TW202202001A - 偵測方法及電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在使電漿的狀態、製程的狀態、電漿處理裝置及其零件的狀態之其中至少任一者的監測精度提升。 本發明提供一種偵測方法，包含以下步驟：將偏壓電力供給至下部電極且將源電力供給至上部電極或是該下部電極的步驟，以及偵測安裝於處理室之感測器的輸出值的步驟。且該偵測感測器的輸出值之步驟，包含：步驟(a)，在偏壓波形的每個週期確定該偏壓波形的第一相位；步驟(b)，對於「從確定了該第一相位之時序起經過預先決定的第一時間後之源波形的第二相位」加以確定；以及步驟(c)，在從確定了該第二相位之時序起經過預先決定的第二時間之後進行該感測器之輸出值的取樣；並且在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(c)。

Description

偵測方法及電漿處理裝置
本發明係關於偵測方法及電漿處理裝置。
例如，專利文獻1及專利文獻2已有如下提案，偵測電漿的發光中之既定波長的光，並根據從偵測出之既定波長的光所抽出的訊號之發光強度的變化，偵測藉由電漿進行的處理之終點，而結束基板的處理。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平11-288921號公報 [專利文獻2]日本特開平9-115883號公報
[發明所欲解決之問題]
本發明提供一種偵測方法及電漿處理裝置，其能夠使電漿的狀態、製程的狀態、電漿處理裝置及其零件的狀態之其中至少任一者的監測精度提升。 [解決問題之技術手段]
依本發明之一態樣，提供一種偵測方法，包含以下步驟：將偏壓電力供給至下部電極且將源電力供給至上部電極或是該下部電極的步驟，以及偵測安裝於處理室之感測器的輸出值的步驟；且該偵測感測器的輸出值之步驟，包含：步驟(a)，在偏壓波形的每個週期確定該偏壓波形的第一相位；步驟(b)，對於「從確定了該第一相位之時序起經過預先決定的第一時間後之源波形的第二相位」加以確定；以及步驟(c)，在從確定了該第二相位之時序起經過預先決定的第二時間之後進行該感測器之輸出值的取樣；並且在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(c)。 [發明之效果]
依本發明之一態樣，能使電漿的狀態、製程的狀態、電漿處理裝置及其零件的狀態之其中至少任一者的監測精度提升。
以下，參照圖式而針對用以實施本發明之態樣加以說明。在各圖式中，有時對相同構成部分會賦予相同符號，而省略重複之說明。
[電漿處理裝置] 針對執行蝕刻處理、成膜處理等基板處理之電漿處理裝置10的構成，參照圖1加以說明。圖1係顯示依第1及第2實施態樣的電漿處理裝置10之剖面示意圖。電漿處理裝置10提供了為了從處理氣體激發電漿而被使用之數種電漿產生系統的一例。
電漿處理裝置10顯示了電容耦合電漿(CCP，Capacitively Coupled Plasma)裝置，並在處理室1內的上部電極3與下部電極4之間形成電漿2。下部電極4亦作為載置基板W之載置台發揮功能。第一高頻電源6與第二高頻電源7連結至下部電極4。第一高頻電源6經由匹配器6a而連結至下部電極4。第二高頻電源7經由匹配器7a而連結至下部電極4。第一高頻電源6係產生電漿用之高頻電源，而第二高頻電源7係為了將離子引入基板W的偏壓用之高頻電源。第一高頻電源6輸出第一高頻電力(HF電力)，而第二高頻電源7輸出第二高頻電力(LF電力)。LF電力的頻率較低於HF電力的頻率。例如，第一高頻電源6的頻率可在40MHz～100MHz，而第二高頻電源的頻率可在200kHz～13.56MHz。為了防止HF電力向第二高頻電源流入，在第一高頻電源6與第二高頻電源7之間設置有低通濾波器9。又，亦可使用直流脈衝電源來取代第二高頻電源。從第二高頻電源或是直流脈衝電源輸出之電力稱為偏壓電力。又，從第一高頻電源6輸出之HF電力稱為源電力。基於第一高頻電源之第一高頻電壓稱為HF電壓，而基於第一高頻電源之第一高頻電流稱為HF電流；基於第二高頻電源之第二高頻電壓稱為LF電壓，而基於第二高頻電源之第二高頻電流稱為LF電流。
