KR20210027190A - 플라즈마 처리 시스템 및 플라즈마 착화 지원 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 안정적으로 착화하는 것을 목적으로 한다.
플라즈마 처리 시스템의 제어 장치는, 수집 공정, 제1 특정 공정, 제2 특정 공정, 및 착화 공정을 실행한다. 수집 공정에서는, 전력 공급부와 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수의 각각의 값에 대해, 전력 공급부와 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값이 수집된다. 제1 특정 공정에서는, 각각의 변수에 대응하는 점으로부터 임피던스가 가장 정합하고 있는 상태에 있어서의 측정값에 대응하는 점인 정합점에 이르는 벡터에 대해 측정값의 변화의 기울기가 최대가 되는 변수의 값에 대응하는 통과점이 특정된다. 제2 특정 공정에서는, 통과점 및 정합점을 포함하는 직선 상에 있어서, 통과점보다 정합점으로부터 먼 점이 제어의 개시점으로서 특정된다. 착화 공정에서는, 직선을 따라 개시점으로부터 정합점을 향해 각각의 변수를 제어함으로써, 플라즈마 처리 장치 내에서 플라즈마를 착화시킨다.

Description

플라즈마 처리 시스템 및 플라즈마 착화 지원 방법{PLASMA PROCESSING SYSTEM AND METHOD OF SUPPORTING PLASMA IGNITION}
본 개시는 플라즈마 처리 시스템 및 플라즈마 착화 지원 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체의 제조 프로세스에서는, 플라즈마를 이용하여 기판을 가공하는 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내에 처리 가스가 공급되고, 처리 용기 내가 소정의 압력으로 조정된다. 그리고, 처리 용기 내에 고주파 전력이 공급됨으로써, 처리 가스가 플라즈마화되고, 플라즈마에 의해 처리 용기 내에 수용된 기판에 에칭 등의 플라즈마 처리가 실시된다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2010-153274호 공보
본 개시는 플라즈마를 안정적으로 착화할 수 있는 플라즈마 처리 시스템 및 플라즈마 착화 지원 방법을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 플라즈마 처리 시스템은, 플라즈마 처리 장치와 제어 장치를 구비한다. 플라즈마 처리 장치는, 기판이 수용되는 처리 용기를 갖고, 처리 용기 내에서 플라즈마를 생성함으로써 기판에 플라즈마 처리를 실시한다. 제어 장치는, 플라즈마 처리 장치를 제어한다. 또한, 제어 장치는, 수집 공정과, 제1 특정 공정과, 제2 특정 공정과, 착화 공정을 실행한다. 수집 공정에서는, 플라즈마에 고주파 전력을 공급하는 전력 공급부와 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수의 각각의 값에 대해, 전력 공급부와 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값이 수집된다. 제1 특정 공정에서는, 각각의 변수에 대응하는 점으로부터 임피던스가 가장 정합하고 있는 상태에 있어서의 측정값에 대응하는 점인 정합점에 이르는 벡터에 대해 측정값의 변화의 기울기가 최대가 되는 변수의 값에 대응하는 점이 통과점으로서 특정된다. 제2 특정 공정에서는, 통과점 및 정합점을 포함하는 직선 상에 있어서, 통과점보다 정합점으로부터 먼 점이 제어의 개시점으로서 특정된다. 착화 공정에서는, 직선을 따라 개시점으로부터 정합점을 향해 측정값이 변화하도록 각각의 변수를 제어함으로써, 플라즈마 처리 장치 내에서 플라즈마를 착화시킨다.
본 개시의 여러 가지 측면 및 실시형태에 의하면, 플라즈마를 안정적으로 착화할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시형태에 있어서의 플라즈마 처리 시스템의 일례를 도시한 도면.
도 2는 정합기의 구성의 일례를 도시한 도면.
도 3은 제어 변수와 플라즈마의 발광 강도의 관계의 일례를 도시한 도면.
도 4는 변수의 조정 방법의 일례를 도시한 도면.
도 5는 변수의 조정 방법의 일례를 도시한 도면.
도 6은 제어 방향의 결정 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 7은 반사파의 전력의 변화의 일례를 도시한 도면.
도 8은 제한점 및 제한 라인의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 9는 프로세스 실행 시의 제어 변수의 제어의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 10은 데이터 수집 처리의 일례를 도시한 흐름도.
도 11은 착화 지원 처리의 일례를 도시한 흐름도.
도 12는 제어 장치의 기능을 실현하는 컴퓨터의 일례를 도시한 도면.
이하에, 개시하는 플라즈마 처리 시스템 및 플라즈마 착화 지원 방법의 실시형태에 대해, 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 한편, 이하의 실시형태에 의해, 개시되는 플라즈마 처리 시스템 및 플라즈마 착화 지원 방법이 한정되는 것은 아니다.
그런데, 전력 공급부와 플라즈마가 생성되는 처리 공간 사이에는, 전력 공급부로부터의 고주파 전력이 처리 공간 내의 플라즈마에 효율적으로 공급되도록, 정합 회로가 설치되어 있다. 정합 회로는, 전력 공급부의 출력 임피던스와, 처리 공간 내의 플라즈마의 임피던스가 정합하도록 동작한다. 한편, 이하에서는, 처리 공간 내에 있어서 플라즈마가 생성되는 것을, 플라즈마가 착화한다고 기재한다.
플라즈마가 착화하는 과정에 있어서, 플라즈마의 임피던스는 변화한다. 그 때문에, 플라즈마의 착화의 과정에서 정합 회로가 동작하면, 플라즈마가 아직 착화하고 있지 않은 상태에서 정합 동작이 진행되어, 플라즈마가 착화하지 않은 상태에서 정합 회로가 안정되어 버리는 경우가 있다. 또한, 플라즈마의 착화의 과정에서 정합 회로가 동작하면, 플라즈마가 일단 착화해도, 정합 동작에 의해 플라즈마가 다시 실화해 버리는 경우가 있다. 이와 같이, 플라즈마의 착화와 정합 동작이 병행하여 행해지면, 플라즈마를 안정적으로 착화시키는 것이 어렵다.
그래서, 본 개시는 플라즈마를 안정적으로 착화할 수 있는 기술을 제공한다.
[플라즈마 처리 시스템(1)의 구성]
도 1은 본 개시의 일 실시형태에 있어서의 플라즈마 처리 시스템(1)의 일례를 도시한 도면이다. 플라즈마 처리 시스템(1)은, 플라즈마 처리 장치(100) 및 제어 장치(200)를 구비한다. 플라즈마 처리 장치(100)는, 대향하는 2개의 전극 중 적어도 한쪽에 공급된 고주파 전력에 의해 전극 사이에 체재하는 처리 가스를 여기한다. 이에 의해, 플라즈마 처리 장치(100)는, 처리 용기실 내에 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 에칭 등의 플라즈마 처리를 실시한다. 본 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(100)는, 용량 결합 플라즈마(CCP)를 이용한 플라즈마 처리 장치이다.
