TW201415517A - 電漿處理裝置及探針裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明旨在提供一種電漿處理裝置及探針裝置，其中依一實施形態之電漿處理裝置內，高頻電源切換高頻電力之ON與OFF，對上部電極及下部電極中任一電極供給高頻電力。匹配電路及供電線設於高頻電源與一電極之間。探針偵測器量測供電線中之電特性以產生量測信號，探針裝置之處理部對量測信號採樣以產生採樣值。處理部接受對應高頻電力之ON與OFF之切換之脈衝信號，在脈衝信號脈衝上升時機起經過既定遮蔽期間後，至該脈衝下降時機為止之期間，以既定採樣間隔進行量測信號之採樣以產生一個以上之採樣值，作為偵測值採用該一個以上之採樣值中藉由針對下降時機最終一次以上之採樣所獲得之一個以上之採樣值。

Description

電漿處理裝置及探針裝置
本發明之實施形態係關於電漿處理裝置及探針裝置。
半導體元件製程中，一般而言係藉由在電漿處理裝置處理容器內產生處理氣體電漿對被處理基體進行蝕刻或成膜之處理。例如於平行平板型電漿處理裝置中，對處理容器內供給處理氣體，自高頻電源對設於處理容器內之上部電極與下部電極之一方供給高頻電力，在兩電極間產生高頻電場，藉此產生處理氣體電漿。
且平行平板型電漿處理裝置中，在高頻電源與電極之間設有匹配器，經由供電線對電極供給自匹配器輸出之高頻電力。藉由如此設置匹配器，可於平行平板型電漿處理裝置中使電極之輸入阻抗與高頻電源之輸出阻抗匹配，於處理容器內高效率地產生電漿。
如此之平行平板型電漿處理裝置中產生之電漿狀態取決於對電極供給之高頻電力、電壓、及電流以及負載阻抗之電性參數。因此，若求取此等電性參數，根據該電性參數調整電漿處理裝置之控制參數，即可實現電漿狀態之最佳化及穩定化。例如專利文獻1中記載有可求取如此之電性參數之電漿處理裝置。
專利文獻1所記載之電漿處理裝置具有連接下部電極與匹配器之供電棒，具有安裝於該供電棒之探針偵測器。此電漿處理裝置中，例如使用探針偵測器量測供電棒中之電流及電壓，由分析單元分析藉此獲得之量測信號，以求取上述電性參數。
更具體而言，專利文獻1所記載之電漿處理裝置假定連續對下部電極供給來自高頻電源之高頻電力，獲得以一定周期連續採樣由探針偵測器量測之電流及電壓等量測信號之偵測值(亦即經標本化之數位值)。
另一方面，平行平板型電漿處理裝置中，有時會對下部電極賦予脈衝狀高頻電力。亦即，有時會交互切換高頻電力之ON與OFF，藉此交互切換對下部電極高頻電力之供給與供給停止。藉此，例如可停止對下部電極高頻電力之供給，使被處理基體上的電漿鞘消失，更對上部電極賦予負的電壓，對被處理基體供給負離子或電子，使被處理基體之帶電中和，其結果，可提高後續之被處理基體蝕刻時正離子之直進性。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2009-231683號公報
專利文獻1所記載之電漿處理裝置中，如上述，連續對下部電極供給來自高頻電源之高頻電力，故藉由使用探針偵測器量測供電棒中之電特性獲得之量測信號之時間性變動小。因此，專利文獻1所記載之電漿處理裝置中，即使以一定周期連續採樣量測信號，亦可獲得穩定之偵測值。
然而，在交互切換高頻電力之ON與OFF之電漿處理裝置中，高頻電 力隨時間變動，故量測信號之位準亦隨時間大幅變動。因此，藉由採樣量測信號獲得之偵測值會隨著採樣時機大幅變動。其結果，會無法高精度地求取上述電性參數。
在如此之背景下，於本技術領域中，業界要求在可交互切換對電極供給之高頻電力之ON與OFF之平行平板型電漿處理裝置內，將取決於自匹配器與電極之間之供電線藉由探針偵測器獲得之量測信號之採樣時機之偵測值變動降低。
依本發明一面向之電漿處理裝置包含處理容器、氣體供給部、上部電極、載置台、高頻電源、匹配電路、供電線及探針裝置。氣體供給部對處理容器內供給處理氣體。上部電極設於處理容器內。載置台包含於處理容器內與上部電極對向配置之下部電極。高頻電源產生高頻電力。高頻電源可切換該高頻電力之ON與OFF。匹配電路設於高頻電源與上部電極或下部電極中任一電極之間。供電線設於匹配電路與該任一電極之間。探針裝置包含量測供電線中之電特性以產生量測信號之探針偵測器，及對該量測信號採樣以產生採樣值之處理部。該處理部接受於該高頻電力ON之期間採取第1位準，於該高頻電力OFF之期間採取第2位準之脈衝信號，在該脈衝信號脈衝上升時機起經過既定遮蔽期間後，至該脈衝下降時機為止之期間，以既定採樣間隔進行該量測信號之採樣，產生一個以上之採樣值，作為偵測值採用該一個以上之採樣值中藉由針對該下降時機最終一次以上之採樣獲得之一個以上之採樣值。
該切換ON與OFF並以脈衝狀對電極供給高頻電力之平行平板型電漿處理裝置中，供電線中之高頻電力控制高頻電力為ON後到達穩定之位準止需要時間。此時間亦可取決於切換高頻電力之ON與OFF之頻率。依本發明上述面向之電漿處理裝置中，對探針裝置之處理部賦予於高頻電力ON之期間採取第1位準，於高頻電力OFF之期間採取第2位準之脈衝信號。此處理部在脈衝信號脈衝上升起經過既定遮蔽期間後，至該脈衝下降時機 為止之期間，對探針偵測器之量測信號採樣，作為偵測值採用獲得之一個以上之採樣值中藉由針對脈衝下降時機最終一次以上之採樣獲得之一個以上之採樣值。亦即，本電漿處理裝置中，使用脈衝下降時機作為觸發，作為偵測值採用緊接在脈衝下降時機前獲得之一個以上之採樣值。該偵測值可成為根據供電線中之高頻電力到達穩定之位準時之量測信號之值。因此，藉由如此獲得偵測值，可降低取決於隨時間變動之量測信號之採樣時機之偵測值之變動。且以脈衝下降時機為觸發獲得偵測值，故即使切換高頻電力之ON與OFF之頻率(以下稱「切換頻率」)變更，亦可降低取決於採樣時機偵測值之變動。
