TWI739335B - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之電漿處理裝置具備：處理容器；載波群產生部，其產生包含複數個載波之載波群，該等載波分別具有屬於以特定之中心頻率為中心之特定之頻帶且互不相同之頻率；及電漿產生部，其使用載波群於處理容器內產生電漿。
Description
本發明之各種態樣及實施形態係關於一種電漿處理裝置及電漿處理方法。
存在利用由微波激發處理氣體之電漿處理裝置。該電漿處理裝置例如將藉由微波振盪器產生之微波輻射至處理容器內而使處理容器內之處理氣體游離來產生電漿。
再者，作為用以抑制因微波之駐波而導致於處理容器內產生之電場偏倚之技術，有藉由對載波進行調頻而產生具有特定之頻帶寬度之微波之技術。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2012-109080號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，於上述先前技術中，並未考慮到抑制電漿密度之不均及波模跳變。
即，先前技術係藉由對載波進行調頻而產生具有特定之頻帶寬度之微波。此處，藉由調頻而產生之微波於特定之頻帶寬度隨時間之經過而頻率變動，但對應於某時刻而係作為具有單一頻率之頻率成分存在。
於使用作為具有單一頻率之頻率成分的微波而產生電漿之情形時，在使微波之頻率符合反射波之功率成為極小的頻率(以下稱為「極小反射頻率」)之情形時，微波效率最佳地被電漿吸收。然而，若反射波之功率成為極小之頻率之微波被效率良好地吸收，則電漿密度增大，極小反射頻率向較高之頻率側偏移。當極小反射頻率偏移時，只要不使頻率變動則被電漿吸收之微波之功率減少。結果導致電漿密度降低。當電漿密度降低時，極小反射頻率向頻率較低之側偏移。由此，被電漿吸收之微波之功率增加，結果導致電漿密度增加。於先前技術中，有藉由重複此種電漿密度之增加與降低而電漿密度之不均增大之虞。除此之外，於先前技術中有產生波模跳變之虞，該波模跳變為因電漿模式之變化而電漿密度瞬間不連續之現象。
[解決問題之技術手段]
於一實施態樣中，所揭示之電漿處理裝置具備：處理容器；載波群產生部，其產生包含複數個載波之載波群，該等載波分別具有屬於以特定之中心頻率為中心之特定之頻帶且互不相同之頻率；及電漿產生部，其使用上述載波群於上述處理容器內產生電漿。
[發明之效果]
根據所揭示之電漿處理裝置之一態樣，發揮可抑制電漿密度之不均及波模跳變之產生之效果。
以下，參照圖式對本案揭示之電漿處理裝置之實施形態詳細地進行說明。再者，各圖式中對相同或相當之部分標註相同之符號。
圖1係表示一實施形態之電漿處理裝置之概略之圖。圖1所示之電漿處理裝置1具備處理容器12、平台14、載波群產生部16、天線18、介電窗20及控制部100。
處理容器12劃分有用以進行電漿處理之處理空間S。處理容器12具有側壁12a及底部12b。側壁12a形成為大致筒形狀。以下，於側壁12a之筒形狀之中心假想性設定筒形狀之延伸之軸線X，將軸線X之延伸方向稱為軸線X方向。底部12b設置於側壁12a之下端側，且覆蓋側壁12a之底側開口。於底部12b設置有排氣用之排氣孔12h。側壁12a之上端部開口。
側壁12a之上端部開口藉由介電窗20而關閉。於介電窗20與側壁12a之上端部之間介存有O形環19。介電窗20隔著O形環19而設置於側壁12a之上端部。藉由O形環19而使處理容器12更確實地密閉。平台14收容於處理空間S內而供載置被處理體W。介電窗20具有與處理空間S對向之對向面20a。
載波群產生部16產生包含複數個載波之載波群，該等載波分別具有屬於以特定之中心頻率為中心之特定之頻帶且互不相同之頻率。例如載波群產生部16具有：PLL振盪器(Phase Locked Loop，鎖相廻路)，其能夠振盪使基準頻率與相位同步之微波；及IQ數位調變器，其連接於PLL振盪器。而且，載波群產生部16係將自PLL振盪器振盪之微波之頻率設定為中心頻率。而且，載波群產生部16係藉由使用IQ數位調變器產生複數個載波而產生載波群，該等載波分別具有屬於以作為中心頻率之微波之頻率為中心之特定之頻帶且互不相同之頻率。例如若將N個複數資料符號進行離散傅立葉逆變換而形成連續信號，則能夠產生本發明之載波群。該信號之產生方法係使用與數位電視廣播等中使用之OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access，正交分頻多重存取)調變方式相同之方法而實現(例如參照專利5320260號)。再者，藉由載波群產生部16產生之載波群之中心頻率及頻帶係藉由下述之控制部100而控制。
