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TW201344739A - 電漿處理裝置 - Google Patents

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TW201344739A
TW201344739A TW102100648A TW102100648A TW201344739A TW 201344739 A TW201344739 A TW 201344739A TW 102100648 A TW102100648 A TW 102100648A TW 102100648 A TW102100648 A TW 102100648A TW 201344739 A TW201344739 A TW 201344739A
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harmonic
plasma
capacitor
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TW102100648A
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Inventor
Manabu Iwata
Naoyuki Umehara
Hiroki Endo
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Abstract

本發明關於一種電漿處理裝置，可提高RF偏壓功能的控制性，且確實地防止對向電極與接地電位間之高頻傳送路徑上發生不期望的共振，從而提高電漿製程的可靠度。該電容耦合型電漿處理裝置係從第1、第2及第3高頻電源對晶座(下部電極)重疊施加3種高頻。該三頻重疊施加方式中，係將與電漿製程有關係或影響電漿製程之主要頻率全部列入考慮，藉由針對上部電極周圍之高頻傳送路徑上的頻率-阻抗特性實施對策，來防止該高頻傳送路徑上發生串聯共振。

Description

電漿處理裝置
本發明關於一種對被處理基板施予電漿處理之技術，特別是電容耦合型的電漿處理裝置。
半導體元件或FPD(Flat Panel Display)的製造過程中之蝕刻、沉積、氧化、濺鍍等處理中，為了使處理氣體以較低溫進行良好反應，大多會利用電漿。這類電漿製程中，為了在真空的處理容器內使處理氣體放電或電離，會使用高頻(RF)或微波。
電容耦合型的電漿處理裝置中，係於處理容器內平行地配置上部電極與下部電極，將被處理基板(半導體晶圓、玻璃基板等)載置於下部電極上，而對上部電極或下部電極施加適於電漿生成之頻率(通常13.56MHz以上)的高頻。藉由此高頻的施加，而藉由在相對向之電極間所生成的高頻電場來將電子加速，藉由電子與處理氣體的衝撞電離產生電漿。然後，藉由此電漿所包含之自由基或離子的氣相反應或表面反應，而在基板上沉積薄膜，或是削除基板表面的材料或薄膜。
如此地，在電漿製程中，入射至基板之自由基與離子具有重要的功用。特別是，離子係藉由入射至基板時的衝撃來達成物理性作用這一點很重要。
自以往，電漿製程中，大多採用RF偏壓法，其係對載置有基板之下部電極施加較低頻率(通常13.56MHz以 下)的高頻，而藉由產生於下部電極上之負的偏壓或鞘層電壓，來加速電漿中的離子並吸引至基板。如此地，藉由從電漿加速離子並使其衝撞至基板表面，可促進表面反應、異向性蝕刻、或是膜的改質等。
專利文獻1：日本特開平7-302786
具備上述般RF偏壓的功能之傳統電容耦合型電漿處理裝置，係將對下部電極所施加之離子吸引用高頻限定為1種(單一頻率)，而將該高頻的功率、下部電極上的自偏壓或鞘層電壓作為控制參數。
然而，本案發明人在電漿製程的技術開發中，針對RF偏壓的作用再三研究後，發現使用單一高頻於離子吸引用之傳統方式，在追求複合製程特性之最先端的電漿製程中，會難以控制離子能量分佈。
更詳細地說明，針對使用單一高頻於離子吸引用時入射至基板的離子能量分佈(IED：Ion Energy Distribution)進行分析後，如圖15A~圖15C及圖16A~圖16C所示，在定型且連續的能量帶域中，所有入射離子的能量會收斂，且有很多離子集中在最大能量附近及最小能量附近(出現尖峰)。因此，若不僅是離子能量的平均值，而亦使集中有很多離子之最大能量及最小能量可自由地變化，雖可預測電漿製程中所要求之RF偏壓功能的控制性會提升，但使用單一高頻的情況，則無法使上述般集中有很多離子之最大能量及最小能量自由地變化。
依據傳統方式，使用較低頻率(例如0.8MHz)的高頻於離子吸引用之情況，若使該RF功率為可變，則離子能量分佈特性會如圖15A(低功率)、圖15B(中功率)、圖15C(高功率)所示般地變化。亦即，最小能量會固定在約0eV，而最大能量則會與RF功率成比例而變化為1000eV(圖15A)、2000eV(圖15B)、3000eV(圖15C)。
但若使用較高頻率(例如13MHz)的高頻於離子吸引 用之情況，若使該RF功率為可變，則離子能量分佈特性會如圖16A(低功率)、圖16B(中功率)、圖16C(高功率)所示般地變化。亦即，最大能量會與RF功率成比例而變化為650eV、1300eV、1950eV，另一方面，最小能量則會與RF功率成比例而變化為350eV、700eV、1050eV。
圖15A~圖15C及圖16A~圖16C的離子能量分佈特性雖為Ar+離子的特性，但其他離子亦可見到同樣的特性(圖案)。
如此地，縱使傳統方式可使離子能量分佈的最大能量或平均能量任意地變化，仍無法從最大能量獨立地任意改變最小能量。於是，便無法實現例如圖16C的假想線(一點鏈線)K所示般之離子能量分佈特性。因而，在例如HARC(High Aspect Ratio Contact)的電漿蝕刻中，無法巧妙地避免蝕刻速度及選擇比與蝕刻形狀之間的抵觸關係(trend-off)便成為問題。
本發明為了解決上述般習知技術的問題點，係提供一種可提高RF偏壓功能的控制性，且確實地防止對向電極與接地電位間之高頻傳送路徑上發生不期望的共振，來提高電漿製程的可靠度之電漿處理裝置。
本發明之電漿處理裝置係在可置入/取出般地收納被處理基板之可真空排氣的處理容器內所對向設置之第1及第2電極之間的處理空間，藉由處理氣體的高頻放電來生成電漿，並在該電漿下對保持於該第1電極上之該基板施予所欲處理；其具有：第1高頻供電部，係對該第1電極施加具有第1頻率f1之第1高頻；第2高頻供電部，係對該第1電極施加具有第2頻率f2之第2高頻；第3高頻供電部，係對該第1電極施加具有第3頻率f3之第3高頻；以及濾波電路，係連接於該第2電極與接地電位的 組件之間；f1為100kHz~6MHz，f2為6MHz~40MHz，f3為40MHz~300MHz，而成立2f1<f2且2f2<f3的關係；當3f2<f3的情況，若使(f1+f2)為A，2f2與(f3-f2)當中較低者為B，則觀看從該處理空間與該第2電極的交界面經由該第2電極至接地電位為止的高頻傳送路徑時之頻率-阻抗特性中，係以f1<f≦A及B≦f<f3的頻率範圍中皆未存在有任何共振頻率，A<f<B的頻率範圍中，則是以fs<fp的關係而存在有1個串聯共振頻率fs與1個並聯共振頻率fp之方式，來構成該濾波電路；當f3<3f2的情況，若使(f3-f2)與(f1+f2)當中較高者為A，2f2與(f3-f1)當中較低者為B，則觀看從該處理空間與該第2電極的交界面經由該第2電極至接地電位為止的高頻傳送路徑時之頻率-阻抗特性中，係以f1<f≦A及B≦f<3f2(或f3)的頻率範圍中皆未存在有任何共振頻率，A<f<B的頻率範圍中，則是以fs<fp的關係而存在有1個串聯共振頻率fs與1個並聯共振頻率fp之方式，來構成該濾波電路。
