TWI604494B - Plasma processing apparatus, plasma processing method, and high frequency generator - Google Patents

Plasma processing apparatus, plasma processing method, and high frequency generator Download PDF

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TWI604494B TW103104193A TW103104193A TWI604494B TW I604494 B TWI604494 B TW I604494B TW 103104193 A TW103104193 A TW 103104193A TW 103104193 A TW103104193 A TW 103104193A TW I604494 B TWI604494 B TW I604494B
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Kazushi Kaneko
Naoki Matsumoto
Koji Koyama
Kazunori Funazaki
Hideo Kato
Kiyotaka Ishibashi
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Tokyo Electron Ltd
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Description

電漿處理裝置、電漿處理方法及高頻產生器
本發明係關於一種電漿處理裝置、電漿處理方法及高頻產生器，尤其關於一種，產生微波之高頻產生器、使用微波來產生電漿之電漿處理裝置、以及電漿處理方法。
LSI(Large Scale Integrated circuit)、MOS(Metal Oxide Semiconductor)電晶體等半導體元件、液晶顯示器(LCD：Liquid Crystal Display)、有機EL(Electro Luminescence)元件等係對於成為處理對象之被處理基板施以蝕刻、CVD(Chemical Vapor Deposition)、濺鍍等處理而製造者。關於蝕刻或CVD、濺鍍等處理，有利用電漿做為能量供給源之處理方法亦即電漿蝕刻、電漿CVD、電漿濺鍍等。
此處，關於利用電漿來進行處理之電漿處理裝置的技術揭示於WO2004/068917號公報(專利文獻1)中。依據專利文獻1，揭示了使用磁控管做為產生微波之際之高頻振盪源。磁控管由於能以相對廉價方式構成，且可輸出高功率，而可做為產生微波之振盪源來有效被利用。
於專利文獻1所揭示之電漿處理裝置中設置有自動匹配裝置。自動匹配裝置具備有由從圓筒導波管內壁面往半徑方向突出之複數短柱(stub)所構成之負荷匹配器。短柱係由金屬或是介電質圓柱體所構成。短柱之電抗會隨從圓筒導波管內壁面往半徑方向突出之長度(突出長)而變化，圓筒導波管內之電抗會隨之變化。短柱之突出長可藉由負荷匹配器之驅動裝置來自由變更。
此外，關於使用磁控管來產生微波之技術，於日本專利第4115618號公報(專利文獻2)也有揭示。專利文獻2所揭示之磁控管輸出控制方法，係將微 波之駐波分離成為從磁控管朝向電漿負荷之前進波與從電漿負荷反射而來之反射波，對於分離後之前進波以及反射波進行檢波以檢測出對應於前進波電力之訊號以及對應於反射波電力之訊號，若對應於反射波電力之訊號成為預設反射波電力比較基準值以上的情況，則將磁控管之輸出控制從使得前進波電力維持在一定值之控制切換為使得陽極電流維持在一定值之控制，若對應於反射波電力之訊號成為預設反射波電力比較基準值以下的情況，則將磁控管之輸出控制從使得陽極電流維持在一定值之控制切換為使得前進波電力維持在一定值之控制。
先前技術文獻
專利文獻1 WO2004/068917號公報
專利文獻2 日本專利第4115618號公報
依據專利文獻1，於電漿處理裝置所具備之控制裝置中，係從檢波器之輸出訊號來計算負荷側之阻抗，算出可滿足電源側與負荷側之阻抗匹配條件的短柱之突出長。然後，基於其結果控制負荷匹配器之驅動裝置來調整短柱之突出長，獲致電源側與負荷側之阻抗的匹配。此外，關於配置在磁控管與負荷之間來使用做為匹配裝置之4E調諧器也是對於4E調諧器所具備之4個可動短路板之位置進行調整來獲致阻抗之匹配。具體而言，於圓筒狀導波管之既定部位所配置之可動短路板係藉由馬達之驅動來使得滾珠螺桿旋轉來調整其位置(具體而言為可動短路板之半徑方向之位置)，獲致阻抗之匹配。此外，關於如此之電抗之匹配、所產生之電漿是否安定，係藉由感測處理容器內所產生之電漿當中特定元素之波長的發光強度是否安定等來進行。
關於如此之短柱之突出長、可動短路板之位置的調整所致控制，從發出控制訊號後到實際上短柱、可動短路板產生移動，進而配置到所算出之適切位置為止需要相當的時間。亦即，關於短柱之突出長、可動短路板之位置的調整所致控制會成為缺乏即時回應性。於如此之狀況下，在使用磁 控管來產生微波並利用所產生之微波來生成電漿之電漿處理裝置中，恐有所生成之電漿不安定之虞。
具體而言，於導波管內會產生使得由磁控管所產生之微波行進之前進波。此前進波藉由對於行進於導波管內之前進波的電力進行檢測來受到監視。此處，有時會因為供給於處理容器內之氣體種類或處理容器內之壓力變化等因素而產生從負荷側反射之反射波。雖此反射波亦藉由檢測導波管內之反射波電力而受到監視，但有時此反射波電力會急遽增加。如此之情況下，僅是以上述短柱之突出長、可動短路板之位置的調整，難以適切地對應於反射波電力之急遽增加。亦即，於進行反射波電力之匹配之際，可動短路板之定位等會需要相當的時間。其結果，直到開始此可動短路板之定位為止，會反覆發現電漿發光瞬間變暗、或是反覆出現電漿發光忽暗忽亮之擺動(hunting)現象。此外，也恐會發生電漿發光瞬間變暗之尖峰(spike)現象。在發生此等擺動等之狀態中，為了生成安定之電漿以結果而言需要長時間，而非所喜好者。再者，於電漿處理裝置之控制中，若所檢測之反射波電力超過設定之臨界值、或是測量中之特定元素之波長發光強度低於基準值，則恐怕會判斷以電漿處理裝置而言處理不適切而中斷電漿處理。
此處，針對專利文獻2，係以反射波電力比較基準值做為臨界值，而將磁控管之輸出控制在使得前進波電力維持一定值之控制與使得陽極電流維持一定值之控制間做切換。但是，依據如此之控制，從磁控管供給於負荷側之電力會隨控制而不同。其結果，以電漿處理裝置所產生之電漿進行處理之際，會導致電漿處理之不均一，非所喜好者。
於本發明之一局面中，電漿處理裝置係使用電漿對被處理對象物進行處理。電漿處理裝置具備有：處理容器，於其內部以電漿進行處理；以及電漿產生機構，包含有配置於該處理容器外而產生高頻之高頻產生器，使用該高頻產生器所產生之高頻來於該處理容器內產生電漿。高頻產生器包含有：高頻振盪器，產生高頻振盪；導波管，將高頻振盪器所振盪之高頻傳遞至成為負荷側之處理容器側；電源，對高頻振盪器供給電壓；前進波電力測定機構，對行進於該負荷側之前進波電力進行測定；反射波電力測定機構，對從負荷側所反射之反射波電力進行測定；以及電壓控制機構， 藉由電源來控制供給於該高頻振盪器之電壓。電壓控制機構包含有負載控制機構，該負載控制機構係以下述方式進行控制：將相當於由前進波電力測定機構所測定出之前進波電力加上基於由反射波電力測定機構所測定出之反射波電力而算出之電力所得電力的電壓供給於高頻振盪器。
依據如此構成之電漿處理裝置，由於電壓控制機構包含有負載控制機構，該負載控制機構所採行之控制方式係將相當於由前進波電力測定機構所測定出之前進波電力加上基於由反射波電力測定機構所測定出之反射波電力而算出之電力所得電力的電壓供給於高頻振盪器，故針對於高頻振盪器產生振盪之高頻，可降低所生駐波之模式發生模式跳動至下位模式之虞，可於短時間成為安定模式。此外，於此情況，可大幅降低對於供給至負荷側之電力亦即有效負荷電力的影響。其結果，可更確實地進行安定之電漿處理。
此外，負載控制機構亦可以下述方式進行控制：藉由電源來供給相當於由前進波電力測定機構所測定出之前進波電力直接加上由反射波電力測定機構所測定出之反射波電力所得電力的電壓。
