CN117133619A - 监视方法和等离子体处理装置 - Google Patents

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CN117133619A CN202310552051.4A CN202310552051A CN117133619A CN 117133619 A CN117133619 A CN 117133619A CN 202310552051 A CN202310552051 A CN 202310552051A CN 117133619 A CN117133619 A CN 117133619A
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Abstract

本发明提供对使用RF电功率的脉冲波的等离子体处理稳定地进行控制的监视方法和等离子体处理装置。监视方法为等离子体处理装置进行的监视方法，等离子体处理装置包括：配置在处理容器内的载置基片的载置台；设置在处理容器的上部的天线；与天线连接的用于供给RF电功率的RF电源；配置在天线与RF电源之间的匹配器；和用于测量匹配器的输出端电压的测量部，监视方法包括：步骤(a)，在载置台上准备基片；步骤(b)，从RF电源供给规定的占空比的RF电功率的脉冲波；和步骤(c)，根据基于占空比对输出端电压的Vpp电压进行换算而得到的Vpp电压的换算值、RF电功率、和Vpp电压与RF电功率的相关性信息，监视等离子体的状态。

Description

监视方法和等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及监视方法和等离子体处理装置。
背景技术
例如，专利文献1提出了一种等离子体处理装置，其具有：用于在真空容器内载置多个基片并进行旋转的旋转台；和与旋转台的上表面相对的天线。在该等离子体处理装置中，能够一边使旋转台旋转，一边向真空容器内供给等离子体处理气体并且向天线供给RF电功率的脉冲波。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2021-180215号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明提供用于对使用RF电功率的脉冲波的等离子体处理稳定地进行控制的监视方法和等离子体处理装置。
用于解决技术问题的手段
根据本发明的一个方式，提供一种监视方法，其为等离子体处理装置进行的监视方法，所述等离子体处理装置包括：处理容器；配置在所述处理容器内的、用于载置基片的载置台；设置在所述处理容器的上部的天线；与所述天线连接的、用于供给RF电功率的RF电源；配置在所述天线与所述RF电源之间的匹配器；和用于测量所述匹配器的输出端电压的测量部，所述监视方法的特征在于，包括：步骤(a)，在所述载置台上准备基片；步骤(b)，从所述RF电源供给规定的占空比的RF电功率的脉冲波；和步骤(c)，根据基于所述占空比对所述输出端电压的Vpp电压进行换算而得到的Vpp电压的换算值、所述RF电功率、和Vpp电压与RF电功率的相关性信息，对等离子体的状态进行监视。
发明效果
根据本发明的一个方面，能够提供用于对使用RF电功率的脉冲波的等离子体处理稳定地进行控制的监视方法和等离子体处理装置。
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结构例的截面图。
图2是图1的等离子体处理装置的平面图。
图3是沿着图1的等离子体处理装置的旋转台的同心圆的截面图。
图4是设置在图1的等离子体处理装置中的等离子体源的截面图。
图5是设置在图1的等离子体处理装置中的匹配器的电路图。
图6是表示等离子体点火时和未点火时的RF电功率与Vpp电压的相关关系的一个例子的图。
图7是表示RF电功率的连续波和脉冲波的平均电子密度和平均电子温度的一个例子的图。
图8是表示一个实施方式的监视方法中的RF电功率的脉冲波的输出的一个例子的图。
图9是表示一个实施方式的监视方法的一个例子的流程图。
图10是用于对基于图9的监视方法的等离子体的状态的判断进行说明的图。
附图标记说明
1真空容器，2旋转台，33～35等离子体处理气体喷嘴，83天线，84匹配器，85RF电源，120控制装置。
具体实施方式
下面，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中，存在对相同的构成部分标注相同的附图标记，并省略重复说明的情况。
在本说明书中，平行、直角、正交、水平、垂直、上下、左右等方向，容许不会损害实施方式的效果的程度的偏移。角部的形状并不限于直角，也可以是弓形带有圆角。平行、直角、正交、水平、垂直、圆、一致，可以包含大致平行、大致直角、大致正交、大致水平、大致垂直、大致圆、大致一致。