上述結構中，可藉由對載置有被處理基板之第1電極重疊施加分別具有適於離子吸引的第1及第2頻率之第1及第2高頻，而在從電漿入射至基板之離子的能量分佈中，獨立地控制最小能量及最大能量，再者，亦可使離子能量分佈特性的形狀為凹型或扁平型，可相對於各式各樣的製程特性或複合的製程特性來使離子能量分佈特性最佳化，進而使製程特性最佳化。
另一方面，由於電漿係大致為非線形負荷，因此電容耦合型電漿處理裝置的腔室內，便會無法避免地產生具有各基本波的整數倍頻率之高諧波，或基本波彼此，或是具有基本波與高諧波的總和或差值之頻率之IMD(混變調歪)。該等高諧波或IMD的功率愈大，則會損耗基本波的功率，再者，若以大電流流經濾波電路，則亦會有燒傷電路元件之情況。電容耦合型電漿處理裝置中，上述不期望 的現象當從腔室內的電漿經由對向電極(第2電極)至接地電位為止的高頻傳送路徑上，相對於任一高諧波或IMD發生串聯共振時，會顯著地顯現。當然，即便是在該高頻傳送路徑上相對於任一基本波發生串聯共振時，亦會有燒傷濾波電路內的阻抗元件之虞，而為所不期望的。
本發明之電漿處理裝置係透過濾波電路而在第2電極周圍的高頻傳送路徑上構築上述般的頻率-阻抗特性，藉此，則縱使將製程條件設定為如何，仍可使第2電極周圍的高頻傳送路徑上發生串聯共振之可能性為零。於是，便不會有基本波的功率轉換為高諧波或IMD轉換而導致損失之情況，且亦不會有濾波電路內的電路元件因大電流而燒傷之情況。
依據本發明之電漿處理方法或電漿處理裝置，藉由上述般的結構及作用，可提高RF偏壓功能的控制性，且確實地防止對向電極與接地電位間之高頻傳送路徑上發生不期望的共振，從而提高電漿製程的可靠度。
10‧‧‧腔室
16‧‧‧晶座(下部電極)
35、36、38‧‧‧高頻電源
40、42、43‧‧‧匹配器
48‧‧‧上部電極(噴淋頭)
54‧‧‧環狀絕緣體
60‧‧‧處理氣體供應源
86‧‧‧濾波電路
88‧‧‧控制部
94、96‧‧‧線圈
100、102‧‧‧電容器
圖1係顯示本發明一實施型態之電漿處理裝置的結構之剖視圖。
圖2係顯示實施型態之雙頻RF偏壓法中之鞘層電壓及離子應答電壓的波形之圖式。
圖3係顯示實施型態中所使用之轉換函數之圖式。
圖4係顯示單頻RF偏壓法中之離子能量分佈及離子應答電壓之圖式。
圖5係顯示雙頻RF偏壓法中之離子能量分佈及離子應答電壓之圖式。
圖6A係顯示實施型態中，可在固定離子能量分佈的最大能量之情況下，使最小能量在一定範圍內任意調節之功能之圖式。
圖6B係顯示可在固定離子能量分佈的最大能量之情況下，使最小能量在一定範圍內任意調節之功能之圖式。
圖6C係顯示可在固定離子能量分佈的最大能量之情況下，使最小能量在一定範圍內任意調節之功能之圖式。
圖7A係顯示實施型態中，可在固定離子能量分佈的最小能量之情況下，使最大能量在一定範圍內任意調節之功能之圖式。
圖7B係顯示可在固定離子能量分佈的最小能量之情況下，使最大能量在一定範圍內任意調節之功能之圖式。
圖7C係顯示可在固定離子能量分佈的最小能量之情況下，使最大能量在一定範圍內任意調節之功能之圖式。
圖8A係顯示實施型態中，可在固定能量中心值之情況下，使能量帶域的寬度在一定範圍內任意改變之功能之圖式。
圖8B係顯示可在固定能量平均值(中心值)之情況下，使能量帶域的寬度在一定範圍內任意改變之功能之圖式。
圖8C係顯示可在固定能量平均值之情況下，使能量帶域的寬度在一定範圍內任意改變之功能之圖式。
圖8D係顯示可在固定能量平均值之情況下，使能量帶域的寬度在一定範圍內任意改變之功能之圖式。
圖8E係顯示可在固定能量平均值之情況下，使能量帶域的寬度在一定範圍內任意改變之功能之圖式。
圖9係用以說明實施型態之雙頻偏壓法中之頻率的組合方法之圖式。
圖10係顯示一實施例中，與電漿製程有關係或影響電漿製程之主要頻率的分佈之圖式。
圖11係顯示實施型態中之濾波電路單體的電路結構之電路圖。
圖12係顯示上部電極周圍之高頻傳送路徑的電路結 構之電路圖。
圖13係顯示上述高頻傳送路徑的頻率-阻抗特性之圖式。
圖14係顯示其他實施例中，與製程有關係或影響製程之主要頻率的分佈之圖式。
圖15A係顯示使用較低頻率之傳統單頻偏壓法中，降低RF功率時所獲得之離子能量分佈之圖式。
圖15B係顯示使用較低頻率之傳統單頻偏壓法中，將RF功率選擇為中位值時所獲得之離子能量分佈之圖式。
圖15C係顯示使用較低頻率之傳統單頻偏壓法中，提高RF功率時所獲得之離子能量分佈之圖式。
圖16A係顯示使用較高頻率之傳統單頻偏壓法中，降低RF功率時所獲得之離子能量分佈之圖式。
圖16B係顯示使用較高頻率之傳統單頻偏壓法中，將RF功率選擇為中位值時所獲得之離子能量分佈之圖式。
圖16C係顯示使用較高頻率之傳統單頻偏壓法中，提高RF功率時所獲得之離子能量分佈之圖式。
以下，參閱圖1~圖14說明本發明之較佳實施型態。
[裝置整體的結構]
圖1係顯示本發明一實施型態之電漿處理裝置的結構。此電漿處理裝置係構成為下部三頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置，其具有例如表面經耐酸鋁處理(陽極氧化處理)之鋁所構成的圓筒形真空腔室(處理容器)10。腔室10為接地狀態。
腔室10的底部係介隔著陶瓷等之絕緣板12而配置有圓柱狀的晶座支撐台14，此晶座支撐台14上設置有例如 鋁所構成的晶座16。晶座16係構成下部電極，於其上載置有作為被處理基板之例如半導體晶圓W。
晶座16的上面設置有以靜電吸附力保持半導體晶圓W之靜電夾具18。此靜電夾具18係將導電膜所構成的電極20挾置在一對絕緣層或絕緣片之間，電極20係透過開關24而電連接有直流電源22。藉由來自直流電源22的直流電壓，便可以靜電力來將半導體晶圓W吸附保持於靜電夾具18。靜電夾具18的周圍且為晶座16的上面係配置有用以提高蝕刻的面內均勻性之例如矽所構成的聚焦環26。晶座16及晶座支撐台14的側面貼附有例如石英所構成的圓筒狀內壁組件28。
晶座支撐台14的內部係設置有延伸於例如圓周方向之冷媒室或冷媒通道30。此冷媒通道30係從外部裝設的冷卻單元(圖中未顯示)經由配管32a、32b而循環供應有特定溫度的冷媒(例如冷卻水cw)。藉由冷媒cw的溫度，便可控制晶座16上之半導體晶圓W的處理溫度。再者，來自傳熱氣體供應機構(圖中未顯示)的傳熱氣體(例如He氣體)係經由氣體供應管34而被供應至靜電夾具18的上面與半導體晶圓W的內面之間。
晶座16係分別透過匹配器40、42、43及下部供電導體44、45、46而電連接有第1、第2及第3高頻電源35、36、38。下部供電導體44、45、46亦可為共通的導體(例如供電棒)。
第1高頻電源35係構成為以可變功率輸出第1高頻RF1，其具有適於將電漿的離子吸引至晶座16上的半導體晶圓W之較低頻率f1(100kHz~6MHz)。第2高頻電源36係構成為以可變功率輸出第2高頻RF2，其具有適於將電漿的離子吸引至晶座16上的半導體晶圓W之較高頻率f2(6MHz~40MHz)。第3高頻電源38係構成為以可變功率輸出第3高頻RF3，其具有適於藉由處理氣體的電容耦合 來產生高頻放電(即電漿生成)之頻率f3(40MHz~300MHz)。此外，同時施加第1高頻RF1與第2高頻RF2之情況，會以f1<f2的關係而重疊有RF1、RF2，同時施加第2高頻RF2與第3高頻RF3之情況，則是以f2<f3的關係而重疊有RF2、RF3。