圖2係用以說明載波群之產生方法之一例之圖。圖2中，波形資料係預先數位化之碼之行。某時刻t之波形資料X(t)藉由以下之式(1)表示。
X(t)=A(t)cos(ωt+θ0
)...(1)
其中，A(t)：某時刻t之振幅；
θ0
：初始相位。
使用加法定理將上述式(1)展開，由此導出以下之式(2)。
X(t)=A(t)cosωt・cosθ0
-A(t)sinωt・sinθ0
...(2)
波形資料X(t)之同相成分資料(I資料：In-Phase component)I(t)藉由以下之式(3)表示。又，波形資料X(t)之正交成分資料(Q資料：Quadrature component)藉由以下之式(4)表示。
I(t)=A(t)cosθ0
...(3)
Q(t)=A(t)sinθ0
...(4)
藉由上述式(2)～(4)而導出以下之式(5)。
X(t)=I(t)cosωt-Q(t)sinωt...(5)
上述之式(5)係將所有波形資料X(t)藉由I資料I(t)及Q資料Q(t)而表示。
於載波群產生部16中，首先，將波形資料X(t)量化，且進行傅立葉逆變換，藉此使I資料I(t)與Q資料Q(t)分離。繼而，將I資料I(t)及Q資料Q(t)之各者進行D/A(Digital/Analog，數位/類比)轉換，並輸入至僅使低頻成分通過之LPF(low-pass filter，低通濾波器)。另一方面，自藉由PLL振盪器振盪之中心頻率(fo)之基準載波(例如微波)產生相位彼此相差90°之2個基準載波cosωt、-sinωt。繼而，使用自LPF輸出之I資料I(t)及Q資料Q(t)對相位彼此相差90°之基準載波cosωt、-sinωt進行調變，藉此產生載波群。即，將I資料I(t)乘以基準載波(cosωt)，且將Q資料Q(t)乘以基準載波(-sinωt)，再將2個相乘運算之結果相加，藉此產生載波群。本實施形態之載波群係使用中心頻率2450 MHz之微波，以10 kHz間距於40 MHz帶寬將載波多工化而成者。藉由使相鄰之載波之相位成正交之關係(相位相差90°之狀態)而可排列最接近之多個載波。
此處，對藉由載波群產生部16產生之載波群之波形進行說明。圖3A～3D係表示載波群之波形之一例之圖。圖3A表示藉由時間軸、頻率軸及振幅軸構成之三維座標空間之載波群之波形。圖3B表示藉由頻率軸及振幅軸構成之二維座標空間之載波群之波形。圖3C表示藉由時間軸及頻率軸構成之二維座標空間之載波群之波形。圖3D表示藉由時間軸及振幅軸構成之二維座標空間之載波群之波形。
如圖3A～圖3D所示，載波群包含複數個載波(載波f1～f12)，該等載波分別具有屬於以特定之中心頻率(例如2.45 GHz)為中心之特定之頻帶(例如40 MHz)、且互不相同之頻率。各載波之頻率與時間之經過無關而為固定。又，複數個載波之振幅相同。各載波之振幅與時間之經過無關而為固定。又，複數個載波中，於特定之頻帶，相鄰之至少2個載波之相位相差90°。例如頻率相鄰之載波f1及載波f2之相位相差90°。又，於特定之頻帶，將複數個載波之頻率隔開固定之間隔(例如10 kHz)而排列。
如一實施形態般藉由產生包含複數個載波之載波群，可使載波群之反射波之功率成為極小之頻率(以下稱為「極小反射頻率」)、與載波群所包含之複數個載波中之任一載波之頻率一致。其結果，根據一實施形態，可將被電漿吸收之載波群之功率保持於大致固定，故可抑制電漿密度之不均。
圖4係用以說明抑制由載波群引起之電漿密度之不均之圖。圖4中，橫軸為頻率[GHz]，縱軸為功率[dBm]。又，於圖4中，曲線501表示載波群之行進波之頻譜，曲線群502表示載波群之反射波之頻譜。又，圖4中，作為實驗條件，設為使用處理氣體及流量：Cl2/Ar＝100/300 sccm、及壓力：140 mTorr。
如圖4之曲線501及曲線群502所示，於產生包含複數個載波之載波群之情形時，極小反射頻率、與載波群所包含之複數個載波中之任一載波之頻率一致。藉此，被電漿吸收之載波群之功率維持於大致固定。於圖4之例中，被電漿吸收之載波群之功率相當於隔於曲線501與曲線群502之間之區域之面積。此處，將隔於曲線501、與曲線群502中之1個曲線502a之間之區域之面積設為A1，將隔於曲線501、與曲線群502中之1個曲線502b之間之區域之面積設為A2。面積A1與面積A2大致相同，故可知即便於極小反射頻率變動之情形時，被電漿吸收之載波群之功率亦可維持於大致固定。結果可抑制電漿密度降低，故可抑制電漿密度之不均。
