CN109075065A - 等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供使向腔室主体照射的离子的能量降低的等离子体处理装置。一个实施方式的等离子体处理装置包括腔室主体、载置台和高频电源部。腔室主体提供腔室。腔室主体与接地电位连接。载置台具有下部电极，设置在腔室内。高频电源部与下部电极电连接。高频电源部生成向下部电极供给的偏置用的输出波。高频电源部产生使基频的高频的电压波形的正电压成分减少的输出波。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及等离子体处理装置。
背景技术
在半导体器件等的电子器件的制造中，使用等离子体处理装置。等离子体处理装置一般包括腔室主体、载置台和高频电源。腔室主体提供其内部空间作为腔室。腔室主体被接地。载置台设置在腔室内，保持被载置在其上的被加工物。载置台包括下部电极。高频电源与下部电极连接。在该等离子体处理装置中，在腔室内生成处理气体的等离子体，来自高频电源的偏置用的高频被供给到下部电极。在该等离子体处理装置中，离子由于基于偏置用的高频的下部电极的电位与等离子体的电位的电位差而被加速，加速了的离子被照射到被加工物。
在等离子体处理装置中，腔室主体与等离子体之间也产生电位差。在腔室主体与等离子体之间的电位差大的情况下，向腔室主体照射的离子的能量变高，从腔室主体放出颗粒。从腔室主体放出的颗粒污染载置在载置台上的被加工物。为了防止这样的颗粒的产生，在专利文献1中，提案了利用调整腔室的接地电容的调整机构的技术。专利文献1所记载的调整机构以调整与腔室面对的阳极和阴极的面积比率、即A/C比的方式构成。A/C比越大，即，阳极的面积相对于阴极的面积越大，腔室主体与等离子体之间的电位差变小，向腔室主体照射的离子的能量变低。向腔室主体照射的离子的能量低时，能够抑制颗粒的产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-228694号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
作为对被加工物的等离子体处理的一种的蚀刻，进一步要求在被加工物形成纵横比高的形状。为了在被加工物形成纵横比高的形状，需要提高对被加工物照射的离子的能量。降低偏置用的高频的频率，是提高向被加工物照射的离子的能量的对策之一。但是，当偏置用的高频的频率变低时，等离子体的电位变高。等离子体的电位变高时，等离子体与腔室主体的电位差变大，向腔室主体照射的离子的能量变高。根据该背景，需要降低向腔室主体照射的离子的能量。
用于解决技术问题的技术方案
在一个方式中，提供一种等离子体处理装置。等离子体处理装置包括腔室主体、载置台和高频电源部。腔室主体提供腔室。腔室主体与接地电位连接。载置台具有下部电极，设置在腔室内。高频电源部与下部电极电连接。高频电源部生成向下部电极供给的偏置用的输出波。高频电源部构成为产生使基频的高频的正电压成分减少的输出波。
在一个方式的等离子体处理装置中，将使正电压成分减少了的输出波供给到下部电极，因此等离子体的电位变低。所以，等离子体与腔室主体之间的电位差变低。结果是，向腔室主体照射的离子的能量变低。故而，能够抑制来自腔室主体的颗粒的产生。另外，通过降低输出波的频率(基频)，能够降低向腔室主体照射的离子的能量，并且能够提高向被加工物照射的离子的能量。
在一个实施方式中，高频电源部能够包括多个高频电源和合成器。多个高频电源构成为分别产生多个高频，该多个高频具有基频的n倍或者2n倍的彼此不同的频率，其中，n为1以上的整数。合成器以合成多个高频来生成输出波的方式构成。根据该实施方式，能够抑制来自多个高频电源的高频的电力损失，并且能够生成输出波。
在一个实施方式中，高频电源部包括：产生基频的高频的高频电源；和以除去来自高频电源的高频的正电压成分的方式构成的半波整流器。根据该实施方式，能够将正电压成分大致完全除去。
在一个实施方式中，等离子体处理装置是电容耦合型的等离子体处理装置。该实施方式的等离子体处理装置还包括上部电极和第1高频电源。上部电极设置在下部电极的上方。第1高频电源与上部电极连接，产生等离子体生成用的高频。在上部电极为被供给等离子体生成用的高频的电极的等离子体处理装置中，阳极电极的面积小，A/C比小。所以，在该实施方式的等离子体处理装置中，能够更有利地利用上述输出波。
在一个实施方式中，基频为1.4MHz以下。
在一个实施方式中，等离子体处理装置还包括：与下部电极连接的第2高频电源。第2高频电源产生比基频高的频率的偏置用的高频。基于该实施方式的等离子体处理装置，根据处理将上述的输出波或者来自第2高频电源的偏置用的高频有选择地供给到下部电极。
发明效果
如以上所说明，能够降低向腔室主体照射的离子的能量。
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图。
图2是表示一个实施方式的高频电源部的图。
图3是例示图2所示的高频电源部能够生成的输出波的图。
图4是表示另一实施方式的高频电源部的图。
图5是例示由图4所示的高频电源部生成的输出波的图。
图6的(a)是表示模拟#1中计算出的向被加工物照射的离子的能量分布的图，图6的(b)是表示模拟#1中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布的图。