플라즈마 처리 장치(100)는, 예컨대 알루미늄 등의 금속에 의해 통형(예컨대 원통형)으로 형성되고, 기판의 일례인 반도체 웨이퍼(W)가 수용되는 처리 용기(102)를 갖는다. 처리 용기(102)는, 접지되어 있다. 한편, 플라즈마 처리 시스템(103)의 형상은, 원통형에 한정되지 않고, 예컨대 각통형(예컨대 상자형)이어도 좋다.
처리 용기(102) 내에는, 반도체 웨이퍼(W)를 배치하는 배치대(110)가 설치되어 있다. 배치대(110)는, 알루미늄 등에 의해 대략 기둥형(예컨대 원기둥형)으로 형성되어 있다. 한편, 배치대(110)의 형상은, 원기둥형에 한정되지 않고, 예컨대 각기둥형(예컨대 다각기둥형)이어도 좋다. 또한, 도시는 하지 않으나, 배치대(110)에는 반도체 웨이퍼(W)를 정전기력에 의해 흡착 유지하는 정전 척이나 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 조정하는 온도 조정 기구 등이 설치되어 있다.
처리 용기(102)의 상부에는, 절연 부재(106)를 통해, 예컨대 실리콘 등의 도전체에 의해 판형으로 형성된 상부 전극(104)이 설치되어 있다. 절연 부재(106)는, 예컨대 세라믹 등에 의해 링형으로 형성되어 있고, 상부 전극(104)의 외주에 설치될 수 있다. 상부 전극(104)은, 배치대(110)에 대향하도록 배치대(110)의 상방에 설치되어 있다. 처리 용기(102)와 상부 전극(104)으로 둘러싸인 공간을 처리실(161)이라고 정의한다.
처리 용기(102)의 측벽에는, 가스 도입구(121)가 형성되어 있고, 가스 도입구(121)에는, 배관(123)을 통해, 가스 공급 기구(120)가 접속되어 있다. 가스 공급 기구(120)는, 가스 공급원(122), 유량 제어기(124), 및 밸브(126)를 갖는다. 가스 공급원(122)은, CF4 가스 등의 처리 가스의 공급원이다. 유량 제어기(124)는, 가스 공급원(122)으로부터 처리실(161) 내에 공급되는 처리 가스의 유량을 제어한다. 밸브(126)는, 가스 공급원(122)으로부터 처리실(161) 내에의 처리 가스의 공급 및 공급 정지를 제어한다.
도 1에서는, 설명을 간단히 하기 위해서, 가스 공급 기구(120)가 단일 종류의 처리 가스를 처리 용기(102) 내에 공급하도록 표현되어 있으나, 가스 공급 기구(120)는 단일 종류의 처리 가스를 공급하는 경우에 한정되지 않고, 복수 종류의 처리 가스를 공급하는 것이어도 좋다. 또한, 도 1에서는, 가스 공급 기구(120)로부터 공급된 처리 가스가 가스 공급 기구(120)의 측벽에 형성된 가스 도입구(121)로부터 처리실(161) 내에 공급되지만, 다른 예로서, 상부 전극(104)의 대략 중앙으로부터 처리실(161) 내에 처리 가스가 공급되어도 좋다. 또한, 상부 전극(104)은, 샤워 헤드 구조를 가져도 좋다.
처리 용기(102)의 바닥부에는, 배기관(132)이 접속되어 있고, 배기관(132)에는, 진공 펌프 등을 갖는 배기 장치(130)가 접속되어 있다. 배기 장치(130)에 의해, 처리실(161) 내의 가스를 배출하여, 처리실(161) 내의 압력을 원하는 압력으로 제어할 수 있다.
처리 용기(102)의 측벽에는, 개구(134)가 형성되어 있고, 개구(134)는, 게이트 밸브(136)에 의해 개폐된다. 반도체 웨이퍼(W)를 반입할 때에는, 게이트 밸브(136)가 개방되고, 도시하지 않은 반송 아암 등의 반송 기구에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 처리실(161) 내에 반입되어, 배치대(110) 상에 배치된다. 그리고, 반송 기구가 처리실(161) 내에서 퇴출한 후에, 게이트 밸브(136)가 폐쇄되고, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리가 행해진다.
또한, 처리 용기(102)의 측벽에는, 석영 등에 의해 형성된 창(108)이 설치되어 있다. 창(108)에는, 처리실(161) 내에서 생성된 플라즈마의 발광 강도를 측정하는 측정 장치(170)가 접속되어 있다. 측정 장치(170)에 의해 측정된 플라즈마의 발광 강도의 정보는, 제어 장치(200)에 출력된다. 측정 장치(170)에 의해 측정된 플라즈마의 발광 강도의 정보는, 전력 공급부와 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값의 일례이다.
상부 전극(104)에는, 정합기(152)를 통해 고주파 전원(150)이 접속되어 있다. 고주파 전원(150)은, 전력 공급부의 일례이다. 고주파 전원(150)은, 미리 정해진 주파수(예컨대 60 ㎒)의 고주파 전력을 상부 전극(104)에 공급한다. 고주파 전원(150)으로부터 출력되는 고주파 전력의 크기는, 제어 장치(200)에 의해 제어된다. 한편, 상부 전극(104)에 공급되는 고주파 전력의 주파수는, 60 ㎒에 한정되지 않고, 13.56 ㎒, 27 ㎒, 또는 100 ㎒ 등이어도 좋다. 한편, 고주파 전원(150)은 정합기(152)를 통해 배치대(110)에 접속되어도 좋다. 이 경우, 배치대(110)는 하부 전극으로서 이용된다.
도 2는 정합기(152)의 구성의 일례를 도시한 도면이다. 정합기(152)는, 용량의 제어가 가능한 VC1(배리어블 커패시터) 및 VC2를 갖는다. VC1은, 고주파 전원(150)과 상부 전극(104) 사이에 직렬로 접속되고, VC2는, 고주파 전원(150)과 접지 전위(GND 전위) 사이에 고주파 전원(150)과 병렬로 접속되어 있다. VC1 및 VC2는, 고주파 전원(150)의 출력 임피던스와, 처리실(161) 내의 플라즈마의 임피던스가 정합하도록 동작한다. VC1 및 VC2의 용량은, 제어 장치(200)에 의해 제어된다. 또한, 정합기(152)는, 고주파 전원(150)으로부터 상부 전극(104)에 공급된 고주파 전력에 대한 반사파의 전력의 크기를 나타내는 정보를 제어 장치(200)에 출력한다.
상부 전극(104)에 공급된 고주파 전력에 의해, 상부 전극(104)과 배치대(110) 사이에서 전위차가 발생한다. 그리고, 발생한 전위차에 의해 처리실(161) 내에 존재하는 전자가 가속되고, 처리실(161) 내에 공급된 처리 가스와 충돌함으로써, 처리실(161) 내에 공급된 처리 가스가 여기되어, 처리실(161) 내의 처리 가스가 플라즈마화된다. 그리고, 플라즈마에 포함되는 이온이나 활성종에 의해, 배치대(110) 상의 반도체 웨이퍼(W)에 대해, 에칭 등의 소정의 처리가 실시된다.