匹配器6a使負載側的阻抗與第一高頻電源6的輸出阻抗匹配。匹配器7a使負載側的阻抗與第二高頻電源7的輸出阻抗匹配。
氣體供給部8係連接於處理室1，並供給處理氣體。又，排氣裝置5係連接於處理室1，並將處理室1內部排氣。
圖1的電漿處理裝置10包含含有處理器及記憶體的控制器20，並控制電漿處理裝置10的各元件而將基板W進行電漿處理。電壓計/電流計33係安裝在連接於第一高頻電源6與第二高頻電源7之供電棒。電壓計/電流計33將測定到的HF電壓或HF電流、LF電壓或LF電流、HF電壓或HF電流的相位訊號或是LF電壓或LF電流的相位訊號發送至控制器20。控制器20從電壓計/電流計33將「HF電壓或HF電流、LF電壓或LF電流、HF電壓或HF電流的相位訊號或是LF電壓或LF電流的相位訊號」的全部或是一部分取得。LF電壓或是LF電流的波形係偏壓波形的一例。作為偏壓波形的例子，除了圖3的上圖之LF電壓波形(偏壓波形)、圖4的上圖之直流脈衝電壓波形(偏壓波形)之外，可列舉含有裁適形狀的直流脈衝電壓波形之裁適波形。控制器20亦可取得偏壓波形本身或是偏壓波形之相位的訊號作為偏壓波形的訊號。又，控制器20亦可取得源波形本身或是源波形之相位的訊號作為源波形的訊號。HF電壓或是HF電流的波形為源波形的一例。
又，發光光譜分析裝置(OES/EPD，Optical Emission Spectroscopy/End point Detection)32係安裝於處理室1的窗戶，用來測定發光強度。測定到的發光強度之訊號係從發光光譜分析裝置32發送至控制器20。控制器20係從發光光譜分析裝置32取得處理室1內的電漿之發光強度的訊號。發光強度的訊號為感測器的輸出值之一例。
又，壓力計31係安裝於處理室1，並測定處理室1內的壓力。測定到的壓力之訊號係從壓力計31發送至控制器20。控制器20從壓力計31取得處理室1內的壓力之訊號。壓力之訊號為感測器的輸出值之一例。此時的感測器為壓力計31。作為感測器的一例雖然舉出了安裝於供電線之電壓計及電流計、發光光譜分析裝置、以及壓力計，但感測器的種類並不限於此。而包含例如溫度感測器、CCD(Charge Coupled Device：電荷耦合元件)感測器等所有可偵測電漿的狀態、製程的狀態、電漿處理裝置10及其零件的狀態之感測器。
第二高頻電源7，將LF電壓或LF電流的相位訊號及基準時脈作為偏壓的訊號發送至控制器20。控制器20接收LF電壓或LF電流的相位訊號及基準時脈作為偏壓的訊號。控制器20根據LF電壓或LF電流的相位訊號及基準時脈，依偏壓的週期、偏壓之確定的相位而控制各感測器(壓力計31等)之取樣的時序。又，基準時脈係連動於「偏壓的週期」之時脈。控制器20亦可接收偏壓波形的訊號、偏壓相位的訊號、偏壓波形之A/D(類比/數位)轉換後的訊號作為偏壓的訊號。
隨著元件的高積體化，在電漿處理裝置10中對基板W執行之製程持續地尋求更進一步的細微加工。因此，對於安裝在處理室1並監測基板W的處理中之電漿的狀態、製程的狀態等電漿處理裝置10及其零件的狀態之感測器，持續地要求高靈敏度及精度。
在受感測器所偵測之數值中，亦即，表示電漿的狀態、製程的狀態、電漿處理裝置10及其零件的狀態之「感測器的輸出值」中，包含Vpp、Vdc、電漿電子密度或處理室內的電子密度分佈、離子通量分佈、離子能量分佈、電漿電子溫度、電漿中之各種離子或自由基的發光強度或光吸收量。感測器的輸出值為供電線的電壓值或電流值、處理室1內的壓力值、基板W的溫度等藉由安裝於處理室或裝置之各種偵測器偵測之偵測值。
相對於基板W之細微加工的進步，該等感測器的靈敏度、精度、及穩定性的進展緩慢。例如，以EPD(End Point Detection：終點偵測)而言，因終點偵測時之電漿的變化或發光強度的變化小，吾人期望S/N(signal-to-noise ratio)比(訊號雜訊比)的提升，亦即，包含於感測器的訊號(感測器的輸出值)之雜訊的降低。
因此，在依實施態樣之偵測方法及電漿處理裝置10中，使藉由感測器的輸出值而監測「電漿的狀態、製程的狀態、電漿處理裝置10及其零件的狀態之其中至少任一者」時的S/N比提升，而使監測的精度提升。