晶座16的上方設置有平行地對向於該晶座之上部電極48。該上部電極48係由具有多個氣體噴出孔50a之例如Si、SiC等半導體材料構成的電極板50，以及可拆卸地支撐該電極板50之導電材料(例如表面經耐酸鋁處理之鋁)構成的電極支撐體52所構成，透過環狀絕緣體54而被安裝在腔室10的上部。該上部電極48與晶座16之間設定有電漿生成空間或處理空間PS。環狀絕緣體54係由例如氧化鋁(Al2O3)所構成，氣密地阻塞上部電極48的外周面與腔室10的側壁之間的間隙，而以非接地狀態來物理性地支撐上部電極48。電性地將環狀絕緣體54挾置其中，而在上部電極48與腔室10之間形成有固定值的靜電容量(以下稱作「電極浮游電容」。)EC。
電極支撐體52於其內部具有氣體暫存室56，且於其下面具有從氣體暫存室56連通於電極板50的氣體噴出孔50a之多個氣體通氣孔52a。氣體暫存室56係透過氣體供應管58而連接有處理氣體供應源60，氣體供應管58係設置有質流控制器(MFC)62及開閉閥64。從處理氣體供應源60將特定處理氣體導入至氣體暫存室56後，便會從電極板50的氣體噴出孔50a朝向晶座16上的半導體晶圓W而對處理空間PS噴淋狀地噴出處理氣體。如此地，上部電極48係兼作為用以對處理空間PS供應處理氣體之噴淋頭。
形成於晶座16及晶座支撐台14與腔室10的側壁之間之環狀空間係成為排氣空間，該排氣空間的底部設置有腔室10的排氣口72。該排氣口72係透過排氣管74而連 接有排氣裝置76。排氣裝置76具有渦輪分子幫浦等之真空幫浦，可將腔室10的室內，尤其是處理空間PS減壓至所欲真空度。又，腔室10的側壁係安裝有用以開閉半導體晶圓W的搬出入口78之閘閥80。
設置於腔室10外之直流電源單元82的輸出端子係透過開關84及濾波電路86而電連接於上部電極48。直流電源單元82係由例如可控制之直流電源所構成，而構成為可輸出-2000~+1000V的直流電壓VDC。或是作為其他型態，直流電源單元82係具有輸出相異直流電壓之複數直流電源，亦可選擇性地輸出該等複數直流電壓中的1個。直流電源單元82之輸出(電壓、電流)的極性及絕對值以及開關84的開．關切換係在後述控制部88的指示下，藉由直流電源控制器83而受到控制。
濾波電路86係構成為對上部電極48施加來自直流電源單元82的直流電壓VDC，另一方面，使從晶座12通過處理空間PS及上部電極48進入的高頻電流流往接地線，而不會流往直流電源單元82側。此實施型態中，濾波電路86的結構及電路常數特別重要，將詳細說明於後。
在腔室10內，面向處理空間PS之適當部位處係安裝有例如Si、SiC等導電性材料所構成的DC接地部品(圖中未顯示)。該DC接地部品係透過接地線(圖中未顯示)而經常地為接地狀態。
控制部88係包含有微電腦，可個別及統括地控制該電漿蝕刻裝置內之各部，例如靜電夾具用開關24，第1、第2及第3高頻電源35、36、38，匹配器40、42、43，處理氣體供應部(60、62、64)，排氣裝置76，DC偏壓用的直流電源單元82及開關84，冷卻單元，傳熱氣體供應部等的動作。又，控制部88亦連接有人機介面(man machine interface)用的觸控面板(圖中未顯示)以及儲存有各種程式或設定值等資訊之記憶裝置(圖中未顯示)等。此 實施型態中，雖係將控制部88顯示為1個控制單元，但亦可採用複數控制單元並列或階層地分擔控制部88的功能之型態。
該電漿蝕刻裝置中，進行蝕刻加工時，首先，使閘閥80為開啟狀態，來將加工對象的半導體晶圓W搬入至腔室10內並載置於靜電夾具18上。然後，從處理氣體供應源60以特定的流量及流量比將特定的處理氣體(即蝕刻氣體，一般來說為混合氣體)導入至腔室10內，再藉由排氣裝置76進行真空排氣來使腔室10內的壓力成為設定值。 再者，從第3高頻電源38以特定功率對上部電極48施加電漿生成用的第3高頻RF3(40MHz~300MHz)。另一方面，從第1及第2高頻電源35、36分別以特定功率對晶座(下部電極)16施加離子吸引用的第1高頻RF1(100kHz~6MHz)及第2高頻RF2(6MHz~40MHz)。又，打開開關24，而藉由靜電吸附力，來將傳熱氣體(He氣體)封入靜電夾具18與半導體晶圓W之間的接觸界面。又，依需要，打開開關84，而對上部電極48施加來自直流電源單元82的特定直流電壓VDC。從噴淋頭(上部電極)48噴出的蝕刻氣體會在兩電極16、48間因高頻放電而電漿化，藉由該電漿所包含之自由基或離子來蝕刻半導體晶圓W之主面的膜。
此實施型態的電漿蝕刻裝置係具有為了控制製程中從電漿入射至半導體晶圓W的離子能量，而從2個高頻電源35、36對晶座12重疊施加適於離子吸引的2種高頻RF1(100kHz~6MHz)、RF2(6MHz~40MHz)之硬體結構(32~46)，控制部88會對應於蝕刻加工的樣式、條件或配方來控制兩高頻RF1、RF2的總功率及功率比。
[實施型態之RF偏壓功能]
此實施型態的電漿蝕刻裝置，如上所述，在製程中會從第1高頻電源35及第2高頻電源36對晶座(下部電 極)16重疊施加離子吸引用的第1高頻RF1(例如0.8MHz)及第2高頻RF2(例如13MHz)。如此一來，面臨電漿生成空間PS之晶座16或半導體晶圓W表面所生成的離子鞘層便會如圖2所示般地產生重疊有兩高頻RF1、RF2之負極性的鞘層電壓VS(t)。此外，圖2中，為了容易表示離子鞘層中重疊有兩高頻RF1、RF2之狀態，係顯示相較於第1高頻RF1的電壓(功率)，第2高頻RF2的電壓(功率)明顯地較小之情況。
來自電漿的離子會因上述般的鞘層電壓VS(t)而被加速，並入射至半導體晶圓W的表面。此時，入射離子的加速度或能量係依存於那時候鞘層電壓VS(t)的瞬間值(絕對值)。亦即，鞘層電壓VS(t)的瞬間值(絕對值)大時，進入離子鞘層內的離子會以較大加速度或運動能量入射至晶圓表面，而鞘層電壓VS(t)的瞬間值(絕對值)小時，則進入離子鞘層內的離子會以較小加速度或運動能量入射至晶圓表面。
但在離子鞘層內，離子會相對於鞘層電壓VS(t)，而以100%(係數1)以下的某一感度應答(加速運動)。該應答感度或轉換函數α(f)，如圖3所示，會依存於RF偏壓所使用之高頻的頻率f(反比例)而改變，以下式(1)來表示。
式(1)：α(f)=1/{(cfτi)p+1}1/p
其中，c=0.3×2π，p=5，τi=3s(M/2eVs)，M為離子的質量數，s為離子的鞘層通過時間，Vs為鞘層電壓。
因此，有助於離子鞘層內離子的加速之淨鞘層電壓(即離子應答電壓Vi(t))係以下式(2)來表示。
式(2)：Vi(t)=α(f)VS(t)
圖2所示之離子應答電壓Vi(t)及圖3所示之離轉換函數α(f)雖係關於Ar+離子，但其他離子亦相對於鞘層電壓VS(t)及RF偏壓的頻率而顯示同樣的特性。
由圖2的電壓波形亦可知，離子鞘層內的離子係相對 於頻率較低的第1高頻RF1(0.8MHz)而以約100%的感度(α(f)≒1)應答(加速運動)，而相對於頻率較高的第2高頻RF2(13MHz)則以約50%的感度(α(f)≒0.5)應答(加速運動)。
依據上述般的離子應答電壓Vi(t)，可由下述式(3)並依據圖4及圖5所示之想法，來計算求得離子能量分佈IED。
式(3)：IED(Ei)Σi(dVi/dti)