제어 장치(200)는, 메모리, 프로세서, 및 입출력 인터페이스 등을 갖는다. 메모리에는, 레시피 등의 데이터나 프로그램 등이 저장되어 있다. 프로세서는, 메모리에 저장된 프로그램을 판독하여 실행한다. 그리고, 프로세서는, 메모리에 저장된 레시피 등의 데이터에 기초하여, 입출력 인터페이스를 통해, 플라즈마 처리 장치(100)의 각부를 제어한다.
[제어 변수와 플라즈마의 관계]
도 3은 제어 변수와 플라즈마의 발광 강도의 관계의 일례를 도시한 도면이다. 도 3의 예에서는, 정합기(152)에 포함되는 VC1의 제어량과 VC2의 제어량이, 제어 변수의 일례로서 이용되고 있다. VC1 및 VC2의 제어량이란, 고정자의 전극과 회전자의 전극이 겹치는 면적에 대응하는 양이고, 전극판의 용량의 값이 가장 낮은 상태의 제어량을 0%, 용량의 값이 가장 높은 상태의 제어량을 100%로 한 경우의 제어량이다. 제어 변수는, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수의 일례이다.
예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, VC1의 제어량과 VC2의 제어량의 조합에 따라, 플라즈마의 발광 강도가 상이하다. 도 3에 있어서, 플라즈마의 발광 강도가 높을수록, 고주파 전원(150)으로부터의 고주파 전력이 플라즈마에 효율적으로 공급되고 있고, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합이 취해지고 있는 것을 나타내고 있다. 그 중, 최대점(PM)은, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스가 가장 정합하고 있는 상태에 있어서의 플라즈마의 발광 강도에 대응하는 점이다. 최대점(PM)은, 정합점의 일례이다.
예컨대 도 3의 최대점(PM)을 통과하는 직선(L)을 따르는 방향에 있어서의 플라즈마의 발광 강도의 분포를 도시하면, 예컨대 도 4 및 도 5와 같이 된다. 도 4 및 도 5는 변수의 조정 방법의 일례를 도시한 도면이다. 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이, 직선(L)을 따르는 방향에 있어서의 제어 변수의 변화량에 대한 플라즈마의 발광 강도의 변화량(즉, 발광 강도의 변화의 기울기)은, 제어 변수의 값에 따라 상이하다.
여기서, 발광 강도의 변화의 기울기가 완만한 방향으로부터, 발광 강도가 가장 큰 최대점(PM)을 향해 직선(L)을 따라 제어 변수가 제어되는 경우, 예컨대 도 4의 실선 화살표로 나타나는 바와 같이 플라즈마의 발광 강도가 변화한다. 이 경우, 최대점(PM)을 향해 직선(L)을 따라 제어 변수가 제어되는 과정에서 플라즈마가 착화해도, 제어의 오버슈트 등에 의해, 도 4의 파선 화살표로 나타나는 바와 같이 발광 강도가 급격히 감소해 버리는 경우가 있다. 이에 의해, 착화한 플라즈마가 실화해 버리는 경우가 있다.
한편, 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이, 발광 강도의 변화의 기울기가 급준한 방향으로부터 최대점(PM)을 향해 직선(L)을 따라 제어 변수가 제어되는 경우, 예컨대 도 5의 실선 화살표로 나타나는 바와 같이 플라즈마의 발광 강도가 변화한다. 이 경우, 최대점(PM)을 향해 직선(L)을 따라 제어 변수가 제어되는 과정에서 플라즈마가 착화하고, 제어의 오버슈트 등에 의해, 도 5의 파선 화살표로 나타나는 바와 같이 발광 강도가 감소한다. 그러나, 최대점(PM)을 통과한 후에는, 발광 강도가 완만히 감소한다. 그 때문에, 플라즈마가 실화되기 전에 제어 변수의 미세 조정이 가능해져, 플라즈마의 발광 강도를 다시 최대점(PM)에 근접시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 플라즈마를 안정적으로 착화시킬 수 있다.
따라서, 제어 변수와 플라즈마의 발광 강도의 관계에 있어서, 발광 강도의 변화의 기울기가 급준한 제어 변수의 제어 방향을 특정하고, 특정된 제어 방향을 따라, 발광 강도가 가장 큰 최대점(PM)을 향해 제어 변수를 제어하는 것이 바람직하다.
[제어 방향의 결정 방법]
제어 변수의 제어 방향을 결정하기 위해서는, 먼저, 플라즈마가 착화한 상태에 있어서, 제어 변수를 변경하면서, 각각의 제어 변수의 값에 있어서의 플라즈마의 발광 강도가 측정된다. 그리고, 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이, 수집된 발광 강도의 측정값이, 각각의 제어 변수를 축으로 하는 좌표 상에 플롯된다. 도 6은 제어 방향의 결정 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 예에서는, 정합기(152)에 포함되는 VC1의 제어량과, VC2의 제어량이, 제어 변수의 일례로서 이용되고 있다.
다음으로, 좌표 상에 플롯된 발광 강도의 측정값 중에서, 발광 강도의 측정값이 최대가 되는 제어 변수의 조합에 대응하는 점이, 최대점(PM)으로서 특정된다.
다음으로, 각각의 제어 변수의 조합에 대응하는 점[측정점(P)]을 시점으로 하고 최대점(PM)을 종점으로 하는 벡터(V)에 대해 발광 강도의 측정값의 변화의 기울기가 최대가 되는 측정점(P)이 통과점(PP)으로서 특정된다. 통과점(PP)은, 최대점(PM)으로 향하는 방향에 있어서, 발광 강도의 변화의 기울기가 가장 급준한 점이다.
다음으로, 통과점(PP)을 시점으로 하고, 최대점(PM)을 종점으로 하는 벡터(VP)가 특정된다. 벡터(VP)의 방향이, 제어 변수의 제어 방향이다.
한편, 측정점(P)에 있어서의 발광 강도의 측정값의 변화의 기울기는, 최대점(PM)에 있어서의 발광 강도와 측정점(P)에 있어서의 발광 강도의 차분과 벡터(V)의 크기의 비율로서 산출된다. 측정점(P)에 있어서의 발광 강도의 측정값의 변화의 기울기는, 발광 강도의 측정값을 제어 변수의 함수로 간주했을 때, 벡터(V)가 나타내는 방향으로의 방향 미분값으로서 산출되어도 좋다. 또한, 특정되는 통과점(PP)은, 벡터(VP)가 나타내는 방향에 있어서, 통과점(PP)으로부터 최대점(PM)까지의 벡터(VP) 상에서, 발광 강도의 측정값이 단조 증가하고 있을 필요가 있다. 그 때문에, 벡터(VP)가 나타내는 방향에 있어서, 통과점(PP)으로부터 최대점(PM)까지의 벡터(VP) 상의 적어도 일부에서 발광 강도의 측정값이 감소하는 경우에는, 통과점(PP)으로서 특정되지 않는다.
