CN107535043B - 等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents

等离子体处理装置和等离子体处理方法 Download PDF

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Abstract

等离子体处理装置包括：处理容器；载波组生成部，其生成由分别具有彼此不同的频率的多个载波构成的载波组，其中上述频率属于以规定的中心频率为中心的规定的频带；和使用载波组在处理容器内生成等离子体的等离子体生成部。

Description

等离子体处理装置和等离子体处理方法
技术领域
本发明的各个方面和实施方式，涉及等离子体处理装置和等离子体处理方法。
背景技术
存着利用微波激励工艺气体(process gas)的等离子体处理装置。该等离子体处理装置例如将由微波振荡器产生的微波放射到处理容器内，将处理容器内的生产气体电离来生成等离子体。
其中，作为用于抑制因微波的驻波而在处理容器内生成的电场的偏置的技术，有通过对载波进行频率调制来生成具有规定的频率带宽的微波的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-109080号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
但是，在上述现有技术中，没有考虑到抑制等离子体密度的偏差和模式跳变(modejump)。
即，现有技术通过对载波进行频率调制来生成具有规定的频率带宽的微波。在此，由频率调制生成的微波，尽管在规定的频率带宽中与时间的经过相应地频率变动，但是作为与某个时刻对应地具有单一的频率的频率成分存在。
在使用具有单一频率的频率成分的微波生成等离子体的情况下，当使微波的频率与反射波的功率极小的频率(以下称为“极小反射频率”)一致时，最高效地使微波被等离子体吸收。但是，反射波的功率极小的频率当微波被高效地吸收时，等离子体密度增大，极小反射频率会移动到高频率侧。当极小反射频率移动时只要不使频率变动，则被等离子体吸收的微波的功率减小。作为结果，等离子体密度降低。当等离子体密度降低时，极小反射频率移动到频率低的一侧。于是，被等离子体吸收的微波的功率增加，作为结果，等离子体密度增加。在现有技术中，因这种等离子体密度的增加和下降反复出现，有可能导致等离子体密度的偏差增大。而且，在现有技术中，有可能因等离子体模式的变化而导致发生等离子体密度瞬间不连续的现象即模式跳变。
用于解决课题的方法
本发明公开的等离子体处理装置，在一个实施方式中，包括：处理容器；载波组生成部，其生成由分别具有彼此不同的频率的多个载波构成的载波组，其中上述频率属于以规定的中心频率为中心的规定的频带；和用上述载波组在上述处理容器内生成等离子体的等离子体生成部。
发明的效果
根据公开的等离子体处理装置的一个方式，发挥能够抑制等离子体密度的偏差和模式跳变的发生的效果。
附图说明
图1是表示一个实施方式的等离子体处理装置的概略的图。
图2是用于说明载波组的生成方法的一例的图。
图3A是表示载波组的波形的一例的图。
图3B是表示载波组的波形的一例的图。
图3C是表示载波组的波形的一例的图。
图3D是表示载波组的波形的一例的图。
图4是用于说明利用载波组抑制等离子体密度的偏差的图。
图5是用于说明使用具有单一频率的微波时的问题点的图。
图6是用于说明一个实施方式的利用载波组抑制等离子体密度的偏差的抑制的机理的图。
图7是一个实施方式的等离子体处理方法的流程图。
图8是表示用具有载波组或单一频率的微波生成等离子体时的等离子体密度的推移的图。
图9是表示用具有单一频率的微波生成等离子体时的、等离子体密度与微波的行波的功率的关系的图。
图10是表示用具载波组生成等离子体时的、等离子体密度与载波组的行波的功率的关系的图。
图11A是表示载波间距与载波组中所包含的多个载波的个数的关系的一例的图。
图11B是用于说明与载波间距的变化对应的被等离子体吸收的载波组的功率变化的图。
图11C是表示载波间距与等离子体的发光强度的关系的一例的图。
图12是表示另一载波组的波形的一例的图。
图13是表示至少一个载波的波形的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明公开的等离子体处理装置的实施方式进行详细说明。其中，在各附图中对相同或相当部分标注相同附图标记。