此處，對一實施形態之抑制由載波群引起之電漿密度之不均之機制詳細地進行說明。於對一實施形態之抑制由載波群引起之電漿密度之不均之機制進行說明之前，作為其前提，對使用具有單一頻率之微波之情形時的問題點進行說明。圖5係用以說明使用具有單一頻率之微波之情形時之問題點之圖。於圖5中，曲線511表示微波之反射波之頻譜中與極小反射頻率對應之部分。
如圖5所示，於使用具有單一頻率之微波f1'之情形時，將微波f1'之單一頻率以與極小反射頻率一致之方式固定。由此，被電漿吸收之微波f1'之功率增大，結果使得電漿密度增加。若電漿密度增加，則極小反射頻率如圖5之實線箭頭所示，自微波f1'之單一頻率偏移。藉此，微波f1'之反射波增大。如此一來，被電漿吸收之微波f1'之功率減少，結果導致電漿密度降低。若電漿密度降低，則微波f1'之反射波減少，由此極小反射頻率如圖5之虛線箭頭所示接近於微波f1'之單一頻率。如此一來，被電漿吸收之微波f1'之功率增加，結果使得電漿密度再次增加。於使用具有單一頻率之微波f1'之情形時，有藉由重複此種電漿密度之增加與降低而電漿密度之不均增大之虞。再者，於使用具有藉由對載波進行調頻而產生之特定之頻帶寬度之微波之情形時，該微波亦對應於某時刻而具有單一頻率，故同樣地有電漿密度之不均增大之虞。
相對於此，對一實施形態之抑制由載波群引起之電漿密度不均之機制進行說明。圖6係用以說明一實施形態之抑制由載波群引起之電漿密度之不均之機制之圖。圖6中，曲線512表示載波群之反射波之頻譜中與極小反射頻率對應之部分。
如圖6所示，於使用包含分別具有互不相同之頻率之複數個載波(載波f1、f2、f3、…)之載波群之情形時，極小反射頻率與載波群所包含之複數個載波中之任一載波之頻率一致。於圖6之例中，使極小反射頻率、與載波群所包含之複數個載波中之載波f1之頻率一致。如此一來，被電漿吸收之載波f1之功率增大，結果導致電漿密度增加。若電漿密度增加，則極小反射頻率如圖6之實線箭頭所示，自載波f1之頻率偏移。如此一來，自載波f1之頻率偏移之極小反射頻率與載波f2之頻率一致。藉此，被電漿吸收之載波f2之功率增大，結果導致電漿密度增加。於使用包含分別具有互不相同之頻率之複數個載波之載波群之情形時，可避免重複電漿密度之增加與降低。其結果可抑制電漿密度之不均。
返回至圖1之說明。電漿處理裝置1進而具備放大器21、波導管22、虛設負載23、檢測器(行進波)24、檢測器(反射波)25、調諧器26、模式轉換器27、及同軸波導管28。
載波群產生部16經由放大器21而連接於波導管22。放大器21對藉由載波群產生部而產生之載波群放大，且將放大後之載波群輸出至波導管22。波導管22例如為矩形波導管。波導管22連接於模式轉換器27，模式轉換器27連接於同軸波導管28之上端。
虛設負載23經由循環器23a而連接於波導管22。循環器23a提取自處理容器12側反射之載波群之反射波，且將所提取之載波群之反射波輸出至虛設負載23。虛設負載23將自方循環器23a輸入之載波群之反射波藉由負載等而轉換為熱。
檢測器(行進波)24經由定向耦合器24a而連接於波導管22。定向耦合器24a提取朝處理容器12側之載波群之行進波，且將所提取之載波群之行進波輸出至檢測器(行進波)24。檢測器(行進波)24檢測自定向耦合器24a輸入之載波群之行進波之頻譜，且將檢測出之載波群之行進波之頻譜輸出至控制部100。
檢測器(反射波)25經由定向耦合器25a而連接於波導管22。定向耦合器25a提取自處理容器12側反射之載波群之反射波，且將所提取之載波群之反射波輸出至檢測器(反射波)25。檢測器(反射波)25檢測自定向耦合器25a輸入之載波群之反射波之頻譜，且將檢測出之載波群之反射波之頻譜輸出至控制部100。
調諧器26設置於波導管22，且具有對載波群產生部16與處理容器12之間之阻抗進行匹配之功能。調諧器26具有突出自如地設置於波導管22之內部空間之可動板26a、26b。調諧器26藉由控制可動板26a、26b相對於基準位置之突出位置而對載波群產生部16與處理容器12之間之阻抗進行匹配。
同軸波導管28沿軸線X延伸。該同軸波導管28包含外側導體28a及內側導體28b。外側導體28a具有於軸線X方向延伸之大致圓筒形狀。內側導體28b設置於外側導體28a之內部。該內側導體28b具有沿軸線X延伸之大致圓筒形狀。
藉由載波群產生部16而產生之載波群經由調諧器26及波導管22而被波導至模式轉換器27。模式轉換器27對載波群之模式進行轉換，且將模式轉換後之載波群供給至同軸波導管28。來自同軸波導管28之載波群被供給至天線18。
天線18根據藉由載波群產生部16產生之載波群而輻射電漿激發用之載波群。天線18具有槽孔板30、介電板32、及冷卻套管34。天線18設置於介電窗20之對向面20a之相反側之面20b上，且根據藉由載波群產生部16而產生之載波群，經由介電窗20將電漿激發用之載波群輻射至處理空間S。
