CN1306567C - 等离子体处理装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置及其控制方法，它能够原样维持运转状态从处理室中除去附着物。在即将开始对晶片的等离子体处理之前，对下部电极施加过冲电压。通过该过冲电压，除去在下部电极的周边部附着堆积的附着物，所以可防止在等离子体刚点火后在处理室内的异常放电的发生。过冲电压是例如通过调整匹配器的电抗而被生成。

Description

等离子体处理装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种对被处理体，例如半导体晶片进行蚀刻处理等的等离子体处理的等离子体处理装置及其控制方法。
背景技术
目前，在半导体制造工序中，为了在被处理体，例如半导体晶片(下面称为“晶片”)的表面进行微细加工，广泛使用利用向处理室中导入的反应性气体(处理气体)的高频辉光放电的等离子体处理装置。其中在处理室中的上下相对配置电极的所谓的平行平板型等离子体处理装置，适于大口径的晶片的处理。
平行平板型等离子体蚀刻处理装置，在处理室中，具有相互平行的可升降配置的上部电极和下部电极。其中下部电极实现作为晶片载置台的功能。对上部电极和下部电极分别施加频率不同的高频电力。在载置晶片的下部电极和上部电极之间产生辉光放电，导入处理室中的反应性气体等离子化。等离子体中的离子通过在两个电极间产生的电势差冲击到晶片的表面，结果，蚀刻在晶片表面上形成的膜(例如绝缘膜)。
在下部电极的外周缘部，配置包围载置在下部电极的上面的晶片的聚焦环，在上部电极的外周缘部设置密封环。通过这两个环，将由上下两个电极间产生的等离子体汇集到晶片上，将晶片面内的等离子体密度均匀化。
但是，在半导体的制造工序中，在等离子体处理装置的处理室中，导入成膜用或者除去膜用的各种反应性气体。这些反应性气体优选根据各自的目的而完全反应的，但一部分未反应的依然排出到处理室外，另外一部分产生不需要的反应生成物。然后，这些不需要的反应生成物附着到处理室中的各个部位上。下面，将附着到处理室内的不需要的反应生成物称为“附着物”。
通过清洗等离子体处理装置的处理室内部，将附着物从处理室内除去，但是，如果开始运转等离子体处理装置，重复进行对晶片的等离子体处理，就在处理室内出现新的附着物，该附着物逐渐增长。
特别是，如果在上下电极的周围部，例如聚焦环等处堆积附着物，就可能产生在等离子体点火后由附着物导致的异常放电，可能不能合适地进行以后的成膜或者膜除去。另外，会出现要求紧急停止等离子体处理装置全体，由系统侧来清洗处理室内部的危险。
关于这样的附着物的问题，在下述的专利文献1中所记载的发明中提供了一种ECR-CVD装置的试样台，其特征在于，将电极部和电极周围部固定到底板上。
例如，如根据专利文献1中所记载的发明，电极周围部由氧化铝等形成，再固定到底板上，所以具有规定的刚性、耐酸性和绝缘性。因此，通过重复清洗电极周围部，能够经常保持没有附着物的状态。另外，也实现了缩短对电极周围部的清洗时间。
<专利文献1>
特开平7-58028号公报
但是，按照现有技术，虽然作为从电极周围部除去附着物之目的的清洗操作被简化，但是为了除去附着物，仍然必需停止等离子体处理装置。对于大口径的晶片，在形成多层构造的现在的半导体制造工序中，与已有技术相比，具有附着物的成长速度加速的倾向，为了除去附着物，每次都要停止处于运转状态的等离子体处理装置，所以大大降低了生产率。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而提出的，其目的在于，提供一种新的且改良了的等离子体处理装置及其控制方法，能够维持运转状态从处理室中除去附着物。
为了解决上述问题，根据本发明的第一观点，提供一种在处理室中产生等离子体来处理被处理体的等离子体处理装置，该等离子体处理装置具有：在处理室内配置的第一电极；在处理室内的配置在与第一电极相对的位置的第二电极；属于向第一电极供给第一电力的第一电力源的第一电力系统；属于向第二电极供给第二电力的第二电力源的第二电力系统；控制第一电力系统和第二电力系统的控制部，其特征在于，该等离子体处理装置所具有的控制部控制第一电力系统和第二电力系统的两方或者任意一方，使得在对处理室内的被处理体开始等离子体处理之前的规定期间，相对第二电极，施加比被处理体的等离子体处理中向第二电极施加的电压还高的处理前电压。
根据本发明的第二观点，提供一种等离子体处理装置的控制方法，该等离子体处理装置具有：在处理室内配置的第一电极；在处理室内的配置在与第一电极相对的位置的第二电极；向第一电极供给第一电力的第一电力源；向第二电极供给第二电力的第二电力源，其特征在于，在对处理室内的被处理体开始等离子体处理之前的规定期间，相对第二电极，施加比被处理体的等离子体处理中向第二电极施加的电压还高的处理前电压。
通过对第二电极施加合适大小的处理前电压，能够除去处理室内，特别是在第二电极周边附着堆积的附着物。如果将对第二电极施加处理前电压的时刻设置在对被处理体开始等离子体处理之前，能够在处理室内没有附着物的状态下进行对被处理体的等离子体处理。
如果调整第一电源侧的阻抗和匹配第一电源侧的阻抗的第一匹配器，以及，第二电源侧的阻抗和匹配第二电源侧的阻抗的第二匹配器的两者或者任何一个的电抗，能够容易地生成对第二电极施加的处理前电压。另外，通过调整从第一电源输出第一电力的定时和第一电力的电力电平，以及从第二电源输出第二电力的定时和第二电力的电力电平，可产生对第二电极施加的处理前电压。
