CN111902916B - 等离子体处理装置以及等离子体处理方法、ecr高度监视器 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体处理装置，具备：处理室(101)，使用等离子体(111)对晶片(114)进行处理；高频电源(106)，供给用于生成等离子体(111)的高频电力；机构，使用于形成ECR的磁场形成，并且控制该磁通密度；以及样品台(113)，载置晶片(114)。上述等离子体处理装置还具备：控制部(107)，根据等离子体(111)的图像数据，监视通过上述高频电力和上述磁场的相互作用而产生的电子回旋谐振即ECR的高度，控制上述高频电力的频率，使得监视的上述ECR的高度成为给定的高度。

Description

等离子体处理装置以及等离子体处理方法、ECR高度监视器
技术领域
本发明涉及使用在处理室内形成的等离子体对半导体晶片(以下，也简记为晶片)等样品进行处理的等离子体处理装置以及等离子体处理方法，特别涉及向处理室内供给磁场并作用于等离子体从而对样品进行处理的等离子体处理装置以及等离子体处理方法、ECR高度监视器。
背景技术
伴随着半导体设备的集成度的提高，要求加工形状的控制性和晶片面内的均匀性的提高的并存。关于晶片面内的均匀性的提高，通过使等离子体分布均匀化来实现蚀刻速率的均匀化。
已知一种电子微管谐振(Electron Microtron Resonance：ECR)方式的等离子体蚀刻装置，其中，微波的电场和由螺线管线圈形成的磁场产生相互作用，处理用气体的原子、分子被激发从而在处理室内形成等离子体，并利用该等离子体。在上述那样的等离子体蚀刻装置中，在专利文献1中公开了如下方法：通过设置在等离子体处理室的外周的多个螺线管线圈使磁场强度变化，在样品的处理时和样品的过蚀刻时，通过改变平面状的谐振区域相对于样品的被处理表面的平行间隔距离，从而使产生的等离子体的位置变化。
此外，在专利文献2中公开了如下方法：在2.66GHz～2.24GHz的频带中调制满足ECR条件的微波的频率，微波的能量在整个等离子体产生室内被高效地吸收，并产生高密度且均匀的等离子体。
此外，关于加工形状的控制性的提高，在专利文献3中公开了如下方法：例如保持生成等离子体的状态不变，将蚀刻气体和形成保护膜的沉积气体交替地反复而导入处理室，并进行等离子体蚀刻处理。进而，还可以举出在短时间内逐步改变源功率、磁场、处理温度等蚀刻参数的方法等。
近年来，蚀刻处理的步骤数量从数十到数百进行多步骤化，各步骤时间为数秒左右，比以往的蚀刻步骤短。进而，从吞吐量、蚀刻处理时间的缩短的观点出发，各步骤之间的切换大多在保持原样地持续等离子体放电的状态下进行。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-130714号公报
专利文献2：日本特开平6-73568号公报
专利文献3：日本特开平7-130714号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，在保持原样地持续等离子体放电的状态下切换步骤(以下，记为放电持续步骤)的情况下，在仅改变形成磁场的线圈电流的技术中，在以下方面产生问题。
在上述放电持续步骤中，在从前一步骤向后一步骤转移时，当线圈电流的设定值切换时，实际上由于线圈电流的过渡响应时间，线圈电流延迟地切换。由于与此相伴在处理室内形成的磁场也与线圈电流一起延迟地切换，因此在后一步骤中设定的向ECR高度的变更会从步骤切换延迟1秒～3秒左右。
在该情况下，如果后一步骤的时间足够长，则不会产生问题，但是例如在5秒左右的放电持续步骤中，大约一半时间在过渡期发生等离子体变动并且推进蚀刻处理，从而产生无法充分得到加工的均匀性、或无法再现性能的问题。
进而，存在在相同的线圈电流的条件下形成的磁场分布的差，各装置的微电源的振荡频率存在个体差，这些成为设备差异重要因素之一。
本发明的目的在于提供一种能够提高等离子体处理的性能以及再现性的技术。
通过本说明书的记述以及附图，本发明的上述以及其他目的和新的特征得以明确。
用于解决课题的技术方案
简单说明本申请所公开的发明当中的代表性的技术方案的概要如下。
本发明的等离子体处理装置具备：处理室，使用等离子体对样品进行处理；高频电源，供给用于生成上述等离子体的高频电力；样品台，载置上述样品；以及磁场形成机构，在上述处理室内形成磁场。此外，还具备控制部，其根据上述等离子体的图像数据，监视通过上述高频电力和所述磁场的相互作用而产生的电子回旋谐振即ECR的高度，控制上述高频电力的频率，使得监视的上述ECR的高度成为给定的高度。
此外，本发明的等离子体处理方法具有：根据上述等离子体的图像数据，监视通过用于生成等离子体的高频电力和磁场的相互作用而产生的电子回旋谐振即ECR的高度的工序；以及控制上述高频电力的频率，使得监视的上述ECR的高度成为给定的高度的工序。
