然後，當偏置側的反射波的功率值變為第三閾值以下，由能源 側接收到的反射波的功率值在增大之後變為第四閾值以下(步驟S306 ;YES)時，生成定時 信號，在經過待機時間At。後的時刻lV ，功率控制部311運行，從偏置側的高頻電源31向 下部電極41施加處理時的功率(步驟S307)。 以下，在該功率施加動作中，實時地測量在能源側、偏置側兩側發生的反射波的功 率值(步驟S206)，接收發送(步驟S308、 S207)並監視(步驟S208 ;N0)，當各個功率值變 為第一、第二閾值以下(步驟S208 ;YES)時，生成定時信號，在經過待機時間At。後的時刻 T4'，這次從能源側的高頻電源21向下部電極41施加處理時的功率(步驟S209)，完成關 於功率供給的起動動作(結束)。其結果為，在處理容器13內形成穩定的等離子體而開始 基板S的蝕刻處理。 根據本實施方式具有以下的效果。在等離子體的啟動時在將多個高頻電源21、31 的輸出功率依次階段性地增大的蝕刻處理裝置1中，對於輪到將輸出功率增大一個等級的一個高頻電源21、31，至少在另一個高頻電源31、21的反射波的功率值變為閾值以下後，在待機時間經過時將該一個高頻電源21、31的輸出功率增大一個等級，因此，與例如等待經過預先設定的時間而施加下一個步驟的高頻電力的方法進行比較，防止發生在反射波沒有充分衰減期間實施下一步驟，反射波在蝕刻裝置的電路內疊加地傳播而不能形成等離子體這樣的情況，能夠穩定地起動蝕刻處理裝置1，另一方面，在反射波快速衰減的情況下，不產生浪費的等待時間而迅速地實行下一個步驟，能夠實現迅速的起動。 並且，在本例中，在另一個高頻電源31、21的反射波變為閾值以下，和在作為該一個高頻電源21、31的自己側被測量的高頻電力的反射波變為閾值以下的兩個條件成立之後，使輸出功率增大一個等級，因此，即使在反射波衰減的定時替換的情況下，也能夠穩定地起動蝕刻裝置l。 另外，由於在各高頻電源單元2、3中設置有用於直接進行反射波的功率值的發送接收(傳送)的信號傳送路，在各高頻電源單元2、3中設置有定時信號生成部22、32，所以這些高頻電源單元2、3能夠不通過控制部100而直接控制高頻電源21、31來使其輸出增大。通常，在蝕刻處理裝置1起動時，控制部100將處理容器10內的壓力控制、蝕刻氣體的供給量控制等並行地實行，變為負荷高的狀態。因此，當在控制部100側進行反射波的功率值是否變為閾值以下的判斷、基於該判斷結果而使高頻電源21、31的輸出增大的控制時，存在在這些動作中產生延遲的可能。在這一點上，各高頻電源單元2、3在功率的供給動作上專門化，能夠實施這些判斷、控制，能夠減輕控制部100的負擔而實現迅速的起動動作。
這裡，在圖1所示的蝕刻處理裝置1中，表示了在下部電極41上連接能源側、偏置側兩側的高頻電力單元2、3，即所謂的下部二頻率型的蝕刻裝置1，但高頻電力單元2、3的連接方式並不限定於此，本發明也能夠適用於例如在上部電極51側連接能源用高頻電源單元2，在下部電極41上連接偏置用高頻電源單元3的所謂的上下二頻型的蝕刻處理裝置1。 另外，在蝕刻處理裝置l設置的高頻電源的數量並不限於兩個，也可以是3個以上。例如為了大電容地施加等離子體形成用的功率，也可以考慮，例如作為能源側，在下部電極41上連接2個高頻電源S1、 S2，進一步在下部電極41上連接偏置側的高頻電源B，構成下部二頻型的蝕刻處理裝置1的情況等。 在此情況下，使各高頻電源S1、S2、B的輸出增大的時序可以是，例如高頻電源B —高頻電源Sl —高頻電源S2 —高頻電源B —…這樣使3個高頻電源S1、S2、B的輸出依次循環地增大；也可以是高頻電源B —高頻電源Sl和S2 —高頻電源B —…這樣使偏置側、能源側的輸出交替地增大。在任一時序中，均能夠構成為，對於輪到將輸出功率增大一個等級的一個高頻電源，在另一個高頻電源的反射波的測量功率值變為閾值以下後，將該一個高頻電源的輸出功率增大一個等級。 另外，在圖3、圖4所示的各高頻電源單元2、3中，只有在自己的反射波的功率值和對方側的反射波的功率值雙方變為預先設定的閾值以下的情況下，才使各高頻電源21、31