[等离子体处理装置]
参照图1～图4对一个实施方式的等离子体处理装置的一个例子进行说明。图1是表示一个实施方式的等离子体处理装置的结构例的截面图。图2是图1的等离子体处理装置的平面图。另外，在图2中，为了说明方便起见，省略了顶板11的图示。图3是沿着图1的等离子体处理装置的旋转台2的同心圆的截面图。图4是设置在图1的等离子体处理装置中的等离子体源80的截面图。
如图1所示，等离子体处理装置包括：平面形状为大致圆形的真空容器(处理容器)1；和设置在真空容器1内的旋转台2，其在真空容器1的中心具有旋转中心，并且用于使晶片(基片)W公转。
真空容器1是用于收纳晶片W并在晶片W的表面上实施成膜处理而使薄膜沉积在晶片W的表面上的处理室。真空容器1包括：设置在与旋转台2的凹部24相对的位置的顶板11；和容器主体12。在容器主体12的上表面的周缘，设置有呈圆环状设置的密封部件13。顶板11构成为能够相对于容器主体12拆装。
在真空容器1内的上表面侧的中央部连接有分离气体供给管51，其用于供给分离气体以抑制相互不同的处理气体彼此在真空容器1内的中心区域C互相混合。
旋转台2在中心部被固定在大致圆筒形状的芯部21，能够由驱动部23使旋转台2相对于与芯部21的下表面连接并且在铅垂方向上延伸的旋转轴22，绕铅垂轴、在图2所示的例子中沿着顺时针方向旋转。
在驱动部23设置有用于检测旋转轴22的旋转角度的编码器25。在实施方式中，由编码器25检测出的旋转轴22的旋转角度被发送到控制装置120，用于由控制装置120确定被载置在旋转台2上的各凹部24中的晶片W的位置。旋转台2是配置在处理容器内的、用于载置基片的载置台的一个例子。
旋转轴22和驱动部23被收纳在壳体20中。壳体20的上表面侧的凸缘部被气密地安装在真空容器1的底面部14的下表面。在壳体20上连接有吹扫气体供给管72，其用于向旋转台2的下方区域供给Ar气体等作为吹扫气体(分离气体)。真空容器1的底面部14中的芯部21的外周侧以从下方侧靠近旋转台2的方式形成为圆环状从而形成突出部12a。
在旋转台2的表面形成有能够载置直径尺寸为例如300mm的晶片W的圆形形状的凹部24。沿着旋转台2的旋转方向(图2中的箭头A所示的方向)在多个部位、例如6个部位设置有凹部24。凹部24具有比晶片W的直径稍大、具体而言大1mm至4mm左右的内径。凹部24的深度与晶片W的厚度大致相等，或者比晶片W的厚度大。在凹部24的底面形成有用于从下方侧将晶片W向上推并使其升降的例如后述的3根升降销能够贯穿的贯通孔(未图示)。
如图2所示，沿着旋转台2的旋转方向，彼此隔开间隔地设置有第一处理区域P1、第二处理区域P2和第三处理区域P3。在旋转台2的与凹部24的通过区域相对的位置，在真空容器1的周向上彼此隔开间隔地呈放射状配置有例如由石英构成的多根、例如7根气体喷嘴31、32、33、34、35、41、42。
气体喷嘴31～35、41、42各自配置在旋转台2与顶板11之间。气体喷嘴31～34、41、42各自例如以从真空容器1的外周壁向中心区域C去与旋转台2相对地水平地延伸的方式安装。另一方面，气体喷嘴35以在从真空容器1的外周壁向中心区域C延伸之后，弯曲并直线地沿着中心区域C的方式沿着逆时针方向(与旋转台2的旋转方向相反的方向)延伸。
在图2所示的例子中，从后述的输送口15起沿着顺时针方向(旋转台2的旋转方向)依次排列有等离子体处理气体喷嘴33、34、35、分离气体喷嘴41、第一处理气体喷嘴31、分离气体喷嘴42、第二处理气体喷嘴32。此外，由第二处理气体喷嘴32供给的气体，大多情况下与由等离子体处理气体喷嘴33～35供给的气体为同质的气体，但是在由等离子体处理气体喷嘴33～35充分供给该气体的情况下，也可以不必设置第二处理气体喷嘴32。
另外，等离子体处理气体喷嘴33～35可以用1根等离子体处理气体喷嘴代替。在该情况下，例如可以与第二处理气体喷嘴32同样地设置从真空容器1的外周壁向中心区域C延伸的等离子体处理气体喷嘴。各气体喷嘴31～35、41、42经由流量调节阀与各自的气体供给源(未图示)连接。
在气体喷嘴31～35、41、42的下表面侧(与旋转台2相对的一侧)，沿着旋转台2的半径方向在多个部位例如等间隔地形成有用于喷出上述各气体的气体喷出孔36。以各气体喷嘴31～35、41、42各自的下端缘与旋转台2的上表面的间隔距离例如为1～5mm左右的方式配置。
第一处理气体喷嘴31的下方区域为用于使原料气体吸附在晶片W上的第一处理区域P1，第二处理气体喷嘴32的下方区域为用于向晶片W供给能够将原料气体氧化而生成氧化物的氧化气体的第二处理区域P2。另外，等离子体处理气体喷嘴33～35的下方区域为用于进行晶片W上的膜的改性处理的第三处理区域P3。
另外，第一处理气体喷嘴31在形成硅氧化膜或硅氮化膜的情况下供给含硅气体，在形成金属氧化膜或金属氮化膜的情况下供给含金属气体。如上所述，第一处理气体喷嘴31是用于供给包含作为薄膜的主要成分的原料的原料气体(前体)的喷嘴。