圖4係顯示使用具有較低頻率的單一高頻於RF偏壓之情況的IED及離子應答電壓Vi(t)。另一方面，圖5係顯示使用分別具有較低頻率及較高頻率的2種高頻於RF偏壓之情況的IED及離子應答電壓Vi(t)。
依據使用單一高頻於RF偏壓之單頻偏壓法，參照圖15A~圖15C及圖16A~圖16C，如上所述，離子能量分佈(IED)會定型地成為很多離子集中在最大能量附近及最小能量附近(出現尖峰)般之圖形，而有縱使如何改變RF功率，仍無法任意改變最小能量之限制。
相對於此，依據如本實施型態般地使用2種高頻RF1(0.8MHz)、RF2(13MHz)於RF偏壓之雙頻偏壓法，藉由調整兩高頻RF1、RF2的總功率及/或功率比，便可分別獨立地控制離子能量分佈(IED)的最大能量及最小能量。
亦即，此實施型態中，如圖6A~圖6C所示，可在將最大能量固定於例如約2000eV之情況下，將最小能量任意調節在例如約0eV~1000eV的範圍內。
又，如圖7A~圖7C所示，可在將最小能量固定於例如約350eV之情況下，將最大能量任意調節在例如約650eV~2650eV的範圍內。
此外，圖6A~圖6C及圖7A~圖7C中的IED特性係針對Ar+離子所計算。其他離子亦可在圖案上獲得同樣的特性。又，兩高頻RF1(0.8MHz)、RF2(13MHz)的電壓值乃 為各個頻率之偏壓的振幅值，但亦可換算為RF功率。
又，此實施型態中，如圖6B[RF1(0.8MHz)=340V、RF2(13MHz)=1000V]、圖7B[RF1(0.8MHz)=500V、RF2(13MHz)=500V]所示，藉由雙頻的RF偏壓，亦可遍佈能量帶域的全部區域而使離子略均勻地分佈。再者，如圖7C[RF1(0.8MHz)=1000V、RF2(13MHz)=500V]所示，亦可使中間能量的離子入射數較最小能量及最大能量的離子入射數要來得多。
再者，此實施型態中，如圖8A[RF1(0.8MHz)=1500V、RF2(13MHz)=0V]，圖8B[RF1(0.8MHz)=1125V、RF2(13MHz)=375V]，圖8C[RF1(0.8MHz)=750V、RF2(13MHz)=750V]，圖8D[RF1(0.8MHz)=375V、RF2(13MHz)=1125V]，圖8E[RF1(0.8MHz)=0V、RF2(13MHz)=1500V]所示，藉由雙頻的RF偏壓，亦可在將能量平均值或中心值固定於例如1500V之情況下，將能量帶域的寬度EW任意調節在例如約1000eV至約3000V的範圍內。
如此地，本實施型態中，便可在僅使用第1高頻RF1(0.8MHz)於RF偏壓之情況的IED特性(圖8A)，與僅使用第2高頻RF2(13MHz)於RF偏壓之情況的IED特性(圖8E)之間，任意調節能量帶域的寬度EW，而獲得中間的IED特性。
又，中間IED特性當中，又以第1高頻RF1相對於第2高頻RF2的功率比為1125V：375V=3：1時所獲得之圖8B的IED特性會在特徵上顯示凹型的分佈形狀。亦即，離子係帶狀地集中在最小能量及其附近的能量區域(約250eV~約750eV)與最大能量及其附近的能量區域(約2250eV~約2750eV)，而中間的能量區域(約750eV~約2250eV)處則一樣地離子分佈數較少。此凹型的IED特性係與使用兩高頻RF1、RF2的任一者之情況般，離子乃尖 狀地集中在最小能量及最大能量之U型的IED特性(圖8A、圖8E)皆不同。
此外，雖省略圖示，圖8D[RF1(0.8MHz)=375V、RF2(13MHz)=1125V]與圖8E[RF1(0.8MHz)=0V、RF2(13MHz)=1500V]的中間，又以亦即第1高頻RF1相對於第2高頻RF2的功率比為約1：30時，亦可獲得與圖8B同樣之凹型的中間IED特性。
如此地，此實施型態中，藉由組合並使用頻率相異的第1高頻RF1及第2高頻RF2於RF偏壓，來控制該等的總功率及/或功率比，則關於入射至晶座12上的半導體晶圓W表面之離子能量分佈(IED)，便可各式各樣地控制能量帶域寬度及分佈形狀，進而控制入射能量的總量。
此處，可不將第1高頻RF1及第2高頻RF2的頻率f1、f2限定為上述值(0.8MHz、13MHz)，而是在一定的範圍內任意選擇。由圖8A之IED特性與圖8E之IED特性的對比即可明瞭，單頻偏壓中之離子能量分佈的寬度(能量帶域)EW為頻率愈低則愈寬，頻率愈高則愈窄。
此係如圖9所示般地對應於頻率與轉換函數α(f)的關係。因此，若欲增大能量帶域EW的可變範圍，雖亦依存於蝕刻製程中具有支配性作用之離子的種類(F+、Ar+、C4F6 +等)，但基本上，可選擇第1高頻RFL1的頻率為較低的值(較佳為100kHz~6MHz)，而選擇第2高頻RF2的頻率為較高的值(較佳為6MHz~40MHz)。特別是，若第2高頻RF2的頻率變得過高(即為40MHz以上)，由於電漿生成效果會變強，而不適於作為RF偏壓，故期望為40MHz以下的頻率。此外，電漿生成用第3高頻RF3的頻率，通常係選擇為40MHz~300MHz的範圍內。
[上部電極周圍的串聯共振與其對策]
然而，由於電漿係大致為非線形負荷，因此在電容耦合型電漿處理裝置的腔室內，便會無法避免地產生具有各 基本波的整數倍頻率之高諧波，或基本波彼此，或是具有基本波與高諧波的總和或差值之頻率之IMD(交互調變失真(intermodulation distortion))。該等高諧波或IMD，若其功率愈大，則會與基本波的功率干涉，甚且，若以大電流流經濾波電路86，而亦會有燒傷電路元件之情況。特別是，本實施型態般之陰極耦合方式的電容耦合型電漿處理裝置中，從腔室內的電漿經由上部電極至接地電位為止的高頻傳送路徑(以下，稱作「上部電極周圍的高頻傳送路徑」。)上相對於任一高諧波或IMD發生串聯共振會顯著地顯現。當然，在上部電極周圍的高頻傳送路徑上相對於任一基本波發生串聯共振時，仍會有燒傷濾波電路86內的阻抗元件之虞，故非為所期望的。
因此，便必須實施對策來使縱使是相對於基本波、高諧波及IMD的任一者而仍不會在上部電極周圍的高頻傳送路徑上發生串聯共振。然而，如本實施型態般地對晶座(下部電極)16重疊施加3種高頻RF1、RF2、RF3之情況，由於存在有很多基本波、高諧波及IMD的種類、個數，因此串聯共振對策非常地困難。再者，形成於電漿與上部電極之間的離子鞘層(以下，稱作「上部電極鞘層」。)會使對策變得更加困難。該上部電極鞘層會相對於電子電流而作為電容器加以作用，對應於製程條件(壓力、RF功率、氣體種類等)或直流電壓VDC，其厚度(甚至其靜電容量)會改變。於是，上部電極周圍的高頻傳送路徑上發生串聯共振時之頻率(串聯共振頻率)便會因上部電極鞘層的厚度而改變。這一點亦必須充分考慮。
本實施型態中，如以下的說明，係將三頻重疊施加方式中，與電漿製程有關係或影響電漿製程之IMD的次數較低之頻率全部列入考慮，而藉由對於上部電極48周圍的頻率-阻抗特性實施對策，來解決上述般串聯共振的問題。
圖10係顯示作為一實施例，將第1、第2及第3高頻RF1、RF2、RF3的頻率f1、f2、f3分別選擇為f1=3.2MHz、f2=12.88MHz、f3=40.68MHz情況下，與電漿製程有關係或影響電漿製程之主要頻率的分佈。所圖示之頻率以外的高諧波及IMD縱使發生，由於功率等級非常地低，幾乎不會有對製程造成影響之虞，故可忽視。