槽孔板30形成為板面與軸線X正交之大致圓板狀。槽孔板30係使板面與介電窗20相互對準而配置於介電窗20之對向面20a的相反側之面20b上。於槽孔板30，以軸線X為中心而於圓周方向排列有複數個槽孔30a。槽孔板30係構成徑向線槽孔天線之槽孔板。槽孔板30形成為具有導電性之金屬製之圓板狀。於槽孔板30形成有複數個槽孔30a。又，於槽孔板30之中央部形成有下述之導管36能夠貫通之貫通孔30d。
介電板32形成為板面與軸線X正交之大致圓板狀。介電板32設置於槽孔板30與冷卻套管34之下側表面之間。介電板32例如為石英製，且具有大致圓板形狀。
冷卻套管34之表面具有導電性。冷卻套管34於內部形成有冷媒能夠流通之流路34a，藉由冷媒之流通而將介電板32及槽孔板30冷卻。於冷卻套管34之上部表面電性連接有外側導體28a之下端。又，內側導體28b之下端通過形成於冷卻套管34及介電板32之中央部分之孔而電性連接於槽孔板30。
來自同軸波導管28之載波群傳播至介電板32，且自槽孔板30之槽孔30a經由介電窗20而導入至處理空間S內。於一實施形態中，導管36通過同軸波導管28之內側導體28b之內孔。於槽孔板30之中央部，形成有導管36能夠貫通之貫通孔30d。導管36沿軸線X延伸，且連接於氣體供給系統38。
氣體供給系統38向導管36供給用以對被處理體W進行處理之處理氣體。氣體供給系統38可包含氣體源38a、閥38b、及流量控制器38c。氣體源38a係處理氣體之氣體源。閥38b對來自氣體源38a之處理氣體之供給及供給停止進行切換。流量控制器38c例如係質量流量控制器，其調整來自氣體源38a之處理氣體之流量。再者，氣體供給系統38相當於將用於電漿反應之處理氣體導入至處理空間S之氣體供給機構之一例。
於一實施形態中，電漿處理裝置1可進而具備噴射器41。噴射器41將來自導管36之氣體供給至形成於介電窗20之貫通孔20h。供給至介電窗20之貫通孔20h之氣體被供給至處理空間S。於以下之說明中，有時將藉由導管36、噴射器41、及貫通孔20h所構成之氣體供給路徑稱為「中央氣體導入部」。
平台14以於軸線X方向上與介電窗20對面之方式而設置。該平台14以於介電窗20與該平台14之間隔著處理空間S之方式設置。於平台14上載置被處理體W。於一實施形態中，平台14包含台14a、聚焦環14b、及靜電吸盤14c。平台14相當於載置台之一例。
台14a藉由筒狀支持部48支持。筒狀支持部48係由絕緣性之材料構成，且自底部12b朝垂直上方延伸。又，於筒狀支持部48之外周設置有導電性之筒狀支持部50。筒狀支持部50沿筒狀支持部48之外周自處理容器12之底部12b朝垂直上方延伸。於該筒狀支持部50與側壁12a之間形成有環狀之排氣路51。
於排氣路51之上部安裝有設置有複數個貫通孔之環狀之擋板52。於排氣孔12h之下部經由排氣管54而連接有排氣裝置56。排氣裝置56具有自動壓力控制閥(APC：Automatic Pressure Control valve)、及渦輪分子泵等真空泵。藉由排氣裝置56而可將處理容器12內之處理空間S減壓至所需之真空度。
台14a兼作高頻電極。於台14a經由饋電棒62及匹配單元60而電性連接有RF(Radio Frequency，射頻)偏壓用之高頻電源58。高頻電源58將適宜於對引入至被處理體W之離子之能量進行控制之固定之頻率、例如13.65 MHz之高頻電力(以下適當稱為「偏壓電力」)以特定之功率輸出。匹配單元60收容用以在高頻電源58側之阻抗、與主要為電極、電漿、處理容器12般之負載側之阻抗之間取得匹配之匹配器。於該匹配器中包含自偏壓產生用之隔直流電容器。
於台14a之上表面設置有靜電吸盤14c。靜電吸盤14c利用靜電吸附力而保持被處理體W。於靜電吸盤14c之徑向外側，設置有以環狀包圍被處理體W之周圍之聚焦環14b。靜電吸盤14c包含電極14d、絕緣膜14e、及絕緣膜14f。電極14d藉由導電膜而構成，且設置於絕緣膜14e與絕緣膜14f之間。於電極14d經由開關66及被覆線68而電性連接有高壓之直流電源64。靜電吸盤14c可藉由自直流電源64施加之直流電壓所產生之庫侖力而吸附保持被處理體W。
於台14a之內部設置有於圓周方向延伸之環狀之冷媒室14g。自冷凍器單元(未圖示)經由配管70、72而對冷媒室14g循環供給特定溫度之冷媒、例如冷卻水。根據冷媒之溫度而控制靜電吸盤14c之上表面溫度。將導熱氣體例如He氣體經由氣體供給管74而供給至靜電吸盤14c之上表面與被處理體W之背面之間，且根據該靜電吸盤14c之上表面溫度而控制被處理體W之溫度。