图7的(a)是表示模拟#2中计算出的向被加工物照射的离子的能量分布的图，图7的(b)是表示模拟#2中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布的图。
图8的(a)是表示模拟#3中计算出的向被加工物照射的离子的能量分布的图，图8的(b)是表示模拟#3中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布的图。
图9的(a)是表示模拟#4中计算出的向被加工物照射的离子的能量分布的图，图9的(b)是表示模拟#4中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布的图。
图10是表示模拟#5和模拟#6中求出的离子的入射角的图。
图11的(a)是表示模拟#7中计算出的向被加工物照射的离子的能量分布的图，图11的(b)是表示模拟#7中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布的图。
图12的(a)是表示模拟#8中计算出的向被加工物照射的离子的能量分布的图，图12的(b)是表示模拟#8中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布的图。
图13是表示模拟#9～#14的结果的表。
图14是表示基于模拟#15～#30的结果计算出的Eh/Ef的图表。
图15的(a)是表示模拟#31中计算出的向被加工物照射的离子的能量分布的图，图15的(b)是表示模拟#31中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布的图。
图16的(a)是表示模拟#32中计算出的向被加工物照射的离子的能量分布的图，图16的(b)是表示模拟#32中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布的图。
图17是表示又一实施方式的高频电源部的图。
图18是例示图17所示的高频电源部能够生成的第2输出波的图。
图19是表示又一实施方式的高频电源部的图。
图20是例示由图19所示的高频电源部生成的第2输出波的图。
图21的(a)是表示模拟#33中计算出的向被加工物照射的离子的能量分布的图，图21的(b)是表示模拟#33中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布的图。
图22的(a)是表示模拟#34中计算出的向被加工物照射的离子的能量分布的图，图22的(b)是表示模拟#34中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布的图。
具体实施方式
以下，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应的部分标注相同的附图标记。
图1是概略地表示一个实施方式的等离子体处理装置的图。图1中概略地表示了一个实施方式的等离子体处理装置的纵截面的构造。图1所示的等离子体处理装置10是电容耦合型的等离子体处理装置。等离子体处理装置10例如能够用于等离子体蚀刻。
等离子体处理装置10包括腔室主体12。腔室主体12具有大致圆筒形状。腔室主体12提供其内部空间作为腔室12c。腔室主体12例如由铝构成。在腔室主体12的内壁面、即区划出该腔室12c的壁面形成有具有耐等离子体性的膜。该膜能够是由阳极氧化处理形成的膜、或者由氧化钇形成的膜等的陶瓷制的膜。另外，在腔室主体12的侧壁12s设置有用于运送被加工物W的开口12g。该开口12g能够通过闸阀14开闭。该腔室主体12与接地电位连接。
在腔室12c内，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，由石英等的绝缘材料形成。另外，在腔室12c内设置有载置台16。载置台16以在其上表面保持被加工物W的方式构成。被加工物W能够如晶片那样具有圆盘形状。载置台16包含下部电极18和静电吸盘20。该载置台16由支承部15支承。
下部电极18包括第1板18a和第2板18b。第1板18a和第2板18b例如由铝等的金属形成，具有大致圆盘形状。第2板18b设置在第1板18a上，与第1板18a电连接。
在第2板18b上设置有静电吸盘20。静电吸盘20具有绝缘层和内置于该绝缘层内的电极。直流电源22经由开关23与静电吸盘20的电极电连接。来自直流电源22的直流电压施加在静电吸盘20的电极时，静电吸盘20产生库伦力等的静电力。静电吸盘20利用该静电力吸附被加工物W来保持该被加工物W。
在第2板18b的周缘部上以包围被加工物W的边缘和静电吸盘20的方式配置有聚焦环24。聚焦环24是为了提高等离子体处理的均匀性而设置的。聚焦环24由根据等离子体处理适当选择的材料构成，例如能够由石英构成。
在第2板18b的内部设置有流路18f。从设置在腔室主体12的外部的制冷单元经由配管26a对流路18f供给制冷剂。供给到流路18f的制冷剂经由配管26b返回制冷单元。这样一来，制冷剂以在该流路18f内循环的方式被供给到流路18f中。通过控制该制冷剂的温度，能够控制由静电吸盘20支承的被加工物W的温度。
另外，在等离子体处理装置10设置有气体供给管路28。气体供给管路28将来自导热气体供给机构的导热气体、例如He气体供给到静电吸盘20的上表面与被加工物W的背面之间。
等离子体处理装置10还包括上部电极30。上部电极30设置在载置台16的上方，与下部电极18大致平行地设置。上部电极30与部件32一起关闭腔室主体12的上部开口。部件32具有绝缘性。上部电极30借助该部件32支承在腔室主体12的上部。