다음으로, 특정된 벡터(V)를 포함하는 직선(L1)이 특정된다. 그리고, 직선(L1) 상에 있어서, 통과점(PP)보다 최대점(PM)으로부터 먼 점이고, 플라즈마가 착화하지 않는 영역 내의 제어 변수의 조합에 대응하는 점이 제어의 개시점(PS)으로서 특정된다. 한편, 개시점(PS)은, 개시점(PS)으로부터 통과점(PP)까지의 직선(L1) 상에 있어서, 발광 강도의 측정값이 변화하지 않거나, 또는 단조 증가인 것이 바람직하다.
[착화 제어]
플라즈마를 사용한 실제의 프로세스에서는, 직선(L1)을 따라 개시점(PS)으로부터 최대점(PM)을 향해 플라즈마의 발광 강도가 변화하도록 각각의 제어 변수가 제어된다. 이때, 예컨대 도 7에 도시된 바와 같이, 고주파 전원(150)으로부터 상부 전극(104)에 공급된 고주파 전력에 대한 반사파의 전력의 크기가 측정된다. 도 7은 반사파의 전력의 변화의 일례를 도시한 도면이다.
다음으로, 반사파의 전력이 감소하는 기울기가 최대가 되는 타이밍(tp)에 있어서의 제어 변수의 값의 조합에 대응하는 점이 제한점(PL)으로서 특정된다. 그리고, 플라즈마가 실제로 착화한 후에, 예컨대 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 제어 변수를 축으로 하는 좌표 상에 있어서, 제한점(PL)을 지나고 직선(L1)에 직교하는 직선이 제한 라인(L2)으로서 특정된다. 도 8은 제한점(PL) 및 제한 라인(L2)의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 제한 라인(L2)보다 최대점(PM)측의 제어 변수의 값을 이용하여 플라즈마의 조정이 행해진다. 이에 의해, 착화 후의 제어 변수의 조정에 있어서, 제한 라인(L2)보다 개시점(PS)측의 제어 변수의 값이 이용되지 않기 때문에, 플라즈마의 실화를 억제할 수 있다.
이에 의해, 플라즈마를 사용한 실제의 프로세스에서는, 예컨대 도 9에 도시된 바와 같이 플라즈마의 발광 강도가 변화하도록 각각의 제어 변수가 제어된다. 도 9는 프로세스 실행 시의 제어 변수의 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 직선(L1)을 따라 개시점(PS)으로부터 최대점(PM)을 향해 플라즈마의 발광 강도가 변화하도록 각각의 제어 변수가 제어된다. 그리고, 반사파의 전력의 변화에 기초하여 제한점(PL)이 특정되고, 플라즈마의 착화가 검출된다. 플라즈마가 착화한 후에는, 제한점(PL)보다 최대점(PM)측의 제어 변수의 값(범위(ΔL)에 포함되는 제어 변수의 값)을 이용하여 플라즈마의 조정이 행해진다. 범위(ΔL)에서는, 플라즈마의 발광 강도의 변화가 완만하기 때문에, 제어의 오버슈트가 다소 발생해도, 플라즈마가 실화할 우려가 적다. 그 때문에, 착화 후의 제어 변수의 조정에 있어서, 플라즈마의 실화를 억제할 수 있다.
또한, 도 8에 예시된 직선(L1) 상에 있어서, 개시점(PS)보다 제한점(PL)에 가까운 점(PS')이 새로운 개시점(PS)으로서 갱신된다. 이에 의해, 다음에 플라즈마를 착화할 때에, 제어 개시로부터 플라즈마의 착화까지에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
[데이터 수집 처리]
도 10은 데이터 수집 처리의 일례를 도시한 흐름도이다. 도 10에 예시된 데이터 수집 처리에서는, 제어 변수의 조합마다 플라즈마의 발광 강도가 측정되고, 측정된 플라즈마의 발광 강도의 분포로부터, 최대점(PM), 통과점(PP), 및 개시점(PS)이 특정된다. 도 10에 예시된 데이터 수집 처리는, 제어 장치(200)가 플라즈마 처리 장치(100)의 각부를 제어함으로써 실현된다.
먼저, 미리 정해진 VC1의 제어량 및 VC2의 제어량에 있어서, 처리실(161) 내에 플라즈마가 생성된다(S10).
다음으로, 제어 장치(200)는, 미리 정해진 VC1의 제어량의 값 중에서, 미선택의 제어량의 값을 하나 선택한다(S11). 단계 S11에 있어서, 제어 장치(200)는, 0% 내지 100%의 VC1의 제어량의 값 중에서, 예컨대 1%의 단계로, VC1의 제어량의 값을 순차 선택한다.
다음으로, 제어 장치(200)는, 미리 정해진 VC2의 제어량의 값 중에서, 미선택의 제어량의 값을 하나 선택한다(S12). 단계 S12에 있어서, 제어 장치(200)는, 0% 내지 100%의 VC2의 제어량의 값 중에서, 예컨대 1%의 단계로, VC2의 제어량의 값을 순차 선택한다.
다음으로, 측정 장치(170)는, 처리실(161) 내의 플라즈마의 발광 강도를 측정한다(S13). 제어 장치(200)는, 측정 장치(170)에 의해 측정된 플라즈마의 발광 강도의 정보를, 단계 S11에서 선택된 제어량과, 단계 S12에서 선택된 제어량에 대응시켜 메모리에 유지한다.
다음으로, 제어 장치(200)는, 미리 정해진 VC2의 제어량의 값 중에서, 모든 제어량의 값이 선택되었는지의 여부를 판정한다(S14). 미선택의 제어량의 값이 있는 경우(S14: No), 제어 장치(200)는, 다시 단계 S12에 나타난 처리를 실행한다.
한편, 모든 제어량의 값이 선택된 경우(S14: Yes), 제어 장치(200)는, 미리 정해진 VC1의 제어량의 값 중에서, 모든 제어량의 값이 선택되었는지의 여부를 판정한다(S15). 미선택의 제어량의 값이 있는 경우(S15: No), 제어 장치(200)는, 다시 단계 S11에 나타난 처리를 실행한다. 단계 S10으로부터 S15까지의 처리는, 수집 공정의 일례이다.
