CN101568997B - 表面处理设备 - Google Patents

Abstract

一种能在包括电极的线路上产生谐振的表面处理设备。所述表面处理设备包括：容纳晶片(4)并且能够被抽真空的真空腔(1)；和被布置成在真空腔(1)中以彼此面对的上电极(3)和下电极(5)。所述表面处理设备还包括：通过匹配电路(17)给上电极(3)供给RF电力的RF电源(16)；和通过匹配电路(19)给下电极(5)供给RF电力的RF电源(18)。所述表面处理设备还包括：连接在下电极(5)和地之间的谐振调整单元(谐振电路)(60)；和将处理气体供给到真空腔(1)中的处理气体供给机构(未示出)。所述表面处理设备包括电气长度调整单元(50，70)，作为用于调整电极(3)和(5)的相位位置的电极相位位置调整装置。

Description

表面处理设备 

技术领域

本发明涉及对半导体基板等执行表面处理的表面处理设备。 

背景技术

在半导体装置等的制造工艺中，传统上使用表面处理设备，所述表面处理设备使用诸如蚀刻、溅射、等离子体CVD或灰化(ashing)的等离子体工艺。这种类型的表面处理设备被配置成通过在真空腔(chamber)中产生等离子体而对要被处理的基板或晶片的表面执行预定工艺。 

特别地，使用RF等离子体的表面处理设备通过经由匹配电路向电极施加RF波而开始放电。在传统的设备中，匹配电路使阻抗匹配，以使对来自电源的入射电力的反射波最小化。然而，此阻抗匹配是从RF电源来看的，而不是从作为负载的等离子体来看的。由于此原因，通过匹配电路的匹配不能在包括电极的传输系统中引起谐振。然而，如果将包括电极的RF电路设于谐振状态中，那么向电极有效地供给电力是可能的。这能够增大等离子体密度或者减小放电开始压力。 

下面将通过例示溅射设备来描述传统技术。专利文件1公开了向平行板形式的上电极和下电极施加具有不同频率的RF电力(power)的所谓两频率方案的电容耦合型溅射设备。将参照图8描述此设备的电路布置和操作。 

参见图8，参考数字1001表示真空腔；1002，靶；1003，上电极；1004，晶片；1005，下电极；以及200，用于磁化等离子体的磁体。在靶1002和晶片1004之间产生等离子体。13.56MHz的RF电源经由匹配电路连接到上电极1003。100MHz的RF电源经由匹配电路连接到下电极1005。包括C₅、L和C_S的谐振电路104b连接在下电极 1005和匹配电路之间。包括这些部件中的L和C_S的串联谐振电路的谐振频率f₀等于向靶1002施加的13.56MHz的频率。 

即， 

【数学式1】 

$f_0=1/\left[2\mathrm{\π}\sqrt{\left({\mathrm{LC}}_S\right)}\right]=13.56\mathrm{MHz}$

这能够防止13.56MHz的高频被施加到下电极(基座(susceptor))1005，并且对薄绝缘膜执行偏置(bias)溅射而不损坏晶片。 

专利文件1：日本专利公开No.63-50025。 

发明内容

发明要解决的问题 

然而，上述传统技术具有下面的问题。 

在上述传统设备中，谐振电路被配置成将下电极接地。由于此原因，在包括电极的电路中不发生谐振。如果在较宽的范围内发生谐振，那么在电路中流动的电流的值增大，导致电极之间的电位差的增大。 

当发生这样的谐振时，取决于分布常数电路上的电极位置，最大的电流和最小的电压出现在谐振的节点处，并且最大的电压和最小的电流出现在同一谐振的腹点(antinode)处。电压/电流比率在中间位置处改变。考虑实际的设备。各自设备中的电极的位置和介电物质之间的介电常数差异并不完全彼此一致(coincide)。即，发生所谓的设备差异。结果，不同的等离子体状态出现在各自的设备中。另外，当操作设备时，膜附着到处理腔的壁上，导致电路状态的改变。结果，对于每一批次等离子体状态都改变。 