上部电极30包括顶板34和支承体36。顶板34面对腔室12c。在顶板34设置有多个气体排出孔34a。该顶板34没有限定，例如由硅构成。或者，顶板34能够具有在铝制的母材的表面设置有耐等离子体性的膜的构造。此外，该膜能够是由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。
支承体36是将顶板34以能够拆装的方式支承的部件，例如能够由铝等的导电性材料构成。在支承体36的内部设置有气体扩散室36a。多个气孔36b从该气体扩散室36a向下方延伸，该多个气孔36b分别与多个气体排出孔34a连通。此外，在支承体36形成有将处理气体导入到气体扩散室36a的气体导入口36c，该气体导入口36c连接有气体供给管38。
气体源组40经由阀组42和流量控制器组44与气体供给管38连接。气体源组40包括多个气体源。阀组42包括多个阀，流量控制器组44包括质量流浪控制器等的多个流量控制器。气体源组40的多个气体源分别经由阀组42的对应的阀和流量控制器组44的对应的流量控制器与气体供给管38连接。该等离子体处理装置10能够将来自从气体源组40的多个气体源之中选择的一个以上的气体源的气体，以独立地调整了流量的方式供给到腔室主体12内。
在腔室12c内且在支承部15与腔室主体12的侧壁12s之间设置有挡板48。挡板48例如通过在铝制的母材上覆盖氧化钇等陶瓷而构成。在该挡板48形成有多个贯通孔。在挡板48的下方，排气管52连接于腔室主体12的底部连接。该排气管52与排气装置50连接。排气装置50具有涡轮分子泵等真空泵，能够将腔室12c减压。
等离子体处理装置10还包括高频电源部60。高频电源部60与下部电极18电连接。该高频电源部60生成向下部电极18供给的偏置用的输出波。由高频电源部60生成的输出波是使基频的高频的正电压成分减少的输出波。基频在一个实施方式中能够为1.4MHz以下。对该高频电源部60的详细说明在后文述说。
在一个实施方式中，等离子体处理装置10还包括第1高频电源62。第1高频电源62是产生等离子体生成用的第1高频的电源，产生具有27～100MHz的范围内的频率的高频。第1高频电源62经由匹配器63与上部电极30连接。匹配器63具有用于使第1高频电源62的输出阻抗与负荷侧(在该实施方式中为上部电极30侧)的输入阻抗匹配的回路。此外，第1高频电源62可以经由匹配器63与下部电极18连接。在第1高频电源62与下部电极18连接的情况下，上部电极30与接地电位连接。
在一个实施方式中，等离子体处理装置10还包括第2高频电源64。第2高频电源64是产生用于将离子引入到被加工物W的偏置用的第2高频的电源。第2高频的频率具有比第1高频的频率低且比由高频电源部60生成的输出波的基频高的频率。第2高频的频率是3.2kHz～13.56MHz的范围内的频率。第2高频电源64经由匹配器65与下部电极18连接。匹配器65具有用于使第2高频电源64的输出阻抗与负荷侧(下部电极18侧)的输入阻抗匹配的回路。通过将该第2高频电源64加在高频电源部60，根据处理，能够将来自高频电源部60的输出波或者来自第2高频电源64的偏置用的高频有选择地供给到下部电极18。
在一个实施方式中，等离子体处理装置10还包括控制部Cnt。控制部Cnt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10的各部。具体来说，控制部Cnt执行存储在存储装置的控制程序，基于在该存储装置中所存储的方案数据控制等离子体处理装置10的各部。由此，等离子体处理装置10执行由方案数据所指定的处理。
在执行使用了该等离子体处理装置10的等离子体处理时，来自从气体源组40的多个气体源之中所选择的气体源的气体被供给到腔室12c。另外，通过排气装置50将腔室12c减压。而且，供给到腔室12c的气体被高频电场激励，该高频电场由来自第1高频电源62的高频产生。由此，在腔室12c内能够生成等离子体。另外，向下部电极18有选择地供给偏置用的输出波或者第2高频。由此，等离子体中的离子向着被加工物W被加速。通过如上所述被加速了的离子和/或者自由基处理被加工物W。
以下说明高频电源部60的详细内容。图2是表示一个实施方式的高频电源部的图。图2所示的高频电源部60A能够作为等离子体处理装置10的高频电源部60采用。高频电源部60A具有多个高频电源70、多个匹配器72和合成器74。多个高频电源70分别产生具有基频的n倍或者2n倍的彼此不同的频率的多个高频。在此，n是1以上的整数。多个高频电源70在一个实施方式中至少包括：产生基频的高频的高频电源；和产生具有基频的2倍的频率的高频的高频电源。此外，多个高频电源70的个数能够是2以上的任意的个数。
多个高频电源70经由多个匹配器72与合成器74连接。多个匹配器72各自具有用于使多个高频电源70之中对应的高频电源的输出阻抗与负荷侧的阻抗匹配的回路。合成器74将从多个高频电源70经由多个匹配器72传送来的多个高频合成(即，进行相加)。合成器74将通过合成多个高频而生成的输出波(合成波)供给到下部电极18。
在一个实施方式中，高频电源部60A还能够包括多个相位检测器76和电源控制部78。多个相位检测器76设置在多个匹配器72与合成器74之间。多个相位检测器76各自构成为检测从多个高频电源70之中对应的高频电源经由对应的匹配器72传送的高频的相位。电源控制部78控制多个高频电源70使得以预先所设定的相位输出高频。另外，电源控制部78以基于由多个相位检测器76所检测的相位、将从多个高频电源70输出的高频的相位设定为预先所设定的相位的方式控制多个高频电源70。