於如此構成之電漿處理裝置1中，經由導管36及噴射器41而將氣體自介電窗20之貫通孔20h沿軸線X供給至處理空間S內。又，自天線18經由介電窗20而向處理空間S及/或貫通孔20h內導入載波群。藉此，於處理空間S及/或貫通孔20h產生電漿。再者，天線18及介電窗20係使用載波群而於處理容器12內產生電漿之電漿產生部之一例。
控制部100連接於構成電漿處理裝置1之各部，且總括控制各部。控制部100具備包含CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)之控制器101、使用者介面102、及記憶部103。
控制器101藉由執行記憶於記憶部103中之程式及處理配方而總括控制載波群產生部16、平台14、氣體供給系統38、及排氣裝置56等各部。
使用者介面102具有工程管理者為管理電漿處理裝置1而進行指令之輸入操作等之鍵盤或觸控面板、及使電漿處理裝置1之運轉狀況等可視化顯示之顯示器等。
於記憶部103保存有用以藉由控制器101之控制而實現由電漿處理裝置1執行之各種處理之控制程式(軟體)、及記錄有處理條件資料等之用以執行製程之製程配方等。控制器101自記憶部103調出來自使用者介面102之指示等，視需要還調出各種控制程式而使控制器101執行，藉此於控制器101之控制下，於電漿處理裝置1執行所需之處理。又，控制程式或處理條件資料等配方亦能夠使用儲存於能夠以電腦讀取之電腦記錄媒體(例如硬碟、CD(Compact Disk，緊密光碟)、軟碟、半導體記憶體等)等中之狀態者，或自其他裝置經由例如專用線路而隨時傳輸且於線上使用。
其次，對使用有一實施形態之電漿處理裝置1之電漿處理方法進行說明。圖7係一實施形態之電漿處理方法之流程圖。
如圖7所示，電漿處理裝置1之載波群產生部16係產生包含複數個載波之載波群(步驟S101)，該等載波分別具有屬於以特定之中心頻率為中心之特定之頻帶且互不相同之頻率。再者，藉由載波群產生部16而產生之載波群之中心頻率及頻帶之初始值係由控制部100控制。
天線18及介電窗20使用載波群於處理容器12內產生電漿(步驟S102)。
控制部100自檢測器25接收載波群之反射波之頻譜之輸入。繼而，控制部100控制載波群產生部16，以使與頻譜之極小值對應之反射波之頻率即極小反射頻率存在於特定之頻帶內的方式決定特定之頻帶之寬度(步驟S103)。
控制部100於繼續處理之情形(步驟S104否定)時，將處理返回至步驟S101，於結束處理之情形(步驟S104肯定)時，結束處理。
其次，對一實施形態之電漿處理裝置1之效果(電漿密度)進行說明。圖8係表示使用載波群或具有單一頻率之微波產生電漿之情形時的電漿密度之推移之圖。於圖8中，橫軸表示時間[sec]，縱軸表示作為電漿密度之一例之離子密度[ions/cm3
]。
又，於圖8中，曲線521係表示使用具有單一頻率之微波產生電漿之情形時的電漿密度之推移之曲線。曲線522係表示於一實施形態之電漿處理裝置1中使用特定之頻帶之寬度為10 MHz的載波群產生電漿之情形時之電漿密度的推移之曲線。曲線523係表示於一實施形態之電漿處理裝置1中，使用特定之頻帶之寬度為20 MHz的載波群產生電漿之情形時之電漿密度之推移之曲線。曲線524係表示於一實施形態之電漿處理裝置1中使用特定之頻帶之寬度為40 MHz的載波群產生電漿之情形時之電漿密度之推移之曲線。再者，於圖8之例中，使用處理氣體及流量：Ar=100 mTorr、及載波群之行進波之功率或微波之行進波之功率：1.4 kW作為實驗條件。
如圖8所示，與使用具有單一頻率之微波產生電漿之情形相比較，使用載波群產生電漿之情形時，可抑制離子密度(即，電漿密度)之不均。
其次，對一實施形態之電漿處理裝置1之效果(波模跳變)進行說明。圖9係表示使用具有單一頻率之微波產生電漿之情形時的電漿密度、與微波之行進波之功率之關係之圖。圖10係表示使用載波群產生電漿之情形時的電漿密度、與載波群之行進波之功率之關係之圖。於圖9及圖10中，縱軸表示作為電漿密度之一例之離子密度[ions/cm3
]。又，於圖9中，橫軸表示微波之行進波之功率[W]。又，於圖10中，橫軸表示載波群之行進波之功率[W]。
又，於圖9及圖10中，「X=0 mm」表示與被處理體W之中心位置「0」對應之離子密度。又，「X=150 mm」表示與自被處理體W之中心位置「0」沿被處理體W之徑向離開「150(mm)」之位置對應的離子密度。又，「X=210 mm」表示與自被處理體W之中心位置「0」沿被處理體W之徑向離開「210(mm)」之位置對應的離子密度。
如圖9所示，於使用具有單一頻率之微波產生電漿之情形時，於3個微波之行進波之功率測量出離子密度(即，電漿密度)瞬間不連續之現象即波模跳變。