例如，在电感耦合的等离子体产生器中，当将电流供给到线圈时，由线圈的阻抗产生电压。这引起电容耦合以及电感耦合，导致电感耦合效率的降低和对覆盖每一个电极的绝缘体、Si板等的蚀刻。 

因而，本发明的目的是提供能够在包括电极的线路上引起谐振的表面处理设备。 

解决问题的手段 

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种表面处理设备，其包括： 

其中容纳要被处理的基板并且被配置成被抽真空(evacuated)的真空腔， 

被布置在真空腔中以彼此面对的上电极和下电极， 

用于经由第一匹配电路向上电极供给第一RF电力的第一RF电力供给装置， 

用于经由第二匹配电路向下电极供给第二RF电力的第二RF电力供给装置， 

连接在下电极和地之间的谐振电路，以及 

用于将处理气体供给到真空腔中的处理气体供给装置，并且，所述表面处理设备通过在上电极和下电极之间产生处理气体的等离子体而对基板的表面执行处理，所述表面处理设备包括： 

用于调整电极的相位位置的电极相位位置调整装置。 

发明效果 

根据本发明，能够提供能够在包括电极的线路上引起谐振的表面处理设备。 

附图说明

图1是显示根据本发明的实施例的表面处理设备的视图； 

图2是用于解释谐振状态的简化电路图； 

图3是用于解释端部处的电线的有效长度的视图； 

图4是用于以阻抗来解释电线的有效长度的曲线图； 

图5是显示电极部分中的电流流动的视图； 

图6是显示电极部分中的电流流动的视图； 

图7是显示电极部分中的最大电流模式和最大电压模式的视图；以及 

图8是根据传统技术的溅射设备的截面视图。 

具体实施方式

以下将详细描述本发明的成膜设备的实施例。此实施例中描述的组成元件仅仅是示例性的。本发明的技术范围由权利要求来限定，而不受以下要描述的每一个实施例的限制。 

接着将参照附图描述本发明的实施例。 

图1是显示根据本发明的实施例的表面处理设备的视图。根据图1所示实施例的表面处理设备是蚀刻设备。 

参见图1，参考数字1表示真空腔；3，上电极；8，上电极导杆(guide rod)；5，下电极；9，下电极导杆；4，容纳在真空腔1中的要被处理的晶片(基板)；6，用于晶片卡紧的静电卡盘(chuck)；7，下电极罩(shield)；50，包括电容器和电感器等的电气长度调整单元；51，p-p电流检测器；以及52，p-p电压检测器。上电极3和下电极5被布置在真空腔中以彼此面对。上电极3通过绝缘材料10与处于地电位的外壁绝缘。下电极5通过绝缘材料11与处于地电位的外壁绝缘。上电极3经由匹配装置17中的第一匹配电路与VHF带中(优选60MHz)的RF电源16(第一RF电力供给装置)连接。下电极5经由匹配装置19中的第二匹配电路与MF带和HF带之间的带中(优选1.6MHz)的RF电源18(第二RF电力供给装置)连接。虽然没有示出，但是抽真空机构和处理气体供给机构被布置在真空腔1中，所述真空腔1还包括基板传送机构。 

当使此蚀刻设备操作时，通过使用抽真空机构将真空腔1抽真空到预定压力，并且通过气体供给机构(没有示出)将处理气体从上电极3的下表面供给到真空腔中直到预定压力。此后，分别向上电极3和下电极5施加VHF带中(优选60MHz)的第一RF电力以及MF带和HF带之间的带中(优选1.6MHz)的第二RF电力。 

通过施加到上电极3的VHF带中的RF电力来产生具有相对高的密度的等离子体和蚀刻剂。独立于等离子体密度，通过施加到下电极5的MF带和HF带之间的带中的RF电力，来控制离子冲击能量，由此执行期望的蚀刻工艺。执行下面的操作以进一步增大此等离子体密 度。 