此外，本发明的ECR高度监视器是监视通过用于生成等离子体的高频电力和磁场的相互作用而产生的电子回旋谐振即ECR的高度的ECR高度监视器。而且，ECR高度监视器使用上述等离子体的图像数据和生成上述等离子体的处理室的高度方向上的上述等离子体的发光强度分布来监视上述ECR的高度。
发明效果
简单说明通过本申请所公开的发明当中的代表性的技术方案获得的效果如下。
根据本发明，与只用线圈电流控制ECR高度的方法相比，能够高速地控制ECR高度。此外，在放电持续步骤中，在步骤时间短的蚀刻处理等中，能够提高等离子体处理的性能和再现性。特别是在进行低微波功率即低解离等离子体条件下的处理步骤的切换时，能够提高均匀性、形状控制性的处理性能，还能够提高再现性。此外，具有能够降低设备差异的效果。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置的结构的示意图。
图2是示出本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置的ECR高度测量器的结构的示意图。
图3是示出本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置的ECR高度测量器的相机的摄像状态和该图像的图，(a)是摄像状态，(b)、(c)是相机图像。
图4是示出本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置的ECR高度测量器的其他测量方法的图，(a)是示出等离子体处理装置的一部分的示意图，(b)是示出其他测量状态的图。
图5是示出在本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置中的蚀刻配方(recipe)的图。
图6的(a)、(b)是示出在本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置中使线圈电流和振荡频率变化时的装置VPP时刻数据和晶片的速率分布的图。
图7是对在本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置中的线圈电流、振荡频率以及ECR高度的数据库进行说明的图。
图8是示出本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置的ECR高度的计算步骤的图，(a)是相机图像，(b)是计算流程，(c)是示出ECR高度和发光比的关系的图。
图9是示出在本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置中使微波的振荡频率变化恒定量时的ECR的高度控制范围的图，(a)是高度控制性小的情况下的图，(b)是高度控制性大的情况下的图。
图10是示出在本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置中通过振荡频率控制进行的ECR高度调整的图。
具体实施方式
(实施方式1)
以下参照附图说明本发明的实施方式1。
图1示出本发明的实施方式的等离子体处理装置的结构。此外，图1所示的等离子体处理装置是通过微波电子回旋谐振(Electron Cyclotron Resonance：ECR)生成等离子体并通过该生成的等离子体进行等离子体蚀刻处理的等离子体蚀刻装置(以下，也记为等离子体处理装置)。
本实施方式的等离子体处理装置具备：处理室(等离子体处理室)101，使用等离子体111进行对晶片(样品)114的等离子体处理；高频电源106，供给生成等离子体111的高频电力；样品台113，配置在处理室101，并且载置晶片114；以及磁场形成部(磁场形成机构)，形成电子回旋谐振即ECR。
进而，进行真空排气的排气装置109与处理室101连接。此外，在处理室101的上部，配置有簇射板102以及石英顶板103。簇射板102具有多个孔。将从气体供给机构108供给的等离子体蚀刻处理用的气体通过簇射板102的多个孔导入处理室101内。
此外，在簇射板102的上方，配置有石英顶板103，在簇射板102和石英顶板103之间，设有气体供给用的间隙。石英顶板103使来自上方的电磁波透过，并进行密封使得处理室101的上方部分成为气密状态。簇射板102以及石英顶板103使用电介质作为材质，但优选使用石英以使得易于视觉辨认处理室101内的等离子体发光。
在石英顶板103的上部，形成有空洞谐振部104。空洞谐振部104的上部开口，连接有由在垂直方向上延伸的垂直导波管和兼作使电磁波的方向弯曲90度的拐角的导波管变换器构成的导波管105。导波管105是传播电磁波的振荡导波管，等离子体生成用的高频电源106与导波管105的端部连接。