偏壓波形訊號的電壓振幅(參照圖3、圖4)隨時間而變動的話，基板的電壓會依據偏壓波形訊號及HF電壓波形之振幅的變動而變動。圖3的偏壓波形訊號為使用第二高頻電源時的訊號，而圖4的偏壓波形訊號為使用直流脈衝電源時的訊號。尤其在電漿製程中偏壓電力與源電力被施加到同樣的下部電極4的情況下，下部電極4上的離子鞘之厚度會依偏壓波形訊號的相位而變化。
因此，由於偏壓波形的相位(例如LF電壓或LF電流的相位)的關係，在施加HF電力時「從下部電極4流出至電漿之高頻電流」的阻抗會改變。因此，HF電力之朝電漿的投入電力及反射電力會依偏壓波形的相位而變化。亦即，在外觀上不變的電漿2的狀態及處理室1內之製程的狀態係依偏壓波形的週期而變動。
習知的監測器，係不考慮偏壓波形的週期，而以另一種的時間間隔之基準時脈，偵測依偏壓的週期而變動之「Vpp、Vdc、電漿電子密度、電漿電子分佈、電漿電子溫度、電漿的發光強度、處理室1內的壓力等感測器輸出值」。
對此，在以下所說明的依各實施態樣之偵測方法中，係將來自「偵測電漿的狀態、製程的狀態等的監測器」之感測器輸出值與偏壓波形的相位同步而偵測。亦即，將偏壓波形的週期作為基準時脈，並將感測器輸出值與偏壓波形的相位同步而偵測。藉此，能去除取決於偏壓波形的相位之波動成分，亦即去除感測器輸出值的雜訊，而使感測器輸出值穩定。其結果，能使S/N比提升，而使藉由「感測電漿的狀態、製程的狀態、電漿處理裝置10及其零件的狀態中至少任一者之感測器」所進行之監測的精度提升。
[第1實施態樣] 在依第1實施態樣的偵測方法中，在偏壓波形的每個週期確定偏壓波形的第一相位，並進行藉由感測器的取樣。
偏壓波形週期性地變動的話，電漿的發光強度等顯示電漿的狀態、製程的狀態、電漿處理裝置10及其零件的狀態之其中至少任一者的物理量會依偏壓波形之週期性變動而變動。因此需與偏壓同步而進行取樣。具體而言，在第1實施態樣中，在偏壓波形的每個週期確定了偏壓波形的第一相位之時序起經過預先決定之第一時間後，進行感測器之輸出值的取樣。依此，使感測器的輸出值之取樣週期與偏壓波形的每個週期的確定之時序連動，亦即與「從確定了偏壓波形的第一相位之時序起經過預先決定之第一時間後」之時序連動，而不會受到偏壓波形的週期性的變動。藉此，能夠不受到「物理量隨偏壓波形的變動而變動的影響」，而穩定地獲得「偵測任意的物理量之感測器的輸出值」。
「進行取樣」係指，在可相對於偏壓波形的週期充分地高速取樣的情況下，可在剛經過上述第一時間後立即開始感測器之輸出值的取樣。或是，亦可將連續性地取得之資料中剛經過第一時間左右的指定範圍的資料設為有效。當無法相對於偏壓波形的週期充分地高速取樣的情況下，可在經過第一時間之後，在能進行感測器之輸出值的取樣的時序開始進行感測器之輸出值的取樣。在頻率為偏壓之頻率左右之A/D轉換器的情況下，會變成偏壓的一個週期取樣1次，或是偏壓的數個週期取樣1次等，配合偏壓的相位進行取樣。
如圖1所示，控制器20接收偏壓波形的訊號(例如LF電壓或LF電流的相位訊號)及基準時脈訊號。
在感測器側進行A/D轉換的情況下，控制器20根據接收到的偏壓波形之訊號及基準時脈訊號，向感測器發送表示「對於偏壓波形之每個週期為確定的第一相位」的訊號。感測器根據接收到的訊號，在從確定了偏壓波形的第一相位的時序起經過預先決定之第一時間之後進行感測器之輸出值的取樣。感測器在預先決定之取樣時間將感測器輸出值取樣，並將取樣到的感測器輸出值發送至控制器20。控制器20將藉由此偵測方法而取得之感測器輸出值直接輸出亦可，平滑化之後再輸出亦可。
感測器輸出值的平滑化係利用類比、數位濾波器等，不論手法為何只要能完成目的即可。對取樣後之感測器輸出值使用濾波器以抽出需要的頻率亦可，而對取樣前的感測器輸出值使用濾波器以抽出需要的頻率亦可。
另一方面，在控制器側進行A/D轉換的情況下，控制器20將平滑化後的感測器輸出值輸入AD(類比數位)轉換器，進行A/D轉換。AD轉換器係亦可設置於控制器20的內部，亦可設置於控制器20的外部又或是感測器內。控制器20亦可取「在偏壓波形的每個週期取得之感測器輸出值的移動平均」，並將其值作為感測器輸出值輸出。感測器輸出值的移動平均亦可根據跨越複數的週期而取樣到的感測器輸出值計算出。又，亦可將從偏壓波形之確定的第一相位起經過第一時間後所偵測到的一個感測器值作為感測器輸出值。在此情況下，取樣到的感測器值會變成偏壓波形的每一個週期一個。經由取樣時間的適當化及/或是感測器輸出值的平滑化，S/N比提升，並能取得穩定後的感測器輸出值。
