CN113348732A - 等离子处理装置 - Google Patents
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Abstract
为了提供能得到稳定的等离子处理特性的等离子处理装置，样品台配置于真空容器内部的处理室内的下部，载置利用所述等离子的处理对象的晶片，且在配置于上部的中央部的凸状部的上表面载置所述晶片，在该样品台中具备：配置于内部且在所述晶片的处理中供给高频电力的电极、以及在所述样品台的所述凸状部的外周侧包围所述上表面而配置的导体制的环状构件的电极；电介质制的第1环状覆盖物，在该环状构件与所述处理室之间、以及该环状构件与所述样品台的上表面之间，相对于所述环状构件覆盖而配置；导体制的第2环状覆盖物，在所述处理室与第1环状覆盖物的上表面之间将第1环状覆盖物的上表面覆盖而配置，还具备：调节器，对应于检测在晶片的处理中供给到导体制的环状构件的高频电力的电压的结果来调节该高频电力的大小。
Description
技术领域
本发明涉及使用等离子对载置于设置在真空容器内的处理室内部的样品台的半导体晶片等基板状的样品进行处理的等离子处理装置，且涉及对样品台供给高频电力来对样品进行处理的等离子处理装置。
背景技术
在半导体器件的制造工序中，广泛进行的是对预先形成于半导体晶片的基板上的膜结构进行蚀刻的技术。特别地，等离子处理装置对处理室内部导入处理用的气体并将其等离子化，通过高频偏压在晶片上形成电场，来将等离子内的离子等带电粒子引诱到晶片，使带电粒子与晶片垂直地入射，由此能在晶片上形成垂直的形状。
在这样的等离子处理装置中，由于半导体器件的生产率提升的要求而谋求对晶片表面的更大范围更均匀地进行处理。若蚀刻特性(例如处理速度)根据晶片面内位置而不同，则蚀刻后的形状会根据晶片面内位置而呈现偏差。偏差越大，则不满足所要求的形状的部分就越增加，越会降低产品成品率。特别是，在晶片外周部，在蚀刻时将带电粒子引诱到晶片时，由于晶片上的电场的畸变而使带电粒子的入射集中，会产生蚀刻形状的斜度(倾斜：tilting)。
另外，若通过重复进行等离子处理而使设置于晶片外周部周边的构件被消耗，就会由于构件的形状变化而使晶片上的电场分布发生变化，倾斜的程度也会发生变化。为了将倾斜控制成恒定，而需要更换构件，但这时需要使处理装置停止。若需要频繁地更换构件，则处理装置的运转率就会降低而使晶片处理成本增大，因此谋求长时间不需要更换构件的处理装置。进而，为了将构件更换的次数抑制在最小限，而谋求从装置的外部简便地探测构件的消耗的技术。
作为解决上述课题的现有技术，以往以来已知JP特开2014-108764号公报(专利文献1)中公开的方案。在该现有技术中公开了：在被设为与晶片成为相同电位的导体制的聚焦环之上重叠地配置电介质制聚焦环和导体制聚焦环，抑制聚焦环消耗所引起的边缘电场随时间的变化。
进而，在JP特开2014-225376号公报(专利文献2)中公开了：设置能施加高频电力的导体制的环和覆盖其的电介质制的构件，使它们包围晶片外周侧，使用电路的阻抗变化来探测构件的消耗的方法；和对应于消耗量使向导体制环施加的电力的大小变化，来控制倾斜的技术。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2014-108764号公报
专利文献2：JP特开2016-225376号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述现有技术中，在以电气方式探测会给晶片外周部的电场带来影响的没置于晶片外周部附近的构件的消耗的手法中存在限度。
在专利文献1的技术中，在最下部的导体制的聚焦环被消耗的情况下，会给等电位面分布带来影响，因此需要探测该消耗，但以电气方式探测最下部的聚焦环的消耗在原理上是不可能的。
另外，在专利文献2的技术中判明了：不能独立地检测给晶片外周部的电场带来最强影响的、晶片外周部附近的构件的最接近晶片的内侧侧面的消耗。
本发明的目的在于，提供等离子处理装置，能通过更加精密地仅探测给晶片外周部周边的电场控制带来最强影响的部分的消耗而得到稳定的等离子处理特性。
用于解决课题的手段
上述目的通过等离子处理装置来达成，该等离子处理装置具备：处理室，配置于真空容器内部，在内部形成等离子；样品台，配置于该处理室内的下部，载置利用所述等离子的处理对象的晶片，且在配置于上部的中央部的凸状部的上表面载置所述晶片；电极，配置于该样品台内部，在所述晶片的处理中供给高频电力；导体制的环状构件，在所述样品台的所述凸状部的外周侧包围所述上表面而配置；电介质制的第1环状覆盖物，在该环状构件与所述处理室之间、以及该环状构件与所述样品台的上表面之间，相对于所述环状构件覆盖而配置；导体制的第2环状覆盖物，在所述处理室与第1环状覆盖物的上表面之间，将第1环状覆盖物的上表面覆盖而配置；和调节器，对应于检测流过供电路径的高频电力的电压的结果来调节该高频电力的大小，其中，所述供电路径将在所述晶片的处理中对所述导体制的环状构件供给高频电力的高频电源与所述环状构件之间连接。
