CN112447479A - 等离子体处理系统和等离子体点火辅助方法 - Google Patents

等离子体处理系统和等离子体点火辅助方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理系统和等离子体点火辅助方法。等离子体处理系统的控制装置执行收集工序、第一确定工序、第二确定工序以及点火工序。在收集工序中，关于同电力供给部与等离子体之间的阻抗的匹配有关的各个可调节的变量的值，收集表示阻抗的匹配状态的测定值。在第一确定工序中，确定相对于从与各个变量对应的点到匹配点的向量的、测定值的变化的斜率最大的变量的值所对应的通过点，所述匹配点为与阻抗最匹配的状态下的测定值对应的点。在第二确定工序中，将包括通过点和匹配点的直线上的比通过点更远离匹配点的点确定为控制的开始点。在点火工序中，从开始点沿直线向匹配点控制各个变量，由此在等离子体处理装置内使等离子体点火。

Description

等离子体处理系统和等离子体点火辅助方法
技术领域
本公开涉及一种等离子体处理系统和等离子体点火辅助方法。
背景技术
在近年来的半导体的制造工艺中，使用利用等离子体来加工基板的等离子体处理装置。在等离子体处理装置中，向处理容器内供给处理气体，以将处理容器内调节为规定的压力。而且，通过向处理容器内供给高频电力，来进行处理气体的等离子体化，通过等离子体对处理容器内收容的基板实施蚀刻等等离子体处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-153274号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种能够使等离子体稳定地点火的等离子体处理系统和等离子体点火辅助方法。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式的等离子体处理系统具备等离子体处理装置和控制装置。等离子体处理装置具有收容基板的处理容器，通过在处理容器内生成等离子体来对基板实施等离子体处理。控制装置控制等离子体处理装置。另外，控制装置执行收集工序、第一确定工序、第二确定工序以及点火工序。在收集工序中，关于同向等离子体供给高频电力的电力供给部与等离子体之间的阻抗的匹配有关的可调节的变量的各变量的值，收集表示电力供给部与等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值。在第一确定工序中，将相对于从与各个变量对应的点到匹配点的向量的、测定值的变化的斜率最大的变量的值所对应的点确定为通过点，所述匹配点为与阻抗最匹配的状态下的所述测定值对应的点。在第二确定工序中，将包括通过点和匹配点的直线上的比通过点更远离匹配点的点确定为控制的开始点。在点火工序中，控制各个变量，以使测定值从开始点沿直线向匹配点变化，由此在等离子体处理装置内使等离子体点火。
发明的效果
根据本公开的各种方面和实施方式，能够使等离子体稳定地点火。
附图说明
图1是表示本公开的一个实施方式的等离子体处理系统的一例的图。
图2是表示匹配器的结构的一例的图。
图3是表示控制变量与等离子体的发光强度的关系的一例的图。
图4是表示变量的调节方法的一例的图。
图5是表示变量的调节方法的一例的图。
图6是用于说明控制方向的决定方法的一例的图。
图7是表示反射波的电力的变化的一例的图。
图8是用于说明限制点和限制线的一例的图。
图9是用于说明执行工艺时的对控制变量的控制的一例的图。
图10是表示数据收集处理的一例的流程图。
图11是表示点火辅助处理的一例的流程图。
图12是表示实现控制装置的功能的计算机的一例的图。
具体实施方式
下面，基于附图来详细地说明公开的等离子体处理系统和等离子体点火辅助方法的实施方式。此外，并不通过以下的实施方式来限定公开的等离子体处理系统和等离子体点火辅助方法。
另外，在电力供给部与生成等离子体的处理空间之间设置有匹配电路，以将来自电力供给部的高频电力高效地供给至处理空间内的等离子体。匹配电路进行动作，以使电力供给部的输出阻抗与处理空间内的等离子体的阻抗相匹配。此外，下面将在处理空间内生成等离子体记载为等离子体点火。