当注入的功率达到稳定操作中的60％并且等离子体密度变成恒定时，通过使用下电极5的Ipp检测器(电流测量仪器)61和Vpp检测器(电压测量仪器)62所指示的电流和电压来调整可变电容器63以实现谐振峰。这在下电极5之下的空间中实现谐振。以这种方式实现谐振将增大两个电极之间的等离子体电子密度。结果，处理气体的离解得到进展，并且离解的自由基密度增大。这使得可能获得高选择性、没有任何弯曲(bowing)的蚀刻形状、以及均匀的面内分布。 

接着将参照图2描述作为此实施例的实质性部分的匹配调整和谐振调整。图2没有示出下电极5的RF电源18和匹配装置19。RF电源16通过匹配装置17与上电极3连接。匹配装置17包括测量相位和振幅的阻抗测量仪器21、检测等离子体的产生的等离子体产生测量仪器28、组成匹配电路的可变电容器22和23、以及线圈27。马达单元24和25分别控制可变电容器22和23。匹配控制器26从等离子体产生测量仪器28和阻抗测量仪器21接收信号，并且发送命令信号到马达单元24和25，以使电容器22和23取期望的值。 

下电极5经由电气长度调整单元70和谐振调整单元60与地连接。谐振调整单元60包括：组成谐振电路的可变电感器67和可变电容器63、和向驱动可变电容器63的马达单元64发送命令信号的谐振控制器65。谐振调整单元60包括：检测峰到峰(peak-to-peak)电流的值并且将它发送到谐振控制器65的p-p电流检测器61、和检测峰到峰电压的值并且将它发送到谐振控制器65的p-p电压检测器62。 

匹配装置17和谐振调整单元60以下面的方式操作。当RF电源16在两个电极3和5之间供给RF电力时，产生等离子体。当检测到等离子体的产生时，等离子体产生测量仪器28发送信号到匹配控制器26。阻抗测量仪器21将检测到的电流/电压相位差以及从测量的电压和电流获得的阻抗的值发送到匹配控制器26。匹配控制器26发送信号到马达单元25和24，以使阻抗的值等于RF电源16的值，并且将电流/电压相位差减少到零。马达单元25和24根据这些信号的值而旋 转，以调整可变电容器23和22的值。 

谐振调整单元60在当功率达到稳定状态中的60％时的定时附近的定时处开始控制谐振电路。p-p电流检测器61将检测到的峰到峰电流值发送到谐振控制器65。p-p电压检测器62将检测到的峰到峰电压值发送到谐振控制器65。谐振控制器65确定可变电容器63的电容值改变的方向以及它的值，以使电压×电流的值最大化，并且发送信号到马达单元64。马达单元64根据指令改变可变电容器63。在此实施例中，没有给谐振调整单元60提供任何相位测量仪器。然而，如果相位测量仪器检测电流/电压相位差并且将值发送到谐振控制器，那么计算应该将可变电容器63沿哪个方向改变到什么程度是容易的。因此，谐振调整单元60优选地包括相位测量仪器。调整可变电感器67而不是可变电容器以引起谐振是足够的(suffice)。 

在以这种方式实现谐振之后，按下面的顺序调整电极的谐振位置。为了调整谐振状态中电极5和3的相位位置，通过使用提供在上电极3之上的电气长度调整单元50和提供在下电极之下的电气长度调整单元70，来改变上电极和下电极的相位位置。注意，电气长度调整单元50和70分别形成电极相位位置调整装置。当上电极和下电极的相位位置以这种方式改变时，上电极和下电极处的电压/电流比率改变。这可将等离子体改变成期望的状态。 

图3是显示电极相位位置调整的视图。不具有1/2波长的整数倍的长度，具有短路的一端和位于中心附近的电极的分布常数电路就不适当地谐振。另外，为了使电流峰出现在电极附近，需要将电极定位在一个波长的中心附近。可变电容器具有缩短短路端(增大有效长度)的效果。因此，改变电容器的尺寸能够改变谐振电路的有效长度。参见图3中的30b，从可变电容器位置B到可变电容器位置C的“实际传输线路长度”比对应于一个波长的谐振电路长度长。在这种情况下，适当地改变电容器值也能使表观(apparent)谐振电路长度等于谐振端部E和D之间的“表观传输线路长度”，其等于一个波长。 

