JP2016066593A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被処理体にプラズマ処理を施す技術に係り、特にプラズマ処理に用いられる高周波のパワーを一定周波数のパルスで変調するパルス変調方式のプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a technique for performing plasma processing on an object to be processed, and more particularly to a pulse-modulation type plasma processing apparatus that modulates high-frequency power used for plasma processing with pulses of a constant frequency.
一般に、プラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器内で処理ガスのプラズマを生成し、プラズマに含まれるラジカルやイオンの気相反応あるいは表面反応によって、処理容器内に配置される被処理体上に薄膜を堆積させ、あるいは被処理体表面の素材または薄膜を削るなどの微細加工を行うようにしている。 In general, a plasma processing apparatus generates a plasma of a processing gas in a processing container that can be evacuated, and is subjected to a gas phase reaction or surface reaction of radicals or ions contained in the plasma on a target object disposed in the processing container. A thin film is deposited on the surface, or a fine processing such as cutting a material or a thin film on the surface of the object to be processed is performed.
容量結合型のプラズマ処理装置においては、処理容器内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理体（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置し、上部電極もしくは下部電極にプラズマの生成に適した周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波を印加する。この高周波の印加により上部および下部電極間で電子が高周波電界により加速され、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマが発生するようになっている。また、被処理体を載置する下部電極に低い周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以下）の高周波を印加し、下部電極上に発生する負のバイアス電圧またはシース電圧によりプラズマ中のイオンを加速して基板に引き込むＲＦバイアス法も多く用いられている。ＲＦバイアス法により、プラズマからイオンを加速して被処理体の表面に衝突させて、表面反応、異方性エッチングあるいは膜の改質等を促進することができる。 In a capacitively coupled plasma processing apparatus, an upper electrode and a lower electrode are arranged in parallel in a processing container, and an object to be processed (semiconductor wafer, glass substrate, etc.) is placed on the lower electrode. A high frequency having a frequency suitable for plasma generation (usually 13.56 MHz or higher) is applied to the lower electrode. By applying this high frequency, electrons are accelerated between the upper and lower electrodes by a high frequency electric field, and plasma is generated by impact ionization between the electrons and the processing gas. Further, a high frequency of a low frequency (usually 13.56 MHz or less) is applied to the lower electrode on which the object to be processed is placed, and ions in the plasma are accelerated by a negative bias voltage or a sheath voltage generated on the lower electrode. Many RF bias methods are also used. By the RF bias method, ions can be accelerated from the plasma and collide with the surface of the object to be processed to promote surface reaction, anisotropic etching, film modification, or the like.
近年では、ドライエッチングの歩留まりや加工精度を向上させるために、たとえばチャージングダメージ（電荷蓄積によるゲート酸化膜の破壊）を防止し、あるいはマイクロローディング効果（パターンの幾何学的構造やパターン密度の局所的な差異に基づくエッチング速度のばらつき）を抑制するために、プラズマ生成用の高周波および／またはバイアス用の高周波を一定周波数のパルスで変調する技術が普及している。 In recent years, in order to improve the yield and processing accuracy of dry etching, for example, charging damage (breakdown of gate oxide film due to charge accumulation) is prevented, or microloading effect (pattern geometric structure and pattern density locality) is prevented. In order to suppress the variation in the etching rate based on the difference between the two, a technique for modulating the high frequency for plasma generation and / or the high frequency for bias with a pulse having a constant frequency has become widespread.
一般に、この種のパルス変調では、変調パルスのデューティ比に応じて、パルス・オンの期間中は変調を受ける高周波のパワーを所定レベルのオン状態とし、パルス・オフの期間中は当該高周波のパワーを零レベルのオフ状態とする。したがって、たとえばプラズマ生成用の高周波のパワーをパルス変調する場合、パルス・オン期間中はプラズマが発生してエッチングが進行し、パルス・オフ期間中はプラズマが消滅してエッチングが一時停止する。この場合、プラズマ生成用高周波の伝送ライン上に設けられる整合器は、各サイクルのパルス・オン期間中に負荷インピーダンスを測定し、負荷インピーダンス測定値が整合ポイント（通常５０Ω）に一致または近似するように、整合回路に設けられる可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変に制御する。 In general, in this type of pulse modulation, depending on the duty ratio of the modulation pulse, the high-frequency power to be modulated is set to a predetermined level during the pulse-on period, and the high-frequency power is applied during the pulse-off period. To the zero level off state. Therefore, for example, when pulse-modulating high-frequency power for plasma generation, plasma is generated during the pulse-on period and etching proceeds, and during the pulse-off period, the plasma disappears and the etching is temporarily stopped. In this case, the matching unit provided on the high-frequency transmission line for plasma generation measures the load impedance during the pulse-on period of each cycle so that the load impedance measurement value matches or approximates the matching point (usually 50Ω). In addition, the reactance of the variable reactance element provided in the matching circuit is variably controlled.
上記のような容量結合型プラズマ処理装置におけるパルス変調の一形態として、変調パルスのデューティ比に応じて、パルス・オン期間中は当該高周波のパワーを一定のレベルつまりハイレベルに制御し、パルス・オフ期間中は当該高周波のパワーをハイレベルより低い一定のロウレベルに制御する方法がある。ここで、ロウレベルは、プラズマ生成状態を維持するのに必要な最も低いレベルより高い値に選ばれる。 As one form of pulse modulation in the capacitively coupled plasma processing apparatus as described above, the power of the high frequency is controlled to a constant level, that is, a high level during the pulse on period according to the duty ratio of the modulation pulse. There is a method of controlling the high-frequency power to a certain low level lower than the high level during the off period. Here, the low level is selected to be higher than the lowest level required to maintain the plasma generation state.
このようなハイ（High）／ロウ（Low）のパルス変調方式においては、パルス・オフ期間中も処理容器内にはプラズマの電子およびイオンさらにはラジカルが消滅せずにそれぞれ一定量存在する。このことを利用し、当該高周波のパワーのロウレベルおよび他のプロセスパラメータを適切な値に設定して、被処理体表面に対する電子、イオンおよび／またはラジカルの化学的または物理的な作用を制御することにより、ある種のエッチングプロセスにおいて所定のエッチング特性を向上させる効果が期待されている。 In such a high / low pulse modulation system, plasma electrons, ions, and radicals exist in a certain amount in the processing vessel even during the pulse-off period, without disappearing. Using this, the low level of the high frequency power and other process parameters are set to appropriate values to control the chemical or physical action of electrons, ions and / or radicals on the surface of the workpiece. Therefore, an effect of improving predetermined etching characteristics in a certain etching process is expected.
しかしながら、ハイ／ロウのパルス変調方式においては、変調パルスの周波数を高い値（通常１ｋＨｚ以上）に設定すると、整合器における可変リアクタンス素子の可変制御が変調パルスに追従できなくなる。このため、プラズマプロセスに支配的に寄与するパルス・ハイ期間だけで整合をとり、副次的なパルス・ロウ期間を整合の対象から外さなければならなくなる。そうすると、整合が全くとれないパルス・ロウ期間中は、高周波給電ライン上に大きな反射波が発生する。このことによって、高周波のパワーを予め設定したロウレベルに安定かつ正確に保つ制御が難しくなり、ひいてはハイ／ロウのパルス変調方式におけるプロセス上の期待効果が薄くなるとともに、高周波電源等の負担も大きくなる。 However, in the high / low pulse modulation method, if the frequency of the modulation pulse is set to a high value (usually 1 kHz or more), the variable control of the variable reactance element in the matching unit cannot follow the modulation pulse. For this reason, it is necessary to perform matching only in the pulse high period that contributes predominantly to the plasma process, and to exclude the secondary pulse low period from the object of matching. Then, a large reflected wave is generated on the high-frequency power supply line during the pulse low period in which no matching is achieved. This makes it difficult to control the high-frequency power at a preset low level in a stable and accurate manner. As a result, the expected effect on the process in the high / low pulse modulation method is reduced, and the burden on the high-frequency power supply and the like is increased. .
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するものであり、プラズマ処理に用いられる高周波のパワーを変調パルスのデューティ比に応じてハイレベルとロウレベルとの間で交互に（特に高速に）切り替えるパルス変調方式を効率よく期待通りに活用できるプラズマ処理装置を提供する。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and the high-frequency power used for plasma processing is alternately switched between a high level and a low level according to the duty ratio of the modulation pulse (especially at high speed). ) Provide a plasma processing apparatus that can efficiently use the pulse modulation method to be switched as expected.
本発明のプラズマ処理装置は、被処理体を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器内で処理ガスの高周波放電によるプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記処理容器内の前記被処理体に所望の処理を施すプラズマ処理装置であって、第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、一定のデューティ比で交互に繰り返す第１および第２の期間において、前記第１の期間では前記第１の高周波のパワーがハイレベルになり、前記第２の期間では前記第１の高周波のパワーが前記ハイレベルより低いロウレベルになるように、前記第１の高周波電源の出力を一定周波数の変調パルスで変調する第１の高周波パワー変調部と、前記第１の高周波電源より出力される前記第１の高周波を前記処理容器の中または周囲に配置される第１の電極まで伝送するための第１の高周波給電ラインと、前記第１の高周波給電ライン上で前記第１の高周波電源より見える負荷のインピーダンスを測定し、前記第１の期間における負荷インピーダンスの測定値と前記第２の期間における負荷インピーダンスの測定値とを所望の重みで加重平均して得られる加重平均測定値を前記第１の高周波電源の出力インピーダンスに整合させる第１の整合器とを有する。 The plasma processing apparatus of the present invention generates a plasma by high-frequency discharge of a processing gas in a evacuable processing container that accommodates a processing object in a removable manner, and the processing object in the processing container is under the plasma. In the first and second periods, the plasma processing apparatus performs a desired process on the first and second periods alternately repeating at a constant duty ratio with a first high-frequency power source that outputs a first high-frequency wave. The output of the first high frequency power supply is set to a constant frequency so that the first high frequency power is at a high level and the first high frequency power is at a low level lower than the high level during the second period. A first high-frequency power modulation unit that modulates with a modulation pulse, and a first electrode that is disposed in or around the processing container for the first high-frequency power output from the first high-frequency power source A first high-frequency power supply line for transmission on the first high-frequency power supply line, a load impedance visible from the first high-frequency power supply on the first high-frequency power supply line, and a measured value of the load impedance in the first period A first matching unit configured to match a weighted average measurement value obtained by weighted averaging the load impedance measurement value in a second period with a desired weight to the output impedance of the first high-frequency power supply;
上記の装置構成においては、加重平均の重み変数の値を調整することにより、パルス・ハイ期間における反射波パワーとパルス・ロウにおける反射波パワーとのバランスを任意に制御することができる。このことにより、ハイ・ロウ期間における反射波のパワーを任意に減らし、そのぶんロードパワーを高めの任意に値に設定してプロセス上の要求に応えることができる。また、反射波から高周波電源を保護するためのサーキュレータ等の負担や高周波電源自体の反射波耐量を軽減し、高周波電源周りでハードウェアの小型簡易化や消費電力の効率化等を図ることもできる。 In the above apparatus configuration, the balance between the reflected wave power in the pulse high period and the reflected wave power in the pulse low period can be arbitrarily controlled by adjusting the value of the weighted average weight variable. As a result, the power of the reflected wave in the high / low period can be arbitrarily reduced, and the load power can be set to an arbitrarily high value to meet the process requirements. It is also possible to reduce the burden on the circulator for protecting the high-frequency power supply from the reflected wave and the reflected wave resistance of the high-frequency power supply itself, simplify the hardware around the high-frequency power supply, increase the power consumption efficiency, etc. .
本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、プラズマ処理に用いられる高周波のパワーを変調パルスのデューティ比に応じてハイレベルとロウレベルとの間で交互に（特に高速に）切り替えるパルス変調方式を効率よく期待通りに実現することができる。 According to the plasma processing apparatus of the present invention, with the configuration and operation as described above, the high frequency power used for the plasma processing is alternately switched between a high level and a low level according to the duty ratio of the modulation pulse (especially at a high speed). ) The switching pulse modulation method can be efficiently realized as expected.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
［プラズマ処理装置の構成］
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[Configuration of plasma processing apparatus]
図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、下部２高周波重畳印加方式の容量結合型（平行平板型）プラズマエッチング装置として構成されており、たとえば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形の真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は接地されている。 FIG. 1 shows the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. This plasma processing apparatus is configured as a capacitive coupling type (parallel plate type) plasma etching apparatus of a lower two high-frequency superimposition application method, for example, a cylindrical vacuum chamber made of aluminum whose surface is anodized (anodized). (Processing container) 10 is provided. The chamber 10 is grounded.
チャンバ１０の底部には、セラミックなどの絶縁板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の上にたと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、この上に被処理体としてたとえば半導体ウエハＷが載置される。 A cylindrical susceptor support 14 is disposed at the bottom of the chamber 10 via an insulating plate 12 such as ceramic, and a susceptor 16 made of, for example, aluminum is provided on the susceptor support 14. The susceptor 16 forms a lower electrode, on which, for example, a semiconductor wafer W is placed as an object to be processed.
サセプタ１６の上面には半導体ウエハＷを保持するための静電チャック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の間に挟み込んだものであり、電極２０にはスイッチ２２を介して直流電源２４が電気的に接続されている。直流電源２４からの直流電圧により、半導体ウエハＷを静電吸着力で静電チャック１８に保持できるようになっている。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たとえばシリコンからなるフォーカスリング２６が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面にはたとえば石英からなる円筒状の内壁部材２８が貼り付けられている。 An electrostatic chuck 18 for holding the semiconductor wafer W is provided on the upper surface of the susceptor 16. This electrostatic chuck 18 is obtained by sandwiching an electrode 20 made of a conductive film between a pair of insulating layers or insulating sheets, and a DC power supply 24 is electrically connected to the electrode 20 via a switch 22. The semiconductor wafer W can be held on the electrostatic chuck 18 by an electrostatic attraction force by a DC voltage from the DC power source 24. A focus ring 26 made of, for example, silicon is disposed on the upper surface of the susceptor 16 around the electrostatic chuck 18 to improve etching uniformity. A cylindrical inner wall member 28 made of, for example, quartz is attached to the side surfaces of the susceptor 16 and the susceptor support base 14.
サセプタ支持台１４の内部には、たとえば円周方向に延びる冷媒室３０が設けられている。この冷媒室３０には、外付けのチラーユニット（図示せず）より配管３２ａ，３２ｂを介して所定温度の冷媒たとえば冷却水（ｃｗ）が循環供給される。冷媒の温度によってサセプタ１６上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できるようになっている。さらに、伝熱ガス供給機構（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給ライン３４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。 Inside the susceptor support 14, for example, a refrigerant chamber 30 extending in the circumferential direction is provided. A refrigerant of a predetermined temperature, for example, cooling water (cw) is circulated and supplied to the refrigerant chamber 30 from an external chiller unit (not shown) through pipes 32a and 32b. The processing temperature of the semiconductor wafer W on the susceptor 16 can be controlled by the temperature of the refrigerant. Further, a heat transfer gas such as He gas from a heat transfer gas supply mechanism (not shown) is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 18 and the back surface of the semiconductor wafer W via the gas supply line 34.
サセプタ１６には、高周波電源３６，３８がそれぞれ整合器４０，４２および共通の給電導体（たとえば給電棒）４４を介して電気的に接続されている。一方の高周波電源３６は、プラズマの生成に適した一定の周波数ｆHF（たとえば４０ＭＨｚ）の高周波ＨＦを出力する。他方の高周波電源３８は、プラズマからサセプタ１６上の半導体ウエハＷへのイオンの引き込みに適した一定の周波数ｆLF（たとえば１２．８８ＭＨｚ）の高周波ＬＦを出力する。 High frequency power sources 36 and 38 are electrically connected to the susceptor 16 through matching units 40 and 42 and a common power supply conductor (for example, power supply rod) 44, respectively. One high frequency power source 36 outputs a high frequency HF having a constant frequency f HF (for example, 40 MHz) suitable for plasma generation. The other high-frequency power supply 38 outputs a high-frequency LF having a constant frequency f LF (for example, 12.88 MHz) suitable for drawing ions from the plasma into the semiconductor wafer W on the susceptor 16.
このように、整合器４０および給電棒４４は、高周波電源３６よりプラズマ生成用の高周波ＨＦをサセプタ１６まで伝送する高周波給電ライン（高周波伝送路）４３の一部を構成する。一方、整合器４２および給電棒４４は、高周波電源３８よりイオン引き込み用の高周波ＬＦをサセプタ１６まで伝送する高周波給電ライン（高周波伝送路）４５の一部を構成している。 As described above, the matching unit 40 and the power supply rod 44 constitute a part of a high frequency power supply line (high frequency transmission path) 43 that transmits the high frequency HF for plasma generation from the high frequency power source 36 to the susceptor 16. On the other hand, the matching unit 42 and the power supply rod 44 constitute a part of a high frequency power supply line (high frequency transmission path) 45 that transmits a high frequency LF for ion attraction from the high frequency power supply 38 to the susceptor 16.
チャンバ１０の天井には、サセプタ１６と平行に向かいあって上部電極４６が設けられている。この上部電極４６は、多数のガス噴出孔４８ａを有するたとえばＳi、ＳiＣなどのシリコン含有材質からなる電極板４８と、この電極板４８を着脱可能に支持する導電材料たとえば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体５０とで構成されている。この上部電極４６とサセプタ１６との間に処理空間またはプラズマ生成空間ＰＡが形成されている。 An upper electrode 46 is provided on the ceiling of the chamber 10 so as to face the susceptor 16 in parallel. The upper electrode 46 includes an electrode plate 48 made of a silicon-containing material such as Si or SiC having a large number of gas ejection holes 48a, and a conductive material that detachably supports the electrode plate 48, such as aluminum whose surface is anodized. The electrode support body 50 which consists of is comprised. A processing space or plasma generation space PA is formed between the upper electrode 46 and the susceptor 16.
電極支持体５０は、その内部にガスバッファ室５２を有するとともに、その下面にガスバッファ室５２から電極板４８のガス噴出孔４８ａに連通する多数のガス通気孔５０ａを有している。ガスバッファ室５２にはガス供給管５４を介して処理ガス供給源５６が接続されている。処理ガス供給源５６には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）５８および開閉バルブ６０が設けられている。処理ガス供給源５６より所定の処理ガス（エッチングガス）がガスバッファ室５２に導入されると、電極板４８のガス噴出孔４８ａよりサセプタ１６上の半導体ウエハＷに向けてプラズマ生成空間ＰＡに処理ガスがシャワー状に噴出されるようになっている。このように、上部電極４６は、プラズマ生成空間ＰＡに処理ガスを供給するためのシャワーヘッドを兼ねている。 The electrode support 50 has a gas buffer chamber 52 therein, and a plurality of gas vent holes 50a communicating from the gas buffer chamber 52 to the gas ejection holes 48a of the electrode plate 48 on the lower surface thereof. A processing gas supply source 56 is connected to the gas buffer chamber 52 via a gas supply pipe 54. The processing gas supply source 56 is provided with a mass flow controller (MFC) 58 and an opening / closing valve 60. When a predetermined processing gas (etching gas) is introduced from the processing gas supply source 56 into the gas buffer chamber 52, the processing is performed in the plasma generation space PA from the gas ejection holes 48 a of the electrode plate 48 toward the semiconductor wafer W on the susceptor 16. Gas is ejected in the form of a shower. Thus, the upper electrode 46 also serves as a shower head for supplying the processing gas to the plasma generation space PA.
また、電極支持体５０の内部には冷媒たとえば冷却水を流す通路（図示せず）も設けられており、外部のチラーユニットにより冷媒を介して上部電極４６の全体、特に電極板４８を所定温度に温調するようになっている。さらに、上部電極４６に対する温度制御をより安定化させるために、電極支持体５０の内部または上面にたとえば抵抗発熱素子からなるヒータ（図示せず）を取り付ける構成も可能である。 In addition, a passage (not shown) through which a coolant such as cooling water flows is provided inside the electrode support 50, and the entire upper electrode 46, in particular, the electrode plate 48 is kept at a predetermined temperature via the coolant by an external chiller unit. It is supposed to adjust the temperature. Further, in order to further stabilize the temperature control for the upper electrode 46, a configuration in which a heater (not shown) made of a resistance heating element is attached to the inside or the upper surface of the electrode support 50 is also possible.
この実施形態では、上部電極４６に負極性の直流電圧Ｖdcを印加するための直流電源部６２を備える。このために、上部電極４６はチャンバ１０の上部にリング状の絶縁体６４を介して電気的にフローティング状態で取り付けられている。リング状絶縁体６４は、たとえばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなり、上部電極４６の外周面とチャンバ１０の側壁との間の隙間を気密に塞いでおり、上部電極４６を非接地で物理的に支持している。 In this embodiment, a DC power source 62 for applying a negative DC voltage V dc to the upper electrode 46 is provided. For this purpose, the upper electrode 46 is attached to the upper portion of the chamber 10 in an electrically floating state via a ring-shaped insulator 64. The ring-shaped insulator 64 is made of alumina (Al 2 O 3 ), for example, and hermetically closes the gap between the outer peripheral surface of the upper electrode 46 and the side wall of the chamber 10, and the upper electrode 46 is physically ungrounded. I support it.
直流電源部６２は、出力電圧（絶対値）が異なる２つの直流電源６６，６８と、上部電極４６に対して直流電源６６，６８を選択的に接続するスイッチ７０とを有している。直流電源６６は相対的に絶対値の大きい負極性の直流電圧Ｖdc1（たとえば−２０００〜−１０００Ｖ）を出力し、直流電源６８は相対的に絶対値の小さな負極性の直流電圧Ｖdc2（たとえば−３００〜０Ｖ）を出力する。スイッチ７０は、主制御部７２からの切換制御信号ＳＷを受けて動作し、直流電源６６を上部電極４６に接続する第１のスイッチ位置と、直流電源６８を上部電極４６に接続する第２のスイッチ位置との間で切り換わるようになっている。さらに、スイッチ７０は、上部電極４６を直流電源６６，６８のいずれからも遮断する第３のスイッチ位置を有していてもよい。 The DC power supply unit 62 includes two DC power supplies 66 and 68 having different output voltages (absolute values), and a switch 70 that selectively connects the DC power supplies 66 and 68 to the upper electrode 46. The DC power source 66 outputs a negative DC voltage V dc1 (for example, −2000 to −1000 V) having a relatively large absolute value, and the DC power source 68 is a negative DC voltage V dc2 (for example, a relatively small absolute value). -300 to 0V) is output. The switch 70 operates in response to a switching control signal SW from the main control unit 72, and a first switch position for connecting the DC power supply 66 to the upper electrode 46 and a second switch position for connecting the DC power supply 68 to the upper electrode 46. Switch between switch positions. Further, the switch 70 may have a third switch position that cuts off the upper electrode 46 from any of the DC power supplies 66 and 68.
スイッチ７０と上部電極４６との間で直流給電ライン７４の途中に設けられるフィルタ回路７６は、直流電源部６２からの直流電圧Ｖdc1（Ｖdc2）をそのまま通して上部電極４６に印加する一方で、サセプタ１６から処理空間ＰＡおよび上部電極４６を通って直流給電ライン７４に入ってきた高周波を接地ラインへ流して直流電源部６２側へは流さないように構成されている。 The filter circuit 76 provided in the middle of the DC power supply line 74 between the switch 70 and the upper electrode 46 passes the DC voltage V dc1 (V dc2 ) from the DC power supply unit 62 as it is and applies it to the upper electrode 46. The high frequency wave that has entered the DC power supply line 74 from the susceptor 16 through the processing space PA and the upper electrode 46 flows to the ground line and does not flow to the DC power source 62 side.