图1是表示一个实施方式的等离子体处理装置的概略的图。图1所示的等离子体处理装置1包括：处理容器12、载置台14、载波组生成部16、天线18、电介质窗20和控制部100。
处理容器12划分出用于进行等离子体处理的处理空间S。处理容器12具有侧壁12a和底部12b。侧壁12a形成为大致筒形。以下，在侧壁12a的筒形的中心假想地设定筒形的延伸的轴线X，将轴线X的延伸方向称为轴线X方向。底部12b设置于侧壁12a的下端侧，覆盖侧壁12a的底侧开口。在底部12b设置有排气用的排气孔12h。侧壁12a的上端部开口。
侧壁12a的上端部开口由电介质窗20封闭。在电介质窗20与侧壁12a的上端部之间设置有O型环19。电介质窗20隔着O型环19设置于侧壁12a的上端部。利用O型环19更可靠地密闭处理容器12。载置台14被收纳在处理空间S，载置被处理体W。电介质窗20具有与处理空间S相对的相对面20a。
载波组生成部16生成由分别具有彼此不同的频率的多个载波构成的载波组，其中上述频率属于以规定的中心频率为中心的规定的频带。例如，载波组生成部16具有：能够对使基准频率和相位同步的微波进行振荡的PLL(Phase Locked Loop：锁相环路)振荡器；和与PLL振荡器连接的IQ数字调制器。而且，载波组生成部16将从PLL振荡器振荡的微波的频率设定为中心频率。而且，载波组生成部16通过用IQ数字调制器生成由分别具有彼此不同的频率的多个载波来生成载波组，其中上述频率属于以作为中心频率的微波的频率为中心的规定的频带。例如，对N个复数数据符号执行逆离散傅里叶变换，而形成连续信号，能够生成本发明的载波组。该信号生成方法通过与数字电视广播等中使用的OFDMA(OrthogonalFrequency-Division Multiple Access，正交频分多址)调制方式相同的方法来实现(例如参照日本特许第5320260号)。由载波组生成部16生成的载波组的中心频率和频带由后述的控制部100控制。
图2是用于说明载波组的生成方法的一例的图。在图2中，波形数据是预先数字化的编码的串。某个时刻t的波形数据X(t)用以下的式(1)表示。
X(t)＝A(t)cos(ωt+θ0)…(1)
其中，A(t)：某个时刻t的振幅，
θ0：初始相位
通过使用加法定理展开上述式(1)，导出以下的式(2)。
X(t)＝A(t)cosωt·cosθ0-A(t)sinωt·sinθ0…(2)
波形数据X(t)的同相分量数据(I数据：In-Phase component)I(t)用以下的式(3)表示。另外，波形数据X(t)的正交分量数据(Q数据：Quadrature component)Q(t)用以下的式(4)表示。
I(t)＝A(t)cosθ0…(3)
Q(t)＝A(t)sinθ0…(4)
根据上述(2)～(4)，导出以下的式(5)。
X(t)＝I(t)cosωt-Q(t)sinωt…(5)
上述式(5)意味着所有波形数据X(t)由I数据I(t)和Q数据Q(t)表示。
载波组生成部16首先将波形数据X(t)量化并进行逆傅里叶变换，由此来分离出I数据I(t)和Q数据Q(t)。然后，I数据I(t)和Q数据Q(t)各自被进行D/A(Digital/Analog)转换并被输入到仅使低频成分通过的LPF(低通滤波器)。另一方面，从PLL振荡器振荡的中心频率(fo)的基准载波(例如微波)生成彼此相差90°相位的两个基准载波cosωt、-sinωt。然后，使用从LPF输出的I数据I(t)和Q数据Q(t)，通过调制彼此相位为90°的基准载波cosωt和-sinωt来生成载波组。即，通过将I数据I(t)与基准载波(cosωt)相乘，将Q数据Q(t)与基准载波(-sinωt)相乘并将两个相乘结果相加来生成载波组。本实施方式中的载波组是使用中心频率为2450MHz的微波以10kHz的间距在40MHz带宽复用载波而成的。通过使相邻的载波的相位为正交的关系(相位相差90°的状态)，能够排列最接近的大量的载波。
在此，对由载波组生成部16生成的载波组的波形进行说明。图3A～3D是表示载波组的波形的一例的图。图3A表示由时间轴、频率轴和振幅轴构成的三维坐标空间中的载波组的波形。图3B表示由频率轴和振幅轴构成的二维坐标空间中的载波组的波形。图3C表示由时间轴和频率轴构成的二维坐标空间中的载波组的波形。图3D表示由时间轴和振幅轴构成的二维坐标空间中的载波组的波形。