根据本发明的第三观点，提供一种等离子体处理装置的控制方法，该等离子体处理装置具有：配置在处理室内的第一电极；配置在处理室内与第一电极相对的位置的第二电极；向第一电极供给第一电力的第一电力源；向第二电极供给第二电力的第二电力源，通过对各个电极供给高频电力，在处理室内产生等离子体，实行处理被处理体的等离子体处理工序，其特征在于，该控制方法，在等离子体处理工序之前实行，具有等离子体处理准备工序，其在规定的期间，基于与等离子体处理工序的等离子体形成条件不同的等离子体形成条件，形成等离子体。
根据这种控制方法，通过等离子体处理准备工序中所形成的等离子体，能够溅射除去处理室内，特别是在第二电极周边附着堆积的附着物。等离子体处理准备工序在用于对被处理体进行规定的等离子体处理的等离子体处理工序之前进行，所以，能够在处理室内没有附着物的状态下进行对被处理体的等离子体处理。
在等离子体处理准备工序的规定期间，对第二电极施加比在等离子体处理工序中对第二电极施加的电压还高的处理前电压。利用该处理前电压，可确实地从第二电极周边除去附着物。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的构成的方框图。
图2是表示该实施方式的等离子体处理装置所具有的基座和其周边部的构成的截面图。
图3是一般的等离子体处理装置的第一高频电力、第二高频电力和下部电极电压的波形图。
图4是本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的第一高频电力、第二高频电力和下部电极电压的波形图。
图5是表示一般的等离子体处理装置的阻抗匹配的轨迹的史密斯圆图。
图6是表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的阻抗匹配的轨迹的史密斯圆图。
图7是表示基座(下部电极)的电压不过冲的情况下和过冲的情况下的异常放电的发生频度的说明图。
图8是表示对基座(下部电极)施加的过冲电压的波形图。
图9是表示异常放电的抑制效果和过冲量的关系的说明图。
图10是本发明的第二实施方式的等离子体处理装置所具有的控制部所输出的控制信号的波形图。
图11是同实施方式的等离子体处理装置的第一高频电力、第二高频电力和下部电极电压的波形图。
具体实施方式
下面参照附图，详细说明本发明的等离子体处理装置及其控制方法的较佳实施方式。而且，在本说明书和附图中，对于实质上具有相同功能构成的构成要件，通过赋予相同的符号，省略其重复说明。
<第一实施方式>
图1表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置100的构成。等离子体处理装置100具有由导电性材料，例如铝构成的处理容器(未图示)。在该处理容器内，形成对作为被处理体的晶片W进行规定的等离子体处理的处理室110。
在处理室110内，相对设置上部电极(第一电极)120和基座130。位于处理室110内下方的大致圆柱形的基座130，被用作等离子体处理中载置晶片W的载置台，同时，与设置在处理室110的上方的上部电极120构成一对来产生辉光放电，具有将导入处理室110内的反应性气体等离子体化的下部电极(第二电极)的功能。通过在上部电极120和基座130之间形成的等离子体P，对晶片W进行蚀刻等的规定的等离子体处理。
上部电极120同基座130配置例如5mm～150mm的空间。而且，上部电极120和基座130能够分别独立地上下移动，按照等离子体处理的内容调整这些间隔，以得到等离子体的均匀化。
下面来说明等离子体处理装置100所具有的高频电力系统。等离子体处理装置100具有向上部电极120供给第一高频电力147的第一电力系统以及向基座130供给第二高频电力157的第二电力系统的两个电力系统。
例如输出60MHz的第一高频电力147的第一高频电源141，将负载侧的阻抗与第一高频电源141侧的阻抗匹配的第一匹配器143，和与基座130连接的高通滤波器(HPF)145属于第一电力系统。第一匹配器143由电容可变的可变电容器C1U和可变电容器C2U构成。可变电容器C1U连接在第一高频电力147的传送路线和地之间，可变电容器C2U串联连接在第一高频电力147的传送路线中。
另一方面，例如输出2MHz的第二高频电力157的第二高频电源151，将负载侧的阻抗与第二高频电源151侧的阻抗匹配的第二匹配器153，和与上部电极120连接的低通滤波器(LPF)155属于第二电力系统。第二匹配器153由电感可变的可变电感线圈L1L和可变电感线圈L2L，和电容恒定的电容器C1L和电容器C2L构成。可变电感线圈L1L、可变电感线圈L2L、电容器C2L从第二高频电源151侧开始顺序串联连接在第二高频电力157的传送路线中。另外，电容器C1L连接在可变电感线圈L1L和可变电感线圈L2L的连接线和地之间。
从第一高频电源141输出的第一高频电力147通过第一匹配器143供给上部电极120，从第二高频电源151输出的第二高频电力157通过第二匹配器153供给基座130。这样，导入处理室110的反应性气体会等离子体化。