在实施方式中，在第二处理区域P2中，氧化膜的分子层会沉积在晶片W上。另外，因为要形成氧化膜，所以从等离子体处理气体喷嘴33～35供给的等离子体处理气体例如是含有氧的气体。但是，在要形成氮化膜的情况下，从等离子体处理气体喷嘴33～35供给的等离子体处理气体例如是含有氮的气体。
设置分离气体喷嘴41、42是为了形成将第一处理区域P1与第二处理区域P2以及第三处理区域P3与第一处理区域P1分离的分离区域D。从分离气体喷嘴41、42供给的分离气体为氮气等不活泼气体、氦气、氩气等稀有气体。分离气体也能够作为吹扫气体发挥作用。另外，在第二处理区域P2与第三处理区域P3之间没有设置分离区域D。这是因为，就在第二处理区域P2供给的氧化气体和在第三处理区域P3供给的混合气体而言，混合气体中含有的氧气也含有氧原子，两者都能够作为氧化剂发挥作用。因此，不需要使用分离气体将第二处理区域P2和第三处理区域P3分离。
此外，等离子体处理气体喷嘴33～35成为能够向旋转台2上的不同区域供给气体的构造，因此，可以是按每个区域使混合气体的各成分的流量比不同，整体上均匀地供给改性处理。
图3是沿着图1的等离子体处理装置的旋转台2的同心圆的截面图，是从分离区域D起经过第一处理区域P1到达分离区域D的截面图。在分离区域D中的真空容器1的顶板11设置有大致扇形的凸状部4。凸状部4安装在顶板11的背面。在真空容器1内形成有：作为凸状部4的下表面的平坦的低的顶面(下面称为“第一顶面44”)；和位于第一顶面44的周向的两侧的、比第一顶面44高的顶面(下面称为“第二顶面45”)。
形成第一顶面44的凸状部4，如图2所示具有顶部被切断成圆弧状的扇形的平面形状。在凸状部4的周向的中央，以在半径方向上延伸的方式形成有槽部43。分离气体喷嘴41、42被收纳在槽部43内。另外，凸状部4的周缘(真空容器1的外缘侧的部位)，为了阻止各处理气体彼此的混合，以与旋转台2的外端面相对并且与容器主体12稍微隔开间隔的方式呈L字型弯曲。
在第一处理气体喷嘴31的上方侧设置有喷嘴罩230，以使得第一处理气体沿着晶片W流通，并且分离气体避开晶片W的附近而在真空容器1的顶板11侧流通。如图3所示，喷嘴罩230包括罩体231和整流板232。罩体231为了收纳第一处理气体喷嘴31而具有下表面侧开口的大致箱形。整流板232是分别与罩体231的下表面侧开口端的旋转台2的旋转方向上游侧和下游侧连接的板状体。旋转台2的旋转中心侧的罩体231的侧壁面，以与第一处理气体喷嘴31的前端部相对的方式向旋转台2伸出。另外，旋转台2的外缘侧的罩体231的侧壁面被切除以使得不会与第一处理气体喷嘴31发生干扰。另外，喷嘴罩230不是必须的，可以根据需要设置。
如图2所示，在等离子体处理气体喷嘴33～35的上方侧，为了使向真空容器1内喷出的等离子体处理气体等离子体化，设置有等离子体源80。等离子体源80能够使用天线83产生电感耦合型等离子体。
图4是设置在图1的等离子体处理装置中的等离子体源80的截面图。等离子体源80设置在真空容器1的上部。通过将由金属线等构成的天线83呈线圈状例如绕铅垂轴卷绕3圈而形成。另外，等离子体源80以在俯视时包围在旋转台2的径向上延伸的带状体区域、并且跨旋转台2上的晶片W的直径部分的方式配置。
天线83经由匹配器84与能够供给频率为例如13.56MHz的RF电功率的RF电源85连接。天线83以与真空容器1的内部区域气密地被分隔的方式设置。另外，在图4中，设置有用于将天线83与匹配器84和RF电源85电连接的连接电极86。
另外，天线83可以根据需要具有能够上下弯折的结构、能够自动地将天线83上下弯折的上下移动机构、能够使旋转台2的中心侧的部位上下移动的机构。在图4中省略了这些结构。
如图4所示，在等离子体处理气体喷嘴33～35的上方侧的顶板11，形成有在俯视时呈大致扇形开口的开口11a。如图4所示，在开口11a具有沿着开口11a的开口边缘部气密地设置在开口11a的环状部件82。壳体90气密地设置在环状部件82的内周面侧。即，环状部件82以外周侧与顶板11的开口11a的内周面11b接触，并且内周侧与后述的壳体90的凸缘部90a接触的方式气密地设置。并且，为了使天线83位于比顶板11靠下方侧的位置，经由环状部件82在开口11a设置由例如石英等电介质构成的壳体90。壳体90的底面构成第三处理区域P3的顶面46。
真空容器1的内部气氛经由环状部件82和壳体90被气密地设定。具体而言，将环状部件82和壳体90嵌入到开口11a内，接着利用按压部件91将壳体90在整个周向上向下方侧按压，其中，按压部件91以沿着环状部件82和壳体90的上表面、且沿着环状部件82和壳体90的接触部的方式形成为框状。进而，利用螺栓(未图示)等将按压部件91固定在顶板11上。由此，真空容器1的内部气氛被气密地设定。