又，亦可使「將感測器輸出值在AD轉換器進行A/D轉換後的訊號」輸入至控制器20。控制器20亦可將A/D轉換後的訊號作為接收到的偏壓波形的訊號使用，而向感測器發送表示「對於偏壓波形之每個週期為確定的第一相位」的訊號。又，亦可從偏壓波形之確定的第一相位起經過第一時間後進行感測器輸出值的取樣。又，亦可在上述的偵測方法中將從感測器取得之感測器輸出值平滑化。
亦可在經由以上的處理所取得之感測器輸出值中，將在偏壓波形之一個週期的整數(n：n≧1)倍的週期內所取得之感測器輸出值平均化，並將平均化後的感測器輸出值輸出。例如，若為n=5，則亦可將在偏壓波形的5個週期內每個週期取樣到的感測器輸出值平均化。
圖2係顯示「用以說明依第1實施態樣的偵測方法」之模擬結果的一例之圖式。圖2(a)的橫軸係表示時間，而縱軸係表示偏壓波形的電壓振幅。圖2(a)係將LF電壓波形作為偏壓波形顯示。圖2(b)的橫軸係表示時間，縱軸係表示受到偏壓的影響之某個物理量的強度之模擬結果。
強度A係與偏壓波形的相位同步地變化。強度A之所以與偏壓波形的相位同步地變化，係因為下部電極4上之離子鞘的厚度會依據偏壓波形的相位而改變，故在施加HF電力時從下部電極4流出至電漿之高頻電流的阻抗會改變的緣故。因為高頻電流的阻抗改變的話HF電力之朝電漿的投入電力及反射電力會週期性地變化，故強度A會與偏壓的相位同步地週期性地變動。
在能以比偏壓波形的頻率之數量級更高的頻率將強度A取樣的情況下，能大致上正確地測定該強度變化，並且不會產生所謂的混疊雜訊。然而，偏壓波形的頻率變高的話，因感測器之測定時間的延遲，要以比偏壓波形的頻率之數量級更高的頻率取樣會變得困難，並會產生混疊雜訊。因此，在依第1實施態樣的偵測方法中，提出了利用合乎於現實的取樣率而抑制混疊雜訊的產生之方法。
圖2(b)所示之1週期移動平均C係受到偏壓的影響後之某個物理量的強度之一個週期的移動平均之模擬結果。
作為比較例，將利用並非「偏壓波形的週期之整數倍」的週期進行移動平均的模擬時的強度顯示於B、D。
依此，在將強度以偏壓波形之0.5倍的週期進行移動平均後之0.5週期移動平均B中，強度隨著時間經過而變化，且感測器輸出值依據偏壓波形的變動而變動。同樣地，雖然在將強度以偏壓之1.5倍的週期進行移動平均後之1.5週期移動平均D中，相較於0.5週期移動平均B有了改善，但強度隨著時間經過而變化，且感測器輸出值依據偏壓波形的變動而變動。
另一方面，1週期移動平均C並未產生依據偏壓波形的變動之變動。基於以上原因，在依第1實施態樣的偵測方法中，能將基於「偏壓波形之週期性的變動」之感測器輸出值的變動平滑化，並能得到穩定後之感測器輸出值。
[第2實施態樣] 依第2實施態樣的偵測方法中，依據偏壓波形的相位及HF電壓波形的相位進行藉由感測器的取樣。
以下，與偏壓波形的第一相位一同使用HF電壓波形的第二相位，針對用以說明依第2實施態樣的偵測方法之模擬結果，一面參照圖3一面加以說明。圖3係顯示依第2實施態樣之偵測方法的一例之圖式。
依第2實施態樣的偵測方法，包含以下步驟：將偏壓電力供給至下部電極4，並將源電力供給至上部電極或是下部電極4之步驟；以及偵測安裝於處理室1之感測器的輸出值之步驟。以依第2實施態樣的偵測方法而言，在偵測感測器的輸出值之步驟中，在包含以下之步驟(a)～(c)這點與依第1實施態樣的偵測方法相異。
亦即，在依第2實施態樣的偵測方法中，偵測感測器的輸出值之步驟，包含：步驟(a)，在偏壓波形的每個週期確定該偏壓波形的第一相位；步驟(b)，對於「從確定了該第一相位之時序起經過預先決定的第一時間後之源波形的第二相位」加以確定；以及步驟(c)，在從確定了該第二相位之時序起經過預先決定的第二時間之後進行該感測器之輸出值的取樣；並且在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(c)。
圖3的上圖之橫軸係表示時間，而縱軸係表示偏壓波形及HF波形之電壓振幅。圖3的下圖之橫軸係表示時間，而縱軸係表示測定對象的感測器(在圖3、圖4中係測定電漿中的基板之電壓用的探針)所測定之感測器輸出值(在圖3、圖4中係電漿中的基板之電壓)。
