CN111293024A - 控制方法和等离子体处理装置 - Google Patents

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CN111293024A CN201911203373.8A CN201911203373A CN111293024A CN 111293024 A CN111293024 A CN 111293024A CN 201911203373 A CN201911203373 A CN 201911203373A CN 111293024 A CN111293024 A CN 111293024A
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Abstract

本发明提供一种控制方法和等离子体处理装置。在等离子体处理装置的控制方法中，所述等离子体处理装置包括：在腔室内对基片保持部施加高频电力的高频电源；设置在所述基片保持部与所述高频电源之间的匹配器；和利用高频电力从气体生成等离子体的等离子体生成部，所述控制方法包括：获取所述匹配器进行匹配时的输出阻抗的步骤；获取表示所述腔室的电特性的F参数的步骤；使用所述输出阻抗和所述F参数来计算谐波产生的程度的步骤；和根据所述谐波产生的程度来控制所述匹配器的阻抗的步骤。根据本发明，不使用传感器就能够调节匹配器的相对于谐波的阻抗。

Description

控制方法和等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及控制方法和等离子体处理装置。
背景技术
为了应对工艺条件依赖和装置的仪器偏差，一边观测由等离子体处理装置产生的谐波一边进行控制是有用的。例如考虑设置RF传感器、阻抗传感器等传感器，一边观测谐波一边调节匹配器相对于谐波的阻抗的技术。专利文献1提出了一种在高频电源侧设置阻抗传感器，使用该传感器来调节阻抗的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-73247号公报。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明提供一种不使用传感器就能够调节匹配器的相对于谐波的阻抗的技术。
用于解决技术问题的技术手段
依照本发明的一个方式，提供一种等离子体处理装置的控制方法，其中，所述等离子体处理装置包括：在腔室内对基片保持部施加高频电力的高频电源；设置在所述基片保持部与所述高频电源之间的匹配器；和利用高频电力从气体生成等离子体的等离子体生成部，所述控制方法包括：获取所述匹配器进行匹配时的输出阻抗的步骤；获取表示所述腔室的电特性的F参数的步骤；使用所述输出阻抗和所述F参数来计算谐波产生的程度的步骤；和根据所述谐波产生的程度来控制所述匹配器的阻抗的步骤。
发明效果
依照本发明的一个方式，不使用传感器就能够调节匹配器的相对于谐波的阻抗。
附图说明
图1是表示一实施方式的等离子体处理装置的一例的纵截面图。
图2是用于说明一实施方式的谐波产生模型的一例的图。
图3是用于说明一实施方式的谐波的控制方法的图。
图4是表示一实施方式的匹配器的周边的电路结构的一例的图。
图5是表示一实施方式的谐波产生的程度的控制方法的步骤顺序的流程图。
图6是表示一实施方式的执行了谐波产生的程度的控制方法的结果的一例的图。
附图标记说明
1 等离子体处理装置
10 腔室
11 沉积物遮挡件
16 基片保持部
20 静电吸盘
22 直流电源
25 下部绝缘环
26 内壁部件
34 上部电极
42 上部绝缘环
83 挡板
89 供电棒
90 高频电源
200 控制部
201 F参数数据库
202 匹配器输出阻抗数据库。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。此外，在本说明书和附图中，对实质上相同的结构标注相同的附图标记，而省略重复的说明。
[等离子体处理装置的整体结构]
首先，参照图1，对一实施方式的等离子体处理装置1的一例进行说明。图1是表示一实施方式的等离子体处理装置1的一例的图。本实施方式的等离子体处理装置1是平行平板的电容耦合型等离子体处理装置，具有例如由表面经阳极氧化处理的铝构成的圆筒状的腔室10。腔室10接地。
在腔室10的底部隔着由陶瓷等构成的绝缘板12配置有圆柱状的支承台14，在该支承台14上设置有例如由铝构成的基片保持部16。基片保持部16构成下部电极，在其上设置有静电吸盘20。