如图3A～图3D所示、载波组由分别具有彼此不同的频率的多个载波(载波f1～f12)构成，其中上述频率属于以规定的中心频率(例如2.45GHz)为中心的规定的频带(例如40MHz)。各载波的频率与时间的经过无关是固定的。此外，多个载波的振幅相同。各载波的振幅与时间的经过无关是固定的。另外，多个载波中的在规定的频带中频率相邻的至少两个载波的相位相差90°。例如，频率相邻的载波f1和载波f2的相位相差90°。此外，在规定的频带中，多个载波的频率隔开一定的间隔(例如10kHz)地排列。
通过如一个实施方式那样通过生成由多个载波构成的载波组，能够使载波组的反射波的功率成为极小的频率(以下称为“极小反射频率”)与载波组中所包含的多个载波中的任意载波的频率一致。其结果是，根据一个实施方式，由于能够将被等离子体吸收的载波组的功率保持为大致固定，所以能够抑制等离子体密度的偏差。
图4是用于说明利用载波组抑制等离子体密度的偏差的图。在图4中，横轴是频率[GHz]，纵轴是功率[dBm]。另外，在图4中，曲线图501表示载波组的行波的频谱，曲线图组502表示载波组的反射波的频谱。另外，图4中，作为实验条件，处理气体和流量：Cl2/Ar＝100/300sccm、压力：140mTorr。
如图4的曲线图501和曲线图组502所示，当生成由多个载波组成的载波组时，极小反射频率与载波组中所包含的多个载波中的任意载波的频率一致。由此，被等离子体吸收的载波组的功率维持大致固定。在图4的示例中，被等离子体吸收的载波组的功率相当于由曲线图501和曲线图组502夹着的区域的面积。在此，设由曲线图501和曲线图组502中之一的曲线图502a夹着的区域的面积为A1，由曲线图501和曲线图组502中之一的曲线图502b夹着的区域的面积为A2。由于面积A1和面积A2大致相等，所以可知，即使在极小反射频率发生变动的情况下，被等离子体吸收的载波组的功率也维持大致固定。作为结果，由于等离子体密度的降低被抑制，所以等离子体密度的偏差被抑制。
在此，对一个实施方式的利用载波组抑制等离子体密度的偏差的抑制的机理进行详细说明。在对一个实施方式的利用载波组抑制等离子体密度的偏差的抑制的机理进行说明之前，作为其前提，对使用具有单一频率的微波时的问题点进行说明。图5是用于说明使用具有单一频率的微波时的问题点的图。在图5中，曲线图511表示与微波的反射波的频谱中的极小反射频率对应的部分。
如图5所示，在使用具有单一频率的微波f1′的情况下，微波f1′的单一频率被固定为与极小反射频率一致。于是，被等离子体吸收的微波f1′的功率增大，作为结果，等离子体密度的增加。当等离子体密度增加时，如图5中实线箭头所示，极小反射频率偏离微波f1′的单一频率。由此，微波f1′的反射波增大。于是，被等离子体吸收的微波f1′的功率降低，作为结果，等离子体密度降低。当等离子体密度降低时，微波f1′的反射波减小，由此，如图5中的虚线箭头所示，极小反射频率接近微波f1′的单一频率。于是，被等离子体吸收的微波f1′的功率增加，作为结果，等离子体密度的再次增加。在使用具有单一频率的微波f1′的情况下，因这种等离子体密度的增加和下降反复出现，有可能导致等离子体密度的偏差增大。另外，在使用通过对载波进行频率调制而生成的具有规定的频率带宽的微波的情况下，由于这样的微波也与某个时刻对应地具有单一频率，所以同样地，等离子体密度的偏差有可能增大。
对此，对一个实施方式的利用载波组抑制等离子体密度的偏差的抑制的机理进行说明。图6是用于说明一个实施方式的利用载波组抑制等离子体密度的偏差的抑制的机理的图。在图6中，曲线图512表示与载波组的反射波的频谱中的极小反射频率对应的部分。
如图6所示，在使用由分别具有彼此不同的频率的多个载波(载波f1、f2、f3……)构成的载波组的情况下，极小反射频率与载波组中所包含的多个载波中的任意载波的频率一致。在图6的示例中，设极小反射频率与载波组中所包含的多个载波中的载波f1的频率一致。于是，被等离子体吸收的载波f1的功率增大，作为结果，等离子体密度的增加。当等离子体密度增加时，如图6中实线箭头所示，极小反射频率偏离载波f1的频率。于是，偏离载波f1的频率的极小反射频率与载波f2的频率一致。由此，被等离子体吸收的载波f2的功率增大，作为结果，等离子体密度的增加。在使用由分别具有彼此不同的频率的多个载波构成的载波组的情况下，避免了反复出现等离子体密度的增加和下降。其结果是，等离子体密度的偏差被抑制。