该高频电源部60A生成作为上述的输出波的、模拟半波整流波。即，高频电源部60A通过多个高频的合成生成使基频的高频的正电压成分减少的输出波(合成波)。由此，高频电源部60A生成具有与半波整流波形类似的波形的输出波(合成波)。该高频电源部60A能够抑制来自多个高频电源70的高频的电力损失，并且生成输出波(合成波)。
图3是例示图2所示的高频电源部能够生成的输出波的图。图3表示由基频的高频RF1和具有该基频的2倍的频率的高频RF2的合成而生成的输出波(合成波)的电压。高频RF1和高频RF2都是正弦波，高频RF2的波高值(峰峰电压)是高频RF1的波高值Vpp的A倍，高频RF1与高频RF2的相位差是270°。在图3中，横轴表示时间，纵轴表示输出波的电压。在图3中，比0V靠上方的电压是正电压，比0V靠下方的电压是负电压。此外，在图3中，基波表示高频RF1、即基频的高频。如图3所示，“A”为0.23以上0.4以下时，通过使用2个高频电源、即产生基频的高频RF1的高频电源和产生具有基频的2倍的频率的高频RF2的高频电源，能够生成比较良好地模拟半波整流波形的输出波(合成波)。
图4是表示另一实施方式的高频电源部的图。图4所示的高频电源部60B能够用作等离子体处理装置10的高频电源部60。高频电源部60B具有高频电源80、匹配器82和半波整流器84。高频电源80产生基频的高频。高频电源80连接有匹配器82。匹配器82具有用于使高频电源80的输出阻抗与负荷侧的阻抗匹配的回路。另外，在匹配器82和下部电极18之间的节点与接地之间连接有半波整流器84。半波整流器84例如由二极管构成。二极管的阳极连接于匹配器82与下部电极18之间的节点，二极管的阴极被接地。此外，在二极管的阴极与接地之间可以设置有虚设负荷86。虚设负荷86能够为将高频转换为热的元件。
图5是例示由高频电源部生成的输出波的图。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示输出波的电压。在图5中，比0V靠上方的电压是正电压，比0V靠下方的电压是负电压。此外，在图5中，基波是高频电源80输出的高频。在高频电源部60B中，由高频电源80生成的高频的电压是正电压时，通过半波整流器84的整流作用，高频被导向大地。另一方面，在由高频电源80生成的高频的电压是负电压时，高频被供给到下部电极18。因此，基于高频电源部60B，能够生成具有图5所示的半波整流波形的输出波、即正电压成分大致被完全除去的输出波(半波)。
根据以上说明的等离子体处理装置10，使正电压成分减少的输出波被供给到下部电极18，所以，在腔室12c内生成的等离子体的电位变低。所以，等离子体与腔室主体12之间的电位差降低。结果是，向腔室主体12照射的离子的能量降低。所以，能够抑制来自腔室主体12的颗粒的产生。另外，通过降低高频电源部60的输出波的频率(基频)，能够降低对腔室主体照射的离子的能量，并且提高对被加工物照射的离子的能量。
以下，说明为了实施方式的等离子体处理装置的评价而进行的几个模拟。在以下说明的模拟中，进行关于高频电源部60和第1高频电源62与下部电极18连接、并且作为高频电源部60具有高频电源部60B的等离子体处理装置的计算。
首先，说明模拟#1和模拟#2。在模拟#1和模拟#2中，求出向被加工物W照射的离子的能量分布(IED：Ion Energy Distribution)和向腔室主体12照射的离子的能量分布(IED)。在模拟#1中，以从高频电源部60将400kHz的基频的输出波LF1(半波)供给到下部电极的设定进行了计算。在模拟#2中，以将400kHz的频率的高频LF2(正弦波)供给到下部电极的设定进行了计算。另外，将模拟#1中的输出波LF1(半波)的Vpp和模拟#2中的高频LF2(正弦波)的Vpp以在两者的模拟中向被加工物W照射的离子的最大能量成为等同的方式进行了设定。此外，模拟#1和模拟#2的其他的设定为以下所示的共用的设定。在此，A/C比是用与腔室相邻接的阳极的面积除以与腔室相邻接的阴极的面积所得的值。
<模拟#1～#2的共用的设定>
·腔室12c的直径：30mm
·上部电极30与载置台16之间的距离：20mm
·腔室12c的压力：30mTorr(4Pa)
·A/C比：7
·向腔室12c供给的气体的分子量：40
·第1高频电源62的高频的频率：100MHz
图6的(a)表示在模拟#1中计算出的向被加工物W照射的离子的能量分布，图6的(b)表示在模拟#1中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布。图7的(a)表示在模拟#2中计算出的向被加工物W照射的离子的能量分布，图7的(b)表示在模拟#2中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布。
如图6的(a)和图7的(a)所示，在模拟#1中向被加工物W照射的离子的最大能量与在模拟#2中向被加工物W照射的离子的最大能量大致等同。因此，确认了：通过调整从高频电源部60向下部电极18供给的作为偏置用的高频的输出波LF1(半波)的Vpp来向被加工物W照射离子，能够使该离子具有的能量和将与该输出波LF1(半波)的基频相同频率的正弦波即高频LF2(正弦波)供给到下部电极18的情况下向被加工物W照射的离子的能量等同。另外，当比较图6的(b)和图7的(b)时，在模拟#1中照射到腔室主体12的离子的能量的最大值与在模拟#2中照射到腔室主体12的离子的能量的最大值相比变得相当低。因此，确认了：通过将来自高频电源部60的输出波LF1(半波)作为偏置用的高频供给到下部电极18，和将与该输出波LF1(半波)的基频相同频率的正弦波即高频LF2供给到下部电极18的情况相比，能够大幅降低向腔室主体12照射的离子的能量。