一實施形態中，處理部亦可根據高頻電力之ON與OFF之切換頻率，求取對應頻率預先決定之採用之採樣值個數，作為偵測值採用求取之個數之採樣值。依此實施形態，無論為切換頻率不同之複數之頻率中之何者，皆可預先設定一個脈衝期間內獲得之採樣值中作為偵測值採用之採樣值個數，俾經過一定期間後獲得之偵測值個數數目相同。藉此，無論為切換頻率不同之複數之頻率中之何者，皆可在經過一定期間後，獲得數目相同之偵測值。因此，例如在處理部輸出根據複數之偵測值之分析值時，無論為切換頻率不同之複數之頻率中之何者，皆可使該分析值之輸出時機相等。又，作為分析值，例如可例示藉由使複數之偵測值適用FFT(高速傅立葉轉換)而獲得之值。又，一實施形態中，電漿處理裝置亦可更包含控制部，以設定高頻電力之ON與OFF之切換頻率，處理部自該控制部接受確定該頻率之資訊，根據該資訊求取採樣值個數。且另一實施形態中，處理部亦可分析該脈衝信號，求取高頻電力之ON與OFF之切換頻率。
一實施形態中，電漿處理裝置亦可更包含脈衝控制部，對探針裝置之處理部供給該脈衝信號，對高頻電源供給用來切換高頻電力之ON與OFF之脈衝信號。此實施形態之電漿處理裝置亦可更包含： (a)另一高頻電源，產生與該高頻電力之頻率頻率不同，於該高頻電力ON之期間為ON，於該高頻電力OFF之期間為OFF之另一高頻電力；及 (b)另一匹配電路，設於另一高頻電源與供電線之間； 脈衝控制部對另一高頻電源供給用來切換另一高頻電力之ON與OFF之脈衝信號。另一實施形態中，高頻電源亦可包含產生對探針裝置之處理部供給之該脈衝信號之脈衝產生部。
本發明之另一面向係一探針裝置，將可切換經由供電線對上部電極及下部電極中任一者供給之高頻電力之ON與OFF之電漿處理裝置該供電線中電特性之偵測值加以產生。此探針裝置包含：探針偵測器，量測供電線中之電特性以產生量測信號；及處理部，對該量測信號採樣以產生採樣值。
處理部接受於該高頻電力ON之期間採取第1位準，於該高頻電力OFF之期間採取第2位準之脈衝信號，在該脈衝信號脈衝上升時機起經過既定遮蔽期間後，至該脈衝下降時機為止之期間，以既定採樣間隔進行該量測信號之採樣，產生一個以上之採樣值，作為偵測值採用該一個以上之採樣值中藉由針對該下降時機最終一次以上之採樣獲得之一個以上之採樣值。本探針裝置可降低取決於隨時間變動之量測信號之採樣時機之偵測值之變動。且即使切換高頻電力之ON與OFF之頻率(亦即切換頻率)變更，亦可降低取決於採樣時機偵測值之變動。
一實施形態中，處理部亦可接受確定高頻電力之ON與OFF之切換頻率之資訊，根據該資訊求取對應頻率預先決定之採用之採樣值個數，作為偵測值採用求取之該個數之採樣值。依此實施形態，無論為切換頻率不同之複數之頻率中之何者，皆可預先設定一個脈衝期間內獲得之採樣值中作為偵測值採用之採樣值個數，俾經過一定期間後獲得之偵測值個數數目相同。藉此，無論為切換頻率不同之複數之頻率中之何者，皆可在經過一定期間後，獲得數目相同之偵測值。因此，例如在處理部輸出根據複數之偵測值之分析值時，無論為切換頻率不同之複數之頻率中之何者，皆可使該分析值之輸出時機相等。
如以上說明，依本發明之各種面向及實施形態，可在可交互切換對電 極供給之高頻電力之ON與OFF之平行平板型電漿處理裝置內，將取決於自匹配器與電極之間之供電線藉由探針偵測器獲得之量測信號之採樣時機之偵測值變動降低。
Cnt‧‧‧控制部
DL10、DL12、DL14、DL16、DL18、DL20、DL22、L10、L12、L14、L16、L18、L20、L22、L30、L32、L34、L62‧‧‧配線
FR‧‧‧對焦環
MU‧‧‧匹配器
N10、N1‧‧‧節點
PA‧‧‧探針裝置
PC‧‧‧脈衝控制部
Pd1、Pd2‧‧‧探針偵測器
PS‧‧‧電源系統
PS1、PS2、PS3、PS4、PS5、PS6‧‧‧脈衝信號
CS1‧‧‧控制信號
CS2‧‧‧資訊
PU‧‧‧處理部
Rs‧‧‧電阻元件
S‧‧‧處理空間
W‧‧‧被處理基體
10、10A‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧處理容器
12a‧‧‧接地導體
12e‧‧‧排氣口
12g‧‧‧送入送出口
14‧‧‧支持部
16‧‧‧基台(下部電極)
18‧‧‧靜電吸盤
20‧‧‧電極
22‧‧‧直流電源
24‧‧‧冷媒室
26a、26b‧‧‧配管
28‧‧‧氣體供給線
30‧‧‧上部電極
32‧‧‧絕緣性遮蔽構件
34‧‧‧電極板
34a‧‧‧氣體噴吐孔
36‧‧‧電極支持體
36a‧‧‧氣體擴散室
36b‧‧‧氣體通流孔
36c‧‧‧氣體導入口
38‧‧‧氣體供給管
40‧‧‧氣體源
42‧‧‧閥
44‧‧‧質量流量控制器(MFC)
46‧‧‧沉積物屏蔽
48‧‧‧排氣板
50‧‧‧排氣裝置
52‧‧‧排氣管
54‧‧‧閘閥
56‧‧‧導電性構件(GND區塊)
58‧‧‧供電棒
58a‧‧‧棒狀導電構件
58b‧‧‧筒狀導電構件
58c‧‧‧絕緣構件
60、60A‧‧‧直流電源
62、62A‧‧‧第1高頻電源
62p‧‧‧脈衝產生部
64、64A‧‧‧第2高頻電源
66a、68a‧‧‧匹配電路
66b、68b‧‧‧濾波器電路
70‧‧‧低通濾波器
72‧‧‧第1直流電源部
74‧‧‧第2直流電源部
76‧‧‧選擇電路