发明效果
根据本发明，能够提供能更精密地探测晶片外周部的等离子处理特性随时间的变化的等离子处理装置。
附图说明
图1是表示通过晶片的等离子处理形成的形状的概略图。
图2是放大并示意表示等离子处理装置中的样品台外周侧部分的结构的纵截面图。
图3是放大并示意表示等离子处理装置中的样品台外周侧部分的结构的纵截面图。
图4是示意表示本发明的实施例所涉及的等离子处理装置的结构的纵截面图。
图5是放大并示意表示图4所示的实施例的样品台外周侧部分的结构的纵截面图。
图6是示意表示图5所示的样品台外周侧部分的等离子处理所引起的构件的消耗后的状态的纵截面图。
图7是示意表示对配置于晶片的表面的给定厚度的膜进行蚀刻处理后的形状的截面图。
图8是示意表示具备用于抑制随时间的变化的结构的样品台的现有技术的结构的概略情况的纵截面图。
图9是示意表示本发明的实施例所涉及的等离子处理装置的电源周边的其他变形例的结构的纵截面图。
具体实施方式
对晶片外周部的电场的分布和蚀刻特性的变化进行说明。
图7是示意表示对配置于晶片的表面的给定厚度的膜进行蚀刻处理后的形状的截面图。
在图7的(a)中示出，在晶片720的上表面上方的空间形成具有给定电位的等离子740并在等离子740与晶片720的表面之间沿着晶片720的表面形成给定厚度的鞘层的状态。附图标记752表示鞘层的界面，形成于鞘层界面752与晶片720的上表面之间的鞘层的厚度(鞘层界面752与晶片720的上表面之间的距离)根据供给到晶片720的下方的电极的高频电力的大小而变化。
等离子740中的带电粒子753(本图中具有正电荷)在形成于晶片720与等离子740之间的电场中受到库仑力，在与鞘层中的等电位面751垂直的方向上被朝向晶片720引诱并加速。在如图7的(a)所示那样等电位面751与晶片720的上表面平行的情况下，等离子中的带电粒子753相对于晶片720表面的膜垂直地入射并发生碰撞。利用该碰撞时的能量，用物理或化学反应去除该膜的材料而形成槽、孔等图案，并使所形成的槽、孔等图案的侧壁面的方向、形状与膜上表面垂直。
另一方面，在如图7的(b)那样等电位面751相对于晶片720上表面倾斜的情况下，带电粒子753相对于晶片720的膜上表面倾斜地入射，所形成的图案的形状、方向、侧壁面的方向、形状在处理形状上出现斜度(倾斜：tilting)。特别是，在晶片720的外周缘附近的部分，易于产生电场的集中，等电位面151会相对于晶片720的膜上表面出现斜度而产生倾斜，并相对于晶片720的中央部分的图案而产生方向、形状的偏差。
为了在相对于晶片720的中心侧部分的这样的外周缘附近部分抑制图案的斜度的大小、其偏差的增大，以往以来进行如下处理：对在晶片720的外周缘的外侧包围晶片720而配置的环状的导电体或半导体制的构件供给用于形成偏置电位的电力，在环状的构件或覆盖其上方的其他构件的上方形成所期望的大小的鞘层，来构成晶片720的外周缘部分的鞘层的等电位面751。面对等离子740的这样的环被称作聚焦环，聚焦环的上表面的构件在针对晶片720的处理中与等离子740的带电粒子753碰撞而被削减，或通过与等离子740的粒子的相互作用而脱离，就产生这样等的消耗。因此，伴随晶片720的处理的片数、时间的增大，形成于环的上表面上方的鞘层的等电位面751的高度会发生变化，会出现上述倾斜的程度也发生变化的问题。
在使倾斜成为所期望的容许范围内的值的基础上，需要抑制环的构件的消耗的程度等随时间的变化，或适当更换该环构件。因此，为了正确掌握应更换环的构件的时期，谋求探测该构件的消耗量的功能。
图8是示意表示具备用于抑制随时间的变化的结构的样品台的现有技术的结构的概略情况的纵截面图。在图8的(a)中示出如下状态：在构成样品台810的主要部分且具有圆筒形状的金属等导体制的基材813上部的中央部分具备上表面比外周侧更高的圆筒形的凸部，在该凸部上表面配置由陶瓷等电介质材料构成的电介质膜811，在其上表面载置晶片720。在该状态下，通过对配置于电介质膜811内部的膜状的电极即导体膜812供给来自直流电源的电力而形成的静电力，来将晶片720吸附保持在电介质膜811的上表面。