在壳体90的下方(等离子体处理区域P3)侧，如图4所示，在整个周向上形成有突起部92。密封部件11c因突起部92而不会被直接暴露于等离子体，即，利用突起部92使密封部件11c与等离子体处理区域P3隔开间隔。因此，即使等离子体要从等离子体处理区域P3向例如密封部件11c侧扩散，也会经由突起部92的下方行进，因此，在到达密封部件11c之前等离子体会失活。
另外，如图4所示，在壳体90的下方的第三处理区域P3内设置有等离子体处理气体喷嘴33～35，与氩气供给源140、氢气供给源141、氧气供给源142和氨气供给源143连接。但是，氢气供给源141和氨气供给源143只要设置有任一者即可，可以不必设置有两者。
另外，在等离子体处理气体喷嘴33～35与氩气供给源140、氢气供给源141、氧气供给源142和氨气供给源143之间，设置有与各自对应的流量控制器130、131、132、133。氩气供给源140、氢气供给源141、氧气供给源142和氨气供给源143分别能够向等离子体处理气体喷嘴33～35供给Ar气体、H2气体、O2气体、NH3气体。Ar气体、H2气体、O2气体、NH3气体分别由流量控制器130、131、132、133控制流量，而以规定的流量比(混合比)被供给到等离子体处理气体喷嘴33～35。但是，在如上所述仅设置氢气供给源141和氨气供给源143中的任一者的情况下，流量控制器131、133也与设置的一者对应地设置。另外，流量控制器130～133例如可以使用质量流量控制器。
如图4所示，在壳体90的上方侧收纳有被接地的法拉第屏蔽件95，该法拉第屏蔽件95由以大致沿着该壳体90的内部形状的方式形成的作为导电性的板状体的金属板例如铜等构成。法拉第屏蔽件95包括：以沿着壳体90的底面的方式水平地卡止的水平面95a；和从水平面95a的外终端起在整个周向上向上方侧延伸的垂直面95b，法拉第屏蔽件95可以在俯视时例如构成为大致六边形。
如图1和图2所示，在旋转台2的外周侧的比旋转台2靠下方的位置，配置有作为罩体的侧环100。在侧环100的上表面，以彼此在周向上隔开间隔的方式形成有第一排气口61和第二排气口62。
第一排气口61在第一处理气体喷嘴31与相对于第一处理气体喷嘴31位于旋转台2的旋转方向下游侧的分离区域D之间，形成在靠近分离区域D侧的位置。第二排气口62在等离子体源80与比等离子体源80靠旋转台2的旋转方向下游侧的分离区域D之间，形成在靠近分离区域D侧的位置。
第一排气口61是用于将第一处理气体和/或分离气体排出的排气口，第二排气口62是用于将等离子体处理气体和/或分离气体排出的排气口。如图1所示，第一排气口61和第二排气口62各自通过设置有蝶阀等压力调节部65的排气管63与作为真空排气机构的例如真空泵64连接。
如上所述，从中心区域C侧到外缘侧配置有壳体90，因此，存在从旋转台2的旋转方向上游侧流向第二处理区域P2的气体被壳体90限制要向第二排气口62去的气流的情况。因此，在比壳体90靠外周侧的侧环100的上表面形成有用于供气体流动的槽状的气体流路101。
在顶板11的下表面的中央部，如图1所示，设置有突出部5，该突出部5与凸状部4的中心区域C侧的部位相连而在整个周向上形成为大致圆环状，并且其下表面形成为与凸状部4的下表面(第一顶面44)相同的高度。在比突出部5靠旋转台2的旋转中心侧的芯部21的上方侧，配置有用于抑制各种气体在中心区域C彼此互相混合的迷宫结构部110。
如上所述，壳体90形成至靠近中心区域C侧的位置，因此，支承旋转台2的中央部的芯部21以旋转台2的上方侧的部位避开壳体90的方式形成在旋转中心侧。因此，在中心区域C侧，与外缘部侧相比，成为各种气体彼此容易混合的状态。因此，通过在芯部21的上方侧形成迷宫结构部110，能够增加气体的流路，防止气体彼此互相混合。
在旋转台2与真空容器1的底面部14之间的空间，如图1所示，设置有作为加热机构的加热器单元7。加热器单元7能够隔着旋转台2将旋转台2上的晶片W加热至例如室温～700℃左右。另外，在图1中，在加热器单元7的侧方侧设置有罩部件71，并且设置有覆盖加热器单元7的上方侧的覆盖部件7a。另外，在真空容器1的底面部14，在加热器单元7的下方侧在整个周向上在多个部位设置有用于对加热器单元7的配置空间进行吹扫的吹扫气体供给管73。
在真空容器1的侧壁上，如图2所示，形成有用于在输送臂10与旋转台2之间进行晶片W的交接的输送口15。输送口15能够利用闸阀G气密地开闭。
旋转台2的凹部24在与输送口15相对的位置在与输送臂10之间进行晶片W的交接。因此，在旋转台2的下方侧的与交接位置对应的部位，设置有用于贯穿凹部24并将晶片W从背面抬起的未图示的升降销和升降机构。