此外，使用这样的可变电容器能够通过调整上电容器值和下电容 器值之间的平衡来将图3中30a所示的电极位置A定位在电流峰位置处。可通过改变电感器而不是电容器来作出类似的调整。注意，如果谐振电路的一端是开路的并且另一端是短路的，那么就能够在半波长处产生谐振。 

在此实施例中，下电极被提供有谐振调整单元60和电气长度调整单元70。然而，省略它们中的一个是足够的。例如，如果省略电气长度调整单元70，那么剩下的谐振调整单元60既用于谐振调整也用于电气长度调整。这能够简化设备和减少成本。另外，因为在同一位点(place)执行谐振调整和电气长度调整，所以能够加速调整。 

将通过使用等式来描述调整谐振的有效线路长度和电极位置的方法所基于的思想。 

设L为每单位长度的两线路的电感，C为每单位长度的两线路之间的静电电容，R为每单位长度的两线路的往复(go-and-return)导体电阻，以及S为每单位长度的两线路之间的泄漏电导。设在位于从左端电源侧测量的距离y处的导体上的点处，两线路之间的电位差为E_y，并且导体上的电流为I_y，获得下面的等式： 

-dE_y/d_y＝(R+jωL)·I_y＝Z·I_y

-dI_y/d_y＝(S+jωC)·E_y＝Y·E_y

通过求解上述等式，能够获得下面的等式。 

【数学式2】 

E_y＝K₁sinhγy+K₂coshγy $\mathrm{\γ}=\sqrt{\mathrm{YZ}}$

I_y＝-(1/Z_ω)(K₁coshγy+K₂sinhγy) 

设E_s和I_s为发送端(即y＝0)处的电位和电流，能够获得等式(1)： 

【数学式3】 

$\left[\begin{array}{c}{E}_y\\ I_y\end{array}\right]\begin{array}{c}=\\ =\end{array}\left[\begin{array}{cc}\cosh \mathrm{\γy}& -Z_{\mathrm{\ω}}\sinh \mathrm{\γy}\\ -(1/Z_{\mathrm{\ω}})\sinh \mathrm{\γy}& \cosh \mathrm{\γy}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{E}_s\\ I_s\end{array}\right]...\left(1\right)$

设E_r和I_r为接收端(即y＝1)处的电压和电流，能够获得等式(2)： 

【数学式4】 

$\left[\begin{array}{c}{E}_s\\ I_s\end{array}\right]\begin{array}{c}=\\ =\end{array}\left[\begin{array}{cc}\cosh \mathrm{\γl}& -Z_{\mathrm{\ω}}\sinh \mathrm{\γl}\\ -(1/Z_{\mathrm{\ω}})\sinh \mathrm{\γl}& \cosh \mathrm{\γl}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{E}_r\\ I_r\end{array}\right]...\left(2\right)$

在接收端短路的情况下，E_r＝0。因此，能够从等式(2)获得下面的等式。 

【数学式5】 

I_s＝(cosβl/jZ_ω·sinβl)E_s

然而，注意，假定没有损耗，并且R＝0和S＝0。 

【数学式6】 

$Z_{\mathrm{\ω}}=\sqrt{Z/Y}=\sqrt{L/C},$ α＝0， $\mathrm{\β}=\mathrm{\ω}\sqrt{\mathrm{LC}}$

将这些值代入到等式(2)中产生下面给出的等式(3)。 

【数学式7】 

$\left\{\begin{array}{c}{E}_y=(\sin \mathrm{\β}(l-y)/\sin \mathrm{\βl})E_s\\ I_y=-j(\cos \mathrm{\β}(l-y)/Z_{\mathrm{\ω}}\·\sin \mathrm{\βl})E_s\end{array}\right....\left(3\right)$

当对代表从右来观看点y时的阻抗的等式(3)使用1-y＝x时，发送端阻抗Z_x取下面的纯电抗。 

【数学式8】 

Z＝jZ_ωtanβx＝jZ_ωtan(2Пx/λ) 

