CN104025266A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明能够简便且可靠地防止对开关方式的高频电源进行电力调制时在高频供电线上发生RF电力拖尾现象。该电容耦合型的等离子体处理装置，在真空腔室(10)内使基座(下部电极)(16)与兼作喷头的上部电极(46)相对配置。基座(16)分别经由匹配器(40、42)与第1和第2高频电源(36、38)电连接。第1高频电源(36)由线性放大器方式的高频电源构成，输出等离子体生成用的第1高频(RF1)。第2高频电源(38)由开关方式的高频电源构成，输出离子引入用的第2高频(RF2)。第2高频电源(38)侧的高频供电线(43)与残留高频除去部(74)连接。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及对被处理基板实施等离子体处理的技术，特别是涉及将高频的电力调制为脉冲状的电力的调制方式的电容耦合型等离子体处理装置法。
背景技术
电容耦合型的等离子体处理装置，在处理容器内平行地配置上部电极和下部电极，在下部电极之上载置被处理基板(半导体晶片、玻璃基板等)，对上部电极或下部电极施加适合等离子体生成的频率(通常为13.56MHz以上)的高频。利用通过施加该高频而在相对的电极间生成的高频电场使电子加速，利用电子和处理气体的碰撞电离产生等离子体。然后，通过该等离子体中包含的自由基、离子的气相反应或者表面反应，在基板上沉积薄膜或者削减基板表面的原材料或薄膜。
近年来，半导体器件等的制造工艺中的设计规则日益微细化，特别是在等离子体蚀刻中，要求更高的尺寸精度，对蚀刻中的掩模或基底的选择比、面内均匀性也要求更高。因此，面向腔室内的工艺区域的低压力化、低离子能量化，逐渐使用40MHz以上的高频率的高频。
但是，随着像这样低压力化和低离子能量化进展，现有技术中不成为问题的充电损害的影响变得不能忽视。即，在离子能量高的现有技术的等离子体处理装置中，即使等离子体电位在面内偏差也不会产生大的问题，但离子能量因更低压而变低时，发生等离子体电位的面内不均匀容易引起栅极氧化膜的充电损害的问题。
对于该问题，能够将等离子体生成中使用的高频的电力调制为能够对上述高频的电力进行导通/断开控制的脉冲状的电力调制方式是有效的(参照专利文献1)。根据该电力调制方式，在等离子体蚀刻中以规定周期交替反复处理气体的等离子体生成状态和等离子体不生成状态(没有生成等离子体的状态)，所以与从等离子体处理的开始至结束为止持续生成等离子体的通常的等离子体处理相比，连续生成等离子体的时间变短。由此，从等离子体一次流入被处理基板的电荷的量或在被处理基板的表面部累积地蓄积的电荷的量减少，所以难以发生充电损害，能够实现稳定的等离子体处理并提高等离子体工艺的可靠性。
另外，在电容耦合型的等离子体处理装置中，多采用对载置基板的下部电极施加低频率(通常13.56MHz以下)的高频，利用在下部电极上产生的负的偏置电压或鞘层(Sheath)电压使等离子体中的离子加速而引入到基板的RF偏压法。通过如上述方式从等离子体中使离子加速而与基板表面碰撞，能够促进表面反应、各向异性蚀刻或膜的改性等。
然而，在使用电容耦合型等离子体蚀刻装置进行导通孔或接触孔等的蚀刻加工的情况下，存在发生因孔尺寸的大小而导致蚀刻速率不同的、所谓微负载(Micro-loading)效应的问题，存在蚀刻深度的控制困难的问题。特别是在像护环(GR)那样的大的区域中蚀刻多为较快，在CF类自由基难以进入的小通孔(Small vias)中蚀刻速率多为较慢。
对于该问题，对离子引入中使用的高频的电力进行导通/断开控制，将上述高频的电力调制为脉冲状的电力调制方式是有效的(参照专利文献2)。根据该电力调制方式，通过使维持适于进行被处理基板的规定的膜的蚀刻的高的第1电平(导通电平)的电力的期间和维持离子引入用的高频电力为适于在被处理基板上的规定的膜上沉积聚合物的低的第2电平(断开电平)的电力的期间以一定的周期反复，能够成为在规定的膜上沉积了适当的聚合物层的状态，能够抑制蚀刻的进行，所以能够降低不期望的微负载效应，能够实现高选择比和高蚀刻速率的蚀刻。