圖3所示的(a)～(c)係對應於依第2實施態樣的偵測方法之步驟(a)～(c)。具體而言，圖3所示的(a)表示藉由在偏壓波形的每個週期確定偏壓波形的第一相位之步驟而被確定的時序之一例。在圖3的例子中，在偏壓波形的每個週期將偏壓波形從負值改變為正值時的電壓0之時序確定為偏壓波形的第一相位。即為以圖3的(a)的箭頭所表示之時序。
圖3所示的(b)表示藉由確定「從以圖3的(a)的箭頭所表示之時序起，亦即從確定了第一相位之時序起，經過預先決定之第一時間之後的HF電壓波形之第二相位」的步驟而被確定的時序之一例。在圖3的例子中，在從確定了第一相位的時序起經過第一時間後，將HF電壓波形從負值改變為正值時的電壓0之時序加以確定為HF電壓波形的第二相位。即為以圖3的(b)的箭頭所表示之時序。
圖3所示的(c)表示經由「在從確定了第二相位之時序起經過預先決定之第二時間之後進行感測器之輸出值的取樣之步驟」而決定的時序之一例。在圖3的例子中，將從確定了第二相位的時序起經過第二時間後的時序確定為進行「測定對象之強度的取樣」之時序。即為以圖3的(c)的箭頭所表示之時序。
在依第2實施態樣的偵測方法中，在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(c)。「從進行取樣的時序起將感測器輸出值取樣」之時間係已預先決定。由以上可知，在步驟(d)中，以步驟(c)進行了感測器輸出值的取樣後，在預先決定之取樣時間，取得感測器之輸出值。又，在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(d)。
第一相位的確定係藉由控制器20在偏壓波形訊號從0改變成1時輸出觸發訊號而控制。第二相位的確定係藉由控制器20在HF電壓波形(源波形)訊號從0改變成1時輸出觸發訊號而控制。又，控制器20利用延遲計時器計時第一時間、第二時間及取樣時間，並控制步驟(a)～(d)。
第一相位的確定及第二相位的確定並不限於在各波形從負值改變為正值時的電壓0之時序。第一相位及第二相位的確定亦可為各波形從正值改變為負值時的電壓0之時序，亦可為各波形的電壓振幅之最大值或是最小值。又，第一相位及第二相位的確定，可為相同的基準，亦可為不同的基準。
又，第二時間為0以上的值，且亦可為源波形之一個週期以內的值。第二時間亦可預先設定為從確定了第二相位起到感測器能開始感測器值的輸出之時間。第一時間為0以上的值，且亦可為偏壓波形之一個週期以內的值。第一時間為與第二時間相同的時間亦可，為與第二時間不同的時間亦可。
取樣時間為預先決定之時間，亦可為從第一相位起將其週期之全部的感測器輸出值取樣之時間，亦可為比其還短的給定之時間，亦可為比其還長之「涵蓋到下一個週期的時間」之時間。
依第2實施態樣的偵測方法，亦可將取樣到的感測器輸出值平滑化而輸出。亦可為如上述般取樣到的感測器輸出值的移動平均。控制器20使用AD轉換器將取樣時間內的感測器輸出值取樣保存，並進行取樣保存後之感測器輸出值的A/D轉換而數值化。又，取樣保存係指AD轉換器在接受到某個AD轉換的指示訊號時，在每某個時間將對應於某個相位之感測器輸出值保存。
然而，在依第2實施態樣的偵測方法中，並不限於「將感測器輸出值平滑化，且對偏壓波形的週期在第一相位的範圍取樣並進行A/D轉換」。例如，平滑化係可隨意為之，亦可不進行平滑化。又，A/D轉換亦可從(c)所示之進行取樣的時序起，在偏壓波形的一個週期執行一次或是多個週期執行一次。
又，亦可不在偏壓波形的每個週期取樣。換言之，不限於要在感測器輸出值中對偏壓波形的週期在第一相位的範圍取樣。例如，亦可將偏壓波形之複數的週期作為一個單位，並在複數的週期中的特定的週期將感測器輸出值取樣，而在其他的週期不進行感測器輸出值的取樣。然而，在此情況下亦會藉由上述步驟(a)～(c)，在偏壓波形的一個週期決定一次進行感測器輸出值的取樣之時序，或藉由下一次的上述步驟(a)～(c)，將感測器輸出值之受取樣的資料設為有效。
