JP2006019716A - Plasma processing apparatus and impedance control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板等の基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs plasma processing on a substrate such as a semiconductor substrate and an impedance adjustment method in the plasma processing apparatus.
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに対して、エッチングやスパッタリング、CVD(化学気相成長)等のプラズマ処理が多用されている。 For example, in a semiconductor device manufacturing process, plasma processing such as etching, sputtering, and CVD (chemical vapor deposition) is frequently used for a semiconductor wafer that is a substrate to be processed.
このようなプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が主流である。 Various plasma processing apparatuses for performing such plasma processing are used, and among them, a capacitively coupled parallel plate plasma processing apparatus is the mainstream.
容量結合型平行平板プラズマ処理装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極(上部および下部電極)を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、電極の一方に高周波を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成して半導体ウエハに対してプラズマ処理を施す。 In a capacitively coupled parallel plate plasma processing apparatus, a pair of parallel plate electrodes (upper and lower electrodes) are arranged in a chamber, a processing gas is introduced into the chamber, and a high frequency is applied to one of the electrodes to provide a gap between the electrodes. A high frequency electric field is formed, plasma of a processing gas is formed by the high frequency electric field, and the semiconductor wafer is subjected to plasma processing.
具体的には、上部電極にプラズマ形成用の高周波を印加してプラズマを形成し、下部電極にイオンを引き込み用の高周波を印加することにより、適切なプラズマ状態を形成するプラズマ処理装置が知られており、このようなプラズマ処理装置をエッチングに適用した場合には、高選択比で再現性の高いエッチング処理が可能である(例えば特許文献1)。 Specifically, a plasma processing apparatus is known that forms a plasma by applying a high frequency for plasma formation to the upper electrode and applying a high frequency for attracting ions to the lower electrode. When such a plasma processing apparatus is applied to etching, an etching process with high selectivity and high reproducibility is possible (for example, Patent Document 1).
ところで、この種のプラズマ処理装置は、パーツの寸法公差や取り付け誤差等により、装置間またはクリーニングサイクル毎でプラズマソース側のインピーダンスに微少な差が存在する。しかしながら、従来のプラズマ処理装置は、このようなインピーダンスの機差を解消する手段を有しておらず、装置間ないしはクリーニングサイクル毎のプロセス特性がばらつく原因となっている。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プラズマソース側のインピーダンスを調整することができ、装置間あるいはクリーニングサイクル間のインピーダンス誤差を解消することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。また、このようなインピーダンスの調整を簡易に実現することができるプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is intended to provide a plasma processing apparatus capable of adjusting the impedance of the plasma source side and eliminating impedance errors between apparatuses or between cleaning cycles. Objective. It is another object of the present invention to provide an impedance adjustment method in a plasma processing apparatus that can easily realize such impedance adjustment.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、前記インピーダンス調整手段は、前記第1電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、前記第1電極の給電ラインに設けられた可変インピーダンス部と、前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器の装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整する制御部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。 In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, a processing container in which a substrate to be processed is accommodated and capable of being evacuated, a first electrode and a second electrode disposed to face each other in the processing container, A high-frequency power supply means for supplying high-frequency power for plasma formation to the first electrode; and a processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container; and the first electrode and the second electrode A plasma processing apparatus for generating a plasma of a processing gas to perform plasma processing on a substrate to be processed, further comprising impedance adjusting means for adjusting impedance on a plasma source side, wherein the impedance adjusting means includes the first A resonance circuit formed so that a high-frequency current flows into one electrode, a variable impedance portion provided in a power supply line of the first electrode, and a resonance point of the resonance circuit are grasped. A detector for detecting a device state for detecting the device state signal of the detector while changing a value of the variable impedance unit in a state where the plasma is formed, and a resonance point of the resonance circuit And a control unit that adjusts the value of the variable impedance unit at the resonance point to a reference value.
本発明の第2の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記第1電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記プラズマ処理装置は、さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、前記インピーダンス調整手段は、前記第1電極の前記内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、前記第1電極の内側電極への給電ラインまたは外側電極への給電ラインに設けられた可変インピーダンス部と、前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器からの装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整する制御部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。 In a second aspect of the present invention, a processing container in which a substrate to be processed is accommodated and evacuated, a first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the processing container, and plasma formation on the first electrode A high-frequency power supply means for supplying high-frequency power for use, and a processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, and plasma of the processing gas is provided between the first electrode and the second electrode. A plasma processing apparatus that generates and performs plasma processing on a substrate to be processed, wherein the first electrode is divided into an inner electrode and an outer electrode, and the plasma processing apparatus further includes an impedance for adjusting an impedance on a plasma source side Adjusting means, wherein the impedance adjusting means includes a resonance circuit formed so that a high-frequency current flows into the inner electrode of the first electrode, and an inner power of the first electrode. The variable impedance section provided in the power supply line to the outer electrode or the power supply line to the outer electrode, the detector for detecting the device state for grasping the resonance point of the resonance circuit, and the variable in the state where the plasma is formed Control that detects the device state signal from the detector while changing the value of the impedance unit, finds the resonance point of the resonance circuit, and adjusts the value of the variable impedance unit at the resonance point to a reference value And a plasma processing apparatus.
本発明の第3の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記第1電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記プラズマ処理装置は、さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、前記インピーダンス調整手段は、前記第1電極の前記内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、前記第1電極の内側電極への給電ラインに設けられた可変コンデンサと、前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、前記プラズマを形成した状態で、前記可変コンデンサのキャパシタンスを変更させながら、前記検出器からの装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変コンデンサのキャパシタンスを基準となる値に調整する制御部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。 In a third aspect of the present invention, a processing container in which a substrate to be processed is accommodated and evacuated, a first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the processing container, and plasma formation on the first electrode A high-frequency power supply means for supplying high-frequency power for use, and a processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, and plasma of the processing gas is provided between the first electrode and the second electrode. A plasma processing apparatus that generates and performs plasma processing on a substrate to be processed, wherein the first electrode is divided into an inner electrode and an outer electrode, and the plasma processing apparatus further includes an impedance for adjusting an impedance on a plasma source side Adjusting means, wherein the impedance adjusting means includes a resonance circuit formed so that a high-frequency current flows into the inner electrode of the first electrode, and an inner power of the first electrode. While changing the capacitance of the variable capacitor in the state where the variable capacitor provided in the power supply line to, the detector for detecting the device state for grasping the resonance point of the resonance circuit, and the plasma is formed, And a control unit for detecting a device state signal from the detector, searching for a resonance point of the resonance circuit, and adjusting a capacitance of a variable capacitor at the resonance point to a reference value. A processing device is provided.