据此，如果此系统具有由x＝λ/2所代表的长度，那么它变成串联谐振系统。 

当此系统在L处被终止时，假定导体没有损耗并且将1视为x，基于与E_r＝jωL·I_r的关系如下获得发送端阻抗：Z_x。 

【数学式9】 

$Z_x=j{Z}_{\mathrm{\ω}}(\mathrm{\ω}L\cos \mathrm{\βx}+Z_{\mathrm{\ω}}\sin \mathrm{\βx})/(Z_{\mathrm{\ω}}\cos \mathrm{\βx}-\mathrm{\ω}L\sin \mathrm{\βx})$

在这种情况下 

【数学式10】 

这指示着此系统与比所述系统长X_L的短路谐振线路具有相同的特性，并且相当于将短路谐振线路延长X_L的操作。 

当此系统在C处被终止时，假定导体没有损耗并且将1视为x，基于与E_r＝I_r/jωC的关系如下获得发送端阻抗：Z_x。 

【数学式11】 

Z_x＝jZ_ω(cosβx/ωC+Z_ωsinβx)/(Z_ωcosβx-sinβx/ωC) 

  ＝jZ_ωtan(βx-θ)＝jZ_ωtan(β(x-x_c)) 

【数学式12】 

θ＝tan^-11/Z_ωωC            X_C＝θ/β...(5) 

这指示着此系统与比所述系统长X_C的短路谐振线路具有相同的特性，并且相当于将短路谐振线路缩短X_C的操作。 

等式(4)和(5)指示此线路长度的改变。图4示出此改变。由终端(terminated)电容或电感的大小、线路的特性阻抗、和电源频率来确定当此系统在L或C处被终止时有效距离的改变。由于此原因，当例如改变下电极5侧的可变电容器73时，有效线路长度改变，并且电极相位位置改变。然而，因为线路长度改变，所以没有发生谐振。为了通过抵消(cancel)线路长度的这一改变而维持谐振，将上电极3侧的可变电容器53沿相反方向改变相同的量是足够的。然而，实际上，因为线路的特性阻抗取决于位点而不同，所以需要考虑到此点而改变电容器以满足所述等式。虽然能够粗略地计算对于这样的改变的标准(criterion)，但是实际上不能计算等离子体状态等的改变。由于此原因，当基于计算值而执行粗略的调整时，为了执行细致的调整，需要监控电流/电压状态以满足谐振，并且在相应调整电路状态的同时根据期望的电流/电压状态来设定电极位置。 

虽然如下执行实际的调整，但是调整在许多方面类似于匹配电路和谐振电路的调整。仅将描述对于这样的调整的思想。预先计算Ipp检测器71和Vpp检测器72之间的相位距离差以及到上电极3和下电极5的相位距离。另外，通过测量预先检查相位距离。改变可变电容器73或者可变电感器77，以根据Ipp检测器71和Vpp检测器72所测量的值而将上电极3和下电极5处的Vpp(电压)和Ipp(电流)的比率设定为期望的值。根据此改变而改变上电极侧的可变电容器53或可变电感器57，并且必要时还改变谐振调整单元60。 

接着将参照图5、6和1描述在设备结构方面要考虑之点、以及为什么是给上电极3侧还是下电极5侧的谐振电路提供谐振调整单元或电气长度调整单元无关紧要的原因。参见这些图，参考数字8表示上电极导电杆。RF导电电流8a在上电极导电杆8的表面上流动。导电电流8a在上电极3的表面上作为上电极外部电流3a流动，并且还在上电极3的表面上作为上电极等离子体侧电流12b流动。电荷停留在电极表面上，因为此电流无处可去。指示位移(displacement)电流、离子电流和电子电流的和的上鞘(sheath)电流12a根据此电荷所感应的电场而在上鞘12中流动。等离子体15处于相同的电位，并且作为导电电流的等离子体电流15a根据上鞘电流12a而流动。这在电极的相对侧的下电极鞘13中产生电场。结果，指示位移电流、离子电流和电子电流的和的下鞘电流13a根据此电场而流动。此电流和电压引起下电极等离子体侧电流13b在下电极5的表面上流动。此电流进一步作为下电极外部电流5a和导杆电流9a而流出。根据电流守恒定律，上鞘电流12a的电流值等于下鞘电流13a的电流值。即使在其中例如将电极之一接地的不对称电场中，也维持此恒定电流值。因此，是在上电极侧还是下电极侧提供谐振电路无关紧要，只要在谐振电路中包括上电极和下电极即可。 

