JP4882824B2 - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
プラズマ発生時に、基板が載置される側の電極にプラズマ発生用の高周波の周波数よりも低いバイアス用の高周波を印加するバイアス用の高周波電源と、
その一端側が前記アノード電極に接続されると共に他端側が前記処理容器に接続され、カソード電極からプラズマ、アノード電極及び処理容器の壁部を介して前記整合回路の接地筐体に至るまでのインピーダンス値を制御するためのインピーダンス調整部と、
前記インピーダンス調整部の電圧を測定する電圧測定部と、
前記インピーダンス調整部と電圧測定部との間に介在し、インピーダンス調整部の電圧において、プラズマ発生用の高周波の周波数をf1、バイアス用の高周波の周波数をf2とすると、f1を通過帯域とし、f1−f2及びf1+f2を減衰帯域とするバンドパスフィルタと、
プラズマ発生時に前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を変化させながら前記電圧測定部により測定された電圧値を取り込み、この電圧値に基づいて、前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算し、この電流の値が最大値またはその近傍になるように前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定する制御部と、を備えたことを特徴とする。
このカソード電極に対して対向して設けられ、前記処理容器とは絶縁体を介して絶縁されたアノード電極と、
その一端側が前記アノード電極に接続されると共に他端側が前記処理容器に接続され、カソード電極からプラズマ、アノード電極及び処理容器の壁部を介して前記整合回路の接地筐体に至るまでのインピーダンス値を制御するためのインピーダンス調整部と、
を備えたプラズマ処理装置を用いて、処理容器内にて高周波電力により処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマによりカソード電極及びアノード電極の一方に載置された基板に対して処理を行うためのプラズマ処理方法において
前記カソード電極及びアノード電極間にプラズマ発生用の高周波を印加してプラズマを発生させる工程と、
この工程時に、基板が載置されている電極にプラズマ発生用の高周波の周波数よりも低いバイアス用の高周波を印加する工程と、
プラズマ発生用の高周波の周波数をf1、バイアス用の高周波の周波数をf2とすると、前記インピーダンス調整部と、当該インピーダンス調整部の電圧を測定するための電圧測定部との間に介在するバンドパスフィルタにより、インピーダンス調整部の電圧のうちf1の電圧を通過させ、f1−f2以下の周波数成分の電圧及びf1+f2以上の周波数成分の電圧を抑圧する工程と、
プラズマ発生時に制御部によりインピーダンス調整部のインピーダンス値を変化させながら、前記電圧測定部により測定された電圧値を取り込む工程と、
この工程で取り込まれた電圧値に基づいて、前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算する工程と、
この工程で演算された電流の値が最大値またはその近傍になるように前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定する工程と、を含むことを特徴とする。
また、例えば前記インピーダンス調整部を、前記容量可変コンデンサを含む第1の素子部と、コンデンサまたはインダクタからなる第2の素子部との直列回路により構成し、これら素子部の一方の電圧を測定することにより、インピーダンス調整部と絶縁体との並列回路全体の電圧を測定する場合に比べて、並列共振などの影響で電圧が大きく変動することが避けられるので、より適切なインピーダンス調整を行うことができる。
(ステップS1)
オペレータが入力画面からガス種、処理容器20内の圧力、高周波電源37の電力などの処理条件を入力画面から入力すると、制御部6がテーブル65から例えばその静電容量[Cs]が最小となる容量可変コンデンサ53のトリマ位置を読み出し、モータ58を介して容量可変コンデンサ53の[Cs]が最小となる位置に調整される
続いて設定したガスが上部電極41から処理容器20内に供給されると共に処理容器20内が真空引きされ、設定した圧力になる。然る後、高周波電源37がオンになり、設定した電力の高周波が下部電極31に供給され、下部電極31と上部電極41との間にプラズマが形成され、高周波電流が既述のようにインピーダンス調整部5を介して処理容器20へ流れる。