此外，電壓控制機構亦可包含有減法電路，用以算出由前進波電力測定機構所測定出之前進波電力與由反射波電力測定機構所測定出之反射波電力之差值。
此外，構成上亦可具備有：保持台，將被處理對象物保持其上；以及偏壓電力施加機構，對於被保持在保持台上之被處理對象物施加偏壓電力；且偏壓電力施加機構係進行所施加偏壓電力之負載控制。。
此外，構成上亦可為電壓控制機構係以負載控制機構所致控制動作開始時間定為50μ秒以下的方式進行控制。
此外，構成上亦可為電壓控制機構係因應於所供給之電壓而藉由電源來控制供給於高頻振盪器之燈絲電壓。
此外，構成上亦可為電壓控制機構係以成為高頻振盪器所容許之容許電力範圍內的方式藉由電源來控制所供給之電力。
此外，構成上亦可為電壓控制機構包含有將構成負載控制機構之電路加以切換之切換機構。
此外，構成上亦可為電壓控制機構包含有從電源對高頻振盪器傳送電力訊號之開關電路；開關電路包含有絕緣閘極型雙極電晶體或是場效電晶體。
此外，構成上亦可為電漿產生機構包含有：介電質窗，使得由高頻振盪器所產生之高頻穿透處理容器內；以及狹縫天線板，設有複數狹縫，使得高頻朝介電質窗進行放射。
本發明之其他局面係一種電漿處理方法，係使用電漿處理裝置對被處理對象物進行處理，該電漿處理裝置具備有：處理容器，於其內部以電漿進行處理；以及電漿產生機構，包含有配置於處理容器外而產生高頻之高頻產生器，使用高頻產生器所產生之高頻來於處理容器內產生電漿；該高頻產生器包含有：高頻振盪器，產生高頻振盪；導波管，將高頻振盪器所振盪之高頻傳遞至成為負荷側之處理容器側；以及電壓控制機構，藉由電源來控制供給於高頻振盪器之電壓。電漿處理方法包含下述程序：前進波電力測定程序，對行進於該負荷側之前進波電力進行測定；反射波電力測定程序，對從該負荷側所反射之反射波電力進行測定；以及負載控制程序，係以下述方式進行控制：將相當於由該前進波電力測定程序所測定出之前進波電力加上基於由該反射波電力測定程序所測定出之反射波電力而算出之電力所得電力的電壓供給於該高頻振盪器。
依據如此構成之電漿處理方法，由於包含負載控制程序，其所採行之控制方式係將相當於由前進波電力測定程序所測定出之前進波電力加上基於由反射波電力測定程序所測定出之反射波電力而算出之電力所得電力的電壓供給於高頻振盪器控制，故關於高頻振盪器所振盪之高頻，可降低所產生之駐波模式會模式跳動至下位模式之虞，能以短時間成為安定模式。此外，於此情況，可大幅降低對於供給至負荷側之電力亦即有效負荷電力之影響。其結果，可更確實地進行安定之電漿處理。
此外，構成上亦可為負載控制程序係以下述方式進行控制：將相當於由前進波電力測定程序所測定出之前進波電力直接加上由反射波電力測定程序所測定出之反射波電力所得電力的電壓藉由電源來進行供給。
本發明之又依其他局面，用以產生高頻之高頻產生器包含有：高頻振盪器，產生高頻振盪；前進波電力測定機構，對行進於負荷側之前進波電力進行測定；反射波電力測定機構，對從負荷側所反射之反射波電力進行測定；以及電壓控制機構，對供給於高頻振盪器之電壓進行控制。電壓控制機構包含負載控制機構，該負載控制機構係以下述方式進行控制：將相當於由前進波電力測定程序所測定出之前進波電力加上基於由反射波電力測定程序所測定出之反射波電力而算出之電力所得電力的電壓供給於高頻振盪器。
依據如此構成之高頻產生器，由於電壓控制機構包含負載控制機構，其所採行之控制方式係將相當於由前進波電力測定機構所測定出之前進波電力加上基於由反射波電力測定機構所測定出之反射波電力而算出之電力所得電力的電壓供給於高頻振盪器，故關於高頻振盪器所振盪之高頻，可降低所產生之駐波模式會模式跳動至下位模式之虞，能以短時間成為安定模式。此外，於此情況，可大幅降低對於供給至負荷側之電力亦即有效負荷電力之影響。其結果，可更確實地進行安定之電漿處理。
此外，構成上亦可為負載控制機構係以下述方式進行控制：將相當於由前進波電力測定程序所測定出之前進波電力直接加上由反射波電力測定程序所測定出之反射波電力所得電力的電壓藉由電源來進行供給。
依據如此構成之電漿處理裝置，由於電壓控制機構包含有負載控制機構，而將相當於以前進波電力測定機構所測定之前進波電力加上基於以反射波電力測定機構所測定之反射波電力而算出之電力所得電力的電壓供給於高頻振盪器來進行控制，故關於在高頻振盪器產生振盪之高頻，可降低所產生之駐波的模式跳動到下位模式之虞，而能以短時間成為安定模式。 此外，於此情況，可大幅降低對於供給至負荷側之電力亦即有效負荷電力之影響。其結果，可更確實地進行安定之電漿處理。
11‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧處理容器
13,26,27‧‧‧氣體供給部
14‧‧‧保持台
15‧‧‧控制部
16‧‧‧介電質窗
17‧‧‧狹縫天線板
18‧‧‧介電質構件
19‧‧‧電漿產生機構
20‧‧‧狹縫
21‧‧‧底部
22‧‧‧側壁
23‧‧‧排氣孔
24‧‧‧蓋部
25‧‧‧O型環
28‧‧‧下面
29‧‧‧氣體供給系統
30a,30b‧‧‧氣體供給孔
31‧‧‧筒狀支撐部
32‧‧‧冷卻夾套
33‧‧‧溫度調整機構
34‧‧‧模式變換器
35‧‧‧導波管
36‧‧‧同軸導波管
37‧‧‧凹部
38‧‧‧高頻電源
39‧‧‧匹配單元
40‧‧‧循環流路
41‧‧‧微波產生器
42‧‧‧磁控管
43‧‧‧磁控管
44‧‧‧單向器
45‧‧‧4E調諧器
46‧‧‧定向耦合器
47‧‧‧負荷
48a,48b,48c,48d‧‧‧可動短路板
49a,49b,49c,49d‧‧‧可動短路部
50a,50b,50c‧‧‧探針
50d‧‧‧運算電路
51‧‧‧匹配裝置
52‧‧‧仿真負荷
53a‧‧‧電壓控制電路
53b‧‧‧電源電路
54a,54b‧‧‧檢測器
55‧‧‧循環器
56a,56b‧‧‧全波整流電橋
57a,57b‧‧‧平流電容器
58‧‧‧開關電路
59‧‧‧升壓變壓器
61‧‧‧減法電路
62‧‧‧訊差放大器
63‧‧‧開關電路
64‧‧‧開關
65‧‧‧開關控制電路
66‧‧‧燈絲控制電路
67‧‧‧切換開關
68a,68b,68c‧‧‧端子
71a,71b,71c,71d,71e,71f,71g,71h,71i,71j,71k,71l,71m,71n,81a,81b,83a,83b,87a,87b,88a,88b,89a,89b,89c,90a,90b,90c, 91a,91b,91c,91d,91e,91f,91g,91h,91i,91j,91k,91l‧‧‧線
72a,74a,74b,74c,74d,77a,79a‧‧‧前進波電力
73a,73b,73c,73d,76a,78a‧‧‧反射波電力
82a,82b,82c,82d,82e,84a,84b,84c,84d,84e,84f,86a,86b,86c,86d,86e,86f‧‧‧區域
圖1係顯示本發明之一實施形態之電漿處理裝置之主要部的概略截面圖。
圖2係從圖1中之箭頭II方向觀看圖1所示電漿處理裝置包含之狹縫天線板之概略圖。
圖3係顯示微波產生器所包含之匹配裝置所具備之4E調諧器周邊構成之示意圖。
圖4係顯示微波產生器所包含之電壓控制電路之構成之概略圖。
圖5係顯示表面波電漿之模擬中功率反射係數與電子密度之關係圖。
圖6係顯示表面波電漿之模擬中二維平面狀微波電漿之入射功率與電子密度之關係圖。
圖7係顯示以往微波電力輸入時之前進波電力控制之代表性程序之流程圖。
圖8係顯示以往之微波電力輸入時之前進波電力控制中經過時間與電力之關係一例之圖。
圖9係顯示表面波電漿之模擬中二維平面狀微波電漿之入射功率與電子密度之關係圖。
圖10係顯示使用本發明之一實施形態之電漿處理裝置之情況下之微波電力輸入時之處理的代表性程序之流程圖。
圖11係顯示微波電力輸入時之負載控制中經過時間與電力之關係一例之圖。
圖12係顯示微波電力輸入時之負載控制中經過時間與電力之關係其他例之圖。
圖13係顯示輸入微波電力經過既定時間後之負載控制中經過時間與電力之關係一例之圖。
圖14係顯示使得微波電力變化之情況中經過時間與電漿發光強度之關係圖。
圖15係顯示使得微波電力變化之情況下經過時間與電漿發光強度之關係圖。