返回到图1的说明。等离子体处理装置1还包括：放大器21、导波管22、虚拟负载23、检测器(行波)24、检测器(反射波)25、调谐器26、模式转换器27、和同轴导波管28。
载波组生成部16经由放大器21连接到导波管22。放大器21放大由载波组生成部16生成的载波组，并将放大后的载波组输出到导波管22。导波管22例如是矩形导波管。导波管22与模式转换器27连接，模式转换器27与同轴导波管28的上端连接。
虚拟负载23经由循环器23a连接到导波管22。循环器23a提取从处理容器12侧反射的载波组的反射波，并将提取出的载波组的反射波输出到虚拟负载23。虚拟负载23通过负载等将从循环器23a输入的载波组的反射波转换为热。
检测器(行波)24经由定向耦合器24a连接到导波管22。定向耦合器24a提取朝向处理容器12侧的载波组的行波，并将提取出的载波组的行波输出到检测器(行波)24。检测器(行波)24检测从定向耦合器24a输入的载波组的行波的频谱，并将检测出的载波组的行波的频谱输出到控制部100。
检测器(反射波)25经由定向耦合器25a连接到导波管22。定向耦合器25a提取从处理容器12侧反射的载波组的反射波，并将提取出的载波组的反射波输出到检测器(反射波)25。检测器(反射波)25检测从定向耦合器25a输入的载波组的反射波的频谱，并将检测出的载波组的反射波的频谱输出到控制部100。
调谐器26设置于导波管22，具有将载波组生成部16与处理容器12之间的阻抗匹配的功能。调谐器26具有可突出地设置在导波管22的内部空间的可动板26a、26b。调谐器26通过控制可动板26a、26b相对于基准位置的突出位置来匹配载波组生成部16与处理容器12之间的阻抗。
同轴导波管28沿轴线X延伸。该同轴导波管28包括外侧导体28a和内侧导体28b。外侧导体28a具有在轴线X的方向上延伸的大致圆筒形状。内侧导体28b设置在外侧导体28a的内部。该内侧导体28b具有沿X轴延伸的大致圆筒形状。
由载波组生成部16生成的载波组经由调谐器26和导波管22被导波到模式转换器27。模式转换器27转换载波组的模式，并且在模式转换之后将载波组提供给到同轴导波管28。来自同轴导波管28的载波组被供给到天线18。
天线18基于由载波组生成部16生成的载波组，放射用于等离子体激励的载波组。天线18具有槽板30、电介质板32和冷却套(cooling jacket)34。天线18设置在电介质窗20的相对面20a的相反侧的面20b上，基于由载波组生成部16生成的载波组，经由电介质窗20将等离子体激励用的载波组放射到处理空间S。
槽板30形成为板面与轴线X正交的大致圆板状。槽板30设置在电介质窗20的相对面20a的相反侧的面20b上，与电介质窗20彼此板面对合地配置。在槽板30上，以轴线X为中心在周向上排列有多个槽30a。槽板30是构成径向线槽天线的槽板。槽板30形成为具有导电性的金属制的圆板状。在槽板30上形成有多个槽30a。此外，在槽板30的中央部形成有后述的导管36可贯通的贯通孔30d。
电介质板32形成为板面与轴线X正交的大致圆板状。电介质板32设置在槽板30与冷却套34的下侧表面之间。电介质板32例如是石英制的，并且具有大致圆板形状。
冷却套34的表面具有导电性。冷却套34形成有在内部可流通制冷剂的流路34a，通过制冷剂的流动来冷却电介质板32和槽板30。外侧导体28a的下端与冷却套34的上部表面电连接。另外，内侧导体28b的下端通过形成于冷却套34和电介质板32的中央部分的孔与槽板30电连接。
来自同轴导波管28的载波组，传播到电介质板32，从槽板30的槽30a经由电介质窗20被导入到处理空间S。在一个实施方式中，导管36通过同轴导波管28的内侧导体28b的内孔。在槽板30的中央部形成有导管36可贯通的贯通孔30d。导管36沿轴线X延伸并连接到气体供给系统38。
气体供给系统38将用于处理被处理体W的处理气体供给到导管36。气体供给系统38可以包括：气体源38a、阀38b和流量控制器38c。气体源38a是处理气体的气体源。阀38b切换来自气体源38a的处理气体的供给和停止供给。流量控制器38c例如是质量流量控制器，调节来自气体源38a的处理气体的流量。另外，气体供给系统38相当于将用于等离子体反应的处理气体导入到处理空间S的气体供给机构的一例。
在一个实施方式中，等离子体处理装置1还可以包括喷射器41。喷射器41将来自导管36的气体供给到形成于电介质窗20的贯通孔20h。供给到电介质窗20的贯通孔20h的气体，被供给到处理空间S。在以下的说明中，有时将由导管36、喷射器41和贯通孔20h构成的气体供给路径称为“中央气体导入部”。