此情況下，會成立2f1(6.4MHz)<f2(12.88MHz)且2f2(25.76MHz)<f3(40.68MHz)的關係，再者，會成立3f2(38.64MHz)<f3(40.68MHz)的關係。因此，便以f1+f2(16.08MHz)為第1頻率A。又，以2f2(25.76MHz)與f3-f2(27.8MHz)當中較低者的2f2(25.76MHz)為第2頻率B。
如此一來，f1<f≦A的頻率範圍[1]便會從較低者依序存在有第1高頻RF1之第2高諧波的頻率2f1(6.4MHz)、第1高頻RF1之第3高諧波的頻率3f1(9.6MHz)、第2高頻RF2的頻率與第1高頻RF1的頻率之差值的頻率f2-f1(9.68MHz)、第1高頻RF1之第4高諧波的頻率4f1(12.8MHz)、第2高頻RF2的頻率f2(12.88MHz)、以及第1高頻RF1的頻率與第2高頻RF2的頻率的總和之頻率f1+f2(16.08MHz)。
又，B≦f<f3的頻率範圍[3]會從較低者依序存在有第2高頻RF1之第2高諧波的頻率2f2(25.76MHz)、第3高頻RF3的頻率與第2高頻RF2的頻率之差值的頻率f3-f2(27.8MHz)、第3高頻RF3的頻率與第1高頻RF1的頻率之差值的頻率f3-f1(37.48MHz)、以及第2高頻RF2之第3高諧波的頻率3f2(38.6MHz)。
此處應注意的地方為A(16.08MHz)<f<B(25.76MHz)的頻率範圍[2]當然不屬於基本波RF1、RF2、RF3之頻率f1、f2、f3的任一者，未存在有任何1個次數低的高諧波，或次數低的IMD之頻率。
此實施型態中，考慮了上述般頻率分佈的特性，係以 f1<f≦A的頻率範圍[1]及B≦f<f3的頻率範圍[3]中不存在有任何共振頻率，而在中間的A<f<B的頻率範圍[2]中，則以fs<fp的關係而存在有1個串聯共振頻率fs與1個並聯共振頻率fp之方式來構成濾波電路86。
圖11係顯示濾波電路86的電路結構。該濾波電路86係構成為LC梯型電路，具有在一對入輸出端子90、92間串聯連接之複數個(例如3個)線圈94、96、98；以及，在線圈94,96間的節點N1、線圈96,98間的節點N2、線圈98、端子92間的節點N3與接地電位的組件(圖中未顯示)間分別連接之3個的電容器100、102、104。此處，一端子90係連接於上部電極48之一側的端子，相對於從上部電極48進入至濾波電路86之高頻為輸入端子，而相對於從直流電源單元82進入至濾波電路86之直流電壓VDC則為輸出端子。另一端子92係透過開關84而連接於直流電源單元82的輸出端子之一側的端子，相對於從直流電源單元82進入至濾波電路86之直流電壓VDC為輸入端子，而相對於從上部電極48進入至濾波電路86之高頻則為輸出端子。
這類濾波電路中會在成為RF輸入端子之端子90附近存在有非常小之固定值的浮游電容(以下，稱作「輸入埠浮游電容」。)PC。此輸入埠浮游電容PC係在濾波電路86乃為連接於上部電極48之狀態下，如圖12所示，與電極浮游電容EC(其係由上部電極48與腔室10之間挾置有環狀絕緣體54所形成)電性串聯所合成。相對於電極浮游電容EC的值CEC通常為100pF以上，而輸入埠浮游電容PC的值CPC則通常為10pF以下，在合成浮游電容(CEC+CPC)中所占的CPC比例非常地小。因此，輸入埠浮游電容PC實際上可被忽略。但由於輸入埠浮游電容PC若單獨使用濾波電路86，會成為賦予並聯共振頻率之因素，故在此實施例中仍加以考慮。
圖12係顯示將濾波電路86連接於上部電極48之狀態下，從腔室10內的電漿PR所觀看到之高頻傳送路徑的電路結構。此高頻傳送路徑的電路係包含有形成於電漿PR與上部電極48之間之作為可變電容器SH的上部電極鞘層。此可變電容器SH的靜電容量CSH會對應於上部電極鞘層的厚度而變化。亦即，上部電極鞘層的厚度愈大，則CSH愈小，上部電極鞘層的厚度愈小，則CSH愈大。但當腔室10內未產生電漿PR時，亦即未存在有上部電極鞘層時，電漿PR的端子與可變電容器SH會從該高頻傳送路徑電路被去除。此外，由於上部電極48的電感相對地非常低，故將其忽視。
由於此上部電極48周圍的高頻傳送路徑電路(圖12)係由多段的LC串並聯電路所構成，因此其頻率-阻抗特性會分別存在複數個串聯共振頻率及並聯共振頻率。
當腔室10內未產生電漿PR時(無上部電極鞘層時)，串聯共振頻率當中的最高頻率fs為初段線圈94與初段電容器100所構成之LC串聯電路的共振頻率，而當腔室10內產生有電漿PR時(存在有上部電極鞘層時)，則為可變電容器SH與初段線圈94及初段電容器100所構成之LC串聯電路的共振頻率。
並聯共振頻率當中的最高頻率fp係無關於電漿PR或上部電極鞘層的有無，而為形成於輸入埠90與接地電位之間之電極浮游電容EC、輸入埠浮游電容PC、初段線圈94及初段電容器100所構成之LC串並聯電路的並聯共振頻率。此處，由於此LC串並聯電路中之電容器EC、PC、100的合成電容係大於上述LC串聯電路之電容器100的電容，故會成立fs<fp的關係。
又，並聯共振頻率當中第2高之頻率fq亦係無關於電漿PR或上部電極鞘層的有無，而為形成於輸入埠90與接地電位之間之電極浮游電容EC、輸入埠浮游電容PC、 初段線圈94、次段線圈96及次段電容器102所構成之LC串並聯電路的並聯共振頻率。
濾波電路86中，第3段之後的線圈98及電容器104係有關於第2之後的串聯共振頻率及/或第3之後的並聯共振頻率，而無關於上述最高串聯共振頻率fs、最高並聯共振頻率fp、第2高之並聯共振頻率fq。
此實施型態中，有鑑於上述般的頻率分佈(圖10)，係將濾波電路86的電路常數選擇為最高串聯共振頻率fs與最高並聯共振頻率fp會屬於A<f<B的頻率範圍[2]，而第2高之並聯共振頻率fq則會屬於f<f1的頻率區域。
具體地說明，例如當電極浮游電容EC的值CEC為300pF，輸入埠浮游電容PC的值CPC為7pF之情況，係分別將初段線圈94的電感L94選擇為400nH，將初段電容器100的靜電容量C100選擇為200pF，將次段線圈96的電感L96選擇為15μH，將次段電容器102的靜電容量C102選擇為2500pF。藉此，當腔室10內未產生電漿PR時(無上部電極鞘層時)的頻率-阻抗特性，亦即觀看從處理空間PS與上部電極48的交界面經由上部電極48至接地電位為止的高頻傳送路徑時之頻率-阻抗特性中，最高串聯共振頻率fs便會成為18MHz，最高並聯共振頻率fp會成為23MHz，第2高之並聯共振頻率fq則會成為2MHz。
圖13係顯示此實施例中之上部電極周圍的高頻傳送路徑上的頻率-阻抗特性。此特性的應注意點為：當腔室10內產生電漿PR時(存在有上部電極鞘層時)，上部電極鞘層的厚度愈增加，則各串聯共振頻率(尤其是fs)會往變高之方向偏移，另一方面，各並聯共振頻率(尤其是fp、fq)則幾乎不會偏移。
亦即，上部電極鞘層的厚度愈增加，則可變電容器SH的靜電容量CEC愈小，進而LC串聯電路(EC、PC、100)的全靜電容量(CEC+CPC+C100)會減少，藉此，串聯共振頻 率fs的值會變高。fs以外的串聯共振頻率亦相同。另一方面，如上述般地，由於可變電容器SH的靜電容量CEC係無關於並聯共振，因此縱使上部電極鞘層的厚度增加，各並聯共振頻率(尤其是fp、fq)的值仍不會改變。
如此地，當腔室10內產生電漿PR而形成有上部電極鞘層時，串聯共振頻率fs會從無鞘層時的基準值(18MHz)往高的方向偏移。但縱使上部電極鞘層的厚度愈增加則串聯共振頻率fs的偏移量愈大，串聯共振頻率fs仍不會成為固定值的並聯共振頻率fp(23MHz)。再者，串聯共振頻率fs的值所偏移之區域，亦即A<f<B的頻率範圍[2]，當然不屬於基本波RF1、RF2、RF3之頻率f1、f2、f3的任一者，且亦完全不存在過去為主要之高諧波或IMD的頻率。