高频电源106是用于产生等离子体生成用电磁波的电源，根据来自控制部107的控制产生电磁波。从高频电源106供给的高频电力的振荡频率使用中心频率为2.45GHz且能够在2.4～2.5GHz的范围内进行微波的振荡的微波电源。
本实施方式的微波电源能够在窄频带中按照控制部107内的频率的控制信号使高频电力振荡并且使振荡频率变化。也就是说，能够通过包括控制部107的机构来变更从高频电源106供给的高频电力的频率。
高频电源106优选使用具有如下特征的固态电源：例如即使在相对于高频电源106的最大功率1600瓦特的百分之二的数十瓦特输出的低功率区域中，功率控制性也高，脉冲、输出的响应性也高。在本实施方式中，高频电源106也不是磁控管电源，而是使用固态微波(也称为固形微波)电源。
从高频电源106产生的微波在导波管105中传播，经由空洞谐振部104、石英顶板103、簇射板102传播到处理室101内。在处理室101的外周，配置有磁场形成线圈(磁场形成部、磁场形成机构)110。磁场形成线圈110由上部线圈110a、中部线圈110b以及下部线圈110c等多个线圈构成，并在处理室101中形成磁场。从等离子体生成用的高频电源106振荡的电力通过由磁场形成线圈110形成的磁场和ECR的相互作用，在处理室101内生成高密度的等离子体111。
在等离子体111中，形成成为相对于微波的振荡频率满足电子回旋谐振(ECR)的条件的磁通密度的面(以下，记为ECR面112)。由于等离子体生成主要在ECR面112上进行，因此ECR面112的高度位置在等离子体分布控制中是重要的。
本实施方式的等离子体处理装置具备控制部107以及控制部121，其根据等离子体111的图像数据，监视通过从高频电源106供给的高频电力和磁场的相互作用而产生的电子回旋谐振即ECR的高度，控制上述高频电力的频率，使得上述监视的ECR的高度成为给定的高度。
另外，上述磁场形成机构具备形成磁场的上述各线圈，控制部107以及控制部121控制上述高频电力的频率，使得校正由在各线圈中流过的电流的响应延迟而导致的上述ECR的高度相对于给定值的变动。
此外，在处理室101的下方，与石英顶板103对置地配置有样品台113。样品台113具有载置并保持被处理基板即晶片114的载置面113a。此外，从导波管105到空洞谐振部104的出口、处理室101、样品台113以及晶片114的各自的位置的中心轴一致。
样品台113的材质由铝、钛构成。在作为样品台113的一部分的上表面(载置面113a)上，形成有电介质膜115。在样品台113的电介质膜115的上表面上，配置有氧化铝陶瓷等形成的热喷涂膜。
此外，在电介质膜115的内部，有用于静电吸附晶片114的导电体膜(静电吸附膜)116，通过施加直流电压(未图示)来静电吸附晶片114。进而，从RF偏压电源117向样品台113施加高频RF偏压。
此外，RF偏压电源117通过匹配电路118取得匹配。为了监视从RF偏压电源117向样品台113施加的高频RF偏压电压的VPP(V峰到峰)，在RF偏压给电线路上设置有VPP监视器(电压监视器)120。
进而，在本实施方式的等离子体处理装置中，为了监视等离子体111的ECR面112的圆板状或者环状的强发光的高度(以下，称为ECR高度)的位置，设有如下确定的ECR高度监视器。也就是说，上述ECR高度监视器是使用等离子体111的图像数据和生成等离子体111的处理室101的高度方向上的等离子体111的发光强度分布来监视上述ECR的高度的ECR高度监视器。
作为ECR高度监视器的一个例子，如图1、图2所示，在能够从上方倾斜方向眺望在处理室101内的样品台113的上方生成的离子体111的发光的位置，安装有ECR高度测量用的相机119。也就是说，相机119能够相对于载置面113a从水平方向或者与上述水平方向成锐角的倾斜方向对在样品台113的上方生成的等离子体111的发光进行摄像。在相机119上安装有光纤，能够经由该光纤的前端部，并经过透明的构件即石英顶板103以及石英制的簇射板102对处理室101内的图2所示的发光204的情况进行视觉辨认。在等离子体处理中，在视野(图像(图像数据)200)中，能够通过相机119对形成有ECR面112的区域、其边缘位置以及图2所示的腔室101a内的侧壁101b进行拍摄。
进而，相机119具有能够对光量光圈、高速快门以及波长任意区域进行滤波的功能。由此，如图2以及图3的(a)所示，从等离子体111中的腔室101a内的整体发光中，能够以ECR区别出基于微波吸收的圆板或者环状的强发光204、等离子体生成区域。如图3的(b)、(c)所示的相机图像的例子那样，通过调整光圈和波长滤波器，也能够检测ECR发光的边缘301。即，在图3的(b)的相机图像中，难以进行ECR发光的边缘301的检测，而根据图3的(c)所示的调整了快门速度后的相机图像，能够检测ECR发光的边缘301。