如果在上部电极120和基座130之间产生等离子体P，就从上部电极120向基座130流动第一高频电力147，相反地从基座130向上部电极120流动第二高频电力157。向基座130流过的第一高频电力147通过HPF145落地，向上部电极120流过的第二高频电力157通过LPF155落地。由于HPF145与基座130连接，所以防止了向构成第二电力系统的第二匹配器153和第二高频电源151流动第一高频电力147，实现了第二电力系统的动作的稳定化。同样的，由于LPF155与上部电极120连接，所以防止了向构成第一电力系统的第一匹配器143和第一高频电源141流动第二高频电力157，实现了第一电力系统的动作的稳定化。
另外，图1所示的第一匹配器143和第二匹配器153的内部电路是一个例子，按照等离子体处理装置100的构成(特别是高频电力系统的构成)或者处理条件等，优选改变电容器或者电感线圈的连接关系和各自的安装数。
等离子体处理装置100具有控制第一电力系统和第二电力系统的控制部160。该控制部160对于第一高频电源141、第一匹配器143、第二高频电源151、和第二匹配器153，进行规定的至少以下的控制。下面，说明控制部160所进行的控制的具体例子。
控制部160控制从第一高频电源141对上部电极120输出的第一高频电力147的输出频率数、输出定时和其电力电平。
另外，控制部160调整属于第一匹配器143的可变电容器C1U和可变电容器C2U的电容，使得如果第一高频电源141侧的阻抗例如是50Ω，从第一匹配器143的输入端子143-1看负荷侧时的阻抗是50Ω。
此外，控制部160控制从第二高频电源151对基座130输出的第二高频电力157的输出频率、输出定时和其电力电平。
另外，控制部160调整属于第二匹配器153的可变电感线圈L1L和可变电感线圈L2L的电感，使得如果第二高频电源151侧的阻抗例如是50Ω，从第二匹配器153的输入端子153-1看负荷侧时的阻抗是50Ω。
而且，虽然图1没有示出，但在第一匹配器143和上部电极120之间可具有第一检测器，其检测关于供给上部电极120的第一高频电力147的信息(例如，第一高频电力147的频率、其电力电平和对上部电极120施加第一高频电力147的实际定时)，使得将通过该第一检测器检测的信息向控制部160反馈。通过这种构成，控制部160能够更高精度地控制第一高频电源141和第一匹配器143的动作。另外，在第二匹配器153和基座130之间具有第二检测器，由此，关于第二高频电源151和第二匹配器153的控制也得到同样的效果。
下面，参照图2详细地说明在处理室110内所具有的作为下部电极(第二电极)的基座130和其周边部。
如上所述，在作为下部电极(第二电极)功能的基座130上，通过第二匹配器153连接第二高频电源151。
在基座130的上面配置静电卡盘170。对该静电卡盘170的电极板170a，连接直流电源172。如果采用这样的静电卡盘170，通过在高真空下从直流电源172对电极板170a施加高电压，能够静电吸附晶片W。
在基座130的外周缘部，配置包围载置在静电卡盘170的上面的晶片W的聚焦环180。该聚焦环180是导电体。另外，聚焦环180由作为绝缘体的罩182所包围。
这里，说明一般的等离子体处理操作。作为等离子体处理对象的晶片W通过传送部件(未图示)搬入图1、图2所示的处理室110中。晶片W载置在下降到待机位置的基座130上的静电卡盘170上。如果从高压直流电源172对静电卡盘170施加直流电压，就将晶片W吸附保持到静电卡盘170上。
基座130上升到与上部电极120的间隔在15～45mm的范围内的位置。之后，处理室110内调整到15～800mTorr范围左右的规定压力。然后，在处理室110内达到了规定的压力时，向处理室110内导入反应性气体。
下面，根据来自控制部160的控制信号，第一高频电源141输出第一高频电力147，第二高频电源151输出第二高频电力157。如果对上部电极120施加第一高频电力147，对基座130施加第二高频电力157，就在上部电极120和基座130之间产生辉光放电，点火等离子体P。当点火的等离子体P稳定时，开始对晶片W的蚀刻等的规定的等离子体处理。
使用等离子体处理装置100的等离子体处理开始时，聚焦环180具有向晶片W汇集等离子体的功能，但如果没有聚焦环180，等离子体会向处理室110的内壁侧扩散，在上部电极120和基座130的各周缘部，等离子体密度降低。通过该聚焦环180，从晶片W的中央部到周缘部，能够使得等离子体密度均匀。结果，防止了由等离子体的不均匀导致的晶片W的周缘部的异常放电。
然而，如上所述，如果在接近基座130的周边部、例如临近形成等离子体的区域的聚焦环180和晶片W之间的部位S1存在附着物D1，在等离子体点火后，有可能在上部电极120和该附着物D1之间产生异常放电。另外，在作为导电体的聚焦环180和作为绝缘体的罩182之间的部位S2堆积附着物D2的情况下，附着物和上部电极120之间产生异常放电，此外还可能使晶片W上的等离子体密度不均匀。这种现象不仅降低了等离子体处理后的晶片W的品质，而且成为系统故障的原因，导致生产率降低。
关于这一点，第一实施方式的等离子体处理装置100，具有从处理室110内，特别是从下部电极(第二电极)的基座130的周边部(例如，部位S1，S2)除去附着物的功能，基于这种功能进行用于除去该附着物的操作。
下面，对于关于等离子体处理装置100的附着物除去功能的构成，和用于除去附着物的等离子体处理装置100的控制方法，与通常的等离子体控制装置及其控制方法进行比较来说明。