因此，此實施型態的電漿處理裝置中，縱使將製程條件如何地設定，或是縱使如何地選擇從直流電源單元82對上部電極48施加之直流電壓VDC的值，仍不會有在上部電極48周圍的高頻傳送路徑上發生串聯共振之可能性。於是，便不會有基本波RF1、RF2、RF3的功率轉換高諧波或IMD而導致損失之情況。再者，亦不會有濾波電路86內的電路元件因大電流而燒傷之虞。
又，如圖13所示，上部電極鞘層的厚度愈大，則相對於電漿生成用的第3高頻RF3(40.68MHz)之阻抗會變得愈高。此處，從直流電源單元82對上部電極48施加負極性的直流電壓VDC，亦有使該電壓的絕對值變得十分大，則上部電極鞘層的厚度會增加之關係。然後，相對於電漿生成用的第3高頻RF3(40.68MHz)之上部電極48周圍的阻抗愈高，則從晶座16側(並非上部電極48)流至腔室10的側壁之電子電流的比例便會愈高，電漿的密度會往半徑方向外側擴張。於是，藉由調整對上部電極48施加之負極性直流電壓VDC的絕對值，亦可使電漿密度的空間分佈 在徑向上均勻化，且可任意地控制。
再者，上部電極鞘層的厚度愈大，則從電漿入射至上部電極48之離子的能量會增加，而亦有藉由離子衝撃來物理性地去除附著在上部電極48表面之聚合物等的沉積物(deposition)之濺鍍效果會提昇之一面。於是，亦可藉由調整施加在上部電極48之負極性的直流電壓VDC的絕對值，亦可控制相對於上部電極48之濺鍍(電極表面的清潔化)的效果。
[其他實施型態或變形例]
上述實施例係第1、第2及第3高頻RF1、RF2、RF3的頻率f1、f2、f3分別為f1=3.2MHz、f2=12.88MHz、f3=40.88MHz，而成立3f2<f3的關係之情況。作為其他實施例，考慮第1、第2及第3高頻RF1、RF2、RF3的頻率f1、f2、f3分別為f1=3.2MHz，f2=16.0MHz，f3=40.88MHz之情況。此情況下，會成立2f1(6.4MHz)<f2(16.0MHz)且2f2(32.0MHz)<f3(40.68MHz)的關係，再者，會成立f3(40.68MHz)<3f2(48.0MHz)的關係。
若如此地成立f3<3f2的關係之情況，係以f3-f2(24.68MHz)與f1+f2(19.2MHz)當中較高者為第1頻率A，而以2f2(32.0MHz)與f3-f1(37.48MHz)當中較低者的2f2(32.0MHz)為第2頻率B。
如此一來，如圖14所示，f1(3.2MHz)<f≦A的頻率範圍[1]便會從較低者依序存在有第1高頻RF1之第2高諧波的頻率2f1(6.4MHz)、第1高頻RF1之第3高諧波的頻率3f1(9.6MHz)、第2高頻RF2的頻率與第1高頻RF1的頻率之差值的頻率f2-f1(12.8MHz)、第1高頻RF1之第4高諧波的頻率4f1(12.8MHz)、第2高頻RF2的頻率f2(16.0MHz)、第1高頻RF1的頻率與第2高頻RF2的頻率之總和的頻率f1+f2(19.2MHz)、以及第3高頻RF3的頻率與第2高頻RF2的頻率之差值的頻率f3-f2(24.68MHz)。
又，B≦f<3f2(48.0MHz)的頻率範圍[3]會從較低者依序存在有第2高頻RF1之第2高諧波的頻率2f2(32.0MHz)、第3高頻RF3的頻率與第1高頻RF1的頻率之差值的頻率f3-f1(37.48MHz)、以及第3高頻RF3的頻率f3(48.0MHz)。
此處應注意的地方為A(24.68MHz)<f<B(32.0MHz)的頻率範圍[2]當然不屬於基本波RF1、RF2、RF3之頻率f1、f2、f3的任一者，未存在有任何1個次數低的高諧波，或次數低的IMD之頻率。
此處，有鑑於上述般的頻率分佈(圖14)，係將濾波電路86的電路常數選擇為最高串聯共振頻率fs與最高並聯共振頻率fp會屬於A<f<B的頻率範圍[2]，而第2高之並聯共振頻率fq則會屬於f<f1的頻率區域。
具體地說明，當例如電極浮游電容EC的值CEC為300pF，輸入埠浮游電容PC的值CPC為7pF之情況，係分別將初段線圈94的電感L94選擇為307nH，將初段電容器100的靜電容量C100選擇為130pF，將次段線圈96的電感L96選擇為15μH，將次段電容器102的靜電容量C102選擇為2500pF。藉此，當腔室10內未產生電漿PR時(無上部電極鞘層時)的頻率-阻抗特性，亦即觀看從處理空間PS與上部電極48的交界面經由上部電極48至接地電位為止的高頻傳送路徑時之頻率-阻抗特性中，最高串聯共振頻率fs便會成為26MHz，最高並聯共振頻率fp會成為31MHz，第2高之並聯共振頻率fq則會成為2MHz。
因此，此情況下，縱使將製程條件設定為如何，或是縱使如何選擇從直流電源單元82對上部電極48施加之直流電壓VDC的值，仍不會有上部電極周圍的高頻傳送路徑上發生串聯共振之可能性。於是，便不會有基本波RF1、RF2、RF3的功率轉換為高諧波或IMD而導致損失之情況，且亦不會有濾波電路86內的電路元件因大電流而燒 傷之情況。另一方面，藉由調整對上部電極48施加之負極性直流電壓VDC的絕對值，便亦可在徑向上任意控制電漿密度的空間分佈，或是任意控制相對於上部電極48之濺鍍(電極表面的清潔化)的效果。
濾波電路86不限於上述般的LC梯型電路，而亦可為例如1個的線圈94與1個的電容器100所構成的L型電路。此情況下，觀看從電漿PR經由上部電極48至接地電位為止的高頻傳送路徑時之頻率-阻抗特性中，係分別存在有各1個串聯共振頻率與並聯共振頻率。
亦即，當腔室10內未產生電漿PR時(無上部電極鞘層時)，唯一的串聯共振頻率fs係線圈94與電容器100所構成之LC串聯電路的共振頻率，當腔室10內產生電漿PR時(存在有上部電極鞘層時)，則為可變電容器SH與線圈94與電容器100所構成之LC串聯電路的共振頻率。又，唯一的並聯共振頻率fp係無關於電漿PR(上部電極鞘層)的有無，而為輸入埠90與接地電位之間所形成之電極浮游電容EC、輸入埠浮游電容PC、線圈94及電容器100所構成之LC串並聯電路的並聯共振頻率。此情況下，由於此LC串並聯電路中之電容器EC、PC、100的合成靜電容量(CEC+CPC+C100)係大於上述LC串聯電路之電容器100的靜電容量C100，故亦會成立fs<fp的關係。
如此地，由於f<fs的頻率區域會成為單調減少的頻率區域，故在f1<f≦A的頻率範圍中會成為不存在任何共振頻率之情況。又，由於fp<f的頻率區域會成為單調增加的頻率區域，故在B≦f<f3或B≦f<3f2的頻率範圍中會成為不存在任何共振頻率之情況。於是，便可獲得與以LC梯型電路來構成濾波電路86之情況同樣的作用效果。
本發明不限於電容耦合型電漿蝕刻裝置，而亦可應用於電漿CVD、電漿ALD、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍等任意的電漿製程之電容耦合型電漿處理裝置。本發明中的 被處理基板不限於半導體晶圓，而亦可為平面顯示器、有機EL、太陽電池用的各種基板、或光罩、CD基板、印刷基板等。
cw‧‧‧冷媒
W‧‧‧半導體晶圓
10‧‧‧腔室
12‧‧‧絕緣板
14‧‧‧晶座支撐台
16‧‧‧晶座(下部電極)
18‧‧‧靜電夾具
20‧‧‧電極
22‧‧‧直流電源
24‧‧‧開關
26‧‧‧聚焦環
28‧‧‧內壁組件
30‧‧‧冷媒通道
32a、32b‧‧‧配管
34‧‧‧氣體供應管