基材813的上中央部的凸部的外周侧成为上表面高度降低且在环上包围凸部的凹部，在具有圆筒形的凸部的侧壁和环状的凹部的表面配置由陶瓷等电介质材料构成的被膜814，在被膜813的上表面上配置包围凸部的环状的构件即聚焦环801、802、803。这些聚焦环801、802、803是上下方向上重叠并相互接合而构成为一体构件的构件，且在晶片720载置保持于电介质膜811上的状态下，在晶片720的外周侧将其包围地配置于凹部上。
基材813经由匹配器832与第2高频电源831电连接，在对晶片720进行处理的期间，被供给由高频电源831输出的高频电力。聚焦环801关于高频电力与基材813电连接，并被设为与基材813相同的电位。在该结构中，即使与等离子740面对的聚焦环803被消耗而使上表面的高度降低(图上，向下方变动)，并且伴随于此使鞘层界面152的形状例如相对于晶片720上表面的相对的高度位置发生变化，聚焦环802因等离子740引起的削减等消耗也小，因此位于晶片120上以及聚焦环802内部的特定的鞘层内的等电位面751的分布的变动会得到抑制。
但在如图8的(b)中将消耗前的形状例示为虚线且将消耗后的形状例示为实线那样，配置于下方的聚焦环801较大地消耗了其内周壁面的情况下，聚焦环801的内周缘部与晶片720的外周缘部的距离会在水平方向(图上，左右方向)上变动，伴随于此，在晶片720的外周缘部上方以及聚焦环802内部通过的等电位面151的分布会发生变化。据此，为了抑制作为晶片720的蚀刻处理的结果的电路图案的形状和关于该晶片720上表面的面内方向的分布随时间发生变化，期望精密地检测配置于这样的晶片720外周的环状的构件的消耗所引起的形状的变化量，并对应于其结果来调节晶片720的处理条件，或适当地检测出超出了预先确定的容许范围，来抑制这样的构件更换的滞后。另一方面，位于最下方的聚焦环801由金属或Si等半导体构成，且相对于通过基材813供给的高频电力是导电体，很难在其消耗的情况下也精度良好地检测所供给的高频电力的变化。
图9是示意表示其他现有技术所涉及的样品台的结构的概略情况的纵截面图。在图9的(a)中，在样品台810的包围基材813的凸部的外周的凹部上示出包围晶片720外周缘的导体环922、和覆盖该导体环922的上表面以及内外周侧壁面地配置的陶瓷或石英等电介质制的电介质覆盖物环923。进而，具备如下构成：检测第2高频电源831与等离子740之间的等效电路上的导体环922与等离子740之间的阻抗值及其变化，从而检测面对等离子740的电介质覆盖物环923的部分的消耗。
本图的样品台810具备如下功能：通过在匹配器832与导体环922之间的供电路径上电连接的阻抗检测器936来检测供电路径上的高频电力所涉及的阻抗，对应于检测的结果来调节供电路径上的负载阻抗调整器935的动作，由此来调节对导体环122施加的电力。在这样的结构中，在如图9的(b)那样，覆盖导体环922的电介质覆盖物环923的构件被消耗时，能检测等效电路上的电介质覆盖物环923的静电容301以及302的变化量，来作为与电介质覆盖物环923的上表面以及内侧侧的侧面的消耗量相当的参数。还具备如下功能：配合检测到的构件的消耗量来调节对导体环922施加的高频电力的大小，并调节形成于覆盖导体环922上表面或内周侧壁面的电介质制覆盖物环922上方的鞘层的等电位面751的高度位置以及与其对应地变化的晶片720外周缘部上方的等电位面751的斜度。
在这样的结构中，电介质覆盖物环923的位于与晶片720的最外周缘在水平方向(图上，左右方向)上空开间隙的位置的内周侧壁面923a是最靠近该外周缘的部位，是等电位面751所通过的部位，因此对该内周侧侧面923a的消耗所引起的等电位面751的水平方向的分布的影响最大。但在本图的结构中，在等离子740与第2高频电源731之间的等效电路中，由于电介质覆盖物环923是作为一体的静电容起作用的部分，很难与面对其他等离子740而消耗的部分、例如上表面部分相区别来检测内周侧壁面923a的特定部分的消耗，因此不能将等电位面751的分布精度良好地实现成所期望的分布。
如此地，在上述现有技术中，很难检测晶片720的外周缘部附近的构件的消耗、特别是给晶片720外周缘部上的电场变化带来最强的影响的构件的特定部分的消耗，并基于此来将等电位面的高度的分布或电场的分布充分精度良好地实现成所期望的分布。以下，使用附图来说明解决这样的课题的本发明的实施方式。
实施例1
以下，使用图1到图5来说明本发明的实施例。
首先，使用图1来说明本实施例所涉及的等离子处理装置以及等离子处理方法的概要。图1是示意表示本发明的实施例所涉及的等离子处理装置的结构的概略情况的纵截面图。