在静电吸盘20上保持晶片W。静电吸盘20具有用绝缘层20b夹着由导电膜构成的电极20a的结构。电极20a与直流电源22连接，利用由来自直流电源22的直流电压生成的库仑力等静电力而将晶片W吸附保持在静电吸盘20。
在基片保持部16上，在晶片W的周缘配置有例如由硅构成的导电性的边缘环24(也称为聚焦环。)。在基片保持部16和支承台14的外周侧面设置有由石英等构成的圆筒状的内壁部件26。在边缘环24的外周侧面设置有由石英等构成的环状的下部绝缘环25。
在支承台14的内部例如圆周上设置有致冷剂室28。致冷剂室28从设置于外部的冷却单元经由配管30a，30b被循环供给规定温度的致冷剂，例如冷却水，利用致冷剂的温度来控制基片保持部16上的晶片W的处理温度。此外，来自导热气体供给机构的导热气体，例如He气体经由气体供给通路32被供给到静电吸盘20的上表面与晶片W的背面之间。
在基片保持部16的上方与基片保持部16相对地设置有上部电极34。上部电极34与下部电极(基片保持部16)之间形成等离子体处理空间U。
上部电极34经由绝缘性的上部绝缘环42支承于腔室10的顶部。上部电极34包括：构成与基片保持部16相对的相对面且具有多个排气孔37的电极板36；和可拆装地支承该电极板36且由导电性材料例如表面经阳极氧化处理的铝构成的电极支承体38。电极板36优选由铝、SiC构成。在电极支承体38的内部设置有气体扩散室40，从该气体扩散室40连通到排气孔37的多个气体流通孔41向下方延伸。
在电极支承体38形成有向气体扩散室40导入处理气体的气体导入口62，该气体导入口62与气体供给管64连接，气体供给管64与处理气体供给源66连接。在气体供给管64从配置有处理气体供给源66的上游侧依次设置有质量流量控制器(MFC)68和开闭阀70。此外，处理气体从处理气体供给源66经由气体供给管64到达气体扩散室40，经气体流通孔41从排气孔37以喷淋状被供给到等离子体处理空间U。这样一来，上部电极34作为用于供给处理气体的喷淋头发挥作用。
高频电源90经由匹配器88和供电棒(电缆)89与下部电极(基片保持部16)连接。高频电源90对基片保持部16施加等离子体生成用的高频电力。等离子体生成用的高频电力是RF电力的一例。在本实施方式中，将等离子体生成用的高频电力作用RF电力来进行说明。RF的频率可以为40MHz～60MHz。匹配器88使高频电源90的输出阻抗与负载侧的阻抗相匹配。
在基片保持部16也可以设置经由供电棒(电缆)和匹配器对基片保持部16施加离子引入用的高频电力的高频电源。由此，离子被引入基片保持部16上的晶片W。施加离子引入用的高频电力的高频电源可以输出2MHz～13.56MHz的范围内的频率的高频电力。离子引入用的高频电力为RF电力的一例。
在腔室10的底部设置有排气口80，该排气口80经由排气管82与排气装置84连接。排气装置84具有涡轮分子泵等真空泵，能够将腔室10内减压至所希望的真空度。此外，在腔室10的侧壁设置有晶片W的送入送出口85，该送入送出口85能够由闸阀86开闭。此外，沿腔室10的内壁可拆装地设置有用于防止在腔室10附着蚀刻时等生成的副生成物(沉积物)的沉积物遮挡件11。沉积物遮挡件11也设置于内壁部件26的外周、顶板部的一部分。在腔室10的底部的腔室10的壁侧的沉积物遮挡件11与内壁部件26侧的沉积物遮挡件11之间设置有挡板83。作为沉积物遮挡件11和挡板83，可以使用在铝材上覆盖了Y2O3等陶瓷的部件。
在上述构成的等离子体处理装置1中进行蚀刻处理时，首先，使闸阀86成为打开状态，经由送入送出口85将晶片W送入腔室10内，载置在基片保持部16上。然后，从处理气体供给源66以规定的流量供给用于蚀刻等的等离子体处理的气体，经由气体扩散室40、气体流通孔41和排气孔37供给到腔室10内。此外，用排气装置84将腔室10内排气，设定成工艺条件的压力。
像这样在腔室10内导入了气体的状态下，从高频电源90将RF电力施加到基片保持部16。此外，从直流电源22将直流电压施加到电极20a，用静电吸引力将晶片W保持在基片保持部16。
等离子体生成部利用RF电力从被导入到等离子体处理空间U的气体来生成等离子体。利用等离子体中的自由基、离子对晶片W的被处理面实施蚀刻等的等离子体处理。