本発明の第4の観点によれば、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、前記第1電極の給電ラインに可変インピーダンス部を設け、前記第1電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, a processing container in which a substrate to be processed is accommodated and evacuated, a first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the processing container, and the first electrode A high-frequency power supply means for supplying a high-frequency power for plasma formation; and a processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container. A processing gas is provided between the first electrode and the second electrode. An impedance adjustment method in a plasma processing apparatus for generating plasma and performing plasma processing on a substrate to be processed, wherein a variable impedance portion is provided in a power supply line of the first electrode so that a high-frequency current flows into the first electrode A detector for detecting a device state for grasping a resonance point of the resonance circuit is provided, and while changing the value of the variable impedance unit while the plasma is formed, A device state signal is detected by an output device to find a resonance point of the resonance circuit, and a value of a variable impedance portion at the resonance point is adjusted to a reference value to adjust a plasma source side impedance. An impedance adjustment method is provided.
本発明の第5の観点によれば、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第1電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、前記第1電極の内側電極への給電ラインまたは外側電極への給電ラインに可変インピーダンス部を設け、前記第1電極の内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, a processing container in which a substrate to be processed is accommodated and evacuated, a first electrode and a second electrode disposed facing each other in the processing container, and the first electrode A high-frequency power supply means for supplying high-frequency power for plasma formation; and a processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, wherein the first electrode is divided into an inner electrode and an outer electrode, An impedance adjustment method in a plasma processing apparatus for generating a plasma of a processing gas between a first electrode and a second electrode to perform plasma processing on a substrate to be processed, the power supply line to an inner electrode of the first electrode Alternatively, a variable impedance section is provided in the power supply line to the outer electrode, and the device state for grasping the resonance point of the resonance circuit formed so that the high-frequency current flows into the inner electrode of the first electrode is detected. In the state where the plasma is formed, while changing the value of the variable impedance unit, the detector detects a device state signal to find the resonance point of the resonance circuit, and the resonance point The impedance adjustment method is characterized in that the impedance on the plasma source side is adjusted by adjusting the value of the variable impedance part in the reference value to a reference value.
本発明の第6の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第1電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、前記第1電極の内側電極への給電ラインに可変コンデンサを設け、前記第1電極の内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変コンデンサのキャパシタンスを変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変コンデンサのキャパシタンスの値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法を提供する。 In a sixth aspect of the present invention, a processing container in which a substrate to be processed is accommodated and evacuated, a first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the processing container, and plasma formation on the first electrode A high-frequency power supply means for supplying high-frequency power for use and a processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, wherein the first electrode is divided into an inner electrode and an outer electrode, An impedance adjustment method in a plasma processing apparatus for generating a plasma of a processing gas between an electrode and the second electrode and performing plasma processing on a substrate to be processed, wherein the method is variable in a power supply line to the inner electrode of the first electrode A capacitor is provided, a detector for detecting a device state for grasping a resonance point of a resonance circuit formed so that a high-frequency current flows into the inner electrode of the first electrode, and a plasma is formed. In this state, while detecting the device state signal by changing the capacitance of the variable capacitor, the resonance point of the resonance circuit is found, and the value of the capacitance of the variable capacitor at the resonance point is used as a reference. Provided is an impedance adjustment method characterized in that the impedance on the plasma source side is adjusted by adjusting the value.
本発明によれば、共振回路と、前記第1電極の給電ラインに設けられた可変インピーダンス部と、前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器とを設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器の装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整するので、パーツの寸法公差や取り付け誤差等により生じる装置間やクリーニングサイクル毎のプラズマソース側のインピーダンスの差を最小限に抑えることができる。また、プラズマを生成した状態で調整を行うことができるので、インピーダンスの調整精度が高い。さらに、特別な測定機器や測定治具を用いることがないので、コスト的に有利である。さらにまた、自動的に調整を行うことができるので、人為的ミスもない。 According to the present invention, there is provided a resonance circuit, a variable impedance unit provided in a power supply line of the first electrode, and a detector for detecting a device state for grasping a resonance point of the resonance circuit, and the plasma In this state, while changing the value of the variable impedance unit, the device state signal of the detector is detected to find the resonance point of the resonance circuit, and the value of the variable impedance unit at the resonance point is used as a reference. Since the impedance on the plasma source side is adjusted by adjusting to such a value, the difference in the impedance on the plasma source side between apparatuses and every cleaning cycle caused by the dimensional tolerance of parts and mounting errors can be minimized. Further, since adjustment can be performed in a state where plasma is generated, impedance adjustment accuracy is high. Furthermore, since no special measuring equipment or measuring jig is used, it is advantageous in terms of cost. Furthermore, since the adjustment can be automatically performed, there is no human error.
また、第1電極を内側電極および外側電極に分割し、内側電極の給電ラインまたは外側電極の給電ラインに可変インピーダンス部を設け、第1の電極のプラズマ接触面において内側部分と外側部分とで電界を制御してプラズマの空間分布の均一性を高める効果を得るプラズマ処理装置では、この装置が備える可変インピーダンス部、および内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路を利用して、インピーダンス調整を行うことができる。特に、内側電極の給電ラインに可変コンデンサを設けることにより、より有効にインピーダンス調整を行うことができる。 Further, the first electrode is divided into an inner electrode and an outer electrode, a variable impedance portion is provided in the inner electrode feeding line or the outer electrode feeding line, and an electric field is generated between the inner portion and the outer portion on the plasma contact surface of the first electrode. In a plasma processing apparatus that obtains the effect of improving the uniformity of the spatial distribution of plasma by controlling the impedance, the impedance is obtained by using a variable impedance section provided in this apparatus and a resonance circuit formed so that a high-frequency current flows into the inner electrode. Adjustments can be made. In particular, impedance can be adjusted more effectively by providing a variable capacitor in the power supply line of the inner electrode.