另外，在电容耦合型的等离子体蚀刻装置中，通过对隔着等离子体生成空间与基板相对的上部电极施加负极性的直流电压，将在上部电极产生的二次电子高速地打入到基板的表层，也能够对ArF光致抗蚀剂等蚀刻耐性低的有机掩模进行改性。最近，为了提高该高速电子的有机掩模的改性效果，提案有以一定的脉冲频率对等离子体生成或离子引入用的高频的电力进行导通/断开控制，并且与其同步地仅在高频电力为断开状态的期间中施加直流电压的方法(参照专利文献3)。如上所述，在使高频电力为断开状态等离子体鞘层变薄期间对上部电极施加直流电压，由此使来自上部电极的二次电子高效地入射到基板，使基板上的有机膜强化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－71292号公报
专利文献2：日本特开2009－33080号公报
专利文献3：日本特开2010－219491号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在上述的具有电力调制的功能的现有的电容耦合等离子体处理装置中，在脉冲频率的各周期内将高频电源从导通状态切换到断开状态时，具有在高频供电线上RF电力不瞬时消失，而是以拖尾的方式以一定的时间常数衰减并且收敛于零电平(L电平)的情况。这样的RF电力拖尾现象，偏离电力调制本来的标准，因此不能充分发挥电力调制的目的，而且也对设置在高频供电线上或高频电源内的RF电力监视器的精度带来不良影响。本发明者研究该问题，得知使用开关方式的高频电源，仅在对其进行电力调制时发生上述的RF电力拖尾现象。
本发明基于上述的见解，提供一种简便且可靠地防止对开关方式的高频电源进行电力调制时在高频供电线上发生RF电力拖尾现象的等离子体处理装置。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的等离子体处理装置，其在以能够取出和放入被处理基板的方式收纳该被处理基板的能够真空排气的处理容器内生成处理气体的等离子体，利用上述等离子体对上述基板实施期所期望的处理，上述等离子体处理装置，包括：开关方式的高频电源，其具有直流电源和开关元件，由开关脉冲使上述开关元件以高频频带的频率导通/断开，由此将上述直流电源的直流输出转换为高频输出；高频供电线，其用于将由上述高频电源输出的上述高频供给到上述等离子体；匹配器，其用于在上述高频供电线上使上述高频电源侧的阻抗与该匹配器的负载侧的阻抗匹配；高频电力调制部，其控制上述高频电源，使上述高频的电力成为导通状态的导通期间和成为断开状态的断开期间以一定的脉冲频率交替反复；和残留高频除去部，其用于将在上述脉冲频率的各周期中的上述断开期间中残留在上述高频供电线上的高频除去。
发明的效果
根据本发明的等离子体处理装置，通过具有上述的结构，能够简便且可靠地防止对开关方式的高频电源进行电力调制时在高频供电线上发生RF电力拖尾现象。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的等离子体处理装置的结构的截面图。
图2是表示上述等离子体处理装置中的第1高频电源的电路结构的框图。
图3是表示上述第1高频电源中包含的线性放大器的电路结构的电路图。
图4是表示构成上述线性放大器的MOSFET的电压和电流的波形的图。
图5是表示上述等离子体处理装置中的第2高频电源的电路结构的框图。
图6是表示上述第2高频电源中包含的正弦波逆变器的电路结构的电路图。
图7是表示上述正弦波逆变器中利用PWM方式生成正弦波的第2高频的结构的各部分的波形图。
图8是表示上述等离子体处理装置中对第2高频进行电力调制时的各部分的波形的图。
图9是用于说明上述实施方式的作用的各部分的波形图。
图10是上述实施方式中具有残留高频除去部的实施例中观测到的高频供电线上的高频波的波形图。
图11是卸下上述残留高频除去部的比较例中观测到的高频供电线上的高频波的波形图。
图12是表示上述等离子体处理装置中对第1高频进行电力调制时的各部分的波形的图。
图13是表示上述等离子体处理装置中对第1高频和第2高频同时进行电力调制时的各部分的波形的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的合适的实施方式进行说明。
[等离子体处理装置的结构]
图1表示本发明的一个实施方式的等离子体处理装置的结构。该等离子体处理装置构成为电容耦合型(平行平板型)的等离子体蚀刻装置，具有由例如表面进行过耐酸铝处理(阳极氧化处理)的铝构成的圆筒形的真空腔室(处理容器)10。腔室10接地。