在等离子体处理装置1设置有控制装置整体的动作的控制部200。控制部200按照保存于ROM和RAM等存储器的方案，来执行蚀刻等等离子体处理。方案中可以设定装置对工艺条件的控制信息，即工艺时间、压力(气体的排气)、高频电力或电压、各种气体流量。此外，方案中也可以设定腔室内温度(上部电极温度、腔室的侧壁温度、晶片W温度、静电吸盘温度等)、从冷却器输出的致冷剂的温度等。此外，表示这些工艺的步骤顺序、条件的方案也可以存储于硬盘、半导体存储器中。另外，方案也可以以收纳于CD-ROM、DVD等能够由移动式计算机读取的存储介质的状态设置在规定位置，使得能够被读取。
控制部200具有F参数数据库201和匹配器输出阻抗数据库202。F参数表示腔室10的电特性，在腔室10中预先测量得到。作为测量方法的一例，在下部电极设置夹具，利用设置于夹具的计量器来测量3种模式的下部电极的阻抗。作为3种模式的一例，测量在下部电极具有规定的电阻值(50Ω等)时的下部电极阻抗、使下部电极短路(short)时的下部电极阻抗和使下部电极断开(open)时的下部电极阻抗。不过，测量下部电极的阻抗的方法不限于此。
从这3种模式的阻抗，确定基波的F参数和谐波的F参数，存储在F参数数据库201。由此，将基波的F参数和谐波的F参数预先数据库化。
匹配器88如图2所示，具有可变电容器VC1和可变电容器VC2以及可变电容器VC3。可变电容器VC3调节相对于谐波的阻抗。可变电容器VC1与高频电源90并联地配置。可变电容器VC2与高频电源90串联地配置。可变电容器VC3夹着可变电容器VC2在可变电容器VC1的相反侧的位置与高频电源90并联地配置。可变电容器VC1是与高频电源并联连接的第一可变电容器的一例。可变电容器VC2是与高频电源串联连接的第二可变电容器的一例。可变电容器VC3是相对于第一可变电容器和第二可变电容器在基片保持部16一侧与第一可变电容器并联连接的第三可变电容器的一例。
匹配器88的输出阻抗的测量中，将可变电容器VC1、VC2、VC3的位置例如各自设定为100，对于共计1003的位置的组合测量基波的输出阻抗和谐波的输出阻抗。在匹配器输出阻抗数据库202中存储测量出的1003的位置的基波的输出阻抗和谐波的输出阻抗。但是，匹配器88的输出阻抗的测量方法不限于此。由此，将基波的输出阻抗和谐波的输出阻抗预先数据库化。
[谐波产生模型]
接着，参照图2，对在一实施方式的等离子体处理装置1的腔室10内产生的谐波的产生模型进行说明。高频电源90经由匹配器88和供电棒89与下部电极连接。在与下部电极相对的上部电极34侧，配置有上部绝缘环42。当在等离子体处理空间U生成等离子体时，形成下部电极侧的鞘和上部电极34侧的鞘。
在图2的A－A面左侧，在下部电极侧存在下部电极(基片保持部16)、供电棒89、沉积物遮挡件11和挡板83等具有电感性成分的部件以及下部绝缘环25、内壁部件26等具有电容性成分的部件。
谐波的产生量取决于根据等离子体观察到的谐波的阻抗。在生成等离子体时，根据等离子体的状态而鞘振动，由此RF电力的基波被调制而产生谐波。根据以上所述，发明人将等离子体作为谐波的产生源，根据等离子体来观察，通过计算来求出能够观察到怎样的谐波的阻抗。
而且，发现了如下情况：在匹配器88设置可变电容器VC3，能够用可变电容器VC3来调节相对于谐波的阻抗。此外，可变电容器VC3可以配置在匹配器88内，也可以配置在匹配器88的输出侧的匹配器88与基片保持部16之间。
[谐波产生的程度]
接着，参照图3，说明根据等离子体来观察能够观察到怎样的谐波的阻抗，即谐波产生的程度的算出方法。首先，使用匹配器88使负载侧的阻抗接近匹配点，使匹配动作完成。在本说明书中，使负载侧的阻抗接近匹配点，意味着使负载侧的阻抗在理想情况下与匹配点一致。
接着，基于预先存储的匹配器输出阻抗数据库202，获取由匹配器88的匹配动作得到的与匹配点相应的基波的输出阻抗和谐波的输出阻抗。
如图3所示，能够使用预先存储于F参数数据库201的基波的F参数，将匹配器88的输出阻抗中基波的输出阻抗变换为基波的下部电极阻抗。同样，能够使用预先存储于F参数数据库201的谐波的F参数，将谐波的输出阻抗变换为谐波的下部电极阻抗。
接着，对下部电极阻抗与等离子体阻抗的关系进行说明。利用匹配器88对基波获取阻抗的匹配。因此，基波的下部电极阻抗与基波的等离子体阻抗存在复共轭的关系。由此，根据基波的下部电极阻抗能够计算基波的等离子体阻抗。其结果，基于计算出的基波的等离子体阻抗，能够计算下部电极侧的鞘、上部电极侧的鞘和上部绝缘环42的静电电容之和即纵静电电容CT。