76a、76b‧‧‧開關元件
78‧‧‧放電電路
80、82、84‧‧‧電路部
80a、80b、82a、82b‧‧‧電容器
80c、82c‧‧‧電阻元件
84a‧‧‧反轉電路
84b‧‧‧非反轉電路
86‧‧‧開關電路
90‧‧‧採樣部
92‧‧‧記憶部
94‧‧‧分析部
圖1係顯示依一實施形態之電漿處理裝置圖。
圖2係顯示依一實施形態之電源系統之構成圖。
圖3係顯示依一實施形態之直流電源之構成電路圖。
圖4係例示高頻電源之輸出波形與直流電源之輸出電壓波形之時序圖。
圖5係顯示探針偵測器量測信號之波形，及對探針裝置處理部供給之脈衝信號波形之一例圖。
圖6係顯示探針偵測器量測信號之波形，及對探針裝置處理部供給之脈衝信號波形之一例圖。
圖7係顯示探針偵測器量測信號之波形，及對探針裝置處理部供給之脈衝信號波形之一例圖。
圖8(a)(b)係用來說明依一實施形態之偵測值之採用方法圖。
圖9係顯示採樣部參照之表之一例圖。
圖10係顯示依另一實施形態之電源系統之構成圖。
以下，參照圖式詳細說明關於各種實施形態。又，各圖式中對同一或相當之部分賦予同一符號。
圖1係顯示依一實施形態之電漿處理裝置圖。圖1所示之電漿處理裝置10係電容耦合型平行平板電漿蝕刻裝置，具有略圓筒狀之處理容器12。處理容器12例如其表面由經陽極氧化處理之鋁構成。此處理容器12保安接地。
在處理容器12底部上，配置由絕緣材料構成之圓筒上的支持部14。此支持部14支持例如由鋁之金屬所構成之基台16。此基台16設於處理容器12內，一實施形態中，構成下部電極。
於基台16上表面設有靜電吸盤18。靜電吸盤18與基台16一齊構成一實施形態之載置台。靜電吸盤18呈將作為導電膜之電極20配置於一對絕緣層或絕緣片間之構造。電極20電性連接直流電源22。此靜電吸盤18可藉由因來自直流電源22之直流電壓產生之庫倫力等靜電力吸附固持被處理基體W。
於基台16上表面，靜電吸盤18之周圍配置對焦環FR。為提升蝕刻均一性設置對焦環FR。對焦環FR由依被蝕刻層材料適當選擇之材料構成，例如，可以矽或石英構成。
於基台16內部設置冷媒室24。自設於外部之急冷器單元經由配管26a、26b對冷媒室24循環供給既定溫度冷媒，例如冷卻水。藉由控制如此循環之冷媒溫度，控制載置在靜電吸盤18上的被處理基體W之溫度。
且電漿處理裝置10中設有氣體供給線28。氣體供給線28在靜電吸盤18上表面與被處理基體W背面之間供給來自傳熱氣體供給機構之傳熱氣體，例如氦氣。
且於處理容器12內設有上部電極30。此上部電極30於作為下部電極之基台16上方與該基台16對向配置，設置基台16與上部電極30相互大致平行。此等上部電極30與下部電極16之間區畫有用來對被處理基體W進行電漿蝕刻之處理空間S。
上部電極30藉由絕緣性遮蔽構件32由處理容器12上部支持。上部電極30可包含電極板34及電極支持體36。電極板34面對處理空間S，區畫 有複數之氣體噴吐孔34a。此電極板34可由焦耳熱少的低電阻導電體或半導體構成。
電極支持體36以可任意裝卸之方式支持電極板34，可由例如鋁之導電性材料構成。此電極支持體36可呈水冷構造。於電極支持體36內部設有氣體擴散室36a。自此氣體擴散室36a起連通氣體噴吐孔34a之複數之氣體通流孔36b朝下方延伸。且電極支持體36中形成將處理氣體導往氣體擴散室36a之氣體導入口36c，此氣體導入口36c連接氣體供給管38。
氣體供給管38經由閥42及質量流量控制器(MFC)44連接氣體源40。又，亦可不設置MFC而代之以FCS。氣體源40係例如含有如C4F8氣體之氟碳化物類氣體(CxFy)之處理氣體之氣體源。來自此氣體源40之處理氣體自氣體供給管38抵達氣體擴散室36a，經由氣體通流孔36b及氣體噴吐孔34a朝處理空間S噴吐之。區畫氣體源40、閥42、MFC44、氣體供給管38以及氣體擴散室36a、氣體通流孔36b及氣體噴吐孔34a之上部電極30構成依一實施形態之氣體供給部。
且電漿處理裝置10更可包含接地導體12a。接地導體12a係略圓筒狀之接地導體，設置成自處理容器12側壁朝較上部電極30之高度位置更上方延伸。
且電漿處理裝置10中，沿處理容器12內壁以可任意裝卸之方式設有沉積物屏蔽46。且沉積物屏蔽46亦設於支持部14外周。沉積物屏蔽46防止蝕刻副產物(沉積物)附著於處理容器12，可藉由於鋁材被覆Y2O3等陶瓷構成。
於處理容器12底部側，在支持部14與處理容器12內壁之間設有排氣板48。排氣板48可藉由例如於鋁材被覆Y2O3等陶瓷構成。於此排氣板48下方處理容器12內設有排氣口12e。排氣口12e經由排氣管52連接排氣裝置50。排氣裝置50包含渦輪分子泵等真空泵，可使處理容器12內減壓至 所希望之真空度。且於處理容器12側壁設有被處理基體W之送入送出口12g，此送入送出口12g可藉由閘閥54開合。
且處理容器12內壁中設有導電性構件(GND區塊)56。導電性構件56安裝於處理容器12內壁，俾沿高度方向位於與被處理基體W大致相同之高度。此導電性構件56以DC方式連接接地點，發揮異常放電防止效果。又，導電性構件56設於電漿產生區域即可，其設置位置不限於圖1所示之位置。例如，導電性構件56可設於基台16周圍等，設於基台16側，且亦可呈環狀設於上部電極30外側等，設於上部電極30附近。