圖16係顯示處理容器內之壓力與被供給之微波電力之關係中，所生成之電漿的安定程度之圖。
圖17係顯示處理容器內之壓力與被供給之微波電力之關係中，所生成之電漿的安定程度之圖。
圖18係顯示經過時間與電漿發光強度之關係之圖。
圖19係顯示經過時間與偏壓電力之關係之圖。
圖20係顯示經過時間與偏壓電力之關係之圖。
圖21係顯示經過時間與電漿發光強度之關係之圖。
圖22係顯示經過時間與偏壓電力之關係之圖。
圖23係顯示經過時間與偏壓電力之關係之圖。
圖24係顯示負載控制機構所致控制動作開始時間之差異之圖。
圖25係顯示處理容器內之壓力與被供給之微波電力之關係中，所生成之電漿的安定程度之圖。
圖26係顯示經過時間與電漿發光強度之關係之圖。
以下，參見圖式說明本發明之實施形態。圖1係顯示本發明之一實施形態之電漿處理裝置之主要部之概略截面圖。圖2係從下方側、亦即從圖1中箭頭II之方向來觀看圖1所示電漿處理裝置所包含之狹縫天線板之圖。此外，圖1中，基於容易理解之觀點，將構件之一部分之剖面線予以省略了。此外，此實施形態中，將圖1中以箭頭II所示方向或是其相反方向所示之圖1中的紙面上下方向當作電漿處理裝置之上下方向。
參見圖1以及圖2，電漿處理裝置11係對於被處理對象物之被處理基板W以電漿來進行處理。具體而言，進行蝕刻、CVD、濺鍍等處理。被處理基板W可舉出例如半導體元件之製造所使用之矽基板。
電漿處理裝置11具備有：處理容器12，於其內部對被處理基板W以電漿來進行處理；氣體供給部13，對處理容器12內供給電漿激發用氣體、電漿處理用氣體；圓板狀保持台14，設置於處理容器12內，於其上保持被處理基板W；電漿產生機構19，使用微波來於處理容器12內產生電漿；以及控制部15，對電漿處理裝置11全體之動作進行控制。控制部15係進行氣體供給部13之氣體流量、處理容器12內之壓力等電漿處理裝置11全體之控制。
處理容器12包含有：底部21，位於保持台14之下方側；以及側壁22，從底部21之外周往上方延伸。側壁22為大致圓筒狀。於處理容器12之底部21以貫通其一部分的方式設有排氣用排氣孔23。處理容器12之上部側呈現開口，藉由配置於處理容器12上部側之蓋部24、後述介電質窗16、以及介於介電質窗16與蓋部24之間的做為密封構件之O型環25來使得處理容器12以可密封方式被構成。
氣體供給部13包含有：第一氣體供給部26，朝向被處理基板W之中央來吹送氣體；以及第二氣體供給部27，從被處理基板W之外側吹送氣體。於第一氣體供給部26供給氣體之氣體供給孔30a設置於介電質窗16之徑向中央，相對於介電質窗16之下面28(成為和保持台14相對向之對向面)位於往介電質窗16之內方側後縮之位置處。第一氣體供給部26係藉由連接於第一氣體供給部26之氣體供給系統29一邊調整流量等一邊供給電漿激發用惰性氣體、電漿處理用氣體。第二氣體供給部27係在側壁22之上部側一部分處設有對處理容器12內供給電漿激發用惰性氣體、電漿處理用氣體之複數氣體供給孔30b而形成者。複數氣體供給孔30b於圓周方向上保持等間隔而設置。對第一氣體供給部26以及第二氣體供給部27從相同氣體供給源來供給相同種類之電漿激發用惰性氣體、電漿處理用氣體。此外，也可因應於要求或控制內容等而從第一氣體供給部26以及第二氣體供給部27供給其他氣體，也可調整此等氣體之流量比等。
保持台14中，RF(radio frequency)偏壓用高頻電源38將由匹配單元39電性連接於保持台14內之電極。此高頻電源38能以既定電力(偏壓功率)輸出例如13.56MHz之高頻。匹配單元39收容有在高頻電源38側之阻抗與主要為電極、電漿、處理容器12等負荷側阻抗之間取得匹配之匹配器，此匹配器之中包含有自偏壓生成用阻隔電容器。視必要性於電漿處理時對此保持台14施加偏壓。關於此偏壓之施加係以控制部15之控制來進行。於此情況，控制部15係以偏壓施加機構的方式來動作。此外，關於對此保持台14供給偏壓一事將於後述。
保持台14能以靜電夾(未圖示)於其上保持被處理基板W。此外，保持台14具備有加熱用加熱器(未圖示)等，可藉由設置於保持台14內部之溫度調整 機構33來設定為所希望之溫度。保持台14被從底部21下方側往垂直上方延伸之絕緣性筒狀支撐部31所支撐著。上述排氣孔23係沿著筒狀支撐部31之外周以貫通處理容器12之底部21一部分的方式被設置。於環狀排氣孔23之下方側經由排氣管(未圖示)而連接著排氣裝置(未圖示)。排氣裝置具有渦輪分子泵等真空泵。可藉由排氣裝置將處理容器12內減壓至既定壓力。
電漿產生機構19設置於處理容器12外，包含有電漿激發用產生微波之微波產生器41。此外，電漿產生機構19包含有介電質窗16，其配置於和保持台14相對向之位置，將微波產生器41所產生之微波導入處理容器12內。此外，電漿產生機構19包含有狹縫天線板17，其設有複數狹縫20，配置於介電質窗16之上方側，將微波朝介電質窗16進行放射。此外，電漿產生機構19包含有介電質構件18，其配置於狹縫天線板17之上方側，將利用後述同軸導波管36所導入之微波朝徑向進行傳遞。
微波產生器41係經由導波管35以及模式變換器34而連接於用以導入微波之同軸導波管36之上部處。例如，以微波產生器41所產生之TE模式之微波係通過導波管35而藉由模式變換器34來變換為TEM模式，而於同軸導波管36進行傳遞。關於微波產生器41之詳細構成將於後述。此外，相對於微波產生器41之導波管35側係成為後述負荷側。
介電質窗16為大致圓板狀，由介電質所構成。於介電質窗16之下面28之一部分設有為了容易產生由導入之微波所致駐波而凹陷成為錐面狀之環狀凹部37。藉由此凹部37，可於介電質窗16之下部側高效率地生成微波電漿。此外，介電質窗16之具體材質可舉出石英、氧化鋁等。
狹縫天線板17為薄板狀且為圓板狀。關於複數狹縫20，如圖2所示般，以分別保持既定間隔而正交的方式讓2個狹縫20成對設置，且成對之狹縫20係於圓周方向上保持既定間隔而設置。此外，徑向上，複數之一對狹縫20係保持既定間隔而設置。
由微波產生器41所產生之微波係通過同軸導波管36而傳遞於介電質構件18。微波從夾在冷卻夾套32(內部具有使得冷媒等進行循環之循環流路40，進行介電質構件18等之溫度調整)與狹縫天線板17之間的介電質構件18之內部往徑向外側呈放射狀擴展，而從設置於狹縫天線板17之複數狹縫20 往介電質窗16做放射。穿透介電質窗16之微波於介電質窗16正下方產生電場，於處理容器12內生成電漿。
當於電漿處理裝置11產生微波電漿之情況，在介電質窗16之下面28正下方、具體而言介電質窗16之下面28數cm程度下的區域處會形成電漿之電子溫度相對高之所謂的電漿生成區域。此外，位於其下側之區域處則形成因電漿生成區域所生成之電漿進行擴散而產生之所謂的電漿擴散區域。此電漿擴散區域為電漿之電子溫度相對低之區域，在此區域進行電漿處理。如此一來，於電漿處理時不會對被處理基板W造成所謂的電漿損傷，且電漿之電子密度高，而可進行高效率之電漿處理。
電漿產生機構19構成上包括有：介電質窗16，使得由後述做為高頻振盪器之磁控管所產生之高頻穿透處理容器12內；以及狹縫天線板17，設置有複數狹縫20，讓高頻朝介電質窗16放射。此外，由電漿產生機構19所產生之電漿係由輻線狹縫天線所生成。
此處，針對上述構成之電漿處理裝置11所具備之電漿產生機構19中包含之微波產生器41之具體構成來說明。圖3係顯示微波產生器41所包含之匹配裝置所具備之4E調諧器周邊構成之示意圖。圖4係顯示微波產生器41所包含之後述電壓控制電路構成之概略圖。
參見圖1~圖4，微波產生器41包含有：磁控管42，做為高頻振盪用之高頻振盪器；匹配裝置51；高壓電源43，成為對磁控管42所供給之陽極電壓等之電源；電源電路53b，對於高壓電源43所供給之電源進行控制；以及連接於磁控管42之單向器44。匹配裝置51包含有：連接於單向器44之4E調諧器45、連接於4E調諧器45之定向耦合器46、以及後述檢測器54a,54b。單向器44係從磁控管42往位於負荷47側之4E調諧器45側來單向傳送頻率訊號。此處所說負荷47乃模式變換器34等位於所謂導波管35之下游側的構件。