载置台14设置成在轴线X方向上与电介质窗20相对。该载置台14设置成在电介质窗20与该载置台14之间夹着处理空间S。在载置台14上载置被处理体W。在一个实施方式中，载置台14包括：台14a、聚焦环14b和静电卡盘14c。载置台14相当于载置台的一例。
台14a由筒状支承部48支承。筒状支承部48由绝缘性的材料构成，从底部12b向垂直上方延伸。此外，在筒状支承部48的外周设置有导电性的筒状支承部50。筒状支承部50沿着筒状支承部48的外周从处理容器12的底部12b向垂直上方延伸。在筒状支承部50与侧壁12a之间形成有环状的排气路径51。
在排气路径51的上部安装有设置有多个贯通孔的环状的挡板52。排气装置56经由排气管54与排气孔12h的下部连接。排气装置56具有自动压力控制阀(APC：AutomaticPressure Control valve)、和涡轮分子泵等真空泵。利用排气装置56能够将处理容器12中的处理空间S减压至所希望的真空度。
台14a也兼用作高频电极。RF偏置用的高频电源58经由供电棒62和匹配单元60与台14a电连接。高频电源58以规定的功率输出适合控制将离子的能量引入到被处理体W的一定的频率、例如13.65MHz的高频电力(以下适当称为“偏置电力”)。匹配单元60收纳用于对高频电源58侧的阻抗与主要是电极、等离子体、处理容器12这样的负载侧的阻抗进行匹配的匹配器。该匹配器中包括用于自偏压生成用的阻塞电容器。
静电卡盘14c设置于台14a的上表面。静电卡盘14c用静电吸附力保持被处理体W。在静电卡盘14c的径向外侧设置有环状地包围被处理体W的周围的聚焦环14b。静电卡盘14c包括电极14d、绝缘膜14e、和绝缘膜14f。电极14d由导电膜构成，设置在绝缘膜14e与绝缘膜14f之间。高压的直流电源64经由开关66和包覆线68与电极14d电连接。静电卡盘14c能够利用由直流电源64施加的直流电压产生的库仑力来吸附保持被处理体W。
在台14a的内部设置有在周向延伸的环状的制冷剂室14g。在该制冷剂室14g由冷却单元(未图示)经由配管70、72循环供给有规定温度的制冷剂、例如冷却水。利用制冷剂的温度控制静电卡盘14c的上表面温度。将传热气体、例如He气经由气体供给管74供给到静电卡盘14c的上表面与被处理体W的背面之间，利用该静电卡盘14c的上表面温度控制被处理体W的温度。
在这样构成的等离子体处理装置1中，从电介质窗20的贯通孔20h经由导管36和喷射器41沿着轴线X将气体供给到处理空间S内。另外，从天线18经由电介质窗20将载波组导入到处理空间S和/或贯通孔20h。由此，在处理空间S和/或贯通孔20h中产生等离子体。其中，天线18和电介质窗20是使用载波组在处理容器12中生成等离子体的等离子体生成部的一例。
控制部100连接到构成等离子体处理装置1的各部，对各部进行统一控制。控制部100包括：具有CPU(Central Processing Unit)的控制器101、用户界面102、和存储部103。
控制器101通过执行存储于存储部103中的程序和处理方案，统一控制载波组生成部16、载置台14、气体供给系统38、排气装置56等各部。
用户界面102具有工序管理者为了管理等离子体处理装置1而进行指令的输入操作等的键盘、触控面板、将等离子体处理装置1的工作状况可视化地显示的显示器等。
在存储部103中保存有用于通过控制器101的控制来实现由等离子体处理装置1执行的各种处理的控制程序(软件)和记录有处理条件数据等的用于执行工艺的工艺方案等。控制器101根据来自用户界面102的指示等根据需要从存储部103调出各种的控制程序并使控制器101执行，由此在控制器101的控制下在等离子体处理装置1中进行期望的处理。此外，控制程序和处理条件数据的方案，能够利用保存在计算机可读的计算机记录介质(例如，硬盘、CD、软盘、半导体存储器等)等中的状态的方案，或者也能够从其他装置例如经由专用线路随时传输在线地使用。
接着，对使用一个实施方式的等离子体处理装置1的等离子体处理方法进行说明。图7是一个实施方式的等离子体处理方法的流程图。
如图7所示，等离子体处理装置1的载波组生成部16生成由分别具有彼此不同的频率的多个载波构成的载波组，其中上述频率属于以规定的中心频率为中心的规定的频带(步骤S101)。其中，由载波组生成部16生成的载波组的中心频率和频带的初始值由控制部100控制。