亦即，偵測感測器的輸出值之步驟，包含： 步驟(a)，在偏壓波形的每個週期確定該偏壓波形的第一相位； 步驟(b)，對於從確定了該第一相位的時序起經過預先決定之第一時間之後的源波形之第二相位加以確定； 步驟(c)，在從確定了該第二相位的時序起經過預先決定之第二時間之後將該感測器的輸出值之受取樣的資料設為有效； 且亦可在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(c)。
進而，上述偵測感測器之輸出值的步驟，包含： 步驟(d)，將該感測器的輸出值之受取樣的資料設為有效之後，在預先決定之取樣時間，取得該感測器的輸出值； 且亦可在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(d)。
即便在感測器的輸出值之受取樣的資料變為有效的情況下，亦可在變為有效之取樣資料當中，在複數的週期中之特定的週期將感測器輸出值取樣，並在其他的週期不進行感測器輸出值的取樣。
發光等的[0]電漿之狀態係與偏壓的相位同步地變化。發光等的[0]電漿之狀態與偏壓的相位同步地變化係因下部電極4上的離子鞘的厚度依據偏壓的相位改變而使得HF的阻抗改變，故HF電力之朝電漿的投入效率及反射電力會週期性地變化的緣故。
依第2實施態樣的偵測方法中，如圖1所示，控制器20接收偏壓波形訊號(LF電壓的相位訊號)及基準時脈訊號。又，控制器20根據接收到的偏壓波形訊號(LF電壓的相位訊號)，確定偏壓波形的第一相位及HF電壓波形的第二相位。控制器20根據確定的第一相位及第二相位，控制進行感測器輸出值的取樣之時序，並從進行取樣的時序起在取樣時間內取得感測器輸出值。
反覆執行以上之步驟(a)～(d)，乃能藉由使進行取樣的時序在各週期一致，而在不受到「偏壓波形或HF波形的電壓振幅隨時間而變動的影響」之下穩定地取得感測器輸出值。藉此，能提高感測器的輸出值之精度，並達成S/N比的提升，亦即，達成包含於感測器輸出值之雜訊的降低，並能使電漿的狀態、製程的狀態、電漿處理裝置10及其零件的狀態之監測的精度提升。
亦可使用圖4所示的直流脈衝電壓代替LF電壓作為偏壓。圖4係顯示「用以說明依第2實施態樣的偵測方法」之模擬結果的其他範例之圖式。在圖4中，將二值的脈衝波之直流脈衝電壓波形代替圖3所示的偏壓波形(LF電壓波形)作為偏壓波形使用。
在此情況下，偵測感測器的輸出值之步驟，亦包含：步驟(a)，在偏壓波形的每個週期確定該偏壓波形的第一相位；步驟(b)，對於「從確定了該第一相位之時序起經過預先決定的第一時間後之源波形的第二相位」加以確定；以及步驟(c)，在從確定了該第二相位之時序起經過預先決定的第二時間之後進行該感測器之輸出值的取樣；並且在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(c)。
圖4所示的(a)表示藉由在偏壓波形的每個週期確定偏壓波形的第一相位之步驟而被確定的時序之一例。在圖4的例子中，在偏壓波形的每個週期將偏壓波形從0的值變為負值時的時序確定為偏壓波形的第一相位。即為以圖4的(a)的箭頭所表示之時序。
圖4所示的(b)表示藉由對於「從以圖4的(a)的箭頭所表示之時序起，亦即從確定了第一相位之時序起，經過第一時間之後的HF電壓波形之第二相位」加以確定的步驟而被確定的時序之一例。在圖4的例子中，在從確定了第一相位的時序起經過第一時間後，將HF電壓波形從負值改變為正值時的電壓0之時序確定為HF電壓波形的第二相位。即為以圖4的(b)的箭頭所表示之時序。
圖4所示的(c)表示經由「在從確定了第二相位之時序起經過預先決定之第二時間之後進行感測器之輸出值的取樣之步驟」而確定的時序之一例。在圖4的例子中，將從確定了第二相位的時序起經過第二時間後的時序確定為進行「測定對象之強度的取樣」之時序。即為以圖4的(c)的箭頭所表示之時序。 在步驟(d)中，以步驟(c)進行了感測器輸出值的取樣後，在預先決定之取樣時間，取得感測器之輸出值。又，在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(d)。
例如，圖5係作為感測器的輸出值的一例而顯示發光強度之偵測結果的一例之圖式。圖5的橫軸係表示時間，而縱軸係表示基板的電位。LF將LF(RF)波形的振幅作為偏壓波形的振幅而表示。HF將HF(RF)的振幅作為源波形的振幅而表示。A表示使用依第2實施態樣的偵測方法而取樣到的發光強度。