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ(処理容器)10を有している。このチャンバ10は保安接地されている。
This plasma etching apparatus is configured as a capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus, and has a substantially cylindrical chamber (processing vessel) 10 made of aluminum whose surface is anodized, for example. The
チャンバ10の底部には、セラミックス等からなる絶縁板12を介して円柱状のサセプタ支持台14が配置され、このサセプタ支持台14の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ16が設けられている。サセプタ16は下部電極を構成し、その上に被処理基板である半導体ウエハWが載置される。
A
サセプタ16の上面には、半導体ウエハWを静電力で吸着保持する静電チャック18が設けられている。この静電チャック18は、導電膜からなる電極20を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極20には直流電源22が電気的に接続されている。そして、直流電源22からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハWが静電チャック18に吸着保持される。
On the upper surface of the
静電チャック18の周囲でサセプタ16の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなるフォーカスリング24が配置されている。サセプタ16およびサセプタ支持台14の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材26が設けられている。
A
サセプタ支持台14の内部には、例えば円周上に冷媒室28が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管30a,30bを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハWの処理温度を制御することができる。
Inside the susceptor support 14, for example, a
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばHeガスがガス供給ライン32を介して静電チャック18の上面と半導体ウエハWの裏面との間に供給される。
Further, a heat transfer gas, for example, He gas, from a heat transfer gas supply mechanism (not shown) is supplied between the upper surface of the
下部電極であるサセプタ16の上方には、サセプタ16と対向するように平行に上部電極34が設けられている。そして、上部および下部電極34,16間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極34は、下部電極であるサセプタ16上の半導体ウエハWと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
Above the
上部電極34は、サセプタ16と所定の間隔をおいて対向配置されているリング状またはドーナツ状の外側上部電極36と、この外側状部電極36の半径方向内側に絶縁された状態で配置されている円板状の内側上部電極38とで構成される。これらは、プラズマ生成に関して外側上部電極36が主で、内側上部電極38が補助の関係を有している。
The
図2に当該プラズマエッチング装置の要部を拡大して示すように、外側上部電極36と内側上部電極38との間には、例えば0.25〜2.0mmの環状ギャップ(隙間)が形成され、このギャップに例えば石英からなる誘電体40が設けられる。このギャップにはさらにセラミックス部材96が設けられている。セラミックス部材96は省略することもできる。この誘電体40を挟んで両電極36と38との間にコンデンサが形成される。このコンデンサのキャパシタンスC40は、ギャップのサイズと誘電体40の誘電率に応じて所望の値に選定または調整される。外側上部電極36とチャンバ10の側壁との間には、例えばアルミナ(Al2O3)からなるリング形状の絶縁性遮蔽部材42が気密に取り付けられている。
As shown in the enlarged view of the main part of the plasma etching apparatus in FIG. 2, an annular gap (gap) of, for example, 0.25 to 2.0 mm is formed between the outer
外側上部電極36は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体、例えばシリコンで構成されるのが好ましい。外側上部電極36には、整合器44、上部給電棒46、コネクタ48および給電筒50を介して、第1の高周波電源52が電気的に接続されている。第1の高周波電源52は、13.56MHz以上の周波数、例えば60MHzの高周波電力を出力する。整合器44は、第1の高周波電源52の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ10内にプラズマが生成されている時に第1の高周波電源52の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。整合器44の出力端子は上部給電棒46の上端に接続されている。
The outer
給電筒50は、円筒状または円錐状あるいはそれらに近い形状の導電板たとえばアルミニウム板または銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極36に接続され、上端がコネクタ48によって上部給電棒46の下端部に電気的に接続されている。給電筒50の外側では、チャンバ10の側壁が上部電極34の高さ位置よりも上方に延びて円筒状の接地導体10aを構成している。この円筒状接地導体10aの上端部は筒状の絶縁部材54により上部給電棒46から電気的に絶縁されている。かかる構成においては、コネクタ48からみた負荷回路において、給電筒50および外側上部電極36と円筒状接地導体10aとで、給電筒50および外側上部電極36を導波路とする同軸線路が形成される。
The
図1に示すように、内側上部電極38は、多数のガスのガス吐出孔56aを有する、例えばシリコン、炭化珪素などの半導体材料からなる電極板56と、この電極板56を着脱可能に支持する導電材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる電極支持体58とを有する。電極支持体58の内部には、例えばOリングからなる環状隔壁部材60で分割された中心ガス導入室62と周辺ガス導入室64とが設けられている。中心ガス導入室62とその下面に設けられている多数のガス吐出孔56aとで中心シャワーヘッドが構成され、周辺ガス導入室64とその下面に設けられている多数のガス吐出孔56aとで周辺シャワーヘッドが構成されている。
As shown in FIG. 1, the inner
2つのガス導入室62,64には、共通の処理ガス供給源66から処理ガスが所望の流量比で供給されるようになっている。すなわち、処理ガス供給源66からのガス供給管68が途中で2つに分岐してガス導入室62,64に接続され、それぞれの分岐管68a,68bに流量制御弁70a,70bが設けられており、処理ガス供給源66からガス導入室62,64までの流路のコンダクタンスは等しいので、流量制御弁70a,70bにより中心ガス導入室62と周辺ガス導入室64とに供給する処理ガスの流量比を任意に調整することができる。ガス供給管68にはマスフローコントローラ(MFC)72および開閉バルブ74が設けられている。このように、中心ガス導入室62と周辺ガス導入室64とに導入する処理ガスの流量比を調整することで、中心シャワーヘッドから吐出されるガスの流量FCと周辺シャワーヘッドから吐出されるガスの流量FEとの比率(FC/FE)を任意に調整することができるようになっている。なお、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ吐出させる処理ガスの単位面積当たりの流量を異ならせることも可能である。さらに中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ吐出させる処理ガスのガス種またはガス混合比を独立または別個に選定することも可能である。
The two
内側上部電極38の電極支持体58には、整合器44、上部給電棒46、コネクタ48および下部給電筒76を介して上記第1の高周波電源が電気的に接続されている。下部給電筒76の途中には、キャパシタンスを可変調整することができる可変コンデンサ78が設けられている。この可変コンデンサ78は、後述するように、外側電界強度と内側電界強度とのバランスを調整する機能を有するとともに、装置のプラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整機構の一部として機能する。
The first high-frequency power source is electrically connected to the
図示は省略するが、外側上部電極および内側上部電極38にも適当な冷媒室または冷却ジャケットを設けて、外部のチラーユニットからの冷媒を介してこれら電極の温度制御を行うようにしてもよい。
Although illustration is omitted, the outer upper electrode and the inner
チャンバ10の底部には排気口80が設けられ、この排気口80に排気管82を介して排気装置84が接続されている。排気装置84は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ10内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ10の側壁には半導体ウエハWの搬入出口85が設けられており、この搬入出口85はゲートバルブ86により開閉可能となっている。
An