4E調諧器45包含有：具備有4個可動短路板48a、48b、48c、48d之可動短路部49a、49b、49c、49d；以及相對於可動短路部49a位於磁控管42側之3個探針50a、50b、50c。3個探針50a、50b、50c係朝向微波之行進方向以基本頻率λ之1/8(亦即λ/8)之距離分離設置。此外，藉由連接於3個探針50a、50b、50c之運算電路50d而從3個探針50a~50c之電壓值計算出可動短路部 49a~49d之可動短路板48a~48d的位置而進行定位。此外，關於4個可動短路板48a~48d之定位係藉由未圖示之馬達驅動而進行旋轉之滾珠螺桿(未圖示)的旋轉來使得可動短路板48a~48d朝圖3中箭頭III所示方向或是相反方向移動而進行。此外，關於此可動短路板48a~48d之定位，由於伴隨著所謂的機械零件之驅動等，故於匹配時即所謂的調諧時為了開始移動可動短路板48a~48d最少需要100m秒程度之時間，而為了結束匹配至少需要1秒程度。
此外，於磁控管42與4E調諧器45之間所設之單向器44構成方式例如使得被動元件之循環器55當中的1個端子成為仿真負荷。亦即，關於循環器55之3個端子，將位於磁控管42側之第一端子和磁控管42連接，將位於4E調諧器45側之第二端子和4E調諧器45連接，將剩餘之第三端子和仿真負荷52連接。藉此，單向器44可從磁控管42對位於負荷47側之4E調諧器45以單向傳送頻率訊號。
4E調諧器45相對於可動短路部49a在磁控管42側設有定向耦合器46。此定向耦合器46為雙定向耦合器。此外，關於設置定向耦合器46之位置，可對向於3個探針50a、50b、50c或也可不對向。使用此定向耦合器46，將在包含4E調諧器45之導波管35內行進之前進波以及反射波之電力訊號傳送到微波產生器41所具備之做為電壓控制機構之電壓控制電路53a。此外，關於此前進波之電力訊號以及反射波之電力訊號，係以個別電力做為訊號進行檢測之檢測器54a、54b來檢測之。藉由電壓控制電路53a與電源電路53b對於供給至磁控管42之陽極電壓進行控制。此外，藉由包含燈絲控制電路66之電壓控制電路53a來控制燈絲電壓。關於電壓控制電路53a所作之控制將於後述。此外，圖4中，電壓控制電路53a係以一點鏈線表示。此外，匹配裝置51係以三點鏈線表示。此處，檢測器54a係以對於行進於負荷側之前進波電力進行測定之前進波電力測定機構的方式來動作，檢測器54b係以對於從負荷側反射之反射波電力進行測定之反射波電力測定機構的方式來動作。此外，定向耦合器46係構成前進波電力測定機構以及反射波電力測定機構之一部分。
其次，針對微波產生器41所包含之電源電路53b之構成來說明。電源電路53b包括有：例如將高壓電源43所供給之AC200V此一交流電壓變換為 DC280V此一直流電壓之第一全波整流電橋56a以及第一平流電容器57a、連接於平流電容器57a之開關電路58、將開關電路58所開關之訊號例如升壓至約7.5kV之升壓變壓器59、將利用升壓變壓器59成為高電壓之訊號加以整流之第二全波整流電橋56b以及第二平流電容器57b。開關電路58係使用例如具有高耐壓性且適合大電流之IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣閘極型雙極電晶體)、或是FET(Field Effect Transistor：電效電晶體)。此外，關於電源電路53b於圖4中係以二點鏈線表示。
其次，針對微波產生器41所包含之電壓控制電路53a之構成來說明。電壓控制電路53a包括有：減法電路61，係輸入從定向耦合器46經由檢測器54a、54b而傳送之前進波之電力訊號以及反射之電力訊號來進行減法運算；訊差放大器62，將減法電路61所算出之輸出訊號與設定電力之差值加以放大者；開關64，讓開關電路63和訊差放大器62所放大後之訊號做連接；以及開關控制電路65，係進行開關電路63中開啟時間之變更、相位之變更，而對開關電路58發送控制訊號。藉由減法電路61可算出從前進波電力減除反射波電力之差值，而以輸出訊號的形式來輸出。開關控制電路65係將差值以正輸出的方式對開關電路58輸出控制訊號。電壓控制電路53a係以使得負載控制機構所進行之控制動作開始時間成為60μ秒以下的方式進行控制。亦即，使得以高壓電源43供給陽極電壓(相當於由檢測器54a所測定之前進波電力直接加上由檢測器54b所測定之反射波電力而得之電力)之時機較受檢測之時機晚60μ秒。此外，電壓控制電路53a包含有燈絲控制電路66，係以訊差放大器62之輸出來算出最適之燈絲電壓，而控制從高壓電源43供給於磁控管42之陰極側的燈絲電壓。燈絲控制電路66係從訊差放大器62之輸出算出最適之燈絲電壓，具體而言，對磁控管42之陰極發送訊號。
此外，電壓控制電路53a包含有切換開關67，可在是否對於減法電路61輸入反射波之電力訊號進行切換。控制方式係藉由切換開關67來連接端子68a與端子68b，而將反射波之電力訊號輸入至減法電路61。此外，控制方式係藉由切換開關67來連接端子68a與端子68c，以避免反射波之電力訊號輸入至減法電路61。此外，圖4係顯示使得端子68a與端子68b作連接而將反射波之電力訊號輸入至減法電路61之狀態。
本發明之一實施形態之電漿處理裝置以及電漿處理裝置所具備之微波產生器係如上述構成。依據如此之構成，電壓控制電路53a由於所包含之負載控制機構所採行之控制方式係將陽極電壓(相當於由檢測器54a所測定之前進波電力加上基於檢測器54b所測定之反射波電力而算出之電力所得電力)供給於磁控管42，故就磁控管42處之振盪高頻，可降低所產生之駐波模式跳動到下位模式之虞，能以短時間形成安定之模式。此外，於此情況，可大幅降低對於供給於負荷47側之電力亦即有效負荷電力之影響。其結果，可更確實地進行安定之電漿處理。
於此情況，由於負載控制機構所進行之控制係以高壓電源43來供給陽極電壓(相當於由檢測器54a所測定之前進波電力直接加上由檢測器54b所測定之反射波電力而得之電力)，而可將供給於負荷47側之有效負荷電力保持在一定。
此外，於此情況，由於電壓控制電路53a包含有減法電路61來算出由檢測器54a所測定之前進波電力與由檢測器54b所測定之反射波電力的差值，而可更適切地算出相加電力。
此外，於此情況，由於電壓控制電路53a係因應於所供給之陽極電壓來控制以高壓電源43供給於磁控管42之燈絲電壓，而可使得供給於磁控管42之陽極電壓、燈絲電壓成為更適切。
其次，針對於本發明之一實施形態之電漿處理裝置以及微波產生器可更確實地進行安定之電漿處理這點具體說明如下。使用本案發明者所著眼之磁控管42這類高頻振盪器產生微波之際，應考量以下之點。
圖5係表面波電漿模擬中功率反射係數與電子密度之關係圖。圖5中，縱軸表示功率反射係數(R(Ne))，橫軸表示電子密度(cm-3)。此外，關於橫軸，在下側之橫軸表示電子密度，上側之橫軸表示安定駐波之TM(transverse magnetic)模式之數值。顯示了當愈接近功率反射係數值低之TM模式，則模式愈為安定。圖5中之實線表示解析之解，圖5中複數點表示FDTD(Finite Difference Time Domain method)模擬。此外，圖5以及後述圖6以及圖9係摘綠自歐牡(Ohmsha)公司之「微波電漿技術電氣學會．微波電漿調查專門委員會第4章電漿生成模式化與模擬」。
參見圖5，在TM模式方面顯示了7~10之整數值。如圖5所示，可掌握愈接近功率反射係數值低之TM模式則模式愈安定，但於此情況，尤其相較於其他值為n=7以及n=9之時則功率反射係數低。亦即，例如針對此n=7、n=9之情況，被認為可產生安定之電漿。
其次，考慮二維平面狀微波電漿之入射功率與電子密度之關係。圖6顯示表面波電漿之模擬中二維平面狀微波電漿之入射功率與電子密度之關係圖。圖6中，縱軸表示電子密度(cm-3)，橫軸表示規格化入射功率。規格化入射功率為以Pf(前進波電力)/Pc(常數)表示之值，也被稱為有效負荷電力。關於Pc(常數)乃起因於處理容器之容積、產生電漿之際之氣體源、壓力等的常數。關於規格化入射功率，當入射功率之前進波電力愈大則成為愈大之值。此外，關於縱軸，左側縱軸表示電子密度，右側縱軸表示安定駐波之TM模式之數值。此外，圖6中顯示了以往控制時之模式出現跳動等之點、以及模式跳動之路徑之箭頭。
參見圖6，對於相同規格化入射功率容許擁有複數電子密度。此外，即便於各模式在規格化入射功率出現變化，被維持在相同模式內之幅度不同。此外，隨著增加規格化入射功率，基本上電子密度會逐漸增加，但電子密度非線形逐漸增加，而是描繪出所謂的磁滯曲線。於此情況，依據駐波之模式，在安定模式方面將存在複數電子密度。