在等离子体点火的过程中，等离子体的阻抗发生变化。因此，当在等离子体的点火过程中匹配电路动作时，有时在等离子体尚未点火的状态下匹配动作有进展，并且在等离子体没点火的状态下匹配动作就已稳定。另外，当在等离子体的点火过程中匹配电路动作时，即使等离子体暂时点火，有时也会由于匹配动作而导致等离子体再次灭火。像这样，当等离子体的点火与匹配动作并行地进行时，难以使等离子体稳定地点火。
因此，本公开提供一种能够使等离子体稳定地点火的技术。
[等离子体处理系统1的结构]
图1是表示本公开的一个实施方式的等离子体处理系统1的一例的图。等离子体处理系统1具备等离子体处理装置100和控制装置200。等离子体处理装置100通过被供给至相向的两个电极中的至少一方的高频电力来激励电极间滞留的处理气体。由此，等离子体处理装置100在处理容器室内生成等离子体，通过生成的等离子体对半导体晶圆W实施蚀刻等等离子体处理。在本实施方式中，等离子体处理装置100为使用电容耦合等离子体(CCP)的等离子体处理装置。
等离子体处理装置100例如由铝等金属形成为筒状(例如圆筒状)，并且具有用于收容作为基板的一例的半导体晶圆W的处理容器102。处理容器102接地。此外，等离子体处理系统103的形状不限于圆筒状，例如可以为方管状(例如箱状)。
在处理容器102内设置有用于载置半导体晶圆W的载置台110。载置台110由铝等形成为大致柱状(例如圆柱状)。此外，载置台110的形状不限于圆柱状，例如可以为棱柱状(例如多棱柱状)。另外，虽未图示，但在载置台110设置有通过静电力对半导体晶圆W进行吸附保持的静电吸盘、调节半导体晶圆W的温度的温度调节机构等。
在处理容器102的上部，经由绝缘构件106设置有例如由硅等导电体形成为板状的上部电极104。绝缘构件106例如由陶瓷等形成为环状，能够设置于上部电极104的外周。上部电极104以与载置台110相向的方式设置于载置台110的上方。将由处理容器102和上部电极104围成的空间定义为处理室161。
在处理容器102的侧壁形成有气体导入口121，气体导入口121经由配管123而与气体供给机构120连接。气体供给机构120具有气体供给源122、流量控制器124以及阀126。气体供给源122为CF4气体等处理气体的供给源。流量控制器124控制从气体供给源122向处理室161内供给的处理气体的流量。阀126控制从气体供给源122向处理室161内进行的处理气体的供给和供给停止。
在图1中，为了使说明简单，表现出气体供给机构120向处理容器102内供给单一种类的处理气体，但不限于气体供给机构120供给单一种类的处理气体的情况，也可以供给多种处理气体。另外，在图1中，从气体供给机构120供给的处理气体从设置于气体供给机构120的侧壁的气体导入口121供给至处理室161内，但作为其它例，也可以从上部电极104的大致中央向处理室161内供给处理气体。另外，上部电极104可以具有喷淋头构造。
在处理容器102的底部连接有排气管132，在排气管132上连接有具有真空泵等的排气装置130。能够通过排气装置130将处理室161内的气体排出，来将处理室161内的压力控制为期望的压力。
在处理容器102的侧壁形成有开口134，开口134通过闸阀136进行开闭。在搬入半导体晶圆W时，将闸阀136打开，通过未图示的搬送臂等搬送机构将半导体晶圆W搬入处理室161内，并且载置于载置台110上。而且，在搬送机构从处理室161内退出后，将闸阀136关闭，对半导体晶圆W进行处理。
另外，在处理容器102的侧壁设置有由石英等形成的窗108。窗108与测定在处理室161内生成的等离子体的发光强度的测定装置170连接。由测定装置170测定出的等离子体的发光强度的信息被输出至控制装置200。由测定装置170测定出的等离子体的发光强度的信息为表示电力供给部与等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值的一例。