一實施形態中，電漿處理裝置10更包含用來對構成下部電極之基台16供給高頻電力之供電棒58。供電棒58構成依一實施形態之供電線。供電棒58呈同軸雙管構造，包含棒狀導電構件58a及筒狀導電構件58b。棒狀導電構件58a自處理容器12外通過處理容器12底部沿略鉛直方向延伸至處理容器12內，該棒狀導電構件58a之上端連接基台16。且筒狀導電構件58b與該棒狀導電構件58a同軸設置，俾包圍棒狀導電構件58a周圍，且筒狀導電構件58b由處理容器12底部支持。在此等棒狀導電構件58a及筒狀導電構件58b之間夾設略環狀之2片絕緣構件58c，使棒狀導電構件58a與筒狀導電構件58b電性絕緣。
且一實施形態中，電漿處理裝置10更可包含匹配器MU。匹配器MU連接棒狀導電構件58a及筒狀導電構件58b下端。此匹配器MU連接電源系統PS。且電源系統PS亦連接上部電極30。一實施形態中，電源系統PS可對構成下部電極之基台16供給二種不同高頻電力，對上部電極30施加直流電壓。關於此電源系統PS之詳細內容於後詳述。
且一實施形態中，電漿處理裝置10更可包含控制部Cnt。此控制部Cnt係包含處理器、記憶部、輸入裝置、顯示裝置等之電腦，控制電漿處理裝置10各部，例如電源系或氣體供給系、驅動系及電源系統PS等。此控制部Cnt中，作業員可為管理電漿處理裝置10使用輸入裝置進行指令之輸入 操作等，且可藉由顯示裝置使電漿處理裝置10之運轉狀況可視化以表示之。且控制部Cnt之記憶部中，儲存有用來以處理器控制由電漿處理裝置10實行之各種處理之控制程式，或用來對應處理條件令電漿處理裝置10各構成部實行處理之程式，亦即處理配方。
以下，參照圖2說明關於電源系統PS。圖2係顯示依一實施形態之電源系統之構成圖。如圖2所示，一實施形態中，電源系統PS包含直流電源60、第1高頻電源62、及第2高頻電源64。
第1高頻電源62係產生電漿產生用之第1高頻(RF：Radio Frequency)電力之電源，產生27~100MHz之頻率之高頻電力，於一例中產生40MHz之高頻電力。第1高頻電源62經由配線L10連接匹配器MU。此匹配器MU包含匹配電路66a、濾波器電路66b、匹配電路68a及濾波器電路68b。匹配電路66a連接第1高頻電源62，該匹配電路66a經由濾波器電路66b連接供電棒58。匹配電路66a係在第1高頻電源62之第1高頻電力ON時，亦即，自第1高頻電源62對匹配電路66a供給第1高頻電力時，用來使第1高頻電源62之輸出阻抗與負載側(下部電極16側)之輸入阻抗匹配之電路。濾波器電路66b係防止後述之第2高頻電力侵入匹配電路66a之電路。
第2高頻電源64對基台16施加高頻偏壓，產生用來將離子引入被處理基體W之第2高頻電力。第2高頻電力之頻率係400kHz~13.56MHz範圍內之頻率，於一例中為3MHz。第2高頻電源64經由配線L12連接匹配電路68a。此匹配電路68a經由濾波器電路68b連接供電棒58。匹配電路68a係在第2高頻電源64之第2高頻電力ON時，亦即，自第2高頻電源64對匹配電路68a供給第2高頻電力時，用來使第2高頻電源64之輸出阻抗與負載側(下部電極16側)之輸入阻抗匹配之電路。濾波器電路68b係防止第1高頻電力侵入匹配電路68a之電路。
一實施形態中，電源系統PS更可包含脈衝控制部PC。脈衝控制部PC產生用來切換高頻電源62、64分別產生之高頻電力之ON與OFF之脈衝信 號。脈衝控制部PC經由配線L14、L16連接高頻電源62、64。此脈衝控制部PC經由配線L14對第1高頻電源62供給脈衝信號PS1。脈衝信號PS1為使第1高頻電力ON採取第1位準(例如高位準)，為使第1高頻電力OFF採取第2位準(例如低位準)。且脈衝控制部PC經由配線L16對第2高頻電源64供給脈衝信號PS2。脈衝信號PS2為使第2高頻電力ON可採取第1位準(例如高位準)，為使第2高頻電力OFF可採取第2位準(例如低位準)。
由脈衝控制部PC產生之脈衝信號PS1及PS2之頻率及占空比可以控制部Cnt調整。具體而言，控制部Cnt將設定脈衝信號之頻率及占空比之控制信號CS1經由配線DL10朝脈衝控制部PC送出。脈衝控制部PC接受此控制信號CS1後，即產生具有對應該控制信號之頻率及占空比之脈衝信號PS1及PS2。
第1高頻電源62對應自脈衝控制部PC供給之脈衝信號PS1，以與該脈衝信號PS1之頻率對應之切換頻率，切換第1高頻電力之ON與OFF。且第2高頻電源64亦對應自脈衝控制部PC供給之脈衝信號PS2，以與該脈衝信號PS2之頻率對應之切換頻率，切換第2高頻電力之ON與OFF。藉此，交互形成於處理容器12內電漿存在之狀態與電漿消失之狀態。
一實施形態中，第1高頻電源62可自脈衝信號PS1之上升時機稍微延遲使高頻電力ON，且可自脈衝信號PS1之上升時機稍微延遲使高頻電力OFF。且第2高頻電源64亦相同，可自脈衝信號PS2之上升時機稍微延遲使高頻電力ON，且可自脈衝信號PS2之上升時機稍微延遲使高頻電力OFF。第1高頻電源62及第2高頻電源64造成的延遲量係共通之延遲量，可設定於此等電源。
又，以下說明中，對第1高頻電源62供給之脈衝信號PS1與對第2高頻電源64供給之脈衝信號PS2同步。亦即，此等脈衝信號PS1及PS2之相位一致。然而，另一實施形態中，在脈衝信號PS1與脈衝信號PS2之間亦可設定既定相位差。亦即，亦可在第1高頻電源62輸出第1高頻電力之期 間中一部分期間由第2高頻電源64輸出第2高頻電力。又，此時後述之脈衝信號PS6亦可與脈衝信號PS2同步。