下部電極であるサセプタ16には、整合器88を介して第2の高周波電源90が電気的に接続されている。この第2の高周波電源90から下部電極サセプタ16に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハW側にイオンが引き込まれる。第2の高周波電源90は、2〜27MHzの範囲内の周波数、例えば2MHzの高周波電力を出力する。整合器88は高周波電源90の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ10内にプラズマが生成されている時に高周波電源90の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。なお、整合器88には、後述するインピーダンス調整機構の一部をなすVPPモニタ(電圧検出器)89が内蔵されている。以下、VPPとは高周波電圧波形のピーク間の電位差のことを指すものとする。
A second high
内側上部電極38には、第1の高周波電源52からの高周波(60MHz)は通さずに第2の高周波電源90からの高周波(2MHz)をグランドへ通すためのローパスフィルタ(LPF)92が電気的に接続されている。このローパスフィルタ(LPF)92は、好適にはLRフィルタまたはLCフィルタで構成されるが、1本の導線だけでも第1の高周波電源52からの高周波(60MHz)に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、下部電極であるサセプタ16には、第1の高周波電源52からの高周波(60MHz)をグランドに通すためのハイパスフィルタ(HPF)94が電気的に接続されている。
The inner
本実施形態に係るプラズマエッチング装置は、図3に示すように、インピーダンス調整機構100を有している。インピーダンス調整機構100は、可変インピーダンス部を構成する上記可変コンデンサ78と、上記内側上部電極38に流れ込む電流によって形成される共振回路101と、上記VPPモニタ89と、装置内にプラズマを生成させた際に、上記可変コンデンサ78のキャパシタンスを変化させつつ、VPPモニタ89により検出された下部電極(サセプタ16)のバイアスVPPの値に基づいて、上記共振回路101の共振点を探し出し、共振点における可変コンデンサのキャパシタンスの値を基準となる値に合わせるコントローラ102とを有している。これによりプラズマソース側でのインピーダンスの調整が可能となる。なお、VPPモニタ80により検出された下部電極のバイアスVPPは、VPPモニタ80により検出される第2の高周波電源90からの高周波電力に対するVPPと言い換えることができる。
The plasma etching apparatus according to the present embodiment has an
このように構成されるプラズマエッチング装置においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ86を開状態とし、搬入出口85を介してエッチング対象である半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入し、サセプタ16上に載置する。そして、処理ガス供給源66からエッチングのための処理ガスを所定の流量および流量比で中心ガス導入室62および周辺ガス導入室64に導入し、排気装置84によりチャンバ10内を排気し、その中の圧力を例えば0.1〜150Paの範囲内の設定値とする。ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばフロロカーボンガス(CxFy)のようなハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ArガスやO2ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
When performing the etching process in the plasma etching apparatus configured as described above, first, the
このようにチャンバ10内にエッチングガスを導入した状態で、第1の高周波電源52からプラズマ生成用の高周波電力(60MHz)を所定のパワーで上部電極34に印加するとともに、第2の高周波電源90よりイオン引き込み用の高周波(2MHz)を所定のパワーで下部電極であるサセプタ16に印加する。また、直流電源22から直流電圧を静電チャック18の電極20に印加して、半導体ウエハWをサセプタ16に固定する。
In this manner, with the etching gas introduced into the
内側上部電極38のガス吐出孔56aから吐出されたエッチングガスは、高周波電力により生じた上部電極34と下部電極であるサセプタ16間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハWの被処理面がエッチングされる。
The etching gas discharged from the
このプラズマエッチング装置では、上部電極34に高い周波数領域(イオンが動けない5〜10MHz以上)の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい解離状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。
In this plasma etching apparatus, high frequency power in a high frequency region (5 to 10 MHz or more at which ions cannot move) is supplied to the
また、上部電極34において、半導体ウエハWと直に対向する内側上部電極38をシャワーヘッド兼用型とし、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドとでガス吐出流量の比率を任意に調整することができるので、ガス分子またはラジカルの密度の空間分布を径方向で制御し、主にラジカルに起因するエッチング特性の空間的な分布特性を任意に制御することもできる。
Further, in the
一方、上部電極34においては、後述するように、プラズマ生成のための高周波電極として、外側上部電極36を主、内側上部電極38を副とし、これら電極36,38よりこれらの直下の電子に与える電界強度の比率を調整可能にしているので、プラズマ密度の空間分布を径方向で制御することができ、反応性イオンエッチングの空間的な特性を任意かつ精細に制御することができる。
On the other hand, in the
ここで、外側上部電極36と内側上部電極38との間で電界強度または投入電力の比率を可変にすることによって行われるプラズマ密度空間分布の制御は、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドとの間で処理ガスの流量やガス密度またはガス混合比の比率を可変することによって行われるラジカル密度空間分布の制御に実質的に影響を及ぼさない。つまり、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドから噴出される処理ガスの解離は内側上部電極38直下のエリア内で行われるため、内側上部電極38と外側上部電極36との間で電界強度のバランスを変えても、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドとは内側上部電極38内にあり同一エリア内であるから、これらの間のラジカル生成量ないし密度のバランスにはさほど影響しない。したがって、プラズマ密度の空間分布とラジカル密度の空間分布とを実質的に独立に制御することができる。
Here, the control of the plasma density space distribution performed by changing the ratio of the electric field strength or the input power between the outer
また、本実施形態のプラズマエッチング装置は、外側上部電極36が主であり、その直下でプラズマの大部分ないし過半を生成して内側上部電極38の直下に拡散させる。このため、シャワーヘッドを兼ねる内側上部電極38においては、プラズマのイオンから受けるアタックが少ないため、交換部品である電極板56のガス吐出孔56aのスパッタ進行を効果的に抑制し、電極板56の寿命を大幅に延ばすことができる。一方、プラズマの大部分ないし過半を生成する外側上部電極36は、電界の集中するガス吐出口を有してはいないため、イオンのアタックは少なく、寿命が短くなるようなことはない。
Further, the plasma etching apparatus of the present embodiment is mainly the outer
次に、図2および図4を参照して、外側上部電極36と内側上部電極38との間電界強度または投入電力を可変とすることによって行われるプラズマ密度空間分布の制御についてさらに詳細に説明する。図2は、上述したように、本実施形態のプラズマエッチング装置の要部、特にプラズマ生成手段を構成する要部の構成を示しており、図4はプラズマ生成手段の要部の等価回路を示す。なお、図2ではシャワーヘッド部の構造を省略し、図4では各部の抵抗を省略している。
Next, with reference to FIGS. 2 and 4, the control of the plasma density spatial distribution performed by varying the electric field strength or input power between the outer
上述したように、コネクタ48からみた負荷回路において、外側上部電極36および給電筒50と円筒状接地導体10aとで、外側上部電極36および給電筒50を導波路Joとする同軸線路が形成される。ここで給電筒50の半径(外径)をao、円筒状接地導体10aの半径をbとすると、この同軸線路の特性インピーダンスまたはインダクタンスLoは以下の(1)式で近似することができる。
Lo=K・ln(b/ao) ‥‥‥(1)
ただし、Kは導波路のキャリアの移動度および誘電率で決まる定数である。
As described above, in the load circuit viewed from the
Lo = K · ln (b / ao) (1)
However, K is a constant determined by the carrier mobility and dielectric constant of the waveguide.