本实施例的等离子处理装置具备：真空容器101，其至少一部分具有圆筒形状；等离子形成部，其配置于真空容器101的上方，生成用于在真空容器101内部的空间即处理室内形成等离子140的电场或磁场；和排气部，其在真空容器101的下方与真空容器101连结而配置，且具有将该真空容器101内部的处理室排气而减压的涡轮分子泵等真空泵。在真空容器101内部具备：上部电极102，其配置于真空容器101的上部且处理室的上方，具有圆板状的形状；电介质制的簇射板107，其在上部电极102的下方与上部电极102平行地空开间隙而配置，且具有圆板形状；样品台110，其配置于簇射板107的下方，且具有大致圆筒形状；和圆形的真空排气口108，其配置于样品台110的下方的真空容器101的底面，与排气部的入口连通，使处理室内的气体、等离子的粒子通过后排出。
在真空容器101的上部配置有气体导入路，该气体导入路与未图示的气体导入管连接，将气体导入管与簇射板107和上部电极102间的间隙之间连通。处理用的气体通过与气体源连结的气体导入管并通过真空容器101内部的气体导入路而流入到上部电极102和簇射板107间的间隙并扩散，之后，从配置于簇射板107的中央部的多个贯通孔，从真空容器101内的处理室内部上方进行供给。
上部电极102与第1高频电源104经由同轴电缆等电场电波路径电连接，被从第1高频电源104供给用于形成等离子的第1高频电力，该第1高频电力的电场通过上部电极102以及簇射板107而辐射到处理室内。导入到处理室内的处理用的气体的原子或分子受到电场的作用而被激发，进行离解或电离而产生等离子140。包围真空容器101上部的圆筒形的侧壁的外周侧以及上方而配置的2个线圈106所产生的磁场在处理室内绕着其上下方向的中心轴以轴对称且向下逐渐扩展的方式具有磁力性，通过该磁场的强度和朝向及其分布来将等离子140的处理室内的强度、分布调节成适合处理的强度、分布。
进而，通过经由真空排气口108连接的排气部的未图示的涡轮分子泵等真空排气单元的动作，使处理室内的等离子、处理用气体的粒子通过真空排气口108后排出到处理室外部。由于通过簇射板107的贯通孔的气体导入口而供给到处理室内的处理用气体的流量或其速度、与通过真空排气口108后排出的处理室内部的气体的粒子的流量或速度之间的平衡，处理室内部被减压维持在适合处理的各个工序的给定真空度的压力。另外，在排气部的涡轮分子泵的入口的上游侧具备未图示的排气量调整器，通过增减包含真空排气口108的排气流路的截面积来调节来自真空排气口108的排气的流量或速度。
本实施例的样品台110在内部具备作为具有圆板或圆筒形状的金属制的构件的基材113。在基材113的上部的中央部具有在上方具有凸形形状的圆筒形部分，该凸部的周围具有将其以环状包围的凹陷部。样品台110的基材113的除凸部上表面以外的侧壁以及凹陷部上表面由电介质膜114被覆。基材113的凸部的圆形的上表面由通过喷涂而形成的包含电介质的材料的膜即电介质膜111被覆，在其上表面的中心部构成载置保持处理对象的圆板状的样品即晶片120的载置面。电介质膜111所覆盖的凸部上表面配合晶片120的形状而实质具有圆形，并与簇射板107对置。
在电介质膜111的内部配置有由导体材料构成的导体膜112，且经由高频滤波器134而电连接直流电源133，并构成为膜状的电极。通过从直流电源133施加的直流电压，晶片120被静电吸附固定于样品台110的电介质膜111的上表面。
样品台110的基材113经由匹配器132而电连接第2高频电源131，作为供给由第2高频电源131形成的第2高频电力的电极起作用。详细地，若在晶片120载置保持于电介质膜111上的状态下在处理室内生成等离子140，就从第2高频电源131对基材供给第2高频电力，通过该第2高频电力来使晶片120上表面上方产生与等离子140之间耦合的电场，在等离子140与晶片140的上表面之间形成等离子鞘层。
等离子鞘层是在具有给定电位的等离子140的界面与面对其的导体即基材或晶片120之间电位发生变化的区域，对应于晶片120或基材与等离子之间的电位差，等离子140中的带电粒子通过等离子鞘层后被引诱到晶片120的上表面并发生碰撞。这时，预先形成于晶片120上表面的膜结构的面对等离子的层的表面由于带电粒子的碰撞而被赋予能量，形成该层的材料发生反应而从表面脱离，从而推进该层的蚀刻。
接下来，使用图2来说明样品台110的外周部周边的结构的详细情况。图2是放大并示意表示图1所示的实施例所涉及的等离子处理装置的样品台的上部外周部分的结构的概略情况的纵截面图。另外，对标注有与图1所示的附图标记相同的附图标记的部位，只要没有需要，就省略说明。
在本图中，在样品台110的上表面且作为晶片载置面的电介质膜111的外周侧的环状的部位，使基材113的高度凹陷而降低，与基材113或电介质膜111的上表面之间具有级差。在该级差的外周侧的环状的部分、即凹陷部的底面的上方且晶片120的外周侧的部位配置电介质膜114，进而在其上配置由例如石英、氧化铝这样的电介质制的材料构成的环状的构件即绝缘环121、以及配置于绝缘环121的上表面上方且由金属或导体材料构成的导体环122。