上部电极104经由匹配器152而与高频电源150连接。高频电源150为电力供给部的一例。高频电源150向上部电极104供给预定的频率(例如60MHz)的高频电力。从高频电源150输出的高频电力的大小由控制装置200控制。此外，向上部电极104供给的高频电力的频率不限于60MHz，也可以为13.56MHz、27MHz或100MHz等。此外，高频电源150可以经由匹配器152而与载置台110连接。在该情况下，载置台110被用作下部电极。
图2是表示匹配器152的结构的一例的图。匹配器152具有电容可控制的VC1(变容器)和VC2。VC1串联地连接在高频电源150与上部电极104之间，VC2以与高频电源150并联的方式连接在高频电源150与接地电位(GND电位)之间。VC1和VC2进行动作，以使高频电源150的输出阻抗与处理室161内的等离子体的阻抗匹配。VC1和VC2的电容由控制装置200控制。另外，匹配器152向控制装置200输出表示相对于从高频电源150供给至上部电极104的高频电力的反射波的电力的大小的信息。
通过被供给至上部电极104的高频电力，在上部电极104与载置台110之间产生电位差。而且，通过所产生的电位差使存在于处理室161内的电子被加速，并且与被供给至处理室161内的处理气体碰撞，由此激励被供给至处理室161内的处理气体来进行处理室161内的处理气体的等离子体化。而且，通过等离子体中包含的离子、活性种来对载置台110上的半导体晶圆W实施蚀刻等规定的处理。
控制装置200具有存储器、处理器、输入输出接口等。在存储器中保存有制程等数据、程序等。处理器读出并且执行存储器中保存的程序。而且，处理器基于存储器中保存的制程等数据，经由输入输出接口来控制等离子体处理装置100的各部。
[控制变量与等离子体的关系]
图3是表示控制变量与等离子体的发光强度的关系的一例的图。在图3的例子中，将匹配器152中包括的VC1的控制量和VC2的控制量用作控制变量的一例。VC1和VC2的控制量为同定子的电极与转子的电极的重叠面积对应的量，是将电极板的电容的值最低的状态下的控制量设为0％且将电容的值最高的状态下的控制量设为100％的情况下的控制量。控制变量为同高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配有关的可调节的变量的一例。
例如如图3所示，等离子体的发光强度根据VC1的控制量与VC2的控制量的组合而不同。在图3中示出等离子体的发光强度越高则能够越高效地将来自高频电源150的高频电力供给至等离子体，并且高频电源150与等离子体之间的阻抗越取得匹配。其中，最大点PM为与高频电源150与等离子体之间的阻抗最匹配的状态下的等离子体的发光强度对应的点。最大点PM为匹配点的一例。
例如，当对图3的沿着通过最大点PM的直线L的方向上的等离子体的发光强度的分布进行图示时，例如为图4和图5那样。图4和图5为表示变量的调节方法的一例的图。例如如图4所示，相对于沿着直线L的方向上的控制变量的变化量的、等离子体的发光强度的变化量(即发光强度的变化的斜率)根据控制变量的值而不同。
在此，在从发光强度的变化的斜率平缓的方向沿直线L朝向发光强度最大的最大点PM进行控制变量的控制的情况下，等离子体的发光强度例如如图4的实线箭头所示的那样变化。在该情况下，在沿直线L朝向最大点PM进行控制变量的控制的过程中，即使等离子体点火，由于控制的超调等，有时会导致发光强度如图4的虚线箭头所示那样急剧地减少。由此，有时会导致已点火的等离子体灭火。
另一方面，例如如图5所示，在从发光强度的变化的斜率陡峭的方向沿直线L朝向最大点PM进行控制变量的控制的情况下，等离子体的发光强度例如如图5的实线箭头所示那样变化。在该情况下，在沿直线L朝向最大点PM进行控制变量的控制的过程中，等离子体点火，由于控制的超调等，发光强度如图5的虚线箭头所示那样减少。但是，在通过最大点PM后，发光强度缓慢地减少。因此，能够在等离子体灭火之前进行控制变量的微调节，能够使等离子体的发光强度再次接近最大点PM。由此，能够使等离子体稳定地点火。