其次，針對以往投入微波電力而到達進行電漿處理之際所設定之設定電力為止之情況做說明。所謂的以往乃不考慮反射波電力僅監視前進波電力來控制供給電力之情況，亦即前進波電力控制。圖7係顯示以往微波電力輸入時之前進波電力控制之代表性程序之流程圖。
參見圖6以及圖7，首先，開始微波電力之投入(圖7(A))。之後，隨著規格化入射功率亦即有效負荷電力逐漸增大，則電子密度也逐漸增加。然後，在圖6中所示TM080模式之P1點，首先駐波之模式成為安定(圖7(B))。
之後，因特定要因(具體而言以例如處理容器內之壓力變化等為要因)造成有效負荷電力上升(圖7(C))。如此一來，經由P2點而模式跳動到上位模式之TM070模式之P3點(圖7(D))。雖起因於特定要因造成有效負荷電力上升之模式跳動時間受到氣體源、壓力之影響，但為100μ秒以下之非常地短時 間。如此一來，雖4E調諧器對此模式跳動產生匹配動作，但由於此4E調諧器如上述般利用機械之構成零件的移動所致定位等來進行，而無法追隨極短時間之模式跳動。其結果，於導波管內產生電抗之不匹配(圖7(E))，而會產生從負荷側所反射之反射波電力Pr1(圖7(F))。此反射波電力乃圖6中以雙方向箭頭所示範圍之大小。
若產生如此之反射波電力Pr1，結果會降低有效負荷電力(圖7(G))。於此情況，有效負荷電力會降低相當於所產生之反射波電力之量。具體而言，於此情況之有效負荷電力相當於從前進波電力減去反射波電力之值。如此一來，會經由P4點而模式跳動至下位模式之TM090模式之P5點(圖7(H))。之後，緊跟上4E調諧器所致匹配，開始進行匹配(圖7(I))。亦即，利用可動短路板之定位等來進行電抗之匹配。所產生之反射波電力Pr1會因為此電抗之匹配而慢慢變小(圖7(J))。其結果，有效負荷電力將相對地逐漸上升(圖7(K))，經由P6點模式跳動至TM080模式之P7點(圖7(L))。之後，藉由有效負荷電力之上升再次回到TM080模式之P1點(圖7(M))。
反覆如此之動作而產生所謂的擺動。此外，於上述情況雖針對因特定要因造成有效負荷電力上升之情況做了說明，但即使是因特定要因造成有效負荷電力減少之情況，當反射波電力增加之情況有可能產生同樣的現象。一般認為乃因如此之機制而產生擺動。關於此擺動係藉由於處理容器內反覆出現受檢測之電漿發光忽亮忽暗而被檢測出。此外，即便是關於未反覆如此之動作僅為一次而引發電漿發光瞬間變暗之現象的尖峰，也被認為是因上述模式跳動所產生。此外，如此之擺動、尖峰現象基於進行安定電漿處理之考量上以儘量減少或是消除為佳。
此外，於此情況，針對經過時間與在檢測器所檢測之電力的關係一例所做說明如以下所述。圖8係顯示以往微波投入時之前進波電力控制中的經過時間與電力之關係一例之圖。圖8(a)中粗線71a顯示所設定之前進波電力，圖8(b)中粗線71b顯示受到檢測之前進波電力，圖8(c)中粗線71c顯示受到檢測之反射波電力。
參見圖8(a)、(b)、(c)，從時間T0起投入電力。於此情況，如粗線71a所示般，以設定電力Ps從時間T0到時間T1、之後成為一定的方式來投入電力。 如此一來，如粗線71b所示般，從時間T0到時間T1，之後以前進波電力Pf1的形式成為一定而和粗線71a在相同時機檢測到前進波電力72a。此處，若觀看粗線71c所示反射波電力，則在從時間T0至時間T1之時機會產生反射波電力Pr1此一反射波電力73a，之後，此反射波電力接近於0，之後於經過既定時間T2、時間T3、時間T4之時機會檢測出因特定要因產生反射波之際成為受到檢測之反射波電力Pr2的反射波電力73b、73c、73d。此反射波電力73a~73d僅受到監控。於此情況，於時間T0以後之有效負荷電力會成為前進波電力72a減去反射波電力73a~73d之值，亦即Pf1-Pr1此一電力值、或是Pf1-Pr2此一電力值。如此般有效負荷電力成為大為不同。
其次，針對使用本案發明之一實施形態之電漿處理裝置來投入微波電力之情況來說明。圖9顯示表面波電漿之模擬中二維平面狀微波電漿之入射功率與電子密度之關係圖。圖10顯示使用本發明之一實施形態之電漿處理裝置之情況下微波電力輸入時之處理的代表性程序之流程圖。此外，圖9中顯示了於此情況下控制時模式出現跳動等之點、以及顯示模式跳動之路徑之箭頭。
參見圖9以及圖10，首先，開始微波電力之投入(圖10(A))。然後，若規格化入射功率、亦即於此情況之有效負荷電力逐漸增大，則電子密度也逐漸增加。然後，於圖9中所示TM080模式之P1點，首先駐波之模式為安定(圖10(B))。
之後，若由於特定要因使得有效負荷電力上升(圖10(C))，則經由P2點，模式跳動成為上位模式之TM070模式的P3點(圖10(D))。如此一來，雖4E調諧器相對於此模式跳動會產生匹配動作，但由於此4E調諧器如上述般係以機械之構成零件之移動所致定位等來進行，而無法跟隨短時間之模式跳動。其結果，導波管內會產生電抗之不匹配(圖10(E))，而於導波管內產生從負荷側反射之反射波電力(圖10(F))。到此程序為止是和上述以往之情況、亦即圖7所示情況同樣。
此處，若產生如此之反射波電力，則進行負載控制。於此情況，藉由負載控制來進行於前進波電力直接加上反射波電力之輸出(圖10(G))。亦即，包含有一負載控制程序，其控制方式係供給陽極電壓(相當於在前進波 電力直接加上反射波電力而得之電力)。如此一來，有效負荷電力可維持在原有值。亦即，會成為雖產生反射波電力Pr1但有效負荷電力不會降低。其結果，不會如以往模式跳動至屬下位模式之TM090模式之P5點，而成為滯留於原有模式(亦即TM070模式)(圖10(H))。之後，緊接著利用4E調諧器所致匹配，來開始匹配(圖10(I))。亦即，以導波管內之可動短路板之定位等來進行電抗之匹配。藉由此電抗之匹配，所產生之反射波電力Pr1會變小(圖10(J))。由於此情況也進行變小後之反射波電力與前進波電力相加之輸出，故有效負荷電力可維持於原有值。其結果，不會進行往下位模式之模式跳動，而可維持在滯留於安定模式之狀態。
此外，於此情況針對受檢測之電力一例的說明如以下所述。圖11顯示微波投入時之負載控制中的經過時間與電力之關係一例之圖。圖11(d)中粗線71d表示所設定之負載電力，圖11(e)中粗線71e表示受檢測之前進波電力，圖11(f)中粗線71f表示受檢測之反射波電力。
參見圖11(d)、(e)、(f)，從時間T0起投入電力。於此情況，以設定電力Ps從時間T0到時間T1、之後成為一定的方式來投入電力。此處，和上述圖8(c)所示情況同樣地，若在從時間T0至時間T1之時機產生反射波電力Pr1此一反射波電力73a，將會由檢測器54b等所檢測。然後，藉由負載控制以減法電路61算出差值，以訊差放大器加上差值使得有效負荷電力成為一定地進行控制。於此情況之前進波電力74a乃成為於前進波電力Pf1加上反射波電力Pr1所得之前進波電力Pf2。之後於經過既定時間T2、時間T3、時間T4後，若因特定要因而產生反射波電力Pr2此一反射波電力73b、73c、73d，則此等情況亦藉由負載控制以減法電路61來算出差值，以訊差放大器加上差值使得有效負荷電力成為一定地進行控制。亦即，控制成為供給於前進波電力直接加上反射波電力而得之電力。於此情況，針對此情況下之前進波電力74b、74c、74d分別成為於前進波電力Pf1加上反射波電力Pr2而得之前進波電力Pf3。此外，分別之有效負荷電力會成為從前進波電力74a~74d減去反射波電力74a~74d之值，亦即Pf2-Pr1此一電力值、Pf3-Pr2此一電力值。此等Pf2-Pr1此一電力值、Pf3-Pr2此一電力值、進而Pf1此一電力值係和設定做為有效 負荷電力之Ps為相同值。亦即，有效負荷電力即便在產生了反射波之情況也成為一定。
此外，若針對於此情況下受檢測之電力的其他例來說明將會成為以下般。圖12係顯示微波電力輸入時之負載控制中經過時間與電力之關係的其他例之圖。圖12(g)中粗線71g表示所設定之負載電力，圖12(h)中粗線71h表示受檢測之前進波電力，圖12(i)中粗線71i表示受檢測之反射波電力。此外，圖12中，在圖12(j)中之粗線71j顯示4E調諧器所具備之可動短路板之動作狀況。關於可動短路板之動作係顯示開啟與關閉之切換。