自构成从第2高频电源131经由匹配器132连接到基材113的供电路径的布线上的匹配器132与基材之间的部位分支出其他布线，该其他布线作为供电路径而与导体环122电连接。在分支出的供电路径的布线上配置有负载阻抗调整器135。导体环122使其下表面与绝缘环121的上表面相接地载置于该绝缘环121的上表面，并收纳配置在从载置于绝缘环121的上方的石英、氧化铝等电介质制的电介质覆盖物环123的底面向上方凹陷而形成的环状的凹陷部的内侧。
导体环122由电介质覆盖物环123覆盖内周以及外周侧壁面和上表面，从而从与样品台110或第2高频电源电连接的基材113绝缘。由此，能对导体环122施加与样品台110不同的高频电力。
进而，具有上表面为平面的结构的电介质覆盖物环123覆盖导体环122的内外周的侧壁面以及上表面，并载置配置于绝缘环121以及导体环122上。导体环122的上表面以及侧面由电介质覆盖物环123覆盖而不会对等离子140暴露。因此，构成导体环122的金属元素不会释放到真空容器101内，可抑制晶片120的金属污染。
本实施例的电介质覆盖物环124的环状的内周侧的部分其高度从电介质覆盖物环124的具有平坦的上表面的外周侧的部分朝向内周侧而变低，其纵截面具有锥状的形状。进而，内周侧的部分的最内周端部的上表面被被配置成：在水平方向上设为平坦，并置于与样品台110的凸部的圆筒形的侧壁空开微小的间隙的位置，在将晶片120载置于电介质膜111的上表面的状态下，最内周端部的平坦的上表面位于晶片120的外周缘的下方。
在本实施例的电介质覆盖物环124的外周侧的部分的平坦的上表面且包含该环状的平坦部分的内周端部分的上表面，载置由Si或SiC的导体材料构成的平板环状的构件即导体覆盖物环124。在本实施例中，导体覆盖物环124配置于导体环122的上表面的上方，从其上方来看的投影面具备至少覆盖导体环122的整体的尺寸和形状。进而，在导体覆盖物环124的外周侧的部分可以具有向下延伸而覆盖电介质覆盖物环123的外周的侧壁面的圆筒形的部分。
通过能拆装地构成电介质覆盖物环123和导体覆盖物环124，能在它们中的一方被消耗的情况下仅更换消耗一方的构件。另外，若将电介质覆盖物环123和导体覆盖物环124通过粘接剂等进行粘接，则这些构件间的热传导性就会提升，能抑制处理中的一方构件的过度的升温。是将两者设为能拆装还是将两者粘接，能对应于所期望的效果由使用者选择。
通过配置于被分支而与导体环122连接的供电路径上的电路即负载阻抗调整器135来调整施加给晶片120的电力(晶片电力)和施加给导体环122的电力(边缘电力)的大小。在本实施例中，通过增减负载阻抗调整器135的电路常数来调节这些电力的大小的比率和从第2高频电源131产生的电力的大小，从而将晶片电力实质保持在给定的容许范围内的值不变地使边缘电力的大小变化成所期望的大小。
另外，也可以在分支出的供电路径上连接用于测定阻抗的大小的阻抗检测器136。阻抗检测器136被电连接到负载阻抗调整器135与导体环122之间的供电路径上的部位而配置，并检测施加给导体环122的高频电力的电流值、直流电压值或峰峰电压(Vpp)值中的任一者或其多者。以下，记述使用Vpp值来检测供电路径上的部位的阻抗的变化的情况。检测到的Vpp值保存在未图示的存储介质等中，装置的使用者能从未图示的装置的管理/操作用界面确认该值。这样的检测器也可以作为特定的电路或元件而配置于负载阻抗调整器135的内部。
在等离子处理时，通过晶片电力在晶片120与等离子140之间产生电位差(偏置电位)，在晶片120上方形成电场。与此同样地，通过边缘电力，经由电介质覆盖物环123，或经由电介质覆盖物环123和导体覆盖物环124双方而在电介质覆盖物环123和导体覆盖物环124的上方形成电场。对边缘电力进行控制，使得在晶片120的外周侧的部分的上方的处理室的空间中，等离子鞘层中的等电位面151与晶片120的上表面平行。由此，可抑制晶片120外周侧部分的上表面的蚀刻后的形状的斜度(倾斜：tiling)。
接下来，使用图3来说明重复进行等离子处理而将晶片外周部附近的构件消耗后的晶片外周部附近的状态变化。图3是示意表示图2所示的实施例的样品台的上部外周部分的构件被消耗的状态的结构的概略情况的纵截面图。
因等离子处理而消耗的部分主要是作为面对等离子140的部位的、导体覆盖物环124的上表面以及电介质覆盖物环123的覆盖导体环122的内侧侧面的部分123a。接近晶片120的电介质覆盖物环的内周侧部分的锥状部分以及平坦的内周端缘部分的上表面即内侧侧面123a的消耗会给晶片120的外周侧部分的上表面上的等电位面151的高度的分布带来影响。因此，抑制导体覆盖物环124的消耗所带来的影响并检测内侧侧面123a的消耗。