また、チャンバ１０内でプラズマ生成空間ＰＡに面する適当な箇所に、たとえばＳi，ＳiＣ等の導電性材料からなるＤＣグランドパーツ（図示せず）が取り付けられている。このＤＣグランドパーツは、接地ライン（図示せず）を介して常時接地されている。 Further, a DC ground part (not shown) made of a conductive material such as Si or SiC is attached to an appropriate portion facing the plasma generation space PA in the chamber 10. This DC ground part is always grounded via a ground line (not shown).
サセプタ１６およびサセプタ支持台１４とチャンバ１０の側壁との間に形成される環状の空間は排気空間となっており、この排気空間の底にはチャンバ１０の排気口７８が設けられている。この排気口７８に排気管８０を介して排気装置８２が接続されている。排気装置８２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の室内、特にプラズマ生成空間ＰＡを所望の真空度まで減圧できるようになっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８４を開閉するゲートバルブ８６が取り付けられている。 An annular space formed between the susceptor 16 and the susceptor support 14 and the side wall of the chamber 10 is an exhaust space, and an exhaust port 78 of the chamber 10 is provided at the bottom of the exhaust space. An exhaust device 82 is connected to the exhaust port 78 via an exhaust pipe 80. The exhaust device 82 includes a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can reduce the pressure in the chamber 10, particularly the plasma generation space PA, to a desired degree of vacuum. Further, a gate valve 86 for opening and closing the loading / unloading port 84 for the semiconductor wafer W is attached to the side wall of the chamber 10.
主制御部７２は、１つまたは複数のマイクロコンピュータを含み、外部メモリまたは内部メモリに格納されるソフトウェア（プログラム）およびレシピ情報にしたがって、装置内の各部、特に高周波電源３６，３８、整合器４０，４２、ＭＦＣ５８、開閉バルブ６０、直流電源部６２、排気装置８２等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。 The main control unit 72 includes one or a plurality of microcomputers, and in accordance with software (program) and recipe information stored in an external memory or internal memory, each unit in the apparatus, in particular, the high frequency power supplies 36 and 38, the matching unit 40, and the like. , 42, MFC 58, opening / closing valve 60, DC power supply 62, exhaust device 82, and the like and the overall operation (sequence) of the device.
また、主制御部７２は、キーボード等の入力装置や液晶ディスプレイ等の表示装置を含むマン・マシン・インタフェース用の操作パネル（図示せず）および各種プログラムやレシピ、設定値等の各種データを格納または蓄積する外部記憶装置（図示せず）等とも接続されている。この実施形態では、主制御部７２が１つの制御ユニットとして示されているが、複数の制御ユニットが主制御部７２の機能を並列的または階層的に分担する形態を採ってもよい。 The main control unit 72 stores an operation panel (not shown) for a man-machine interface including an input device such as a keyboard and a display device such as a liquid crystal display, and various data such as various programs, recipes, and setting values. Alternatively, it is also connected to an external storage device (not shown) that accumulates. In this embodiment, the main control unit 72 is shown as one control unit. However, a plurality of control units may share the functions of the main control unit 72 in parallel or hierarchically.
この容量結合型プラズマエッチング装置における枚葉ドライエッチングの基本動作は次のようにして行われる。先ず、ゲートバルブ８６を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック１８の上に載置する。そして、処理ガス供給源５６より処理ガスつまりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置８２による真空排気でチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源３６，３８よりそれぞれ所定のパワーでプラズマ生成用の高周波ＨＦ（４０ＭＨｚ）およびイオン引き込み用の高周波ＬＦ（１２．８８ＭＨｚ）を重畳してサセプタ１６に印加する。また、直流電源２４より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を静電チャック１８上に固定する。上部電極４６のシャワーヘッドより吐出されたエッチングガスは両電極４６，１６間の高周波電界の下で放電し、処理空間ＰＡ内にプラズマが生成される。このプラズマに含まれるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面の被加工膜がエッチングされる。 The basic operation of single wafer dry etching in this capacitively coupled plasma etching apparatus is performed as follows. First, the gate valve 86 is opened, and the semiconductor wafer W to be processed is loaded into the chamber 10 and placed on the electrostatic chuck 18. Then, a processing gas, that is, an etching gas (generally a mixed gas) is introduced into the chamber 10 from the processing gas supply source 56 at a predetermined flow rate and flow rate ratio, and the pressure in the chamber 10 is set to a set value by vacuum evacuation by the exhaust device 82. . Further, a high frequency HF (40 MHz) for plasma generation and a high frequency LF (12.88 MHz) for ion attraction are superimposed and applied to the susceptor 16 from the high frequency power sources 36 and 38, respectively, with a predetermined power. Further, a DC voltage is applied from the DC power source 24 to the electrode 20 of the electrostatic chuck 18 to fix the semiconductor wafer W on the electrostatic chuck 18. The etching gas discharged from the shower head of the upper electrode 46 is discharged under a high-frequency electric field between the electrodes 46 and 16, and plasma is generated in the processing space PA. The film to be processed on the main surface of the semiconductor wafer W is etched by radicals and ions contained in the plasma.
このプラズマエッチング装置においては、高周波電源３６より出力されるプラズマ生成用の高周波ＨＦのパワーを、たとえば１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲内で選ばれる一定の周波数ｆSおよび可変のデューティ比ＤSを有する変調パルスＭＳで変調する第１（プラズマ生成系）のパワー変調方式を所与のエッチングプロセスに用いることができる。 In this plasma etching apparatus, the power of the high-frequency HF for plasma generation output from the high-frequency power source 36 is modulated pulse having a constant frequency f S and a variable duty ratio D S selected within a range of 1 kHz to 50 kHz, for example. A first (plasma generation system) power modulation scheme that modulates with MS can be used for a given etching process.
この第１のパワー変調方式には、オン／オフのパルス変調とハイ／ロウのパルス変調の２種類のモードがある。ここで、オン／オフのパルス変調は、変調パルスＭＳのデューティ比に応じて、パルス・オンの期間中はプラズマ生成用の高周波ＨＦのパワーを所定レベルのオン状態とし、パルス・オフの期間中は高周波ＨＦのパワーを零レベルのオフ状態とする。一方、ハイ／ロウのパルス変調は、変調パルスＭＳのデューティ比に応じて、パルス・オン期間中は高周波ＨＦのパワーをハイレベルに制御し、パルス・オフ期間中は高周波ＨＦのパワーをハイレベルより低いロウレベルに制御する。ただし、ロウレベルは、プラズマ生成状態を維持するのに必要な最も低いレベルより高い値に選ばれる。また、ロウレベルは、通常はハイレベルより明らかに低い値（１／２以下）に選ばれる。 This first power modulation system has two types of modes, on / off pulse modulation and high / low pulse modulation. Here, in the on / off pulse modulation, the power of the high frequency HF for plasma generation is turned on at a predetermined level during the pulse on period according to the duty ratio of the modulation pulse MS, and during the pulse off period. Sets the power of the high-frequency HF to the zero level off state. On the other hand, in the high / low pulse modulation, the power of the high frequency HF is controlled to a high level during the pulse on period according to the duty ratio of the modulation pulse MS, and the power of the high frequency HF is set to the high level during the pulse off period. Control to a lower level. However, the low level is selected to be higher than the lowest level necessary to maintain the plasma generation state. The low level is normally selected to be a value (1/2 or less) that is clearly lower than the high level.
また、このプラズマエッチング装置においては、高周波電源３８より出力されるイオン引き込み用の高周波ＬＦのパワーを変調パルスＭＳで変調する第２（イオン引き込み系）のパワー変調方式を所与のエッチングプロセスに用いることも可能となっている。第１のパワー変調方式と同様に、第２のパワー変調方式もオン／オフのパルス変調とハイ／ロウのパルス変調の２種類のモードがある。 Further, in this plasma etching apparatus, a second (ion pulling system) power modulation method for modulating the power of the high frequency LF for ion pulling outputted from the high frequency power supply 38 with the modulation pulse MS is used for a given etching process. It is also possible. Similar to the first power modulation method, the second power modulation method has two types of modes: on / off pulse modulation and high / low pulse modulation.
図２に、プラズマ生成系およびイオン引き込み系の双方でパルス変調が同期して同時に行われる場合の各部の波形の一例を示す。図示のように、変調パルスＭＳの周期ＴC、パルス・オン期間（第１の期間）Ｔonおよびパルス・オフ期間（第２の期間）Ｔoffの間には、ＴC＝Ｔon＋Ｔoffの関係がある。変調パルスＭＳの周波数をｆSとすると、ＴC＝１／ｆSであり、デューティ比ＤSはＤS＝Ｔon／（Ｔon＋Ｔoff）である。 FIG. 2 shows an example of the waveform of each part when pulse modulation is performed simultaneously in synchronism in both the plasma generation system and the ion attraction system. As shown in the figure, during the period T C of the modulation pulse MS, the pulse on period (first period) Ton, and the pulse off period (second period) T off , T C = T on + T off There is a relationship. Assuming that the frequency of the modulation pulse MS is f S , T C = 1 / f S and the duty ratio D S is D S = T on / (T on + T off ).
図示の例は、プラズマ生成用の高周波ＨＦに対してはハイ／ロウのパルス変調をかけ、イオン引き込み用の高周波ＬＦに対してはオン／オフのパルス変調をかける場合である。さらに、直流電源部６２より上部電極４６に印加される直流電圧Ｖdcを変調パルスＭＳに同期させることもできる。図示の例では、上部電極４６に対して、パルス・オン期間Ｔon中は絶対値の小さい直流電圧Ｖdc2を印加し、パルス・オフ期間Ｔoff中は絶対値の大きい直流電圧Ｖdc1を印加する。
［高周波電源及び整合器の構成］
In the illustrated example, high / low pulse modulation is applied to the plasma generating high frequency HF, and on / off pulse modulation is applied to the high frequency LF for ion attraction. Further, the DC voltage V dc applied from the DC power source 62 to the upper electrode 46 can be synchronized with the modulation pulse MS. In the illustrated example, a DC voltage V dc2 having a small absolute value is applied to the upper electrode 46 during the pulse-on period T on , and a DC voltage V dc1 having a large absolute value is applied during the pulse-off period T off. To do.
[Configuration of high frequency power supply and matching unit]
図３に、この実施形態におけるプラズマ生成系の高周波電源３６および整合器４０の構成を示す。 FIG. 3 shows the configuration of the high-frequency power source 36 and the matching unit 40 of the plasma generation system in this embodiment.
高周波電源３６は、一般には正弦波の波形を有するプラズマ生成に適した一定周波数（たとえば４０ＭＨｚ）の基本高周波を発生するＲＦ発振器９０Ａと、このＲＦ発振器９０Ａより出力される基本高周波のパワーを制御可能な利得または増幅率で増幅するパワーアンプ９２Ａと、主制御部７２からの制御信号にしたがってＲＦ発振器９０Ａおよびパワーアンプ９２Ａを直接制御する電源制御部９４Ａとを備えている。主制御部７２から電源制御部９４Ａには、ＲＦの出力モードを指示する制御信号や変調パルスＭＳだけでなく、通常の電源オン・オフやパワーインターロック関係等の制御信号およびパワー設定値等のデータも与えられる。プラズマ生成用の高周波ＨＦに対してパルス変調（特にハイ／ロウのパルス変調）が行われるときは、主制御部７２の制御の下で電源制御部９４Ａがパルス変調部を構成する。 The high frequency power source 36 can generally control an RF oscillator 90A that generates a basic high frequency of a constant frequency (for example, 40 MHz) suitable for plasma generation having a sinusoidal waveform and the power of the basic high frequency output from the RF oscillator 90A. A power amplifier 92A that amplifies the signal with a large gain or amplification factor, and a power supply controller 94A that directly controls the RF oscillator 90A and the power amplifier 92A in accordance with a control signal from the main controller 72 are provided. From the main control unit 72 to the power supply control unit 94A, not only a control signal for instructing an RF output mode and a modulation pulse MS, but also control signals such as normal power on / off and power interlock, power setting values, etc. Data is also given. When pulse modulation (particularly high / low pulse modulation) is performed on the high-frequency HF for plasma generation, the power supply control unit 94A constitutes a pulse modulation unit under the control of the main control unit 72.
高周波電源３６のユニット内には、ＲＦパワーモニタ９６Ａも備わっている。このＲＦパワーモニタ９６Ａは、図示省略するが、方向性結合器、進行波パワーモニタ部および反射波パワーモニタ部を有している。ここで、方向性結合器は、高周波給電ライン４３上を順方向に伝搬する進行波のパワーと逆方向に伝搬する反射波のパワーのそれぞれに対応する信号を取り出す。進行波パワーモニタ部は、方向性結合器により取り出された進行波パワー検出信号を基に、高周波給電ライン４３上の進行波に含まれる進行波のパワーを表わす進行波パワー測定値信号を生成する。この進行波パワー測定値信号は、パワーフィードバック制御用に高周波電源３６内の電源制御部９４Ａに与えられるとともに、モニタ表示用に主制御部７２にも与えられる。反射波パワーモニタ部は、チャンバ１０内のプラズマから高周波電源３６に返ってくる反射波のパワーを測定する。反射波パワーモニタ部より得られる反射波パワー測定値は、モニタ表示用に主制御部７２に与えられるとともに、パワーアンプ保護用のモニタ値として高周波電源３６内の電源制御部９４Ａに与えられる。 An RF power monitor 96A is also provided in the unit of the high-frequency power source 36. Although not shown, the RF power monitor 96A includes a directional coupler, a traveling wave power monitor unit, and a reflected wave power monitor unit. Here, the directional coupler takes out signals corresponding to the power of the traveling wave propagating in the forward direction and the power of the reflected wave propagating in the reverse direction on the high-frequency power supply line 43. The traveling wave power monitor unit generates a traveling wave power measurement value signal representing the traveling wave power included in the traveling wave on the high-frequency power supply line 43 based on the traveling wave power detection signal extracted by the directional coupler. . This traveling wave power measurement value signal is supplied to the power control unit 94A in the high frequency power source 36 for power feedback control and also to the main control unit 72 for monitor display. The reflected wave power monitor unit measures the power of the reflected wave returned from the plasma in the chamber 10 to the high frequency power source 36. The reflected wave power measurement value obtained from the reflected wave power monitor unit is provided to the main control unit 72 for monitor display, and is also provided to the power supply control unit 94A in the high frequency power supply 36 as a monitor value for power amplifier protection.
整合器４０は、高周波給電ライン４３に接続されている複数たとえば２つの制御可能なリアクタンス素子（たとえば可変コンデンサあるいは可変インダクタ）ＸH1，ＸH2を含む整合回路９８Ａと、リアクタンス素子ＸH1，ＸH2のリアクタンスをアクチエータたとえばモータ（Ｍ）１００Ａ，１０２Ａを介して制御するマッチングコントローラ１０４Ａと、高周波給電ライン４３上で整合回路９８Ａのインピーダンスを含む負荷のインピーダンスを測定するインピーダンスセンサ１０６Ａと、整合回路９８Ａの出力端子側で高周波給電ライン４３上の高周波ＨＦのピーク・ピーク値Ｖppを測定するＶpp検出器１０７Ａとを有している。インピーダンスセンサ１０６Ａの内部の構成および作用、ならびにＶpp検出器１０７Ａの役割については、後に詳細に説明する。 The matching unit 40 includes a matching circuit 98A including a plurality of, for example, two controllable reactance elements (for example, variable capacitors or variable inductors) X H1 and X H2 connected to the high-frequency power supply line 43, and reactance elements X H1 and X H2. Of the matching circuit 104A, the impedance controller 106A for measuring the impedance of the load including the impedance of the matching circuit 98A on the high frequency power supply line 43, and the matching circuit 98A. A V pp detector 107A that measures a peak / peak value V pp of the high frequency HF on the high frequency power supply line 43 on the output terminal side is provided. The internal configuration and operation of the impedance sensor 106A and the role of the V pp detector 107A will be described in detail later.
イオン引き込み系の高周波電源３８（図１）も、高周波ＬＦの周波数が高周波ＨＦの周波数と異なるだけで、上述したプラズマ生成系の高周波電源３６と同様にＲＦ発振器９０Ｂ、パワーアンプ９２Ｂ、電源制御部９４Ｂ（図示せず）およびパワーモニタ９６Ｂを備えている。また、整合器４２も、プラズマ生成系の整合器４０と同様に、整合回路９８Ｂ、モータ（Ｍ）１００Ｂ，１０２Ｂ、マッチングコントローラ１０４Ｂ、インピーダンスセンサ１０６ＢおよびＶpp検出器１０７Ｂ（図示せず）を有している。
［インピーダンスセンサの構成］
The high frequency power supply 38 (FIG. 1) of the ion attraction system also has an RF oscillator 90B, a power amplifier 92B, and a power supply control unit similar to the high frequency power supply 36 of the plasma generation system described above, except that the frequency of the high frequency LF is different from the frequency of the high frequency HF. 94B (not shown) and a power monitor 96B are provided. The matching unit 42 also has a matching circuit 98B, motors (M) 100B and 102B, a matching controller 104B, an impedance sensor 106B, and a V pp detector 107B (not shown), like the matching unit 40 in the plasma generation system. doing.
[Configuration of impedance sensor]
図４Ａに、プラズマ生成系の整合器４０に備えられるインピーダンスセンサ１０６Ａの一構成例を示す。このインピーダンスセンサ１０６Ａは、ＲＦ電圧検出器１１０Ａ、ＲＦ電流検出器１１２Ａ、負荷インピーダンス瞬時値演算回路１１４Ａ、算術平均値演算回路１１６Ａ、加重平均値演算回路１１８Ａおよび移動平均値演算回路１２０Ａを有する。 FIG. 4A shows a configuration example of the impedance sensor 106A provided in the matching unit 40 of the plasma generation system. The impedance sensor 106A includes an RF voltage detector 110A, an RF current detector 112A, a load impedance instantaneous value calculation circuit 114A, an arithmetic average value calculation circuit 116A, a weighted average value calculation circuit 118A, and a moving average value calculation circuit 120A.
ＲＦ電圧検出器１１０ＡおよびＲＦ電流検出器１１２Ａは、高周波給電ライン４３上で高周波ＨＦの電圧および電流をそれぞれ検出する。負荷インピーダンス瞬時値演算回路１１４Ａは、ＲＦ電圧検出器１１０ＡおよびＲＦ電流検出器１１２Ａよりそれぞれ得られる電圧検知信号ＪＶおよび電流検知信号ＪＩに基づいて高周波給電ライン４３上の負荷インピーダンスＺの瞬時値ＪＺを演算する。負荷インピーダンス瞬時値演算回路１１４Ａは、アナログ回路でも可能であるが、ディジタル回路で構成するのが好ましい。 The RF voltage detector 110 </ b> A and the RF current detector 112 </ b> A detect the voltage and current of the high frequency HF on the high frequency power supply line 43, respectively. The load impedance instantaneous value calculation circuit 114A calculates the instantaneous value JZ of the load impedance Z on the high frequency power supply line 43 based on the voltage detection signal JV and the current detection signal JI obtained from the RF voltage detector 110A and the RF current detector 112A, respectively. Calculate. The load impedance instantaneous value calculation circuit 114A can be an analog circuit, but is preferably constituted by a digital circuit.
算術平均値演算回路１１６Ａは、プラズマ生成用の高周波ＨＦにハイ／ロウのパルス変調がかけられる場合は、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ｔon中に負荷インピーダンス瞬時値演算回路１１４Ａより得られる負荷インピーダンスＺの瞬時値ＪＺを所定のサンプリング周波数ｆCでサンプリングして、パルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonを演算するととともに、パルス・オフ期間Ｔoff中に負荷インピーダンス瞬時値演算回路１１４Ａより得られる負荷インピーダンスＺの瞬時値ＪＺを上記サンプリング周波数ｆCでサンプリングして、パルス・オフ期間Ｔoffにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺoffを演算する。 Arithmetic mean value calculating circuit 116A, when the pulse modulation of the high / low is subjected to high-frequency HF for plasma generation, modulation pulse in each cycle of the MS, the pulse-on period T load impedance in on the instantaneous value calculation circuit 114A the instantaneous value JZ more resulting load impedance Z by sampling at a predetermined sampling frequency f C, with the computing the arithmetic mean value aZ on the load impedance Z in the pulse-on period T on, the pulse-off period T off during The instantaneous value JZ of the load impedance Z obtained from the load impedance instantaneous value calculation circuit 114A is sampled at the sampling frequency f C to calculate the arithmetic average value aZ off of the load impedance Z during the pulse-off period T off .
しかし、プラズマ生成用の高周波ＨＦにオン／オフのパルス変調がかけられる場合、算術平均値演算回路１１６Ａは、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ｔon中にのみ負荷インピーダンス瞬時値演算回路１１４Ａより得られる負荷インピーダンスＺの瞬時値ＪＺを上記所定のサンプリング周波数ｆCでサンプリングして、パルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonを演算する。 However, if the pulse modulation of the on / off is subjected to high-frequency HF for plasma generation, the arithmetic mean value calculating circuit 116A in each cycle of the modulation pulses MS, the load impedance instantaneous value calculation only during the pulse-on period T on the instantaneous value JZ load impedance Z obtained from the circuit 114A is sampled at the predetermined sampling frequency f C, calculates the arithmetic mean value aZ on the load impedance Z in the pulse-on period T on.
主制御部７２（図１）は、変調パルスＭＳに同期してサンプリング時間またはモニタ時間を指定するモニタ信号ＪＳと、サンプリング用のクロックＣＫ1とを算術平均値演算回路１１６Ａに与える。ここで、モニタ信号ＪＳは、プラズマ生成用の高周波ＨＦにハイ／ロウのパルス変調がかけられる場合はパルス・オン期間Ｔonおよびパルス・オフ期間Ｔoffの両方で後述するモニタ時間Ｔ1，Ｔ2をそれぞれ指定し、高周波ＨＦにオン／オフのパルス変調がかけられる場合はパルス・オン期間Ｔon用のモニタ期間Ｔ1だけを指定する。算術平均値演算回路１１６Ａは、数１０ＭＨｚのサンプリングクロックＣＫ1に同期して高速かつ多量の信号処理を要求されるため、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）を好適に用いることができる。 The main control unit 72 (FIG. 1) supplies a monitor signal JS for designating a sampling time or a monitoring time in synchronization with the modulation pulse MS and a sampling clock CK 1 to the arithmetic average value calculation circuit 116A. Here, when the high / low pulse modulation is applied to the high-frequency HF for plasma generation, the monitor signal JS has monitor times T 1 and T which will be described later in both the pulse-on period Ton and the pulse-off period Toff. 2 were respectively designated, when the pulse modulation on / off is subjected to high-frequency HF specifies only monitoring period T 1 of the pulse-on period T on. Since the arithmetic average value calculation circuit 116A is required to perform high-speed and large-volume signal processing in synchronization with the sampling clock CK 1 of several tens of MHz, an FPGA (field programmable gate array) can be preferably used.
加重平均値演算回路１１８Ａは、好適にはＣＰＵで構成され、プラズマ生成用の高周波ＨＦにハイ／ロウのパルス変調がかけられる場合は、算術平均値演算回路１１６Ａより得られたパルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonとパルス・オフ期間Ｔoffにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺoffとを所望の重み（重み変数Ｋ）で加重平均して、負荷インピーダンスの１サイクル分の加重平均値ｂＺを求める。主制御部７２は、加重平均演算のための重み変数ＫおよびクロックＣＫ2を加重平均値演算回路１１８Ａに与える。 The weighted average value calculation circuit 118A is preferably composed of a CPU, and when high / low pulse modulation is applied to the high frequency HF for plasma generation, the pulse-on period T obtained from the arithmetic average value calculation circuit 116A. the arithmetic mean value aZ off of the load impedance Z in the arithmetic average aZ on and pulse-off period T off of the load impedance Z in on the weighted average in the desired weight (weighting variables K), 1 cycle of the load impedance Is obtained. The main control unit 72 gives a weighting variables K and the clock CK 2 for the weighted average calculation on the weighted average value calculating circuit 118A.