參見圖12(g)、(h)、(i)、(j)，從時間T0起投入電力。於此情況，設定電力Ps係以從時間T0到時間T1、之後經過時間T3、時間T4而成為一定的方式來投入。此處，控制方式係若以和時間T0大致相同時機檢測出產生了反射波電力Pr1此一反射波電力76a，則藉由負載控制來供給在和無反射波電力之情況的設定電力Ps相當之前進波電力Pf1直接加上反射波電力Pr1而得之電力。亦即，以和在前進波電力Pf1直接加上反射波電力Pr1而得之電力相當之電壓為陽極電壓供給於磁控管進行控制。如此一來，從時間T0到時間T1所檢測之前進波電力Pf2乃是以於前進波電力Pf1直接加上反射波電力Pr1而得之電力的形式被檢測。之後到既定時間T3為止係檢測出前進波電力Pf2、反射波電力Pr1。然後，若到達時間T3，終於可動短路板之動作追上，而從時間T3開始進行匹配。之後，從時間T3到時間T4係藉由4E調諧器之匹配而讓反射波電力Pr1逐漸變小。如此一來，到達時間T4之際，將幾乎不會檢測到反射波電力Pr1。在反射波電力Pr1幾乎達到0此一值的時間T4，結束4E調諧器所進行之匹配。以此方式，可讓有效負荷電力維持於一定來進行匹配。於此情況，從時間T1到時間T3最長不過數100m秒程度，從時間T3到時間T4則為數100m秒到數秒程度。
此外，針對投入微波電力經過既定時間後所檢測之電力一例之說明如以下所述。圖13顯示投入微波電力而經過既定時間後之負載控制中經過時間與電力之關係一例之圖。圖13(k)中粗線71k表示所設定之負載電力，圖13(l)中粗線71l表示受檢測之前進波電力，圖13(m)中粗線71m表示受檢測之反射 波電力。此外，圖13中在圖13(n)之粗線71n表示4E調諧器所具備之可動短路板之動作狀況。關於可動短路板之動作係顯示開啟與關閉之切換。
參見圖13(k)、(l)、(m)、(n)，於安定狀態下投入設定電力Ps。此外，於此情況受檢測之前進波電力79a乃為一定之前進波電力Pf1。此處，若從時間T1到時間T3之時間因特定要因而產生反射波電力78a，則檢測反射波電力Pr1。如此一來，從時間T1起將相當於前進波電力Pf1加上反射波電力Pr1而得之電力的陽極電壓供給於磁控管。於此情況，受檢測之前進波電力79a乃成為前進波電力Pf2受到檢測。然後，若到達時間T3，終於可動短路板之動作追上，而從時間T3起開始進行匹配。之後，從時間T3到時間T4，藉由4E調諧器所做之匹配而使得反射波電力Pr1逐漸變小。如此一來，到達時間T4之際，幾乎不會檢測出反射波電力Pr1。在反射波電力Pr1幾乎達到0此一值的時間T4，結束4E調諧器所做匹配。如此一來，可將有效負荷電力維持於一定來進行匹配。
其次，針對使得微波電力產生變化之情況下經過時間與電漿發光強度之關係來說明。圖14係顯示變化微波電力之情況中經過時間與電漿發光強度之關係圖。圖14中，縱軸表示氫之656nm波長的OES(Optical Emission Spectroscopy)之發光強度(a.u.)，橫軸表示經過時間(秒)。針對OES測量係使用測量了電漿產生時表示氫發光之波長656nm之發光峰值者。此外，於此情況下之電漿生成中的程序條件係採用將處理容器內之壓力定為60mTorr，程序氣體使用He與HBr與O2之混合氣體，且不施加偏壓電力之條件。此外，圖14中，前進波電力控制之情況以虛線81a表示，負載控制之情況以實線81b表示。關於供給之微波電力係以1000W、1500W、2000W、2500W、3000W這5個情況來進行。1000W之情況在區域82a、1500W之情況在區域82b、2000W之情況在區域82c、2500W之情況在區域82d、3000W之情況在區域82e檢測到絕大多數的輸出、具體而言為在1秒~30秒之值。
參見圖14，如虛線81a所示，於2000W情況之前進波電力控制中，於11秒~12秒附近存在著大凹陷波峰。因此大凹陷波峰產生模式跳動之可能性非常高。此外，12秒後其輸出以小刻度變化。相對於此，如實線81b所示，於2000W情況之負載控制中，雖其輸出以小刻度變化，但未出現表現於前進 波電力控制之情況之11秒~12秒附近之大凹陷波峰。亦即，可掌握到雖或多或少反射波電力之產生所致影響會呈現在電漿發光強度，但電漿發光強度大致安定，造成模式跳動之虞非常地低。
圖15顯示變化微波電力之情況中經過時間與電漿發光強度之關係圖。圖14中，縱軸表示氫之656nm波長之OES的發光強度(a.u.)，橫軸表示經過時間(秒)。此外，於此情況中電漿生成之程序條件除了將處理容器內之壓力設定為100mTorr以外，係和上述圖14所示情況相同。此外，圖15中以虛線83a顯示前進波電力控制之情況，以實線83b顯示負載控制之情況。此外，關於所供給之微波電力係和上述圖14所示情況同樣，在1000W、1500W、2000W、2500W、3000W這5個情況下進行。1000W之情況在區域84a、1500W之情況在區域84b、2000W之情況在區域84c、2500W之情況在區域84d、3000W之情況在區域84e檢測到絕大多數的輸出、具體而言為1秒~30秒之值。
參見圖15，如虛線83a所示，當前進波電力控制之情況，於投入電力2000W之際，圖15中以一點鏈線表示之區域84f中會間歇的產生擺動。對此，如實線83b所示，當負載控制之情況，於投入電力2000W之際不會產生擺動。其他的投入電力之情況也同樣。亦即，藉由負載控制，可掌握即便依據如此之程序條件也可消除擺動。
此外，偏壓電力施加機構也能以進行施加偏壓電力之負載控制的方式來構成。亦即，電漿處理裝置所具備之微波產生器係具備有將被處理對象物保持於其上之保持台、以及對於保持在保持台上之被處理對象物施加偏壓電力之偏壓電力施加機構，而偏壓電力施加機構係進行施加偏壓電力之負載控制。藉由如此構成，可更確實地安定電漿。
對此說明之。圖16以及圖17顯示處理容器內之壓力與被供給之微波電力之關係中，所生成之電漿的安定程度之圖。圖16所示之表的構成方式，處理容器內之壓力取做橫軸，被供給之微波電力取做縱軸，以個別數值愈往右方向、下方向而愈大的方式配置成為矩陣狀。針對處理容器內之壓力係從20mTorr至140mTorr每隔20mTorr進行測定，針對所供給之微波電力係從1000W至3000W每隔500W進行測定。此外，關於電漿生成之程序條件如以下所述。將處理容器內之壓力定為20~140mTorr，程序氣體使用He與HBr 與O2之混合氣體，時間定為30秒，施加偏壓電力定為200W。此外，圖16中所表示之區域86a係顯示所生成之電漿為安定之條件，區域86b顯示所生成之電漿略為安定之條件，區域86c顯示所生成之電漿不安定之條件。此外，區域86a~86c中針對相同條件者以同陰影表示。圖17所示之表也和圖16所示之表同樣。圖16所示情況乃顯示前進波電力控制之情況，圖17所示情況乃顯示負載控制之情況。此外，圖16所示情況中，針對施加偏壓之控制也設為前進波電力控制，圖17所示情況中，針對施加偏壓之控制也設定為負載控制。
參見圖16以及圖17，針對前進波電力控制之情況，當為極低壓之條件亦即處理容器內之壓力為20mTorr之情況，所投入之微波電力為1000~1500W時電漿成為不安定。此外，當處理容器內之壓力為40mTorr以及60mTorr之情況，所投入之微波電力為1000~3000W時電漿成為不安定，當處理容器內之壓力為80mTorr之情況，所投入之微波電力為1000~2500W時電漿成為不安定，當處理容器內之壓力為100mTorr以及120mTorr之情況，所投入之微波電力為1000~1500W以上時電漿成為不安定，當處理容器內之壓力為140mTorr之情況，所投入之微波電力為1000W時電漿成為不安定。針對如此之情況，為了安定生成電漿，將需要被特定程度限定之程序條件。
相對於此，當為負載控制之情況，除了當處理容器內之壓力為20mTorr、40mTorr、60mTorr之情況下所投入之微波電力為1000W、以及當處理容器內之壓力為60mTorr之情況下所投入之微波電力為1500W以外，並無電漿不安定之情況，能以寬廣的程序條件來生成相對安定之電漿。此外，此負載控制之情況，當處理容器內之壓力為40mTorr之情況，所投入之微波電力為2000W以及3000W時所產生之電漿會略為不安定。