根据第一实施方式的等离子体处理装置100及其控制方法，为了在进行对晶片W的蚀刻处理等的规定的等离子体处理之前，即等离子体点火时，除去在处理室110内部，特别是作为下部电极的基座130的周边部所附着堆积的附着物，对基座130施加作为处理前电压的过冲(overshoot)电压。
首先，来说明从等离子体点火到开始实际的等离子体处理期间，对作为下部电极的基座130不施加过冲电压的通常的等离子体处理装置的操作。图3是表示通常的等离子体处理装置的操作的图，表示从等离子体点火到开始实际的等离子体处理期间，对上部电极施加的第一高频电力的电力波形，对下部电极施加的第二高频电力的电力波形，和下部电极的电压波形。
如图3所示，在时刻T01，从第二高频电源输出调整到初期电平(例如，200～1000W)的第二高频电力，施加到下部电极。接着，在时刻T02，从第一高频电源输出调整到初期电平(例如50～1000W)的第一高频电力，施加到上部电极。
在该时刻T02在上部电极和下部电极之间等离子体点火，但由于先在时刻T01对下部电极施加调整到初期电平的第二高频电力，所以，在下部电极上的晶片表面上形成称为离子覆盖(Ion Sheath)的覆盖区域。在等离子体刚刚点火之后，等离子体密度不会变得均匀，如果这种状态等离子体接触晶片，在晶片中就会流动由于等离子体密度的不均匀而导致的电流。该电流可能会对晶片上形成的半导体元件等的构成元件带来损害。如果在等离子体点火时在晶片表面形成离子覆盖层，在该时刻等离子体不与晶片接触，晶片的构成要件可保持在良好的状态。
在时刻T02后，调整第一高频电力的电平和第二高频电力的电平，使得在反应性气体中，得到对晶片进行规定的等离子体处理所需要的离解度。在下面的说明中，将此时的各个高频电力的电平和下部电极的电压电平称为“处方电平(recipe level)”。例如，在蚀刻某些应用的处方中，第一高频电力的处方电平是1000～2500W，第二高频电力的处方电平是1000～2000W，下部电极电压的处方电平是约1500V。
在时刻T03，第一高频电力和第二高频电力分别达到处方电平，下部电极的电压也调整到处方电平。之后，下部电极的电压维持在该处方电平，对晶片进行规定的等离子体处理。而且，图3表示了第一高频电力和第二高频电力在时刻T03基本同时达到处方电平的情况下的电力、电压波形，但这是一个例子。从晶片保护的观点看，也可以这样，如果在时刻T02晶片表面上形成离子覆盖，之后，第一高频电力或者第二高频电力中的一个比另一个先到达处方电平。
这样，根据通常的等离子体处理装置从等离子体点火到等离子体处理开始的动作，如果再进行规定的等离子体处理，在处理室110内部，特别是在作为下部电极的基座130的周边部就会堆积附着物，产生由附着物导致的异常放电，之后的等离子体处理可能不能适宜地进行。另外，如果要开始规定的等离子体处理，有可能要紧急停止等离子体处理装置全体，要求从系统侧来清洗处理室内部。
下面说明解决这样的问题的第一实施方式的等离子体处理装置100及其控制方法。图4是表示等离子体处理装置100的动作的图，表示在从等离子体点火到开始实际的等离子体处理期间，对上部电极120施加的第一高频电力147的电力波形，对作为下部电极的基座130施加的第二高频电力157的电力波形，和基座130的电压波形。
如图4所示，在时刻T11，从第二高频电源151输出调整到初期电平(例如，200～1000W)的第二高频电力157，施加到基座130。接着在时刻T12，从第一高频电源141输出调整到初期电平(例如，50～1000W)的第一高频电力147，施加到上部电极120。如上所述，因为在时刻T12在晶片W的表面形成离子覆盖，所以在刚点火后密度不均匀的等离子体P不与晶片W接触，晶片W和在晶片W上形成的各种半导体元件等构成要件可保持良好的状态。
接着，在时刻Tos1，将第二高频电力157调整为处方电平(例如1000～2000W)。此时，作为下部电极的基座130的电压，从时刻T11和时刻T12的电压电平开始上升，达到比处方电平(例如1500V)还高的电压电平(峰值电平，例如3000V)。之后，基座130的电压，在直到时刻Tos2之间，维持比处方电平还高的电平。从时刻Tos1到时刻Tos2之间的基座130的电压状态，在图4中，作为过冲波形(过冲电压)来表示。
在时刻T13，第一高频电力147达到处方电平，基座130的电压从峰值电平降低(离开过冲状态)，稳定到处方电平。之后，基座130的电压维持在该处方电平，对晶片W进行规定的等离子体处理。
如比较图3和图4可理解，如根据第一实施方式的等离子体处理装置100及其控制方法，与一般的等离子体处理装置及其控制方法不同，在等离子体的点火阶段，基座130的电压在即将调整为处方电平之前的规定期间(时刻Tos1～Tos2)，取为过冲状态。第一实施方式的等离子体处理装置100具有作为能够将基座130的电压调整为过冲状态的部件的控制部160。而且，根据第一实施方式的等离子体处理装置100的控制方法，在即将开始规定的等离子体处理之前的规定期间，对基座130施加过冲电压。
在第一实施方式中，通过控制部160，将各个电抗元件(可变电容器C1U、C2U和可变电感器L1L、L2L)的电抗调整为规定的值。通过这样，如图4所示那样，在即将把基座130的电压调整为处方电平之前，能够过冲。对于第一匹配器143和第二匹配器153的电抗调整，和基座130的电压的过冲现象的关系，可通过使用等离子体处理装置100的实测结果来确认。