此外，如图2所示，也可以在处理室101内的侧壁101b上安装刻度201，使得能够检测图3的ECR面112的强发光204的位置。该刻度201的目的是从图像200更正确地测量ECR的强发光204的边缘(参照图3)301的位置，了解ECR高度以及位置，但是如果对于相机119的固定、图像处理能力不是特别需要，也能够省略。
另外，关于ECR面112的发光204的边缘301的位置的径向，半径根据微波功率、磁场分布或者处理压力而轻微变化。关于高度，由于环状的强发光区域具有厚度，因此仅根据等离子体发光的相机图像难以正确地算出ECR高度，但是由于相机119的ECR高度检测的主要目的是该ECR高度的变动和变化量的测量，因此不会造成妨碍。
此外，为了更正确的ECR高度检测，也能够配置多个相机119来根据多个相机119计算ECR高度的位置，但难以控制计算。在本实施方式中，作为校正由相机119得到的ECR高度的位置的机构，如图2所示，设置有测量腔室101a内的发光量的发光量测量器130。
具体地，本实施方式的等离子体处理装置具备监视ECR高度的监视机构，所述监视机构具备：相机119，从水平方向或者倾斜方向对等离子体111进行摄像；第一分光器，从ECR面112的上方获取等离子体111的发光强度；以及第二分光器，从ECR面112的下方获取等离子体111的发光强度。
上述发光量测量器130由能够从ECR面112的上方以及下方经由光纤测量等离子体111的发光量的两个分光器构成，设置有测量ECR高度的测量机构即上方发光量测量器(第一分光器)202和下方发光量测量器(第二分光器)203。发光量的采样时间约为10至100毫秒，波长能够取到约200～800纳米。测量方向不特别限定，但优选预先设为在上方和下方均能够在晶片114的面内测量相同的半径的位置的发光204。作为使用发光量测量器130的得到ECR高度的值的方法，首先，对由相机119拍摄的图2所示的图像200、图8的(a)所示的图像数据即图像801进行处理，根据图像802、图像803概略(具体地3mm级)地导出ECR高度。此时，使用由能够从上方以及下方经由光纤测量发光量的两个分光器构成的上方发光量测量器202和下方发光量测量器203，分别进行上方侧发光量测量和下方侧发光量测量，根据获得的测量值求出基于图像的检测或上下发光比(差)从而导出ECR高度。也就是说，本实施方式的等离子体处理装置通过控制部107控制从高频电源106供给的高频电力的频率，使得上述测量机构的上述ECR的高度的测量值成为给定值。进而，作为上述ECR的高度，通过处理室101内的等离子体111的发光图像和处理室101内的高度方向的发光强度分布来计算ECR面112的高度。
具体地，如图8的(b)所示，首先，实施步骤S1的等离子体生成。进而，实施步骤S2-1所示的上方/下方的各个发光量测量器的信息获取。在此，根据等离子体111的图像数据，监视通过用于生成等离子体111的高频电力和磁场的相互作用而产生的电子回旋谐振即ECR的高度。首先，通过图2所示的上方发光量测量器202和下方发光量测量器203测量上方和下方的发光量。接下来，求出步骤S3-1所示的上方和下方的发光比并计算ECR高度。此时，对根据发光比求出的ECR高度进行校正，最终计算出ECR高度(步骤S4)。也就是说，能够根据图8的(c)所示的发光量的比的关系式曲线804导出1mm精度的ECR高度。另外，在图2所示的发光量测量器130中，根据由上方发光量测量器202和下方发光量测量器203测量的测量值的上下发光比(差)，求出ECR高度。进而，根据该ECR高度的测量值，对控制部107施加反馈，通过控制部107调整振荡频率。同样地，根据ECR高度的测量值，对图2所示的控制部121施加反馈，通过控制部121调整线圈电流。例如，预先创建磁场中的上述线圈电流和上述ECR的高度的相关关系，实施ECR高度的测量。在此时的上述ECR的高度的测量值与预先创建的上述相关关系的ECR的高度不同的情况下，使上述线圈电流变化，并且对从高频电源106供给的高频电力的频率进行微调整，使通过测量获得的上述ECR的高度与上述相关关系中的上述ECR的高度一致。也就是说，控制上述高频电力的频率，使得上述监视的ECR的高度成为给定的高度。
另外，控制部107以及控制部121使用等离子体111的图像数据和处理室101的高度方向上的等离子体111的发光强度分布来求出上述ECR的高度。
此外，如图8的(b)的步骤S2-2所示，可以设定滤波器波长、阈值，使得能够检测环状或者圆板状的ECR的发光204，进而，如步骤S3-2所示，可以在图像中检测边缘301的位置/高度，计算ECR高度(步骤S4)。