相對於此，如圖10所示，於使用載波群產生電漿之情形時，於1個微波之行進波之功率測量出離子密度(即，電漿密度)瞬間不連續之現象即波模跳變。亦即，與使用具有單一頻率之微波產生電漿之情形相比較，於使用載波群產生電漿之情形時可抑制波模跳變之產生。
其次，對一實施形態之電漿處理裝置1之效果(電漿之穩定性)進行說明。以下，參照圖11A～圖11C，對表示載波群所包含之複數個載波之頻率之間隔(以下稱為「載波間距」)、與電漿之穩定性之關係之一例的實驗結果進行說明。圖11A係表示載波間距、與載波群所包含之複數個載波之個數之關係之一例的圖。於圖11A中，載波群之電力，即，載波群所包含之複數個載波之電力之總和設為固定。又，於圖11A中，載波群設為存在於以2450 MHz為中心頻率之40 MHz之頻帶內。
如圖11A所示，載波間距越小，則載波群所包含之複數個載波之個數越多。例如於載波間距為400 kHz、100 kHz、40 kHz、10 kHz之情形時，載波群所包含之複數個載波之個數分別為100個、400個、1000個、4000個。
圖11B係用以說明與載波間距之變化對應之被電漿吸收之載波群之功率之變化的圖。於圖11B中，橫軸為頻率[GHz]，縱軸為功率[dBm]。又，於圖11B中，曲線515表示載波群之行進波之頻譜。又，曲線516表示載波間距為400 kHz之情形時的載波群之反射波之頻譜。又，曲線517表示載波間距為100 kHz之情形時的載波群之反射波之頻譜。又，曲線518表示載波間距為40 kHz之情形時的載波群之反射波之頻譜。又，曲線519表示載波間距為10 kHz之情形時的載波群之反射波之頻譜。又，於圖11B中，使用處理氣體及流量：Cl2/Ar=100/300 sccm、壓力：140 mTorr、中心頻率：2.450 GHz、頻帶：40 MHz、及載波群之行進波之投入功率：1.5 kW作為實驗條件。
如圖11B所示，可知於載波間距為100 kHz以下之情形時，隔於曲線515與曲線517、曲線518或曲線519之間之區域之面積、即被電漿吸收之載波群之功率維持於大致固定。
圖11C係表示載波間距、與電漿之發光強度之關係之一例之實驗結果。圖11C係為評估電漿之穩定性而檢查電漿之發光強度相對於時間之變化之結果。於圖11C中，橫軸為時間[sec]，縱軸為電漿之發光強度[abu.]。於圖11C中，曲線531表示使用載波間距為400 kHz之載波群產生之電漿之發光強度之變化。曲線532表示使用載波間距為100 kHz之載波群產生之電漿之發光強度之變化。曲線533表示使用載波間距為40 kHz之載波群產生之電漿之發光強度之變化。曲線534表示使用載波間距為10 kHz之載波群產生之電漿之發光強度之變化。
根據圖11C之實驗結果而明確，載波間距越小，則越可抑制電漿之發光強度相對於時間之變化。即，可知藉由減小載波間距而可使電漿之穩定性提高。
如以上般，根據一實施形態之電漿處理裝置1，產生包含複數個載波之載波群，且使用載波群而產生電漿，故可避免重複電漿密度之增加與降低。其結果可抑制電漿密度之不均及波模跳變之產生。
又，根據一實施形態之電漿處理裝置1，以使極小反射頻率存在於載波群之特定之頻帶內之方式決定特定之頻帶之寬度。其結果可使極小反射頻率、與載波群所包含之複數個載波中之任一載波之頻率一致之可能性提高，故可進一步抑制電漿密度之不均及波模跳變之產生。
(變形例1)
其次，對變形例1進行說明。變形例1之電漿處理裝置除於執行電漿處理之前產生與載波群不同之其他載波群之點以外，具有與上述一實施形態之電漿處理裝置1相同之構成。因此，於變形例1中，對與上述一實施形態共通之構成要素使用同一參照符號，並且省略其詳細之說明。
於變形例1之電漿處理裝置中，載波群產生部16於藉由使用載波群所產生之電漿對被處理體執行電漿處理之前產生其他載波群。其他載波群與用於電漿處理之載波群(以下稱為「電漿處理用載波群」)同樣地包含複數個載波，該等載波分別具有屬於以特定之中心頻率為中心之特定之頻帶且互不相同之頻率。其他載波群所包含之各載波之振幅隨時間之經過而變動，該振幅之極大值較電漿處理用載波群所包含之各載波之振幅大。
天線18及介電窗20使用其他載波群於處理容器12內產生電漿。其他載波群被用於電漿之點火。
此處，對藉由載波群產生部16而產生之其他載波群之波形進行說明。圖12係表示其他載波群之波形之一例之圖。圖12表示藉由時間軸、頻率軸及振幅軸構成之三維座標空間之其他載波群之波形。