しかし、高周波ＨＦにオン／オフのパルス変調がかけられる場合は、加重平均値演算回路１１８Ａは機能せず、算術平均値演算回路１１６Ａより出力されるパルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonが加重平均値演算回路１１８Ａを介さずに後段の移動平均値演算回路１２０Ａに送られる。 However, if the pulse modulation of the on / off is subjected to high-frequency HF is the weighted average value calculating circuit 118A does not function, the arithmetic load impedance Z in the pulse-on period T on output from the arithmetic mean value calculating circuit 116A The average value aZ on is sent to the moving average value calculation circuit 120A at the subsequent stage without passing through the weighted average value calculation circuit 118A.
移動平均値演算回路１２０Ａは、好適にはＣＰＵで構成され、プラズマ生成用の高周波ＨＦにハイ／ロウのパルス変調がかけられる場合は、加重平均値演算回路１１８Ａより得られた連続する複数の負荷インピーダンスＺの１サイクル加重平均値ｂＺに基づいて負荷インピーダンスＺの移動加重平均値ｃＺを演算し、この移動加重平均値ｃＺを負荷インピーダンスＺの測定値ＭＺとして出力する。 The moving average value calculation circuit 120A is preferably composed of a CPU, and when high / low pulse modulation is applied to the high frequency HF for plasma generation, a plurality of continuous loads obtained from the weighted average value calculation circuit 118A. Based on the one-cycle weighted average value bZ of the impedance Z, a moving weighted average value cZ of the load impedance Z is calculated, and this moving weighted average value cZ is output as a measured value MZ of the load impedance Z.
また、移動平均値演算回路１２０Ａは、高周波ＨＦにオン／オフのパルス変調がかけられる場合は、算術平均値演算回路１１６Ａより出力された連続する複数個のパルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonに基づいて移動平均値ｄＺを演算し、この移動平均値ｄＺを負荷インピーダンスＺの測定値ＭＺとして出力する。主制御部７２は、移動区間Ｌおよび移動ピッチＰの設定値とクロックＣＫ3を移動平均値演算回路１２０Ａに与える。 Further, the moving average value computation circuit 120A, when the pulse modulation of the on / off is subjected to high-frequency HF, the load impedance Z in a plurality of pulse-on period T on a continuous output from the arithmetic mean value calculating circuit 116A The moving average value dZ is calculated based on the arithmetic average value aZ on , and this moving average value dZ is output as the measured value MZ of the load impedance Z. The main control unit 72 gives the set values of the moving section L and the moving pitch P and the clock CK 3 to the moving average value calculation circuit 120A.
移動平均値演算回路１２０Ａより出力される負荷インピーダンスの測定値ＭＺは、クロックＣＫ3に同期して更新される。通常、負荷側インピーダンス測定値ＭＺには、負荷インピーダンスＺの絶対値および位相の測定値が含まれる。 Measurements MZ of the load impedance outputted from the moving average value computation circuit 120A is updated in synchronization with the clock CK 3. Usually, the load side impedance measurement value MZ includes an absolute value and a phase measurement value of the load impedance Z.
図４Ｂに、インピーダンスセンサ１０６Ａの別の構成例を示す。図示のように、加重平均値演算回路１１８Ａを移動平均値演算回路１２０Ａの後段に設けることも可能である。この構成例においては、プラズマ生成用の高周波ＨＦにハイ／ロウのパルス変調がかけられる場合、移動平均値演算回路１２０Ａは、算術平均値演算回路１１６Ａより得られた連続する複数個（ｎ個）のパルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonおよびパルス・オフ期間Ｔoffにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺoffに基づいて、パルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの移動平均値ｅＺonおよびパルス・オフ期間Ｔoffにおける負荷インピーダンスＺの移動平均値ｅＺoffを演算する。 FIG. 4B shows another configuration example of the impedance sensor 106A. As shown in the figure, the weighted average value calculation circuit 118A can be provided after the moving average value calculation circuit 120A. In this configuration example, when high / low pulse modulation is applied to the high-frequency HF for plasma generation, the moving average value calculation circuit 120A has a plurality (n) of continuous numbers obtained from the arithmetic average value calculation circuit 116A. based on the pulse-on period T load in on impedance Z arithmetic mean aZ off of the load impedance Z in the arithmetic average aZ on and pulse-off period T off of the movement of the load impedance Z in the pulse-on period T on It calculates a moving average value eZ off of the load impedance Z in the average value eZ on and pulse-off period T off.
加重平均値演算回路１１８Ａは、移動平均値演算回路１２０Ａより得られたパルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの移動平均値ｅＺonとパルス・オフ期間Ｔoffにおける負荷インピーダンスＺの移動平均値ｅＺoffとを上記所望の重み（重み変数Ｋ）で加重平均して、負荷インピーダンスＺの加重移動平均値ｆＺを求め、この加重移動平均値ｆＺを負荷インピーダンス測定値ＭＺとして出力する。 Weighted mean value calculating circuit 118A, the moving average value eZ of the load impedance Z in the moving average value eZ on and pulse-off period T off of the load impedance Z in obtained from the moving average value computation circuit 120A pulse-on period T on The weighted moving average value fZ of the load impedance Z is obtained by weighting off with the desired weight (weight variable K), and the weighted moving average value fZ is output as the load impedance measured value MZ.
しかし、プラズマ生成用の高周波ＨＦにオン／オフのパルス変調がかけられる場合は、加重平均値演算回路１１８Ａは機能せず、移動平均値演算回路１２０Ａより出力されるパルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの移動平均値ｅＺonがそのまま負荷インピーダンス測定値ＭＺとして出力される。 However, if the pulse modulation of the on / off is subjected to high-frequency HF for plasma generation, weighted mean value calculating circuit 118A does not work, the load in the pulse-on period T on output from the moving average value computation circuit 120A The moving average value eZ on of the impedance Z is output as it is as the load impedance measurement value MZ.
イオン引き込み系の整合器４２（図１）も、上述したプラズマ生成系の整合器４０内のインピーダンスセンサ１０６Ａと同様に、ＲＦ電圧検出器１１０Ｂ、ＲＦ電流検出器１１２Ｂ、負荷インピーダンス瞬時値演算回路１１４Ｂ、算術平均値演算回路１１６Ｂ、加重平均値演算回路１１８Ｂおよび移動平均値演算回路１２０Ｂを有するインピーダンスセンサ１０６Ｂ（図示せず）を備えている。このインピーダンスセンサ１０６Ｂにおいても、イオン引き込み用の高周波ＬＦにかけられるパルス変調のモード（ハイ／ロウまたはオン／オフ）に応じて、上記と同様に加重平均値演算回路１１８Ｂおよび移動平均値演算回路１２０Ｂ内の信号処理が切り替わるようになっている。
［整合器の作用］
Similarly to the impedance sensor 106A in the plasma generation system matching unit 40 described above, the ion entrainment system matching unit 42 (FIG. 1) also has an RF voltage detector 110B, an RF current detector 112B, and an instantaneous load impedance value calculation circuit 114B. An impedance sensor 106B (not shown) having an arithmetic average value calculation circuit 116B, a weighted average value calculation circuit 118B, and a moving average value calculation circuit 120B. Also in the impedance sensor 106B, in the weighted average value calculation circuit 118B and the moving average value calculation circuit 120B as described above, depending on the pulse modulation mode (high / low or on / off) applied to the high frequency LF for ion attraction. The signal processing is switched.
[Action of matching device]
ここで、プラズマ生成用の高周波ＨＦのパワーにハイ／ロウのパルス変調がかけられる場合のプラズマ生成系の整合器４０の作用を説明する。なお、イオン引き込み用の高周波ＬＦのパワーには同一の変調パルスＭＳの下でオン／オフのパルス変調がかけられるとする。 Here, the operation of the matching unit 40 of the plasma generation system when high / low pulse modulation is applied to the power of the high frequency HF for plasma generation will be described. It is assumed that on / off pulse modulation is applied to the power of the high frequency LF for ion attraction under the same modulation pulse MS.
この場合、プラズマ生成系の高周波給電ライン４３上では、高周波電源３６からチャンバ１０内のプラズマ負荷に向かって高周波ＨＦがパルス・オン期間Ｔon中だけでなくパルス・オフ期間Ｔoff中も持続的に伝送される。ところが、イオン引き込み系では変調パルスＭＳのデューティ比に同期して高周波ＬＦのパワーをオン・オフするので、プラズマ生成系の整合器４０から見えるプラズマ負荷はパルス・オン期間Ｔonとパルス・オフ期間Ｔoffとで大きく変化する。このため、変調パルスＭＳの周波数を高い値（通常１ｋＨｚ以上）に設定すると、プラズマ生成系の整合器４０においてはマッチングコントローラ１０４Ａの制御によりモータ１００Ａ，１０２Ａを通じてリアクタンス素子ＸH1，ＸH2のリアクタンスを可変するオートマッチング動作が変調パルスＭＳに追従できなくなる。 In this case, on the high-frequency power supply line 43 of the plasma generation system, the high-frequency HF is sustained not only during the pulse-on period T on but also during the pulse-off period T off from the high-frequency power source 36 toward the plasma load in the chamber 10. Is transmitted. However, in the ion attraction system, the power of the high frequency LF is turned on / off in synchronization with the duty ratio of the modulation pulse MS, so that the plasma load seen from the matching unit 40 of the plasma generation system has a pulse on period Ton and a pulse off period. It changes greatly with T off . Therefore, when the frequency of the modulation pulse MS is set to a high value (usually 1 kHz or higher), the reactance of the reactance elements X H1 and X H2 is controlled by the matching controller 104A of the plasma generation system through the motors 100A and 102A. The variable auto-matching operation cannot follow the modulation pulse MS.
この実施形態では、整合器４０のオートマッチング動作が追従できないほど変調パルスＭＳの周波数を高くしても、後述するようなインピーダンスセンサ１０６Ａ内の特殊な信号処理により、パルス・オン期間Ｔonとパルス・オフ期間Ｔoffとの間で整合または整合外れの度合いのバランスを調整して、ハイ／ロウのパルス変調を有効かつ安定に運用できるようになっている。 In this embodiment, even if the frequency of the modulation pulse MS is increased so that the auto-matching operation of the matching unit 40 cannot follow, the pulse on-period Ton and the pulse are obtained by special signal processing in the impedance sensor 106A as described later. The high / low pulse modulation can be operated effectively and stably by adjusting the balance of the degree of matching or non-matching with the off period T off .
この場合、主制御部７２は、プラズマ生成系の高周波電源３６に対しては、変調パルスＭＳのデューティ比に応じて予め設定されたハイレベルのパワーと予め設定されたロウレベルのパワーとを交互に繰り返すような高周波ＨＦを出力するように、電源制御部９４Ａに所定の制御信号、設定値、タイミング信号を与える。そして、主制御部７２は、整合器４０内のインピーダンスセンサ１０６Ａに対しては、ハイ／ロウのパルス変調に必要なモニタ信号ＪＳ、重み変数Ｋ、移動平均値演算用の設定値Ｌ，ＰおよびクロックＣＫ1，ＣＫ2，ＣＫ3を与える。 In this case, for the high frequency power supply 36 of the plasma generation system, the main control unit 72 alternates between a preset high level power and a preset low level power according to the duty ratio of the modulation pulse MS. A predetermined control signal, a set value, and a timing signal are given to the power supply controller 94A so as to output a high-frequency HF that is repeated. Then, the main control unit 72, with respect to the impedance sensor 106A in the matching unit 40, a monitor signal JS necessary for high / low pulse modulation, a weight variable K, set values L and P for calculating the moving average value, and Clocks CK 1 , CK 2 and CK 3 are given.
一方で、主制御部７２は、イオン引き込み系の高周波電源３８に対しては、高周波ＬＦのパワーが変調パルスＭＳのデューティ比に応じて予め設定されたオンレベル（オン状態）と零レベル（オフ状態）とを交互に繰り返すように、電源制御部９４Ｂに所定の制御信号、設定値、タイミング信号を与える。そして、主制御部７２は、整合器４２内のインピーダンスセンサ１０６Ｂに対しては、オン／オフのパルス変調に必要なモニタ信号ＪＳ、移動平均値演算用の設定値Ｌ，ＰおよびクロックＣＫ1，ＣＫ2，ＣＫ3を与える。ただし、重み変数Ｋは与えられない。 On the other hand, for the high frequency power supply 38 of the ion attraction system, the main control unit 72 has an on level (on state) and a zero level (off state) in which the power of the high frequency LF is preset according to the duty ratio of the modulation pulse MS. A predetermined control signal, a set value, and a timing signal are given to the power supply controller 94B so as to alternately repeat the (state). Then, the main control unit 72, with respect to the impedance sensor 106B in the matching unit 42, the monitor signal JS necessary for on / off pulse modulation, the set values L and P for calculating the moving average value, and the clock CK 1 , CK 2 and CK 3 are given. However, the weight variable K is not given.
プラズマ生成系の整合器４０においては、図６Ａまたは図６Ｂに示すように、変調パルスＭＳの各サイクルにおいてパルス・オン期間Ｔon内およびパルス・オフ期間Ｔoff内にモニタ時間Ｔ1，Ｔ2がそれぞれ設定される。好ましくは、パルス・オン期間Ｔon内では、高周波給電ライン４３上で反射波のパワーが急激に変化する開始直後および終了直前の過渡時間を除いた区間にモニタ時間Ｔ1が設定される。同様に、パルス・オフ期間Ｔoff内でも、開始直後および終了直前の過渡時間を除いた区間にモニタ時間Ｔ2が設定される。 In the matching unit 40 of the plasma generation system, as shown in FIG. 6A or FIG. 6B, the monitor times T 1 and T 2 within the pulse on period Ton and the pulse off period Toff in each cycle of the modulation pulse MS. Are set respectively. Preferably, the pulse-on period T in on, high frequency power supply line 43 on the monitor to start immediately and excluding immediately before the end of the transient time interval the power of the reflected wave changes abruptly time T 1 is set. Similarly, the monitor time T 2 is set in the interval excluding the transition time immediately after the start and immediately before the end even within the pulse-off period T off .
インピーダンスセンサ１０６Ａ内の算術平均値演算回路１１６Ａは、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ｔonでは負荷インピーダンス瞬時値演算回路１１４Ａより得られる負荷インピーダンスＺの瞬時値ＪＺをサンプリングクロックＣＫ1でサンプリングして、パルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonを演算し、パルス・オフ期間Ｔoff中に負荷インピーダンス瞬時値演算回路１１４Ａより得られる負荷インピーダンスＺの瞬時値ＪＺをサンプリングクロックＣＫ1でサンプリングして、パルス・オフ期間Ｔoffにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺoffを演算する。 Arithmetic mean value calculating circuit in the impedance sensor 106A 116A in each cycle of the modulation pulses MS, samples the instantaneous value JZ load impedance Z obtained from the pulse-on period T on the load impedance instantaneous value calculating circuit 114A clocks CK 1 in sampling, and calculating the arithmetic mean value aZ on the load impedance Z in the pulse-on period T on, the instantaneous value JZ load impedance Z obtained from the pulse-off period T off load impedance instantaneous value calculating circuit 114A in Is sampled with the sampling clock CK 1 to calculate the arithmetic average value aZ off of the load impedance Z in the pulse-off period T off .
加重平均値演算回路１１８Ａは、算術平均値演算回路１１６Ａより得られたパルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonとパルス・オフ期間Ｔoffにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺoffとを所望の重み（重み変数Ｋ）で加重平均して、負荷インピーダンスの１サイクル分の加重平均値ｂＺを求める。ここで、重み変数Ｋは０≦Ｋ≦１の範囲で任意の値に選ばれ、加重平均値ｂＺは次の式（１）で表わされる。
ｂＺ＝Ｋ＊ａＺon＋（１−Ｋ）＊ａＺoff ・・・・（１）
Weighted mean value calculating circuit 118A has an arithmetic mean value of the load impedance Z in the arithmetic average aZ on and pulse-off period T off of the load impedance Z in the pulse-on period T on obtained from the arithmetic average computing circuit 116A aZ A weighted average value bZ for one cycle of the load impedance is obtained by performing a weighted average of off with a desired weight (weight variable K). Here, the weight variable K is selected to an arbitrary value in the range of 0 ≦ K ≦ 1, and the weighted average value bZ is expressed by the following equation (1).
bZ = K * aZ on + (1-K) * aZ off (1)
移動平均値演算回路１２０Ａは、プラズマ生成用の高周波ＨＦにハイ／ロウのパルス変調がかけられる場合は、加重平均値演算回路１１８Ａより得られた連続する複数個（ｎ個）の負荷インピーダンスＺの１サイクル加重平均値ｂＺに基づいて、予め設定された所定の移動区間Ｌおよび移動ピッチＰで加重平均値ｂＺの移動加重平均値ｃＺを演算する。たとえば、変調パルスＭＳの周波数ｆSが１０００Ｈｚである場合に、移動区間Ｌを１０ｍｓｅｃに設定し、移動ピッチＰを２ｍｓｅｃに設定したときは、２ｍｓｅｃ毎に連続する１０個の１サイクル加重平均値ｂＺについて１個の移動平均値ｃＺを演算する。 When the high frequency HF for plasma generation is subjected to high / low pulse modulation, the moving average value calculation circuit 120A has a plurality of (n) continuous load impedances Z obtained from the weighted average value calculation circuit 118A. Based on the one-cycle weighted average value bZ, a moving weighted average value cZ of the weighted average value bZ is calculated with a predetermined moving section L and moving pitch P set in advance. For example, when the frequency f S of the modulation pulse MS is 1000 Hz, when the moving section L is set to 10 msec and the moving pitch P is set to 2 msec, ten 1-cycle weighted average values bZ that are continuous every 2 msec. One moving average value cZ is calculated.
移動平均値演算回路１２０Ａは、移動加重平均値ｃＺを負荷インピーダンス測定値ＭＺとして出力する。この負荷インピーダンス測定値ＭＺは、主制御部７２より加重平均値演算回路１１８Ａに与えられる重み変数Ｋの値に依存し、変調パルスＭＳのデューティ比ＤSには依存しない。 The moving average value calculation circuit 120A outputs the moving weighted average value cZ as the load impedance measurement value MZ. The load impedance measurements MZ depends on the value of the weighting variables K given to weighted mean value calculating circuit 118A from the main control unit 72 does not depend on the duty ratio D S of the modulation pulse MS.
整合器４０のマッチングコントローラ１０４Ａは、インピーダンスセンサ１０６Ａの移動平均値演算回路１２０ＡよりクロックＣＫ3の周期で出力される負荷インピーダンス測定値ＭＺに追従可能に応答し、負荷インピーダンス測定値ＭＺの位相が零（０）、絶対値が５０Ωになるように、つまり整合ポイントＺSに一致または近似するように、モータ１００Ａ，１０２Ａを駆動制御して整合回路９８Ａ内のリアクタンス素子ＸH1，ＸH2のリアクタンスを可変に制御する。 Matching controller 104A of the matching device 40 is responsive to be follow the load impedance measurements MZ which from moving average value computation circuit 120A of the impedance sensor 106A is output in the cycle of the clock CK 3, the phase of the load impedance measurements MZ is zero (0) The reactance of the reactance elements X H1 and X H2 in the matching circuit 98A is controlled by driving the motors 100A and 102A so that the absolute value becomes 50Ω, that is, matches or approximates the matching point Z S. Variable control.
このように、整合器４０においては、インピーダンスセンサ１０６Ａより出力される負荷インピーダンス測定値ＭＺを整合ポイントＺSに一致または近似するように整合動作が行われる。つまり、負荷インピーダンス測定値ＭＺが整合目標点となる。したがって、パルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonおよびパルス・オン期間Ｔoffにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺoffは、加重平均の重み変数Ｋの値に応じて整合ポイントＺSから（１−Ｋ）：Ｋの比でオフセットする。 As described above, in the matching unit 40, the matching operation is performed so that the load impedance measurement value MZ output from the impedance sensor 106A matches or approximates the matching point Z S. That is, the load impedance measurement value MZ is a matching target point. Thus, the pulse-on period T arithmetic mean value of the load impedance Z in the arithmetic average aZ on and pulse-on period T off of the load impedance Z in on aZ off is matched points according to the value of the weighted average of weighting variables K Offset from Z S at a ratio of (1−K): K.
ここで、主制御部７２より整合器４０のインピーダンスセンサ１０６Ａに与える重み変数ＫをＫ＝１に設定すると、上記加重平均の演算式（１）の右辺において、第１項のａＺonに対する重みＫが最大値“１”になり、第２項のａＺoff に対する重み（１−Ｋ）が最小値つまり零“０”になる。この場合は、図５Ａのスミスチャートに示すように、パルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonが整合ポイントＺSに一致または近似する。一方で、パルス・オフ期間Ｔoffにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺoffは、整合ポイントＺSから最も遠くオフセットする。 Here, when the weight variable K given from the main control unit 72 to the impedance sensor 106A of the matching unit 40 is set to K = 1, the weight K for the first term aZ on on the right side of the arithmetic expression (1) for the weighted average. Becomes the maximum value “1”, and the weight (1−K) for the second term aZ off becomes the minimum value, that is, zero “0”. In this case, as shown in the Smith chart of FIG. 5A, the arithmetic mean value aZ on the load impedance Z in the pulse-on period T on is equal or close to the matching point Z S. On the other hand, the arithmetic average value aZ off of the load impedance Z in the pulse-off period T off is farthest from the matching point Z S.
このようにＫ＝１に設定した場合、プラズマ生成系の高周波給電ライン４３上では、図６Ａの波形図で模式的に示すように、パルス・オン期間Ｔon中は、整合が略完全にとれているため、反射波のパワーＰＲHは殆ど現れず、進行波のパワーＰＦHがそのままロードパワーＰＬHになる、一方で、パルス・オフ期間Ｔoff中は、整合が最も大きく外れるため、反射波のパワーＰＲLが非常に高くなり、そのぶん進行波のパワーＰＦLがロードパワーＰＬLより大幅に高くなる。 When such is set to K = 1, on the high frequency power supply line 43 of the plasma generation system, as shown schematically in the waveform diagram of FIG. 6A, during the pulse-on period T on the take matching substantially completely Therefore, the reflected wave power PR H hardly appears, and the traveling wave power PF H becomes the load power PL H as it is. On the other hand, during the pulse-off period T off , the matching is most greatly deviated. The wave power PR L becomes very high, and the traveling wave power PF L is considerably higher than the load power PL L.
なお、この実施形態における高周波電源３６は、高周波ＨＦのパワーに対する制御に関しては、進行波のパワーＰＦを一定に保つＰＦ制御、および進行波ＰＦのパワーから反射波のパワーＰＲを差し引いた正味の投入パワー（ロードパワー）を一定に保つＰＬ制御のどちらも選択的に行えるようになっている。もっとも、高周波ＨＦのパワーにハイ／ロウのパルス変調をかける場合は、少なくともパルス・オフ期間Ｔoffにおいては低めの値に設定されるロウレベルのパワーを安定確実に負荷に投入できるＰＬ制御を用いるのが好ましい。ところが、Ｋ＝１の条件の下でＰＬ制御を用いると、従来技術と同様に、パルス・オフ期間Ｔoff中は全く整合がとれないため、図６Ａに示すように反射波のパワーＰＲLが著しく大きくなる。 The high-frequency power source 36 in this embodiment has a PF control that keeps the traveling wave power PF constant, and a net input that is obtained by subtracting the reflected wave power PR from the traveling wave PF power. Both PL controls that keep power (load power) constant can be selectively performed. However, when high / low pulse modulation is applied to the power of the high-frequency HF, PL control that can stably and surely apply low-level power set to a low value to the load at least in the pulse-off period T off is used. Is preferred. However, the use of PL control under K = 1 condition, as in the prior art, because during the pulse-off period T off is not possible to completely matched, the power PR L of the reflected waves as shown in FIG. 6A Remarkably larger.