電圧測定部57により容量可変コンデンサ53を流れる電流の電圧[VCs]が測定され、制御部6はその電圧測定値[VCs]をワークメモリ64に書き込むと共にテーブル65から前記[Cs]の値を読み出し、これら[VCs]及び[Cs]に基づいてインピーダンス調整部5に流れる電流の値[ICs]を演算する。
然る後、制御部6は演算された[ICs]からインピーダンス調整部5が接続された上部電極41の電位[VC0]の値を演算し、この[VC0]と予め入力されている絶縁体42の絶縁容量[C0]の値とから、絶縁体42に流れる電流[IC0]の値を演算する。
さらに制御部6は[ICs]+[IC0]を演算して、[I−total]の値を算出し、その算出された[I−total]とトリマ位置とを対応付けて記憶する。この工程はデータ66として示すグラフにプロットすることに相当する。
プロット終了後、制御部6は、テーブル65から今の[Cs]よりも1段大きい[Cs]の値、この段階では2番目に大きい[Cs]の値に対応するトリマ位置を読み出し、その位置に容量可変コンデンサ53をセットする。以降はステップS3からステップS6が実施される。なお実際には経験などにより予め[Cs]の概ねの適正値が把握できるため、[Cs]の最小値よりは大きい[Cs]に相当するトリマ位置からスタートされるようにしても良い。
上記ステップS3からステップS6が繰り返され、テーブル65に設定された容量可変コンデンサ53のトリマ位置について順次[I−total]が測定され、両者の関係データであるグラフが描かれる。そして新規に演算された[I−total]の値が一つ前のタイミングで演算された[I−total]の値よりも低くなると、トリマ位置の変更作業はその時点で中止され、その時点のトリマ位置を最適位置として、その最適位置と最初に入力された処理条件とがテーブル67に記憶され、例えば入力画面にその旨が表示される。
また各高周波電源37,39とインピーダンス調整部5とは上下逆に設けられていてもよく、つまり処理容器20と下部電極31との間にインピーダンス調整部5が設けられ、上部電極41に高周波電源37,39が接続されてもよい。
評価試験1−1として、先ず上述のプラズマエッチング装置2を用いて、[I−total]と容量可変コンデンサ53のトリマ位置との関係を調べ、容量可変コンデンサ53のトリマの最適位置を検出した。上部電極41から処理容器20内に供給する処理ガスとしてはCl2/SF6を用いた。ただしこの評価試験1で用いたプラズマエッチング装置2にはバンドパスフィルタ56を設けておらず、また高周波電源39からのバイアス用の高周波を印加していない。なお図7(a)は予め測定した、容量可変コンデンサ53のトリマ位置を変更したときの各位置におけるインピーダンス調整部5のインピーダンス値を示している。
また評価試験1−2として背景技術の欄で示したプラズマエッチング装置1及びプローブ18a、オシロスコープ18b及びコンピュータ18を用いた従来の方法で、[I−total]と容量可変コンデンサのトリマ位置との関係を調べると共に形成されたプラズマの状態を目視で確認した。各処理条件は評価試験1−1と同様に設定しており、この評価試験1−2でもバイアス用の高周波は印加していない。
続いて処理容器20内に供給するガスをCl2/SF6からO2ガスに変更した他は評価試験1−1と同様にプラズマエッチング装置2を用いて容量可変コンデンサ53の各トリマ位置における[I−total]を測定した。なお各位置におけるインピーダンス調整部5のインピーダンス値は評価試験1−1と同様である。
また評価試験2−2として評価試験1−2と同様に従来の方法で、[I−total]と容量可変コンデンサのトリマ位置との関係を調べると共に形成されたプラズマの状態を目視で確認した。各処理条件は評価試験2−1と同様に設定した。
評価試験3としてプラズマエッチング装置2を用いて、評価試験1−1と同様の手順で、容量可変コンデンサのトリマ位置を変化させたときの[I−total]を算出した。この評価試験3ではバイアス用の高周波を印加しているが、評価試験1−1と同様にバンドパスフィルタ56は設けていない。ガスはCl2/SF6ガスを使用しており、各トリマ位置におけるインピーダンス調整部5のインピーダンス値は評価試験1−1と同様である。また上述の従来の測定方法によっても各トリマ位置の[I−total]を測定すると共に目視によるプラズマの状態を確認した。この従来の測定方法においてもバイアス用の高周波を印加した。