如圖12所示，其他載波群包含複數個載波(載波f1～f9)，該等載波分別具有屬於以特定之中心頻率(例如2.45 GHz)為中心之特定之頻帶(例如40 MHz)、且互不相同之頻率。其他載波群所包含之各載波之振幅隨時間之經過而變動，該振幅之極大值較電漿處理用載波群所包含之各載波之振幅大。於圖12之例中，載波f1～f9之振幅於包含於點火步驟之處理時間之不同的時刻成為極大值。而且，載波f1～f9之振幅之極大值較電漿處理用載波群所包含之各載波之振幅大。
根據變形例1之電漿處理裝置，於執行電漿處理之前產生包含複數個載波之其他載波群，且使用其他載波群而產生電漿，故可穩定地執行電漿之點火。
(變形例2)
其次，對變形例2進行說明。變形例2之電漿處理裝置除於執行電漿處理之前產生載波群所包含之複數個載波中之至少1個載波之點以外，具有與上述一實施形態之電漿處理裝置1相同之構成。因此，於變形例2中，對與上述一實施形態共通之構成要素使用同一參照符號，並且省略其詳細之說明。
於變形例2之電漿處理裝置中，載波群產生部16於藉由使用載波群產生之電漿而對被處理體執行電漿處理之前，產生載波群所包含之複數個載波中之至少1個載波。
天線18及介電窗20使用所產生之至少1個載波於處理容器12內產生電漿。至少1個載波被用於電漿之點火。
此處，對藉由載波群產生部16產生之至少1個載波之波形進行說明。圖13係表示至少1個載波之波形之一例之圖。圖13表示藉由時間軸、頻率軸及振幅軸所構成之三維座標空間之其他載波群之波形。
如圖13所示，至少1個載波f5之振幅較執行電漿處理之情形時之載波f5之振幅大。
根據變形例2之電漿處理裝置，於執行電漿處理之前，產生載波群中包含之複數個載波中之至少1個載波，且使用至少1個載波而產生電漿，故可穩定地執行電漿之點火。
再者，本發明以微波為例進行了說明，但於13.56 MHz之高頻電漿及100 MHz頻帶之VHF(Very high frequency，特高頻率)電漿亦可取得相同之效果，並不限定於微波。
1:電漿處理裝置
12:處理容器
12a:側壁
12b:底部
12h:排氣孔
14:平台
14a:台
14b:聚焦環
14c:靜電吸盤
14d:聚焦環
14e:絕緣膜
14f:絕緣膜
14g:冷媒室
16:載波群產生部
18:天線
19:O形環
20:介電窗
20a:對向面
20b:面
20h:貫通孔
21:放大器
22:波導管
23:虛設負載
23a:循環器
24:檢測器(行進波)
24a:定向耦合器
25:檢測器(反射波)
25a:定向耦合器
26:調諧器
26a:可動板
26b:可動板
27:模式轉換器
28:同軸波導管
28a:外側導體
28b:內側導體
30:槽孔板
30a:槽孔
30d:貫通孔
32:介電板
34:冷卻套管
34a:流路
36:導管
38:氣體供給系統
38a:氣體源
38b:閥
38c:流量控制器
41:噴射器
48:筒狀支持部
50:筒狀支持部
51:排氣路
52:擋板
54:排氣管而
56:排氣裝置
58:高頻電源
60:匹配單元
62:饋電棒
64:直流電源
66:開關
68:被覆線
70:配管
72:配管
74:氣體供給管
100:控制部
101:控制器
102:使用者介面
103:記憶部
501:曲線
502:曲線群
502a:曲線
511:曲線
512:曲線
515:曲線
516:曲線
517:曲線
518:曲線
519:曲線
522:曲線
523:曲線
524:曲線
531:曲線
532:曲線
533:曲線
534:曲線
A1:面積
A2:面積
f1':微波
f1:載波
f2:載波
f3:載波
S:處理空間
S101~S104:步驟
W:被處理體
X:軸線
圖1係表示一實施形態之電漿處理裝置之概略之圖。
圖2係用以說明載波群之產生方法之一例之圖。
圖3A係表示載波群之波形之一例之圖。
圖3B係表示載波群之波形之一例之圖。
圖3C係表示載波群之波形之一例之圖。
圖3D係表示載波群之波形之一例之圖。
圖4係用以說明抑制由載波群引起之電漿密度之不均之圖。
圖5係用以說明使用具有單一頻率之微波之情形時之問題點之圖。
圖6係用以說明一實施形態之抑制由載波群引起之電漿密度之不均之機制之圖。
圖7係一實施形態之電漿處理方法之流程圖。
圖8係表示使用載波群或具有單一頻率之微波產生電漿之情形時的電漿密度之推移之圖。
圖9係表示使用具有單一頻率之微波產生電漿之情形時的電漿密度與微波之行進波之功率之關係之圖。
圖10係表示使用載波群產生電漿之情形時的電漿密度與載波群之行進波之功率之關係之圖。
圖11A係表示載波間距、與載波群所包含之複數個載波之個數之關係之一例之圖。
圖11B係用以說明對應於載波間距之變化的被電漿吸收之載波群之功率之變化之圖。
圖11C係表示載波間距與電漿之發光強度之關係之一例的實驗結果。
圖12係表示其他載波群之波形之一例之圖。
圖13係表示至少1個載波之波形之一例之圖。