且脈衝控制部PC控制匹配電路66a，俾第1高頻電源62第1高頻電力之ON與OFF之切換與該匹配電路66a之匹配動作同步。且脈衝控制部PC控制匹配電路68a，俾第2高頻電源64第2高頻電力之ON與OFF之切換與該匹配電路68a之匹配動作同步。因此，脈衝控制部PC經由配線L18、L20分別連接匹配電路66a、68a。脈衝控制部PC經由配線L18對匹配電路66a供給脈衝信號PS3，經由配線L20對匹配電路68a供給脈衝信號PS4。脈衝信號PS3可與脈衝信號PS1同步，脈衝信號PS4可與脈衝信號PS2同步。
且如圖2所示，電源系統PS之直流電源60經由低通濾波器70連接上部電極30。此直流電源60對上部電極30輸出負的直流電壓。一實施形態中，此直流電源60經由配線L22連接脈衝控制部PC，經由該配線L22自脈衝控制部PC接受脈衝信號PS5。以下，除圖2外更參照圖3，更說明關於直流電源60。圖3係顯示依一實施形態之直流電源之構成之電路圖。圖3所示之直流電源60包含第1直流電源部72、第2直流電源部74、選擇電路76、放電電路78。
第1直流電源部72電性連接選擇電路76，產生作為負的直流電壓之第1直流電壓。第1直流電壓設定於例如0~-800V之間。一實施形態中，在第1直流電源部72與選擇電路76之間，設置用來使第1直流電壓之值穩定之電路部80。此電路部80包含電容器80a、80b及電阻元件80c。電阻元件80c之一端連接第1直流電源部72，該電阻元件80c之另一端連接選擇電路76。且電容器80a及80b之一端連接接地電位，此等電容器之另一端連接第1直流電源部72與電阻元件80c之間之節點。電容器80a、80b具有例如1μF之容量，電阻元件80c具有例如50Ω之電阻值。
第2直流電源部74電性連接選擇電路76，產生作為負的直流電壓之第 2直流電壓。第2直流電壓之絕對值大於第1直流電壓之絕對值。第2直流電壓可設定為例如低於-2000V。在第2直流電源部74與選擇電路76之間，設有用來使第2直流電壓之值穩定之電路部82。此電路部82包含電容器82a、82b及電阻元件82c。電阻元件82c之一端連接第2直流電源部74，該電阻元件82c之另一端連接選擇電路76。且電容器82a及82b之一端連接接地電位，此等電容器之另一端連接第2直流電源部74與電阻元件82c之間之節點。電容器82a、82b具有例如1μF之容量，電阻元件82c具有例如50Ω之電阻值。
選擇電路76選擇性地使第1直流電源部72與第2直流電源部74連接上部電極30。一實施形態中，選擇電路76具有二個開關元件76a及76b。開關元件76a及76b分別具有第1端子、第2端子、及控制端子。開關元件76b之第1端子電性連接第1直流電源部72。開關元件76a之第1端子電性連接第2直流電源部74。開關元件76a之第2端子及開關元件76b之第2端子相互電性連接，此等輸出端子之間之節點經由低通濾波器70連接上部電極30。又，低通濾波器70分離來自第1高頻電源62及第2高頻電源64之高頻，例如，可以LR濾波器或LC濾波器構成。
開關元件76a之控制端子及開關元件76b之控制端子經由電路部84連接脈衝控制部PC。電路部84包含連接開關元件76a之反轉電路84a，及連接開關元件76b之非反轉電路84b。對電路部84之反轉電路84a及非反轉電路84b供給自脈衝控制部PC輸出之脈衝信號PS5。反轉電路84a對開關元件76a之控制端子供給脈衝信號PS5之反轉信號。另一方面，非反轉電路84b對開關元件76b之控制端子供給脈衝信號PS5之非反轉信號。藉此，選擇電路76在第1高頻電源62輸出第1高頻電力之期間內，使第1直流電源部72選擇性地連接上部電極30，在第1高頻電源62停止輸出第1高頻電力之期間內，使第2直流電源部74選擇性地連接上部電極30。
又，一實施形態中，自脈衝控制部PC對直流電源60供給之脈衝信號PS5與自脈衝控制部PC對高頻電源62及64供給之脈衝信號PS1及PS2 同步。另一實施形態中，亦可在脈衝信號PS5與脈衝信號PS1之間設定既定相位差。亦即，亦可在脈衝信號PS1與脈衝信號PS5之間設定既定相位差，俾在第1高頻電源62輸出第1高頻電力之期間中一部分期間內，第1直流電源部72選擇性地連接上部電極30，在第1高頻電源62停止輸出第1高頻電力之期間中一部分期間內，第2直流電源部74選擇性地連接上部電極30。
一實施形態中，如圖3所示，直流電源60更包含放電電路78。放電電路78連接第1直流電源部72與選擇電路76之間之節點N1。具體而言，此節點N1設於開關元件76b之輸入端子與電路部80之間。放電電路78在連接上部電極30之直流電源部自第2直流電源部74切換至第1直流電源部72時，將累積於處理容器12內之電荷朝接地電位放電。一實施形態中，如圖3所示，放電電路78包含電阻元件Rs。此電阻元件Rs之一端連接設置電位，其另一端連接節點N10。電阻元件Rs具有例如50~100kΩ之電阻值，例如可具有200Ω之電阻值。
如此，電漿處理裝置10中，在連接上部電極30之直流電源部自第2直流電源部74切換至第1直流電源部72時，累積於處理容器12內之電子通過放電電路78急速放電。藉此，在連接上部電極30之直流電源部自第2直流電源部74切換至第1直流電源部72時，直流電源60之輸出電壓經急速控制為第1直流電壓。因此，直流電源60之輸出電壓可追隨賦予上部電極30之絕對值不同之負的直流電壓之高頻切換。又，另一實施形態中，放電電路78亦可係恆定電流電路。
且如圖3所示，一實施形態中，直流電源60更可包含開關電路86。此開關電路86設於放電電路78與節點N10之間。開關電路86可使放電電路78選擇性地連接節點N10。具體而言，第1直流電源部72與第2直流電源部74交互連接上部電極30時，可關閉開關電路86，使放電電路78連接節點N10。另一方面，僅第1直流電源部72及第2直流電源部74中一者連續連接上部電極30時，可開啟開關電路86，自節點N10切離放電電路78。