圖18顯示經過時間與電漿發光強度之關係圖。圖18中，縱軸表示矽之252nm波長下之OES之發光強度(a.u.)，橫軸表示經過時間(秒)。此外，於此情況之電漿生成程序條件方面，將處理容器內之壓力定為120mTorr，程序氣體使用He與HBr與O2之混合氣體，時間定為30秒，施加偏壓電力定為200W。此外，所投入之微波電力為1500W。圖18中，前進波電力控制之情 況以虛線87a表示，負載控制之情況以實線87b表示。此外，虛線87a所示情況中，除了將微波電力以前進波電力控制，並針對施加偏壓之控制也為前進波電力控制，於虛線87b所示情況中，除了將微波電力以負載控制，並針對施加偏壓之控制也為負載控制。後述圖19以及圖20所示情況也同樣。
參見圖18，如虛線87a所示，當前進波電力控制之情況，於經過時間約24秒可見到發光強度大幅下降之波峰。亦即，可掌握於此時間中產生了尖峰。相對於此，如實線87b所示，當為負載控制之情況，並未產生於此前進波電力控制之情況中所見到之尖峰。亦即，可掌握已改善了尖峰。
於此情況，也可藉由觀察偏壓來進行比較。圖19以及圖20顯示經過時間與偏壓電力之關係圖。圖19以及圖20中，縱軸表示偏壓電力(W)以及偏壓之Vpp(peak to peak)(V)，橫軸表示經過時間(秒)。縱軸之左側表示偏壓電力(W)，縱軸之右側表示Vpp(V)。圖19以及圖20中，Vpp分別以實線91a、91d表示，前進波電力分別以虛線91b、91e表示，反射波電力分別以一點鏈線91c、91f表示。
參見圖19，前進波電力控制之情況，於經過時間約35秒，可見到Vpp大幅下降之波峰。亦即，可掌握在此時間中，於偏壓電力施加時會產生尖峰。相對於此，參見圖20，於負載控制之情況，並未產生於此前進波電力控制之情況下所會見到之偏壓電力施加時之尖峰。亦即，可掌握已改善了尖峰。此在圖16以及圖17中，於由微波電力與處理容器內之壓力之關係所構成之矩陣內某區域86d所示1500W、120mTorr表現出改善。
此外，若觀察其他程序條件則如以下所述。圖21顯示經過時間與電漿發光強度之關係圖。圖21中，縱軸表示矽之252nm波長下OES之發光強度(a.u.)，橫軸表示經過時間(秒)。亦即，關於圖之縱軸等與圖18所示情況相同。此外，於此情況之電漿生成的程序條件方面，處理容器內之壓力定為40mTorr，程序氣體使用He與HBr與O2之混合氣體，時間定為30秒，施加偏壓電力定為200W。此外，關於所投入之微波電力定為1500W。圖21中，前進波電力控制之情況以虛線88a表示，負載控制之情況以實線88b表示。此外，以虛線88a所示情況中，除了微波電力設定為前進波電力控制以外，針對施加偏壓之控制也設定為前進波電力控制，於虛線88b所示情況下，除了 微波電力設定為負載控制以外，針對施加偏壓之控制也設定為負載控制。後述圖22以及圖23所示情況也同樣。
參見圖21，如虛線88a所示般，於前進波電力控制之情況，從經過時間約2秒起到約22秒之間，可見到發光強度大幅激烈上下變動之狀態。亦即，可掌握於此時間中產生了擺動。相對於此，如實線88b所示般，於負載控制之情況，並不會產生於此前進波電力控制之情況下所會見到之擺動。亦即，可掌握擺動獲得改善。
此外，於此情況，也可從觀察偏壓來進行比較。圖22以及圖23係顯示經過時間與偏壓電力之關係圖。圖22以及圖23中，縱軸表示偏壓電力(W)以及偏壓Vpp(peak to peak)(V)，橫軸表示經過時間(秒)。縱軸之左側表示偏壓電力(W)，縱軸之右側表示Vpp(V)。於圖22以及圖23中，Vpp分別以實線91g、91j表示，前進波電力分別以虛線91h、91k表示，反射波電力分別以一點鏈線91i、91l表示。
參見圖22，前進波電力控制之情況，於經過時間約12秒可見到Vpp大幅激烈上下變動之狀況。亦即，可掌握在此時間中產生偏壓電力施加時之擺動。相對於此，參見圖20，於負載控制之情況，並未產生於此前進波電力控制之情況下會見到之偏壓電力施加時之擺動。亦即，可掌握擺動獲得了改善。此在圖16以及圖17中係於由微波電力與處理容器內之壓力之關係所構成之矩陣內所具區域86e顯示1500W、40mTorr處顯現出改善。
此處，於上述實施形態中，負載控制機構所致控制動作開始時間定為60μ秒，但亦可以負載控制機構所致控制動作開始時間定為50μ秒以下的方式進行控制。
圖24顯示負載控制機構所致控制動作開始時間之差異圖。圖24中，左側圖為負載控制機構所致控制動作開始時間定為60μ秒之情況，右側圖為負載控制機構所致控制動作開始時間定為50μ秒之情況。控制動作開始時間具體而言乃檢測反射波電力後將前進波電力與反射波電力相加，而要求磁控管供給相當於此相加電力之陽極電壓，依據此要求來變化陽極電壓而以前進波電力形式受到檢測所需之時間。圖24中之縱軸表示電力值(V)，橫軸表示經過時間(秒)。圖24中，實線90a表示受監測之前進波電力Pf，一點鏈線 90b表示陽極電壓，虛線90c表示成為觸發點(trigger)之受監測之反射波電力Pr。
參見圖24，左側圖中從時間S0到時間S1為止之時間控制在60μ秒，相對於此，右側圖中從時間S0到時間S2為止之時間控制在50μ秒。亦即，相較於左側圖之情況，右側圖之情況的控制動作開始時間變短10μ秒。依據此構成，可於更寬廣之程序條件中更確實地進行安定之電漿處理。此外，關於此控制動作開始時間，為了抑制更多模式中模式跳動之產生，以儘可能短為佳，例如以未達1μ秒為佳。
圖25顯示於此情況下，處理容器內之壓力與被供給之微波電力之關係中，所生成之電漿的安定程度之圖。圖25相當於圖16以及圖17所示之圖，相當於取出處理容器內之壓力以及所投入之微波電力之一部分程序條件之情況。
參見圖16、圖17以及圖25，可知當負載控制機構所致控制動作開始時間定為50μ秒之情況，相較於負載控制機構所致控制動作開始時間定為60μ秒之情況，增加了安定之程序條件。具體而言，當處理容器內之壓力為40mTorr，且所投入之微波電力為2000W、以及3000W之情況，若負載控制機構所致控制動作開始時間為60μ秒，則產生之電漿會略為不安定。但是，若負載控制機構所致控制動作開始時間為50μ秒，即使是此等程序條件也可產生安定之電漿。
圖26顯示經過時間與電漿發光強度之關係圖。圖26中，縱軸表示矽之252nm波長下OES之發光強度(a.u.)，橫軸表示經過時間(秒)。亦即，關於圖之解讀方式和圖18、圖21所示情況相同。此外，做為此情況下電漿生成之程序條件方面，將處理容器內之壓力定為40mTorr，程序氣體使用He與HBr與O2之混合氣體，時間定為30秒，施加偏壓電力定為200W。此外，關於所投入之微波電力定為2000W。圖26中，前進波電力控制之情況以虛線89a表示，控制動作開始時間定為60μ秒之負載控制之情況以一點鏈線89b表示，控制動作開始時間定為50μ秒之負載控制之情況以一點鏈線89c表示。此外，以虛線89a所示情況中，除了將微波電力設定為前進波電力控制以外，針對施加偏壓之控制也設定為前進波電力控制，於以一點鏈線89b以及實線 89c所示情況下，除了將微波電力設定為負載控制以外，針對施加偏壓之控制也設定為負載控制。
參見圖26，為以虛線89a表示之前進波電力控制之情況，從經過時間約2秒到約20秒之間可斷斷續續地看到發光強度大幅地激烈上下變動之狀態。亦即，可掌握於此時間中產生了擺動。相對於此，將以一點鏈線89b所示控制動作開始時間定為60μ秒之負載控制之情況，於此前進波電力控制之情況中所會見到之擺動產生量大幅降低。此外，進而以實線89c所示控制動作開始時間定為50μ秒之負載控制之情況，並不會產生擺動。亦即，可掌握擺動獲得大幅改善。此於圖17以及圖25中，在由微波電力與處理容器內之壓力的關係所構成之矩陣內所具區域86f所示之2000W、40mTorr處顯示出改善。
如上述般，依據如此構成之電漿處理裝置、電漿處理方法、以及高頻產生器，可更確實地進行安定之電漿處理。
此外，於上述實施形態中，做為電壓控制機構之電壓控制電路包含有切換機構而對構成負載控制機構之電路進行切換，但此主要所採用之構成係使得在微波電力剛投入後等時候反射波電力不太安定之狀況下定為前進波電力控制、而之後切換為負載控制成為容易，但不限定於此，例如，於經常性進行負載控制之情況等，構成上也可不具備如此之切換機構。