首先，为了比较，来说明对基座130所施加的电压不产生过冲的情况下，第一匹配器143和第二匹配器153的电抗的设定条件。图3所示的基座130的电压波形，即没有过冲部分的基座130的电压波形，是在第一实施方式的等离子体处理装置100中，将第一匹配器143和第二匹配器153的电抗控制级，例如下面这样来设定的情况下而得到的。而且，第一匹配器143的电抗(电容)能够在0～2000级的范围控制，第二匹配器153的电抗(电感)能够在0～1000级的范围来控制。
设定条件1：C1U＝1500级；C2U＝900级；L1L＝100级；L2L＝500级。
例如，属于第一匹配器143的可变电容器C1U，C2U的各个电容，利用0～2000级调整为0～200pF，属于第二匹配器153的可变电感器L1L，L2L的各个电感，利用0～1000级调整为0～30μH。级数和各电容/电感为线性关系。因此，在可变电容器C1U调整为1500级的情况下，其电容是150pF，在可变电容器C2U调整为900级的情况下，其电容是90pF。另外，在可变电感器L1L调整为100级的情况下，其电感是3μH，在可变电感器L2L调整为500级的情况下，其电感是15μH。
与此相对，图4所示的基座130的电压波形，即具有过冲部分的基座130的电压波形，是在第一实施方式的等离子体处理装置100中，在如下这样设定第一匹配器143和第二匹配器153的电抗控制级而得到的。
设定条件2：C1U＝1200级；C2U＝600级；L1L＝400级；L2L＝550级。
图5是表示上述“设定条件1”所适用的等离子体处理装置100中，在上部电极120和基座130之间形成等离子体P之际，从第一匹配器143的第一高频电源141侧看到的上部电极120侧的阻抗匹配的轨迹的史密斯圆图(a)，和表示从第二匹配器153的第二高频电源151侧看到的基座130侧的阻抗匹配的轨迹的史密斯圆图(b)。这种情况下，如图3所示那样，基座130的电压不产生过冲。
图6是表示上述“设定条件2”所适用的等离子体处理装置100中，在上部电极120和基座130之间形成等离子体P之际，从第一匹配器143的第一高频电源141侧看到的上部电极120侧的阻抗匹配的轨迹的史密斯圆图(a)，和表示从第二匹配器153的第二高频电源151侧看到的基座130侧的阻抗匹配的轨迹的史密斯圆图(b)。这种情况下，如图4所示那样，基座130的电压产生过冲。
图5(a)所示的阻抗轨迹和图6(a)所示的阻抗轨迹不同，图5(b)所示的阻抗轨迹和图6(b)所示的阻抗轨迹不同的理由是，属于第一匹配器143的可变电容器C1U，C2U的各个电容，和属于第二匹配器153的可变电感器L1L，L2L的各个电感发生了改变。然后，可理解，如果注意图5(a)和图6(a)，在两者的起点SP就产生差，而且，直到阻抗匹配的轨迹，与图6(a)与图5(a)相比就会较长。图5(b)和图6(b)的关系也同样。但是，与基座130侧的阻抗匹配轨迹的伸长量(图5(b)和图6(b)的关系)相比，上部电极120侧的阻抗匹配轨迹的伸长量(图5(a)和图6(a)的关系)较长。
从该图5和图6的关系以及图3和图4的关系可明白那样，直到上部电极120侧的阻抗匹配结束的时间(上部电极侧阻抗匹配时间)，和直到基座130侧的阻抗匹配结束的时间(下部电极侧阻抗匹配时间)分别为某种程度的长度，而且，通过调整第一匹配器143的电抗和第二匹配器153的电抗，使得上部电极侧阻抗匹配时间相对下部电极侧阻抗匹配时间较长，从而能够将作为下部电极的基座130的电压在即将调整为处方电平之前的规定期间过冲。在这样的第一实施方式中，通过控制部160来控制第一匹配器143和第二匹配器153的各个电抗，可将对基座130施加的电压过冲。
图7表示分别在即将开始规定的等离子体处理之前没有过冲基座130的电压的情况(图3)和过冲的情况(图4)下，在等离子体刚点火后的异常放电的发生频度。在该实验中，为了提高结果的可靠性，准备了与第一实施方式的等离子体处理装置100实质上相同构成的2台实验用等离子体处理装置A、B。
对于等离子体处理装置A，基于上述的“设定条件1”，即在下部电极电压不产生过冲的条件，调整上部电极用匹配器和下部电极用匹配器的各个电抗，多次重复等离子体点火。在该实验中，得到异常放电的发生频度为1.6％这样的结果。该结果表示，如果在下部电极电压不产生过冲，在进行100次等离子体点火时，就可能发生1.6次的异常放电。
同样对等离子体处理装置A，基于上述的“设定条件2”，即在下部电极电压产生过冲的条件，调整上部电极用匹配器和下部电极用匹配器的各个电抗，多次重复等离子体点火。在该实验中，得到异常放电的发生频度为0.0％这样的结果。该结果表示，如果在下部电极电压产生过冲，既使重复多少次等离子体点火，也不发生异常放电。
对等离子体处理装置B也进行相同的实验，在“设定条件1”的情况下，得到异常放电的发生频度是1.1％这样的结果，在“设定条件2”的情况下，得到异常放电的发生频度是0.0％这样的结果。
从上面的使用等离子体处理装置A、B的实验结果可明白，如果在开始等离子体处理之前对下部电极施加过冲电压，可防止处理室中在等离子体刚点火后产生异常放电。如先前所述，等离子体刚点火后的异常放电的原因考虑为，主要是由于在下部电极的周边部附着堆积的附着物。通过在开始等离子体处理之前，有意对下部电极施加过冲电压，能够溅射除去该附着物。如果从下部电极的周边部除去附着物，从等离子体刚点火后开始形成稳定的等离子体状态，不会对晶片和在晶片上形成的半导体元件等构成要件造成损害。