在此，在供给边缘电力的电路上，考虑负载阻抗调整器135与等离子140之间的部分的阻抗分量。经由负载阻抗调整器135被控制了大小的边缘电力依次经由导体环122、电介质覆盖物环123、导体覆盖物环124而与等离子140电耦合。
在表征等离子140与进行耦合的第2高频电源131之间的电耦合的等效电路上，由于导体环122以及导体覆盖物环124是导体，因此并不表征为阻抗分量。即，在导体覆盖物环124被消耗的情况下，该电路的阻抗分量也不变化。
另一方面，能将电介质覆盖物环123的上表面以及内侧侧面与收纳于内侧而配置的导体环122的表面之间的电介质覆盖物环123的电介质的材料的部分分别认为是构成静电容301以及302。并且，电介质覆盖物环的内侧侧面123a的消耗作为静电容302的增大使阻抗分量变化。据此，可认为：通过检测供给边缘电力的电路中的阻抗变化，能在抑制导体覆盖物环124的消耗的影响的同时，检测电介质覆盖物环123的内侧侧面123a的部分的消耗量。
在本实施例中，以下说明检测电介质覆盖物环123的内侧侧面123a的消耗的结构。首先，在电介质覆盖物环123的电介质制的构件的消耗发生之前，具体在将电介质覆盖物环123配置在处理室内后而开始最初的用于制造产品用的半导体器件的晶片120的处理之前，在对该产品用的晶片120进行处理的条件下，使用等离子140来对具有与该产品用的晶片120相同结构的其他晶片120进行处理，使用与供给边缘电力的电路连接的阻抗检测器136来测定开始使用任意的电介质制覆盖物环123的初始的Vpp值。如上述那样，这时的晶片120的处理条件(标准处理条件)期望与实际处理产品用的晶片120的条件(实际处理条件)相同，或者至少是晶片电力和边缘电力与实际处理条件相同。检测到的初始的Vpp的值保存在未图示的存储介质等存储装置中。
在检测到初始的Vpp值后，在实际处理条件下对产品用的晶片120进行处理。伴随着对多片晶片120进行处理，电介质覆盖物环123的内侧侧面123a被消耗，被供给来自第2高频电源的电力的导体环122的表面与面对处理室内的等离子140的内侧侧面123a之间的、电介质制覆盖物环123的由电介质制的材料构成的构件的厚度减少。由此，在内侧侧面123a通过的电介质制覆盖物环123的部分的等效电路上的静电容302发生变化(一般是增大)，从而阻抗发生变化。
在晶片120的处理结束后，再次在标准处理条件下对具有与产品用的晶片120相同结构的其他晶片120进行处理，测定这时的消耗时的Vpp值。这时，由于电路的阻抗因静电容302的增大而降低，因此消耗时的Vpp值增大。根据消耗时的Vpp与初始的Vpp值之差来算出电路中的静电容302的变化量。在电介质覆盖物环123的内侧侧面123a与导体环122的表面之间的构件的消耗量以及材料能关于该表面的方向视作均等的情况下，根据Vpp(及其差)的值和材料的介电常数、内侧侧面123a的面积等来检测消耗量。然后，能使用检测到的电介质覆盖物环123的内侧侧面123a的消耗量来进行更精密的电介质覆盖物环123的消耗的推进的推测和其更换的时期的估计。进而，使用Vpp的变化量，通过负载阻抗调整器135的动作来精度良好地调节供给到导体环122的第2高频电力的量，由此能降低晶片120的外周缘部附近的处理形状的倾斜的偏差，使处理的成品率或效率提升。
即，若电介质覆盖物环123的内侧侧面123a被消耗，则标准处理条件下的Vpp值就发生变化。进而，形成于晶片120以及电介质覆盖物环123的上表面上方的等离子鞘层内的等电位面151的晶片120的径向、周向的高度的分布、形状发生变化，由于其影响，晶片120外周部的上表面上方的等电位面151的形状、和通过垂直入射到该等电位面151并与预先形成于晶片120上表面的膜的表面发生碰撞的带电粒子的作用而被加工的蚀刻形状的倾斜发生变化。因此，伴随电介质覆盖物环123的消耗的推进，晶片120表面的形状的倾斜有可能会超出容许值。
在本实施例中，为了将这样的倾斜维持在容许范围内而适当地调节边缘电力。首先，预先对与产品用的晶片同等的晶片120进行处理，并检测蚀刻形状的倾斜伴随消耗的推进在容许范围的上限或下限值所对应的Vpp的值与初始的Vpp的值之间的变化量ΔVpp_lim。进而，还预先求取能实现倾斜量成为0的等电位面151的形状的边缘电力值，其中，该倾斜量与进行消耗并伴随着电介质覆盖物环123的内侧侧面123a的消耗所引起的高度(厚度)的变化而变化的Vpp的值或变化量对应。这样的检测时的晶片120的处理条件能视作与上述的标准处理条件相同或与其同等。