此外，作为监视ECR高度的上述方法以外的其他方法，如图4的(a)所示，使用如下机构：在圆筒型的处理室101的内部的一部分上设置仅等离子体111的发光能够透过的在垂直方向上长的狭缝401，并附设有能够计测垂直方向的发光强度的分布的受光元件402的机构。通过使用上述机构，如图4的(b)所示，通过将表示在垂直方向上发光强度最高的位置的曲线403视为ECR高度，从而能够大致确定ECR高度。
然而，在微波功率高的高模式区域中，在等离子体侧吸收所施加的微波功率的区域不再是ECR面主体。其结果，由于在ECR面112中的面状的强等离子体发光有时在垂直方向上扩展，因此发光强度峰值扩展，或变为两个，有可能无法正确得到发光强度峰值即ECR高度。
由于只用该方法难以确定ECR高度，因此优选设为通过由能够从上述ECR的上方以及下方经由光纤测量发光量的两个分光器构成的上方发光量测量器(第一分光器)202和下方发光量测量器(第二分光器)203来校正ECR高度值。
接下来，对本实施方式的等离子体处理装置中的等离子体处理进行说明。
如图1所示，将晶片114搬送到处理室101内，并载置在样品台113的电介质膜115上。而且，利用由直流电源施加的直流电压所产生的静电力，将所载置的晶片114静电吸附并保持在样品台113上的给定位置。之后，从气体供给机构108经由未图示的质量流量控制器向内部进行了减压的真空状态的处理室101供给等离子体蚀刻处理用的气体。
而且，该气体通过石英顶板103和簇射板102的间隙从簇射板102的多个孔导入处理室101内。控制真空用的排气装置109并且将处理室101内控制为给定的压力。之后，从等离子体生成用的高频电源106使电磁波振荡，通过传送到处理室101内的电磁波和由多个(在本实施方式中为三个系统)磁场形成线圈110形成的磁场的相互作用，在处理室101内生成等离子体111。
在高频电源106中，能够接收来自控制部107的振荡频率的控制信号并变更该振荡频率。能够基于使振荡频率变化的情况(式1)来使ECR高度变化。
fc＝q×B/2πm(fc：谐振频率，B；磁通密度，q：电荷，m：质量)···(式1)
在本实施方式中，在等离子体点火的同时，通过控制部107的控制，从RF偏压电源117向处理室101内的样品台113施加高频电压。通过来自该RF偏压电源117的高频电压，产生从等离子体111向晶片114导入离子的作用。由此，对晶片114进行等离子体蚀刻处理。此时，气体、由蚀刻而产生的反应生成物通过设置在处理室101的下部的排气装置109进行排气。
接下来，对沿着图5所示的蚀刻处理用的配方(处理条件)即蚀刻配方，在从切换前的步骤即前一步骤跨越到切换后的步骤即后一步骤并持续放电的状况下，在处理步骤(以下，仅记为步骤)中切换配方时的发光量、VPP、蚀刻的区间速率进行说明。在此，在仅通过线圈电流改变ECR高度的情况、和同时变更线圈电流和高频的振荡频率从而高速地改变ECR高度的情况下，使用图6的(a)对各个发光量、VPP、蚀刻的区间速率进行说明。
根据图5所示的蚀刻配方(处理条件)，例如在切换的前一步骤中，微波电源的振荡频率为中心频率的2.45GHz，电力量被振荡Xi瓦特，设为RF偏压的Ri瓦特。而且，上部线圈(图5的A线圈)110a、中部线圈(图5的B线圈)110b、下部线圈(图5的C线圈)110c的电流分别处于已按照设定值以Ai、Bi、Ci(安培)施加的状态。在该状态下，此时的监视器VPP计测Zi(V)、等离子体发光的某波长的发光量，ECR的高度设为在晶片114的上方Xi(毫米)以稳定的等离子体进行蚀刻处理的高度。
接下来，根据步骤切换的后一步骤的蚀刻配方(处理条件)的设定，微波的电力量(瓦特)切换为Xi+1，RF偏压(瓦特)切换为Yi+1，A线圈、B线圈、C线圈的各个电流(安培)分别切换为Ai+1、Bi+1、Ci+1。微波的电力量(瓦特)为Xi+1，RF偏压(瓦特)为Yi+1，变更后立即以数毫秒至数十毫秒完成电力量的变更。
另一方面，线圈电流由于产生与电流值的变化速度成比例的较高的自感电压的影响，因此线圈电流量(安培)不会立即从Ai变为Ai+1。在由图6的(a)、(b)的曲线601的线圈电流具有的额定电力、自感、互感电压确定的响应时间常数的影响下，伴随延迟而完成线圈电流值的变更。对大致10(安培)的电流值进行变更会延迟大约1至3秒左右，从而完成线圈电流的变更。
这意味着，线圈电流形成的磁场发生变更也要花费相同的时间，结果，从图5所示的ECR高度Xi(毫米)变为步骤切换后设定的ECR高度Xi+1(毫米)要花费约1至3秒左右的时间。
此外，关于在该步骤之间的RF偏压的VPP监视器的行为，如图6的(a)的VPP的曲线602所示，在步骤切换时，首先通过设定RF偏压的变更，在数毫秒至数十毫秒之间完成RF偏压的电力的变更，但是受到ECR高度的变化的延迟、等离子体111的变更延迟影响，时间延迟1至3秒左右，VPP变动，最终到达设定的VPP。