此外，於上述實施形態中，電漿處理裝置所具備之微波產生器包含有4E調諧器做為匹配裝置，但即使產生大的反射波電力，只要負載控制等測定系統不會產生誤差，則亦可無須刻意設置4E調諧器等匹配裝置。
此外，上述實施形態中，陽極電壓以及燈絲電壓之供給源係使用了於微波產生器所具備之高壓電源，但不限定於此，也可分別另外設置陽極電壓以及燈絲電壓之供給源。
此外，上述實施形態中雖設置了減法電路，但不限定於此，也可使用減法電路以外之電路，基於反射波電力來算出於前進波電力加上的電力。
此外，上述實施形態中，負載控制機構在負載控制方面係以電源來供給陽極電壓(相當於在由前進波電力測定機構所測定出之前進波電力直接加上由反射波電力測定機構所測定出之反射波電力而得之電力)而進行控制， 但不限定於此，亦可將陽極電壓(相當於在由前進波電力測定機構所測定出之前進波電力加上基於由反射波電力測定機構所測定出之反射波電力而算出之電力而得之電力)供給於磁控管來進行控制。例如，亦可除了將測定出之反射波電力加在前進波電力以外，進而將所測定出之反射波電力的幾分之幾加在前進波電力，而供給與之相當之陽極電壓。此外，亦可僅將測定出之反射波電力的幾分之幾加在前進波電力，而供給與之相當之陽極電壓。針對此等情況，亦可例如在開始投入微波電力之情況、以及在模式安定之情況下對被處理基板進行電漿處理之情況等來選擇任一控制。此外，此等情況，例如電壓控制機構亦可控制由高壓電源所供給之電力而成為在磁控管所容許之容許電力之範圍內。此外，即使是藉由電壓控制機構進行控制而供給超過容許電力範圍之電力的情況下，亦可藉由微波產生器所做的控制、電漿處理裝置之控制部而將磁控管之容許電力上限當作最大限電力來加以供給等，亦即設置所謂的供電力之限制器。此外，即便反射波電力並未大於前進波電力，而將前進波電力與反射波電力相加之情況也是最大成為前進波電力之2倍。
此外，上述實施形態中，雖高頻振盪器使用了磁控管，但不限定於此，即便是具有其他高頻振盪器(例如固態電源)而使用產生模式跳動之高頻振盪器的情況也可適用。於此情況，上述陽極電壓之供給有時僅做為電壓來供給。
此外，上述實施形態中，雖使用輻線狹縫天線以微波來進行電漿處理，但不限定於此，也可使用具有梳型天線部而藉由微波來生成電漿之電漿處理裝置、或是從狹縫放射微波而生成電漿之電漿處理裝置。
以上，參見圖式說明了本發明之實施形態，但本發明不限定於圖示之實施形態。也可對於圖示實施形態，在和本發明為同一範圍內、或是均等範圍內加上各種修正或變形。
35‧‧‧導波管
41‧‧‧微波產生器
42‧‧‧磁控管
43‧‧‧磁控管
45‧‧‧4E調諧器
46‧‧‧定向耦合器
47‧‧‧負荷
51‧‧‧匹配裝置
52‧‧‧仿真負荷
53a‧‧‧電壓控制電路
53b‧‧‧電源電路
54a,54b‧‧‧檢測器
55‧‧‧循環器
56a,56b‧‧‧全波整流電橋
57a,57b‧‧‧平流電容器
58‧‧‧開關電路
59‧‧‧升壓變壓器
61‧‧‧減法電路
62‧‧‧訊差放大器
63‧‧‧開關電路
64‧‧‧開關
65‧‧‧開關控制電路
66‧‧‧燈絲控制電路
67‧‧‧切換開關
68a,68b,68c‧‧‧端子

Claims (12)

  1. 一種電漿處理裝置，係使用電漿來對被處理對象物進行處理；具備有：處理容器，於其內部以電漿進行處理；以及電漿產生機構，包含有配置於該處理容器外而產生高頻之高頻產生器，使用該高頻產生器所產生之高頻來於該處理容器內產生電漿；該高頻產生器包含有：高頻振盪器，產生高頻振盪；導波管，將該高頻振盪器所振盪之高頻傳遞至成為負荷側之該處理容器側；電源，對該高頻振盪器供給電壓；前進波電力測定機構，對行進於該負荷側之前進波電力進行測定；反射波電力測定機構，對從該負荷側所反射之反射波電力進行測定；電壓控制機構，藉由該電源來控制供給於該高頻振盪器之電壓；以及定向耦合器，係將在該導波管內行進之該前進波以及該反射波之電力訊號傳送到該電壓控制機構；該電壓控制機構包含有負載控制機構，該負載控制機構係以下述方式進行控制：將相當於由該前進波電力測定機構所測定出之前進波電力加上基於由該反射波電力測定機構所測定出之反射波電力而算出之電力所得電力的電壓供給於該高頻振盪器。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該電壓控制機構包含有減法電路，用以算出由該前進波電力測定機構所測定出之前進波電力與由該反射波電力測定機構所測定出之反射波電力之差值。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，具備有：保持台，將該被處理對象物保持其上；以及偏壓電力施加機構，對於被保持在該保持台上之被處理對象物施加偏壓電力；該偏壓電力施加機構係進行所施加該偏壓電力之負載控制。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該電壓控制機構係以該負載控制機構所致控制動作開始時間定為50μ秒以下的方式進行控制。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該電壓控制機構係因應於所供給之電壓而藉由該電源來控制供給於該高頻振盪器之燈絲電壓。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該電壓控制機構係以成為該高頻振盪器所容許之容許電力範圍內的方式藉由該電源來控制所供 給之電力。
  7. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該電壓控制機構包含有將構成該負載控制機構之電路加以切換之切換機構。
  8. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該電壓控制機構包含有從該電源對該高頻振盪器傳送電力訊號之開關電路；該開關電路包含有絕緣閘極型雙極電晶體或是場效電晶體。
  9. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該電漿產生機構包含有：介電質窗，使得由該高頻振盪器所產生之高頻穿透該處理容器內；以及狹縫天線板，設有複數狹縫，使得該高頻朝該介電質窗進行放射。
  10. 一種電漿處理方法，係使用電漿處理裝置對被處理對象物進行處理，該電漿處理裝置具備有：處理容器，於其內部以電漿進行處理；以及電漿產生機構，包含有配置於該處理容器外而產生高頻之高頻產生器，使用該高頻產生器所產生之高頻來於該處理容器內產生電漿；該高頻產生器包含有：高頻振盪器，產生高頻振盪；導波管，將該高頻振盪器所振盪之高頻傳遞至成為負荷側之該處理容器側；電源，對該高頻振盪器供給電壓；電壓控制機構，藉由該電源來控制供給於該高頻振盪器之電壓；以及定向耦合器，係將在該導波管內行進之該前進波以及該反射波之電力訊號傳送到該電壓控制機構；包含下述程序：前進波電力測定程序，對行進於該負荷側之前進波電力進行測定；反射波電力測定程序，對從該負荷側所反射之反射波電力進行測定；以及負載控制程序，係以下述方式進行控制：將相當於由該前進波電力測定程序所測定出之前進波電力加上基於由該反射波電力測定程序所測定出之反射波電力而算出之電力所得電力的電壓供給於該高頻振盪器。
  11. 如申請專利範圍第10項之電漿處理方法，其中該負載控制程序係以下述方式進行控制：將相當於由該前進波電力測定程序所測定出之前進波電力直接加上由該反射波電力測定程序所測定出之反射波電力所得 電力的電壓藉由該電源來進行供給。
  12. 一種高頻產生器，可產生高頻；包含有：高頻振盪器，產生高頻振盪；前進波電力測定機構，對行進於負荷側之前進波電力進行測定；反射波電力測定機構，對從負荷側所反射之反射波電力進行測定；電源，對該高頻振盪器供給電壓；電壓控制機構，對供給於該高頻振盪器之電壓進行控制；以及定向耦合器，係將在該導波管內行進之該前進波以及該反射波之電力訊號傳送到該電壓控制機構；該電壓控制機構包含負載控制機構，該負載控制機構係以下述方式進行控制：將相當於由該前進波電力測定程序所測定出之前進波電力加上基於由該反射波電力測定程序所測定出之反射波電力而算出之電力所得電力的電壓供給於該高頻振盪器。
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