1:電漿處理裝置
12:處理容器
12a:側壁
12b:底部
12h:排氣孔
14:平台
14a:台
14b:聚焦環
14c:靜電吸盤
14d:聚焦環
14e:絕緣膜
14f:絕緣膜
14g:冷媒室
16:載波群產生部
18:天線
19:O形環
20:介電窗
20a:對向面
20b:面
20h:貫通孔
21:放大器
22:波導管
23:虛設負載
23a:循環器
24:檢測器(行進波)
24a:定向耦合器
25:檢測器(反射波)
25a:定向耦合器
26:調諧器
26a:可動板
26b:可動板
27:模式轉換器
28:同軸波導管
28a:外側導體
28b:內側導體
30:槽孔板
30a:槽孔
30d:貫通孔
32:介電板
34:冷卻套管
34a:流路
36:導管
38:氣體供給系統
38a:氣體源
38b:閥
38c:流量控制器
41:噴射器
48:筒狀支持部
50:筒狀支持部
51:排氣路
52:擋板
54:排氣管而
56:排氣裝置
58:高頻電源
60:匹配單元
62:饋電棒
64:直流電源
66:開關
68:被覆線
70:配管
72:配管
74:氣體供給管
100:控制部
101:控制器
102:使用者介面
103:記憶部
S:處理空間
W:被處理體
X:軸線
Claims (12)
- 一種電漿處理裝置，其特徵在於具備：處理容器；載波群產生部，其產生包含複數個載波之載波群，該等載波分別具有屬於以特定之中心頻率為中心之特定之頻帶且互不相同之頻率；及電漿產生部，其使用上述載波群於上述處理容器內產生電漿；且上述載波群中所包含之上述複數個載波之個數係400個以上。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中各上述載波之頻率係以固定之間隔存在複數個。
- 如請求項1或2之電漿處理裝置，其中上述載波群係藉由使用將波形資料量化且進行傅立葉逆變換而得之I資料及Q資料，對相位彼此相差90°之載波進行調變而產生。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中上述載波之頻率與時間之經過無關而為固定。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中上述複數個載波之振幅相同。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中各上述載波之振幅與時間之經過無 關而為固定。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中上述複數個載波中、於上述特定之頻帶中頻率相鄰之至少2個載波之相位不同。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中上述複數個載波中、於上述特定之頻帶中頻率相鄰之至少2個載波之相位相差90°。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其進而具備：檢測部，其檢測上述載波群之反射波之頻譜；及控制部，其控制上述載波群產生部，以使與上述頻譜之極小值對應之上述反射波之頻率即極小反射頻率存在於上述特定之頻帶內的方式決定上述特定之頻帶之寬度。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中上述載波群產生部係於藉由上述電漿對被處理體執行電漿處理之前，產生包含複數個載波之其他載波群，該等其他載波群分別具有屬於以上述特定之中心頻率為中心之上述特定之頻帶且互不相同之頻率；上述電漿產生部係使用上述其他載波群於上述處理容器內產生電漿，上述其他載波群所包含之各上述載波之振幅隨時間之經過而變動，該振幅之極大值大於上述載波群所包含之各上述載波之振幅。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中上述載波群產生部係於藉由上述電漿對被處理體執行電漿處理之前，產生上述載波群所包含之上述複數個載波中之至少1個載波，上述電漿產生部係使用上述至少1個載波於上述處理容器內產生電漿，上述至少1個載波之振幅大於執行上述電漿處理之情形時的上述至少1個載波之振幅。
- 一種電漿處理方法，其特徵在於：產生包含複數個載波之載波群，該等載波分別具有屬於以特定之中心頻率為中心之特定之頻帶、且互不相同之頻率；使用上述載波群於處理容器內產生電漿；上述載波群中所包含之上述複數個載波之個數係400個以上。
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