接着，说明模拟#3和模拟#4。在模拟#3中，从模拟#1的设定将第1高频电源62的等离子体生成用的高频的频率变更为50MHz，求出向被加工物W照射的离子的能量分布(IED)和向腔室主体12照射的离子的能量分布(IED)。另外，在模拟#4中，从模拟#2的设定将第1高频电源62的等离子体生成用的高频的频率变更为50MHz，求出向被加工物W照射的离子的能量分布(IED)和向腔室主体12照射的离子的能量分布(IED)。
图8的(a)表示在模拟#3中计算出的向被加工物W照射的离子的能量分布，图8的(b)表示在模拟#3中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布。图9的(a)表示在模拟#4中计算出的向被加工物W照射的离子的能量分布，图9的(b)表示在模拟#4中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布。
如图8的(a)和图9的(a)所示，在模拟#3中照射到被加工物W的离子的能量的最大值与在模拟#4中照射到被加工物W的离子的能量的最大值等同。另外，当比较图8的(b)和图9的(b)时，在模拟#3中照射到腔室主体12的离子的能量的最大值，与在模拟#4中照射到腔室主体12的离子的能量的最大值相比变得相当低。所以，根据模拟#1～#4的结果能够确认，高频电源部60的效果、即能够抑制向被加工物W照射的离子的能量的降低并且使得向腔室主体12照射的离子的能量降低的效果，是基本不依赖于第1高频电源62的等离子体生成用的高频的频率的。
接着，说明模拟#5和模拟#6。在模拟#5中，以与模拟#1同样的设定，求出向被加工物W入射的离子的入射角。另外，在模拟#6中，以与模拟#2同样的设定，求出向被加工物W入射的离子的入射角。
图10表示模拟#5和模拟#6中求出的离子的入射角。图10中，横轴表示高频电源部60的输出波LF1(半波)的周期和高频LF2(正弦波)的周期，纵轴表示离子的入射角。此外，与被加工物W垂直地入射的离子的入射角为0°。如图10所示，通过将来自高频电源部60的输出波LF1(半波)作为偏置用的高频供给到下部电极18，与将作为与该输出波LF1(半波)的基频相同频率的正弦波的高频LF2供给到下部电极18的情况相比，能够使离子相对被加工物W的入射角更接近垂直。
接着，说明模拟#7和模拟#8。在模拟#7中，从模拟#1的设定将向腔室12c供给的气体的分子量改变为160，求出向被加工物W照射的离子的能量分布(IED)和向腔室主体12照射的离子的能量分布(IED)。在模拟#8中，从模拟#2的设定将向腔室12c供给的气体的分子量改变为160，求出向被加工物W照射的离子的能量分布(IED)和向腔室主体12照射的离子的能量分布(IED)。
图11的(a)表示在模拟#7中计算出的向被加工物W照射的离子的能量分布，图11的(b)表示在模拟#7中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布。图12的(a)表示在模拟#8中计算出的向被加工物W照射的离子的能量分布，图12的(b)表示在模拟#8中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布。
如图11的(a)和图12的(a)所示，在模拟#7中照射到被加工物W的离子的能量的最大值与在模拟#8中照射到被加工物W的离子的能量的最大值大致等同。另外，当比较图11的(b)和图12的(b)时，在模拟#7中照射到腔室主体12的离子的能量的最大值，与在模拟#8中照射到腔室主体12的离子的能量的最大值相比变得相当低。因此，根据模拟#1～#2和模拟#7～#8的结果能够确认，高频电源部60的效果、即能够抑制向被加工物W照射的离子的能量降低并且使向腔室主体12照射的离子的能量降低的效果是基本不依赖于气体的分子量的。
接着，说明模拟#9～#14。在模拟#9～#11中，分别从模拟#1的设定将A/C比变更为3.5、7、10，求出向被加工物W照射的离子的能量分布(IED)和向腔室主体12照射的离子的能量分布(IED)。在模拟#12～#14中，从模拟#2的设定将A/C比变更为3.5、7、10，求出向被加工物W照射的离子的能量分布(IED)和向腔室主体12照射的离子的能量分布(IED)。而且，在模拟#9～#14各自中，求出用向被加工物W照射的离子的能量的最大值E1除以向腔室主体12照射的离子的能量的最大值E2所得的值、即E1/E2。其中，E1/E2越大，向被加工物W照射的离子的能量越高，且向腔室主体12照射的离子的能量越低。另外，一般来讲，A/C比越小，等离子体的电位越变高，所以，E1/E2具有变小的倾向。