另外，在实施方式的等离子体处理装置中设置有用于对装置整体的动作进行控制的由计算机构成的控制装置120。在控制装置120的存储器内存储有用于进行后述的基片处理的程序。在程序中，以能够执行装置的各种动作的方式编入有步骤组，程序可以从硬盘、光盘、光磁盘、存储卡、软盘等作为存储介质的存储部121安装到控制装置120内。在存储部121中存储有RF电功率与后述的Vpp电压的相关性信息122。
[匹配器]
接着，参照图5对设置在图1的等离子体处理装置中的匹配器84的电路结构和未点火/点火时的状态进行说明。图5的(a)表示未点火时、即没有生成等离子体P的状态，图5的(b)表示点火时、即生成了等离子体P的状态。
匹配器84配置在RF电源85与天线83之间。天线83经由匹配器84与RF电源85连接，能够从RF电源85供给RF电功率。
匹配器84经由电压供给线54、55、56串联连接在RF电源85与天线83之间。匹配器84包括第一可变电容器C1、第二可变电容器C2、线圈L1、线圈L2。但是，匹配器84的电路结构是一个例子，可变电容器和线圈的数量和位置并不限于此，在电压供给线55与天线83之间设置有阻塞电容器CB，对阻抗进行调节。另外，电压供给线56具有电阻Rt等电阻成分。
匹配器84在从RF电源85经由天线83向等离子体负载侧(等离子体P侧：参照图2的(b))供给RF电功率时，能够在RF电源85与等离子体负载之间使阻抗匹配，提高RF电功率的供给效率。
并且，匹配器84具有电压计88。电压计88是用于测量匹配器84的输出端电压的测量部的一个例子。电压计88测量的匹配器84的输出端电压的峰间(peak-to-peak)的电压也表述为“Vpp”或“Vpp电压”。
参照图6，对点火时和未点火时的RF电功率与Vpp电压的相关关系进行说明。图6所示的作为RF电功率与Vpp电压的相关性信息122的一个例子的相关性表，例如被存储在存储部121中(参照图1)。
图6的横轴是从RF电源85向天线83供给的RF电功率(RF Power)[W]，纵轴是Vpp电压[V]。线A表示未点火时的Vpp电压的计算值。线B表示未点火时的Vpp电压的实测值。未点火时的Vpp电压的计算值与实测值大致一致。
线C表示点火时的Vpp电压的实测值。线D表示用于防止异常放电的Vpp异常放电检测上限值。未点火时的Vpp电压的实测值是在图5的(a)的未点火时电压计88测量出的输出端电压的峰间电压。点火时的Vpp电压的实测值是在图5的(b)的点火时电压计88测量出的输出端电压的峰间电压。如图6所示，在同一RF电功率下，未点火时的Vpp电压为点火时的Vpp电压的约2倍。其理由可认为是，在图5的(b)所示的使用天线83产生电感耦合型(Inductively Coupled Plasma：ICP)的等离子体(下面，称为“ICP等离子体”)时，等离子体P作为大致导体而有助于阻抗。而在图5的(a)所示的等离子体未产生时，等离子体空间的绝缘气体无助于阻抗，其结果是，未点火时的Vpp电压为点火时的Vpp电压的约2倍的电压。
下面，将生成了“ICP等离子体”的状态、即点火时的Vpp电压的状态称为“ICP模式”。将没有生成ICP等离子体时称为“未点火”。因此，未点火的状态包括生成了“CCP等离子体”的状态和等离子体消失了(没有生成等离子体)的状态。将在未点火时生成了“CCP等离子体”的状态称为“CCP模式”。在“CCP模式”和“ICP模式”中，等离子体的性质不同。在CCP模式中，能够利用由磁场产生的天线83与大地(地线)之间的电压差生成电容耦合型的等离子体(Capacitively Coupled Plasma：CCP等离子体)。在ICP模式中，能够使用天线83生成电感耦合型的等离子体(ICP等离子体)。
在ICP模式中，能够生成比CCP模式强的等离子体。因此，例如当在想要以ICP模式执行等离子体处理时以CCP模式执行等离子体处理时，存在无法得到想要的处理结果的情况。
因此，通过根据由电压计88测量的匹配器84的输出端电压监视Vpp电压，来确认是ICP模式和CCP模式中的哪一个模式。此时，如上所述，能够使用图6的相关性表，根据Vpp电压的值来判断为“ICP模式”或“CCP模式”。另外，在判断为Vpp电压超过了图6的线D所示的Vpp异常放电检测上限值的情况下，会发生异常放电，因此，控制Vpp电压以使得不超过Vpp异常放电检测上限值。
在ICP模式中，能够生成比CCP模式强的等离子体。因此，在ICP模式中，根据供给的气体的不同，存在由等离子体对构成壳体90的石英等电介质造成的损伤变大的情况。