下面，参照图8，图9来说明为了在等离子体刚点火后防止异常放电的发生，该合适的过冲的大小(过冲量)。
图8是放大表示图4所示的对作为下部电极的基座130所施加的电压波形中过冲部分的图。这里，对基座130所施加的电压的过冲量，如图8所示，使用电压的峰值Vp，和对基座130开始施加电压后，该电压经过峰值Vp直到稳定(例如，直到低于2000V)所需要的时间ΔT来定义。
图9表示了验证异常放电的抑制效果和过冲量的关系的实验结果。
在该实验中，准备与第一实施方式的等离子体处理装置100实质上相同构成的八台实验用等离子体处理装置A、B、C、D、E、F、G、H。而且，对于各个等离子体处理装置，测量等离子体点火时的下部电极的电压波形，确认此时的异常放电发生的有无。
全部实验用等离子体处理装置所具有的上部电极用匹配器和下部电极用匹配器，调整其电抗，使得对下部电极所施加的电压在等离子体处理前过冲。但是，为了对每个等离子体处理装置改变电抗的调整，对下部电极电压的过冲量，在各个等离子体处理装置间产生差别。
如图9所示，在本实验中，等离子体处理装置F表示出最大的过冲量，等离子体处理装置H表示其次的较大过冲量。相反地，等离子体处理装置B表示出最小的过冲量，等离子体处理装置C表示其次的较小过冲量。在进行实验的八台等离子体处理装置中，仅在过冲量最小的等离子体处理装置B中，在等离子体刚点火后观测到异常放电，在其它等离子体处理装置中，没有观测到异常放电。
从该实验结果可明白，为了防止等离子体刚点火后发生异常放电，对下部电极施加过冲电压是有效的，而且该过冲量需要一定的大小。如图9所示那样，作为对下部电极施加的电压的过冲量的阈值能够采用5500V·sec。即，对于下部电极，通过施加5500V·sec以上的量的过冲电压，能够防止在等离子体刚点火后发生异常发电。
对于下部电极施加的电压，如果其过冲量变大，则等离子体刚点火后的异常放电的抑制效果就会变大。为了加大过冲量，需要使时间ΔT变长，或者提高峰值Vp。但是，在设定这些值时需要满足下面的条件。
优选在设定时间ΔT时，考虑等离子体处理装置的生产率。如果将时间ΔT设定得过长，那么每单位时间可处理的晶片个数减少，生产率降低。另一方面，对于峰值Vp，需要考虑设计上的绝缘耐压(例如，3000V)。
在这一点，在本实施方式中，第一匹配器143和第二匹配器153的各个电抗通过控制部160来自由调整，对基座130施加的过冲电压的时间ΔT和峰值Vp，通过该调整的第一匹配器143和第二匹配器153的各个电抗来决定。因此，根据本实施方式，为了除去处理室110内的附着物，需要充分大小的过冲电压，不降低等离子体处理装置的生产率，而且，能够对作为下部电极的基座130施加不对等离子体处理装置造成损害的大小的过冲电压。
如以所说明的那样，根据第一形式的等离子体处理装置100及其控制方法，在对晶片W即将开始等离子体处理之前，对作为下部电极的基座130施加过冲电压。通过该过冲电压，除去在基座130的周边部附着堆积的附着物，就可防止在等离子体刚点火后在处理室内发生异常放电。另外，如果从基座130的周边部除去附着物，也可提高等离子体密度的均匀性，结果实现了等离子体处理的稳定性。
通过调整第一匹配器143和第二匹配器153的电抗，能够对于向基座130施加的电压产生过冲。在这一点上，由于第一实施方式的等离子体处理装置100具有能够个别调整第一匹配器143和第二匹配器153的各个电抗的控制部160，所以可容易地对基座130施加过冲电压。而且可自由调整过冲量。
另外，由于在即将对晶片W进行等离子体处理之前进行附着物的除去，所以不需要停止等离子体处理装置100，释放处理容器，清洗基座130的周边部。因此，实现了提高等离子体处理装置100的生产率。
第二实施方式
下面参照图1，图10和图11来说明第二实施方式的等离子体处理装置及其控制方法。第二实施方式的等离子体处理装置，具有与图1所示的第一实施方式的等离子体处理装置100大致相同的构成。另外，第二实施方式的等离子体装置的控制方法，其特征在于，与第一实施方式的等离子体处理装置的控制方法相同，在即将对晶片W进行等离子体处理之前，对作为下部电极的基座130施加过冲电压。
但是，根据第二实施方式的等离子体处理装置及其控制方法，通过与第一实施方式的等离子体处理装置100及其控制方法不同的功能、动作，可对于向基座130施加的电压产生过冲。
即，在第一实施方式中，为了得到过冲电压，通过控制部160来调整第一匹配器143和第二匹配器153的电抗，但在第二实施方式中，通过分别控制从第一高频电源141输出的第一高频电力147的电力电平和其输出定时，和从第二高频电源151输出的第二高频电力157的电力电平和其输出定时，可产生过冲电压。
图10表示第二实施方式的等离子体处理装置所具有的控制部160对第一高频电源141输出的控制信号，和对第二高频电源151输出的控制信号的时序图。第一高频电源141根据从控制部160接收的控制信号，调整第一高频电力147的输出电力电平和输出定时。同样的，第二高频电源151根据从控制部160接收的控制信号，调整第二高频电力157的输出电力电平和输出定时。
图11表示在图10所示的定时下，控制部160对第一高频电源147和第二高频电源157输出各个控制信号时，对上部电极120施加的第一高频电力147的电力波形，和对作为下部电极的基座130施加的第二高频电力157的电力波形，以及基座130的电压波形。