的輸出功率增大，但也可以檢測到例如只有對方側的反射波變為閾值以下而使輸出增大。
這是由於，如下情況也很多。即，如使用例如圖7(b)和圖7(d)已經說明的那樣，
到使輸出增大的高頻電源側發生的反射波衰減為止需要較長時間，到不使輸出增大的另一側發生的反射波的一方在比較短的時間內衰減的情況是一般的情況，當使另一側的輸出增
15大時，只要事先監視在對方側，即，使輸出增大的高頻電源側發生的反射波的值就足夠。
進一步，判斷反射波的功率值是否變為預先設定的閾值以下的方法不限定於利用如圖3、圖4所示的硬體的方法使用邏輯電路來進行的情況，也可以是例如在各高頻電源單元2、3上設置CPU，在該CPU中進行軟體的判斷。另外，不限於在各高頻電源單元2、3中進行這些判斷的情況，當然也可以在進行蝕刻處理裝置1整體的動作控制的控制部100中取得反射波的功率值的測量結果，進行是否變為閾值以下的判斷來使各高頻電源21、31的輸出增大。 並且，該判斷如圖3、圖4的實施方式中所示，作為反射波信息向對方側發送反射波的功率值的測量結果，並不限於在接收到該測量結果的對方側進行是否變為閾值以下的判斷的方式，也可以在測量發射波的功率值的高頻電源21、31側判斷該功率值是否變為能夠增大對方側的輸出的閾值以下，作為反射波信息向對方側發送表示其功率值變為閾值以下的判斷信號。 此外，設置有多個高頻電源的等離子體處理裝置並不限定於圖1所示的平行平板型的裝置，本發明也能夠適用於例如感應耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma)型的蝕刻裝置的在例如螺旋狀線圈和下部電極上分別設置高頻電源的情況等。
另外，在上述實施方式中，對如下例子進行了說明，S卩，在等離子體啟動時對於一個高頻電源21、31，至少另一個高頻電源31、21的反射波的功率值變為閾值以下之後使該一個高頻電源21、31的輸出功率增大一個等級，但本發明能夠適用的情況並不限定於等離子體啟動時。本發明也能夠適用於例如在處理容器10內的等離子體形成區域、等離子體的電子溫度、電子密度的調整等變更蝕刻處理裝置1的狀態的目的，例如如圖8 (a)、圖8 (b)所示，將能源側、偏置側的各高頻電源單元2、3的施加電力從第一處理時的功率到第二處理時的功率為止夾持中間功率階段性地上升的情況。 另外，與圖8所示的例子相反，例如如圖9(a)、圖9(b)所示，在變更蝕刻處理裝置1的狀態的目的下，在將能源側、偏置側的各高頻電源單元2、3的施加電力從第一處理時的功率到第二處理時的功率為止階段性地下降的情況下，或者， 一方階段性地上升，另一方階段性地下降等的使多個高頻電源的輸出功率變化的情況下，本發明也能夠適用。並且，在該情況的運轉狀態的變更中，例如也包含停止蝕刻處理裝置1的情況，此時圖9所示的第二處理時的功率變為0。 另外，階梯性的輸出功率的變更(上升、下降)，並不限於依次地變更各高頻電源31、21的輸出的情況，在例如與一側連接而分為2等級以上地上升，然後，連接另一側而分為2等級以上地上升等情況下，只要在雙方的高頻電源31、21的反射波的功率值變為閾值以下之後，實施各等級的輸出變更即可。 進一步，本發明的處理裝置，能夠適用於蝕刻處理以外的例如灰化、CVD (ChemicalV即or D印osition)等，使用其它處理氣體對被處理體進行處理的處理。進一步，作為被處理體，不限於方形基板，除FPD基板、太陽電池用的基板之外，也可以是例如圓形的半導體
曰&坐
曰日/T寺。
權利要求
一種等離子體處理裝置，其具有輸出幹預處理容器內的等離子體的高頻的多個高頻電源，由等離子體對上述處理容器內的被處理體進行處理，為了變更裝置的狀態而使這些多個高頻電源的輸出功率階段性地變化，其特徵在於，包括高頻電源單元，其設置於每個高頻電源，具有高頻電源、控制該高頻電源的輸出的功率控制部、對在該高頻電源反射的反射波的功率值進行測量的反射波測量機構；判斷各高頻電源的反射波的測量功率值是否為閾值以下的機構；和對於使輸出功率變化的一個高頻電源，在另一個高頻電源的反射波的測量功率值變為閾值以下後，經過預先設定的時間時向上述功率控制部供給用於使該一個高頻電源的輸出功率變化的定時信號的機構。