然而，实际的电流不以上述方式流动。如图6所示，电流中的一些逃逸到电极之外的部分。即，上电极外部电流3a中的一些作为电流7c1和7b1从充当外导体的上电极罩7a逃逸到地。上电极外部电流3a的值比下电极外部电流5a的值大。在下电极中，下电极外部电流5a中的一些也逃逸到下电极罩7，并且因此在下电极导杆9的表面上流动的导杆电流9a进一步减小。然而，在谐振状态中，因为谐振线路的阻抗接近零，所以逃逸到此寄生电容的电流的量减小。 

逃逸到寄生电容的电流，即表观电力，减小施加到电极的电流或电压的大小。由于此原因，为了减少上电极罩7a和下电极罩7中的寄生电容，优选增大电极和罩之间的间隙并且减少相对的面积，以减小电容。 

当实现谐振状态时，电极的阻抗减小，并且电力被谐振端部反射。另一方面，因为电流经由匹配电路流入谐振部分中而没有被反射，所以电流停留在谐振部分中，并且电力在谐振部分中被上电极和下电极 之间的等离子体有效地消耗。 

接着将描述最大电流模式和最大电压模式的状态。 

图7中参考数字70a表示最大电流模式。在最大电流模式中，电极和罩之间的电位差A1以及罩附近的薄(thin)等离子体和电极之间的电位差A3应该是几乎可以忽略的值。另外，如果没有电流停留，那么电极之间的电压A2应该是低的。然而，实际上，没有太多电流在等离子体和上电极之间以及在等离子体和下电极之间流动，并且电流中的大部分变成位移电流。结果，电荷被积累在电极和等离子体的表面上，导致大的电压。 

另一方面，几乎没有位移电流在等离子体中流动，并且大的导电电流流动，导致有效的电离。虽然电流中的一些作为实际电流流入等离子体中，但是因为剩下的电流从每一个电极的外周(outercircumference)流到内周，所以根据与电极长度对应的相位差在电极的外围部分和电极的中心之间产生电位差。如果电极的中心与最大电流/最小电压一致，那么电极电位和等离子体电位之间的差朝外周增大，并且在电极的外周处能够获得比在电极的中心处高的等离子体产生密度。这补偿由分散(dispersion)引起的等离子体的损耗。由于此原因，能够容易地获得更均匀的等离子体密度。然而，由于作为波传输的电流集中在电极的中心上的现象，等离子体密度在中心部分处增大。如果不能如上所述获得均匀的等离子体，那么如后面将描述的那样增大电压的比率是足够的。 

考虑当电极之间的电位差A2增大时，罩和电极之间的电位差A1以及罩和罩附近的等离子体之间的电位差A3改变，并且还考虑伴随的影响。 

当每一个电极的中心与对应于零电压的相位位置一致时，上电极和下电极处的电压具有相同的绝对值和相反的符号。等离子体电位变得不比每一个电极处的电位低，并且在电极之间的电位差的一半之间(即零电位和峰电位之间)变化。这时，处于与等离子体相同的电位的电极不产生等离子体，而是处于与等离子体的电位相反的电位的电 极产生大量的等离子体，因为产生了等于峰到峰电位的电位。 

另一方面，电极部分的鞘消除了外周等离子体和每一个电极之间的电位差，并且因此对外周等离子体的产生没有贡献。当上电极3和下电极5之间的电位差增大时，上电极和下电极以及形成外导体的罩7和7a之间的电位差增大。然而，因为罩和电极之间存在绝缘体，所以即使罩和电极之间的电位差A1的增大也不允许等离子体产生。 