关于等离子体发光强度，也是通过设定微波的功率变更，发光量立即变动，接着受到ECR高度的变动的影响，与VPP的行为同样地，时间也延迟1至2秒左右，发光量发生变化。
图2所示的来自发光量测量器130(ECR高度测量器)的相机119的图像紧接在步骤切换之后需要根据整体的等离子体发光量来使快门速度、光圈变化，但是可以看到，捕捉到ECR面112的图像并没有大的变化，ECR高度的变动延迟，ECR面112的圆板状或环状的强发光量区域缓慢地上升或者下降。
同样地，在上方发光量测量器202、下方发光量测量器203中，也紧接在步骤切换之后，由于微波功率的变化，发光量发生较大变化，但是若完成微波功率的变更，则上方和下方的发光强度的比或者差(在本实施方式中，设为发光强度比)没有大的变化，基本上ECR面的高度较高。也就是说强发光体越是在上方，下方侧相对上方侧的发光强度比越大，因此能够测量ECR高度。
此外，在只通过线圈电流的控制来控制ECR高度的方法的情况下，蚀刻速率如图6的(a)的区间蚀刻速率K1所示，保持前一步骤的线圈电流的条件即ECR高度不变，在仅微波功率以及RF偏压电源发生变化的状态下的蚀刻进行1秒左右。因此，在该过渡步骤的状况下，蚀刻速率为凸型的曲线604(图6的(a)的迁移区间蚀刻速率K2对应的蚀刻速率的曲线604)。
另外，线圈在本实施方式中为三个，但由于互感电压的影响的程度根据步骤前后的线圈电流的差而变化，因此对于三个线圈电流的每个组合，延迟的响应速度也发生变化。在这样变更三个全部的线圈条件的步骤切换中，ECR高度的变更进一步延迟，或者在再现性上产生问题。
接下来，在图6的(b)中示出在从前一步骤跨越到后一步骤并持续放电的状态下切换步骤时，同时改变、控制线圈电流和微波的振荡频率的方法。
在想要将ECR高度高速地控制在下一个步骤的高度的情况下，如图7所示，优选预先将多个线圈A～C的电流的各个值构建为相当于ECR高度的对应表的数据库。由此，前一步骤和后一步骤的各ECR高度如图5所示，提前导出Xi以及Xi+1。对于线圈电流的响应延迟，将微波的振荡频率的校正变动进行到何种程度变得明确，具有能够容易地控制微波的振荡频率的优点。在本实施方式的等离子体处理装置中，在进行构成等离子体处理条件的处理步骤的切换的情况下，在切换上述处理步骤之前，将在上述线圈中流过的电流设为进行了上述控制后的电流值。
如果获取微波的振荡频率例如如图7所示2.40、2.45、2.50GHz各自下的线圈电流和ECR高度的数据库，则优选采取如下形式：在步骤变更后，从过渡期的某个时刻的线圈电流的组合瞬时导出ECR高度，从该处控制微波的振荡频率，在成为作为目标的ECR高度之前，反复该控制。由此，即使在伴随多个线圈电流的变更的步骤切换中，也能够以高精度地、并且不引起过控制的形式迅速地将ECR高度变更为后一步骤的ECR高度。
作为在后一步骤中到达设定的ECR高度后的控制，如图6的(b)的微波电源的曲线603所示，即使到达ECR高度，直到线圈电流延迟并完成电流变更为止，仍然对微波的振荡频率进行持续控制以保持ECR高度，并最终进行返回到步骤切换前的振荡频率(或者中心频率的2.45GHz)的控制。在本实施方式中，除了步骤切换的过渡状态以外，从稳定性的装置运用的观点出发，也优选使用2.45GHz。
VPP监视值以及ECR高度监视器值也在切换到后一步骤后0.1秒以内到达给定的值并稳定，由于过渡时不存在蚀刻速率，因此能够实现良好的蚀刻速率分布(图6的(b)的区间蚀刻速率K3对应的蚀刻速率的曲线605)。
另外，在持续的步骤之间的ECR高度的位移仅通过微波的振荡频率的变化就足够的情况下，即使采用完全不使线圈电流变化，仅使振荡频率变化的方式，也没有问题。在该情况下，与微波功率的变化时间同样地，能够以数毫秒控制ECR高度。
在本实施方式的等离子体处理装置中，大致以载置在载置用电极上的晶片114的上表面为基准，能够将ECR高度的控制量控制在大约50mm至150mm的范围内。在微波电源的中心频率为2.45GHz的情况下，虽然也与磁场的条件有关，但是从ISM(Industry ScienceMedical，工业科学医疗)频带的观点出发，在2.4至2.5GHz的范围内改变振荡频率是实用的，在该范围内的ECR高度的控制范围如果是以往的磁场条件，则至多只能控制10mm左右。
此外，也可以考虑将高频电力的振荡频率的范围从2GH增大到3GHz的方法，本来在导波管105或者空洞谐振部104中假定的频率就在2.45GHz附近，若将频率从2.45GHz大幅进行改变，则由于传送到等离子体111的功率、微波的振荡功率本身发生变化，因此需要限定振荡频率的范围。