한편, 모든 제어량의 값이 선택된 경우(S15: Yes), 제어 장치(200)는, 수집된 데이터를 이용하여, 통과점(PP)을 특정한다(S16). 예컨대, 제어 장치(200)는, 플라즈마의 발광 강도를, 제어 변수(VC1의 제어량 및 VC2의 제어량)의 관계에 있어서, 각각의 제어 변수에 대응하는 점을 시점으로 하고 최대점(PM)을 종점으로 하는 벡터(V)에 대해 발광 강도의 측정값의 변화의 기울기를 산출한다. 그리고, 제어 장치(200)는, 산출된 벡터(V)에 대한 발광 강도의 측정값의 변화의 기울기가 최대가 되는 제어 변수의 값의 조합에 대응하는 점을 통과점(PP)으로서 특정한다. 단계 S16은, 제1 특정 공정의 일례이다.
다음으로, 제어 장치(200)는, 특정된 통과점(PP)을 이용하여, 개시점(PS)을 특정한다(S17). 예컨대, 제어 장치(200)는, 통과점(PP)으로부터 최대점(PM)에 이르는 벡터(VP)를 포함하는 직선(L1) 상에 있어서, 통과점(PP)보다 최대점(PM)으로부터 먼 점을 제어의 개시점(PS)으로서 특정한다. 단계 S17은, 제2 특정 공정의 일례이다. 그리고, 본 흐름도에 나타나는 데이터 수집 처리가 종료된다.
[착화 지원 처리]
도 11은 착화 지원 처리의 일례를 도시한 흐름도이다. 도 11에 예시되는 착화 지원 처리는, 제어 장치(200)가 플라즈마 처리 장치(100)의 각부를 제어함으로써 실현된다. 한편, 도 11에 예시되는 착화 지원 처리가 개시되기 전에, 배치대(110) 상에 반도체 웨이퍼(W)가 배치되고, 처리실(161) 내에 처리 가스가 공급되며, 처리실(161) 내가 미리 정해진 압력으로 조정되어 있다.
먼저, 제어 장치(200)는, 고주파 전원(150) 및 정합기(152)를 제어하여, VC1의 제어량 및 VC2의 제어량을 개시점(PS)에 대응하는 값으로 설정한다(S20). 그리고, 제어 장치(200)는, 처리실(161) 내에서 플라즈마가 착화했는지의 여부를 판정한다(S21). 본 실시형태에 있어서, 제어 장치(200)는, 정합기(152)로부터 출력되는 반사파의 전력의 크기가 미리 정해진 임계값 이하로 감소한 경우에, 처리실(161) 내에서 플라즈마가 착화했다고 판정한다. 단계 S21은, 측정 공정의 일례이다.
한편, 제어 장치(200)는, 측정 장치(170)로부터 출력되는 발광 강도가 미리 정해진 임계값 이상으로 증가한 경우에, 처리실(161) 내에서 플라즈마가 착화했다고 판정해도 좋다. 또한, 제어 장치(200)는, 정합기(152)로부터 출력되는 반사파의 전력의 크기가 미리 정해진 임계값 이하로 감소하고, 또한, 측정 장치(170)로부터 출력되는 발광 강도가 미리 정해진 임계값 이상으로 증가한 경우에, 처리실(161) 내에서 플라즈마가 착화했다고 판정해도 좋다.
처리실(161) 내에서 플라즈마가 착화하고 있지 않은 경우(S21: No), 제어 장치(200)는, 예컨대 도 8에서 설명된 바와 같이, 직선(L1)을 따라 최대점(PM)을 향해 플라즈마의 발광 강도가 변화하도록 VC1의 제어량 및 VC2의 제어량을 소정량 변경한다(S22). 그리고, 다시 단계 S21에 나타난 처리가 실행된다. 단계 S22는, 착화 공정의 일례이다.
한편, 처리실(161) 내에 있어서 플라즈마가 착화한 경우(S21: Yes), 제어 장치(200)는, 정합기(152)로부터 출력된 반사파의 전력의 크기의 이력에 기초하여, 제한점(PL)을 특정한다(S23). 제어 장치(200)는, 예컨대 도 7 및 도 8에서 설명된 바와 같이, 반사파의 전력이 감소하는 기울기가 최대가 되는 VC1의 제어량 및 VC2의 제어량의 값의 조합에 대응하는 점을 제한점(PL)으로서 특정한다. 단계 S23은, 제3 특정 공정의 일례이다.
그리고, 제어 장치(200)는, 예컨대 도 8에서 설명된 바와 같이, 제한점(PL)을 지나고 직선(L1)에 직교하는 직선을 제한 라인(L2)으로서 특정한다(S24). 그리고, 제어 장치(200)는, 개시점(PS)보다 제한점(PL)에 가까운 점(PS')을 새로운 개시점(PS)으로서 갱신한다(S25). 단계 S25는, 갱신 공정의 일례이다.
다음으로, 제어 장치(200)는, 플라즈마의 안정 제어를 실행한다(S26). 단계 S26에서는, 제한 라인(L2)보다 최대점(PM)측의 점에 대응하는 VC1의 제어량 및 VC2의 제어량의 값을 이용하여, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스가 더욱 정합하도록 VC1의 제어량 및 VC2의 제어량이 조정된다. 구체적으로는, 정합기(152)로부터 출력되는 반사파의 전력의 크기가 작아지도록, VC1의 제어량 및 VC2의 제어량이 조정된다. 한편, VC1의 제어량의 조정과 VC2의 제어량의 조정은, 동시에 행해져도 좋고, 교대로 행해져도 좋으며, 어느 한쪽만 행해져도 좋다. 단계 S26은, 안정 제어 공정의 일례이다.
다음으로, 제어 장치(200)는, 메모리에 저장된 레시피에 기초하여, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리가 종료되었는지의 여부를 판정한다(S27). 플라즈마 처리가 종료되어 있지 않은 경우(S27: No), 다시 단계 S26에 나타난 처리가 실행된다.
한편, 플라즈마 처리가 종료된 경우(S27: Yes), 제어 장치(200)는, 고주파 전력의 공급을 정지한다. 그리고, 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)가 처리실(161) 내에서 반출되고, 본 흐름도에 나타난 착화 지원 처리가 종료된다.
한편, 도 11의 예에서는, 개시점(PS)을 갱신하는 공정(S25)은, 제한 라인(L2)을 특정하는 공정(S24)과 플라즈마의 안정 제어를 실행하는 공정(S26) 사이에 실행되지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 개시점(PS)을 갱신하는 공정(S25)은, 플라즈마 처리가 종료된 경우(S27: Yes) 후에 실행되어도 좋다. 또한, 개시점(PS)을 갱신하는 공정(S25)은, 다음의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 착화 지원 처리가 개시되기 전에 실행되어도 좋고, VC1의 제어량 및 VC2의 제어량을 개시점(PS)에 대응하는 값으로 설정하는 공정(S20) 직전에 실행되어도 좋다.
[하드웨어]
제어 장치(200)는, 예컨대 도 12에 도시된 바와 같은 구성의 컴퓨터(90)에 의해 실현된다. 도 12는 제어 장치(200)의 기능을 실현하는 컴퓨터(90)의 일례를 도시한 도면이다. 컴퓨터(90)는, CPU(Central Processing Unit)(91), RAM(Random A ccess Memory)(92), ROM(Read Only Memory)(93), 보조 기억 장치(94), 통신 I/F(인터페이스)(95), 입출력 I/F(96), 및 미디어 I/F(97)를 구비한다.