在时刻T31，控制部160对第二高频电源151发送控制信号，使得输出调整为初期电平的第二高频电力157(图10)。接收该控制信号的第二高频电源151，对基座130输出调整为初期电平(例如，200～1000W)的第二高频电力157，作为下部电极的基座130的电压从0V上升为例如500V(图11)。
在时刻T32，控制部160对第一高频电源141发送控制信号，使得输出调整为初期电平的第一高频电力147(图10)。接收该控制信号的第一高频电源141，对上部电极120输出调整为初期电平(例如，50～1000W)的第一高频电力147。在该时刻T32，在上部电极120和基座130之间点火等离子体(预等离子体)，首先在时刻T31，对基座130施加调整为初期电平的第二高频电力157，所以在基座130上的晶片W的表面上形成离子覆盖。因此，在该时刻，等离子体不与晶片W接触，在晶片W上形成的半导体元件等构成要件可保持良好的状态。
在时刻T33到时刻T35之间，控制部160发送控制信号，使得对第一高频电源141，输出调整为比初期电平还高的除去附着物的电平的第一高频电力147(图10)。接收该控制信号的第一高频电源141，对上部电极120输出调整为除去附着物电平的第一高频电力147。
在时刻T34到时刻T35之间，控制部160对第二高频电源151发送控制信号，使得输出调整为除去附着物电平的第二高频电力157(图10)。接收该控制信号的第二高频电源151，对基座130输出调整为除去附着物电平(例如，1000W)的第二高频电力157，作为下部电极的基座130的电压上升到例如2700V(图11)。
在时刻T35到时刻T36之间，根据来自控制部160的指示，第一高频电源141停止第一高频电力147的输出，第二高频电源151停止第二高频电力157的输出。为此，作为下部电极的基座130的电压一旦降低到0V。在时刻T32点灯的等离子体(预等离子体)也在此熄灯。
在时刻T36，控制部160再次对第二高频电源151发送控制信号，使得输出调整为初期电平的第二高频电力157(图10)。接收该控制信号的第二高频电源151，对基座130输出调整为初期电平(例如，200～1000W)的第二高频电力157，作为下部电极的基座130的电压从0V上升为例如500V(图11)。
在时刻T37，控制部160再次对第一高频电源141发送控制信号，使得输出调整为初期电平的第一高频电力147(图10)。接收该控制信号的第一高频电源141，对上部电极120输出调整为初期电平(例如，50～1000W)的第一高频电力147。在该时刻T37，在上部电极120和基座130之间等离子体(主等离子体)点火，但在该时刻在晶片W的表面上形成离子覆盖，等离子体不与晶片W接触，在晶片W上形成的半导体元件等构成要件可保持良好状态。
在时刻T38，控制部160对第二高频电源151发送控制信号，使得输出调整为处方电平的第二高频电力157(图10)。接收该控制信号的第二高频电源151对基座130输出调整为处方电平(例如，1000～2000W)的第二高频电力157。
在时刻T39，控制部160对第一高频电源141发送控制信号，使得输出调整为处方电平的第一高频电力147(图10)。接收该控制信号的第一高频电源141对上部电极120输出调整为处方电平(例如，1000～2500W)的第一高频电力147(图11)。在该时点，作为下部电极的基座130的电压达到处方电平(例如，1500V)，以后基座130的电压维持在该处方电平，使用主要等离子体来对晶片W进行规定的等离子体处理。
以上说明的第二实施方式的等离子体处理装置的控制方法的特征在于，如图10和图11所示，具有：点火主要等离子体，使用该主要等离子体对晶片W进行规定的等离子体处理的等离子体处理工序(时刻T36以后)；在该等离子体处理工序之前实施的、作为用于除去处理室110内的附着物的点火预等离子体的等离子体处理准备工序的附着物除去工序(时刻T31～时刻T35)。
等离子体处理工序中点火的主要等离子体是对晶片W进行规定的等离子体处理的等离子体，在附着物除去工序中点火的预等离子体是用于除去处理室110内的附着物的等离子体。因此，两种等离子体的物理特性不同，如图10，图11所示那样，两种等离子体的形成条件，即第一高频电力147的电力电平或者来自第一高频电源141的输出定时和第二高频电力157的电力电平或者来自第二高频电源151的输出定时也不同。
如图11所示那样，在附着物除去工序的规定期间(时刻T34～T35)，对作为下部电极的基座130施加比处方电平还高的处理前电压(过冲电压)，形成上述预等离子体。因此，既使在基座130的周边部存在附着物，在附着物除去工序中，通过预等离子体也能够确实除去该附着物。
而且，由于附着物除去工序在即将等离子体处理工序前来进行，所以，能够在从处理室110内除去附着物的状态下来对晶片W进行规定的等离子体处理。
如上所述，采用第二实施方式的等离子体处理装置及其控制方法，能够得到与第一实施方式的等离子体处理装置100及其控制方法相同的效果。
此外，如按第二实施方式，可得到下面的效果。在第二实施方式中，通过分别控制从第一高频电源141输出的第一高频电力147的电力电平和其输出定时，以及从第二高频电源151输出的第二高频电力157的电力电平和其输出定时，可使得对作为下部电极的基座130施加的电压在规定期间过冲。为此，既使是在反应性气体的种类、处理室110内的压力、上部电极120和基座130的间隔等处理条件变化的情况下，也能够高精度且容易地调整对基座130施加的电压的过冲量。因此，能够更确实地防止刚等离子体点火后处理室内产生异常放电。