在腔室10的底部隔着陶瓷等的绝缘板12配置有圆柱状的基座支承台14，在该基座支承台14之上设置有例如由铝构成的基座16。基座16构成下部电极，在其上载置有例如半导体晶片W作为被处理基板。
在基座16的上表面设置有用于保持半导体晶片W的静电卡盘18。该静电卡盘18将由导电膜构成的电极20夹在一对绝缘层或绝缘片之间，电极20经由开关22与直流电源24电连接。利用来自直流电源24的直流电压，能够利用静电吸附力将半导体晶片W保持于静电卡盘18。在静电卡盘18的周围且基座16的上表面配置有用于提高蚀刻的均匀性的例如由硅构成的聚焦环26。在基座16和基座支承台14的侧面粘贴有例如由石英构成的圆筒状的内壁部件28。
在基座支承台14的内部设置有例如在圆周方向上延伸的制冷剂室30。由外置的冷却单元(未图示)经由配管32a、32b对该制冷剂室30循环供给规定温度的制冷剂例如冷却水。能够根据制冷剂的温度控制基座16上的半导体晶片W的处理温度。而且，来自传热气体供给机构(未图示)的传热气体例如He气，经由气体供给线34被供给到静电卡盘18的上表面与半导体晶片W的背面之间。
基座16分别经由匹配器40、42和共用的供电导体(例如供电棒)44与第1和第2高频电源36、38电连接。第1高频电源36输出具有适合生成等离子体的第1频率f1(例如100MHz)的第1高频RF1。第2高频电源38输出具有适合从等离子体将离子引入到基座16上的半导体晶片W的第2频率f2(例如13.56MHz)的第2高频RF2。
匹配器40、42以在高频供电线(高频传输线路)43、45上使在腔室10内生成的等离子体侧的负载阻抗分别与高频电源36、38的阻抗匹配的方式起作用。各个匹配器40、42具有：包括至少2个能够控制的电抗元件的匹配电路；用于控制各电抗元件的电抗值(阻抗·位置)的致动器(例如电机)；测定包含上述匹配电路的负载阻抗的传感器；和对各致动器进行驱动控制以使负载阻抗的测定值与匹配点(通常50Ω)匹配的控制器。
该等离子体处理装置中，等离子体生成用的第1高频电源36使用线性放大器方式的高频电源，离子引入用的第2高频电源38使用开关方式的高频电源，与此关联地在第2高频电源38侧的高频供电线45上连接有残留高频除去部74。关于高频电源36、38和残留高频除去部74的结构和作用在后面详细说明。
在腔室10的顶部与基座16平行相对设置有接地电位的上部电极46。该上部电极46包括：具有多个气体喷出孔48a的例如由Si、SiC等含硅材质构成的电极板48；和以该电极板48可拆卸的方式支承该电极板48的由导电材料例如表面进行过耐酸铝处理的铝构成的电极支承体50。在该上部电极46与基座16之间形成有等离子体生成空间或处理空间PA。
电极支承体50在其内部具有气体缓冲室52，并且在其下表面具有从气体缓冲室52连通至电极板48的气体喷出孔48a的多个通气孔50a。气体缓冲室52经由气体供给管54与处理气体供给源56连接。在气体供给管54设置有质量流量控制器(MFC)58和开闭阀60。由处理气体供给源56将规定的处理气体(蚀刻气体)导入到气体缓冲室52时，将处理气体从电极板48的气体喷出孔48a向基座16上的半导体晶片W喷淋状地喷出到处理空间PA中。如上所述，上部电极46兼作用于将处理气体供给到处理空间PA的喷头。
另外，在电极支承体50的内部设置流过制冷剂例如冷却水的通路(未图示)，利用外部的冷却单元通过制冷剂将上部电极46的整体、特别是电极板48温度调节为规定的温度。而且，为了使对上部电极46的温度控制更稳定，也能够采用在电极支承体50的内部或上表面安装例如由电阻发热元件构成的加热器(未图示)的结构。
在基座16和基座支承台14与腔室10的侧壁之间形成的环状的空间成为排气空间，在该排气空间的底设置有腔室10的排气口62。该排气口62经由排气管64与排气装置66连接。排气装置66具备涡轮分子泵等真空泵，将腔室10的室内、特别是处理空间PA减压至所期望的真空度。另外，在腔室10的侧壁设置有用于开闭半导体晶片W的搬入搬出口68的门阀(gate valve)70。
主控制部72包括一个或多个微型计算机，根据保存在外部存储器或内部存储器的软件(程序)和方案(recipe)信息，对装置内的各部分、特别是高频电源36、38、匹配器40、42、MFC58、开闭阀60、排气装置66、残留高频除去部74等各自的动作和装置整体的动作(顺序)进行控制。