天线18和电介质窗20使用载波组在处理容器12内生成等离子体(步骤S102)。
控制部100从检测器25接收载波组的反射波的频谱的输入。然后，控制部100控制载波组生成部16，决定规定的频带的宽度，以使得作为与频谱的极小值对应的反射波的频率的极小反射频率处于规定的频带内(步骤S103)。
控制部100在继续处理的情况下(步骤S104中“否”)，使处理返回步骤S101，在结束处理的情况下(步骤S104中“是”)。
接着，对一个实施方式的等离子体处理装置1的效果(等离子体密度)进行说明。图8是表示用具有载波组或单一频率的微波生成等离子体时的等离子体密度的推移的图。在图8中，横轴表示时间[sec]，纵轴表示作为等离子体密度的一个例子的离子密度[ions/cm3]。
另外，在图8中，曲线图521是表示用具有单一频率的微波生成等离子体时的等离子体密度的推移的曲线图。曲线图522是表示在一个实施方式的等离子体处理装置1中使用规定的频带的宽度为10MHz的载波组生成等离子体时的等离子体密度的推移的曲线图。曲线图523是表示在一个实施方式的等离子体处理装置1中使用规定的频带的宽度为20MHz的载波组生成等离子体时的等离子体密度的推移的曲线图。曲线图524是表示在一个实施方式的等离子体处理装置1中使用规定的频带的宽度为40MHz的载波组生成等离子体时的等离子体密度的推移的曲线图。其中，在图8的例子中，作为实验条件，处理气体和流量：Ar＝100mTorr，载波组的行波输功率或微波的行波的功率：1.4kW。
如图8所示，与使用具有单一频率的微波生成等离子体的情况相比，在使用载波组生成等离子体的情况下，离子密度(即，等离子体密度)的偏差被抑制。
接着，对一个实施方式的等离子体处理装置1的效果(模式跳变)进行说明。图9是表示用具有单一频率的微波生成等离子体时的、等离子体密度与微波的行波的功率的关系的图。图10是表示用具载波组生成等离子体时的、等离子体密度与载波组的行波的功率的关系的图。在图9和图10中，纵轴表示作为等离子体密度的一个例子的离子密度[ions/cm3]。另外，在图9中，横轴表示微波的行波的功率[W]。另外，在图10中，横轴表示载波组的行波的功率[W]。
此外，在图9和图10中，“X＝0mm”表示与被处理体W的中心位置“0”对应的离子密度。另外，“X＝150mm”表示与从被处理体W的中心位置“0”沿被处理体W的径向离开“150(mm)”的位置对应的离子密度。另外，“X＝210mm”表示与从被处理体W的中心位置“0”沿被处理体W的径向离开“210(mm)”的位置对应的离子密度。
如图9所示，在使用具有单一频率的微波生成等离子体的情况下，离子密度(即，等离子体密度)成为瞬间不连续的现象即模式跳变，在3个微波的行波的功率上测量到。
对此，如图10所示，在使用载波组生成等离子体的情况下，离子密度(即，等离子体密度)成为瞬间不连续的现象即模式跳变，在1个微波的行波的功率上测量到。即，与使用具有单一频率的微波生成等离子体的情况相比，在使用载波组生成等离子体的情况下，模式跳变的发生被抑制。
接着，对一个实施方式的等离子体处理装置1的效果(等离子体的稳定性)进行说明。以下，参照图11A～图11C，对表示载波组中所包含的多个载波的频率的间隔(以下称为“载波间距”)与等离子体的稳定性之间的关系的一例的实验结果进行说明。图11A是表示载波间距与载波组中所包含的多个载波的个数的关系的一例的图。在图11A中，设载波组的电力之和、即载波组中所包含的多个载波的电力总和是固定的。此外，在图11A中，使载波组存在于中心频率为2450MHz的40MHz的频带内。
如图11A所示，载波间距越小，载波组中包含的多个载波的个数越多。例如，在载波间距为400kHz、100kHz、40kHz、10kHz的情况下，载波组中包含的多个载波的个数分别为100个、400个、1000个、4000个。
图11B是用于说明与载波间距的变化对应的被等离子体吸收的载波组的功率变化的图。在图11B中，横轴是频率[GHz]，纵轴是功率[dBm]。此外，在图11B中，曲线图515表示载波组的行波的频谱。另外，曲线图516表示载波间距为400kHz时的载波组的反射波的频谱。另外，曲线图517表示载波间距为100kHz时的载波组的反射波的频谱。另外，曲线图518表示载波间距为40kHz时的载波组的反射波的频谱。另外，曲线图519表示载波间距为10kHz时的载波组的反射波的频谱。另外，在图11B中，作为实验条件，处理气体和流量：Cl2/Ar＝100/300sccm，压力：140mTorr，中心频率：2.450GHz，频带：40MHz，载波组的行波的输入功率：1.5kW。