依此偵測結果，得知藉由反覆步驟(a)～(d)，並利用「在進行取樣的時序S1、S2、S3…使LF的相位及HF的相位一致」，能取得穩定後的感測器輸出值A1、A2、A3。由以上可知，依據依第2實施態樣的偵測方法，能使取決於偏壓波形的相位及HF電壓波形的相位兩者之波動成分穩定而將感測器輸出值取樣。藉此，能使S/N比提升，並使處理室1內的電漿狀態之監測的精度提升。
為了實現依第2實施態樣的偵測方法，吾人使用圖6所示之電漿處理裝置10。圖6係顯示依第2實施態樣的電漿處理裝置10之剖面示意圖。
如圖6(a)所示，控制器20從第二高頻電源7接收偏壓電壓的訊號、LF電壓的相位訊號及基準時脈訊號。
控制器20，進而，從第一高頻電源6接收HF電壓的訊號、以及HF電壓的相位訊號。控制器20根據接收到的偏壓電壓的訊號、LF電壓的相位訊號及基準時脈訊號、HF電壓的訊號、以及HF電壓的相位訊號，向各感測器發送確定第一相位之訊號及確定第二相位之訊號。各感測器(例如圖6(a)的壓力計31、OES/EPD32、電壓計/電流計33)根據接收到的訊號在步驟(c)進行取樣，並在取樣時間將感測器輸出值發送至控制器20。
亦可如圖6(b)所示，從第一高頻電源6向第二高頻電源7發送HF電壓的訊號、HF電壓的相位訊號、以及基準時脈，而第二高頻電源7將與HF電壓的訊號、HF電壓的相位訊號、以及基準時脈吻合之LF電壓的相位訊號發送至控制器20。藉此，能將「第一相位和第二相位吻合」的訊號發送至控制器20。又，基準時脈為與「HF的週期」連動之時脈。該時脈以將第一高頻電源6的時脈分頻而製作為佳。藉由「分頻而製作的方式」，使得即便第一高頻電源6的振盪頻率因溫度變化等而偏移，依然能對於HF電壓的訊號、HF電壓的相位訊號、基準時脈經常在相同的時序取樣。
控制器20根據與「接收到的HF電壓的相位訊號及基準時脈」吻合之LF電壓的相位訊號，向各感測器發送在偏壓的第一相位之範圍內表示HF的第二相位之範圍的訊號。各感測器根據接收到的訊號，於步驟(c)進行取樣，並在取樣時間將感測器輸出值發送至控制器20。
又，基準時脈係亦可將與偏壓的週期連動之時脈和與HF電壓的週期連動之時脈設為例如400kHz等相同的時脈。又，亦可由控制器20產生基準時脈。
在感測器為CCD感測器的情況下，從控制器20發送基準時脈的話，CCD感測器會將複數的元件的電荷依序地讀入。在此情況下，複數的元件之各自的電荷的讀入時序有時會不與偏壓的週期連動。因此，複數的元件中的各元件之電荷的讀入時序，亦可為從在步驟(c)進行取樣之時序起逐一延遲給定的時間後之時間或以基準時脈為依據者。
如以上所說明，依第2實施態樣的偵測方法，能使電漿的狀態、製程的狀態、電漿處理裝置及其零件的狀態之其中至少任一者之監測的精度提升。
此次所揭示之依一實施態樣的偵測方法及電漿處理裝置，應視為在各方面皆為例示，亦即並非限制性者。上述之實施態樣亦可在不脫離隨附之發明申請專利範圍及其要旨下，以各種型態進行變形、改良。上述複數的實施形態所記載之事項，在不相矛盾之範圍內亦可採取其他構成，又，能在不相矛盾之範圍內加以組合。
例如，不限於將偏壓電力及源電力供給至下部電極，亦可將偏壓電力供給至下部電極並將源電力供給至上部電極。
本發明之電漿處理裝置在下列任一類型的裝置皆可適用：Atomic Layer Deposition(ALD，原子層沉積)裝置、Capacitively Coupled Plasma(CCP，電容耦合電漿)裝置、Inductively Coupled Plasma(ICP，感應耦合電漿)裝置、Radial Line Slot Antenna(RLSA，輻射狀槽孔天線)裝置、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR，電子迴旋共振電漿)裝置、Helicon Wave Plasma(HWP，螺旋波電漿)裝置。
1:處理室 2:電漿 3:上部電極 4:下部電極 5:排氣裝置 6:第一高頻電源 6a:匹配器 7:第二高頻電源(或是直流脈衝電源) 7a:匹配器 8:氣體供給部 9:低通濾波器 10:電漿處理裝置 20:控制器 31:壓力計 32:發光光譜分析裝置 33:電壓計/電流計 A:發光強度 A1,A2,A3:感測器輸出值 S1,S2,S3:時序 HF:HF振幅 LF:偏壓振幅 W:基板