CPU(91)는, ROM(93) 또는 보조 기억 장치(94)에 저장된 프로그램에 기초하여 동작하여, 각부의 제어를 행한다. ROM(93)은, 컴퓨터(90)의 기동 시에 CPU(91)에 의해 실행되는 부트 프로그램이나, 컴퓨터(90)의 하드웨어에 의존하는 프로그램 등을 저장한다.
보조 기억 장치(94)는, 예컨대 HDD(Hard Disk Drive) 또는 SSD(Solid State Drive) 등이고, CPU(91)에 의해 실행되는 프로그램 및 상기 프로그램에 의해 사용되는 데이터 등을 저장한다. CPU(91)는, 상기 프로그램을, 보조 기억 장치(94)로부터 판독하여 RAM(92) 상에 로드하고, 로드한 프로그램을 실행한다.
통신 I/F(95)은, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(100)와의 사이에서 통신을 행한다. 통신 I/F(95)는, 통신 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(100)로부터 데이터를 수신하여 CPU(91)에 보내고, CPU(91)가 생성한 데이터를, 통신 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(100)에 송신한다.
CPU(91)는, 입출력 I/F(96)를 통해, 키보드 등의 입력 장치 및 디스플레이 등의 출력 장치를 제어한다. CPU(91)는, 입출력 I/F(96)를 통해, 입력 장치로부터 입력된 신호를 취득하여 CPU(91)에 보낸다. 또한, CPU(91)는, 생성한 데이터를, 입출력 I/F(96)를 통해 출력 장치에 출력한다.
미디어 I/F(97)는, 기록 매체(98)에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하고, 보조 기억 장치(94)에 저장한다. 기록 매체(98)는, 예컨대 DVD(Digital Versatile Disc), PD(Phase change rewritable Disk) 등의 광학 기록 매체, MO(Magneto-O ptical disk) 등의 광자기 기록 매체, 테이프 매체, 자기 기록 매체, 또는 반도체 메모리 등이다. 보조 기억 장치(94)에는, 프로세스의 레시피, 데이터 수집 처리에 있어서 수집된 데이터, 최대점(PM), 통과점(PP), 직선(L1), 개시점(PS), 제한점(PL), 및 제한 라인(L2) 등의 정보가 저장된다.
컴퓨터(90)의 CPU(91)는, RAM(92) 상에 로드되는 프로그램을, 기록 매체(98)로부터 판독하여 보조 기억 장치(94)에 저장하지만, 다른 예로서, 다른 장치로부터, 통신 회선을 통해 프로그램을 취득하여 보조 기억 장치(94)에 저장해도 좋다.
이상, 일 실시형태에 대해 설명하였다. 상기한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 플라즈마 처리 시스템(1)은, 플라즈마 처리 장치(100)와 제어 장치(200)를 구비한다. 플라즈마 처리 장치(100)는, 반도체 웨이퍼(W)가 수용되는 처리 용기(102)를 갖고, 처리 용기(102) 내에서 플라즈마를 생성함으로써 반도체 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 실시한다. 제어 장치(200)는, 플라즈마 처리 장치(100)를 제어한다. 또한, 제어 장치(200)는, 수집 공정과, 제1 특정 공정과, 제2 특정 공정과, 착화 공정을 실행한다. 수집 공정에서는, 플라즈마에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수의 각각의 값에 대해, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값이 수집된다. 제1 특정 공정에서는, 각각의 변수에 대응하는 점으로부터 임피던스가 가장 정합하고 있는 상태에 있어서의 측정값에 대응하는 점인 최대점(PM)에 이르는 벡터(V)에 대해 측정값의 변화의 기울기가 최대가 되는 변수의 값에 대응하는 점이 통과점(PP)으로서 특정된다. 제2 특정 공정에서는, 통과점(PP) 및 최대점(PM)을 포함하는 직선(L1) 상에 있어서, 통과점(PP)보다 최대점(PM)으로부터 먼 점이 제어의 개시점(PS)으로서 특정된다. 착화 공정에서는, 직선(L1)을 따라 개시점(PS)으로부터 최대점(PM)을 향해 측정값이 변화하도록 각각의 변수를 제어함으로써, 플라즈마 처리 장치(100) 내에서 플라즈마를 착화시킨다. 이에 의해, 플라즈마를 안정적으로 착화할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 제1 특정 공정에 있어서의 측정값의 변화의 기울기는, 최대점(PM)에 있어서의 측정값과 변수에 대응하는 점에 있어서의 측정값의 차를, 벡터(V)의 크기로 나눈 것이다. 이에 의해, 최대점(PM)으로 향하는 방향에 있어서의 측정값의 변화의 기울기를 산출할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 제1 특정 공정에 있어서의 측정값의 변화의 기울기는, 측정값을 변수의 함수로 간주했을 때, 벡터(V)가 나타내는 방향으로의 방향 미분값이다. 이에 의해, 최대점(PM)으로 향하는 방향에 있어서의 측정값의 변화의 기울기를 산출할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값은, 플라즈마의 발광 강도이다. 이에 의해, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 정밀도 좋게 추정할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 제어 장치(200)는, 플라즈마가 착화한 후에, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스가 더욱 정합하도록 각각의 변수의 값을 조정하는 안정 제어 공정을 실행한다. 이에 의해, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스를 더욱 정밀도 좋게 정합시킬 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 제어 장치(200)는, 측정 공정과, 제3 특정 공정을 더 실행한다. 측정 공정에서는, 착화 공정에 있어서, 상부 전극(104)으로부터의 고주파 전력의 반사파의 전력이 측정된다. 제3 특정 공정에서는, 반사파의 전력이 감소하는 기울기가 최대가 되는 변수의 값에 대응하는 점이 제한점(PL)으로서 특정된다. 안정 제어 공정에서는, 제한점(PL)을 지나고 직선(L1)에 직교하는 직선(L2)보다, 최대점(PM)측의 복수의 변수의 값을 이용하여 조정이 행해진다. 이에 의해, 플라즈마의 실화를 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 제어 장치(200)는, 직선(L1) 상에 있어서, 개시점(PS)보다 제한점(PL)에 가까운 점(PS')을 새로운 개시점(PS)으로서 갱신하는 갱신 공정을 더 실행한다. 이에 의해, 다음에 플라즈마를 착화할 때에, 제어 개시로부터 플라즈마의 착화까지에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수는, 복수의 변수여도 좋다. 이 경우, 수집 공정에서는, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 복수의 변수의 각각의 값의 조합에 대해, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값이 수집된다. 또한, 제1 특정 공정에서는, 각각의 복수의 변수에 대응하는 점으로부터 최대점(PM)에 이르는 벡터(V)에 대해 측정값의 변화의 기울기가 최대가 되는 변수의 값의 조합에 대응하는 점이 통과점(PP)으로서 특정된다. 이에 의해, 보다 실제의 시스템에 입각한 변수를 이용할 수 있고, 플라즈마를 안정적으로 착화할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 복수의 변수는, 플라즈마 처리 장치(100) 내에 고주파 전력을 공급하는 상부 전극(104)과 고주파 전원(150) 사이에 접속되는 정합기(152)에 포함되는 VC1의 제어량과 VC2의 제어량 중, 적어도 한쪽이 포함된다. 이에 의해, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합을 용이하게 조정할 수 있다.