如图11B所示，可知在载波间距为100kHz以下的情况下，由曲线图515与曲线图517、曲线图518或曲线图519所夹的区域的面积、即被等离子体吸收的载波组的功率维持大致固定。
图11C是表示载波间距与等离子体的发光强度的关系的一例的图。图11C是为了评价等离子体的稳定性而调查了等离子体的发光强度相对于时间的变化而得到的实验结果。在图11C中，横轴是时间[sec]，纵轴是等离子体的发光强度[abu.]。图11C中，图531表示使用载波间距为400kHz的载波组生成的等离子体的发光强度的变化。图532表示使用载波间距为100kHz的载波组生成的等离子体的发光强度的变化。图533表示使用载波间距为40kHz的载波组生成的等离子体的发光强度的变化。图534表示使用载波间距为10kHz的载波组生成的等离子体的发光强度的变化。
根据图11C的实验结果可知，载波间距越小，等离子体相对于时间的发光强度的变化越被抑制。即可知，通过降低载波间距，能够提高等离子体的稳定性。
如上所述，根据一个实施方式的等离子体处理装置1，生成由多个载波构成的载波组，使用载波组生成等离子体，所以能够避免等离子体密度的增加和下降反复出现。其结果是，能够抑制等离子体密度的偏差和模式跳变的发生。
此外，根据一个实施方式的等离子体处理装置1，决定规定的频带的宽度，以使得极小反射频率存在于载波组的规定的频带内。其结果是，能够提高极小反射频率与载波组中所包含的多个载波中的任意载波的频率一致的可能性，所以能够进一步抑制等离子体密度的偏差和模式跳变的产生。
(变形例1)
接着，对变形例1进行说明。变形例1的等离子体处理装置，除了在进行等离子体处理之前，生成与载波组不同的另一载波组这一点以外，具有与上述一个实施方式的等离子体处理装置1相同的结构。因此，在变形例1中，与上述一个实施方式相同的构成要素使用相同的附图标记，省略其详细说明。
在变形例1的等离子体处理装置中，载波组生成部16在通过使用载波组生成的等离子体对被处理体进行等离子体处理之前，生成另一载波组。另一载波组与等离子体处理中所用的载波组(以下称为“等离子体处理用载波组”)同样，由分别具有彼此不同的频率的多个载波构成，其中上述频率属于以规定的中心频率为中心的规定的频带。另一载波组中所包含的各载波的振幅，随时间的经过而变动，该振幅的极大值比等离子体处理用载波组中所包含的各载波的振幅大。
天线18和电介质窗20使用另一载波组在处理容器12内生成等离子体。另一载波组用于等离子体的点火。
在此，对由载波组生成部16生成的另一载波组的波形进行说明。图12是表示另一载波组的波形的一例的图。图12表示由时间轴、频率轴和振幅轴构成的三维坐标空间中的另一载波组的波形。
如图12所示，另一载波组由分别具有彼此不同的频率的多个载波(载波f1～f9)构成，其中上述频率属于以规定的中心频率(例如2.45GHz)为中心的规定的频带(例如40MHz)。另一载波组中所包含的各载波的振幅，随时间的经过而变动，该振幅的极大值比等离子体处理用载波组中所包含的各载波的振幅大。在图12的示例中，载波f1～f9的振幅在点火步骤的处理时间中所包含的不同时刻处于极大值。而且，载波f1～f9的振幅的极大值，比等离子体处理用载波组中所包含的各载波的振幅大。
根据变形例1的等离子体处理装置，在进行等离子体处理之前，生成由多个载波构成的另一载波组，用另一载波组生成等离子体，所以能够稳定地进行等离子体的点火。
(变形例2)
接着，对变形例2进行说明。变形例2的等离子体处理装置，除了在进行等离子体处理之前，生成载波组中所包含的多个载波中的至少一个载波这一点以外，具有与上述一个实施方式的等离子体处理装置1相同的结构。因此，在变形例2中，与上述一个实施方式相同的构成要素使用相同的附图标记，省略其详细说明。
在变形例2的等离子体处理装置中，载波组生成部16在通过使用载波组生成的等离子体对被处理体进行等离子体处理之前，生成载波组中所包含的多个载波中的至少一个载波。
天线18和电介质窗20使用所生成的至少一个载波，在处理容器12内生成等离子体。至少一个载波，用于等离子体的点火。
在此，对由载波组生成部16生成的至少一个载波的波形进行说明。图13是表示至少一个载波的波形的一例的图。图13表示由时间轴、频率轴和振幅轴构成的三维坐标空间中的另一载波组的波形。