一方、コネクタ48からみた負荷回路において、下部給電棒76と円筒状接地導体10aとの間でも下部給電棒76を導波路Jiとする同軸線路が形成される。内側上部電極38も下部給電棒76の延長上にあるが、直径が極端に違うため、下部給電棒76のインピーダンスが支配的になる。ここで、下部給電棒76の半径(外径)をaiとすると、この同軸線路の特性インピーダンスまたはインダクタンスLiは以下の(2)式で近似することができる。
Li=K・ln(b/ai) ‥‥‥(2)
On the other hand, in the load circuit viewed from the
Li = K · ln (b / ai) (2)
上記(1)、(2)式から理解されるように、内側上部電極38に高周波を伝える内側導波路Jiは従来の一般的な高周波システムと同様のインダクタンスLiを与えるのに対して、外側上部電極36に高周波を伝える外側導波路Joは径が大きい分だけ著しく小さなインダクタンスLoを与えることができる。これにより、整合器44からみてコネクタ48より先の負荷回路では、低インピーダンスの外側導波路Joで高周波が伝播しやすく(電圧降下が小さく)、外側上部電極36に相対的に大きい高周波電力Poを供給して、外側上部電極36の下面(プラズマ接触面)で強い電界強度Eoを得ることができる。一方、高インピーダンスの内側導波路Jiでは高周波が伝播しにくく(電圧降下が大きく)、内側上部電極38に外側上部電極36に供給される高周波電力Poよりも小さい高周波電力Piが供給され、内側上部電極38の下面(プラズマ接触面)で得られる電界強度Eiを外側上部電極36側の電界強度Eoよりも小さくすることができる。
As understood from the above formulas (1) and (2), the inner waveguide Ji for transmitting a high frequency to the inner
このように、上部電極34では、外側上部電極36の直下で相対的に強い電界Eoで電子を加速させると同時に、内側上部電極38の直下では相対的に弱い電界Eiで電子を加速させることとなり、これによって外側上部電極36の直下でプラズマPの大部分ないし過半が生成され、内側上部電極38の直下では補助的にプラズマPの一部が生成される。そして、外側上部電極36の直下で生成された高密度のプラズマが径方向の内側と外側に拡散することにより、上部電極34とサセプタ16との間のプラズマ処理空間においてプラズマ密度が径方向で均される。
Thus, in the
外側上部電極36および給電筒50と円筒状接地導体10aとで形成される同軸線路における最大伝送電力Pmaxは、給電筒50の半径aoと円筒状接地導体10aの半径bとに依存し、以下の(3)式で与えられる。
Pmax/Eomax 2=ao2[ln(b/ao)]2/2Zo ‥‥(3)
ただし、Zoは整合器44側からみた当該同軸線路の入力インピーダンスであり、EomaxはRF伝送系の最大電界強度である。
The maximum transmission power P max in the coaxial line formed by the outer
P max / Eo max 2 = ao 2 [ln (b / ao)] 2 / 2Zo (3)
However, Zo is the input impedance of the coaxial line viewed from the matching
上記(3)式において、最大伝送電力Pmaxはb/ao≒1.65で極大値となる。このことから、外側導波路Joの電力伝送効率を向上させるには、給電筒50の径サイズに対する円筒状接地導体10aの径サイズの比(b/ao)が約1.65となるように構成するのが最も好ましく、少なくとも1.2〜2.0の範囲内に入るように構成するのが好ましい。さらには1.5〜1.7の範囲である。
In the above equation (3), the maximum transmission power P max is a maximum value at b / ao≈1.65. Therefore, in order to improve the power transmission efficiency of the outer waveguide Jo, the ratio (b / ao) of the diameter size of the
プラズマ密度の空間分布を任意かつ精細に制御するためには、外側上部電極36直下の外側電界強度Eo(または外側上部電極36側への投入電力Po)と内側上部電極38直下の内側電界強度Ei(または内側上部電極38側への投入電力Pi)との比率つまりバランスを調整することが好ましく、その手段として下部給電棒76の途中に可変コンデンサ78が挿入されている。この可変コンデンサ78のキャパシタンスC78と全体の投入電力に対する内側上部電極38側への投入電力Piの比率との関係は図5に示すようになっている。この図から明らかなように、可変コンデンサ78のキャパシタンスC78を変えることにより、内側導波路Jiのインピーダンスまたはリアクタンスを増減させ、外側導波路Joの電圧降下と内側導波路Jiの電圧降下との相対比率を変えることができ、ひいては外側電界強度Eo(外側投入電力Po)と内側電界強度Ei(内側投入電力Pi)との比率を調整することができる。
In order to arbitrarily and finely control the spatial distribution of the plasma density, the outer electric field intensity Eo directly below the outer upper electrode 36 (or the input electric power Po to the outer
なお、プラズマの電位降下を与えるイオンシースのインピーダンスは一般に容量性である。図4の等価回路では、外側上部電極36直下におけるシースインピーダンスのキャパシタンスをCPo、内側上部電極38直下におけるシースインピーダンスのキャパシタンスをCPiと擬制している。また、外側上部電極36と内側上部電極38との間に形成されるコンデンサのキャパシタンスC40は、可変コンデンサ78のキャパシタンスC78と組み合わさって上記のような外側電界強度Eo(外側投入電力Po)と内側電界強度Ei(内側投入電力Pi)とのバランスを左右するものであり、可変コンデンサ78による電界強度(投入電力)バランス調整機能を最適化することができるような値に選定または調整されることが好ましい。
It should be noted that the impedance of the ion sheath that gives a plasma potential drop is generally capacitive. In the equivalent circuit of FIG. 4, the sheath impedance capacitance immediately below the outer
ところで、この種のプラズマ処理装置は、パーツの寸法公差や取り付け誤差等により、装置間やクリーニングサイクル毎にプラズマソース側のインピーダンスに微少な差が存在し、これによりプロセス特性がばらついてしまう。 By the way, in this kind of plasma processing apparatus, there is a slight difference in impedance on the plasma source side between apparatuses and every cleaning cycle due to dimensional tolerance of parts, mounting error, and the like, and thereby process characteristics vary.