图13的表中表示模拟#9～#14的结果。如图13所示，在模拟#9～#11中求出的E1/E2，与在模拟#12～#14中求出的E1/E2相比相当大。即，在作为向下部电极18供给的偏置用的高频使用了来自高频电源部60的输出波LF1(半波)的模拟#9～#11中，和将与该输出波LF1(半波)的基频相同频率的正弦波即高频LF2供给到下部电极18的情况(模拟#12～#14)相比，E1/E2相当大。因此，确认了：高频电源部60的效果、即能够抑制向被加工物W照射的离子的能量降低并且使向腔室主体12照射的离子的能量降低的效果，即使是A/C比相当小也能够发挥。根据以上能够确认，即使是难以增大A/C比的等离子体处理装置、例如等离子体生成用的高频被供给到上部电极30的等离子体处理装置中，也能够发挥高频电源部60的效果。
接着，说明模拟#15～模拟#30。在模拟#15～模拟#18中，从模拟#1的设定将高频电源部60的输出波LF1(半波)的基频分别改变为0.4MHz、0.8MHz、1.6MHz、3.2MHz，求出向腔室主体12照射的离子的能量的最大值Eh。在模拟#19～#22中，从模拟#1的设定将气体的分子量改变为160，并将高频电源部60的输出波LF1(半波)的基频分别改变为0.4MHz、0.8MHz、1.6MHz、3.2MHz，求出向腔室主体12照射的离子的能量的最大值Eh。在模拟#23～模拟#26中，从模拟#2的设定将高频LF2(正弦波)的频率分别改变为0.4MHz、0.8MHz、1.6MHz、3.2MHz，求出向腔室主体12照射的离子的能量的最大值Ef。在模拟#27～模拟#30中从，模拟#2的设定将气体的分子量改变为160，将高频LF2(正弦波)的频率分别改变为0.4MHz、0.8MHz、1.6MHz、3.2MHz，求出向腔室主体12照射的离子的能量的最大值Ef。并且，求出模拟#15的Eh除以模拟#23的Ef而得到的值、模拟#16的Eh除以模拟#24的Ef而得到值、模拟#17的Eh除以模拟#25的Ef而得到的值、模拟#18的Eh除以模拟#26的Ef而得到的值、模拟#19的Eh除以模拟#27的Ef而得到的值、模拟#20的Eh除以模拟#28的Ef而得到的值、模拟#21的Eh除以模拟#29的Ef而得到的值、和模拟#22的Eh除以模拟#30的Ef而得到的值。
图14表示结果。在图14的图表中，横轴表示输出波LF1(半波)的基频和高频LF2(正弦波)的频率，纵轴表示Eh/Ef。其中，当Eh/Ef可以比1小的情况下，能够发挥高频电源部60的效果。即，当Eh/Ef可以比1小的情况下，通过将来自高频电源部60的输出波LF1(半波)作为偏置用的高频供给到下部电极18，和将与该输出波的基频相同频率的正弦波即高频LF2供给到下部电极18的情况相比，向腔室主体12照射的离子的能量降低。当参照图14时确认了：当偏置用的输出波的基频在1.4MHz以下时，能够有利地发挥高频电源部60的效果。
以下，说明为了实施方式的等离子体处理装置的评价而进行的模拟#31和模拟#32。在模拟#31和模拟#32中，进行了关于高频电源部60和第1高频电源62与下部电极18连接、作为高频电源部60具有高频电源部60A的等离子体处理装置的计算。在模拟#31和模拟#32中，作为来自高频电源部60的输出波，使用通过基频(400kHz)的高频RF1、和具有该基频的2倍的频率(800kHZ)且具有高频RF1的波高值的A倍的波高值的高频RF2的合成而生成的输出波(合成波)。高频RF1和高频RF2的相位是270°。在模拟#31中，高频RF2的波高值是高频RF1的波高值的0.23倍，在模拟#32中，高频RF2的波高值是高频RF1的波高值的0.4倍。在模拟#31和模拟#32中，求出向被加工物W照射的离子的能量分布(IED)和向腔室主体12照射的离子的能量分布(IED)。此外，模拟#31和模拟#32的其他的设定是以下所示的共用的设定。
<模拟#31～#32的共用的设定>
·腔室12c的直径：30mm
·上部电极30与载置台16之间的距离：20mm
·腔室12c的压力：30mTorr(4Pa)
·A/C比：7
·向腔室12c供给的气体的分子量：40
·第1高频电源62的高频的频率：100MHz
图15的(a)表示在模拟#31中计算出的向被加工物W照射的离子的能量分布，图15的(b)表示在模拟#31中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布。图16的(a)表示在模拟#32中计算出的向被加工物W照射的离子的能量分布，图16的(b)表示在模拟#32中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布。
如图7的(a)、图15的(a)和图16的(a)所示，在模拟#31中照射到被加工物W的离子的能量的最大值和在模拟#32中照射到被加工物W的离子的能量的最大值，与在模拟#2中照射到被加工物W的离子的能量的最大值等同。另外，当比较图7的(b)、图15的(b)和图16的(b)时，在模拟#31中照射到腔室主体12的离子的能量的最大值和在模拟#32中照射到腔室主体12的离子的能量的最大值，与在模拟#2中照射到腔室主体12的离子的能量的最大值相比相当低。因此，确认了：在采用高频电源部60A的情况下，也能够发挥高频电源部60的效果、即能够抑制向被加工物W照射的离子的能量降低并且使向腔室主体12照射的离子的能量降低的效果。
以下，说明作为高频电源部60能够采用的几个其它高频电源部。以下说明的几个其它高频电源部构成为有选择地输出第1输出波或者第2输出波。第1输出波是使基频的高频的正电压成分减少的输出波。第2输出波是使基频的高频的负电压成分减少的输出波。
图17是表示又一其它实施方式的高频电源部的图。图17所示的高频电源部60C能够用作等离子体处理装置10的高频电源部60。高频电源部60C与高频电源部60A不同在于替代电源控制部78而具有电源控制部78C。