因此，为了降低由等离子体对壳体90造成的损伤，作为在晶片W上成膜时的膜质的调节抓手(adjustment knob)，向天线83供给RF电功率的脉冲波(下面，也称为“RF脉冲电功率”)。图7是表示RF电功率的连续波和脉冲波的平均电子密度和平均电子温度的一个例子的图。下面，将RF电功率的连续波也记作“CW”，将RF电功率的脉冲波也记作“PW”。如图7的(a)所示，在向天线83供给CW(RF电功率的连续波)时，在等离子体生成时电子密度Ne和电子温度Te被维持为一定。另一方面，如图7的(b)所示，在供给PW(RF电功率的脉冲波)时，在等离子体生成时电子密度Ne和电子温度Te周期性地变动。图7的(b)中用虚线表示的电子密度Ne的平均值(平均Ne)与图7的(a)中的电子密度Ne大致相同，但是电子温度Te的平均值(平均Te)与图7的(a)中的电子温度Te相比降低。这是因为，电子与离子等相比小且轻，因此，电子与真空容器的壁面等碰撞而瞬间消失。而离子或原子核比电子重，因此，与壁面等碰撞而到消失为止的时间长。因此，在RF脉冲电功率的断开时间(OFF time)内具有碰撞能量的电子先消失，其结果是，与壳体90和/或基片的周围碰撞的电子消失，从而能够降低石英的壳体90和/或基片的损伤。另外，电子温度Te降低。如果在离子消失之前成为RF脉冲电功率的导通时间(ON time)，则能够继续进行基于离子的反应，能够维持电子密度Ne。其结果是，如图7的(b)所示，在RF脉冲电功率下，电子温度Te的平均值下降，电子密度Ne的平均值维持。
但是，当供给RF脉冲电功率时，断开时间越长Vpp电压越低。例如，图8是表示一个实施方式的监视方法中的RF脉冲电功率的输出的一个例子的图。在图8中，横轴表示时间，纵轴表示RF电源85输出的RF电功率(RF脉冲电功率)的输出。另外，在图8中，实线表示从RF电源85向包含天线83的等离子体负载输送的行进波电功率Pf，虚线表示从该等离子体负载向RF电源85去的反射波电功率Pr。
期间T1是从时刻t0开始，在时刻t1结束的工艺处理前的待机时间(例如0.5秒)。期间T2是从时刻t1开始，在时刻t2结束的工艺处理中的期间(处理期间)，在期间T2中，从RF电源85供给RF电功率(行进波功率Pf)的脉冲波。在工艺处理中的期间T2中，将一个导通时间(ON time)和一个断开时间(OFF time)作为1个循环，供给占空比由(a)式表示的RF脉冲电功率。
占空比＝导通时间/(导通时间+断开时间)···(a)
可知当RF脉冲电功率的占空比下降时，RF电源85输出的RF电功率导通的时间变短，Vpp电压下降。图6的相关性表表示出了RF电功率为连续波时的RF电功率与Vpp电压的相关关系(相关性信息122)。因此，即使直接使用图6的相关性表，基于RF电功率为脉冲波时测量的输出端电压的Vpp电压来监视等离子体，也无法正确地判断模式，存在等离子体的稳定监视变得困难的技术问题。
因此，在本实施方式中，提供用于对使用RF电功率的脉冲波的等离子体处理稳定地进行控制的监视方法。在本实施方式的监视方法中，使用(1)式，根据Vpp电压的实测值求出Vpp电压的换算值。
其中，K例如为1.12等常数。K是根据Vpp电压的实测值计算Vpp电压的换算值，将计算出的Vpp换算值应用于图6的相关性表中的Vpp电压时，以使得图6所示的RF电功率与Vpp电压的相关关系成立的方式预先确定的实验值。另外，如上所述，图6的相关性表是RF电功率与Vpp电压的相关性信息122的一个例子。相关性信息122并不限于图6的相关性表。
使用上述的(1)式，根据从(2)式求出的占空比从Vpp电压的实测值求出Vpp电压的换算值。由此，即使在将RF电功率从连续波改变为脉冲波或从脉冲波改变为连续波的情况下，也能够使用图6的相关性表进行ICP等离子体的稳定的监视。
另外，在图5所示的匹配器84中，在等离子体处理中的期间T2中没有反射波功率Pr，能够匹配。因此，无法利用反射波电功率Pr的状态来监视模式的判断。另外，通过监视等离子体光来进行的模式的监视，因为等离子体光会因基片W的成膜状况等而大幅变动，所以也存在难以设置用于模式判断的阈值的技术问题。而匹配器84的输出端电压的Vpp电压不易受到气体种类、压力、基片的类别的影响。因此，预先存储每个RF电功率的RF电功率与Vpp电压的相关性表，通过将Vpp电压的实测值和RF电功率应用于相关性表(参照图6)，能够进行ICP等离子体的稳定监视。而且，在将RF电功率从连续波改变为脉冲波这样改变处理条件的情况下会产生Vpp电压的降低，对此，利用(1)式计算Vpp电压的换算值。由此，通过将Vpp电压的换算值应用于相关性表(参照图6)，能够使用与供给RF电功率的连续波时相同的相关性表，进行ICP等离子体的稳定监视。下面，对本实施方式的监视方法的详细情况进行说明。
[监视方法]
本实施方式的监视方法至少包括下述的步骤(a)～(c)。
步骤(a)，在载置台(旋转台2)上准备基片；
步骤(b)，从RF电源85供给规定的占空比的RF电功率的脉冲波；
步骤(c)，根据基于占空比对电压计88测量出的匹配器84的输出端电压的Vpp电压进行换算而得到的Vpp电压的换算值、从RF电源85供给的RF电功率、和Vpp电压与RF电功率的相关性信息，对等离子体的状态进行监视。
本实施方式的监视方法可以还包括下述的步骤(d)、(e)。
步骤(d)，停止从RF电源85供给RF电功率的脉冲波，并供给RF电功率的连续波；