このため、本実施形態では、上述したような、外側電界強度Eo(外側投入電力Po)と内側電界強度Ei(内側投入電力Pi)との比率を調整するための可変コンデンサ78を可変インピーダンス部として含むインピーダンス調整機構100によりプラズマを生成した状態で予めインピーダンス調整を行う。インピーダンス調整機構100は、上記可変コンデンサ78によるインピーダンス可変機能と、上記上部電極34の内側上部電極38に流れ込む電流によって形成される共振回路101とを利用し、VPPモニタ89によってその共振回路の共振点を探し出し、共振点における可変インピーダンス部の値、すなわち可変コンデンサ78のキャパシタンスの値を基準となる値に合わせる。
For this reason, in this embodiment, the
具体的には、装置内にプラズマを生成させた際に、上記可変コンデンサ78のキャパシタンスを変化させつつ、VPPモニタ89により下部電極のバイアスVPPの値を検出し、コントローラ102により、この下部電極のバイアスVPPの値に基づいて、上記内側上部電極38に流れ込む電流によって形成される共振回路101の共振点を探し出し、共振点における可変コンデンサ78のキャパシタンスの値を基準となる値に合わせる。これによりプラズマソース側でのインピーダンスの調整が可能となる。ここで、本実施形態における、プラズマソース側のインピーダンスとは、図4のPIで示した範囲内における回路のインピーダンスである。
Specifically, when plasma is generated in the apparatus, the value of the bias V PP of the lower electrode is detected by the V PP monitor 89 while changing the capacitance of the
共振回路101をより詳細に説明すると、図6に示すようになる。すなわち、共振回路101は、給電棒46からコネクタ48、外側上部電極36に給電する給電筒50、および外側上部電極36を介して内側上部電極38に流れる図6(a)の実線で示すラインと、給電棒46からコネクタ48、外側上部電極に給電する給電筒50、外側上部電極36、給電筒50、可変コンデンサ78を通って内側上部電極38に流れる図6(b)の破線で示すラインとで形成される。このように構成される共振回路では、共振点において内側上部電極38に流れる高周波電流が最も大きくなる。なお、図6に示すように、高周波電流は、導電体においてはその表面を流れる。
The
上述した図5に示すように、可変コンデンサ78のキャパシタンスを変化させることにより、内側上部電極38からの内側電界強度Eiの比率を変化させることができるから、可変コンデンサ78のキャパシタンスを変化させることにより共振回路101の共振点を探すことができる。
As shown in FIG. 5 described above, by changing the capacitance of the
この際の内側上部電極38に流れる高周波電流は、装置状態、例えば下部電極であるサセプタ16のバイアスVPPに反映され、内側上部電極に最も大きな高周波電流が流れる共振点において、VPPの値は極小値を示す。つまり、図7に示すように、プラズマを生成させた状態で可変コンデンサ78のステップ(CPI値)を増減し、キャパシタンスを変化させると、VPPモニタ89が検出する下部電極のバイアスVPPの値が変化し、あるCPI値においてVPPの値は極小値を示す。このようにVPPの値が極小値を示す場合に、上記共振回路が共振点を示すこととなる。なお、CPI値は、可変コンデンサ78のキャパシタンスの変化幅を所定数のステップに分割した値をいい、実際のキャパシタンスの値に対応する。
The high-frequency current flowing through the inner
本実施形態ではこのことを利用して、インピーダンス調整機構100のコントローラ102により、以下の手順でインピーダンス調整を行う。この際の手順を図8のフローチャートを参照して詳細に説明する。
In the present embodiment, utilizing this, the
まず、プラズマエッチング装置内にダミーウエハを搬入し、第1の高周波電源52に給電してプラズマを生成させ、可変コンデンサ78の初期ステップ(CPI値)での下部電極(サセプタ16)のバイアスVPPの値を取得する(STEP1)。この場合のVPPは、複数個、例えば20個のデータの平均値を求める。この際に、プラズマ不安定や異常放電等によりVPPが異常値を示していないかどうかを判断する(STEP2)。具体的には、複数個のVPPデータの振れ幅が例えば50V以上である場合、プラズマ不安定や異常放電等の可能性ありとして再試行を求める。
First, a dummy wafer is carried into the plasma etching apparatus, and plasma is generated by supplying power to the first high-
このSTEP2は、VPPの変化量をモニタすることにより、例えば以下のようにして行う。
複数個のVPPデータのうち最初の3ポイントは下記のように比較する。
−50<VPP(i+1)−VPP(i)<50 (i=0,1,2)
4ポイント目から残りは、下記のように移動平均にて比較する。
−50<VPP(i)−{(VPP(i−1)+VPP(i−2)+VPP(i−3))/3}<50 (3<i<19)
This STEP2, by monitoring the variation of V PP, for example performed as follows.
Of the plurality of VPP data, the first three points are compared as follows.
−50 <V PP (i + 1) −V PP (i) <50 (i = 0, 1, 2)
The rest from the fourth point is compared with the moving average as follows.
−50 <V PP (i) − {(V PP (i−1) + V PP (i−2) + V PP (i−3)) / 3} <50 (3 <i <19)
それぞれのVPPの値が正常であった場合、平均VPP値が極小値か否かを判定する(STEP3)。この判定はコントローラ102により、以下のように行われる。すなわち、可変コンデンサ78のステップ値(CPI値)と(平均)VPP値との関係は、前述の図7のように示されるので、VPP(j+1)−VPP(j)を計算し(ただし、j:CPI値、VPP(j):CPI値jにおける平均VPP値である。)、
VPP(j+1)−VPP(j)<0
である場合、VPP(j)は極小値ではないと判定し、
VPP(j+1)−VPP(j)>0
である場合、VPP(j)は極小値であると判定する。
If each V PP value is normal, it is determined whether or not the average V PP value is a minimum value (STEP 3). This determination is performed by the
V PP (j + 1) −V PP (j) <0
, It is determined that V PP (j) is not a local minimum,
V PP (j + 1) −V PP (j)> 0
If it is, it is determined that V PP (j) is a minimum value.
なお、上記平均VPP値が極小値か否かを判定する方法を採用する場合は、一番最初に上記STEP1〜3を実行する際のCPI値(初期CPI値)が、共振点近傍のCPI値より小さいCPI値に設定する必要がある。 When the method of determining whether or not the average VPP value is a minimum value is adopted, the CPI value (initial CPI value) when executing the above STEP 1 to 3 is the CPI value near the resonance point. It is necessary to set a smaller CPI value.
そして、求めた平均VPP値が極小値でない場合、CPI値を1増やし(STEP4)、再度上記STEP1〜3を行う。なお、これを繰り返してCPI値を10以上増やしても共振点がない場合、CPI値が共振点を超えてしまっている可能性があるため、その場合にはCPI値を1ずつ減らしてVPP値が極小値になる点を探す。 If the obtained average V PP value is not the minimum value, the CPI value is increased by 1 (STEP 4), and the above STEPs 1 to 3 are performed again. If there is no resonance point even if the CPI value is increased by 10 or more by repeating this, the CPI value may exceed the resonance point. In this case, the CPI value is decreased by 1 and V PP Find the point where the value is a local minimum.