[圖1]係顯示依第1及第2實施態樣的電漿處理裝置之剖面示意圖。 [圖2(a)、(b)]係顯示「用以說明依第1實施態樣的偵測方法」之模擬結果的一例之圖式。 [圖3]係顯示「用以說明依第2實施態樣的偵測方法」之模擬結果的一例之圖式。 [圖4]係顯示「用以說明依第2實施態樣的偵測方法」之模擬結果的其他範例之圖式。 [圖5]係顯示發光強度之偵測結果的一例之圖式。 [圖6(a)、(b)]係顯示依第2實施態樣的電漿處理裝置之剖面示意圖。

Claims (8)

  1. 一種偵測方法，包含以下步驟： 將偏壓電力供給至下部電極且將源電力供給至上部電極或是該下部電極之步驟；以及 偵測安裝於處理室之感測器的輸出值之步驟； 該偵測感測器的輸出值之步驟，包含： 步驟(a)，在偏壓波形的每個週期確定該偏壓波形的第一相位； 步驟(b)，對於從確定了該第一相位之時序起經過預先決定的第一時間後之源波形的第二相位加以確定；以及 步驟(c)，在從確定了該第二相位之時序起經過預先決定的第二時間之後進行該感測器的輸出值之取樣； 並且在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(c)。
  2. 一種偵測方法，包含以下步驟： 將偏壓電力供給至下部電極且將源電力供給至上部電極或是該下部電極之步驟；以及 偵測安裝於處理室之感測器的輸出值之步驟； 該偵測感測器的輸出值之步驟，包含： 步驟(a)，在偏壓波形的每個週期確定該偏壓波形的第一相位； 步驟(b)，對於從確定了該第一相位之時序起經過預先決定的第一時間後之源波形的第二相位加以確定；以及 步驟(c)，在從確定了該第二相位之時序起經過預先決定的第二時間之後將該感測器的輸出值之受取樣的資料設為有效； 並且在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(c)。
  3. 如請求項1所述之偵測方法，其中， 該偵測感測器的輸出值之步驟，更包含： 步驟(d)，進行該感測器的輸出值之取樣後，在預先決定之取樣時間，取得該感測器的輸出值； 並且在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(d)。
  4. 如請求項2所述之偵測方法，其中， 該偵測感測器的輸出值之步驟，更包含： 步驟(d)，將該感測器的輸出值之受取樣的資料設為有效後，在預先決定之取樣時間，取得該感測器的輸出值； 並且在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(d)。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之偵測方法，其中， 該第一時間為0以上的值且為偏壓波形之一個週期以內的值。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之偵測方法，其中， 該第二時間為0以上的值且為源波形之一個週期以內的值。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之偵測方法，其中， 該偵測感測器的輸出值之步驟， 將該處理室內之電漿的特定之波長的發光強度加以偵測作為感測器的輸出值，並從該感測器的輸出值偵測基板的處理之終點。
  8. 一種電漿處理裝置，包含： 偏壓電力源，以將偏壓電力供給至下部電極的方式構成； 源電力源，以將源電力供給至上部電極或是該下部電極的方式構成；以及 控制部，控制安裝於處理室之感測器的輸出值之偵測； 該控制部控制下列步驟： 步驟(a)，在偏壓波形的每個週期確定該偏壓波形的第一相位； 步驟(b)，對於從確定了該第一相位之時序起經過預先決定的第一時間後之源波形的第二相位加以確定；以及 步驟(c)，在從確定了該第二相位之時序起經過預先決定的第二時間之後進行該感測器的輸出值之取樣； 並且在偏壓波形的每個週期反覆執行步驟(a)～(c)。
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