この実施形態では、重み変数Ｋを０．５＜Ｋ＜１に設定することで、上記の問題に対処することができる。すなわち、０．５＜Ｋ＜１の場合は、上記加重平均の演算式（１）の右辺において、第１項のａＺonに対する重みＫが最大値“１”より小さくなり、そのぶん第２項のａＺoffに対する重み（１−Ｋ）が最小値“０”よりも大きくなる。これによって、図５Ｂのスミスチャートに示すように、パルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonが整合ポイントＺSからオフセットし、そのオフセット分だけパルス・オフ期間Ｔoffにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺoffが整合ポイントＺSに近づく。 In this embodiment, the above problem can be dealt with by setting the weight variable K to 0.5 <K <1. That is, when 0.5 <K <1, on the right side of the weighted average arithmetic expression (1), the weight K for the first term aZ on is smaller than the maximum value “1”, which is probably the second term. The weight (1-K) with respect to aZ off becomes larger than the minimum value “0”. As a result, as shown in the Smith chart of FIG. 5B, the arithmetic average value aZ on of the load impedance Z in the pulse on period T on is offset from the matching point Z S, and the load in the pulse off period T off is offset by the offset amount. The arithmetic average value aZ off of the impedance Z approaches the matching point Z S.
ここで、整合ポイントＺSは、スミスチャート上で両期間Ｔon，Ｔoffにおける負荷インピーダンス測定値（算術平均値）ａＺon、ａＺoffを結ぶ直線上（中間点）に位置する。そして、Ｋの値を１より離すほど（または０．５に近づけるほど）、パルス・オン期間Ｔonの負荷インピーダンス測定値ａＺonが整合ポイントＺSから遠ざかり、パルス・オフ期間Ｔoffの負荷インピーダンス測定値ａＺoffが整合ポイントＺSに近づく。 Here, the matching point Z S is located on the straight line (intermediate point) connecting the load impedance measured values (arithmetic mean values) aZ on and aZ off in both periods T on and T off on the Smith chart. Then, (the closer to or 0.5) as release than 1 the value of K, the load impedance measurements aZ on the pulse-on period T on is away from the matching point Z S, the load impedance of the pulse-off period T off The measured value aZ off approaches the matching point Z S.
このように重み変数Ｋを０．５＜Ｋ＜１に設定した場合は、図６Ｂの波形図で模式的に示すように、プラズマ生成系の高周波給電ライン４３上では、パルス・オン期間Ｔon中にも反射波が一定のパワーＰＲHで発生する一方で、パルス・オフ期間Ｔoff中の反射波のパワーＰＲLがＫ＝１の場合よりも減少する。Ｋの値を調整することにより、パルス・オン期間Ｔonにおける反射波パワーＰＲHとパルス・オフ期間Ｔoffにおける反射波パワーＰＲLとのバランスを任意に制御することができる。 When the weight variable K is set to 0.5 <K <1, the pulse-on period Ton on the high-frequency power supply line 43 of the plasma generation system is schematically shown in the waveform diagram of FIG. 6B. even while the reflected wave is generated at a constant power PR H, power PR L of the reflected wave in the pulse-off period T off is reduced than in the case of K = 1 in. By adjusting the value of K, it is possible to arbitrarily control the balance between the reflected wave power PR L in the reflected wave power PR H and the pulse-off period T off in the pulse-on period T on.
このことにより、パルス・オフ期間Ｔoffにおける反射波のパワーＰＲLを任意に減らし、そのぶんロードパワーＰＬLを高めの任意に値に設定してプロセス上の要求に応えることができる。また、反射波から高周波電源３６を保護するためのサーキュレータ等の負担や高周波電源３６自体の反射波耐量が軽減され、高周波電源３６周りでハードウェアの小型簡易化や消費電力の効率化等を図ることもできる。さらに、反射波のパワーＰＲLを減らすことにより、後述するようにプラズマ負荷に投入される正味の高周波パワー（ロードパワー）ＰＬを設定値に保つためのＰＬ制御をより正確かつ効率よく行うことができる。 Thus, arbitrarily reduces the power PR L of the reflected wave in the pulse-off period T off, it is possible to meet the requirements of the process set arbitrarily to a value of enhanced correspondingly load power PL L. Further, the burden on the circulator for protecting the high frequency power supply 36 from the reflected wave and the reflected wave resistance of the high frequency power supply 36 itself are reduced, so that the hardware around the high frequency power supply 36 is simplified and the power consumption is improved. You can also Furthermore, by reducing the power PR L of the reflected waves, it is performed with more accuracy and efficiency PL control for maintaining the high-frequency power (load power) PL net is introduced into the plasma load to below the set value it can.
なお、重み変数Ｋは０．５＜Ｋ≦１の範囲に限定されず、０≦Ｋ≦０．５の範囲内に設定されてもよい。Ｋ＝０．５の場合は、上記加重平均の演算式（１）の右辺において、第１項のａＺonに対する重みＫと第２項のａＺoffに対する重み（１−Ｋ）とがどちらも０．５で等しくなり、図示省略するが、スミスチャート上ではパルス・オン期間Ｔonの負荷インピーダンス測定値ａＺonとパルス・オフ期間Ｔoffの負荷インピーダンス測定値ａＺoffとの中点に整合ポイントＺSが位置する。 The weight variable K is not limited to the range of 0.5 <K ≦ 1, but may be set within the range of 0 ≦ K ≦ 0.5. In the case of K = 0.5, the weight K for the first term aZ on and the weight (1-K) for the second term aZ off are both 0 on the right side of the weighted average arithmetic expression (1). equals .5, although not shown, matching points to the midpoint between the load impedance measurements aZ off pulse-on period T on of the load impedance measurements aZ on and pulse-off period T off is on the Smith chart Z S is located.
また、０≦Ｋ＜０．５のときは、上記加重平均の演算式（１）の右辺において、第１項のａＺonに対する重みＫが第２項のａＺoffに対する重み（１−Ｋ）よりも小さいため、パルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンス測定値ａＺonは整合ポイントＺSから相対的に遠くなり、パルス・オフ期間Ｔoffにおける負荷インピーダンス測定値ａＺoffが整合ポイントＺSに相対的に近くなる。この場合は、パルス・オフ期間Ｔoff中の反射波のパワーＰＲLが相対的に小さくなり、パルス・オン期間Ｔon中の反射波パワーＰＲHが相対的に大きくなる。 When 0 ≦ K <0.5, the weight K for the first term aZ on is greater than the weight (1−K) for the second term aZ off in the right side of the weighted average arithmetic expression (1). because even small load impedance measurements aZ on in the pulse-on period T on is made relatively far from the matching point Z S, relative to the load impedance measurements aZ off in the pulse-off period T off is consistent point Z S Close to. In this case, power PR L of the reflected wave in the pulse-off period T off is relatively small, the reflected wave power PR H in pulse-on period T on is relatively large.
このように、この実施形態においては、変調パルスＭＳのデューティ比ＤSから独立して、パルス・オン期間Ｔon中の反射波パワーＰＲHとパルス・オフ期間Ｔoff中の反射波パワーＰＲLとのバランス（または整合または非整合の度合いのバランス）を任意に制御することができる。主制御部７２は、プロセスレシピの中で重み変数Ｋを０≦Ｋ≦１の範囲内で任意に設定し、プロセス毎に重み変数Ｋを切り替え、あるいは１回のプロセスの中で重み変数Ｋを段階的または連続的に切り替えることができる。 Thus, in this embodiment, the modulation pulse MS independent of the duty ratio D S of the reflected wave power in the pulse-on period T on PR H and the pulse-off period T reflection wave power in off PR L (Or the balance of the degree of matching or non-matching) can be arbitrarily controlled. The main control unit 72 arbitrarily sets the weight variable K in the range of 0 ≦ K ≦ 1 in the process recipe, switches the weight variable K for each process, or sets the weight variable K in one process. It can be switched in stages or continuously.
なお、イオン引き込み系の整合器４２においては、高周波ＬＦにオン／オフのパルス変調がかけられるので、上記のように主制御部７２よりインピーダンスセンサ１０６Ｂに重み変数Ｋは与えられず、加算平均値演算回路１１８Ｂは機能しない。移動平均値演算回路１２０Ｂは、クロックＣＫ1のサイクル毎に算術平均値演算回路１１６Ｂより出力される連続する複数個のパルス・オン期間ＴonにおけるインピーダンスＺの算術平均値ａＺonに基づいて移動平均値ｄＺを演算し、この移動平均値ｄＺを負荷インピーダンスＺの測定値ＭＺとして出力する。 In the ion attracting system matching unit 42, on / off pulse modulation is applied to the high frequency LF, so that the weight variable K is not given to the impedance sensor 106B from the main control unit 72 as described above, and the addition average value is obtained. The arithmetic circuit 118B does not function. Moving average value computation circuit 120B, the moving average based on the arithmetic mean value aZ on the impedance Z in a plurality of pulse-on period T on a continuous output from the arithmetic mean value calculating circuit 116B for each cycle of the clock CK 1 The value dZ is calculated, and this moving average value dZ is output as the measured value MZ of the load impedance Z.
整合器４２のマッチングコントローラ１０４Ｂは、インピーダンスセンサ１０６Ｂの移動平均値演算回路１２０ＢよりクロックＣＫ3の周期で出力される負荷インピーダンス測定値ＭＺに追従可能に応答し、負荷インピーダンス測定値ＭＺの位相が零（０）、絶対値が５０Ωになるように、つまり整合ポイントＺSに一致または近似するように、モータ１００Ｂ，１０２Ｂを駆動制御して整合回路９８Ｂ内のリアクタンス素子ＸL1，ＸL2のリアクタンスを可変に制御する。この場合、パルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスＺの算術平均値ａＺonないしその移動平均値ｃＺonが常に整合目標点となる。
［電源制御部内の要部の構成］
Matching controller 104B of the matching device 42 is responsive to be follow the load impedance measurements MZ which from moving average value computation circuit 120B of the impedance sensor 106B is output in the cycle of the clock CK 3, the phase of the load impedance measurements MZ is zero (0) The reactance of the reactance elements X L1 and X L2 in the matching circuit 98B is controlled by driving the motors 100B and 102B so that the absolute value becomes 50Ω, that is, matches or approximates the matching point Z S. Variable control. In this case, the arithmetic mean value aZ on to the moving average value cZ on always matching target point that the load impedance Z in the pulse-on period T on.
[Configuration of the main part in the power control unit]
図７および図８に、プラズマ生成系の高周波電源３６における電源制御部９４Ａ内の要部の構成を示す。 7 and 8 show the configuration of the main part in the power supply controller 94A in the high frequency power supply 36 of the plasma generation system.
電源制御部９４Ａは、図７に示すように、ロードパワー測定部１２２Ａと高周波出力制御部１２４Ａとを有している。ロードパワー測定部１２２Ａは、ＲＦパワーモニタ９６Ａより得られる進行波パワー検知信号ＳPFと反射波パワー検知信号ＳPRとから、負荷（主にプラズマ）に投入されるロードパワーＰＬの測定値ＭPL（ＭPL＝ＳPF−ＳPR）を演算によって求める。 As shown in FIG. 7, the power control unit 94A includes a load power measurement unit 122A and a high frequency output control unit 124A. Load power measuring section 122A from the traveling-wave power detection signal S PF obtained from RF power monitor 96A and the reflected wave power detection signal S PR, measured values M PL of the load power PL to be inputted to the load (mainly plasma) (M PL = S PF −S PR ) is obtained by calculation.
ロードパワー測定部１２２Ａは、アナログ演算回路またはディジタル演算回路のいずれの形態を有してもよい。すなわち、アナログの進行波パワー検知信号ＳPFとアナログの反射波パワー検知信号ＳPRとの差分をとってアナログ信号のロードパワー測定値ＭPLを生成してもよく、あるいは進行波パワー検知信号ＳPFおよび反射波パワー検知信号ＳPRをそれぞれディジタル信号に変換したうえで両者の差分をとり、ディジタル信号のロードパワー測定値ＭPLを生成してもよい。 The load power measurement unit 122A may have any form of an analog arithmetic circuit or a digital arithmetic circuit. That may generate a load power measurements M PL of the analog signal takes the difference between the progressive wave power detection signal of the analog S PF and analog reflection wave power detection signal S PR, or progressive wave power detection signal S taking the difference between the two PF and reflected wave power detection signal S PR after having converted into digital signals may be generated load power measurements M PL of the digital signal.
高周波出力制御部１２４Ａは、図８に示すように、パルス・オン期間（第１の期間）用の第１の制御指令値生成部１２６Ａと、パルス・オフ期間（第２の期間）用の第２の制御指令値生成部１２８Ａと、ＲＦパワーモニタ９６Ａからの進行波パワー検知信号ＳPFを第１の制御指令値生成部１２６Ａからの第１の制御指令値Ｃonもしくは第２の制御指令値生成部１２８Ａからの第２の制御指令値Ｃoffと比較して、比較誤差ＥＲonもしくはＥＲoffを生成する比較器１３０Ａと、この比較器１３０Ａからの比較誤差ＥＲonもしくはＥＲoffに応じてパワーアンプ９２の利得または増幅率を可変に制御するアンプ制御部１３２Ａと、高周波出力制御部１２４Ａ内の各部を制御する局所コントローラ１３４Ａとを有している。 As shown in FIG. 8, the high-frequency output control unit 124A includes a first control command value generation unit 126A for a pulse-on period (first period) and a first control command value generation unit 126A for a pulse-off period (second period). and a second control command value generating unit 128A, a traveling wave power detection signal a first control command value C on or second control command value for the S PF from the first control command value generating portion 126A of the RF power monitor 96A A comparator 130A that generates a comparison error ER on or ER off as compared with the second control command value C off from the generator 128A, and a power according to the comparison error ER on or ER off from the comparator 130A An amplifier control unit 132A that variably controls the gain or amplification factor of the amplifier 92 and a local controller 134A that controls each unit in the high-frequency output control unit 124A are provided.
ここで、第１の制御指令値生成部１２６Ａは、ロードパワー測定部１２２Ａより与えられるロードパワー測定値ＭPLとコントローラ１３４Ａを介して主制御部７２より与えられるロードパワー設定値ＰＬH（またはＰＬon）を入力し、変調パルスＭＳの各サイクルにおいてパルス・オン期間Ｔon中に進行波のパワーＰＦにかけるフィードバック制御のための第１の制御指令値Ｃonを生成する。 Here, the first control command value generating unit 126A, the load power set value given from the main control unit 72 via the load power measurements M PL and the controller 134A given from the load power measuring unit 122A PL H (or PL enter the on), to generate a first control command value C on for feedback control applied to the power PF of the traveling wave during the pulse-on period T on each cycle of the modulation pulse MS.
一方、第２の制御指令値生成部１２８Ａは、ロードパワー測定部１２２Ａからのロードパワー測定値ＭPLとコントローラ１３４Ａからのロードパワー設定値ＰＬLとを入力し、変調パルスＭＳの各サイクルにおいてパルス・オフ期間Ｔoff中に進行波パワーＰＦにかけるフィードバック制御のための第２の制御指令値Ｃoffを生成する。 On the other hand, the second control command value generating unit 128A inputs the load power set value PL L from the load power measurements M PL and the controller 134A from the load power measuring unit 122A, pulse in each cycle of the modulation pulses MS off during T off applied to the traveling wave power PF to generate a second control command value C off for feedback control.
なお、第１および第２の制御指令値生成部１２６Ａ，１２８Ａは、好ましくはディジタル回路で構成されてよい。その場合、それぞれの出力段にディジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を設けることで、第１および第２の制御指令値Ｃon，Ｃoffをアナログ信号の形態で出力することができる。 The first and second control command value generation units 126A and 128A may preferably be configured with digital circuits. In this case, by providing a digital-analog (D / A) converter at each output stage, the first and second control command values C on and C off can be output in the form of analog signals.
第１の制御指令値生成部１２６Ａより出力される第１の制御指令値Ｃonと、第２の制御指令値生成部１２８Ａより出力される第２の制御指令値Ｃoffとは、切替回路１３６Ａを介して交互に比較器１３０Ａに与えられる。切替回路１３６Ａは、コントローラ１３４Ａの制御の下で動作し、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ｔon中は第１の制御指令値生成部１２６Ａからの第１の制御指令値Ｃonを選択して比較器１３０Ａに転送し、パルス・オフ期間Ｔoff中は第２の制御指令値生成部１２８Ａからの第２の制御指令値Ｃoffを選択して比較器１３０Ａに転送するようになっている。 The first control command value C on output from the first control command value generation unit 126A and the second control command value C off output from the second control command value generation unit 128A are the switching circuit 136A. Are alternately supplied to the comparator 130A. Switching circuit 136A operates under the control of the controller 134A, in each cycle of the modulation pulses MS, during the pulse-on period T on the first control command value C on from the first control command value generating unit 126A Is selected and transferred to the comparator 130A, and the second control command value C off from the second control command value generation unit 128A is selected and transferred to the comparator 130A during the pulse-off period T off. It has become.
したがって、比較器１３０Ａは、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ｔon中は進行波パワー検知信号ＳPFを第１の制御指令値Ｃonと比較してその比較誤差つまり第１の比較誤差ＥＲon（ＥＲon＝Ｃon−ＳPF）を生成し、パルス・オフ期間Ｔoff中は進行波パワー検知信号ＳPFを第２の制御指令値Ｃoffと比較してその比較誤差つまり第２の比較誤差ＥＲoff（ＥＲoff＝Ｃoff−ＳPF）を生成するようになっている。 Accordingly, the comparator 130A, in each cycle of the modulation pulses MS, pulse-on period during T on the progressive wave power detection signal S PF of the comparison error, that the first as compared to the first control command value C on A comparison error ER on (ER on = C on −S PF ) is generated, and the traveling wave power detection signal S PF is compared with the second control command value C off during the pulse-off period T off. A second comparison error ER off (ER off = C off −S PF ) is generated.
アンプ制御部１３２Ａは、コントローラ１３４Ａの制御の下で動作し、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ｔon中は第１の比較誤差ＥＲonを零に近づけるようにパワーアンプ９２Ａの利得または増幅率を可変制御して高周波電源３６の出力を制御し、パルス・オフ期間Ｔoff中は第２の比較誤差ＥＲoffを零に近づけるようにパワーアンプ９２Ａの利得または増幅率を可変制御して高周波電源３６の出力を制御するようになっている。 Amplifier control unit 132A, the controller operates under the control of 134A, in each cycle of the modulation pulses MS, during the pulse-on period T on the gain of the power amplifier 92A as close to zero a first comparison error ER on or the amplification factor variable control to control the output of the high frequency power source 36, during the pulse-off period T off is variably controlled by the gain or amplification factor of the power amplifier 92A as close to zero a second comparison error ER off Thus, the output of the high frequency power source 36 is controlled.
なお、パワーアンプ９２Ａには、線形増幅器（リニアアンプ）が好適に用いられる。また、比較器１３０Ａにはたとえば差動増幅器が用いられる。比較器１３０Ａにおいては、入力信号の差分（Ｃon−ＳPF）もしくは（Ｃoff−ＳPF）と、出力信号の比較誤差ＥＲonもしくはＥＲoffとの間に、一定の比例関係が成立していればよい。 Note that a linear amplifier is preferably used as the power amplifier 92A. For example, a differential amplifier is used as the comparator 130A. In the comparator 130A, a certain proportional relationship is established between the difference (C on −S PF ) or (C off −S PF ) of the input signal and the comparison error ER on or ER off of the output signal. Just do it.
イオン引き込み系の高周波電源３８も、高周波ＬＦの周波数がプラズマ生成系の高周波ＨＦの周波数と異なる点を除いて、上述したプラズマ生成系の高周波電源３６における電源制御部９４Ａとそれぞれ同様の構成および機能を有するロードパワー測定部１２２Ｂおよび高周波出力制御部１２４Ｂ（図示せず）を備えている。
［実施形態におけるＰＬ制御の作用］
The ion attractive high frequency power supply 38 also has the same configuration and function as the power supply control unit 94A in the high frequency power supply 36 of the plasma generation system described above, except that the frequency of the high frequency LF is different from the frequency of the high frequency HF of the plasma generation system. A load power measuring unit 122B and a high-frequency output control unit 124B (not shown).
[Operation of PL control in embodiment]
この実施形態のプラズマ処理装置においては、高周波電源３６，３８のいずれも、プラズマ生成用の高周波ＨＦまたはイオン引き込み用の高周波ＬＦをチャンバ１０内に各々供給している時は、負荷（主にプラズマ）に投入される正味の高周波パワーつまりロードパワーＰＬをパルス・オン期間Ｔonとパルス・オフ期間Ｔoffとで個別に設定値に保つためのＰＬ制御を行えるようになっている。 In the plasma processing apparatus of this embodiment, when both the high-frequency power sources 36 and 38 supply the high-frequency HF for plasma generation or the high-frequency LF for ion attraction into the chamber 10 respectively, a load (mainly plasma ) To control the net high-frequency power, that is, the load power PL, to be kept at a set value individually in the pulse-on period Ton and the pulse-off period Toff .
以下に、プラズマ生成用の高周波ＨＦのパワーにハイ／ロウのパルス変調がかけられる場合について、この実施形態おけるＰＬ制御の作用を説明する。なお、イオン引き込み用の高周波ＬＦのパワーには同一の変調パルスＭＳの下でオン／オフのパルス変調がかけられるとする。 The operation of the PL control in this embodiment will be described below in the case where high / low pulse modulation is applied to the power of the high frequency HF for plasma generation. It is assumed that on / off pulse modulation is applied to the power of the high frequency LF for ion attraction under the same modulation pulse MS.
この場合、主制御部７２は、プラズマ生成系の高周波電源３６の電源制御部９４Ａに対しては、ハイ／ロウのパルス変調に必要な制御信号およびロードパワー設定値ＰＬH，ＰＬLのデータを与えるとともに、パルス変調用のタイミング信号として変調パルスＭＳを与える。なお、ＰＬHは、パルス・オン期間Ｔonにおける高周波ＨＦのパワーのレベル（ハイレベル）を指定する第１のロードパワー設定値である。一方、ＰＬLは、パルス・オフ期間Ｔoffにおける高周波ＨＦのパワーのレベル（ロウレベル）を指定する第２のロードパワー設定値である。高周波電源３６は、この電源３６よりハイ／ロウのパルス変調によって出力される高周波ＨＦに対して次のようなＰＬ制御を行う。 In this case, the main control unit 72, to the power supply control unit 94A of the high-frequency power supply 36 of the plasma generation system, a high / control signals necessary for pulse modulation of the row and load power set value PL H, the data of PL L At the same time, a modulation pulse MS is given as a timing signal for pulse modulation. Incidentally, PL H is the first load power set value that specifies the level (high level) of the power of the high frequency HF in the pulse-on period T on. On the other hand, PL L is the second load power set value that specifies the level (low level) of the power of the high frequency HF in the pulse-off period T off. The high frequency power supply 36 performs the following PL control on the high frequency HF output from the power supply 36 by high / low pulse modulation.
先ず、主制御部７２からのロードパワー設定値ＰＬH，ＰＬLは、高周波出力制御部１２４Ａ内でコントローラ１３４Ａにセットされる。コントローラ１３４Ａは、第１および第２の制御指令値生成部１２６Ａ，１２８Ａに対して、ロードパワー設定値ＰＬH，ＰＬLおよび所要の制御信号、クロック信号を与える。 First, the load power setting values PL H and PL L from the main control unit 72 are set in the controller 134A in the high frequency output control unit 124A. The controller 134A provides the load power set values PL H and PL L and necessary control signals and clock signals to the first and second control command value generation units 126A and 128A.