一方、求めたVPP値が極小値であった場合、このCPI値を共振点とし、この共振点のCPI値と基準となるCPI値との差をオフセット量として計算する(STEP5)。すなわち、オフセット量=(基準CPI値)−(現在の共振点のCPI値)を算出する。ここで、基準となるCPI値は、クリーニング前の共振回路101の共振点におけるCPI値、またはインピーダンスが調整された同じ構造の他の装置の共振回路101の共振点におけるCPI値である。なお、共振点は、コントローラ102にパラメータとして設定されている。このオフセット量は、図9に示すように、VPPの基準波形(共振点におけるCPIが基準値の場合)に対するずれに対応するものであり、このように共振点におけるCPI値のずれを把握することにより、インピーダンス値の基準値からのずれを把握することができる。
On the other hand, when the obtained V PP value is a minimum value, this CPI value is used as a resonance point, and the difference between the CPI value at this resonance point and the reference CPI value is calculated as an offset amount (STEP 5). That is, offset amount = (reference CPI value) − (current resonance point CPI value) is calculated. Here, the reference CPI value is the CPI value at the resonance point of the
このオフセット量を例えば装置画面に表示するようにし、この画面によりユーザーが算出されたオフセット値を確認することができるようにする(STEP6)。そして、ユーザーの操作によりオフセットコマンドが実施され(STEP7)、これによりコントローラ102から可変コンデンサ78のコントロールボックス(図示せず)へ指令が送信され、可変コンデンサ78のコントロールボックスが初期化されるとともに、可変コンデンサ78の共振点のCPI値が上述のように算出されたオフセット値に対応する値だけオフセットされる(STEP8)。その後、この初期化コマンドが正常に実施されたか否かを判定し(STEP9)、正常に行われたと判断された場合に、上記STEP1〜3を実施し、共振点が修正されたか否かをユーザーが確認し(STEP10)、修正されていればインピーダンス調整を終了し、修正されていなければインピーダンス調整をやりなおす。
This offset amount is displayed on the apparatus screen, for example, and the user can check the calculated offset value on this screen (STEP 6). Then, an offset command is executed by the user's operation (STEP 7), whereby a command is transmitted from the
このように、共振回路101の共振点を利用して可変コンデンサ78のキャパシタンスの値を基準となる値に調整することができるので、パーツの寸法公差や取り付け誤差等により生じる装置間やクリーニングサイクル毎のプラズマソース側のインピーダンスの差を最小限に抑えることができる。また、プラズマを生成した状態で調整を行うことができるので、インピーダンスの調整精度が高い。さらに、特別な測定機器や測定治具を用いることがないので、コスト的に有利である。さらにまた、ほとんど自動的に調整を行うことができるので、人為的ミスもほとんどない。なお、上記では、プラズマエッチング装置内にダミーウエハを搬入してインピーダンス調整を行う手順を説明したが、ダミーウエハを搬入しなくても、同様の手法でインピーダンス調整を行うことができる。
In this manner, the capacitance value of the
図10に以上のようにして実際にインピーダンス調整を行った例を示す。この例では、基準となる共振点でのCPI値が63であり、調整前の共振点でのCPI値は64であった。このため、上述の手順に従って、共振点でのCPI値が63になるように調整した。 FIG. 10 shows an example of actual impedance adjustment as described above. In this example, the CPI value at the reference resonance point is 63, and the CPI value at the resonance point before adjustment is 64. For this reason, the CPI value at the resonance point was adjusted to 63 according to the above procedure.
上記例では、共振回路101の共振点を下部電極におけるバイアスVPPを用いて把握したが、図11に示す上部電極の整合器44の2つのコンデンサC1およびC2のキャパシタンスを用いても把握することができる。これにより共振点を把握し、実際にインピーダンス調整を行った結果を図12に示す。C1は共振点において極小値を示し、C2は共振点において極大値を示し、この例では、基準となるCPI値は65であり、調整前のCPI値は66である。この場合でも、上述の手順にしたがって、C1の極小値およびC2の極大値が65になるように調整してインピーダンス調整を行うことができる。
In the above example, the resonance point of the
その他、上部電極側にVIプローブ(電流・電圧・位相・ある周波数に対する高調波等を検出可能な検出器)を設置した場合、下部電極側にVIプローブを設置した場合において、その電圧値または電流値を用いても共振回路101の共振点を把握することができる。
In addition, when a VI probe (detector capable of detecting current, voltage, phase, harmonics at a certain frequency, etc.) is installed on the upper electrode side, or when a VI probe is installed on the lower electrode side, the voltage value or current The resonance point of the
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、可変インピーダンス部として可変コンデンサを用いたが、これに限らず、可変コイルや可変抵抗等、他の回路を用いることもできる。また、上記実施形態では、内側上部電極への給電ラインに可変インピーダンス部を設けたが、外側上部電極の給電ラインに設けてもよい。さらに、プラズマ生成用の高周波電力を上部電極に印加するプラズマ処理装置について示したが、下部電極に印加するプラズマ処理装置であってもよい。さらにまた、プラズマ生成用の高周波電力が印加される電極を分割電極にした例について示したが、必ずしも分割されていなくてもよい。さらにまた、装置状態のモニタとして下部電極のバイアスVPP、上部電極の整合器に含まれているコンデンサのキャパシタンス、VIプローブが検出する電圧値や電流値を例示したが、これに限らず、共振回路の共振点を把握することができるものであれば特に限定されない。さらにまた、上記実施形態ではプラズマエッチング装置を例にとって説明したが、本発明はCVD成膜装置やスパッタリング装置等の他のプラズマ処理装置に適用可能であることはいうまでもない。 The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, a variable capacitor is used as the variable impedance unit. However, the present invention is not limited to this, and other circuits such as a variable coil and a variable resistor can also be used. Moreover, in the said embodiment, although the variable impedance part was provided in the electric power feeding line to an inner side upper electrode, you may provide in the electric power feeding line of an outer side upper electrode. Furthermore, although a plasma processing apparatus that applies high-frequency power for plasma generation to the upper electrode has been shown, it may be a plasma processing apparatus that applies to the lower electrode. Furthermore, although the example in which the electrode to which the high-frequency power for plasma generation is applied is a divided electrode, it is not necessarily divided. Furthermore, as an example of the device status monitor, the lower electrode bias V PP , the capacitance of the capacitor included in the upper electrode matcher, and the voltage value and current value detected by the VI probe are exemplified, but not limited to this, the resonance There is no particular limitation as long as the resonance point of the circuit can be grasped. Furthermore, although the plasma etching apparatus has been described as an example in the above embodiment, the present invention can be applied to other plasma processing apparatuses such as a CVD film forming apparatus and a sputtering apparatus.
10…チャンバ(処理容器)
16…サセプタ(下部電極)
34…上部電極
36…外側上部電極
38…内側上部電極
44,88…整合器
46…給電棒
50…給電筒
52…第1の高周波電源
66…処理ガス供給源
78…可変コンデンサ(可変インピーダンス部)
84…排気装置
89…バイアスVPPモニタ
90…第2の高周波電源
100…インピーダンス調整機構
101…共振回路
102…コントローラ
W…半導体ウエハ(被処理基板)
10 ... Chamber (processing container)
16 ... susceptor (lower electrode)
34 ...
84 ...