35、36、38‧‧‧第1、第2及第3高頻電源
40、42、43‧‧‧匹配器
44、45、46‧‧‧下部供電導體
48‧‧‧上部電極(噴淋頭)
50‧‧‧電極板
50a‧‧‧氣體噴出孔
52‧‧‧電極支撐體
52a‧‧‧氣體通氣孔
54‧‧‧環狀絕緣體
56‧‧‧氣體暫存室
58‧‧‧氣體供應管
60‧‧‧處理氣體供應源
62‧‧‧質流控制器
64‧‧‧開閉閥
72‧‧‧排氣口
74‧‧‧排氣管
76‧‧‧排氣裝置
78‧‧‧搬出入口
80‧‧‧閘閥
82‧‧‧直流電源單元
83‧‧‧直流電源控制器
84‧‧‧開關
86‧‧‧濾波電路
88‧‧‧控制部

Claims (7)

  1. 一種電漿處理裝置，係在可置入/取出般地收納被處理基板之可真空排氣的處理容器內所對向設置之第1及第2電極之間的處理空間，藉由處理氣體的高頻放電來生成電漿，並在該電漿下對保持於該第1電極上之該基板施予所欲處理；其具有：第1高頻供電部，係對該第1電極施加具有第1頻率f1之第1高頻；第2高頻供電部，係對該第1電極施加具有第2頻率f2之第2高頻；第3高頻供電部，係對該第1電極施加具有第3頻率f3之第3高頻；以及濾波電路，係連接於該第2電極與接地電位的組件之間；f1為100kHz~6MHz，f2為6MHz~40MHz，f3為40MHz~300MHz，而成立2f1<f2且2f2<f3的關係；當3f2<f3的情況，若使(f1+f2)為A，2f2與(f3-f2)當中較低者為B，則觀看從該處理空間與該第2電極的交界面經由該第2電極至接地電位為止的高頻傳送路徑時之頻率-阻抗特性中，係以f1<f≦A及B≦f<f3的頻率範圍中皆未存在有任何共振頻率，A<f<B的頻率範圍中，則是以fs<fp的關係而存在有1個串聯共振頻率fs與1個並聯共振頻率fp之方式，來構成該濾波電路；當f3<3f2的情況，若使(f3-f2)與(f1+f2)當中較高者為A，2f2與(f3-f1)當中較低者為B，則觀看從該處理空間與該第2電極的交界面經由該第2電極至接地電位為止的高頻傳送路徑時之頻率-阻抗特性中，係以f1<f≦A及B≦f<3f2或f3的頻率範圍中皆未存在 有任何共振頻率，A<f<B的頻率範圍中，則是以fs<fp的關係而存在有1個串聯共振頻率fs與1個並聯共振頻率fp之方式，來構成該濾波電路。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該串聯共振頻率fs係存在於該頻率-阻抗特性之唯一的串聯共振頻率；該並聯共振頻率fp係存在於該頻率-阻抗特性之唯一的並聯共振頻率；當3f2<f3之情況，該頻率-阻抗特性中，在頻率低於該串聯共振頻率fs之區域處，係存在有該第1及第2頻率f1、f2；該第1高頻之第2高諧波、第3高諧波及第4高諧波的頻率2f1、3f1、4f1；以及，該第2頻率f2與該第1頻率f1之差值的頻率(f2-f1)及總和的頻率(f1+f2)；並且在頻率高於該並聯共振頻率fp之區域處，係存在有該第3頻率f3；該第2高頻之第2高諧波及第3高諧波的頻率2f2、3f2；該第3頻率f3與該第2頻率f2之差值的頻率(f3-f2)；以及，該第3頻率f3與該第1頻率f1之差值的頻率(f3-f1)；當f3<3f2之情況，該頻率-阻抗特性中，在頻率低於該串聯共振頻率fs之區域處，係存在有該第1頻率f1；該第1高頻之第2高諧波、第3高諧波及第4高諧波的頻率2f1、3f1、4f1；該第2頻率f2與該第1頻率f1之差值的頻率(f2-f1)及總和的頻率(f1+f2)；以及，該第3頻率f2與該第2頻率f1之差值的頻率(f3-f2)；並且在頻率高於該並聯共振頻率fp之區域處，係存在有該第3頻率f3、該第2高頻之第2高諧波及第3高諧波的頻率2f2、3f2、以及該第3頻率f3與該第1頻率f1之差值的頻率(f3-f1)。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中該濾波電路係包含有一側的端子乃連接該第2電極之第1線圈，與連接於該第1線圈的另一端子與接地電位的組件之間之第1 電容器；該第2電極係透過介電體而耦合於接地電位的該處理容器，而藉由該第2電極、該介電體及該處理容器來形成第2電容器；藉由該第1線圈的電感與該第1電容器的電容而界定該串聯共振頻率fs；藉由該第1線圈的電感與該第1及第2電容器的電容而界定該並聯共振頻率fp。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該頻率-阻抗特性係存在有至少1個串聯共振頻率與至少2個並聯共振頻率；該串聯共振頻率fs係該頻率-阻抗特性所存在之串聯共振頻率當中最高的頻率；該並聯共振頻率fp係該頻率-阻抗特性所存在之並聯共振頻率當中最高的頻率；當3f2<f3之情況，該頻率-阻抗特性中，在第2高之並聯共振頻率fq與該串聯共振頻率fs之間的頻率區域處，係存在有該第1及第2頻率f1、f2；該第1高頻之第2高諧波、第3高諧波及第4高諧波的頻率2f1、3f1、4f1；以及，該第2頻率f2與該第1頻率f1之差值的頻率(f2-f1)及總和的頻率(f1+f2)；並且在頻率高於該並聯共振頻率fp之區域處，係存在有該第3頻率f3；該第2高頻之第2高諧波及第3高諧波的頻率2f2、3f2；該第3頻率f3與該第2頻率f2之差值的頻率(f3-f2)；以及，該第3頻率f3與該第1頻率f1之差值的頻率(f3-f1)；當f3<3f2之情況，該頻率-阻抗特性中，在第2高之並聯共振頻率fq與該串聯共振頻率fp之間的頻率區域處，係存在有該第1頻率f1；該第1高頻之第2高諧波、第3高諧波及第4高諧波的頻率2f1、3f1、4f1；該第2頻率f2與 該第1頻率f1之差值的頻率(f2-f1)及總和的頻率(f1+f2)；以及，該第3頻率f2與該第2頻率f1之差值的頻率(f3-f2)；並且在頻率高於該並聯共振頻率fp之區域處，係存在有該第3頻率f3；該第2高頻之第2高諧波及第3高諧波的頻率2f2、3f2；以及，該第3頻率f3與該第1頻率f1之差值的頻率(f3-f1)。
  5. 如申請專利範圍第4項之電漿處理裝置，其中該濾波電路係包含有一側的端子乃連接於該第2電極之第1線圈、連接於該第1線圈的另一端子與接地電位的組件之間之第1電容器、一側的端子乃連接於該第1線圈的另一端子之第2線圈、以及連接於該第2線圈的另一端子與接地電位的組件之間之第2電容器；該第2電極係透過介電體而耦合於接地電位的該處理容器，而藉由該第2電極、該介電體及該處理容器來形成第3電容器；藉由該第1線圈的電感與該第1電容器的電容而界定該串聯共振頻率fs；藉由該第1線圈的電感與該第1電容器的電容與該第3電容器的電容而界定該並聯共振頻率fp；藉由該第1及第2線圈的電感與該第2及第3電容器的電容而界定該並聯共振頻率fq。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之電漿處理裝置，其係具有透過該濾波電路來對該第2電極施加直流電壓之直流電源。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之電漿處理裝置，其係具有控制該第1及第2高頻的總功率及功率比之控制部，以使依存於從該電漿被吸引至該基板的離子能量之至少1個製程特性最佳化。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI740049B (zh) * 2017-06-14 2021-09-21 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理裝置及電漿處理方法