关于该情况下的ECR高度的控制方法，将在后述的实施方式2中示出。
此外，关于ECR高度的测量方法，现有技术可举出根据进行充分的磁场测量而得到的数据库计算ECR高度的方法、或者在蚀刻处理后根据装置处理数据的线圈电流、或者等离子体发光的强度、或者RF偏压的VPP的数据进行解析的方法。然而，任何方法都是间接的方法，不是在蚀刻处理中直接实时地计测ECR高度的方法。也就是说，为了高速地控制ECR高度，需要能够实时地测量ECR高度的机构。
通过反馈该ECR高度值，使线圈电流、微波的振荡频率同时变化，从而能够实现ECR高度在短时间内成为给定值那样的控制。
即，在本实施方式的等离子体处理装置中，与只通过线圈电流控制ECR高度的方法相比，能够高速地控制ECR高度。此外，在放电持续步骤中，在步骤时间短的蚀刻处理等中，能够提高等离子体处理的性能和再现性。特别是在进行低微波功率即低解离等离子体条件下的处理步骤的切换时，能够提高均匀性、形状控制性的处理性能，还能够提高再现性。此外，能够减少设备差异。
(实施方式2)
作为在微波的振荡频率为2.4至2.5GHz的限制范围内增大ECR高度的变动量的方法，如图9的(a)、(b)所示，需要预先使ECR高度相同，进而使磁场斜度处于平缓的状态。一般是越高的位置，磁通密度越高，越低的位置，磁通密度越低，但需要预先使其程度平缓。另外，图9的(a)示出了在ECR的高度控制中高度控制性小的情况，另一方面，图9的(b)示出了在ECR的高度控制中高度控制性大的情况。
这样，减小磁通密度相对于ECR高度的差ΔB，使微波的振荡频率f定量(Δf)变化时的ECR谐振的式子表示为：
f±Δf＝q(B±ΔB)/2πm(fc：谐振频率，B：磁通密度，q：电荷，m：质量)···(式2)。
在本实施方式中，设定为满足上述(式2)的ECR的高度区域变宽。这需要紧挨在前一步骤的切换之前预先变更磁场分布，也就是说变更线圈A、线圈B，线圈C的各电流。
在本实施方式中，线圈1(上部线圈110a)、线圈2(中部线圈110b)、线圈3(下部线圈110c)的电流(安培)分别为27A/26A/4A以及微波的振荡频率为2.45GHz时，ECR高度为150mm，在振荡频率为2.5GHz时，ECR高度为156mm。
但是，如果变更磁场分布(磁场条件)，将线圈1、线圈2、线圈3的电流分别设为17A、18A、12A，则微波的振荡频率为2.45GHz时，ECR高度为150mm，2.5GHz时为185mm。
即，在使从高频电源106供给的高频电力的振荡频率变化了给定量的情况下，优选控制在用于形成磁场的上述各线圈中流过的电流值，使得上述ECR的高度成为给定的高度以上。
如该例所示，应对根据ECR高度在哪个范围内变化而不同，但是在需要使ECR高度变更与腔室101a的高度相同程度的量的情况下，必须采用上述方法。
(实施方式3)
接下来，使用图10对按各蚀刻装置的设备差异对策来调整微波的振荡频率的方法进行说明。
在有ECR高度监视器的情况下，气体种类、压力条件、线圈电流和微波功率也固定地实施放电蚀刻，记录此时的ECR高度的监视值和微波的振荡频率。例如，在图10所示的装置1～装置5的各装置中，调整微波的振荡频率，使得与作为基准的ECR高度相同，并记录微波的振荡频率。由此，对于上述蚀刻条件，在全部装置中为相同的ECR高度。
通过将上述振荡频率的调整和记录应用于各蚀刻条件、各线圈电流，从而能够构建成为各装置的基准的ECR高度的数据库，其结果，针对每个线圈电流，能够检测出在哪个微波功率下具有与ECR高度的基准的差也就是说设备差异。
除此之外，通过扩大微波的振荡频率的范围来进行应用，从而能够构建微波的振荡频率、线圈电流和ECR高度的关系的数据库。这是相当于上述实施方式1的图7的线圈电流、振荡频率和ECR高度的数据库，由此能够容易地控制微波的振荡频率。
另外，即使在没有ECR高度监视器的情况下，也有调整微波的振荡频率使得等离子体发光和VPP与基准相同的方法。
详细地，确定成为基准的气体种类和压力，将微波功率(优选低功率区域，例如200瓦特)、线圈电流以及RF偏压电力也作为一个条件进行放电蚀刻处理。
虽然高频电源和RF偏压电力的构成完成是前提，但是通过校正为使得此时的VPP在各装置中相同那样的微波的振荡频率的过程，来检查ECR高度的偏差，能够减少由此引起的设备差异。
如果没有ECR高度的设备差异，则等离子体发光在理论上也是相同的，并且从上方发光量测量器202以及下方发光量测量器203探测到的发光量也相同。然而，由于因蚀刻生成物附着在观察器部件上等原因，探测到的发光量发生变化，因此仅使等离子体发光量相同，并不能使ECR高度相同。
也就是说，优选复合地检查VPP和等离子体发光从而校正微波的振荡频率。
以上，根据发明的实施方式具体地说明了由本发明人完成的发明，但本发明不限于所述发明的实施方式，当然能够在不脱离该要旨的范围内进行各种变更。