高频电源部60C构成为有选择地输出第1输出波或者第2输出波。第1输出波是与由高频电源部60A生成的上述输出波相同的输出波、即由从多个高频电源70输出的多个高频的合成而生成的输出波(合成波)，是使基频的高频的正电压成分降低的输出波。第2输出波是由从多个高频电源70输出的多个高频的合成而生成的输出波(合成波)，是使基频的高频的负电压成分降低的输出波。
电源控制部78C被控制部Cnt控制。电源控制部78C在由控制部Cnt以产生第1输出波的方式控制的情况下，为了生成第1输出波，控制多个高频电源70，使得以按该第1输出波用所预先所设定的相位输出高频。另外，电源控制部78C控制多个高频电源70，以使得基于由多个相位检测器76检测的相位，将从多个高频电源70输出的高频的相位设定为按第1输出波用所预先设定的相位。
此外，在通过基频的高频RF1和具有该基频的2倍的频率的高频RF2的合成生成第1输出波(合成波)的情况下，高频RF1与高频RF2的相位差被设定为270°，高频RF2的波高值被设定为高频RF1的波高值的A倍的波高值。“A”被设定为0.23以上0.4以下。
另外，电源控制部78C以产生第2输出波的方式被控制部Cnt控制的情况下，为了生成第2输出波，控制多个高频电源70，使得以按该第2输出波用所预先设定的相位输出高频。另外，电源控制部78C控制多个高频电源70，以基于由多个相位检测器76所检测的相位，将从多个高频电源70输出的高频的相位设定为按第2输出波用所预先设定的相位。
图18是例示图17所示的高频电源部能够生成的输出波的图。图18表示由基频的高频RF1和具有该基频的2倍的频率的高频RF2的合成生成的第2输出波(合成波)的电压。高频RF1和高频RF2都是正弦波，高频RF2的波高值(峰峰电压)是高频RF1的波高值Vpp的A倍，高频RF1和高频RF2的相位差是90°。图18中，横轴表示时间，纵轴表示第2输出波的电压。图18中，比0V靠上方的电压是正电压，比0V靠下方的电压是负电压。其中，在图18中，基波表示高频RF1、即基频的高频。如图18所示，“A”为0.23以上0.4以下时，高频电源部60C通过使用二个高频电源、即产生基频的高频RF1的高频电源和产生具有基频的2倍的频率的高频RF2的高频电源，能够生成较良好地模拟除去了负电压成分的半波整流波形的第2输出波(合成波)。
图19是表示又一其它实施方式的高频电源部的图。图19所示的高频电源部60D能够用作等离子体处理装置10的高频电源部60。高频电源部60D还包括半波整流器85、开关88和开关89，这点与高频电源部60B不同。
高频电源部60D构成为有选择地输出第1输出波或者第2输出波。第1输出波是与由高频电源部60B生成的上述的输出波相同的输出波、即将从高频电源80输出的高频的正电压成分大致除去了的输出波(半波)。第2输出波是将从高频电源80输出的高频的负电压成分大致除去了的输出波(半波)。
在高频电源部60D中，在节点N1与半波整流器84之间设置有开关88，该节点N1是匹配器82与下部电极18之间的节点。开关88例如由场效应晶体管(FET)构成。另外，在高频电源部60D中，在节点N2与接地电位之间连接有半波整流器85，该节点N2是匹配器82与下部电极18之间的另一节点。半波整流器85例如由二极管构成。二极管的阳极与接地电位连接，二极管的阴极经由开关89与节点N2连接。开关89例如由场效应晶体管(FET)构成。此外，在半波整流器85的二极管的阳极与接地电位之间也可以设置有虚设负荷87。虚设负荷87能够是将高频转换为热的元件。
开关88和开关89由控制部Cnt控制。具体来讲，在使高频电源部60D输出第1输出波的情况下，控制开关88和开关89，使得节点N1与半波整流器84导通、节点N2与半波整流器85的连接切断。另外，在使高频电源部60D输出第2输出波的情况下，控制开关88和开关89，使得节点N1与半波整流器84的连接切断、节点N2与半波整流器85导通。
图20是例示由图19所示的高频电源部生成的第2输出波的图。在图20中，横轴表示时间，纵轴表示第2输出波的电压。在图20中，比0V靠上方的电压是正电压，比0V靠下方的电压是负电压。其中，在图20中，基波是高频电源80输出的高频。在以产生第2输出波的方式被控制的高频电源部60D中，当由高频电源80生成的高频的电压是负电压时，通过半波整流器85的整流作用，高频被导向接地电位。另一方面，在由高频电源80生成的高频的电压是正电压时，高频被供给到下部电极18。所以，根据高频电源部60D，能够生成具有图20所示的半波整流波形的第2输出波、即负的电压成分被大致完全除去了的输出波(半波)。
以下，说明为了实施方式的等离子体处理装置的评价而进行的模拟#33和模拟#34。在模拟#33和模拟#34中，进行了关于高频电源部60和第1高频电源62与下部电极18连接、作为高频电源部60具有高频电源部60D的等离子体处理装置的计算。在模拟#33和模拟#34中，按从高频电源部60将400kHz的基频的第2输出波(半波)供给到下部电极的设定进行了计算。其中，在模拟#33中，设定第2输出波的Vpp(波高值)，使得与在模拟#2中照射到被加工物W的离子的最大能量大致相同的能量的离子照射到被加工物W。在模拟#34中，将第2输出波的Vpp设定为比模拟#33的第2输出波的Vpp低的Vpp。在模拟#33和模拟#34中，求出向被加工物W照射的离子的能量分布(IED)和向腔室主体12照射的离子的能量分布(IED)。其中，模拟#33和模拟#34的其他的设定是以下所示的共用的设定。