另外，主控制部72也连接有包括键盘等输入装置、液晶显示器等显示装置的人机接口用的操作面板(未图示)以及保存或蓄积各种程序、方法、设定值等各种数据的外部存储装置(未图示)等。在本实施方式中，主控制部72表示为一个控制单元，但也可以采用多个控制单元并列或分层地分担主控制部72的功能的方式。
该电容耦合型等离子体蚀刻装置的单晶片干式蚀刻的基本动作以如下方式进行。首先，使门阀70处于开状态将加工对象的半导体晶片W搬入到腔室10内，载置在静电卡盘18之上。然后，由处理气体供给源56将处理气体即蚀刻气体(一般为混合气体)以规定的流量和流量比导入到腔室10内，由排气装置66进行真空排气使腔室10内的压力成为设定值。而且，将来自第1高频电源36的第1高频RF1(100MHz)和来自高频电源38的第2高频RF2(13.56MHz)叠加(或者单独一种)施加到基座16。另外，通过直流电源24将直流电压施加到静电卡盘18的电极20，将半导体晶片W固定在静电卡盘18上。从上部电极46的喷头排出的蚀刻气体在两电极46、16间的高频电场下放电，在处理空间PA内生成等离子体。利用该等离子体中包含的自由基、离子对半导体晶片W的主面的被加工膜进行蚀刻。
[第1高频电源的电路结构]
图2表示第1高频电源36的电路结构。如上所述，第1高频电源36是线性放大器方式的高频电源，包括：产生第1频率f1(100MHz)的正弦波信号rf1的正弦波振荡器80；在保持由该振荡器80输出的正弦波信号rf1的正弦波形的状态下，能够控制地放大该RF电力的增益或放大率并输出第1高频RF1的线性放大器82；和根据来自主控制部72的控制信号直接控制振荡器80和线性放大器82的电源控制部84。在该等离子体蚀刻装置中，对第1高频RF1进行脉冲调制时，主控制部72和电源控制部84形成电力调制部。
在第1高频电源36的单元内也具有RF电力监视器86。虽然省略图示，但该RF电力监视器86具有定向耦合器、行波电力监视部和反射波电力监视部。在此，定向耦合器取出与在高频供电线43上顺向传输的RF电力(行波)和逆向传输的RF电力(反射波)各自对应的信号。行波电力监视部基于由定向耦合器取出的行波电力检测信号，生成表示高频传输线路43上的行波中包含的基波行波(100MHz)的电力的信号。该信号即基波行波电力测定值信号，被给予第1高频电源36内的电源控制部84用于电力反馈控制，并且也被给予主控制部72用于监视显示。反射波电力监视部对从腔室10内的等离子体返回第1高频电源36的反射波中包含的基波反射波(100MHz)的电力进行测定，并且对从腔室10内的等离子体返回第1高频电源36的反射波中包含的全部的反射波谱的总电力进行测定。由反射波电力监视部得到的基波反射波电力测定值被给予主控制部72用于监视显示，总反射波电力测定值作为电力放大器保护用的监视值被给予第1高频电源36内的电源控制部84。
线性放大器82的输出端子M1、N1经由低通滤波器88和同轴电缆90与匹配器40的输入端子连接。低通滤波器88将来自线性放大器82的第1高频RF1中包含的比第1频率f1高的高频成分(失真成分)除去。图示的低通滤波器88构成为包括串联插入到高频供电线43的1个线圈92和在该线圈92的两侧并联插入的2个电容器94、96的π形电路。
图3表示线性放大器82的电路结构。该线性放大器82具有：经由输入端子100将来自振荡器80的正弦波信号rf1输入到一次绕组的输入变压器102；在该输入变压器102的二次绕组的两端分别与控制端子连接的一对放大晶体管例如P型的MOSFET104A、104B；和在二次侧与负载连接的输出变压器106。
在输入变压器102的二次绕组中，一个端子与第1MOSFET104A的栅极端子连接，并且另一个端子与第2MOSFET104B的栅极端子连接，中性点接地。第1MOSFET104A中，源极端子接地，漏极端子与输出变压器108的一次绕组的一个端子连接。第2MOSFET104B中，源极端子接地，漏极端子与输出变压器106的一次绕组的另一个端子连接。输出变压器106的一次绕组的中性点与可变直流电源(未图示)的电源电压(Vdd)端子108连接，二次绕组经由输出端子M1、N1与高频供电线43上的负载连接。负载主要包括腔室10内的等离子体和匹配器40内的匹配电路。