因而，优选的是，在控制变量与等离子体的发光强度的关系中，确定发光强度的变化的斜率陡峭的控制变量的控制方向，并沿确定出的控制方向朝向发光强度最大的最大点PM控制控制变量。
[控制方向的决定方法]
为了决定控制变量的控制方向，首先，在等离子体已点火的状态下，一边进行控制变量的控制一边测定各个控制变量的值下的等离子体的发光强度。而且，例如如图6所示，将收集到的发光强度的测定值标记在以各个控制变量为轴的坐标上。图6是用于说明控制方向的决定方法的一例的图。在图6的例子中，匹配器152中包括的VC1的控制量和VC2的控制量被用作控制变量的一例。
接着，将与被标记在坐标上的发光强度的测定值之中的发光强度的测定值最大的控制变量的组合对应的点确定为最大点PM。
接着，将相对于以与各个控制变量的组合对应的点(测定点P)为起点且以最大点PM为终点的向量V的、发光强度的测定值的变化的斜率最大的测定点P确定为通过点PP。通过点PP为朝向最大点PM的方向上的发光强度的变化的斜率最陡峭的点。
接着，确定以通过点PP为起点且以最大点PM为终点的向量VP。向量VP的方向为控制变量的控制方向。
此外，计算最大点PM处的发光强度与测定点P处的发光强度的差同向量V的大小的比率来作为测定点P处的发光强度的测定值的变化的斜率。在将发光强度的测定值视作控制变量的函数时，可以计算朝向向量V所示的方向的方向微分值来作为测定点P处的发光强度的测定值的变化的斜率。另外，需要使确定出的通过点PP向量VP所示的方向上的如下的点：在从通过点PP至最大点PM的向量VP上，发光强度的测定值单调递增。因此，当在向量VP所示的方向上从通过点PP至最大点PM的向量VP上的至少一部分中发光强度的测定值减少的情况下，不被确定为通过点PP。
接着，确定包括确定出的向量V的直线L1。而且，在直线L1上，将比通过点PP更远离最大点PM且与等离子体未点火的区域内的控制变量的组合对应的点确定为控制的开始点PS。此外，关于开始点PS期望的是，在从开始点PS至通过点PP的直线L1上，发光强度的测定值不变或单调递增。
[点火控制]
在使用等离子体实际进行的工艺中，控制各个控制变量，以使等离子体的发光强度从开始点PS沿直线L1向最大点PM变化。此时，例如如图7所示，测定相对于从高频电源150供给至上部电极104的高频电力的反射波的电力的大小。图7是表示反射波的电力的变化的一例的图。
接着，将与反射波的电力减少的斜率最大的定时tp下的控制变量的值的组合对应的点确定为限制点PL。而且，在等离子体实际点火后，例如如图8所示，在以各个控制变量为轴的坐标上，将通过限制点PL并且与直线L1正交的直线确定为限制线L2。图8是用于说明限制点PL和限制线L2的一例的图。而且，使用比限制线L2更靠最大点PM侧的控制变量的值来进行等离子体的调节。由此，在点火后进行的控制变量的调节中，不使用比限制线L2更靠开始点PS侧的控制变量的值，因此能够抑制等离子体的灭火。
由此，在使用等离子体实际进行的工艺中，例如如图9所示那样控制各个控制变量，以使等离子体的发光强度变化。图9是用于说明执行工艺时的对控制变量的控制的一例的图。
首先，控制各个控制变量，以使等离子体的发光强度沿从开始点PS直线L1向最大点PM变化。而且，基于反射波的电力的变化来确定限制点PL，检测等离子体的点火。在等离子体点火后，使用比限制点PL更靠最大点PM侧的控制变量的值(范围ΔL中包括的控制变量的值)来进行等离子体的调节。在范围ΔL中，等离子体的发光强度的变化平缓，因此即使稍微发生控制的超调，等离子体灭火的风险也小。因此，在点火后进行的控制变量的调节中，能够抑制等离子体的灭火。
另外，在图8所例示的直线L1上，将比开始点PS更靠近限制点PL的点PS’更新为新的开始点PS。由此，在下一次进行等离子体的点火时，能够缩短从开始进行控制起至等离子体点火为止所需的时间。
[数据收集处理]
图10是表示数据收集处理的一例的流程图。在图10所例示的数据收集处理中，针对控制变量的每个组合测定等离子体的发光强度，根据测定出的等离子体的发光强度的分布来确定最大点PM、通过点PP以及开始点PS。图10所例示的数据收集处理是通过控制装置200控制等离子体处理装置100的各部来实现的。