根据等离子体来观察到的谐波的阻抗的产生量(以下，称为“谐波产生量P”。)通过以下的式(1)来求取。
P＝RV2/|Z|2……(1)
在式(1)中，V是由等离子体产生的高频电压。R是根据等离子体来观察到的谐波电阻。Z是根据等离子体来观察到的谐波的阻抗，即根据等离子体来观察到的谐波阻抗。
使高频电压V在同一工艺条件下一定，当简化式(1)时成为式(2)。
Figure BDA0002296411570000081
式(2)的右项(R/|Z|2)表示谐波产生的程度。式(2)的根据等离子体来观察到的谐波阻抗Z能够根据下部电极侧的鞘、上部电极侧的鞘和上部绝缘环42的总静电电容CT以及谐波的下部电极阻抗来计算。此外，式(2)的根据等离子体来观察到的谐波电阻R能够作为根据等离子体来观察到的谐波阻抗Z的实部来计算。另外，如上所述，能够使用预先存储于F参数数据库201的谐波的F参数，将谐波的输出阻抗变换为谐波的下部电极阻抗。另外，能够根据存在复共轭的关系的基波的下部电极阻抗来计算基波的等离子体阻抗，能够根据基波的等离子体阻抗来计算下部电极侧的鞘、上部电极侧的鞘和上部绝缘环42的总静电电容CT。如上所述，能够计算根据等离子体来观察到的谐波阻抗Z，由此，能够计算谐波产生的程度。
此外，如图4所示，优选在图3所示的谐波产生模型的电路的高频电源90与匹配器88之间配置低通滤波器LPF。由此，在通过滤除谐波来计算谐波产生的程度时，能够排除高频电源90和供电棒89的影响。但是，也可以在高频电源90与匹配器88之间不配置低通滤波器LPF。
[谐波产生的程度的控制方法]
接着，参照图5所示的流程图，对一实施方式的控制谐波产生的程度的方法的步骤顺序进行说明。谐波产生的程度的控制方法是通过控制部200执行存储于存储器中的表示谐波产生的程度的控制方法的步骤顺序的程序而实施的。
在开始本处理时，控制部200使用匹配器88使负载侧的阻抗接近匹配点或者一致，完成匹配动作(步骤S1)。接着，控制部200基于匹配器输出阻抗数据库202，获取所得的匹配点中的输出阻抗(基波、谐波)(步骤S2)。
接着，控制部200通过上述的算出方法，计算式(2)所示的谐波产生的程度(步骤S3)。接着，控制部200基于计算出的谐波产生的程度，计算成为预先设定的所希望的谐波产生的程度的可变电容器VC3的位置(步骤S4)。
接着，控制部200在计算出的位置控制可变电容器VC3(步骤S5)。接着，控制部200基于匹配器输出阻抗数据库202，在此获取所控制的可变电容器VC1、VC2、VC3的位置中的输出阻抗(基波、谐波)(步骤S6)。接着，控制部200计算式(2)所示的谐波产生的程度(步骤S7)。
接着，控制部200判断计算出的谐波产生的程度是否包含于预先设定的所希望的谐波产生的程度的范围(步骤S8)。控制部200在判断为计算出的谐波产生的程度包含于所希望的谐波产生的程度的范围时，使本处理结束。另一方面，控制部200在判断为计算出的谐波产生的程度不包含于所希望的谐波产生的程度的范围时，回到步骤S4。控制部200反复进行步骤S4以后的处理直至判断为计算出的谐波产生的程度包含于所希望的谐波产生的程度的范围。
[实验结果]
最后，参照图6，说明控制部200按照图5的控制方法的步骤顺序调节了匹配器的相对于谐波的阻抗时的实验结果的一例。本实验的工艺条件如以下所示。
＜工艺条件＞
压力：40mTorr(5.33Pa)。
气体种：CF4气体。
RF电力：1000W(基波的频率，大约40MHz)。
在上述条件下，进行了蚀刻硅氧化膜(SiO2)的实验。其结果在NO.1～NO.4中表示。
图6的第一行表示大约40MHz的基波的下部电极的阻抗。第二行表示基波的3倍即大约122MHz的谐波的下部电极的阻抗。第三行表示下部电极侧的鞘、上部电极34侧的鞘和上部绝缘环42的总静电电容CT的计算结果。第四行表示根据等离子体来观察到的谐波的阻抗。第五行表示使用式(2)计算出的谐波产生的程度。最后一行的图表表示直径为300mm的晶片的X轴和Y轴的硅氧化膜的蚀刻速率(E/R)。
根据以上的实验结果，计算出的谐波产生的程度越小，硅氧化膜的蚀刻速率的偏差变得越小，晶片W上的处理的面内均匀性变得越高。而且，计算出的谐波产生的程度越大，硅氧化膜的蚀刻速率的偏差变得越大，晶片的中央侧与外周侧相比蚀刻速率变得越高。从以上的结果可知，根据计算出的谐波产生的程度，用可变电容器VC3来调节相对于谐波的阻抗，由此能够控制晶片W上的蚀刻的特性等。