在该线性放大器82中，正弦波信号rf1的正极性的半周期中，在第1MOSFET104A断开状态下将第2MOSFET104B控制为导通状态，从直流电源电压(Vdd)端子108通过输出变压器106和第2MOSFET104B向地线(接地电位部件)流过与正弦波信号rf1对应的波形的电流IdB。此时，在输出变压器106的二次侧的负载电路中，第1高频RF1的电流在负极性的方向上流过。在正弦波信号rf1的负极性的半周期中，在第2MOSFET104B断开状态下将第1MOSFET104A控制为导通状态，从直流电源电压(Vdd)端子108通过输出变压器106和第1MOSFET104A向地线(接地电位部件)流过与正弦波信号rf1对应的波形的电流IdA。此时，在输出变压器106的二次侧的负载电路中，第1高频RF1的电流在正极性的方向上流过。
像这样由输出变压器106的二次绕组输出的第1高频RF1，具有与输入到输入变压器102的一次绕组的正弦波信号rf1相似的正弦波形。通过控制直流电源电压(Vdd)，使得放大率可变，即使在百MH以上的频率的频带也能够任意调整第1高频RF1的电力。
在此，当设直流电源的输出即DC电力为PDC、高频电源的输出即RF电力为PRF、高频电源内部的消耗电力为Pc时，PDC＝PRF+Pc，DC-RF转换效率为(PRF/PDC)×100％。DC-RF转换效率是左右高频电源的使用价值的指标之一。
线性放大器方式的高频电源36，如上所述工作频率非常宽，通过电力调制使第1高频RF1的电力导通/断开时，可以在电源控制部84的控制下使低输出的正弦波振荡器80导通/断开。因此，在脉冲频率的各周期内将高频电源36从导通状态切换到断开状态时，正弦波振荡器80立即成为断开状态，所以在高频供电线43上第1高频RF1的电力瞬时消失，不会发生RF电力拖尾现象。但是，在线性放大器82内消耗的电力(损失)Pc多，DC-RF转换效率不高。
图4表示第2MOSFET104B的源极-漏极间电压VdB和漏极电流IdB的波形。根据该图可以理解，在MOSFET104B中存在VdB*IdB的有效电力，作为漏极损失被消耗。虽然省略图示，第1MOSFET104A的源极-漏极间电压VdA和漏极电流IdA的波形，与VdB和IdB的波形相位彼此相反。在第1MOSFET104A中也存在VdA*IdA的有效电力，作为漏极损失被消耗。
[第2高频电源和残留高频除去部的电路结构]
图5表示第2高频电源38和残留高频除去部74的电路结构。如上所述，第2高频电源38是开关方式的高频电源，包括：发生第2频率f2(13.56MHz)的2相开关脉冲Sa、Sb的开关脉冲振荡器110；响应来自该振荡器110的后述的二相开关脉冲Sa、Sb将直流电源的输出转换为正弦波的第2高频RF2的正弦波逆变器112；和根据来自主控制部72的控制信号直接控制振荡器110和正弦波逆变器112的电源控制部114。在该等离子体蚀刻装置中，对第2高频RF2进行脉冲调制时，主控制部72和电源控制部114构成电力调制部。
在第2高频电源38的单元内也具有RF电力监视器116。虽然省略图示，但该RF电力监视器116具有定向耦合器、行波电力监视部和反射波电力监视部。在此，定向耦合器取出与在高频供电线45上顺向传输的RF电力(行波)和逆向传输的RF电力(反射波)各自对应的信号。行波电力监视部基于由定向耦合器取出的行波电力检测信号，生成表示高频传输线路45上的行波中包含的基波行波(13.56MHz)的电力的信号。该信号即基波行波电力测定值信号，被给予第2高频电源38内的电源控制部114用于电力反馈控制，并且也被给予主控制部72用于监视显示。反射波电力监视部对从腔室10内的等离子体返回第2高频电源38的反射波中包含的基波反射波(13.56MHz)的电力进行测定，并且对从腔室10内的等离子体返回第2高频电源38的反射波中包含的全部的反射波谱的总电力进行测定。由反射波电力监视部得到的基波反射波电力测定值被给予主控制部72用于监视显示，总反射波电力测定值作为电力放大器保护用的监视值被给予第2高频电源38内的电源控制部114。
正弦波逆变器112的输出端子M2、N2经由变压器118、低通滤波器120和同轴电缆122与匹配器42的输入端子连接。变压器118用于阻抗转换。低通滤波器120将来自正弦波逆变器112的第2高频RF2中包含的比第2频率f2高的高频成分(失真成分)除去。图示的低通滤波器120构成为包括串联插入到高频供电线45的1个线圈124和在该线圈124的两端并联插入的2个电容器126，128的π形电路。