首先，在预定的VC1的控制量和VC2的控制量下，在处理室161内生成等离子体(S10)。
接着，控制装置200在预定的VC1的控制量的值之中选择一个未选择的控制量的值(S11)。在步骤S11中，控制装置200例如以1％的步长在0％至100％的VC1的控制量的值之中依次选择VC1的控制量的值。
接着，控制装置200在预定的VC2的控制量的值之中选择一个未选择的控制量的值(S12)。在步骤S12中，控制装置200例如以1％的步长在0％至100％的VC2的控制量的值之中依次选择VC2的控制量的值。
接着，测定装置170测定处理室161内的等离子体的发光强度(S13)。控制装置200将由测定装置170测定出的等离子体的发光强度的信息与通过步骤S11选择出的控制量及通过步骤S12选择出的控制量相对应地保持于存储器中。
接着，控制装置200判定是否已选择了预定的VC2的控制量的值之中的全部的控制量的值(S14)。在存在未选择的控制量的值的情况下(S14：“否”)，控制装置200再次执行步骤S12所示的处理。
另一方面，在已选择了全部的控制量的值的情况下(S14：“是”)，控制装置200判定是否已选择了预定的VC1的控制量的值之中的全部的控制量的值(S15)。在存在未选择的控制量的值的情况下(S15：“否”)，控制装置200再次执行步骤S11所示的处理。步骤S10至S15的处理为收集工序的一例。
另一方面，在已选择了全部的控制量的值的情况下(S15：“是”)，控制装置200使用收集到的数据来确定通过点PP(S16)。例如，控制装置200关于等离子体的发光强度，在控制变量(VC1的控制量和VC2的控制量)的关系中计算相对于以与各个控制变量对应的点为起点且以最大点PM为终点的向量V的、发光强度的测定值的变化的斜率。而且，控制装置200将计算出的相对于向量V的、发光强度的测定值的变化的斜率最大的控制变量的值的组合所对应的点确定为通过点PP。步骤S16为第一确定工序的一例。
接着，控制装置200使用确定出的通过点PP来确定开始点PS(S17)。例如，控制装置200将包括从通过点PP至最大点PM的向量VP的直线L1上的比通过点PP更远离最大点PM的点确定为控制的开始点PS。步骤S17为第二确定工序的一例。然后，本流程图所示的数据收集处理结束。
[点火辅助处理]
图11是表示点火辅助处理的一例的流程图。图11所例示的点火辅助处理是通过控制装置200控制等离子体处理装置100的各部来实现的。此外，在开始图11所例示的点火辅助处理之前，已将半导体晶圆W载置于载置台110上，向处理室161内供给处理气体，并且将处理室161内调节为预定的压力。
首先，控制装置200控制高频电源150和匹配器152，来将VC1的控制量和VC2的控制量设定为与开始点PS对应的值(S20)。然后，控制装置200判定在处理室161内等离子体是否已点火(S21)。在本实施方式中，控制装置200在从匹配器152输出的反射波的电力的大小减少至预定的阈值以下的情况下，判定为在处理室161内等离子体已点火。步骤S21为测定工序的一例。
此外，控制装置200可以在从测定装置170输出的发光强度增加至预定的阈值以上的情况下，判定为在处理室161内等离子体已点火。另外，控制装置200可以在从匹配器152输出的反射波的电力的大小减少至预定的阈值以下并且从测定装置170输出的发光强度增加至预定的阈值以上的情况下，判定为在处理室161内等离子体已点火。
当在处理室161内等离子体未点火的情况下(S21：“否”)，例如如图8所说明的那样，控制装置200以规定量变更VC1的控制量和VC2的控制量，以使等离子体的发光强度沿直线L1向最大点PM变化(S22)。然后，再次执行步骤S21所示的处理。步骤S22为点火工序的一例。