步骤(e)，在执行所述步骤(d)之后，基于所述输出端电压的Vpp电压、所述RF电功率和所述相关性信息，对所述等离子体的状态进行监视。
参照图9和图10对本实施方式的监视方法的一个例子进行详细说明。图9是表示一个实施方式的监视方法的一个例子的流程图。图10是用于对基于图9的监视方法的等离子体的状态的判断进行说明的图。
图9的监视方法的各处理由控制装置120控制。当开始图9的监视方法时，在步骤S1中，控制装置120判断是否经过了待机期间(图8中的期间T1)。另外，上述的步骤(a)在步骤S1之前执行。
在步骤S1中，控制装置120等待直到经过待机期间(图8中的期间T1)为止，当经过待机期间时，进入步骤S2，判断从RF电源85供给的RF电功率是CW(连续波)还是PW(脉冲波)。
在步骤S2中，当控制装置120判断为RF电功率是CW(连续波)时，进入步骤S3。另一方面，在步骤S2中，当控制装置120判断为RF电功率是PW(脉冲波)时，进入步骤S7。
在步骤S3中，控制装置120从电压计88测量出的匹配器84的输出端电压获取Vpp电压的实测值。接着，在步骤S4中，控制装置120判断Vpp电压的实测值是否在Vpp上限值到Vpp下限值的范围内。图6的相关性表预先通过实验求出，并存储在存储部121中。其中，将由线C表示的点火时的Vpp电压的实测值的±30％作为Vpp上限值和Vpp下限值。即，Vpp上限值为点火时实测值×1.3的值，Vpp下限值为点火时实测值×0.7的值。但是，Vpp上限值和Vpp下限值的设定方法并不限于此。图10表示Vpp上限值(线U)和Vpp下限值(线L)的一个例子。
在步骤S4中，控制装置120判断为Vpp电压的实测值在从Vpp上限值到Vpp下限值的范围内的情况下，在步骤S5中判断为是ICP模式，生成了ICP等离子体。在判断后，进入步骤S12。
在步骤S4中，控制装置120判断为Vpp电压的实测值大于Vpp上限值或者小于Vpp下限值的情况下，在步骤S6中判断为是CCP模式，生成了CCP等离子体。在判断后，进入步骤S12。
在RF电功率为PW(脉冲波)的情况下，在步骤S7中，控制装置120从电压计88测量出的匹配器84的输出端电压获取Vpp电压的实测值。接着，在步骤S8中，控制装置120使用(1)式，计算Vpp电压的换算值。
接着，在步骤S9中，控制装置120判断Vpp电压的换算值是否在Vpp上限值到Vpp下限值的范围内。控制装置120在判断为Vpp电压的换算值在从Vpp上限值到Vpp下限值的范围内的情况下，在步骤S10中判断为是ICP模式，生成了ICP等离子体。在判断后，进入步骤S12。
在步骤S9中，控制装置120判断为Vpp电压的换算值大于Vpp上限值或者小于Vpp下限值的情况下，在步骤S11中判断为是CCP模式，生成了CCP等离子体。在判断后，进入步骤S12。
在步骤S12中，控制装置120判断是否经过了处理期间(图8中的期间T2)。控制装置120反复进行步骤S2～S12的处理直到经过处理期间为止，当在步骤S12中判断为经过了处理期间时，结束本处理。
另外，也可以是在步骤S6和步骤S11中，不是判断为CCP模式而是判断为等离子体已消失(没有生成等离子体)。在将预先在未点火状态下匹配的匹配器84的匹配位置的状态作为预设而施加RF电功率后，当等离子体未点火或成为CCP模式时，Vpp会变得比阈值高，当从在ICP等离子体状态下正常地匹配的状态等离子体消失时，Vpp会变得比阈值低。当在等离子体从未点火到点火并匹配的过程中等离子体消失的情况下，会成为该任一者，但是在该情况下，会持续出现反射波。因此，利用RF电源85检测该反射波，控制装置120获取该反射波的检测值，从而判断为匹配异常并发生警报。
图10表示作为RF电功率与Vpp电压的相关性信息122的一个例子的相关性表。线A表示未点火时的Vpp电压的计算值。线E表示从点火时的Vpp电压的实测值换算得到的Vpp电压的换算值。线D表示用于防止异常放电的Vpp异常放电检测上限值。线U是Vpp上限值，线L是Vpp下限值。
在图9的监视方法中，在判断为Vpp电压的换算值相对于所供给的RF电功率在由线U和线L包围的区域内的情况下，判断为ICP模式。在判断为Vpp电压的换算值在由线U和线L包围的区域外的情况下，判断为CCP模式(或者等离子体消失)。
此外，在Vpp电压的换算值大于线D所示的Vpp异常放电检测上限值的情况下，判断为发生异常放电。在该情况下，控制装置120进行管理以使得不供给Vpp异常放电检测上限值以上的RF电功率，从而能够抑制异常放电。
根据上面说明的监视方法，使用(1)式基于占空比从Vpp电压的实测值(Vpp实测值)计算Vpp电压的换算值(Vpp换算值)。由此，即使在将RF电功率从连续波改变为脉冲波的情况下，也能够使用在改变前使用的相关性表(图6、图10等)进行ICP等离子体的稳定监视。