在电介质覆盖物环123的消耗推进而从来自阻抗检测器136的输出中检测到标准处理条件下的Vpp值的变化量成为比预先设定的ΔVpp_lim小的值即ΔVpp_set以上的情况下，使用与预先求得的电介质覆盖物环123的内侧侧面123a的消耗相伴的Vpp的值及其变化量与实现最佳的倾斜的边缘电力之间的关系，来使供给到导体环122的边缘电力的大小变化为能实现初始的蚀刻形状的值。在本实施例中，为了与消耗的电介质覆盖物环123的静电容对应地对导体环122供给倾斜成为0的边缘电力，而调节第2高频电力131的输出或负载阻抗调整器135的电路的常数。
由此，调节晶片120的外周部上表面以及电介质覆盖物环123的上表面上方的等电位面151的高度位置，使其关于晶片120的半径方向成为水平，对应于对晶片120进行处理的片数的增大和与此相伴而消耗的电介质覆盖物环123的构件的厚度(静电容)的值的变化来进行调节，使得在多片晶片120之间倾斜成为恒定。其结果，可长时间地使晶片120的处理后的形状的倾斜处于容许的范围内，可抑制形状的偏差，提升处理的成品率。
进一步地，能根据供电路径上的阻抗的变化，以高的精度估计由电介质覆盖物环123的消耗决定的更换的时期。即，关于以给定条件处理任意结构的晶片120时的电介质覆盖物环123的内侧侧面123a的消耗推进而使Vpp的变化量到达ΔVpp_lim从而需要更换的情况，能预先求取该情况下的界限的Vpp值，在检测到标准处理条件下的Vpp的值超过该值的情况下，能用作应更换该电介质覆盖物环123的时期。进而，另外，通过具备从未图示的等离子处理装置所具备的报知器报知由阻抗检测器136检测的Vpp的值接近于界限Vpp值、即接近于更换时期这一情况的功能，例如通过具备在CRT、液晶的监视器上显示警告或报告的功能，能催促装置的使用者更换构件。
在图4示出能精度更良好地探测电介质覆盖物环123的构件的消耗的变形例。图4是示意表示图2所示的实施例所涉及的等离子处理装置的变形例的样品台的外周部的结构的概略情况的纵截面图。
本例将导体环122的形状构成为使其内侧侧面402与电介质覆盖物环123的内侧侧面123a平行，其他结构与第1实施例相同。在该变形例中，为了与电介质覆盖物环123的截面具有锥状的形状的内周侧部分的上表面即内侧侧面123a平行，导体环122的内侧侧面具备具有倾斜面且厚度向外侧变大的形状。进而，能减小电介质覆盖物环123的内侧侧面123a的厚度的平均值，能加大构成内侧侧面123a的电介质覆盖物环123的电介质制的构件的静电容401。由此，与该构件的消耗相伴的阻抗变化也变大，能精度更良好地检测构件的消耗量。
另外，通过应用上述实施例以及变形例，并在导体环122以及导体覆盖物环124的形状上想办法，能任意限制要对消耗进行探测的部分。图5是示意表示图2所示的实施例所涉及的等离子处理装置的其他变形例的样品台的外周部的结构的概略情况的纵截面图。
在本例中，具备使图2所示的导体环122的内周侧壁的下部向内周侧以凸缘状延伸的凸缘部502，导体环122具备如下形状：凸缘部502在覆盖导体环122而配置的电介质覆盖物环123的下方，从内侧侧面123a延伸到电介质覆盖物环123的上表面平坦的内周缘部的下方。进而，导体覆盖物环124不仅覆盖电介质覆盖物环123的外周侧部分的平坦的上表面，还覆盖内周侧部分的锥状的形状的上表面即内侧侧面123a的整体，导体覆盖物环124的内周缘部延伸到达电介质覆盖物环123的内周缘部的平坦的上表面。
在本例中，电介质覆盖物环123当中被导体覆盖物环124覆盖的部分、即外周侧部分的上表面以及内侧侧面123a的消耗得到抑制，从而这些部分与导体环122的上表面之间的电介质覆盖物环123的构件的静电容所引起的阻抗的变化得到抑制。另一方面，由阻抗检测器135基于Vpp的变化来检测未被导体覆盖物环124覆盖的部分、即电介质覆盖物环123的内周缘部的消耗，来作为静电容501的变化。
在本例中，伴随利用等离子140的晶片120的处理的时间或被处理的晶片120的片数的增加，电介质覆盖物环123的内周缘部的消耗与其他部位相比更大地推进，因此由阻抗检测器136检测为Vpp的变化。能抑制其他部位的消耗的影响而精度良好地检测电介质覆盖物环123的特定的部位的消耗量，能更正确地进行电介质覆盖物环123的更换时期的估计。进而，在本例的等离子处理装置中，通过提高该消耗量、与其对应的Vpp的值及其变化量的检测的精度，从而对应于对晶片120进行处理的片数的增大和与其相伴而消耗的电介质覆盖物环123的构件的厚度(静电容)的值的变化，而调节成使晶片120的外周部上表面以及电介质覆盖物环123的上表面上方的等电位面151的高度位置关于晶片120的半径方向成为水平，使得倾斜在多片晶片120之间恒定，在本例这样的等离子处理装置中，可长时间地使晶片120的处理后的形状的倾斜处于容许的范围内，可抑制形状的偏差，从而提升处理的成品率。