[그 외]
한편, 개시의 기술은, 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예컨대, 상기한 실시형태에서는, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값으로서, 플라즈마의 발광 강도가 이용된다. 그러나, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값으로서, 고주파 전원(150)으로부터 플라즈마에 공급된 고주파 전력에 대한 반사파의 전력의 크기, 고주파 전원(150)으로부터 플라즈마에 공급된 고주파 전력과 반사파의 전력의 비, 또는 고주파 전력의 Vpp와 Vdc의 비 등이 이용되어도 좋다. 혹은, 이들과 플라즈마의 발광 강도를 포함하는 군에서 선택된 하나의 값 또는 2개 이상의 값의 조합이, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값으로서 이용되어도 좋다. 한편, 고주파 전력의 Vpp는, 전압 파형의 최대값과 최소값의 차이고, 고주파 전력의 Vpp는, 고주파 전력에 중첩되는 직류 바이어스 전압이다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수의 일례로서, 정합기(152) 내의 VC1의 제어량과 VC2의 제어량이 이용되었으나, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 2의 예에서는, 정합기(152) 내에 2개의 배리어블 커패시터(VC1 및 VC2)가 설치되어 있으나, 적어도 한쪽의 배리어블 커패시터 대신에 코일에 의한 배리어블 인덕턴스(VL)가 이용되어도 좋다. 또한, 도 2의 예에서는, VC2는, 고주파 전원(150)과 VC1 사이의 노드와 접지 전위 사이에 접속되어 있으나, VC2는, VC1과 상부 전극(104) 사이의 노드와 접지 전위 사이에 접속되어도 좋고, 추가의 배리어블 커패시터(VC3)가, VC1과 상부 전극(104) 사이의 노드에 접속되어도 좋다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 고주파 전원(150)은, 미리 정해진 단일의 주파수인 고주파 전력을 상부 전극(104)에 공급하지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 고주파 전원(150)은, 기본 주파수(예컨대 60 ㎒)에 대해, ±2%∼20% 정도, 변조된 주파수의 고주파 전력을 상부 전극(104)에 공급해도 좋다. 그 경우, 제어 장치(200)는, 고주파 전원(150)의 출력 임피던스와, 처리실(161) 내의 플라즈마의 임피던스가 정합하도록 고주파 전원(150)으로부터 출력되는 고주파 전력의 주파수를 변조한다. 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수로서는, 예컨대, 기본 주파수에 대한 변조 가능한 주파수를 비율[%]로 나타나는, 고주파 전력의 주파수에 관한 제어량이 이용되어도 좋다.
또한, 그 외의 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수로서는, 처리 가스의 종류, 처리 가스의 압력, 처리 가스의 유량, 처리실(161) 내의 압력, 및 반도체 웨이퍼(W)의 온도 등이 이용되어도 좋다. 또한, 플라즈마가 착화할 때에 이용되는 변수와, 플라즈마가 착화한 후의 플라즈마의 안정 제어에 이용되는 변수는, 동일한 것이어도 좋고, 상이한 것이어도 좋다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 복수의 변수의 조정에 의해, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합이 행해졌으나, 개시의 기술은 이것에 한하지 않고, 1종류의 변수의 조정에 의해 정합이 행해져도 좋다. 예컨대, VC2의 제어량이나 다른 변수가 고정되고, VC1의 제어량에 의해서만, 일련의 제어가 행해져도 좋다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 데이터 수집 처리에 의해 수집된 데이터에 기초하여 특정된 최대점(PM)이, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스가 가장 정합하고 있는 상태에 대응하는 점으로서 이용되지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 플라즈마가 착화한 후의 안정 제어에 있어서, 고주파 전원(150)과 플라즈마 사이의 임피던스가 실제로 가장 정합한 점(PM')에 의해 최대점(PM)이 갱신되어도 좋다. 최대점(PM)이 갱신된 경우, 갱신된 최대점(PM)을 이용하여, 벡터(VP), 직선(L1), 및 개시점(PS)이 갱신된다. 이에 의해, 실제로 프로세스가 행해지고 있는 환경을 따른 측정값에 기초하여, 플라즈마의 착화를 제어할 수 있다.
혹은, 최대점(PM)이 갱신된 경우, 종점이 갱신 후의 최대점(PM)에 일치하도록 벡터(VP)를 평행 이동함으로써, 벡터(VP)의 시점인 통과점(PP)이 갱신되어도 좋다. 이 경우, 갱신 후의 최대점(PM) 및 통과점(PP)을 이용하여, 직선(L1) 및 개시점(PS)이 갱신된다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 플라즈마원의 일례로서, 용량 결합 플라즈마(CCP)를 이용하여 처리를 행하는 플라즈마 처리 시스템(1)을 설명하였으나, 플라즈마원은 이것에 한정되지 않는다. 용량 결합 플라즈마 이외의 플라즈마원으로서는, 예컨대, 유도 결합형 플라즈마(ICP), 마이크로파 여기 표면파 플라즈마(SWP), 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(ECP), 및 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP) 등을 들 수 있다. 즉, 용량 결합 플라즈마(CCP)와 같이 고주파 전원과 전극을 이용한 플라즈마원에 한하지 않고, 고주파 전원과 안테나를 이용한 유도 결합형 플라즈마(ICP)나 마이크로파 전원과 도파관을 이용한 마이크로파 여기 표면파 플라즈마(SWP)와 같이 플라즈마 생성용 전원과 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수를 갖는 플라즈마원에 있어서도, 동일한 제어가 가능해진다.