使用此電漿處理裝置10進行蝕刻時，在靜電吸盤18上載置被處理基體W。被處理基體W可包含被蝕刻層與設在該蝕刻層上之光阻遮罩。又，藉由排氣裝置50使處理容器12內排氣，並同時以既定流量對處理容器12內供給來自氣體源40之處理氣體，設定處理容器12內之壓力在例如0.1~50Pa之範圍內。又，作為處理氣體，例如可使用如C4F8氣體之氟碳化物類氣體(CxFy)所代表之含有鹵素之氣體。且處理氣體中，亦可含有氬氣或氧氣等其他氣體。
接著，如圖4所示，對應脈衝信號PS1為高位準，第1高頻電源62於期間A1，對下部電極16供給第1高頻電力(參照圖4波形G1)。且對應脈衝信號PS2為高位準，第2高頻電源64於期間A1，對下部電極16供給第2高頻電力(參照圖4波形G2)。且對應脈衝信號PS5為高位準，直流電源60對上部電極30供給第1直流電壓V1(參照圖4波形G3)。藉此，在上部電極30與下部電極16之間形成高頻電場，對處理空間S供給之處理氣體電漿化。以由此電漿產生之正離子或自由基蝕刻被處理基體W之被蝕刻層。
接著，對應脈衝信號PS2為低位準，第1高頻電源62於期間A2，停止供給第1高頻電力(參照圖4波形G1)。且對應脈衝信號PS2為低位準，第2高頻電源64於期間A2，停止供給第2高頻電力(參照圖4波形G2)。且對應脈衝信號PS5為低位準，直流電源60對上部電極30供給第2直流電壓V2(參照圖4波形G3)。藉此，於期間A2，被處理基體W上的電漿鞘消失或減少。在此狀態下，因處理空間S內之正離子碰撞上部電極30而產生之二次電子朝被處理基體W加速，照射該被處理基體W。藉此，被處理基體W之帶電狀態被中和，且光阻遮罩被改質。其結果，可強化光阻遮罩之耐電漿性，且提高對蝕刻有所貢獻之離子之直進性，提升被蝕刻層之選擇性，及形成於被蝕刻層之孔洞之垂直性。
再參照圖1及圖2。此電漿處理裝置10更包含探針裝置PA。探針裝置PA包含探針偵測器Pd1及Pd2、處理部PU。探針偵測器Pd1及Pd2量測 連接下部電極16與高頻電源62及64之供電線，亦即本實施形態中供電棒58中之電特性，輸出量測信號。此等探針偵測器Pd1及Pd2例如可安裝於筒狀導電構件58b。一實施形態中，探針偵測器Pd1可係測定於供電棒58之棒狀導電構件58a流動之電流之電流探針偵測器，探針偵測器Pd2可係測定供電棒58之棒狀導電構件58a中之電壓之電壓探針偵測器。此等探針偵測器Pd1及Pd2可直接接觸棒狀導電構件58a，測定電流或電壓，或是亦可藉由靜電電容以非接觸方式測定棒狀導電構件58a之靜電表面電位。且探針偵測器Pd1及Pd2亦可於供電棒58量測前進波電力及反射波電力，或是探針裝置PA亦可更包含量測前進波電力及反射波電力之另一探針偵測器。
探針偵測器Pd1及Pd2連接處理部PU。一實施形態中，處理部PU可包含採樣部90、記憶部92、及分析部94。採樣部90經由配線L30、L32連接探針偵測器Pd1、Pd2。採樣部90自偵測器Pd1、Pd2經由配線L30、L32接受量測信號。且採樣部90經由配線L34連接脈衝控制部PC，經由該配線L34自脈衝控制部PC接受脈衝信號PS6。此脈衝信號PS6係在第1高頻電力或第2高頻電力ON之期間為第1位準(例如高位準)，在OFF之期間為第2位準(例如低位準)之脈衝信號。一實施形態中，脈衝信號PS6可與脈衝信號PS1同步。且採樣部90亦可經由配線DL12連接控制部Cnt。採樣部90亦可經由配線DL12接受確定控制部Cnt針對脈衝控制部PC設定之脈衝信號之頻率及占空比之資訊CS2。
在此，圖5~圖7例示探針偵測器量測信號之波形，及對探針裝置PA處理部PU供給之脈衝信號PS6之波形。圖5顯示頻率5kHz及占空比(當值)60%之脈衝信號PS6之波形PW，與對高頻電源62及64分別供給與該脈衝信號PS6同步之脈衝信號PS1及PS2時量測信號之波形RW。圖6顯示頻率10kHz及占空比(當值)60%之脈衝信號PS6之波形PW，與對高頻電源62及64分別供給與該脈衝信號PS6同步之脈衝信號PS1及PS2時量測信號之波形RW。且圖7顯示頻率40kHz及占空(當值)比60%之脈衝信號PS6之波形PW，與對高頻電源62及64分別供給與該脈衝信號PS6同步之 脈衝信號PS1及PS2時量測信號之波形RW。又，圖5~圖7各圖中，關於波形RW描繪其包絡線，關於波形PW描繪其線圖。
如圖5~圖7所示，供電棒58中之電特性對應脈衝信號PS1及PS2變動，故由探針偵測器量測之量測信號(參照波形RW)亦變動。且如圖5~圖7所示，供電棒58中之電特性，亦即，由探針偵測器量測之量測信號之位準在脈衝信號PS1及PS2之上升時機後增加，遲於該上升時機到達某位準。因此，藉由以一定採樣間隔連續採樣量測信號獲得之採樣值會大幅變動。即使作為偵測值使用如此大幅變動之採樣值，自該偵測值亦無法求取電漿處理裝置10之適當電性參數。
在此，電漿處理裝置10之處理部PU中，如以下所說明取得偵測值。在此參照圖8。圖8係用來說明依一實施形態之偵測值之取得方法圖。圖8(a)顯示與頻率40kHz及占空比60%之脈衝信號PS1同步之脈衝信號PS6，與對高頻電源62及64供給該脈衝信號PS1及脈衝信號PS2時之探針偵測器之量測信號MS。圖8(b)顯示與頻率5kHz及占空比60%之脈衝信號PS1同步之脈衝信號PS6，與對高頻電源62及64供給該脈衝信號PS1及脈衝信號PS2時探針偵測器之量測信號MS。