第１の制御指令値生成部１２６Ａは、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、ロードパワー測定部１２２Ａからのロードパワー測定値ＭPLをパルス・オン期間Ｔonの間だけ取り込んでフィードバック信号に用いる。ここで、ロードパワー測定値ＭPLの瞬時値または代表値をフィードバック信号に用いることも可能ではあるが、通常はロードパワー測定値ＭPLの平均値（好ましくは移動平均値）をフィードバック信号に用いる。 First control command value generating unit 126A, in each cycle of the modulation pulses MS, used in the feedback signal takes in the load power measurements M PL from the load power measuring section 122A only during the pulse-on period T on. Here, although an instantaneous value or a representative value of the load power measurement value M PL can be used as a feedback signal, an average value (preferably a moving average value) of the load power measurement value M PL is usually used as a feedback signal. .
具体的には、パルス・オン期間Ｔonの間にロードパワー測定部１２２Ａより与えられるロードパワー測定値ＭPLについて変調パルスＭＳの複数サイクル分の移動平均値ＡＭPLを取得し、この移動平均値ＡＭPLをロードパワー設定値ＰＬHと比較して比較誤差または偏差を求め、次または後続のサイクルにおいてこの偏差を適度な速度で零に近づけるようにパルス・オン期間Ｔon中に進行波のパワーＰＦにかけるフィードバック制御の目標値つまり第１の制御指令値Ｃonを決定する。この第１の制御指令値Ｃonを決定するために、フィードバック制御またはフィードフォワード制御の技術で常用されている公知のアルゴリズムを用いることができる。 Specifically, it obtains a moving average value AM PL multiple cycles of the modulation pulse MS for load power measurement M PL supplied from the load power measuring unit 122A during the pulse-on period T on, the moving average value Compare the AM PL and load power set value PL H sought comparison error or deviation, traveling wave power during the next or subsequent cycle the deviation moderate speed pulse-on period, as close to zero at T on the A target value of feedback control applied to the PF, that is, a first control command value C on is determined. In order to determine the first control command value C on , a known algorithm commonly used in the technology of feedback control or feed forward control can be used.
一方、第２の制御指令値生成部１２８Ａは、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、ロードパワー測定部１２２Ａより与えられるロードパワー測定値ＭPLをパルス・オフ期間Ｔoffの間だけ取り込んでフィードバック信号に用いる。やはり、ロードパワー測定値ＭPLの瞬時値または代表値をフィードバック信号に用いることも可能ではあるが、通常はロードパワー測定値ＭPLの平均値（好ましくは移動平均値）をフィードバック信号に用いる。 On the other hand, the second control command value generating unit 128A, in each cycle of the modulation pulses MS, the feedback signal takes in the load power measurements M PL supplied from the load power measuring unit 122A only during the pulse-off period T off Use. Although the instantaneous value or the representative value of the load power measurement value M PL can be used as the feedback signal, the average value (preferably the moving average value) of the load power measurement value M PL is usually used as the feedback signal.
具体的には、パルス・オフ期間Ｔoffの間にロードパワー測定部１２２Ａより与えられるロードパワー測定値ＭPLについて１サイクル分または複数サイクル分の移動平均値ＢＭPLを取得し、この移動平均値ＢＭPLをロードパワー設定値ＰＬLと比較して比較誤差または偏差を求め、次または後続のサイクルにおいてこの偏差を適度な速度で零に近づけるようにパルス・オフ期間Ｔoff中に進行波のパワーＰＦにかけるフィードバック制御の目標値つまり第２の制御指令値Ｃoffを決定する。この第２の制御指令値Ｃoffを決定するために、フィードバック制御またはフィードフォワード制御で常用されている公知のアルゴリズムを用いることができる。 Specifically, a moving average value BM PL for one cycle or a plurality of cycles is acquired for the load power measurement value M PL given from the load power measurement unit 122A during the pulse-off period T off , and this moving average value is obtained. the BM PL as compared with the load power set value PL L seek comparison error or deviation, the next or the power of the traveling wave in the subsequent cycle during the pulse-off period T off so as to approach to zero the deviation at a moderate rate A target value of feedback control applied to the PF, that is, a second control command value C off is determined. In order to determine the second control command value C off , a known algorithm commonly used in feedback control or feedforward control can be used.
上記したように、比較器１３０Ａは、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ｔon中は進行波パワー検知信号ＳPFを第１の制御指令値生成部１２６Ａからの第１の制御指令値Ｃonと比較してその比較誤差（第１の比較誤差）ＥＲonを生成し、パルス・オフ期間Ｔoff中は進行波パワー検知信号ＳPFを第２の制御指令値生成部１２８Ａからの第２の制御指令値Ｃoffと比較してその比較誤差（第２の比較誤差）ＥＲoffを生成する。そして、アンプ制御部１３２Ａは、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ｔon中は第１の比較誤差ＥＲonを零に近づけるようにパワーアンプ９２Ａの利得または増幅率を可変に制御し、パルス・オフ期間Ｔoff中は第２の比較誤差ＥＲoffを零に近づけるようにパワーアンプ９２Ａの利得または増幅率を可変に制御する。 As described above, the comparator 130A, a first control instruction at each cycle, during the pulse-on period T on the traveling wave power detection signal S PF first control command value generating portion 126A of the modulated pulse MS the comparison error as compared to the value C on to generate a (first comparison error) ER on, the pulse-off period T off during the traveling wave power detection signal S PF from the second control command value generating unit 128A Compared with the second control command value C off , a comparison error (second comparison error) ER off is generated. The amplifier control unit 132A, in each cycle of the modulation pulses MS, during the pulse-on period T on is variably controlled by the gain or amplification factor of the power amplifier 92A as close to zero a first comparison error ER on , during the pulse-off period T off is variably control the gain or amplification factor of the power amplifier 92A as close to zero a second comparison error ER off.
こうして、高周波ＨＦをハイ／ロウのパルス変調によって出力する高周波電源３６においては、ＲＦパワーモニタ９６およびロードパワー測定部１２２より得られるロードパワーＰＬの測定値ＭPLを、パルス・オン期間Ｔon中は第１のロードパワー設定値ＰＬHに一致または近似させ、パルス・オフ期間Ｔoff中は第２のロードパワー設定値ＰＬLに一致または近似させるように、高周波給電ライン４３上を順方向に伝播する進行波のパワーＰＦに対してフィードバック制御がかけられる。つまり、高周波電源３６の出力に対してパルス・オン期間Ｔonとパルス・オフ期間Ｔoffとで独立したフィードバック制御がかけられる。 Thus, in the high frequency power source 36 that outputs the high frequency HF by high / low pulse modulation, the measured value M PL of the load power PL obtained from the RF power monitor 96 and the load power measuring unit 122 is used during the pulse on period Ton . Coincides with or approximates to the first load power set value PL H , and moves forward on the high-frequency power supply line 43 so as to coincide with or approximate to the second load power set value PL L during the pulse-off period T off. Feedback control is applied to the propagating wave power PF. That is, independent feedback control is applied to the output of the high-frequency power source 36 in the pulse-on period Ton and the pulse-off period Toff .
このようなパルス・オン期間Ｔon用とパルス・オフ期間Ｔoff用の独立した２系統のフィードバック制御によれば、変調パルスＭＳに同期した反射波パワーＰＲないし進行波パワーＰＦの周期的な変動に容易かつ適確に追従することが可能であり、変調パルスＭＳの反転時に生じる急激な負荷変動にも難なく追いつくことができる。これによって、変調パルスＭＳの周波数を高くしても、ロードパワーＰＬをパルス・オン期間Ｔonおよびパルス・オフ期間Ｔoffのいずれにおいても各々個別の設定値ＰＬH，ＰＬLに安定に保つことができる。 According to the two independent systems of feedback control of the pulse-on period T for on for a pulse-off period T off, periodic variation of the synchronization with the modulated pulse MS reflection wave power PR to progressive wave power PF Therefore, it is possible to easily and accurately follow up, and to catch up with sudden load fluctuations generated when the modulation pulse MS is inverted without difficulty. Thus, even by increasing the frequency of the modulation pulses MS, each individual set value PL H in either a pulse-on period T on and pulse-off period T off the load power PL, keeping stable in PL L Can do.
一方、高周波ＬＦにオン／オフのパルス変調をかけるイオン引き込み系の高周波電源３８においては、電源制御部９４Ｂにより、変調パルスＭＳの各サイクルにおいてパルス・オン期間Ｔon中だけ進行波のパワーＰＦに対してＰＬ制御のためのフィードバック制御がかけられる。電源制御部９４Ｂ内のコントローラ１３４Ｂは、パルス・オフ期間用の第２の制御指令値生成部１２８Ｂを完全休止または非アクティブの状態に保持して、パルス・オン期間用の第１の制御指令値生成部１２６Ｂだけを動作させる。この場合、第１の制御指令値生成部１２６Ｂに対しては、パルス・オン期間Ｔonにおける高周波ＨＦのパワーのレベル（オンレベル）を指示するロードパワー設定値ＰＬonを与える。 On the other hand, in the high frequency power source 38 for ion attraction system applying a pulse modulation of the on / off frequency LF is the power control unit 94B, the power PF only traveling wave during the pulse-on period T on each cycle of the modulation pulses MS On the other hand, feedback control for PL control is applied. The controller 134B in the power supply control unit 94B maintains the second control command value generation unit 128B for the pulse-off period in a completely paused or inactive state, and the first control command value for the pulse-on period. Only the generation unit 126B is operated. In this case, for the first control command value generating section 126B, giving a load power set value PL on to instruct the level of power of the high frequency HF (on level) in the pulse-on period T on.
比較器１３０Ｂは、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ｔon中にＲＦパワーモニタ９６Ｂからの進行波パワー検知信号ＳPFを第１の制御指令値生成部１２６Ｂからの第１の制御指令値Ｃonと比較してその比較誤差（第１の比較誤差）ＥＲonを生成し、パルス・オフ期間Ｔoff中は実質的に休止する。そして、アンプ制御部１３２Ｂは、変調パルスＭＳの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ｔon中は第１の比較誤差ＥＲonを零に近づけるようにパワーアンプ９２Ｂの利得または増幅率を可変に制御し、パルス・オフ期間Ｔoff中は実質的に休止する。 The comparator 130B, in each cycle of the modulation pulses MS, first control during the pulse-on period T on the progressive wave power detection signal S PF from the RF power monitor 96B from the first control command value generating section 126B Compared with the command value C on , a comparison error (first comparison error) ER on is generated, and substantially pauses during the pulse-off period T off . The amplifier control unit 132B, at each cycle of the modulation pulses MS, during the pulse-on period T on is variably controlled by the gain or amplification factor of the power amplifier 92B so as to approach zero first comparison error ER on During the pulse-off period Toff, the operation is substantially stopped.
もっとも、オン／オフのパルス変調を行う高周波電源３８においては、ＰＦ制御を行うことも可能である。その場合は、コントローラ１３４Ｂより比較器１３０Ｂに比較基準値として進行波パワー設定値（ＰＦS）を与えればよい。
［エッチングプロセスにおける実施例］
However, the PF control can also be performed in the high frequency power supply 38 that performs on / off pulse modulation. In this case, the traveling wave power set value (PF S ) may be given as a comparison reference value from the controller 134B to the comparator 130B.
[Examples in the etching process]
本発明者は、図１のプラズマエッチング装置によりハイ／ロウのパルス変調を用いるＨＡＲＣ（High Aspect Ratio Contact）プロセスの実験を行って、パルス・オフ期間Ｔonの長さ、パルス・オフ期間Ｔonにおける高周波パワー（ロードパワー）ＰＬLまたはパルス・オフ期間Ｔonにおける上部ＤＣ電圧の値をパラメータとしたときに、各種プロセス特性に与える作用を検証した。 The present inventor has experimented the HARC (High Aspect Ratio Contact) process using pulse modulation of the high / low by the plasma etching apparatus shown in FIG. 1, a pulse-off period T on length, pulse off period T on the value of the upper DC voltage at a high frequency power (load power) PL L or pulse-off period T on is taken as a parameter in, examined the effect of allowing the various process characteristics.
この実験では、図９の（ａ）に示すように多層膜構造の表層部に第１のエッチング工程により途中まで（第３のＳiＯ2層１５２に届く深さｄ1まで）微細孔１４０が形成されている半導体ウエハＷをサンプルとして用意した。そして、このサンプルの半導体ウエハＷに対して、図９の（ｂ）に示すように微細孔１４０の深さを第３のＳiＯ2層１５２の下部まで（深さｄ2まで）延ばす第２のエッチング工程において、プラズマ生成用の高周波ＨＦにはハイ／ロウのパルス変調をかけ、イオン引き込み用の高周波ＬＦにはオン／オフのパルス変調をかけ、上部電極４６に印加する直流電圧（上部ＤＣ電圧）Ｖdcの大きさ（絶対値）を変調パルスＭＳに同期させて可変する実験を行った。図９において、１４２はエッチングマスク（フォトレジスト）、１４４は第１のＳiＯ2層、１４６は第１のＳiＮ層、１４８は第２のＳiＯ2層、１５０は第２のＳiＮ層、１５２は第３のＳiＯ2層、１５４は第３のＳiＮ層、および１５６は半導体基板である。 In this experiment, as shown in FIG. 9A, the fine hole 140 is formed in the surface layer portion of the multilayer structure halfway through the first etching process (to a depth d 1 reaching the third SiO 2 layer 152). The prepared semiconductor wafer W was prepared as a sample. Then, with respect to the semiconductor wafer W of this sample, as shown in FIG. 9B, the depth of the micro hole 140 is extended to the lower part of the third SiO 2 layer 152 (to the depth d 2 ). In the etching process, high / low pulse modulation is applied to the high frequency HF for plasma generation, on / off pulse modulation is applied to the high frequency LF for ion attraction, and a DC voltage (upper DC voltage) applied to the upper electrode 46 is applied. ) An experiment was conducted in which the magnitude (absolute value) of V dc was varied in synchronization with the modulation pulse MS. 9, 142 is an etching mask (photoresist), 144 is a first SiO 2 layer, 146 is a first SiN layer, 148 is a second SiO 2 layer, 150 is a second SiN layer, and 152 is a first SiO 2 layer. 3 is an SiO 2 layer, 154 is a third SiN layer, and 156 is a semiconductor substrate.
この実験において評価対象に選んだプロセス特性は、［1］第２のエッチング工程における孔１４０の深さの増量分（ｄ2−ｄ1）つまりエッチング量、［2］孔１４０の入口付近におけるネッキングの増量分（ネッキングＣＤ）、［3］第２のＳiＯ2層１５２におけるボーイングの増量分（中間ＯxボーイングＣＤ）、［4］選択比（孔１４０の深さの増量分ｄ2−ｄ1／マスクの厚さの減少分ｄm）および［5］アスペクト比変化量（孔１４０の深さの増量分ｄ2−ｄ1／中間ＯxボーイングＣＤ）である。 The process characteristics selected for evaluation in this experiment are: [1] Increase in depth (d 2 -d 1 ) of the hole 140 in the second etching step, that is, etching amount, [2] Necking near the entrance of the hole 140 [3] Boeing increase in the second SiO 2 layer 152 (intermediate Ox bowing CD), [4] Selectivity (increase in the depth of the hole 140 d 2 −d 1 / Mask thickness decrease d m ) and [5] aspect ratio change (increase in depth of hole 140 d 2 -d 1 / intermediate Ox bowing CD).
第２のエッチング工程に係る実験は、より詳しくは、パルス・オフ期間Ｔoffにおける高周波ＨＦのパワーＰＬLを０Ｗに設定した場合と２００Ｗに設定した場合とで、各種プロセス特性のパルス・オフ期間依存性を比較する第１実験と、各種プロセス特性の上部ＤＣ電圧依存性を比較する第２実験とを含む。なお、ハイ／ロウのパルス変調でパルス・オフ期間Ｔoffにおける高周波ＨＦのパワーＰＬLを０Ｗにした場合は、オン／オフのパルス変調をかけるのと同じである。 Experiments according to the second etching step, more specifically, the power PL L of a high-frequency HF in the pulse-off period T off in as setting if the 200W set to 0 W, the pulse-off period of the various process characteristics A first experiment for comparing the dependency and a second experiment for comparing the upper DC voltage dependency of various process characteristics are included. Incidentally, when the power PL L of a high-frequency HF in the pulse-off period T off to 0W in pulse modulation of the high / low is the same as applying a pulse modulation on / off.
第１実験および第２実験に共通する主な固定値のエッチング条件として、エッチングガスをＣ4Ｆ6／ＮＦ3／Ａr／Ｏ2＝７６／１０／７５／７３sccm、チャンバ圧力を１５mTorr、下部電極温度を６０℃、パルス・オン期間Ｔonを１００μｓ、パルス・オン期間Ｔonにおけるイオン引き込み用高周波ＬＦのパワーを１００００Ｗ、パルス・オン期間Ｔonにおけるプラズマ生成用高周波ＨＦのパワーを１０００Ｗ、パルス・オン期間Ｔonにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜を５００Ｖとした。
＜第１実験のパラメータおよび実験結果＞
Etching gas is C 4 F 6 / NF 3 / Ar / O 2 = 76/10/75/73 sccm, chamber pressure is 15 mTorr, lower electrode as main fixed value etching conditions common to the first and second experiments temperature 60 ° C., the pulse-on period T on the 100 [mu] s, pulse-on period T 10000 W power for high-frequency LF attracting ions in on, the power of the plasma-generating high-frequency HF in the pulse-on period T on 1000W, pulse the absolute value of the upper DC voltage V dc in the on-period T on | V dc | were as 500V.
<Parameters and experimental results of the first experiment>
各種プロセス特性のパルス・オフ期間依存性を比較する第１実験では、パルス・オフ期間Ｔoffにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜を９００Ｖに固定し、パルス・オフ期間Ｔoff（変調パルスＭＳの周波数ｆS，デューティ比ＤS）をパラメータとして、Ｔoff＝２５μｓ（ｆS＝８ｋＨｚ，ＤS＝８０％）、Ｔoff＝１００μｓ（ｆS＝５ｋＨｚ，ＤS＝５０％）、Ｔoff＝１５０μｓ（ｆS＝４ｋＨｚ，ＤS＝４０％）、Ｔoff＝２３３μｓ（ｆS＝３ｋＨｚ，ＤS＝３０％）、Ｔoff＝４００μｓ（ｆS＝２ｋＨｚ，ＤS＝２０％）の段階的な５つの値を選んだ。 In the first experiment to compare the pulse-off period dependent various process characteristics, the absolute value of the upper DC voltage V dc in the pulse-off period T off | V dc | were fixed 900V, the pulse-off period T off ( T off = 25 μs (f S = 8 kHz, D S = 80%), T off = 100 μs (f S = 5 kHz, D S = 50%) using the frequency f S and duty ratio D S ) of the modulation pulse MS as parameters. , T off = 150 μs (f S = 4 kHz, D S = 40%), T off = 233 μs (f S = 3 kHz, D S = 30%), T off = 400 μs (f S = 2 kHz, D S = 20%) ) Five graded values were selected.
図１０Ａ〜図１０Ｅに、第１実験で得られた結果をグラフで示す。図１０Ａに示すように、［1］孔１４０の深さの増量分（エッチング量：ｄ2−ｄ1）は、高周波ＨＦのパワーＰＬLが０Ｗまたは２００Ｗのいずれの場合でも、パルス・オフ期間Ｔoffが２５μｓ〜４００μｓの範囲で約７００〜７５０ｎｍの範囲に収まっており、それほどの違いはない。このように、ＰＬL＝２００Ｗでハイ／ロウのパルス変調を用いると、オン／オフのパルス変調を用いる場合と同程度のエッチング量またはエッチングレートが得られる。 10A to 10E are graphs showing the results obtained in the first experiment. As shown in FIG. 10A, [1] increment depth of the hole 140 (etching amount: d 2 -d 1), even when the power PL L of the high frequency HF is either 0W or 200 W, pulse off period T off is in the range of about 700 to 750 nm in the range of 25 μs to 400 μs, and there is not much difference. Thus, when high / low pulse modulation is used with PL L = 200 W, an etching amount or etching rate comparable to that when using on / off pulse modulation can be obtained.
図１０Ｂに示すように、［2］ネッキングＣＤは、パルス・オフ期間Ｔoffを２５μｓから４００μｓまで段階的に大きくすると、高周波ＨＦのパワーＰＬLが０Ｗの場合は約２２．０〜２３．０の範囲に止まるのに対して、周波ＨＦのパワーＰＬLが２００Ｗの場合は約２２．０ｎｍから１８．０ｎｍ以下まで段階的に大きく減少する。このように、ＰＬL＝２００Ｗでハイ／ロウのパルス変調を用いると（特にｆSを３ｋＨ以下、Ｔoffを２３３μｓ以上にすると）、オン／オフのパルス変調を用いる場合に比して、ネッキングＣＤが大きく向上する。 As shown in FIG. 10B, [2] necking CD, when a pulse-off period T off stepwise increased from 25μs to 400 .mu.s, if power PL L of the high frequency HF of 0W about 22.0 to 23.0 whereas stops range, power PL L of frequency HF stepwise greatly reduced from about 22.0nm for 200W to 18.0nm or less. As described above, when high / low pulse modulation is used with PL L = 200 W (particularly when f S is 3 kHz or less and T off is 233 μs or more), necking is performed as compared with the case where on / off pulse modulation is used. CD is greatly improved.
図１０Ｃに示すように、［3］中間ＯxボーイングＣＤは、パルス・オフ期間Ｔoffを２５μｓから４００μｓまで段階的に大きくすると、高周波ＨＦのパワーＰＬLが０Ｗの場合は約３６．０〜３７．０の範囲に止まるのに対して、周波ＨＦのパワーＰＬLが２００Ｗの場合は約３７．０ｎｍから約３４．０ｎｍまで大きく減少する（ただし、Ｔoffが２３３μｓ以上になると、殆ど減少しなくなる）。このように、ＰＬL＝２００Ｗでハイ／ロウのパルス変調を用いると（特にｆSを３ｋＨｚ以下、Ｔoffを２３３μｓ以上にすると）、オン／オフのパルス変調を用いる場合に比して、中間ＯxボーイングＣＤも大幅に向上する。 As shown in FIG. 10C, [3] the middle Ox Boeing CD, when a pulse-off period T off stepwise increased from 25μs to 400 .mu.s, if power PL L of the high frequency HF of 0W about 36.0 to 37 whereas stops in the range of 2.0, the power PL L of frequency HF is greatly reduced from about 37.0nm for 200W to about 34.0Nm (provided that when T off is equal to or greater than 233Myuesu, not hardly decreased ). Thus, when high / low pulse modulation is used with PL L = 200 W (particularly when f S is 3 kHz or less and T off is 233 μs or more), it is intermediate compared to the case where on / off pulse modulation is used. The Ox Boeing CD is also greatly improved.
図１０Ｄに示すように、［4］選択比は、パルス・オフ期間Ｔoffを２５μｓから２３３μｓまで段階的に大きくすると、高周波ＨＦのパワーＰＬLが０Ｗの場合および２００Ｗのいずれの場合も約２．５から約４．２まで略同じ変化率で増大し、Ｔoffが２３３μｓを超えると飽和する。このように、ＰＬL＝２００Ｗでハイ／ロウのパルス変調を用いると、オン／オフのパルス変調を用いる場合と同程度に選択比が向上する。 As shown in FIG. 10D, [4] selective ratio, if the pulse-off period T off stepwise increased from 25μs to 233Myuesu, power PL L of the high frequency HF of about any case in the case of 0W and 200 W 2 It increases at approximately the same rate of change from 0.5 to about 4.2, and saturates when T off exceeds 233 μs. As described above, when high / low pulse modulation is used with PL L = 200 W, the selection ratio is improved to the same extent as when on / off pulse modulation is used.