另外，本发明不限于上述实施方式，包括各种变形例。例如，上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细说明的实施方式，并不限于必须具备所说明的所有的结构的实施方式。
此外，能够将某个实施方式中的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，此外，也能够在某个实施方式的结构中添加其他的实施方式的结构。此外，对于各实施方式中的结构的一部分，也能够进行其他的结构的追加/删除/置换。另外，为了容易理解地说明本发明而对附图所记载的各构件、相对的尺寸进行简单化/理想化，在安装上为更复杂的形状。
本发明适用于利用微波ECR的等离子体处理装置，但不限于此，也能够适用于ECR方式的成膜装置、灰化器。
附图标记说明
101 处理室
101a 腔室
101b 侧壁
102 簇射板
103 石英顶板
104 空洞谐振部
105 导波管
106 高频电源
107 控制部
108 气体供给机构
109 排气装置
110 磁场形成线圈(磁场形成部)
110a 上部线圈
110b 中部线圈
110c 下部线圈
111 等离子体
112 ECR面
113 样品台
114 晶片(样品)
115 电介质膜
116 导电体膜
117 RF偏压电源
118 匹配电路
119 相机
120 VPP监视器
121 控制部
130 发光量测量器
200 图像(图像数据)
201 刻度
202 上方发光量测量器(第一分光器)
203 下方发光量测量器(第二分光器)
204 发光
301 边缘
401 狭缝
402 受光元件
403 曲线
601、602、603、604、605 曲线
801、802、803 图像
804 关系式曲线。

Claims (9)

1.一种等离子体处理装置，具备：处理室，使用等离子体对样品进行处理；高频电源，供给用于生成所述等离子体的高频电力；样品台，载置所述样品；以及磁场形成机构，在所述处理室内形成磁场，其特征在于，
还具备：控制部，根据所述等离子体的图像数据，监视通过所述高频电力和所述磁场的相互作用而产生的电子回旋谐振即ECR的高度，控制所述高频电力的频率，使得监视的所述ECR的高度成为给定的高度。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
还具备监视所述ECR高度的监视机构，
所述监视机构具备：相机，从水平方向或者倾斜方向对所述等离子体进行摄像；第一分光器，从ECR面的上方获取所述等离子体的发光强度；以及第二分光器，从所述ECR面的下方获取所述等离子体的发光强度。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述控制部使用所述等离子体的图像数据和所述处理室的高度方向上的所述等离子体的发光强度分布来求出所述ECR的高度。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述磁场形成机构具备形成所述磁场的线圈，
所述控制部控制所述高频电力的频率，使得校正由在所述线圈中流过的电流的响应延迟而导致的所述ECR的高度相对于给定值的变动。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述高频电源为固态微波电源。
6.一种ECR高度监视器，监视通过用于生成等离子体的高频电力和磁场的相互作用而产生的电子回旋谐振即ECR的高度，其特征在于，
使用所述等离子体的图像数据和生成所述等离子体的处理室的高度方向上的所述等离子体的发光强度分布来监视所述ECR的高度。
7.一种等离子体处理方法，使用等离子体对样品进行处理，其特征在于，
具有：
根据所述等离子体的图像数据，监视通过用于生成所述等离子体的高频电力和磁场的相互作用而产生的电子回旋谐振即ECR的高度的工序；以及
控制所述高频电力的频率，使得监视的所述ECR的高度成为给定的高度的工序。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理方法，其特征在于，
在使所述高频电力的频率变化了给定量的情况下，控制用于形成所述磁场的线圈中流过的电流值，使得所述ECR的高度成为给定的高度以上。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理方法，其特征在于，
在切换构成等离子体处理条件的步骤的情况下，在切换所述步骤前，将所述线圈中流过的电流设为进行了所述控制后的电流值。
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