評価試験4としてプラズマエッチング装置2において、容量可変コンデンサのトリマ位置を変化させたときの各周波数成分の電圧を調べた。この評価試験4においてもバイアス用の高周波を下部電極31に印加したが、エッチング装置2にはバンドパスフィルタ73を設けていない。図10(a)〜(c)はこのときの結果を示したグラフである。このグラフによれば下部電極31に印加する高周波を重畳すると、可変容量コンデンサ53のトリマ位置によってはプラズマ形成用の高周波の13.56MHzの成分のみならず、13.56+3.2=16.76MHzや13.56MHz+2×3.2=19.96MHz成分の電圧が大きくなる。そして電圧測定部の出力値が不安定となり、正確な[I−total]が演算できず、この[I−total]が最大または最大付近となるトリマ位置を検出できないおそれがある。評価試験3及び評価試験4の結果から上述の実施形態で示したようにバンドパスフィルタを設けることが有効であることが分かる。
20 処理容器
31 下部電極
35,38 整合回路
37,39 高周波電源
41 上部電極
5 インピーダンス調整部
53 容量可変コンデンサ
56 バンドパスフィルタ
57 電圧測定部
6 制御部
63 プログラム
Claims (11)
- 処理容器内に当該処理容器とは絶縁され、プラズマ発生用の高周波を出力する高周波電源に整合回路を介して接続されたカソード電極と、このカソード電極に対して対向して設けられ、前記処理容器とは絶縁体を介して絶縁されたアノード電極と、を備え、前記カソード電極及びアノード電極のうちの一方の電極上に基板が載置され、高周波電力により処理ガスをプラズマ化してそのプラズマにより基板に対してプラズマ処理がされる平行平板型のプラズマ処理装置において、
プラズマ発生時に、基板が載置される側の電極にプラズマ発生用の高周波の周波数よりも低いバイアス用の高周波を印加するバイアス用の高周波電源と、
その一端側が前記アノード電極に接続されると共に他端側が前記処理容器に接続され、カソード電極からプラズマ、アノード電極及び処理容器の壁部を介して前記整合回路の接地筐体に至るまでのインピーダンス値を制御するためのインピーダンス調整部と、
前記インピーダンス調整部の電圧を測定する電圧測定部と、
前記インピーダンス調整部と電圧測定部との間に介在し、インピーダンス調整部の電圧において、プラズマ発生用の高周波の周波数をf1、バイアス用の高周波の周波数をf2とすると、f1を通過帯域とし、f1−f2及びf1+f2を減衰帯域とするバンドパスフィルタと、
プラズマ発生時に前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を変化させながら前記電圧測定部により測定された電圧値を取り込み、この電圧値に基づいて、前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算し、この電流の値が最大値またはその近傍になるように前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定する制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記インピーダンス調整部は容量可変コンデンサを含み、
前記容量可変コンデンサの静電容量を調整するトリマ機構を駆動する駆動機構が設けられ、前記制御部は前記駆動機構を介して容量可変コンデンサの容量値を設定して、インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定することを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。 - 前記制御部は、電圧測定部により測定された電圧値と、前記容量可変コンデンサの静電容量値と、前記容量可変コンデンサ以外のインピーダンス調整部を構成する素子のインピーダンス値と、前記アノード電極を処理容器から絶縁する絶縁体の絶縁容量値と、に基づいて前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算することを特徴とする請求項2記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、前記容量可変コンデンサの静電容量値が順次大きくなるように前記駆動機構を制御し、前記アノード電極に流れ込む電流値が低くなり始めたときに前記駆動機構を停止することで前記容量可変コンデンサの容量値を設定することを特徴とする請求項2ないし3のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。