<模拟#33～#34的共用的设定>
·腔室12c的直径：30mm
·上部电极30与载置台16之间的距离：20mm
·腔室12c的压力：30mTorr(4Pa)
·A/C比：7
·向腔室12c供给的气体的分子量：40
·第1高频电源62的高频的频率：100MHz
图21的(a)表示在模拟#33中计算出的向被加工物W照射的离子的能量分布，图21的(b)表示在模拟#33中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布。图22的(a)表示在模拟#34中计算出的向被加工物W照射的离子的能量分布，图22的(b)表示在模拟#34中计算出的向腔室主体12照射的离子的能量分布。
在模拟#33中，如上所述设定了第2输出波的Vpp(波高值)，所以，如图7的(a)和图21的(a)所示，在模拟#33中向被加工物W照射的离子的最大能量，与在模拟#2中向被加工物W照射的离子的最大能量大致等同。另一方面，当比较图7的(b)和图21的(b)时，在模拟#33中向腔室主体12照射的离子的能量，与在模拟#2中向腔室主体12照射的离子的能量相比变得相当大。所以，确认了：通过将来自高频电源部60的第2输出波作为偏置用的高频供给到下部电极18，和将与该第2输出波的基频相同频率的正弦波构成的高频供给到下部电极18的情况相比，能够增大向腔室主体12照射的离子的能量。
另外，如图7的(a)和图22的(a)所示，在模拟#34中向被加工物W照射的离子的最大能量，与在模拟#2中向被加工物W照射的离子的最大能量相比变得相当小。另一方，在比较图7的(b)和图22的(b)时，在模拟#34中向腔室主体12照射的离子的能量，与在模拟#2中向腔室主体12照射的离子的能量相比变得相当大。所以，确认了：通过将来自高频电源部60的第2输出波作为偏置用的高频供给到下部电极18，能够减小向被加工物W照射的离子的能量，且能够增大向腔室主体12照射的离子的能量。
根据以上的模拟#33和模拟#34的结果可知，通过利用第2输出波，能够抑制向载置台16照射的离子的能量，并且提高向腔室主体12照射的离子的能量。所以，第2输出波能够用于例如无晶片干洗、即在载置台16上没有载置虚设晶片地进行的腔室主体12的内壁面的清洁。
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，能够构成各种的变形方式。例如。等离子体处理装置10是电容耦合型的等离子体处理装置，但是，高频电源部60也能够利用于电感耦合的等离子体处理装置、或者使用微波等的表面波的等离子体处理装置中。
另外，高频电源部60C和高频电源部60D构成为有选择地输出第1输出波或者第2输出波，但是，也可以仅输出第2输出波。在仅输出第2输出波的情况下，从高频电源部60D去除半波整流器84、虚设负荷86、开关88和开关89，半波整流器85与节点N2直接连接。
附图标记说明
10…等离子体处理装置；12…腔室主体；12c…腔室；16…载置台；18…下部电极；20…静电吸盘；30…上部电极；50…排气装置；60…高频电源部；62…第1高频电源；64…第2高频电源；60A…高频电源部；70…高频电源；72…匹配器；74…合成器；76…相位检测器；78…电源控制部；60B…高频电源部；80…高频电源；82…匹配器；84…半波整流器。
Claims (7)
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
提供腔室的腔室主体，该腔室主体与接地电位连接；
具有下部电极的、设置在所述腔室内的载置台；和
与所述下部电极电连接的高频电源部，该高频电源部生成用于向所述下部电极供给的偏置用的输出波，
所述高频电源部以产生使基频的高频的正电压成分减少了的所述输出波的方式构成。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源部包括：
分别产生多个高频的多个高频电源，所述多个高频具有所述基频的n倍或者2n倍的彼此不同的频率，其中，n为1以上的整数；和
合成所述多个高频来生成所述输出波的合成器。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源部包括：
产生所述基频的高频的高频电源；和
以除去来自所述高频电源的所述高频的正电压成分的方式构成的半波整流器。
4.如权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述等离子体处理装置是电容耦合型的等离子体处理装置，还包括：
设置在所述下部电极的上方的上部电极；和
与所述上部电极连接的第1高频电源，所述第1高频电源产生等离子体生成用的高频。
5.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述基频为1.4MHz以下。
6.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：
与所述下部电极连接的第2高频电源，所述第2高频电源产生比所述基频高的频率的偏置用的高频。
7.如权利要求1～6中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源部构成为有选择地向所述下部电极供给由所述输出波形成的第1输出波、或者使所述基频的高频的负电压成分减少了的第2输出波。
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