但是，如果在等离子体处理工序之前每次进行附着物除去工序，就可能要降低第二实施方式的等离子体处理装置的生产率。在这点上，如按第二实施方式，可容易地选择是否在等离子体处理工序前进行附着物除去工序。仅在需要除去处理室110内的附着物时实施该附着物除去工序，可得到高的生产率。可以以规定的周期来实施附着物除去工序，也可以具有检测处理室110内有无附着物的部件，基于该检测结果来实施附着物除去工序。
上面参照附图说明了本发明的较佳的实施方式，但本发明不限于这些例子。可知本领域人员在权利要求的范围内能够想到各种变更例或者改正例，它们也当然属于本发明的技术范围。
在本实施方式的说明中，作为等离子体处理装置的例子使用了平行平板型等离子体处理装置，但本发明不限于此。例如，也能使用螺旋波等离子体处理装置，电感耦合型等离子体处理装置等。
如按以上详细描述的本发明，由于对第二电极施加过冲电压，所以能够从处理室，特别是从第二电极周边除去附着物。如果在开始对被处理体的等离子体处理之前设定对第二电极施加过冲电压的定时，可防止等离子体处理的开始时的异常放电的发生。还有，在等离子体处理中，确保了等离子体的均匀性。此外，也实现了提高等离子体处理装置的生产率。

Claims (9)

1.一种在处理室中产生等离子体来处理被处理体的等离子体处理装置，其特征在于，具有：
在所述处理室内配置的第一电极；
在所述处理室内的配置在与所述第一电极相对的位置的第二电极；
属于向所述第一电极供给第一电力的第一电力源的第一电力系统；
属于向所述第二电极供给第二电力的第二电力源的第二电力系统；和
控制所述第一电力系统和所述第二电力系统的控制部，
所述控制部，控制所述第一电力系统和所述第二电力系统的两方或者其中任何一方，使得在对所述处理室内的被处理体开始等离子体处理之前的规定期间，在将所述被处理体配置在所述处理室内的状态，相对所述第二电极，施加比所述被处理体的等离子体处理中向所述第二电极施加的电压还高的处理前电压。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，具有：
匹配所述第一电源侧的阻抗和所述第一电极侧的阻抗的第一匹配器；匹配所述第二电源侧的阻抗和所述第二电极侧的阻抗的第二匹配器，所述控制部调整所述第一匹配器和所述第二匹配器两者或者其中任何一个的电抗，由此产生对所述第二电极施加的所述处理前电压。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述控制部调整从所述第一电源输出所述第一电力的定时和所述第一电力的电力电平，以及从所述第二电源输出所述第二电力的定时和所述第二电力的电力电平，由此产生对所述第二电极施加的所述处理前电压。
4.一种等离子体处理装置的控制方法，其特征在于，
该等离子体处理装置具有：
在处理室内配置的第一电极；
在所述处理室内的配置在与所述第一电极相对的位置的第二电极；
向所述第一电极供给第一电力的第一电力源；和
向所述第二电极供给第二电力的第二电力源，
在对所述处理室内的被处理体开始等离子体处理之前的规定期间，在将所述被处理体配置在所述处理室内的状态，相对所述第二电极，施加比所述被处理体的等离子体处理中向所述第二电极施加的电压还高的处理前电压。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于，
通过调整匹配所述第一电源侧的阻抗和所述第一电极侧的阻抗的第一匹配器，以及匹配所述第二电源侧的阻抗和所述第二电极侧的阻抗的第二匹配器的两者或者其中任何一个的电抗，产生对所述第二电极施加的所述处理前电压。
6.根据权利要求4所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于，
通过调整从所述第一电源输出所述第一电力的定时和所述第一电力的电力电平，以及从所述第二电源输出所述第二电力的定时和所述第二电力的电力电平，产生对所述第二电极施加的所述处理前电压。
7.一种等离子体处理装置的控制方法，其特征在于，
该等离子体处理装置具有：
配置在处理室内的第一电极；
配置在所述处理室内的与所述第一电极相对的位置的第二电极；
向所述第一电极供给第一电力的第一电力源；和
向所述第二电极供给第二电力的第二电力源，
通过对所述各个电极供给高频电力，在处理室内产生等离子体，实行处理被处理体的等离子体处理工序，
具有在所述等离子体处理工序之前实行的等离子体处理准备工序，在规定的期间，在将所述被处理体配置在所述处理室内的状态，基于与所述等离子体处理工序的等离子体形成条件不同的等离子体形成条件，形成等离子体。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于，
在所述等离子体处理准备工序中，对所述第二电极施加比在所述等离子体处理工序中以规定期间对所述第二电极施加的电压还高的处理前电压。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理装置的控制方法，其特征在于，
通过调整从所述第一电源输出所述第一电力的定时和所述第一电力的电力电平，以及从所述第二电源输出所述第二电力的定时和所述第二电力的电力电平，产生对所述第二电极施加的所述处理前电压。
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