對處理部PU之採樣部90如上述輸入與脈衝信號PS1同步之脈衝信號PS6。如圖8所示，採樣部90在自輸入之脈衝信號PS6之脈衝上升時機Le起經過既定遮蔽期間MP後開始量測信號MS之採樣，持續採樣至該脈衝下降時機Te止。此既定遮蔽期間MP可係採樣部90保持之既定參數，或是亦可由控制部Cnt設定於採樣部90。且採樣部90用來獲得一個採樣值Si之期間，亦即採樣期間SD，及鄰接之採樣期間之間隔，亦即採樣間隔SI皆可係採樣部90保持之既定參數，或是亦可由控制部Cnt設定於採樣部90。又，本實施形態中，採樣間隔SI係與採樣期間SD同時間長之間隔。
採樣部90可儲存如此於一個脈衝期間獲得之採樣值於記憶部92。採樣部90作為偵測值採用針對一個脈衝所獲得，儲存於記憶部92之採樣值Si 中，針對該脈衝下降時機Te以最終一次以上之採樣獲得之採樣值。藉此，採樣部90可作為偵測值採用在上升時機Le後，到達某位準之量測信號採樣值。因此，採樣部90可降低取決於量測信號採樣時機之偵測值之變動。
且一實施形態中，採樣部90可作為偵測值採用在一個脈衝期間獲得之採樣值中，對應脈衝信號PS1之頻率，亦即切換頻率之個數之採樣值。因此，如上述，控制部Cnt經由配線DL12接受確定針對脈衝控制部PC設定之脈衝信號PS1之頻率及占空比之資訊CS2。又，採樣部90求取對應根據資訊CS2確定之頻率及占空比之採樣值個數。
因此，一實施形態中，記憶部92內記憶有圖9所示之表TB。如圖9所示，表TB中，脈衝信號之頻率與占空比相對應，登記有作為偵測值採用之採樣值個數。一實施形態中，設定表TB所登記之採樣值之採用個數，俾一定期間經過後獲得之偵測值個數與脈衝信號PS1之頻率及占空比無關而數目相同。
藉由參照該表TB，採樣部90確定對應根據資訊CS2確定之頻率及占空比之採用個數。又，採樣部90作為偵測值採用於一個脈衝期間獲得之採樣值中，針對脈衝下降時機Te最終一以上，且經確定之採用個數之採樣值。
說明更詳細之例即知，採樣部90在脈衝信號PS1之頻率為40kHz，其占空比(當值)為60%時，藉由參照表TB，確定作為偵測值採用之採樣值個數為「1」(參照圖9)。且脈衝信號PS1之頻率為40kHz，其占空比為60%時，一個脈衝處於第1位準(例如高位準)之期間為15μsec。此時，遮蔽期間MP為10μsec，採樣期間SD(亦即採樣間隔SI)為5μsec的話，與脈衝信號PS1同步之脈衝信號PS6之一個脈衝期間所獲得之採樣值如圖8(a)所示，僅係採樣值S1。此時，採樣部90作為偵測值採用採樣值S1，亦即最終一個採樣值Sn。
且採樣部90在脈衝信號PS1之頻率為5kHz，其占空(當值)比為60% 時，藉由參照表TB，確定作為偵測值採用之採樣值個數為「8」。且脈衝信號PS1之頻率為5kHz，其占空比為60%時，一個脈衝處於高位準之期間為120μsec。此時，遮蔽期間MP為10μsec，採樣期間SD(亦即採樣間隔SI)為5μsec的話，與脈衝信號PS1同步之脈衝信號PS6之一個脈衝期間所獲得之採樣值如圖8(b)所示，為22個採樣值S1~Sn。此時，採樣部90作為偵測值採用採樣值S1~Sn中最終之8個採樣值Sn~Sn-7。
設定於圖9所示之表登記之採用個數，俾一定期間經過後所獲得之偵測值個數無關於脈衝信號PS1之頻率及占空比而數目相同。例如，脈衝信號PS1之頻率為40kHz，其占空比(當值)為60%時，於25μsec一周期期間獲得一個偵測值，於一定期間，亦即25.6msec期間，獲得1024個偵測值。且脈衝信號PS1之頻率為40kHz，其占空比(當值)為60%時，於200μsec一周期期間獲得8個偵測值，於一定期間，亦即25.6msec期間，獲得1024個偵測值。藉由設定如此作為偵測值採用之採樣值採用個數，可無關於脈衝信號PS1之頻率及占空比，於一定期間獲得數目相同之偵測值。
一實施形態中，處理部PU之分析部94取得由採樣部90輸出之偵測值。分析部94藉由對取得之偵測值施行既定分析處理，計算電漿處理裝置10之電性參數。作為電性參數，例示有關於各第1高頻電力之頻率及第2高頻電力之頻率之電壓、電流、電力及負載阻抗。為求取該電性參數，分析部94可針對取得之偵測值適用FFT(高速傅立葉轉換)。如此，分析部94計算之電性參數根據某個數之偵測值，且如上述，採樣部90可於一定期間輸出數目相同之偵測值。因此，分析部94可無關於脈衝信號PS1之頻率及占空比，以一定更新速度計算電性參數。
一實施形態中，分析部94可經由配線DL14將如此獲得之電性參數送往控制部Cnt。發送電性參數後，控制部Cnt即經由配線DL16、DL18、DL20、DL22分別對第1高頻電源62、第2高頻電源64、匹配電路66a、匹配電路68a送出控制信號。控制部Cnt藉由如此送出控制信號，可控制第1高頻電力之電力值、第2高頻電力之電力值及匹配器MU之匹配電路66a及68b 之電容性電抗成分之大小。藉此，可實現電漿處理裝置10中電漿之最佳化與穩定化。
以上，雖已說明關於各種實施形態，但不限定於此等實施形態，可構成各種變形態樣。例如，圖2所示之實施形態中，採樣部90雖根據自控制部Cnt送至之資訊CS，確定頻率及占空比，確定採樣值之採用個數，但亦可藉由分析部94分析脈衝信號PS6求取脈衝信號PS6之頻率及占空比，根據該頻率及占空比確定採樣值之採用個數。
且上述實施形態中，下部電極16雖連接二個高頻電源，但亦可使下部電極16與上部電極30中一者連接第1高頻電源，另一者連接第2高頻電源。且直流電源60亦可僅具有單一直流電源部，根據脈衝信號PS5控制該單一直流電源部之ON與OFF。