Claims (23)
処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、
前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、
前記インピーダンス調整手段は、
前記第1電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、
前記第1電極の給電ラインに設けられた可変インピーダンス部と、
前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、
前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器の装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整する制御部と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing container in which a substrate to be processed is accommodated and evacuated;
A first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the processing container;
High-frequency power supply means for supplying high-frequency power for plasma formation to the first electrode;
A processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, and generating plasma of the processing gas between the first electrode and the second electrode to perform plasma processing on the substrate to be processed A device,
Furthermore, it comprises impedance adjusting means for adjusting the impedance on the plasma source side,
The impedance adjusting means includes
A resonant circuit formed such that a high-frequency current flows into the first electrode;
A variable impedance unit provided in the power supply line of the first electrode;
A detector for detecting a device state for grasping a resonance point of the resonance circuit;
While changing the value of the variable impedance unit in the state where the plasma is formed, the signal of the device state of the detector is detected to find the resonance point of the resonance circuit, and the value of the variable impedance unit at the resonance point And a controller for adjusting the value to a reference value.
処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、
前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記第1電極は、内側電極および外側電極に分割され、
前記プラズマ処理装置は、さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、
前記インピーダンス調整手段は、
前記第1電極の前記内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、
前記第1電極の内側電極への給電ラインまたは外側電極への給電ラインに設けられた可変インピーダンス部と、
前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、
前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器からの装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整する制御部と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing container in which a substrate to be processed is accommodated and evacuated;
A first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the processing container;
High-frequency power supply means for supplying high-frequency power for plasma formation to the first electrode;
A processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, and generating plasma of the processing gas between the first electrode and the second electrode to perform plasma processing on the substrate to be processed A device,
The first electrode is divided into an inner electrode and an outer electrode,
The plasma processing apparatus further includes impedance adjusting means for adjusting impedance on the plasma source side,
The impedance adjusting means includes
A resonant circuit formed such that a high-frequency current flows into the inner electrode of the first electrode;
A variable impedance unit provided in a power supply line to the inner electrode of the first electrode or a power supply line to the outer electrode;
A detector for detecting a device state for grasping a resonance point of the resonance circuit;
While the plasma is formed, the value of the variable impedance unit is changed, the device state signal from the detector is detected, the resonance point of the resonance circuit is found, and the variable impedance unit at the resonance point is detected. And a control unit that adjusts the value to a reference value.
処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、
前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記第1電極は、内側電極および外側電極に分割され、
前記プラズマ処理装置は、さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、
前記インピーダンス調整手段は、
前記第1電極の前記内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、
前記第1電極の内側電極への給電ラインに設けられた可変コンデンサと、
前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、
前記プラズマを形成した状態で、前記可変コンデンサのキャパシタンスを変更させながら、前記検出器からの装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変コンデンサのキャパシタンスを基準となる値に調整する制御部と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing container in which a substrate to be processed is stored and evacuated;
A first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the processing container;
High-frequency power supply means for supplying high-frequency power for plasma formation to the first electrode;
A processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, and generating plasma of the processing gas between the first electrode and the second electrode to perform plasma processing on the substrate to be processed A device,
The first electrode is divided into an inner electrode and an outer electrode,
The plasma processing apparatus further includes impedance adjusting means for adjusting impedance on the plasma source side,
The impedance adjusting means includes
A resonant circuit formed such that a high-frequency current flows into the inner electrode of the first electrode;
A variable capacitor provided in a power supply line to the inner electrode of the first electrode;
A detector for detecting a device state for grasping a resonance point of the resonance circuit;
While changing the capacitance of the variable capacitor while the plasma is formed, the signal of the device state from the detector is detected to find the resonance point of the resonance circuit, and the capacitance of the variable capacitor at the resonance point is determined. A plasma processing apparatus comprising: a control unit that adjusts to a reference value.
処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、
前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、
前記第1電極の給電ラインに可変インピーダンス部を設け、前記第1電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法。 A processing container in which a substrate to be processed is accommodated and evacuated;
A first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the processing container;
High-frequency power supply means for supplying high-frequency power for plasma formation to the first electrode;
A processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, and generating plasma of the processing gas between the first electrode and the second electrode to perform plasma processing on the substrate to be processed An impedance adjustment method in an apparatus,
A variable impedance unit is provided in the power supply line of the first electrode, and a detector for detecting a device state for grasping a resonance point of a resonance circuit formed so that a high-frequency current flows into the first electrode is provided; In this state, while changing the value of the variable impedance unit, the detector detects the signal of the device state, finds the resonance point of the resonance circuit, and uses the value of the variable impedance unit at the resonance point as a reference The impedance adjustment method is characterized by adjusting the impedance on the plasma source side by adjusting to a value to be
処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、
前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第1電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、
前記第1電極の内側電極への給電ラインまたは外側電極への給電ラインに可変インピーダンス部を設け、前記第1電極の内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法。 A processing container in which a substrate to be processed is accommodated and evacuated;
A first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the processing container;
High-frequency power supply means for supplying high-frequency power for plasma formation to the first electrode;
A processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, wherein the first electrode is divided into an inner electrode and an outer electrode, and a processing gas is supplied between the first electrode and the second electrode. An impedance adjustment method in a plasma processing apparatus for generating plasma and performing plasma processing on a substrate to be processed,
A variable impedance portion is provided in a power supply line to the inner electrode of the first electrode or a power supply line to the outer electrode, and a resonance point of a resonance circuit formed so that a high-frequency current flows into the inner electrode of the first electrode is grasped. A detector for detecting a device state for detecting a device state signal by the detector while changing a value of the variable impedance unit in a state where the plasma is formed, and a resonance point of the resonance circuit And adjusting the impedance on the plasma source side by adjusting the value of the variable impedance portion at the resonance point to a reference value.
処理容器内に対向して配置される第1電極および第2電極と、
前記第1電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第1電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記第1電極および前記第2電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、
前記第1電極の内側電極への給電ラインに可変コンデンサを設け、前記第1電極の内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変コンデンサのキャパシタンスを変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変コンデンサのキャパシタンスの値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法。 A processing container in which a substrate to be processed is stored and evacuated;
A first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the processing container;
High-frequency power supply means for supplying high-frequency power for plasma formation to the first electrode;
A processing gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, wherein the first electrode is divided into an inner electrode and an outer electrode, and a processing gas is supplied between the first electrode and the second electrode. An impedance adjustment method in a plasma processing apparatus for generating plasma and performing plasma processing on a substrate to be processed,
Detection for detecting a device state for grasping a resonance point of a resonance circuit formed so that a high-frequency current flows into the inner electrode of the first electrode by providing a variable capacitor in a power supply line to the inner electrode of the first electrode While the plasma is formed, the detector detects a device state signal while changing the capacitance of the variable capacitor, finds the resonance point of the resonance circuit, and the variable capacitor at the resonance point An impedance adjustment method, wherein the impedance on the plasma source side is adjusted by adjusting the value of capacitance to a reference value.
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