한편, 이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 실제로, 상기한 실시형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기한 실시형태는, 첨부된 특허청구의 범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
W: 반도체 웨이퍼 1: 플라즈마 처리 시스템
100: 플라즈마 처리 장치 102: 처리 용기
104: 상부 전극 106: 절연 부재
108: 창 110: 배치대
120: 가스 공급 기구 121: 가스 도입구
122: 가스 공급원 123: 배관
124: 유량 제어기 126: 밸브
130: 배기 장치 132: 배기관
134: 개구 136: 게이트 밸브
150: 고주파 전원 152: 정합기
161: 처리실 170: 측정 장치
200: 제어 장치 90: 컴퓨터
91: CPU 92: RAM
93: ROM 94: 보조 기억 장치
95: 통신 I/F 96: 입출력 I/F
97: 미디어 I/F 98: 기록 매체

Claims (14)

  1. 기판이 수용되는 처리 용기를 갖고, 처리 용기 내에서 플라즈마를 생성함으로써 상기 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치와,
    상기 플라즈마 처리 장치를 제어하는 제어 장치
    를 구비하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 플라즈마에 고주파 전력을 공급하는 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수의 각각의 값에 대해, 상기 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값을 수집하는 수집 공정과,
    각각의 상기 변수에 대응하는 점으로부터 상기 임피던스가 가장 정합하고 있는 상태에 있어서의 측정값에 대응하는 점인 정합점에 이르는 벡터에 대해 상기 측정값의 변화의 기울기가 최대가 되는 상기 변수의 값에 대응하는 점을 통과점으로서 특정하는 제1 특정 공정과,
    상기 통과점 및 상기 정합점을 포함하는 직선 상에 있어서, 상기 통과점보다 상기 정합점으로부터 먼 점을 제어의 개시점으로서 특정하는 제2 특정 공정과,
    상기 직선을 따라 상기 개시점으로부터 상기 정합점을 향해 상기 측정값이 변화하도록 각각의 상기 변수를 제어함으로써, 상기 플라즈마 처리 장치 내에서 플라즈마를 착화시키는 착화 공정
    을 실행하는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 특정 공정에 있어서, 상기 측정값의 변화의 기울기는,
    상기 정합점에 있어서의 상기 측정값과 상기 변수에 대응하는 점에 있어서의 상기 측정값의 차를, 상기 벡터의 크기로 나눈 것인 플라즈마 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 특정 공정에 있어서, 상기 측정값의 변화의 기울기는,
    상기 측정값을 상기 변수의 함수로 간주했을 때, 상기 벡터가 나타내는 방향으로의 방향 미분값인 것인 플라즈마 처리 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값은, 상기 플라즈마의 발광 강도, 상기 전력 공급부로부터 상기 플라즈마에 공급된 고주파 전력에 대한 반사파의 전력의 크기, 상기 전력 공급부로부터 상기 플라즈마에 공급된 고주파 전력과 상기 반사파의 전력의 비, 및 상기 고주파 전력의 Vpp와 Vdc의 비로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 값 또는 2개 이상의 값의 조합인 것인 플라즈마 처리 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마가 착화한 후에, 상기 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스가 더욱 정합하도록 각각의 상기 변수의 값을 조정하는 안정 제어 공정을 실행하는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 장치는,
    상기 착화 공정에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치 내에 고주파 전력을 공급하는 도체로부터의 상기 고주파 전력의 반사파의 전력을 측정하는 측정 공정과,
    상기 반사파의 전력이 감소하는 기울기가 최대가 되는 상기 변수의 값에 대응하는 점을 제한점으로서 특정하는 제3 특정 공정
    을 더 실행하고,
    상기 안정 제어 공정에서는, 상기 제한점을 지나고 상기 직선에 직교하는 직선보다, 상기 정합점측의 상기 변수의 값을 이용하여 조정이 행해지는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 장치는,
    상기 직선 상에 있어서, 상기 개시점보다 상기 제한점에 가까운 점을 새로운 개시점으로서 갱신하는 갱신 공정을 더 실행하는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변수는, 복수의 변수이고,
    상기 수집 공정에서는, 상기 플라즈마에 고주파 전력을 공급하는 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 상기 복수의 변수의 각각의 값의 조합에 대해, 상기 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값이 수집되고,
    상기 제1 특정 공정에서는, 각각의 상기 복수의 변수에 대응하는 점으로부터 상기 정합점에 이르는 벡터에 대해 상기 측정값의 변화의 기울기가 최대가 되는 상기 변수의 값의 조합에 대응하는 점이 상기 통과점으로서 특정되는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변수는, 상기 플라즈마 처리 장치 내에 고주파 전력을 공급하는 도체와 고주파 전원 사이에 접속되는 정합기에 포함되는 배리어블 커패시터의 제어량과, 상기 고주파 전력의 주파수에 관한 제어량 중 적어도 한쪽이 포함되는 것인 플라즈마 처리 시스템.
  10. 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마에 고주파 전력을 공급하는 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 변수의 각각의 값에 대해, 상기 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값을 수집하는 수집 공정과,
    각각의 상기 변수에 대응하는 점으로부터 상기 임피던스가 가장 정합하고 있는 상태에 있어서의 측정값에 대응하는 점인 정합점에 이르는 벡터에 대해 상기 측정값의 변화의 기울기가 최대가 되는 상기 변수의 값에 대응하는 점을 통과점으로서 특정하는 제1 특정 공정과,
    상기 통과점 및 상기 정합점을 포함하는 직선 상에 있어서, 상기 통과점보다 상기 정합점으로부터 먼 점을 제어의 개시점으로서 특정하는 제2 특정 공정과,
    상기 직선을 따라 상기 개시점으로부터 상기 정합점을 향해 상기 측정값이 변화하도록 각각의 상기 변수를 제어함으로써, 상기 플라즈마 처리 장치 내에서 플라즈마를 착화시키는 착화 공정
    을 포함하는 플라즈마 착화 지원 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 플라즈마가 착화한 후에, 상기 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스가 더욱 정합하도록 각각의 상기 변수의 값을 조정하는 안정 제어 공정
    을 실행하는 플라즈마 착화 지원 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 착화 공정에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치 내에 고주파 전력을 공급하는 도체로부터의 상기 고주파 전력의 반사파의 전력을 측정하는 측정 공정과,
    상기 반사파의 전력이 감소하는 기울기가 최대가 되는 상기 변수의 값에 대응하는 점을 제한점으로서 특정하는 제3 특정 공정
    을 더 실행하고,
    상기 안정 제어 공정에서는, 상기 제한점을 지나고 상기 직선에 직교하는 직선보다, 상기 정합점측의 상기 변수의 값을 이용하여 조정이 행해지는 것인 플라즈마 착화 지원 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 직선 상에 있어서, 상기 개시점보다 상기 제한점에 가까운 점을 새로운 개시점으로서 갱신하는 갱신 공정을 더 실행하는 플라즈마 착화 지원 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변수는, 복수의 변수이고,
    상기 수집 공정에서는, 상기 플라즈마에 고주파 전력을 공급하는 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스의 정합에 관한 조정 가능한 상기 복수의 변수의 각각의 값의 조합에 대해, 상기 전력 공급부와 상기 플라즈마 사이의 임피던스의 정합 상태를 나타내는 측정값이 수집되며,
    상기 제1 특정 공정에서는, 각각의 상기 복수의 변수에 대응하는 점으로부터 상기 정합점에 이르는 벡터에 대해 상기 측정값의 변화의 기울기가 최대가 되는 상기 변수의 값의 조합에 대응하는 점이 상기 통과점으로서 특정되는 것인 플라즈마 착화 지원 방법.
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