如图13所示，至少一个载波f5的振幅，比进行等离子体处理时的载波f5的振幅大。
根据变形例2的等离子体处理装置，在进行等离子体处理之前，生成载波组中所包含的多个载波中的至少一个载波，用至少一个载波生成等离子体，所以能够稳定地进行等离子体的点火。
另外，本发明以微波为例进行了说明，但是在13.56MHz的高频等离子体和100MHz频带的VHF等离子体中也可获得同样的效果，并不限于微波。
附图标记说明
1 等离子体处理装置
12 处理容器
14 载置台
16 载波组生成部
18 天线
20 电介质窗
30 槽板
38 气体供给系统
100 控制部
101 控制器
102 用户界面
103 存储部。

Claims (12)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
处理容器；
载波组生成部，其生成由分别具有彼此不同的频率的多个载波构成的载波组，其中所述频率属于以规定的中心频率为中心的规定的频带；和
使用所述载波组在所述处理容器内生成等离子体的等离子体生成部，
所述载波组生成部，以使所述载波组的反射波的功率成为极小的频率与所述载波组中所包含的多个载波中的任意载波的频率一致的方式生成所述载波组。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
各所述载波的频率以固定的间隔存在多个。
3.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述载波组，是使用通过将波形数据量化并进行逆傅里叶变换而得的I数据和Q数据，对彼此相位相差90°的载波进行调制而生成的。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
各所述载波的频率与时间的经过无关是固定的。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个载波的振幅相同。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
各所述载波的振幅与时间的经过无关是固定的。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个载波中的所述规定的频带中频率相邻的至少2个载波的相位不同。
8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个载波中的所述规定的频带中频率相邻的至少2个载波的相位相差90°。
9.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：
检测所述载波组的反射波的频谱的检测部；和
控制部，其控制所述载波组生成部，决定所述规定的频带的宽度以使得作为与所述频谱的极小值对应的所述反射波的频率的极小反射频率存在于所述规定的频带内。
10.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述载波组生成部，在利用所述等离子体对被处理体进行等离子体处理之前，生成由分别具有彼此不同的频率的多个载波构成的另一载波组，其中所述频率属于以规定的中心频率为中心的所述规定的频带，
所述等离子体生成部使用所述另一载波组在所述处理容器内生成等离子体，
所述另一载波组中所包含的各所述载波的振幅，随时间的经过而变动，该振幅的极大值比所述载波组中所包含的各所述载波的振幅大。
11.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述载波组生成部，在利用所述等离子体对被处理体进行等离子体处理之前，生成所述载波组中所包含的所述多个载波中的至少一个载波，
所述等离子体生成部使用所述至少一个载波，在所述处理容器内生成等离子体，
所述至少一个载波的振幅，比进行所述等离子体处理时的所述至少一个载波的振幅大。
12.一种等离子体处理方法，其特征在于：
生成由分别具有彼此不同的频率的多个载波构成的载波组，其中所述频率属于以规定的中心频率为中心的规定的频带，所述载波组以使所述载波组的反射波的功率成为极小的频率与所述载波组中所包含的多个载波中的任意载波的频率一致的方式生成，
使用所述载波组在处理容器内生成等离子体。
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