图6表示正弦波逆变器112的电路结构。该正弦波逆变器112具有：构成全桥电路的第一组开关元件例如N型的MOSFET130A、132A和第二组开关元件例如N型的MOSFET130B、132B；和对于负载与第一组MOSFET130A、132A或第二组MOSFET130B、132B串联连接的线圈134和电容器136。
更详细地说，第一组的一个MOSFET130A中，漏极端子与直流电源电压(Vdd)端子138连接，源极端子与节点J1连接，对栅极端子输入第1相的开关脉冲Sa。更详细地说，第二组的一个MOSFET130B中，漏极端子与直流电源电压(Vdd)端子138连接，源极端子与节点J2连接，对栅极端子输入第2相的开关脉冲Sb。更详细地说，第一组的另一个MOSFET132A中，漏极端子与节点J2连接，源极端子接地，对栅极端子输入第1相的开关脉冲Sa。更详细地说，第二组的另一个MOSFET132B中，漏极端子与节点J1连接，源极端子接地，对栅极端子输入第2相的开关脉冲Sb。而且，在节点J1与节点J2之间串联连接有电容器136、线圈134、一个输出端子M2、负载、另一个输出端子N2。线圈134和电容器136对于第2高频RF2构成串联谐振电路。负载主要包括腔室10内的等离子体和匹配器42内的匹配电路。
在该正弦波逆变器112中，将第二组MOSFET130B、132B保持为断开状态利用第1相开关脉冲Sa使第一组MOSFET130A、132A导通时，从直流电源电压(Vdd)端子138通过MOSFET130A、电容器136、线圈134、输出端子M2、负载、输出端子N2和MOSFET132A向地线(接地电位部件)负载电流(第2高频RF2的电流)IL在正极性的方向上流过。反之，将第一组MOSFET130A、132A保持为断开状态利用第2相开关脉冲Sb使第二组MOSFET130B、132B导通时，从直流电源电压(Vdd)端子138通过MOSFET130B、输出端子N2、负载、输出端子M2、线圈134、电容器136和MOSFET132B向地线(接地电位部件)负载电流(第2高频RF2的电流)IL在负极性的方向上流过。
在该正弦波逆变器112中，如图7所示，使由振荡器110生成的二相开关脉冲Sa、Sb在电源控制部114的控制下成为PWM(脉冲宽度调制)的脉冲列，由此能够使负载电流(第1高频RF1的电流)IL成形为正弦波。通过使开关脉冲Sa、Sb的导通持续时间或占空比可变，能够任意控制第2高频RF2的RF电力。
上述的开关方式的高频电源38，与线性放大器方式相反，因开关元件(130A、130B、132A、132B)的开关速度而使工作频率被限速，但损失非常小，DC-RF转换效率高。
图8表示第二组的另一个MOSFET132B的源极-漏极间电压Vdb和漏极电流Idb的波形。第2高频RF2的电流IL在负极性的方向上流过负载电路的第1半周期中，MOSFET132B的源极-漏极间以饱和状态导通(短路)流过漏极电流Idb。第2高频RF2的电流IL在正极性的方向上流过负载电路的第2半周期中，MOSFET132B为断开状态不流过漏极电流Idb。因此，Vdb*Idb的有效电力或漏极损失几乎没有。其它的MOSFET130A、132A、130B也同样。
不过，在开关方式的第2高频电源38中，在停止第2高频RF2的输出时，第2高频RF2的能量残留于正弦波逆变器112或低通滤波器120而容易发生RF电力拖尾现象，特别是在具有LC串联谐振电路(134、136)的情况下这种倾向较强。在本实施方式中，将残留高频除去部74连接到高频供电线45，由此防止或降低第2高频电源38的RF电力拖尾现象。
而且，在图5中，残留高频除去部74设置在高频供电线45上、且在低通滤波器120与同轴电缆122之间。或者，残留高频除去部74也可以设置于变压器118的一次侧，当基本上在正弦波逆变器112与匹配器42之间时，可以设置在高频供电线45上的任何地方。
该残留高频除去部74具有在高频供电线45与地线(接地电位部件)之间串联连接的电阻140和开关142。开关142由例如MOS晶体管构成，在对第2高频RF2进行电力调制时因来自主控制部72的残留高频除去信号CRM而使开关动作，CRM为H电平时导通，CRM为L电平时断开。在不对第2高频RF2进行电力调制时，不从主控制部72给予开关控制信号CRM，开关142保持为断开状态。残留高频除去信号CRM，如后所述，作为与规定脉冲调制的脉冲频率和占空比的调制控制脉冲PS同步的控制脉冲被给予。
[残留高频除去部的作用]