在每一个罩和以电极之间电位差的一半的大小而变化的外周等离子体之间的电位差A3方面出现问题。如果将罩完全接地，那么罩的电位为零。如上面所考虑的那样，外周等离子体的电位以峰到峰电位的一半的值而变化，并且罩和外周等离子体之间的电位差变成电极和等离子体之间电位差的一半。结果，产生等离子体，即使等离子体的量比电极部分处的小。如果在罩部分处充分地削弱和消除等离子体，那么不产生这样的电位差。然而，单独通过此实施例的技术不能充分地削弱外周部分处的等离子体，并且因此不能抑制等离子体的产生。因此，需要另一种技术。 

图7中参考数字70b表示最大电压模式。在这种情况下，电极电压大大地波动。此电压被施加到电极和罩之间的电压B1和B3，以在罩和以峰到峰电位的一半的值而变化的外周等离子体之间产生等离子体。与此对照，B2所示的电压应该几乎为零。然而，实际上，等离子体的电位不能被增大超过等离子体所接触的部分的电位，并且因此峰到峰电位的一半的电位差被施加在等离子体和电极之间。实际上，因为与内导体(电极)180°异相的电流和电压在外导体(罩)中流动，所以此考虑是不够的。然而，上述考虑定性地成立。 

将内导体(电极)与外导体(罩)充分地分离减少最大电流模式中内导体处电压的增大对外导体的影响。问题是在最大电流模式中电极之间产生的电压产生与所述电压对应的电流。这可被如下考虑。当将阻抗与电极具有相同绝对值和相反符号的电感器连接在电极附近时，由电感器产生的电压抵消由电极产生的电压。虽然此布置是优选的，但是图2中的电气长度调整单元70具有相同的功能，并且能够抵 消由电极产生的电压，以防止电压影响其他的部件而不用使用电感器。 

可如下总结上述内容。在最大电流模式中，每一个电极处的等离子体由峰到峰电位产生，并且外围部分处的等离子体由峰到峰电位的一半产生。相对照地，在最大电压模式中，在电极部分和外围部分处都基于峰到峰电位的一半产生等离子体。与最大电流模式相比，以这种方式增大电压的比率将增大外周部分处的等离子体密度和减小中心部分处的等离子体密度。可通过改变谐振状态中的电流/电压比率，即谐振电路上每一个电极的位置，来改变等离子体密度的均匀性。 

如果在最大电流模式中不能获得分布，那么通过将每一个电极从被认为是短路端的最大电流模式中的相位位置偏移±1/20波长，而将电流/电压比率设定为约3/1。这将第一蚀刻工艺中的面内分布从±15％改善到±4％。 

当要相对于上电极3的电源频率将下电极5接地、即下电极5充当外导体时，与上述描述相对照，需要将上电极3设定在最大电压模式。然而，在这种情况下，因为在谐振状态中上电极是开路端，所以能够自动地实现最大电压。实际上，下电极5没有完全变成外导体，并且或多或少地包括电容器元件。由于此原因，存在将电极调整到最大电压处的余地。这能够根据上述描述被实现，但是将省略详细的描述。 

如果在最大电压模式中没有获得分布，那么通过将每一个电极从被认为是短路端的最大电压模式中的相位位置偏移±1/20波长，而将电流/电压比率设定为约1/3。这将第一蚀刻工艺中的面内分布从±10％改善到±4％。 

如上面已经描述的那样，在此实施例中，提供可变电容器或可变电感器来调整相位位置。然而，通过计算或实验设定设备的电气电路长度以最优化每一个电极的相位位置来实现谐振是足够的。在这种情况下，参见例如图1，无需使用引起谐振的电气长度调整单元50和70，并且可能在相应的部分中省略电容器和电感器或者使用固定的电容器和电感器。另外，为了将电极置于期望的谐振相位位置处，可将电极 杆的长度设计成期望的值。 