2. 如權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特徵在於所述裝置的狀態的變更是等離子體的啟動，使所述輸出功率變化是將輸出功率增大一 個等級。
3. 如權利要求1或者2所述的等離子體處理裝置，其特徵在於所述定時信號，在另一個高頻電源的反射波的測量功率值變為閾值以下的條件和所述 一個高頻電源的反射波的測量功率值為閾值以下的條件這兩個條件成立後，經過了預先設 定的時間時被生成。
4. 如權利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特徵在於設置有信號傳送路，其連接在各高頻電源單元之間，用於在各高頻電源單元彼此之間 直接進行包括反射波的測量功率值或者其測量功率值為閾值以下的判斷信號的反射波信 息的傳送，向所述功率控制部供給所述定時信號的機構包括，設置於各高頻電源單元，根據從所 述信號傳送路傳來的另一個高頻電源的反射波信息生成所述定時信號的機構。
5. 如權利要求4所述的等離子體處理裝置，其特徵在於向所述功率控制部供給所述定時信號的機構包括，判斷自己的高頻電源的反射波的測 量功率值是否變為閾值以下的機構；和，根據該機構的判斷結果和從所述信號傳送路傳來 的另一個高頻電源的反射波信息生成所述定時信號的機構。
6. 如權利要求4所述的等離子體處理裝置，其特徵在於判斷高頻電源的反射波的測量功率值是否在閾值以下的機構，和生成所述定時信號的 機構由邏輯電路構成。
7. —種等離子體處理裝置的運轉方法，所述等離子體處理裝置具有輸出幹預處理容 器內的等離子體的高頻的多個高頻電源，由等離子體對所述處理容器內的被處理體進行處 理，為了變更裝置的狀態而使這些多個高頻電源的輸出功率階段性地變化，其特徵在於，包 括對各高頻電源的反射波的功率值進行測量的工序；判斷使輸出功率變化的一個高頻電源以外的另一個高頻電源的反射波的測量功率值 是否為閾值以下的工序；在判斷為所述另一個高頻電源的反射波的測量功率值變為閾值以下後，經過預先設定 的時間時使該一個高頻電源的輸出功率變化的工序。
8. 如權利要求7所述的等離子體處理裝置的運轉方法，其特徵在於所述裝置的狀態的變更是等離子體的啟動，使所述輸出功率變化是將輸出功率增大一 個等級。
9.如權利要求7或者8所述的等離子體處理裝置的運轉方法，其特徵在於 包括判斷所述一個高頻電源的反射波的測量功率值是否在閾值以下的工序， 使所述一個高頻電源的輸出功率變化的工序，在所述另一個高頻電源的反射波的測量功率值變為閾值以下的條件和所述一個高頻電源的反射波的測量功率值為閾值以下的條件這兩個條件成立後，經過了預先設定的時間時被實施。
全文摘要
本發明提供能夠穩定且在短時間內變更裝置狀態的等離子體處理裝置以及等離子體處理裝置的運轉方法。本發明的等離子體處理裝置，具有輸出幹預處理容器內的等離子體的高頻的多個高頻電源，將這些輸出功率依次階段性地增大，由得到的等離子體對被處理體進行處理，該等離子體處理裝置包括按每個高頻電源設置的高頻電源單元，其包括，高頻電源、控制其輸出的功率控制部、測量反射波的功率值的反射波測量機構；判斷各反射波的測量功率值是否在閾值以下的機構；和，對於輪到使輸出功率增大一個等級的一個高頻電源，在另一個高頻波電源的反射波的測量功率值變為閾值以下後，經過預先設定的時間時向上述功率控制部供給用於使該一個高頻電源的輸出功率增大一個等級的定時信號的機構。
文檔編號H01L21/00GK101754569SQ200910224360
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月2日 優先權日2008年12月2日
發明者東條利洋, 古屋敦城 申請人:東京毅力科創株式會社