接着，对本实施方式的残留高频除去部74的作用进行说明。图9表示该电容耦合型等离子体蚀刻装置中，对第2高频RF2进行脉冲调制时的主要的各部分的波形。
在这种情况下，主控制部72将设定于电力调制用的规定脉冲频率fS和占空比DS的调制控制脉冲信号PS给予第2高频电源38的电源控制部114。电源控制部114与调制控制脉冲信号PS同步地对开关脉冲振荡器110进行导通/断开控制，对第2高频RF2的输出进行导通/断开控制。在此，将调制控制脉冲信号PS的周期、导通期间、断开期间分别设为TC、Ton、Toff时，TC＝1/fS、TC＝Ton+Toff、DS＝Ton/(Ton+Toff)的关系式成立。另一方面，第1高频电源36不对第1高频RF1进行导通/断开控制地连续地输出。
而且，主控制部72将残留高频除去信号CRM给予残留高频除去部74的开关142。如图9所示，残留高频除去信号CRM与调制控制脉冲PS反相位地同步，在脉冲频率的各周期中在导通期间Ton中保持L电平，在断开期间Toff中(优选除去断开期间Toff刚开始后至即将结束前的过渡时间Te、Tf)成为H电平。由此，开关142在脉冲频率的各周期中在导通期间Ton保持为断开状态，在断开期间Toff中成为导通状态。
当开关142导通时，残留在高频供电线45上的第2高频RF2(更准确的是高频供电线45上全部的行波和反射波)通过电阻140和开关142流向地线(接地电位部件)。电阻140限制从高频供电线45流向地线的第2高频RF2的电流，并且产生焦耳热消耗残留RF电力。
像这样，在脉冲频率的各周期中，从导通期间Ton转移至断开期间Toff时，在正弦波逆变器112或低通滤波器120内的线圈124、134、电容器126、128、136等中作为电磁能或电荷能蓄积的第2高频RF2(更准确的是高频供电线45上的全部的所有的行波和反射波)，被从高频供电线45上快速地除去。
本发明者在本实施方式的等离子体蚀刻装置中，例如以500W的输出对第2高频RF2进行脉冲频率fs为20kHz、占空比为50％的电力调制，用示波器观测高频供电线45上的高频波形时，确认到如图10所示，在脉冲频率的各周期中，从导通期间Ton(图中的ON期间)转移至断开期间Toff(图中的OFF期间)时阶梯状地从第2高频RF2从H电平(500W)切换到L电平(0W)，不发生RF电力拖尾现象。
另一方面，取下残留高频除去部74，对第2高频RF2进行与上述相同条件的电力调制，与上述同样地用示波器观测高频供电线45上的高频波形时，确认到如图11所示，在脉冲频率各周期中，从导通期间Ton(图中的ON期间)转移至断开期间Toff(图中的OFF期间)时发生第2高频RF2的振幅以拖尾的方式以一定的时间常数衰减并且收敛于L电平(0W)的现象即发生RF电力拖尾现象。
像这样，在本实施方式中，能够简便且可靠地防止对第2高频RF2进行电力调制时在高频供电线上发生RF电力拖尾现象。由此，能够供给方波脉冲状的高频电力。另外，由于在高频供电线45上不发生RF电力拖尾现象，能够提高由RF电力监视器116取得的监视信息的精度。
另外，本实施方式的等离子体蚀刻装置中，如图12所示，也能够对第1高频RF1进行电力调制。在这种情况下，主控制部72将设定于电力调制用的规定脉冲频率fS和占空比DS的调制控制脉冲信号PS给予第1高频电源36的电源控制部84。电源控制部84与调制控制脉冲信号PS同步地对正弦波振荡器80进行导通/断开控制，对第1高频RF1的输出进行导通/断开控制。另一方面，第2高频电源38不对第2高频RF2进行导通/断开控制地连续地输出。残留高频除去部74的开关142不由主控制部72给予残留高频除去信号CRM，保持断开状态。
如上所述、第1高频电源36为线性放大器方式，所以在对第1高频RF1进行了电力调制的情况下，在脉冲频率的各周期中从导通期间Ton转移至断开期间Toff时不在高频供电线43上残留第1高频RF1的电力，所以不发生RF电力拖尾现象。
[其它的实施方式或变形例]
以上，对本发明的优选的实施方式的进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在其技术思想的范围内进行各种变形。
上述实施方式中，第2高频电源38使用开关方式的高频电源，与此关联地在高频供电线45上设置有残留高频除去部74。但是，第1高频电源36也能够使用开关方式的高频电源，在这种情况下可以在高频供电线43上设置其它的残留高频除去部74。