- 前記インピーダンス調整部は、前記容量可変コンデンサを含む第1の素子部と、コンデンサまたはインダクタからなる第2の素子部との直列回路からなり、前記電圧測定部は、前記第1の素子部の両端電圧または第2の素子部の両端電圧を測定することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。
- 前記インピーダンス調整部は、アノードの電極の面方向に複数設けられており、
前記制御部は、1個のインピーダンス調整部の容量可変コンデンサについて容量値を設定するか、または2個以上のインピーダンス調整部の容量可変コンデンサについて容量値を同時に設定することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。 - プラズマ処理を行うときの処理条件と、その処理条件において決定された容量可変コンデンサのトリマ位置とが記憶される記憶部が設けられ、前記制御部は基板にプラズマ処理を行う際にはその処理条件に対応するトリマ位置を記憶部から読み出して駆動機構を制御することを特徴とする請求項2ないし5のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
- 処理容器内に当該処理容器とは絶縁され、プラズマ発生用の高周波を出力する高周波電源に整合回路を介して接続されたカソード電極と、
このカソード電極に対して対向して設けられ、前記処理容器とは絶縁体を介して絶縁されたアノード電極と、
その一端側が前記アノード電極に接続されると共に他端側が前記処理容器に接続され、カソード電極からプラズマ、アノード電極及び処理容器の壁部を介して前記整合回路の接地筐体に至るまでのインピーダンス値を制御するためのインピーダンス調整部と、
を備えたプラズマ処理装置を用いて、処理容器内にて高周波電力により処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマによりカソード電極及びアノード電極の一方に載置された基板に対して処理を行うためのプラズマ処理方法において
前記カソード電極及びアノード電極間にプラズマ発生用の高周波を印加してプラズマを発生させる工程と、
この工程時に、基板が載置されている電極にプラズマ発生用の高周波の周波数よりも低いバイアス用の高周波を印加する工程と、
プラズマ発生用の高周波の周波数をf1、バイアス用の高周波の周波数をf2とすると、前記インピーダンス調整部と、当該インピーダンス調整部の電圧を測定するための電圧測定部との間に介在するバンドパスフィルタにより、インピーダンス調整部の電圧のうちf1の電圧を通過させ、f1−f2以下の周波数成分の電圧及びf1+f2以上の周波数成分の電圧を抑圧する工程と、
プラズマ発生時に制御部によりインピーダンス調整部のインピーダンス値を変化させながら、前記電圧測定部により測定された電圧値を取り込む工程と、
この工程で取り込まれた電圧値に基づいて、前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算する工程と、
この工程で演算された電流の値が最大値またはその近傍になるように前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定する工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記インピーダンス調整部は、駆動機構を介してその静電容量が調整される容量可変コンデンサを備え、
前記容量可変コンデンサの容量値が順次大きくなるように前記駆動機構を制御する工程を含み、
前記容量可変コンデンサの容量値の設定は、前記アノード電極に流れ込む電流値が低くなり始めたときに前記駆動機構を停止して行うことを特徴とする請求項8記載のプラズマ処理方法。 - 前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算する工程は、電圧測定部により測定された電圧値と、前記容量可変コンデンサの静電容量値と、前記容量可変コンデンサ以外のインピーダンス調整部を構成する素子のインピーダンス値と、前記アノード電極を処理容器から絶縁する絶縁体の絶縁容量値と、に基づいて行われることを特徴とする請求項9記載のプラズマ処理方法。
- 基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項8ないし10のいずれか一に記載のプラズマ処理方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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