図１０Ｅに示すように、［5］アスペクト比変化量は、パルス・オフ期間Ｔoffを２５μｓから４００μｓまで段階的に大きくすると、高周波ＨＦのパワーＰＬLが０Ｗの場合は約８０〜８５の範囲に止まるのに対して、周波ＨＦのパワーＰＬLが２００Ｗの場合は約８０から約１３０まで大きく増大する（ただし、Ｔoffが２３３μｓを超えると飽和する）。このように、ＰＬL＝２００Ｗでハイ／ロウのパルス変調を用いると（特にｆSを３ｋＨ以下、Ｔoffを２３３μｓ以上にすると）、オン／オフのパルス変調を用いる場合に比して、アスペクト比変化率が大きく向上する。
＜第２実験のパラメータおよび実験結果＞
As shown in FIG. 10E, [5] Aspect ratio change amount, when the pulse-off period T off stepwise increased from 25μs to 400 .mu.s, if power PL L of the high frequency HF of 0W approximately 80-85 range whereas stops, the power PL L of frequency HF is increased significantly from about 80 in the case of 200W up to about 130 (however, T off is saturated with more than 233μs). As described above, when high / low pulse modulation is used with PL L = 200 W (particularly when f S is 3 kHz or less and T off is 233 μs or more), the aspect ratio is higher than when using on / off pulse modulation. The ratio change rate is greatly improved.
<Parameters and experimental results of the second experiment>
各種プロセス特性の上部ＤＣ電圧依存性を比較する第２実験では、パルス・オフ期間Ｔoff（変調パルスＭＳの周波数ｆS，デューティ比ＤS）をＴoff＝２３３μｓ（ｆS＝３ｋＨｚ，ＤS＝３０％）に固定し、パルス・オフ期間Ｔoffにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜をパラメータとして、｜Ｖdc｜＝５００Ｖ、９００Ｖ、１２００Ｖの段階的な３つの値を選んだ。 In the second experiment for comparing the upper DC voltage dependence of various process characteristics, the pulse-off period T off (frequency f S of modulation pulse MS, duty ratio D S ) is set to T off = 233 μs (f S = 3 kHz, D S = 30%), and the stepwise three values of | V dc | = 500 V, 900 V, and 1200 V are selected using the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc during the pulse-off period T off as a parameter. It is.
図１１Ａ〜図１１Ｅに、第２実験で得られた結果をグラフで示す。図１１Ａに示すように、［1］孔１４０の深さの増量分（エッチング量：ｄ2−ｄ1）は、パルス・オフ期間Ｔoffにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜を５００Ｖ、９００Ｖ、１２００Ｖと段階的に大きくすると、高周波ＨＦのパワーＰＬLが０Ｗの場合は約７６０ｎｍから約６８０ｎｍまで線形的に減少し、高周波ＨＦのパワーＰＬLが２００Ｗの場合は約７００ｎｍから約６８０ｎｍまで漸次的に減少する。このように、ＰＬL＝２００Ｗでハイ／ロウのパルス変調を用いる場合は、パルス・オフ期間Ｔoffにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜を大きくしても、孔１４０の深さの増量分（エッチング量）は増大するわけではなく、むしろ減少傾向になるが、オン／オフのパルス変調を用いる場合に比して劣るわけでもない。 11A to 11E are graphs showing the results obtained in the second experiment. As shown in FIG. 11A, [1] The amount of increase in the depth of the hole 140 (etching amount: d 2 −d 1 ) is the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc during the pulse-off period T off . 500V, 900V, the stepwise increase 1200 V, the power PL L of the high frequency HF is linearly decreased to about 680nm to about 760nm in the case of 0 W, if power PL L of the high frequency HF of 200W from about 700nm to about It gradually decreases to 680 nm. Thus, when using high / low pulse modulation with PL L = 200 W, the depth of the hole 140 can be increased even if the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc during the pulse-off period T off is increased. The amount of increase (the amount of etching) does not increase, but rather tends to decrease, but it is not inferior to the case of using on / off pulse modulation.
図１１Ｂに示すように、［2］ネッキングＣＤは、パルス・オフ期間Ｔoffにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜を５００Ｖ、９００Ｖ、１２００Ｖと段階的に大きくすると、高周波ＨＦのパワーＰＬLが０Ｗの場合は約２３．０ｎｍから約２０．０ｎｍ以下まで段階的に減少するのに対して、周波ＨＦのパワーＰＬLが２００Ｗの場合は低いレベルで約１９．６ｎｍから約１７．８ｎｍまでより段階的に減少する。このように、ＰＬL＝２００Ｗにしてハイ／ロウのパルス変調を用いる場合は、パルス・オフ期間Ｔoffにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜を大きくするほどネッキングＣＤは向上し、しかもオン／オフのパルス変調を用いる場合よりもネッキングＣＤは向上する。 As shown in FIG. 11B, [2] Necking CD increases the power of the high frequency HF when the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse-off period T off is increased stepwise to 500V, 900V, and 1200V. PL L whereas reduced stepwise from about 23.0nm for 0W to about 20.0nm or less, the power PL L of frequency HF is about from about 19.6nm at low levels in the case of 200 W 17. Decrease in steps up to 8 nm. Thus, when high / low pulse modulation is used with PL L = 200 W, necking CD improves as the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc during the pulse-off period T off increases. Moreover, the necking CD is improved as compared with the case of using on / off pulse modulation.
図１１Ｃに示すように、［3］中間ＯxボーイングＣＤは、パルス・オフ期間Ｔoffにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜を５００Ｖ、９００Ｖ、１２００Ｖと段階的に大きくすると、高周波ＨＦのパワーＰＬLが０Ｗの場合は約３７．５ｎｍから約３５．５ｎｍまで段階的に減少するのに対して、周波ＨＦのパワーＰＬLが２００Ｗの場合はより低いレベルで約３５．２ｎｍから約３３．５ｎｍまでより段階的に減少する（ただし、｜Ｖdc｜が９００Ｖ以上になると、殆ど減少しなくなる）。このように、ＰＬL＝２００Ｗにしてハイ／ロウのパルス変調を用いる場合は、パルス・オフ期間Ｔoffにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜を大きくするほど概して中間ＯxボーイングＣＤは向上し、しかもオン／オフのパルス変調を用いる場合よりも中間ＯxボーイングＣＤは向上する。 As shown in FIG. 11C, [3] the intermediate Ox bowing CD increases the high frequency HF when the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse-off period T off is increased stepwise to 500V, 900V, and 1200V. whereas the power PL L decreases stepwise from about 37.5nm to about 35.5nm for 0W, the power PL L of frequency HF is about from about 35.2nm at a lower level in the case of 200W It decreases in a stepwise manner up to 33.5 nm (however, when | V dc | becomes 900 V or more, it hardly decreases). As described above, when high / low pulse modulation is used with PL L = 200 W, the intermediate Ox bowing CD generally becomes larger as the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse-off period T off is increased. Further, the intermediate Ox bowing CD is improved as compared with the case of using on / off pulse modulation.
図１１Ｄに示すように、［4］選択比は、パルス・オフ期間Ｔoffにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜を５００Ｖ〜１２００Ｖの範囲で変化させても、高周波ＨＦのパワーＰＬLが０Ｗの場合および２００Ｗのいずれの場合も約４．１〜４．５の範囲内に収まる。このように、ＰＬL＝２００Ｗでハイ／ロウのパルス変調を用いると、オン／オフのパルス変調を用いる場合と同程度に選択比が向上する。 As shown in FIG. 11D, the [4] selection ratio allows the power PL of the high frequency HF even if the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse-off period T off is changed in the range of 500V to 1200V. It falls within the range of about 4.1 to 4.5 in both cases where L is 0 W and 200 W. As described above, when high / low pulse modulation is used with PL L = 200 W, the selection ratio is improved to the same extent as when on / off pulse modulation is used.
図１１Ｅに示すように、［5］アスペクト比変化量は、パルス・オフ期間Ｔoffにおける上部ＤＣ電圧Ｖdcの絶対値｜Ｖdc｜を５００Ｖ、９００Ｖ、１２００Ｖと段階的に大きくすると、高周波ＨＦのパワーＰＬLが０Ｗの場合は｜Ｖdc｜が９００Ｖ以上になると約８０ｎｍから約９２ｎｍまで上昇するのに対して、高周波ＨＦのパワーＰＬLが２００Ｗの場合はより高いレベルで約９９ｎｍから約１３２ｎｍまでより上昇する（ただし、｜Ｖdc｜が９００Ｖ以上になると飽和する）。このように、ＰＬL＝２００Ｗでハイ／ロウのパルス変調を用いると、オン／オフのパルス変調を用いる場合に比して、アスペクト比変化率が大きく向上する。
＜実験の評価＞
As shown in FIG. 11E, the [5] aspect ratio change amount is obtained by increasing the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse-off period T off in steps of 500 V, 900 V, and 1200 V. If power PL L of 0W of | V dc | whereas increases from about 80nm to about 92nm becomes more than 900V, from about 99nm to about power PL L of the high frequency HF is at a higher level in the case of 200W It rises further to 132 nm (however, it becomes saturated when | V dc | becomes 900 V or more). As described above, when high / low pulse modulation is used with PL L = 200 W, the aspect ratio change rate is greatly improved as compared with the case where on / off pulse modulation is used.
<Evaluation of experiment>
上記のように、図９に示すようなＨＡＲＣ（High Aspect Ratio Contact）プロセスにおいては、フラズマ生成用の高周波ＨＦに対して、ハイ／ロウのパルス変調をかける方がオン／オフのパルス変調をかける場合よりも各種プロセス特性において優位性があり、特に高い選択比を保証しつつボーイングを効果的に抑制できることが判った。この点について考察する。 As described above, in the HARC (High Aspect Ratio Contact) process as shown in FIG. 9, on / off pulse modulation is applied to high-frequency HF for plasma generation by applying high / low pulse modulation. It has been found that there are advantages in various process characteristics over the case, and that bowing can be effectively suppressed while guaranteeing a particularly high selection ratio. Consider this point.
パルス変調においては、変調パルスの各サイクル毎に、パルス・オン期間からパルス・オフ期間に切り替わると、イオンの引き込み効果が薄れ、マスク上にプラズマ反応生成物が堆積する。したがって、低速パルス／低いデューティ比（パルス・オフ期間が長い）では、マスクと被エッチング材または対象膜との選択比の向上に適した領域といえる。しかし、パルス・オフ期間はエッチングに寄与することが少ないので、パルス・オフ期間を必要以上に長くするとプラズマプロセスの所要時間が長くなり、生産性の低下を招くことになる。 In the pulse modulation, when the pulse is switched from the pulse-on period to the pulse-off period for each cycle of the modulation pulse, the ion pulling effect is reduced, and the plasma reaction product is deposited on the mask. Accordingly, it can be said that the low-speed pulse / low duty ratio (long pulse-off period) is a region suitable for improving the selection ratio between the mask and the material to be etched or the target film. However, since the pulse-off period hardly contributes to etching, if the pulse-off period is made longer than necessary, the time required for the plasma process becomes longer, resulting in a decrease in productivity.
また、ＨＡＲＣのようにホールエッチングのアスペクト比が大きくなると、エッチング時間が長くなるので、オン／オフのパルス変調を用いた場合は、たとえマスクとの選択比が確保できたとしても、ホール側壁への長時間のイオン入射により、ボーイングがより発生しやすくなってしまうので、最終的に良好な加工形状を得ることが難しかった。 Further, when the aspect ratio of hole etching is increased as in HARC, the etching time becomes longer. Therefore, when ON / OFF pulse modulation is used, even if the selection ratio with the mask can be ensured, the hole sidewalls are formed. Since long-time ion incidence of this type causes bowing to occur more easily, it was difficult to finally obtain a good processed shape.
パルス・オン期間からパルス・オフ期間に切り替わった直後にチャンバの処理空間で電子、イオンおよびラジカルがそれぞれ減少する割合は異なる。電子は１０μｓ、イオンは１００μｓ程度の比較的短い時間で消滅するのに対して、ラジカルは１ｍｓ程度の時間が経過した後も存在する。このオフタイム中に存在するラジカルがマスク表層と反応することにより、マスク表面保護膜を形成すると考えられる。 Immediately after switching from the pulse-on period to the pulse-off period, the rate at which electrons, ions, and radicals decrease in the processing space of the chamber is different. Electrons are extinguished in a relatively short time of about 10 μs and ions are about 100 μs, while radicals exist even after a time of about 1 ms has passed. It is considered that a radical existing during this off time reacts with the mask surface layer to form a mask surface protective film.
ハイ／ロウのパルス変調においては、パルス・オフ期間中もプラズマ生成用の高周波ＨＦが処理ガスを励起し、イオンおよびラジカルを発生させる。この場合、イオン引き込み用の高周波ＬＦに比べてイオンに与える加速のエネルギーは小さいので、エッチングに寄与する割合は少ない。一方、かなりのラジカルが発生しており、しかも下部２周波重畳印加方式の場合はＬＦオフでＨＦのパワーが弱めであるから、程ほどのＲＦバイアスによりラジカルを巻き込むようにしてイオンをホールの底部に引き込むことができる。その結果、ホール側壁への反応生成物の堆積を促進させて、ボーイングの抑制に効く側壁保護膜を形成することができる。 In high / low pulse modulation, high-frequency HF for plasma generation excites the processing gas and generates ions and radicals even during the pulse-off period. In this case, since the acceleration energy given to the ions is small as compared with the high frequency LF for ion attraction, the ratio contributing to the etching is small. On the other hand, a considerable amount of radicals are generated, and in the case of the lower two-frequency superimposition application method, LF is off and the power of HF is weak. Can be drawn into. As a result, deposition of the reaction product on the hole sidewall can be promoted, and a sidewall protective film effective in suppressing bowing can be formed.
また、上記のように、ハイ／ロウのパルス変調を用いるときは、変調パルスに同期させて上部ＤＣ電圧の絶対値をパルス・オン期間よりもパルス・オフ期間で一段高くする技法も各種プロセス特性の向上、特にネッキングの改善、中間ボーイングＣＤの改善、垂直形状の改善に効果的であることが判る。 As described above, when high / low pulse modulation is used, the technique of making the absolute value of the upper DC voltage one step higher in the pulse-off period than in the pulse-on period in synchronization with the modulation pulse also has various process characteristics. It can be seen that this is effective in improving the image quality, particularly in the necking, the intermediate bowing CD, and the vertical shape.
つまり、パルス・オフ期間中に上部ＤＣ電圧の絶対値を一段高くすることにより、何らかの作用が働いて（たとえば被エッチング材およびマスクに打ち込まれる電子のエネルギーが増大することにより）、ホール内で側壁保護膜を底部側に延ばす効果、あるいはマスク肩部の肩落ちを抑制する（それによって、ボーイングを誘発する斜め成分のイオン入射の割合を低減する）効果が得られるものと考えられる。 In other words, by raising the absolute value of the upper DC voltage by one step during the pulse-off period, some action works (for example, by increasing the energy of electrons injected into the material to be etched and the mask), and the sidewalls in the holes It is considered that the effect of extending the protective film to the bottom side or the effect of suppressing the shoulder drop of the mask shoulder (thereby reducing the rate of oblique component ion incidence that induces bowing) is obtained.
いずれにしても、ＨＡＲＣプロセスにおいては、プラズマ生成用の高周波にハイ／ロウのパルス変調をかける場合は、変調パルスの周波数は１ｋＨｚ以上（好ましくは２ｋＨｚ〜８ｋＨｚ、より好ましくは２ｋＨｚ〜３ｋＨｚ）の領域が好ましく、パルス・オフ期間におけるプラズマ生成用高周波ＨＦのパワーＰＬLはある程度高い領域（たとえば１００Ｗ以上、好ましくは２００Ｗ以上）に設定することが望ましい。 In any case, in the HARC process, when high / low pulse modulation is applied to a high frequency for plasma generation, the frequency of the modulation pulse is 1 kHz or more (preferably 2 kHz to 8 kHz, more preferably 2 kHz to 3 kHz). preferably, pulse power PL L of plasma-generating high-frequency HF in the off period somewhat high region (e.g. 100W or more, preferably 200W or higher) is preferably set to.
この点、この実施形態におけるプラズマエッチング装置においては、プラズマ生成系の整合器４０が、上記のような構成および機能を有するインピーダンスセンサ１０６Ａにより、高周波給電ライン４３上で高周波電源３６より見えるプラズマ負荷のインピーダンスを測定し、パルス・オン期間Ｔonにおける負荷インピーダンスの測定値とパルス・オフ期間Ｔonにおける負荷インピーダンスの測定値とを所望の重みで加重平均して得られる加重平均測定値を求め、この加重平均測定値を高周波電源３６の出力インピーダンスに整合させるように動作する。この場合、加重平均の重み変数（Ｋ）の値を調整することにより、パルス・オン期間Ｔonにおける反射波パワーＰＲHとパルス・オフ期間Ｔoffにおける反射波パワーＰＲHとのバランスを任意に制御することができるので、パルス・オフ期間Ｔoffにおける反射波のパワーＰＲLを任意に減らし、そのぶんロードパワーＰＬLを高めの任意に値に設定することが可能となる。 In this regard, in the plasma etching apparatus of this embodiment, the plasma generation system matching unit 40 has a plasma load that can be seen from the high-frequency power source 36 on the high-frequency power supply line 43 by the impedance sensor 106A having the above-described configuration and function. the impedance was measured to obtain the weighted average measurement value obtained by the measurement value of the load impedance at the measurement and pulse-off period T on of the load impedance in the pulse-on period T on weighted by a desired weighting, this It operates to match the weighted average measurement with the output impedance of the high frequency power supply 36. In this case, the balance between the reflected wave power PR H in the pulse on period Ton and the reflected wave power PR H in the pulse off period T off is arbitrarily adjusted by adjusting the value of the weighted average weight variable (K). it is possible to control arbitrarily reduce power PR L of the reflected wave in the pulse-off period T off, it is possible to arbitrarily set at a higher value to that amount load power PL L.
一例として、プラズマ生成系の高周波電源３６に用いられている実際の或る機種の高周波電源（反射波パワーの許容限界値が１２００Ｗ）においては、図１２に示すように、パルス・オン期間Ｔonにおける反射係数ГがГ＝０．０である従来のマッチング方法（パルス・オン期間Ｔon中に略完全な整合をとる方法）を行う場合に比して、Г＝０．２，Г＝０．３となる実施形態のマッチング方法を用いることにより、パルス・オフ期間ＴoffにおけるロードパワーＰＬLの設定可能な範囲を約２３０Ｗ（Г＝０．０）から約３００Ｗ（Г＝０．２）さらには約３５０Ｗ（Г＝０．３）に大幅に拡大することができる。このことは、別な見方をすれば、高周波電源３６のダウンサイジングが可能になることを意味する。なお、反射係数ГはГ＝（ＰＲH／ＰＦH）1/2で与えられる。
［上部電極放電対策に関する実施例］
As an example, in a high-frequency power source (1200 W is permissible limit value of the reflected wave power) of the actual certain models used in the high frequency power supply 36 of the plasma generation system, as shown in FIG. 12, the pulse-on period T on compared with the case of performing conventional matching method the reflection coefficient .GAMMA is .GAMMA = 0.0 (how to take a substantially full alignment during the pulse-on period T on) in, Г = 0.2, Г = 0 by using the matching process of the embodiment to be .3, pulse off period T off about a setting range of the load power PL L in 230W (Г = 0.0) to about 300W (Г = 0.2) Furthermore, it can be greatly expanded to about 350 W (Γ = 0.3). From another viewpoint, this means that the high-frequency power source 36 can be downsized. The reflection coefficient Γ is given by Γ = (PR H / PF H ) 1/2 .
[Examples for measures against upper electrode discharge]
一般に、ＨＡＲＣプロセスのようなホールエッチングにおいては、アスペクト比を高くすると、ホールの底部に正イオンが溜まりやすくなって、ホール内でのイオンの直進性が低下し、良好なエッチング形状を得るのが困難になる。この点に関して、図１のプラズマエッチング装置は、直流電源部６２を備えており、上部電極４６に負極性の直流電圧を印加することにより、上部電極４６からプラズマ生成空間ＰＡに放出される電子をサセプタ（下部電極）１６上の半導体ウエハ（被処理体）Ｗに向けて加速し、高速に加速された電子をホールの内奥に供給して、ホール底部に溜まった正イオンを電気的に中和することができるので、上記のようなホール内でイオンの直進性が低下する問題を回避できる。 In general, in hole etching such as the HARC process, when the aspect ratio is increased, positive ions are likely to be accumulated at the bottom of the hole, and the straightness of ions in the hole is reduced, and a good etching shape is obtained. It becomes difficult. In this regard, the plasma etching apparatus of FIG. 1 includes a DC power supply unit 62, and by applying a negative DC voltage to the upper electrode 46, electrons emitted from the upper electrode 46 to the plasma generation space PA are emitted. Accelerated toward the semiconductor wafer (object to be processed) W on the susceptor (lower electrode) 16, electrons accelerated at high speed are supplied into the inner part of the hole, and positive ions accumulated at the bottom of the hole are electrically centered. Since they can be summed, it is possible to avoid the problem that the straightness of ions decreases in the hole as described above.
ところが、上部電極４６に負極性の直流電圧を印加することによって、上部電極４６の中で、特にガス噴出孔４８ａないしガス通気孔５０a内でガスの放電（異常放電）が発生し、上部電極４６が損傷することがある。このような上部電極内部の異常放電は、プラズマ生成用の高周波ＨＦおよびイオン引き込み用の高周波ＬＦの双方にオン／オフのパルス変調をかける場合に多発しやすい。 However, by applying a negative DC voltage to the upper electrode 46, gas discharge (abnormal discharge) occurs in the upper electrode 46, particularly in the gas ejection holes 48a or 50a. May be damaged. Such abnormal discharge inside the upper electrode is likely to occur frequently when on / off pulse modulation is applied to both the high frequency HF for plasma generation and the high frequency LF for ion attraction.
この場合は、図１３に示すように、パルス・オフ期間Ｔoff中は、イオン引き込み用の高周波電源３８およびプラズマ生成用の高周波電源３６の双方がオフする一方で、上部電極４６には直流電源部６２より絶対値の大きい負極性の直流電圧Ｖdc1が印加される。これにより、上部電極４６の表面付近には、電子（ｅ）を突き放す方向に加速し、イオン（＋）を引き付ける方向に加速する高電界領域（以下「ＤＣシース」と称する）ＳＨDCが発生し、このＤＣシースＳＨDCにより加速された電子（ｅ）がサセプタ１６上の半導体ウエハＷに入射して、ホールの底部に溜まっている正電荷を中和する。この時、プラズマ生成空間ＰＡ内ではプラズマが消滅しているので、半導体ウエハＷの表面の上にプラズマシース（イオンシース）ＳＨRFは殆ど形成されていない。この状態は、パルス・オフ期間Ｔoffを通じて持続される。 In this case, as shown in FIG. 13, during the pulse-off period T off , both the high frequency power supply 38 for ion attraction and the high frequency power supply 36 for plasma generation are turned off, while the upper electrode 46 has a direct current power supply. A negative DC voltage V dc1 having an absolute value larger than that of the unit 62 is applied. As a result, near the surface of the upper electrode 46, a high electric field region (hereinafter referred to as “DC sheath”) SH DC that accelerates in the direction of ejecting electrons (e) and accelerates in the direction of attracting ions (+) is generated. Electrons (e) accelerated by the DC sheath SH DC are incident on the semiconductor wafer W on the susceptor 16 to neutralize positive charges accumulated at the bottom of the holes. At this time, since the plasma is extinguished in the plasma generation space PA, the plasma sheath (ion sheath) SH RF is hardly formed on the surface of the semiconductor wafer W. This state is maintained throughout the pulse off period Toff .