另外，也能够第1高频电源36和第2高频电源38两者使用开关方式的高频电源。在这种情况下，可以在各个高频供电线43、45上设置残留高频除去部74。
而且，如图13所示，也能够对第1高频RF1和第2高频RF2两者进行电力调制。在这种情况下，主控制部72将设定于电力调制用的规定脉冲频率fS和占空比DS的调制控制脉冲信号PS给予第1高频电源36的电源控制部84和第2高频电源36的电源控制部114。
本发明的等离子体处理装置中的开关方式的高频电源，并不限定于上述实施方式那样的使用2对(4个)开关元件的全桥型，也可以为例如使用一对(2个)开关元件的半桥型。在这种情况下，根据单相或两相的开关脉冲，进行如下的开关控制：在高频的各周期中，在前半周期将一个开关元件保持为断开状态使另一个开关元件为导通，在后半周期将另一个开关元件保持为断开状态使一个开关元件导通。
另外，适合等离子体生成的第1高频供电36的高频RF1，在上述实施方式中对基座(下部电极)16施加，但也能够对上部电极46施加。
本发明并不限定于电容耦合型等离子体蚀刻装置，也能够适用于进行等离子体CVD、等离子体ALD、等离子体氧化、等离子体氮化、溅射等任意的等离子体工艺的电容耦合型等离子体处理装置。本发明的被处理基板并不限定于半导体晶片，也能够为平板显示器、有机EL、太阳能电池用的各种基板、光掩膜、CD基板、印制电路板等。
附图标记说明
10 腔室
16 基座(下部电极)
36、38 高频电源
40、42 匹配器
43、45 高频供电线
46 上部电极(喷头)
56 处理气体供给源
72 主控制部
74 残留高频除去部

Claims (7)

1.一种等离子体处理装置，其在以能够取出和放入被处理基板的方式收纳该被处理基板的能够真空排气的处理容器内生成处理气体的等离子体，利用所述等离子体对所述基板实施期所期望的处理，所述等离子体处理装置的特征在于，包括：
开关方式的高频电源，其具有直流电源和开关元件，由开关脉冲使所述开关元件以高频频带的频率导通/断开，由此将所述直流电源的直流输出转换为高频输出；
高频供电线，其用于将由所述高频电源输出的所述高频供给到所述等离子体；
匹配器，其用于在所述高频供电线上使所述高频电源侧的阻抗与该匹配器的负载侧的阻抗匹配；
高频电力调制部，其控制所述高频电源，使所述高频的电力成为导通状态的导通期间和成为断开状态的断开期间以一定的脉冲频率交替反复；和
残留高频除去部，其用于将在所述脉冲频率的各周期中的所述断开期间中残留在所述高频供电线上的高频除去。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源具有构成全桥电路的第一组开关元件和第二组开关元件，利用所述开关脉冲，在高频的各周期中，在前半周期将所述第二组的开关元件保持为断开状态使所述第一组的开关元件为导通，在后半周期将所述第一组开关元件保持为断开状态使所述第二组开关元件导通。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源具有构成半桥电路的第一组开关元件和第二组开关元件，利用所述开关脉冲，在高频的各周期中，在前半周期将所述第二组的开关元件保持为断开状态使所述第一组的开关元件为导通，在后半周期将所述第一组开关元件保持为断开状态使所述第二组开关元件导通。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源，在所述脉冲频率的各周期中，在导通时间中对所述开关元件持续供给所述开关脉冲，在断开时间中对所述开关元件停止所述开关脉冲的供给。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源具有相对于负载电路与所述开关元件串联连接的串联谐振电路。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述残留高频除去部具有在所述高频供电线与接地电位部件之间串联连接的电阻和开关，在所述脉冲频率的各周期中，在所述导通期间中将所述开关保持为断开状态，在所述断开期间中使所述开关导通。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述处理容器内配置有用于载置所述基板的高频电极，所述高频电极与所述高频供电线电连接。
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