CN118737789A (zh) * 2023-03-29 2024-10-01 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种聚焦环、等离子体处理装置及其操作方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015053384A (ja) * 2013-09-06 2015-03-19 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
KR102222902B1 (ko) 2014-05-12 2021-03-05 삼성전자주식회사 플라즈마 장비 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR102278074B1 (ko) * 2014-06-30 2021-07-19 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
JP6424120B2 (ja) * 2015-03-23 2018-11-14 東京エレクトロン株式会社 電源システム、プラズマ処理装置及び電源制御方法
KR101842127B1 (ko) * 2016-07-29 2018-03-27 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
CN107134399B (zh) * 2017-04-06 2019-06-25 中国电子科技集团公司第四十八研究所 用于高能离子注入机的射频加速调谐装置及控制方法
KR101914902B1 (ko) * 2018-02-14 2019-01-14 성균관대학교산학협력단 플라즈마 발생장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
CN110323117B (zh) * 2018-03-28 2024-06-21 三星电子株式会社 等离子体处理设备
US10916409B2 (en) 2018-06-18 2021-02-09 Lam Research Corporation Active control of radial etch uniformity
JP7175239B2 (ja) * 2018-06-22 2022-11-18 東京エレクトロン株式会社 制御方法、プラズマ処理装置、プログラム及び記憶媒体
US11545341B2 (en) * 2019-10-02 2023-01-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Plasma etching method and semiconductor device fabrication method including the same
US11232931B2 (en) 2019-10-21 2022-01-25 Mks Instruments, Inc. Intermodulation distortion mitigation using electronic variable capacitor
US12191115B2 (en) 2019-11-25 2025-01-07 Applied Materials, Inc. Dual RF for controllable film deposition
JP7442365B2 (ja) * 2020-03-27 2024-03-04 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置、基板処理システム、基板処理装置の制御方法および基板処理システムの制御方法
KR102687065B1 (ko) 2020-12-29 2024-07-24 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
KR20230042824A (ko) 2021-09-23 2023-03-30 삼성전자주식회사 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템
KR102660299B1 (ko) * 2021-12-29 2024-04-26 세메스 주식회사 기판 처리 장치, 고조파 제어 유닛 및 고조파 제어 방법
CN114792619A (zh) * 2022-05-07 2022-07-26 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺腔室

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3062393B2 (ja) 1994-04-28 2000-07-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
EP1450486A1 (en) * 2003-02-20 2004-08-25 TDK Corporation Multi-Mode Filter
US8138445B2 (en) * 2006-03-30 2012-03-20 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and plasma processing method
US8920613B2 (en) * 2007-01-31 2014-12-30 Applied Materials, Inc. Offset magnet compensation for non-uniform plasma
CN101287327B (zh) * 2007-04-13 2011-07-20 中微半导体设备(上海)有限公司 射频功率源系统及使用该射频功率源系统的等离子体反应腔室

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI740049B (zh) * 2017-06-14 2021-09-21 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理裝置及電漿處理方法
CN118737789A (zh) * 2023-03-29 2024-10-01 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种聚焦环、等离子体处理装置及其操作方法
TWI886821B (zh) * 2023-03-29 2025-06-11 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司 聚焦環、電漿處理裝置及其操作方法
CN118737789B (zh) * 2023-03-29 2025-10-14 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种聚焦环、等离子体处理装置及其操作方法

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