即使是由独立的电源来供给晶片电力以及边缘电力中各个电力的结构，也能得到上述示例的作用、效果。图6是表示图1所示的实施例的再其他变形例所涉及的等离子处理装置的结构的概略情况的纵截面图。在本图中，只要没有需要，就省略针对标注与图1所示的实施例相同附图标记的部位的说明。
在本变形例中，如图6所示那样，不在导体环122连接第2高频电源131，而是经由匹配器602连接独立的第3高频电源601。若使用该结构，就能变更晶片电力和边缘电力的频率，或者使晶片电力和边缘电力的频率相同，进而调节成使各自输出的电力的相位同步或具有给定值的相位差。另外，还能将第3高频电源601置换成直流电源，对边缘电力施加直流电力。
在上述的示例中，将导体覆盖物环124的材料记载为Si或SiC。这特别基于预防对半导体器件进行处理时的金属污染的观点。但在不需要考虑金属污染的情况下，可容易地推测出：即使使用例如铝等金属材料，也能得到与上述实施例同样的效果。
另外，在本实施例中，例示了利用平行平板型等离子处理装置的一个方式的等离子处理，但本发明的效果并不由等离子处理中的等离子生成方法来限定。例如，即使在感应耦合型等离子处理装置、ECR共振型等离子处理装置中，或者即使是具备与本实施例不同的机构的平行平板型等离子处理装置，也可通过与本发明同样的样品台外周部周边的结构而得到同样的效果。
附图标记说明
101...真空容器
102...上部电极
103...绝缘环
104...第1高频电源
105...接地
106...线圈
107...簇射板
108...真空排气口
110...样品台
111...电介质膜
112...导体膜
113...电介质膜
120...晶片
121...绝缘环
122...导体环
123...电介质覆盖物环
123a...内侧侧面
124...导体覆盖物环
131...第2高频电源
132...匹配器
133...直流电源
134...高频滤波器
135...负载阻抗调整器
136...阻抗检测器
140...等离子
151...等电位面
152...鞘层界面。
Claims (6)
1.一种等离子处理装置，其特征在于，具备：
处理室，配置于真空容器内部，在内部形成等离子；
样品台，配置于该处理室内的下部，载置利用所述等离子的处理对象的晶片，且在配置于上部的中央部的凸状部的上表面载置所述晶片；
电极，配置于该样品台内部，在所述晶片的处理中供给高频电力；
导体制的环状构件，在所述样品台的所述凸状部的外周侧包围所述上表面而配置；
电介质制的第1环状覆盖物，在该环状构件与所述处理室之间、以及该环状构件与所述样品台的上表面之间，相对于所述环状构件覆盖而配置；
导体制的第2环状覆盖物，在所述处理室与第1环状覆盖物的上表面之间，将第1环状覆盖物的上表面覆盖而配置；和
调节器，对应于检测流过供电路径的高频电力的电压的结果来调节该高频电力的大小，其中，所述供电路径将在所述晶片的处理中对所述导体制的环状构件供给高频电力的高频电源与所述环状构件之间连接。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述导体制的环状构件的内周侧部分的表面在该环状构件与所述样品台的凸状部之间被从所述等离子起覆盖该环状构件的电介质制的构件覆盖，该构件的内周侧部分的面对所述等离子的表面和所述环状构件的内周侧部分的表面平行配置。
3.根据权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于，
覆盖所述环状构件的内周侧部分的电介质制的构件与所述第1环状覆盖物一体构成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于，
覆盖所述环状构件的内周侧部分的所述电介质制的构件的内周侧部分位于所述导体性的环状构件与所述膜状的电极之间，且具有高度朝向外周侧变高而倾斜的所述表面并使该电介质制的构件的上下方向的厚度变大，在该倾斜的表面的外周侧的上表面将其覆盖地配置所述第2环状覆盖物。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述导体性的环状构件的上表面配置在比所述样品台的上表面高的位置。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述等离子处理装置具备：
第3环状构件，在所述导体制的环状构件的下方，配置于该导体制的环状构件与所述样品台内部的电极之间而将它们绝缘。
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