且上述實施形態中，雖可切換二個高頻電源62及64之高頻電力之ON及OFF，但在另一實施形態中，亦可切換此等二個高頻電源中任一者高頻電力之ON及OFF。該另一實施形態之一例顯示於圖10。圖10係顯示依另一實施形態之電源系統之構成圖。圖10所示之電漿處理裝置10A不具有脈衝控制部PC，於第1高頻電源62A設有脈衝產生部62p。
脈衝產生部62p以對應自控制部Cnt經由配線DL10供給之控制信號CS1之切換頻率及占空比切換第1高頻電力之ON與OFF。此實施形態中，第2高頻電源64A經常輸出高頻電力，且自直流電源60A經常賦予上部電極30一定直流電壓。且脈衝產生部62p產生具有對應控制信號CS1之切換頻率及占空比之脈衝信號PS3，經由配線L18對匹配電路66a供給該脈衝信號PS3。且脈衝產生部62p可產生具有對應控制信號CS1之切換頻率及占空比之脈衝信號PS6，經由配線L62對採樣部90供給該脈衝信號PS6。採樣部90可根據脈衝信號PS6，與上述電漿處理裝置10相同，取得偵測值。
又，另一例中，第1高頻電源62A亦可經常輸出高頻電力，第2高頻 電源64A具有與脈衝產生部62p相同之脈衝產生部，切換第2高頻電源64A之高頻電力之ON與OFF。此另一例中，自第2高頻電源64A之脈衝產生部對匹配電路68a供給脈衝信號PS4，對採樣部90賦予脈衝信號PS6。
Cnt‧‧‧控制部
DL10、DL12、DL14、DL16、DL18、DL20、DL22、L10、L12、L14、L16、L18、L20、L22、L30、L32、L34‧‧‧配線
MU‧‧‧匹配器
PA‧‧‧探針裝置
PC‧‧‧脈衝控制部
Pd1、Pd2‧‧‧探針偵測器
PS‧‧‧電源系統
PS1、PS2、PS3、PS4、PS5、PS6‧‧‧脈衝信號
CS1‧‧‧控制信號
CS2‧‧‧資訊
PU‧‧‧處理部
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧處理容器
16‧‧‧基台(下部電極)
30‧‧‧上部電極
58‧‧‧供電棒
60‧‧‧直流電源
62‧‧‧第1高頻電源
64‧‧‧第2高頻電源
66a、68a‧‧‧匹配電路
66b、68b‧‧‧濾波器電路
70‧‧‧低通濾波器
90‧‧‧採樣部
92‧‧‧記憶部
94‧‧‧分析部

Claims (7)

  1. 一種電漿處理裝置，包含：處理容器；氣體供給部，對該處理容器內供給處理氣體；上部電極，設於該處理容器內；載置台，具有於該處理容器內與該上部電極對向配置之下部電極；高頻電源，產生高頻電力，並切換該高頻電力之ON與OFF，；匹配電路，設於該高頻電源與該上部電極或下部電極中任一方電極之間；供電線，設於該匹配電路與該一方電極之間；及探針裝置，包含：探針偵測器，量測該供電線中之電特性以產生量測信號；及處理部，對該量測信號採樣以產生採樣值；且該處理部接受於該高頻電力ON之期間採取第1位準，而於該高頻電力OFF之期間採取第2位準之脈衝信號，在該脈衝信號脈衝上升時機起經過既定遮蔽期間後，至該脈衝下降時機為止之期間，以既定採樣間隔進行該量測信號之採樣，產生一個以上之採樣值，將該一個以上之採樣值中藉由針對該下降時機最終一次以上之採樣所獲得之一個以上之採樣值，採用作為偵測值。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中：該處理部根據該高頻電力之ON與OFF之切換頻率，求取對應頻率預先決定之採用之採樣值個數，並將求取之該個數之採樣值採用作為該偵測值。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中更包含：脈衝控制部，對該探針裝置之該處理部供給該脈衝信號，對該高頻電源供給用來切換該高頻電力之ON與OFF之脈衝信號。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中更包含： 另一高頻電源，產生與該高頻電力之頻率為不同頻率的另一高頻電力，此另一高頻電力於該高頻電力ON之期間為ON，於該高頻電力OFF之期間為OFF；及另一匹配電路，設於該另一高頻電源與該供電線之間；且該脈衝控制部對該另一高頻電源供給用來切換該另一高頻電力之ON與OFF之脈衝信號。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中：該高頻電源包含產生該脈衝信號之脈衝產生部。
  6. 一種探針裝置，其於可對經由供電線對上部電極及下部電極中任一者供給之高頻電力之ON與OFF加以切換之電漿處理裝置中，產生該電漿處理裝置之該供電線的電特性之偵測值，其特徵在於包含：探針偵測器，量測該供電線中之電特性以產生量測信號；及處理部，對該量測信號採樣以產生採樣值；且該處理部接受於該高頻電力ON之期間採取第1位準，而於該高頻電力OFF之期間採取第2位準之脈衝信號，在該脈衝信號脈衝上升時機起經過既定遮蔽期間後，至該脈衝下降時機為止之期間，以既定採樣間隔進行該量測信號之採樣，產生一個以上之採樣值，將該一個以上之採樣值中藉由針對該下降時機最終一次以上之採樣所獲得之一個以上之採樣值，採用作為偵測值。
  7. 如申請專利範圍第6項之探針裝置，其中：該處理部根據該高頻電力之ON與OFF之切換頻率，求取對應頻率預先決定之採用之採樣值個數，作為該偵測值採用求取之該個數之採樣值。
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