为了简化，假定谐振发生在每一个匹配电路和地之间。然而，考虑到从匹配电路通过电极和电气长度调整单元延伸到匹配电路的整个路径的电路长度而考虑谐振是更优选的。 

如上所述，根据此实施例，确定谐振状态中每一个电极占据谐振中哪个相位位置、并且增大例如电流值或电压值是可能的。另外，因为能够选择相位位置，所以能够改善等离子体工艺的再现性。另外，能够确定诸如高等离子体密度的等离子体状态。 

如上所述，根据此实施例，能够提供用户友好的、高度可靠的等离子体表面处理设备，其能够精确控制等离子体状态。 

明显地，可将上述技术用于以低气体压力开始或者维持放电。因为电极之间的电压增大，所以即使在放电不容易开始的低气压下也能够容易地开始放电。这具有如下效果：减少例如蚀刻工艺中斜入射离子的量，以及即使当形成具有高纵横比的接触孔时也获得期望的蚀刻形状而没有任何弯曲。另外，因为等离子体密度增大，所以能够以高选择性快速地蚀刻具有高纵横比的接触孔等。 

已经通过一般例示等离子体设备而描述了此实施例。然而，显然能够将此实施例应用于使用等离子体的蚀刻设备、溅射、等离子体CVD、灰化、表面氧化、氮化、去除诸如表面上的氧化物的化合物的表面改质(reforming)设备等。 

以上已经参照附图描述了本发明的优选实施例。然而，本发明不限于所述实施例，并且在所附权利要求定义的技术范围内能够作出各种改变和修改。 

本发明不限于上述实施例，并且能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。因此，为了使公众知晓本发明的范围，作出下面的权利要求。 

此申请要求2007年7月4日提交的日本专利申请No.2007-176287的权益，其所有内容在此通过参考而被并入。 

Claims (5)

1.一种表面处理设备，其包括：

其中容纳要被处理的基板并且被配置成被抽真空的真空腔，

被布置在所述真空腔中以彼此面对的上电极和下电极，

用于经由第一匹配电路向所述上电极供给第一RF电力的第一RF电力供给装置，

用于经由第二匹配电路向所述下电极供给第二RF电力的第二RF电力供给装置，

连接在所述下电极和地之间的谐振电路，以及

用于将处理气体供给到所述真空腔中的处理气体供给装置，并且所述表面处理设备通过在所述上电极和所述下电极之间产生所述处理气体的等离子体而对所述基板的表面执行处理，所述表面处理设备包括：

用于调整所述电极的相位位置的电极相位位置调整装置，

其中，所述电极相位位置调整装置包含可变电容器或者可变电感器，并且被连接在所述上电极和第一匹配电路之间以及所述下电极和所述谐振电路之间的部分中的至少之一。

2.根据权利要求1的表面处理设备，其中，所述电极相位位置调整装置调整所述电极的相位位置，使得将所述电极置于所述电极将电压最大化并且将电流最小化的相位位置处、或者所述电极将电压最小化并且将电流最大化的相位位置处。

3.根据权利要求1的表面处理设备，其中，所述谐振电路包括电压测量仪器和电流测量仪器。

4.一种表面处理设备，其包括：

其中容纳要被处理的基板并且被配置成被抽真空的真空腔，

被布置在所述真空腔中以彼此面对的上电极和下电极，

用于经由第一匹配电路向所述上电极供给第一RF电力的第一RF电力供给装置，

用于经由第二匹配电路向所述下电极供给第二RF电力的第二RF电力供给装置，

连接在所述下电极和地之间的谐振电路，以及

用于将处理气体供给到所述真空腔中的处理气体供给装置，并且所述表面处理设备通过在所述上电极和所述下电极之间产生所述处理气体的等离子体而对所述基板的表面执行处理，

其中，所述上电极被置于从被认为是短路端的相位位置偏移第一RF电力的±1/20波长的位置处，并且

所述下电极被置于从被认为是短路端的相位位置偏移第二RF电力的±1/20波长的位置处。

5.根据权利要求4的表面处理设备，其中，所述谐振电路包括电压测量仪器和电流测量仪器。

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