そして、パルス・オフ期間Ｔoffからパルス・オン期間Ｔonに変わると、両高周波電源３６，３８の双方が同時にオンして、両高周波ＨＦ，ＬＦがサセプタ１６に印加される。これにより、プラズマ生成空間ＰＡに処理ガスのプラズマが生成され、半導体ウエハＷの表面を覆うようにチャンバ１０内にプラズマシースＳＨRFが形成される。この場合、プラズマシースＳＨRFは、それまでの実質的に無い状態から突然に現れ、上部電極４６に向って急速度で成長する（シースの厚みが増大する）。このプラズマシースＳＨRFの成長速度は、周波数が相対的に低いイオン引き込み用の高周波ＬＦの電圧（ピークピーク値）Ｖppの立ち上がり速度ないし飽和値の大きさに主に依存する。 When the changes from the pulse-off period T off the pulse-on period T on, both of the two high-frequency power source 36 is turned ON at the same time, both high frequency HF, LF is applied to the susceptor 16. Thereby, plasma of the processing gas is generated in the plasma generation space PA, and a plasma sheath SH RF is formed in the chamber 10 so as to cover the surface of the semiconductor wafer W. In this case, the plasma sheath SH RF suddenly appears from a substantially absent state, and grows at a rapid rate toward the upper electrode 46 (the sheath thickness increases). The growth rate of the plasma sheath SH RF mainly depends on the rising speed or the saturation value of the voltage (peak peak value) V pp of the high frequency LF for ion attraction with a relatively low frequency.
一方、上部電極４６では、直流電源部６２により印加される直流電圧の絶対値がそれまでの比較的大きな値|Ｖdc1|から比較的小さな値|Ｖdc2|に変わるものの、相変わらず電子（ｅ）が放出され、半導体ウエハＷに向って加速される。ところが、パルス・オフ期間Ｔoffの時とは異なり、この場面では半導体ウエハＷ上でプラズマシースＳＨRFがその厚みつまり電界強度が増大する方向に急速度で成長するので、上部電極４６側から加速されてきた電子（ｅ）が成長中のプラズマシースＳＨRFによって強く跳ね返される。そして、プラズマシースＳＨRFで跳ね返された電子（ｅ）が、今度は上部電極４６に向って飛んで、ＤＣシースＳＨDCの電界に抗して上部電極４６の電極板４８のガス噴出孔４８aの中に進入し、その内奥で放電を引き起こすことがある。 On the other hand, in the upper electrode 46, the absolute value of the DC voltage applied by the DC power supply unit 62 changes from a relatively large value | V dc1 | to a relatively small value | V dc2 | Are released and accelerated toward the semiconductor wafer W. However, unlike the case of the pulse-off period T off , in this scene, the plasma sheath SH RF grows on the semiconductor wafer W at a rapid rate in the direction in which the thickness, that is, the electric field strength increases, and therefore the acceleration from the upper electrode 46 side. The electrons (e) that have been generated are strongly rebounded by the growing plasma sheath SH RF . Then, the electrons (e) bounced off by the plasma sheath SH RF now fly toward the upper electrode 46 and resist the electric field of the DC sheath SH DC in the gas ejection holes 48a of the electrode plate 48 of the upper electrode 46. It may enter inside and cause a discharge inside.
このように上部電極の内部で異常放電が発生する場合において、上部電極４６より放出された電子（ｅ）を半導体ウエハＷ側に向かって加速させるときと、半導体ウエハＷ側のプラズマシースＳＨRFで跳ね返されてきた電子（ｅ）を減速させるときとで、上部電極４６側のＤＣシースＳＨDCの電界が電子（ｅ）に作用する力は同じである。したがって、上部電極４６のガス噴出孔４８aの中に電子が進入する頻度や速度は、ＤＣシースＳＨDCの大きさには殆ど依存せず、プラズマシースＳＨRFが電子（ｅ）を上部電極４６側に跳ね返す強さ、つまりプラズマシースＳＨRFの成長速度に依存する。 When abnormal discharge occurs inside the upper electrode in this way, electrons (e) emitted from the upper electrode 46 are accelerated toward the semiconductor wafer W side, and when the plasma sheath SH RF on the semiconductor wafer W side is used. The force that the electric field of the DC sheath SH DC on the upper electrode 46 side acts on the electrons (e) is the same as when the electrons (e) bounced back are decelerated. Therefore, the frequency and speed at which electrons enter the gas ejection holes 48a of the upper electrode 46 hardly depend on the size of the DC sheath SH DC , and the plasma sheath SH RF transfers the electrons (e) to the upper electrode 46 side. It depends on the strength of rebounding, that is, the growth rate of the plasma sheath SH RF .
また、プラズマ生成空間ＰＡの上部で生成される正イオン（＋）は、ＤＣシースＳＨDCの電界に引き込まれて上部電極４６（電極板４８）の表面に衝突してスパッタすることがあっても、上部電極４６内部の異常放電を引き起こすようなことはない。 Even if positive ions (+) generated in the upper part of the plasma generation space PA are attracted to the electric field of the DC sheath SH DC and collide with the surface of the upper electrode 46 (electrode plate 48), they may be sputtered. There is no possibility of causing abnormal discharge inside the upper electrode 46.
図１のプラズマエッチング装置において、上記のような上部電極４６内部の異常放電は、プラズマ生成用の高周波ＨＦに対するパルス変調をオン／オフのパルス変調からハイ／ロウのパルス変調に変えることによって、効果的に回避することができる。 In the plasma etching apparatus of FIG. 1, the abnormal discharge inside the upper electrode 46 as described above is effective by changing the pulse modulation for the high frequency HF for plasma generation from on / off pulse modulation to high / low pulse modulation. Can be avoided.
この場合は、図１４に示すように、パルス・オフ期間Ｔoff中は、高周波電源３６がオン状態を保持し、プラズマ生成用の高周波ＨＦがロウレベルのパワーでサセプタ１６に印加されるので、プラズマ生成空間ＰＡにはプラズマが消滅せずに低密度で残存し、半導体ウエハＷの表面は薄いプラズマシースＳＨRFで覆われる。この時、上部電極４６側からＤＣシースＳＨDCの大きな電界により高速度に加速されてきた電子（ｅ）は、プラズマシースＳＨRFで逆向きの電界または力を受ける。しかし、プラズマシースＳＨRFは薄くてその逆向きの電界は弱いので、電子（ｅ）はプラズマシースＳＨRFを突き抜けて半導体ウエハＷに入射する。この状態は、パルス・オフ期間Ｔoffを通じて持続される。 In this case, as shown in FIG. 14, during the pulse-off period T off , the high-frequency power source 36 is kept on, and the high-frequency HF for plasma generation is applied to the susceptor 16 with low-level power. the generating space PA remains at a low density without extinction plasma, the surface of the semiconductor wafer W is covered with a thin plasma sheath SH RF. At this time, the electrons (e) accelerated at a high speed by the large electric field of the DC sheath SH DC from the upper electrode 46 side receive a reverse electric field or force by the plasma sheath SH RF . However, since the plasma sheath SH RF is thin and the electric field in the opposite direction is weak, the electrons (e) penetrate the plasma sheath SH RF and enter the semiconductor wafer W. This state is maintained throughout the pulse off period Toff .
そして、パルス・オフ期間Ｔoffからパルス・オン期間Ｔonに変わると、高周波電源３８がオンしてイオン引き込み用の高周波ＬＦをサセプタ１６に印加するとともに、高周波電源３６が高周波ＨＦのパワーをそれまでのロウレベルからハイレベルに変える。これにより、プラズマ生成空間ＰＡで生成されるプラズマの密度が急激に高くなるとともに、半導体ウエハＷの表面を覆うプラズマシースＳＨRFの厚みが一段と増大する。ただし、この場合は、プラズマシースＳＨRFが無の状態から突然現れて急成長するのではなく、既に存在している状態から厚さを増大させるだけなので、その成長速度は相当穏やかであり、上部電極４６側から高速に加速されてきた電子（ｅ）を跳ね返す力はそれほど大きくない。このため、プラズマシースＳＨRFで跳ね返された電子（ｅ）は、その跳ね返りの初速度が低いため、ＤＣシースＳＨDCを突き抜けることができず、上部電極４６の電極板４８のガス噴出孔４８aの中に進入しない。したがって、上部電極４６の内部で異常放電は発生しない。 When the changes from the pulse-off period T off the pulse-on period T on, along with the high frequency power source 38 is turned on to apply a high-frequency LF for ion attraction to the susceptor 16, the high frequency power supply 36 is a power of the high frequency HF which Change from low level to high level. As a result, the density of plasma generated in the plasma generation space PA increases rapidly, and the thickness of the plasma sheath SH RF that covers the surface of the semiconductor wafer W further increases. However, in this case, the plasma sheath SH RF does not suddenly appear and grow rapidly from the absence, but only the thickness is increased from the existing state. The force that repels the electrons (e) accelerated from the electrode 46 side at a high speed is not so large. For this reason, the electrons (e) bounced off by the plasma sheath SH RF cannot penetrate through the DC sheath SH DC because the initial velocity of the bounce is low, and the electrons (e) of the upper electrode 46 have the gas ejection holes 48a. Do not enter inside. Therefore, abnormal discharge does not occur inside the upper electrode 46.
ところで、パルス・オン期間Ｔon中に上部電極４６の内部で異常放電が発生する時は、プラズマシースＳＨRFの成長速度や厚さに関係するイオン引き込み用高周波ＬＦのピーク・ピーク値Ｖppが高周波給電ライン４５上で大きく変動することが確認されている。この実施形態のプラズマエッチング装置においては、整合器４０，４２の中にＶpp検出器１０７Ａ，１０７Ｂをそれぞれ設けている（図３）。整合器４２内のＶpp検出器１０７Ｂを通じて、高周波給電ライン４５上のイオン引き込み用高周波ＬＦのピーク・ピーク値Ｖppを測定し、主制御部７２またはマッチングコントローラ１０４Ｂ内のＣＰＵ処理によりＶppの測定値を解析して、上部電極４６の内部で異常放電が発生しているか否かを表すモニタ情報（図１５，図１６）を取得することができる。 Meanwhile, when the abnormal discharge inside the upper electrode 46 during the pulse-on period T on is generated, the peak-to-peak value V pp for ion attraction high frequency LF related to the growth rate and thickness of the plasma sheath SH RF is It has been confirmed that the frequency fluctuates significantly on the high-frequency power supply line 45. In the plasma etching apparatus of this embodiment, V pp detectors 107A and 107B are provided in the matching units 40 and 42, respectively (FIG. 3). Through V pp detector 107B in the matching unit 42, to measure the peak-to-peak value V pp for ion attraction high frequency LF on high frequency power supply line 45, the V pp by CPU processing of the main control unit 72 or the matching controller 104B By analyzing the measured value, it is possible to obtain monitor information (FIGS. 15 and 16) indicating whether or not abnormal discharge has occurred inside the upper electrode 46.
ここで、図１５のモニタ情報は、上部電極４６の内部で異常放電が発生している場合に得られたもの（一例）である。図示のように、モニタ期間に設定された判定区間の中でＶpp変動率が頻繁にかつ大きく（数％以上に）跳ね上がることがわかる。一般に、異常放電の発生頻度が多いほど、Ｖpp変動率が大きくなる傾向がある。図示のグラフの縦軸のＶpp変動率は、たとえば次の式（２）で与えられる。
Ｖpp変動率＝100×(Ｖpp-max−Ｖpp-ave)／Ｖpp-ave ・・・（２）
ただし、Ｖpp-maxは判定区間の中に設定される一定のサンプリング期間ＴSにおけるＶppの最大値であり、Ｖpp-aveは該サンプリング期間ＴSにおけるＶppの平均値である。
Here, the monitor information in FIG. 15 is obtained (an example) when abnormal discharge occurs inside the upper electrode 46. As shown in the figure, it can be seen that the V pp fluctuation rate jumps frequently and greatly (several percent or more) in the determination section set in the monitoring period. In general, the Vpp variation rate tends to increase as the frequency of occurrence of abnormal discharge increases. The V pp variation rate on the vertical axis of the illustrated graph is given by the following equation (2), for example.
V pp fluctuation rate = 100 × (V pp-max −V pp-ave ) / V pp-ave (2)
However, V pp-max is the maximum value of V pp in a fixed sampling period T S set in the determination section, and V pp-ave is an average value of V pp in the sampling period T S.
図１６のモニタ情報は、上部電極４６の内部で異常放電が発生していない場合に得られたもの（一例）である。判定区間を通じてＶpp変動率が数％以下（図示の例は１％以下）で安定している。なお、モニタ期間の開始直後と終了直前は、プラズマの着火と消滅のタイミングであり、異常放電の発生の有無と関係なくＶpp変動率が上昇するので、判定区間から除外している。 The monitor information in FIG. 16 is obtained (an example) when no abnormal discharge has occurred inside the upper electrode 46. Throughout the determination section, the V pp fluctuation rate is stable at several percent or less (in the example shown, 1 percent or less). Note that the timing immediately after the start and end of the monitoring period is the timing of plasma ignition and extinction, and the Vpp fluctuation rate rises regardless of whether or not abnormal discharge has occurred, so it is excluded from the determination interval.
本発明者等は、上述したようなＨＡＲＣプロセスにおいて、ガス圧力、パルス変調の周波数ｆsおよびデューティ比Ｄsをパラメータに選んで変化させる実験を行って、各パルス変調における上部電極内部の異常放電の発生の有無を調べた。この実験では、上述した実施例と同様にエッチングガスにフルオロカーボン系のガスを使用し、パルス・オン期間Ｔonにおけるプラズマ生成用高周波ＨＦのパワーを２０００ｋＷ、イオン引き込み用高周波ＬＦのパワーを１４０００ｋＷ、パルス・オフ期間Ｔoffにおける高周波ＨＦのパワーを１００Ｗとした。そして、パラメータとして、ガス圧力は１０mTorr，１５mTorr，２０mTorr，２５mTorr，３０mTorrの５通りに選び、パルス変調の周波数ｆsは４ｋＨｚ，５ｋＨｚ，１０ｋＨｚの３通りに選び、デューティ比Ｄsは２０％，３０％，４０％，５０％，６０％の５通りに選んだ。 The present inventors conducted an experiment in which the gas pressure, the frequency f s of pulse modulation and the duty ratio D s are selected and changed as parameters in the HARC process as described above, and abnormal discharge inside the upper electrode in each pulse modulation. The presence or absence of occurrence of was investigated. In this experiment, using a fluorocarbon-based gas in the same manner as the etching gas and the above-described embodiment, the pulse-on period T 2000 kW power plasma-generating high-frequency HF in on, 14000KW the power of ion attraction high frequency LF, pulses off period T off the power of high-frequency HF in was a 100W. As parameters, the gas pressure is selected from five types of 10 mTorr, 15 mTorr, 20 mTorr, 25 mTorr, and 30 mTorr, the pulse modulation frequency f s is selected from three types of 4 kHz, 5 kHz, and 10 kHz, and the duty ratio D s is 20%, 30 The choices were 5%, 40%, 50% and 60%.
図１７Ａおよび図１７Ｂに、その実験結果をテーブル形式で示す。テーブルの中で、〇は、上記モニタ情報においてＶpp変動率が２％（許容値）以下に収まった場合であり、「異常放電無し」の判定結果を表す。×は、上記モニタ情報においてＶpp変動率が２％（許容値）を越えた場合であり、「異常放電有り」の判定結果を示す。 17A and 17B show the experimental results in a table format. In the table, ◯ indicates a case where the V pp fluctuation rate falls within 2% (allowable value) or less in the monitor information, and represents a determination result of “no abnormal discharge”. X indicates a case where the Vpp fluctuation rate in the monitor information exceeds 2% (allowable value), and indicates a determination result of “abnormal discharge present”.
図１７Ａは、プラズマ生成用の高周波ＨＦおよび双方にオン／オフのパルス変調をかけた場合である。この場合は、全てのパラメータ（ガス圧力、パルス変調周波数ｆs、デューティ比Ｄs）の全可変領域にわたって「異常放電有り」（×）の結果が広く分布する。 FIG. 17A shows a case where on / off pulse modulation is applied to the high-frequency HF for plasma generation and both. In this case, the result of “abnormal discharge present” (×) is widely distributed over the entire variable region of all parameters (gas pressure, pulse modulation frequency f s , duty ratio D s ).
図１７Ｂは、プラズマ生成用の高周波ＨＦにハイ／ロウのパルス変調をかけ、かつイオン引き込み用の高周波ＬＦにオン／オフのパルス変調をかけた場合である。この場合は、全てのパラメータ（ガス圧力、パルス変調周波数ｆs、デューティ比Ｄs）の全可変領域にわたって常に「異常放電無し」（〇）であった。 FIG. 17B shows a case where high / low pulse modulation is applied to the high frequency HF for plasma generation, and on / off pulse modulation is applied to the high frequency LF for ion attraction. In this case, “abnormal discharge was not present” (〇) was always obtained over the entire variable region of all parameters (gas pressure, pulse modulation frequency f s , duty ratio D s ).
このように、プラズマ生成用の高周波ＨＦにハイ／ロウのパルス変調をかけ、かつイオン引き込み用の高周波ＬＦにオン／オフのパルス変調をかけた変調モードを選択することで、上部電極４６の内部の異常放電を効果的に回避することができる。ただし、この手法は、パルス・オフ期間Ｔoff中にプラズマ生成用高周波ＨＦのパワー（ロードパワー）を低めの最適な設定値に正確かつ安定に保持できる技術を好適に必要とする。この点に関しては、上述したように、整合器４０のインピーダンスセンサ１０６Ａにおいて重み係数Ｋの値を調整することによりパルス・オン期間Ｔonにおける反射波パワーＰＲHとパルス・オフ期間Ｔoffにおける反射波パワーＰＲLとのバランスを任意に制御する技術と、高周波電源３６においてパルス・オフ期間Ｔoff中のロードパワーＰＬLに独立したフィードバック制御をかける技術を好適に用いることができる。
［他の実施形態または変形例］
Thus, by selecting a modulation mode in which high / low pulse modulation is applied to the high frequency HF for plasma generation and on / off pulse modulation is applied to the high frequency LF for ion attraction, the inside of the upper electrode 46 is selected. The abnormal discharge can be effectively avoided. However, this technique is suitably requires a technique that can be held accurately and stably the plasma generating high frequency HF of the power (the load power) to a lower optimum setting value during the pulse-off period T off. In this regard, as described above, the reflected wave in the reflection wave power PR H and the pulse-off period T off in the pulse-on period T on by adjusting the value of the weighting factor K in the impedance sensor 106A of the matching device 40 a technique for arbitrarily controlling the balance between the power PR L, a technique of applying a pulse-off period T off independent feedback control load power PL L in the high frequency power supply 36 can be suitably used.
[Other Embodiments or Modifications]
以上本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種種の変形が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea.
本発明においては、第１（プラズマ生成系）のパワー変調方式、第２（イオン引き込み系）のパワー変調方式および上部ＤＣ印加方式を組み合わせるに際しては各々のモードを任意に選ぶことが可能である。また、イオン引き込み用の高周波ＬＦのパワーにはパルス変調を一切かけずにプラズマ生成用の高周波ＨＦにハイ／ロウのパルス変調をかける形態や、逆にプラズマ生成用の高周波ＨＦにはパルス変調を一切かけずにイオン引き込み用の高周波ＬＦのパワーにハイ／ロウのパルス変調をかける形態も可能である。さらには、第１のパワー変調方式もしくは第２のパワー変調方式のいずれかのみを使う形態や、上部ＤＣ印加方式を使わない形態も可能である。 In the present invention, when combining the first (plasma generation system) power modulation method, the second (ion pulling system) power modulation method, and the upper DC application method, each mode can be arbitrarily selected. Further, the power of the high frequency LF for ion attraction is not subjected to pulse modulation at all, and the high / low pulse modulation is applied to the high frequency HF for plasma generation, or conversely, the high frequency HF for plasma generation is subjected to pulse modulation. A mode in which high / low pulse modulation is applied to the power of the high-frequency LF for ion attraction without any application is also possible. Furthermore, a mode using only the first power modulation method or the second power modulation method, or a mode not using the upper DC application method is possible.
上記実施形態（図１）では、プラズマ生成用の高周波ＨＦをサセプタ（下部電極）１６に印加した。しかし、プラズマ生成用の高周波ＨＦを上部電極４６に印加する構成も可能である。 In the above embodiment (FIG. 1), the high frequency HF for plasma generation is applied to the susceptor (lower electrode) 16. However, a configuration in which high-frequency HF for plasma generation is applied to the upper electrode 46 is also possible.
本発明は、容量結合型プラズマエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなど任意のプラズマプロセスを行う容量結合型プラズマ処理装置に適用可能であり、さらにはチャンバの周囲に高周波電極（アンテナ）を設ける誘導結合型プラズマ処理装置にも適用可能である。本発明における被処理体は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ、有機ＥＬ、太陽電池用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。 The present invention is not limited to a capacitively coupled plasma etching apparatus, but can be applied to a capacitively coupled plasma processing apparatus that performs an arbitrary plasma process such as plasma CVD, plasma ALD, plasma oxidation, plasma nitridation, sputtering, and chamber. The present invention is also applicable to an inductively coupled plasma processing apparatus in which a high-frequency electrode (antenna) is provided around the substrate. The object to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be a flat panel display, an organic EL, various substrates for solar cells, a photomask, a CD substrate, a printed substrate, or the like.