此外，在本实验中，使用基波的3倍的谐波的下部电极的阻抗来计算谐波产生的程度。这是因为考虑到基波的3倍的谐波在腔室10的内部产生的基波的2倍以上的谐波中对阻抗调节施加的影响大。不过不限定于此，也可以使用基波的2倍、4倍等基波的3倍以外的谐波的下部电极的阻抗来计算谐波产生的程度。
如以上所说明的那样，依照本实施方式的等离子体处理装置1中的谐波的控制方法，使用匹配器的输出阻抗、腔室的F参数来计算谐波产生的程度。并且，用匹配器88的可变电容器VC3来调节相对于谐波的阻抗，以使得计算出的谐波产生的程度成为最优值。由此，能够不使用RF传感器或者阻抗传感器等传感器而调节匹配器的相对于谐波的阻抗。由此，能够控制蚀刻的特性。另外，当使用本实施方式的控制方法时，无需使用高价的上述传感器，利于等离子体处理装置的量产。
此外，在上述实施方式中，将等离子体生成用的高频电源90作为RF电源，计算从高频电源90输出的RF电力的谐波产生的程度，调节了相对于谐波的阻抗，不过并不限于此。例如，也可以将离子引入用的高频电力作为RF电源，计算从该高频电源输出的RF电力的谐波产生的程度，调节相对于谐波的阻抗。即，也可以计算从等离子体生成用的高频电源和离子引入用的高频电源中的至少一个高频电源输出的RF电力的谐波产生的程度，来调节相对于谐波的阻抗。
应当认为，本次公开的一实施方式的控制方法和等离子体处理装置在所有方面均是例示而并非限制性的。上述的实施方式在不超出所附的权利要求的范围及其主旨的情况下，能够以各种方式进行变形和改良。上述多个实施方式所记载的技术手段，能够在不矛盾的范围内也能够获得其他特征，此外能够在不矛盾的范围内进行组合。
本发明的等离子体处理装置也能够应用Capacitively Coupled Plasma(CCP，电容耦合等离子体)、Inductively Coupled Plasma(ICP，电感耦合等离子体)、Radial LineSlot Antenna(RLSA，径向线隙缝天线)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR，电子回旋共振等离子体)、Helicon Wave Plasma(HWP，螺旋波等离子体)的任意类型。
在本说明书中，作为基片的一例举出晶片W进行了说明。然而，基片并不限于此，也可以是在FPD(Flat Panel Display，平板显示器)中使用的各种基片、印刷电路板等。

Claims (6)

1.一种等离子体处理装置的控制方法，所述等离子体处理装置包括：在腔室内对基片保持部施加高频电力的高频电源；设置在所述基片保持部与所述高频电源之间的匹配器；和利用高频电力从气体生成等离子体的等离子体生成部，所述控制方法的特征在于，包括：
获取所述匹配器进行匹配时的输出阻抗的步骤；
获取表示所述腔室的电特性的F参数的步骤；
使用所述输出阻抗和所述F参数来计算谐波产生的程度的步骤；和
根据所述谐波产生的程度来控制所述匹配器的阻抗的步骤。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
获取所述输出阻抗的步骤包括获取基波的所述输出阻抗和谐波的所述输出阻抗的步骤，
所述计算谐波产生的程度的步骤包括：
根据基波的所述输出阻抗来计算等离子体阻抗的步骤；和
根据谐波的所述输出阻抗和等离子体阻抗来计算所述谐波产生的程度的步骤。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于：
在所述高频电源与所述匹配器之间设置低通滤波器。
4.如权利要求1～3中任一项所述的控制方法，其特征在于：
控制所述匹配器的阻抗的步骤包括利用可变电容器来控制所述匹配器的相对于谐波的阻抗的步骤。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于：
所述可变电容器是相对于所述匹配器内的第一可变电容器和第二可变电容器在所述基片保持部一侧与所述第一可变电容器并联连接的第三可变电容器，其中，所述第一可变电容器与所述高频电源并联连接，所述第二可变电容器与所述高频电源串联连接。
6.一种等离子体处理装置，其特征在于：
包括控制部，其执行表示所述权利要求1～权利要求5中任一项所述的控制方法的步骤顺序的程序。
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