由此，能够稳定地对基片W实施利用供给了RF脉冲电功率的ICP等离子体的处理。另外，在供给了RF脉冲电功率的基片处理中，当使占空比降低时，等离子体消失的可能性提高，但是对于等离子体的消失，也能够利用本监视方法高精度地进行监视。
由此，通过稳定地监视ICP等离子体，能够降低ICP等离子体对由石英等电介质构成的壳体90的损伤，减少颗粒。另外，能够抑制等离子体对晶片W自身的损伤(充电损伤)。
如上面说明的那样，根据本实施方式的监视方法和等离子体处理装置，能够对使用RF电功率的脉冲波的等离子体处理稳定地进行控制。
本次公开的实施方式的监视方法和等离子体处理装置在所有方面均应认为是例示性的而不是限制性的。实施方式可以在不脱离所附的权利要求书及其主旨的情况下以各种方式进行变形和改良。上述多个实施方式中记载的事项，可以在不矛盾的范围内也采取其它的构成，而且，可以在不矛盾的范围内进行组合。
例如，并不限于使用上述(1)式从Vpp电压的实测值求出Vpp电压的换算值的方法。例如，在使RF脉冲电功率的导通时间固定并使断开时间可变的情况下，可以使用(2)式从Vpp电压的实测值求出Vpp电压的换算值。
Vpp换算值＝Vpp实测值×(1+断开时间×Koff1)×Koff2···(2)式
其中，Koff1、Koff2为常数，是使导通时间固定而预先确定的值。
另外，例如，在使RF脉冲电功率的导通时间可变而使断开时间固定的情况下，可以使用(3)式从Vpp电压的实测值求出Vpp电压的换算值。
Vpp换算值＝Vpp实测值×(1+Kon1/导通时间)×Kon2···(3)式其中，Koff1、Koff2为常数，是使断开时间固定而预先确定的值。
本发明的等离子体处理装置并不限于图1的等离子体处理装置，也能够应用于电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma(ICP))的类型的装置。

Claims (7)

1.一种监视方法，其为等离子体处理装置进行的监视方法，
所述等离子体处理装置包括：
处理容器；
配置在所述处理容器内的、用于载置基片的载置台；
设置在所述处理容器的上部的天线；
与所述天线连接的、用于供给RF电功率的RF电源；
配置在所述天线与所述RF电源之间的匹配器；和
用于测量所述匹配器的输出端电压的测量部，
所述监视方法的特征在于，包括：
步骤(a)，在所述载置台上准备基片；
步骤(b)，从所述RF电源供给规定的占空比的RF电功率的脉冲波；和
步骤(c)，根据基于所述占空比对所述输出端电压的Vpp电压进行换算而得到的Vpp电压的换算值、所述RF电功率、和Vpp电压与RF电功率的相关性信息，对等离子体的状态进行监视。
2.如权利要求1所述的监视方法，其特征在于：
在所述步骤(c)中，基于(1)式计算所述Vpp电压的换算值，
其中，Vpp换算值为所述Vpp电压的换算值，Vpp实测值为所述Vpp电压的实测值，K为常数。
3.如权利要求1或2所述的监视方法，其特征在于：
在所述步骤(c)中，基于所述相关性信息，根据所述Vpp电压的换算值是否在从Vpp电压的上限值到Vpp电压的下限值的范围内的判断结果，对等离子体的状态进行监视。
4.如权利要求3所述的监视方法，其特征在于：
在所述步骤(c)中，在判断为所述Vpp电压的换算值在从所述Vpp电压的上限值到所述Vpp电压的下限值的范围内的情况下，判断为生成了ICP等离子体。
5.如权利要求3所述的监视方法，其特征在于：
在所述步骤(c)中，在判断为所述Vpp电压的换算值大于所述Vpp电压的上限值或者小于所述Vpp电压的下限值的情况下，判断为生成了CCP等离子体或者没有生成等离子体。
6.如权利要求1或2所述的监视方法，其特征在于，包括：
步骤(d)，停止从所述RF电源供给所述RF电功率的脉冲波，并供给RF电功率的连续波；和
步骤(e)，在执行所述步骤(d)之后，基于所述输出端电压的Vpp电压、所述RF电功率和所述相关性信息，对所述等离子体的状态进行监视。
7.一种等离子体处理装置，其包括：
处理容器；
配置在所述处理容器内的、用于载置基片的载置台；
设置在所述处理容器的上部的天线；
与所述天线连接的、用于供给RF电功率的RF电源；
配置在所述天线与所述RF电源之间的匹配器；
用于测量所述匹配器的输出端电压的测量部；和
控制装置，
所述等离子体处理装置的特征在于：
所述控制装置能够进行控制使得所述等离子体处理装置进行：
步骤(a)，在所述载置台上准备基片；
步骤(b)，从所述RF电源供给规定的占空比的RF电功率的脉冲波；和
步骤(c)，根据基于所述占空比对所述输出端电压的Vpp电压进行换算而得到的Vpp电压的换算值、所述RF电功率、和Vpp电压与RF电功率的相关性信息，对等离子体的状态进行监视。
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