１０ チャンバ
１６ サセプタ（下部電極）
３６ （プラズマ生成系）高周波電源
３８ （イオン引き込み系）高周波電源
４０，４２ 整合器
４３，４５ 高周波給電ライン
４６ 上部電極（シャワーヘッド）
５６ 処理ガス供給源
７２ 主制御部
９０Ａ，９０Ｂ 高周波発振器
９２Ａ，９２Ｂ パワーアンプ
９４Ａ，９４Ｂ 電源制御部
９６Ａ，９６Ｂ ＲＦパワーモニタ
９８Ａ，９８Ｂ 整合回路
１００Ａ，１０２Ａ，１００Ｂ，１０２Ｂ モータ
１０４Ａ，１０４Ｂ マッチングコントローラ
１０７Ａ，１０７Ｂ Ｖpp検出器
１１０Ａ，１１０Ｂ ＲＦ電圧検出器
１１２Ａ，１１２Ｂ ＲＦ電流検出器
１１４Ａ，１１４Ｂ 負荷インピーダンス瞬時値演算回路
１１６Ａ，１１６Ｂ 算術平均値演算回路
１１８Ａ，１１８Ｂ 加重平均値演算回路
１２０Ａ，１２０Ｂ 移動平均値演算回路
１２２Ａ，１２２Ｂ ロードパワー測定部
１２４Ａ，１２４Ｂ 高周波出力制御部
１２６Ａ，１２６Ｂ （パルス・オン期間用）制御指令値生成部
１２８Ａ，１２８Ｂ （パルス・オフ期間用）制御指令値生成部
１３０Ａ，１３０Ｂ 比較器
１３２Ａ，１３２Ｂ アンプ制御回路
１３４Ａ，１３４Ｂ コントローラ
１３６Ａ，１３６Ｂ 切替回路
10 chamber 16 susceptor (lower electrode)
36 (Plasma generation system) High frequency power supply 38 (Ion attracting system) High frequency power supply 40, 42 Matching device 43, 45 High frequency power supply line 46 Upper electrode (shower head)
56 Processing gas supply source 72 Main control unit 90A, 90B High frequency oscillator 92A, 92B Power amplifier 94A, 94B Power control unit 96A, 96B RF power monitor 98A, 98B Matching circuit 100A, 102A, 100B, 102B Motor 104A, 104B Matching controller 107A , 107B V pp detector 110A, 110B RF voltage detector 112A, 112B RF current detector 114A, 114B Load impedance instantaneous value calculation circuit 116A, 116B Arithmetic average value calculation circuit 118A, 118B Weighted average value calculation circuit 120A, 120B Moving average Value calculation circuit 122A, 122B Load power measurement unit 124A, 124B High frequency output control unit 126A, 126B (for pulse-on period) Control command value generation unit 128A, 128B Vinegar for off period) control command value generating unit
130A, 130B Comparator 132A, 132B Amplifier Control Circuit 134A, 134B Controller 136A, 136B Switching Circuit
Claims (11)
第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
一定のデューティ比で交互に繰り返す第１および第２の期間において、前記第１の期間では前記第１の高周波のパワーがハイレベルになり、前記第２の期間では前記第１の高周波のパワーが前記ハイレベルより低いロウレベルになるように、前記第１の高周波電源の出力を一定周波数の変調パルスで変調する第１の高周波パワー変調部と、
前記第１の高周波電源より出力される前記第１の高周波を前記処理容器の中または周囲に配置される第１の電極まで伝送するための第１の高周波給電ラインと、
前記第１の高周波給電ライン上で前記第１の高周波電源より見える負荷のインピーダンスを測定し、前記第１の期間における負荷インピーダンスの測定値と前記第２の期間における負荷インピーダンスの測定値とを所望の重みで加重平均して得られる加重平均測定値を前記第１の高周波電源の出力インピーダンスに整合させる第１の整合器と
を有するプラズマ処理装置。 Plasma processing for generating a plasma by high-frequency discharge of a processing gas in a evacuable processing container that accommodates the processing object in a removable manner, and performs a desired processing on the processing object in the processing container under the plasma A device,
A first high frequency power source for outputting a first high frequency;
In the first and second periods that are alternately repeated at a constant duty ratio, the first high-frequency power is at a high level in the first period, and the first high-frequency power is in the second period. A first high-frequency power modulator that modulates the output of the first high-frequency power source with a modulation pulse of a constant frequency so as to be at a low level lower than the high level;
A first high-frequency power supply line for transmitting the first high-frequency wave output from the first high-frequency power source to a first electrode disposed in or around the processing container;
A load impedance that can be seen from the first high-frequency power source is measured on the first high-frequency power supply line, and a measured value of the load impedance in the first period and a measured value of the load impedance in the second period are desired. And a first matching unit that matches a weighted average measurement value obtained by weighted averaging with a weight of the first impedance to an output impedance of the first high-frequency power source.
前記第２の高周波電源より出力される前記第２の高周波を前記第１の電極または前記処理容器の中または周囲に配置される第２の電極まで伝送するための第２の高周波給電ラインと、
前記第１の期間では前記第２の高周波のパワーがオン状態またはハイレベルになり、前記第２の期間では前記第２の高周波のパワーがオフ状態または前記ハイレベルより低いロウレベルになるように、前記第２の高周波電源の出力を前記変調パルスで変調する第２の高周波パワー変調部と
を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。 A second high frequency power supply for outputting a second high frequency;
A second high-frequency power supply line for transmitting the second high-frequency wave output from the second high-frequency power source to the first electrode or a second electrode disposed in or around the processing container;
In the first period, the second high-frequency power is in an on state or a high level, and in the second period, the second high-frequency power is in an off state or a low level lower than the high level. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising: a second high-frequency power modulation unit that modulates an output of the second high-frequency power source with the modulation pulse.
前記第１の高周波給電ライン上で、前記第１の高周波電源から前記第１の電極に向かって順方向に伝搬する進行波のパワーおよび前記第１の電極から前記第１の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを検知し、前記進行波のパワーおよび前記反射波のパワーをそれぞれ表わす進行波パワー検知信号および反射波パワー検知信号を生成する第１のＲＦパワーモニタと、
前記ＲＦパワーモニタより得られる前記進行波パワー検知信号と前記反射波パワー検知信号とから、前記プラズマを含む負荷に供給されるロードパワーの測定値を求める第１のロードパワー測定部と、
前記変調パルスの各サイクルにおける前記第２の期間中に、前記ロードパワー測定部より得られる前記ロードパワーの測定値を所定のロードパワー設定値に一致または近似させるように、前記進行波のパワーに対してフィードバック制御をかける第１の高周波出力制御部と
を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 The first high-frequency power source is
On the first high-frequency power supply line, the power of the traveling wave propagating in the forward direction from the first high-frequency power source toward the first electrode, and from the first electrode toward the first high-frequency power source A first RF power monitor that detects the power of the reflected wave propagating in the reverse direction and generates a traveling wave power detection signal and a reflected wave power detection signal that respectively represent the traveling wave power and the reflected wave power;
A first load power measurement unit that obtains a measurement value of the load power supplied to the load including the plasma from the traveling wave power detection signal and the reflected wave power detection signal obtained from the RF power monitor;
During the second period in each cycle of the modulation pulse, the power of the traveling wave is adjusted so that the measurement value of the load power obtained from the load power measurement unit matches or approximates a predetermined load power setting value. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising: a first high-frequency output control unit that applies feedback control to the first high-frequency output control unit.
前記第１の高周波給電ライン上で、前記第１の高周波電源から前記第１の電極に向かって順方向に伝搬する進行波のパワーおよび前記第１の電極から前記第１の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを検知し、前記進行波のパワーおよび前記反射波のパワーをそれぞれ表わす進行波パワー検知信号および反射波パワー検知信号を生成する第１のＲＦパワーモニタと、
前記ＲＦパワーモニタより得られる前記進行波パワー検知信号と前記反射波パワー検知信号とから、前記プラズマを含む負荷に供給されるロードパワーの測定値を求める第１のロードパワー測定部と、
前記変調パルスの各サイクルにおける前記第１および第２の期間中に、前記ロードパワー測定部より得られる前記ロードパワーの測定値を前記第１および第２の期間について個別に与えられる第１および第２のロードパワー設定値にそれぞれ一致または近似させるように、前記進行波のパワーに対して前記第１の期間と前記第２の期間とで個別にフィードバック制御をかける第１の高周波出力制御部と
を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 The first high-frequency power source is
On the first high-frequency power supply line, the power of the traveling wave propagating in the forward direction from the first high-frequency power source toward the first electrode, and from the first electrode toward the first high-frequency power source A first RF power monitor that detects the power of the reflected wave propagating in the reverse direction and generates a traveling wave power detection signal and a reflected wave power detection signal that respectively represent the traveling wave power and the reflected wave power;
A first load power measurement unit that obtains a measurement value of the load power supplied to the load including the plasma from the traveling wave power detection signal and the reflected wave power detection signal obtained from the RF power monitor;
During the first and second periods in each cycle of the modulation pulse, the load power measurement values obtained from the load power measurement unit are individually given for the first and second periods. A first high-frequency output control unit that individually performs feedback control on the traveling wave power in the first period and the second period so as to match or approximate the load power setting value of 2, respectively The plasma processing apparatus according to claim 1, comprising:
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Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017204467A (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| DE102017208060A1 (en) | 2016-05-16 | 2017-11-16 | Fanuc Corporation | SERVO CONTROL, CONTROL METHOD, AND COMPUTER PROGRAM FOR A TOOL MACHINE FOR OSCILLATION CUTTING |
| JP2017212447A (en) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | 東京エレクトロン株式会社 | Multi-frequency power modulation for etching high aspect ratio features |
| JP2019036482A (en) * | 2017-08-18 | 2019-03-07 | 東京エレクトロン株式会社 | Microwave output device and plasma processing apparatus |
| JP2019036483A (en) * | 2017-08-18 | 2019-03-07 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus |
| JP2019087626A (en) * | 2017-11-07 | 2019-06-06 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma etching method |
| CN109847580A (en) * | 2019-03-21 | 2019-06-07 | 青岛大学 | Denitration filtrate and preparation method thereof based on plasma pre-treatment and infusion process |
| CN109847807A (en) * | 2019-03-21 | 2019-06-07 | 青岛大学 | Denitration filtrate and preparation method thereof based on corona treatment and in situ deposition method |
| JP2019186099A (en) * | 2018-04-12 | 2019-10-24 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing machine |
| CN110416075A (en) * | 2018-04-27 | 2019-11-05 | 东京毅力科创株式会社 | Method of plasma processing and plasma processing apparatus |
| JP2019194943A (en) * | 2018-05-01 | 2019-11-07 | 東京エレクトロン株式会社 | Microwave output device and plasma processing apparatus |
| JP2019220435A (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing device and plasma generating method |
| CN110718441A (en) * | 2016-10-26 | 2020-01-21 | 东京毅力科创株式会社 | Impedance matching method for plasma processing apparatus and plasma processing apparatus |
| WO2020026802A1 (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 東京エレクトロン株式会社 | Control method and plasma processing device |
| JP2020025083A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-13 | 東京エレクトロン株式会社 | Control method and plasma processing apparatus |
| JP2020515001A (en) * | 2017-03-13 | 2020-05-21 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Smart high frequency pulse conditioning using a variable frequency generator |
| JP2020119982A (en) * | 2019-01-23 | 2020-08-06 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| CN111837222A (en) * | 2018-06-22 | 2020-10-27 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| CN112017937A (en) * | 2019-05-28 | 2020-12-01 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| CN112585716A (en) * | 2018-08-30 | 2021-03-30 | 应用材料公司 | Radio Frequency (RF) pulse impedance tuning with multiplier mode |
| JP2021108413A (en) * | 2019-12-27 | 2021-07-29 | 株式会社ダイヘン | Impedance adjustment device and impedance adjustment method |
| JP2021118314A (en) * | 2020-01-29 | 2021-08-10 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing device and plasma processing method |
| CN113345788A (en) * | 2018-06-22 | 2021-09-03 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing apparatus, plasma processing method, and storage medium |
| JP2021132126A (en) * | 2020-02-20 | 2021-09-09 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing method and substrate processing device |
| JP2021524654A (en) * | 2018-07-10 | 2021-09-13 | トゥルンプフ ヒュッティンガー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフトＴＲＵＭＰＦ Ｈｕｅｔｔｉｎｇｅｒ ＧｍｂＨ ＋ Ｃｏ． ＫＧ | Power supply device and method of operating the power supply device |
| JP2023501162A (en) * | 2019-10-30 | 2023-01-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Substrate processing method and apparatus |
| CN116759285A (en) * | 2023-08-16 | 2023-09-15 | 深圳市恒运昌真空技术有限公司 | Radio frequency power supply, lamination control loop of radio frequency power supply |
| WO2023189292A1 (en) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11615941B2 (en) | 2009-05-01 | 2023-03-28 | Advanced Energy Industries, Inc. | System, method, and apparatus for controlling ion energy distribution in plasma processing systems |
| US9257274B2 (en) | 2010-04-15 | 2016-02-09 | Lam Research Corporation | Gapfill of variable aspect ratio features with a composite PEALD and PECVD method |
| US9685297B2 (en) | 2012-08-28 | 2017-06-20 | Advanced Energy Industries, Inc. | Systems and methods for monitoring faults, anomalies, and other characteristics of a switched mode ion energy distribution system |
| US9336901B2 (en) * | 2014-03-17 | 2016-05-10 | Lam Research Corporation | Track and hold feedback control of pulsed RF |
| US9773643B1 (en) * | 2016-06-30 | 2017-09-26 | Lam Research Corporation | Apparatus and method for deposition and etch in gap fill |
| TWI641293B (en) * | 2016-11-03 | 2018-11-11 | 呈睿國際股份有限公司 | Rf plasma power supply system for variable impedance load, automatic matching device thereof and matching method thereof |
| US10020168B1 (en) * | 2017-07-20 | 2018-07-10 | Lam Research Corporation | Systems and methods for increasing efficiency of delivered power of a megahertz radio frequency generator in the presence of a kilohertz radio frequency generator |
| JP7045152B2 (en) * | 2017-08-18 | 2022-03-31 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing method and plasma processing equipment |
| CN111788654B (en) | 2017-11-17 | 2023-04-14 | 先进工程解决方案全球控股私人有限公司 | Improved application of modulated power supply in plasma processing system |
| JP7289313B2 (en) | 2017-11-17 | 2023-06-09 | エーイーエス グローバル ホールディングス， プライベート リミテッド | Spatial and temporal control of ion bias voltage for plasma processing |
| KR20200100641A (en) | 2017-11-17 | 2020-08-26 | 에이이에스 글로벌 홀딩스 피티이 리미티드 | Synchronized pulsing of plasma processing source and substrate bias |
| JP2019186098A (en) * | 2018-04-12 | 2019-10-24 | 東京エレクトロン株式会社 | Method of generating plasma |
| CN111916327B (en) * | 2019-05-10 | 2023-04-28 | 中微半导体设备(上海)股份有限公司 | Multi-frequency multi-stage plasma radio frequency output method and device thereof |
| CN114222958B (en) | 2019-07-12 | 2024-03-19 | 先进工程解决方案全球控股私人有限公司 | Bias power supply with single controlled switch |
| KR102223876B1 (en) * | 2019-10-28 | 2021-03-05 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | Multiple voltage control method and high frequency power device with multiple voltage control function, for resolving mismatching aspect |
| KR102190925B1 (en) * | 2019-10-30 | 2020-12-14 | 광운대학교 산학협력단 | Chamber to chamber monitoring system for multiple chamber synchronization |
| KR102190926B1 (en) * | 2019-10-31 | 2020-12-14 | 광운대학교 산학협력단 | System for measuring status of substrate and plasma |
| KR20220157256A (en) * | 2021-05-20 | 2022-11-29 | 인투코어테크놀로지 주식회사 | Frequency generator providing bias power in semiconductor processing |
| US11942309B2 (en) | 2022-01-26 | 2024-03-26 | Advanced Energy Industries, Inc. | Bias supply with resonant switching |
| US11670487B1 (en) | 2022-01-26 | 2023-06-06 | Advanced Energy Industries, Inc. | Bias supply control and data processing |
| US11978613B2 (en) | 2022-09-01 | 2024-05-07 | Advanced Energy Industries, Inc. | Transition control in a bias supply |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010238881A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| JP2013125892A (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-24 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus |
| JP2015090759A (en) * | 2013-11-05 | 2015-05-11 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW335517B (en) * | 1996-03-01 | 1998-07-01 | Hitachi Ltd | Apparatus and method for processing plasma |
| KR101124770B1 (en) * | 2008-03-31 | 2012-03-23 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Plasma processing apparatus, plasma processing method and computer readable storage medium |
| US8847561B2 (en) * | 2008-05-07 | 2014-09-30 | Advanced Energy Industries, Inc. | Apparatus, system, and method for controlling a matching network based on information characterizing a cable |
| JP4932942B2 (en) * | 2009-08-07 | 2012-05-16 | 株式会社京三製作所 | Pulse modulation high frequency power control method and pulse modulation high frequency power supply device |
| US8741097B2 (en) * | 2009-10-27 | 2014-06-03 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| JP5558224B2 (en) | 2010-06-23 | 2014-07-23 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing method |
| JP5893864B2 (en) | 2011-08-02 | 2016-03-23 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma etching method |
| TWI442838B (en) * | 2011-11-04 | 2014-06-21 | Advanced Micro Fab Equip Inc | A single matching network, a construction method thereof, and a matching network radio frequency power source system |
| US20130277333A1 (en) * | 2012-04-24 | 2013-10-24 | Applied Materials, Inc. | Plasma processing using rf return path variable impedance controller with two-dimensional tuning space |
| US9082589B2 (en) * | 2012-10-09 | 2015-07-14 | Novellus Systems, Inc. | Hybrid impedance matching for inductively coupled plasma system |
| US9294100B2 (en) * | 2012-12-04 | 2016-03-22 | Advanced Energy Industries, Inc. | Frequency tuning system and method for finding a global optimum |
-
2015
- 2015-06-26 JP JP2015128277A patent/JP6512962B2/en active Active
- 2015-09-07 KR KR1020150126297A patent/KR102346940B1/en active IP Right Grant
- 2015-09-16 TW TW104130519A patent/TWI665711B/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010238881A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| JP2013125892A (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-24 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus |
| JP2015090759A (en) * | 2013-11-05 | 2015-05-11 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus |
Cited By (50)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170126810A (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-20 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| JP2017204467A (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| KR102341913B1 (en) * | 2016-05-10 | 2021-12-21 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| DE102017208060A1 (en) | 2016-05-16 | 2017-11-16 | Fanuc Corporation | SERVO CONTROL, CONTROL METHOD, AND COMPUTER PROGRAM FOR A TOOL MACHINE FOR OSCILLATION CUTTING |
| DE102017208060B4 (en) | 2016-05-16 | 2022-06-30 | Fanuc Corporation | SERVO CONTROL, CONTROL METHOD, AND COMPUTER PROGRAM FOR A MACHINE TOOL FOR OSCILLATION CUTTING |
| US10379519B2 (en) | 2016-05-16 | 2019-08-13 | Fanuc Corporation | Servo controller, control method, and non-transitory computer-readable recording medium for machine tool used for oscillating cutting |
| JP2017212447A (en) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | 東京エレクトロン株式会社 | Multi-frequency power modulation for etching high aspect ratio features |
| US10340123B2 (en) | 2016-05-26 | 2019-07-02 | Tokyo Electron Limited | Multi-frequency power modulation for etching high aspect ratio features |
| CN110718441A (en) * | 2016-10-26 | 2020-01-21 | 东京毅力科创株式会社 | Impedance matching method for plasma processing apparatus and plasma processing apparatus |
| JP2020515001A (en) * | 2017-03-13 | 2020-05-21 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Smart high frequency pulse conditioning using a variable frequency generator |
| JP2019036482A (en) * | 2017-08-18 | 2019-03-07 | 東京エレクトロン株式会社 | Microwave output device and plasma processing apparatus |
| JP2019036483A (en) * | 2017-08-18 | 2019-03-07 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus |
| JP2019087626A (en) * | 2017-11-07 | 2019-06-06 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma etching method |
| US10854470B2 (en) | 2017-11-07 | 2020-12-01 | Tokyo Electron Limited | Plasma etching method |
| JP2019186099A (en) * | 2018-04-12 | 2019-10-24 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing machine |
| CN110416075A (en) * | 2018-04-27 | 2019-11-05 | 东京毅力科创株式会社 | Method of plasma processing and plasma processing apparatus |
| CN110416075B (en) * | 2018-04-27 | 2024-03-29 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| JP2019194943A (en) * | 2018-05-01 | 2019-11-07 | 東京エレクトロン株式会社 | Microwave output device and plasma processing apparatus |
| JP2019220435A (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing device and plasma generating method |
| CN113345788A (en) * | 2018-06-22 | 2021-09-03 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing apparatus, plasma processing method, and storage medium |
| CN111837222A (en) * | 2018-06-22 | 2020-10-27 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| CN111837222B (en) * | 2018-06-22 | 2024-04-09 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| JP2021524654A (en) * | 2018-07-10 | 2021-09-13 | トゥルンプフ ヒュッティンガー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフトＴＲＵＭＰＦ Ｈｕｅｔｔｉｎｇｅｒ ＧｍｂＨ ＋ Ｃｏ． ＫＧ | Power supply device and method of operating the power supply device |
| JP7351895B2 (en) | 2018-07-10 | 2023-09-27 | トゥルンプフ ヒュッティンガー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | Power supply device and method for operating the power supply device |
| CN111819664B (en) * | 2018-07-30 | 2024-04-12 | 东京毅力科创株式会社 | Control method and plasma processing apparatus |
| JP7306886B2 (en) | 2018-07-30 | 2023-07-11 | 東京エレクトロン株式会社 | Control method and plasma processing apparatus |
| CN111819664A (en) * | 2018-07-30 | 2020-10-23 | 东京毅力科创株式会社 | Control method and plasma processing apparatus |
| JP2020025083A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-13 | 東京エレクトロン株式会社 | Control method and plasma processing apparatus |
| WO2020026802A1 (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 東京エレクトロン株式会社 | Control method and plasma processing device |
| CN112585716A (en) * | 2018-08-30 | 2021-03-30 | 应用材料公司 | Radio Frequency (RF) pulse impedance tuning with multiplier mode |
| CN112585716B (en) * | 2018-08-30 | 2024-04-09 | 应用材料公司 | Radio Frequency (RF) pulse impedance tuning with multiplier mode |
| JP2021535542A (en) * | 2018-08-30 | 2021-12-16 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials, Incorporated | Radio frequency (RF) pulse impedance tuning using multiplier mode |
| JP2020119982A (en) * | 2019-01-23 | 2020-08-06 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| CN109847807A (en) * | 2019-03-21 | 2019-06-07 | 青岛大学 | Denitration filtrate and preparation method thereof based on corona treatment and in situ deposition method |
| CN109847580A (en) * | 2019-03-21 | 2019-06-07 | 青岛大学 | Denitration filtrate and preparation method thereof based on plasma pre-treatment and infusion process |
| CN112017937A (en) * | 2019-05-28 | 2020-12-01 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| JP7234036B2 (en) | 2019-05-28 | 2023-03-07 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| JP2023059948A (en) * | 2019-05-28 | 2023-04-27 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| US11764034B2 (en) | 2019-05-28 | 2023-09-19 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| JP7403015B2 (en) | 2019-05-28 | 2023-12-21 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing equipment and plasma processing method |
| JP2020194868A (en) * | 2019-05-28 | 2020-12-03 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| JP2023501162A (en) * | 2019-10-30 | 2023-01-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Substrate processing method and apparatus |
| JP2021108413A (en) * | 2019-12-27 | 2021-07-29 | 株式会社ダイヘン | Impedance adjustment device and impedance adjustment method |
| US11811384B2 (en) | 2019-12-27 | 2023-11-07 | Daihen Corporation | Impedance adjustment device and impedance adjustment method |
| JP7336395B2 (en) | 2020-01-29 | 2023-08-31 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| JP2021118314A (en) * | 2020-01-29 | 2021-08-10 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing device and plasma processing method |
| JP2021132126A (en) * | 2020-02-20 | 2021-09-09 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing method and substrate processing device |
| WO2023189292A1 (en) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus |
| CN116759285A (en) * | 2023-08-16 | 2023-09-15 | 深圳市恒运昌真空技术有限公司 | Radio frequency power supply, lamination control loop of radio frequency power supply |
| CN116759285B (en) * | 2023-08-16 | 2024-01-30 | 深圳市恒运昌真空技术股份有限公司 | Radio frequency power supply, lamination control loop of radio frequency power supply |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6512962B2 (en) | 2019-05-15 |
| TW201621974A (en) | 2016-06-16 |
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| TWI665711B (en) | 2019-07-11 |
| KR102346940B1 (en) | 2022-01-04 |
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|---|---|---|
| JP6512962B2 (en) | Plasma processing system | |
| US10115567B2 (en) | Plasma processing apparatus | |
| KR102265231B1 (en) | Plasma processing apparatus | |
| JP6374647B2 (en) | Plasma processing equipment | |
| KR102265228B1 (en) | Plasma processing apparatus | |
| US10593519B2 (en) | Plasma processing apparatus | |
| US10109461B2 (en) | Plasma processing method | |
| US11742183B2 (en) | Plasma processing apparatus and control method | |
| JP4660498B2 (en) | Substrate plasma processing equipment | |
| JP6055537B2 (en) | Plasma processing method |
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