另一方面，当在处理室161内等离子已体点火的情况下(S21：“是”)，控制装置200基于从匹配器152输出的反射波的电力的大小的历史记录来确定限制点PL(S23)。例如如图7和图8所说明的那样，控制装置200将反射波的电力减少的斜率最大的VC1的控制量和VC2的控制量的值的组合所对应的点确定为限制点PL。步骤S23为第三确定工序的一例。
然后，例如如图8所说明的那样，控制装置200将通过限制点PL且与直线L1正交的直线确定为限制线L2(S24)。然后，控制装置200将比开始点PS更靠近限制点PL的点PS’更新为新的开始点PS(S25)。步骤S25为更新工序的一例。
接着，控制装置200执行等离子体的稳定控制(S26)。在步骤S26中，使用与比限制线L2更靠最大点PM侧的点对应的VC1的控制量和VC2的控制量的值，来调节VC1的控制量和VC2的控制量，以使高频电源150与等离子体之间的阻抗进一步匹配。具体地说，调节VC1的控制量和VC2的控制量，以使从匹配器152输出的反射波的电力的大小变小。此外，对VC1的控制量的调节和对VC2的控制量的调节可以同时进行，也可以交替进行，还可以只进行其中任一方。步骤S26为稳定控制工序的一例。
接着，控制装置200基于存储器中保存的制程来判定针对半导体晶圆W的等离子体处理是否已结束(S27)。在等离子体处理未结束的情况下(S27：“否”)，再次执行步骤S26所示的处理。
另一方面，在等离子体处理已结束的情况下(S27：“是”)，控制装置200使高频电力的供给停止。然后，将处理后的半导体晶圆W从处理室161内搬出，本流程图所示的点火辅助处理结束。
此外，在图11的例子中，在确定限制线L2的工序(S24)与执行等离子体的稳定控制的工序(S26)之间执行更新开始点PS的工序(S25)，但公开的技术不限于此。例如，可以在等离子体处理结束(S27：“是”)之后执行更新开始点PS的工序(S25)。另外，可以在开始对下一个半导体晶圆W进行点火辅助处理之前执行更新开始点PS的工序(S25)，也可以在紧挨将VC1的控制量和VC2的控制量设定为与开始点PS对应的值的工序(S20)之前来执行。
[硬件]
控制装置200例如由如图12所示的结构的计算机90实现。图12是表示实现控制装置200的功能的计算机90的一例的图。计算机90具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)91、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)92、ROM(Read Only Memory：只读存储器)93、辅助存储装置94、通信I/F(接口)95、输入输出I/F 96以及媒体I/F 97。
CPU 91基于ROM 93或辅助存储装置94中保存的程序来动作，进行各部的控制。ROM93保存在计算机90启动时由CPU 91执行的启动程序、取决于计算机90的硬件的程序等。
辅助存储装置94例如为HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)或SSD(Solid StateDrive：固态硬盘)等，保存由CPU 91执行的程序、通过该程序使用的数据等。CPU 91将从辅助存储装置94中读出该程序后加载至RAM 92上，并执行加载后的程序。
通信I/F 95经由LAN(Local Area Network：局域网)等通信线路而与等离子体处理装置100之间进行通信。通信I/F 95经由通信线路从等离子体处理装置100接收数据并且发送至CPU 91，经由通信线路将CPU 91生成的数据发送至等离子体处理装置100。
CPU 91经由输入输出I/F 96来控制键盘等输入装置和显示器等输出装置。CPU 91经由输入输出I/F 96获取从输入装置输入的信号并且发送至CPU 91。另外，CPU 91经由输入输出I/F 96将生成的数据输出至输出装置。
媒体I/F 97读取存储介质98中保存的程序或数据，并且保存到辅助存储装置94中。存储介质98例如为DVD(Digital Versatile Disc：数字多功能光盘)、PD(Phase changerewritable Disk：相变可重写磁盘)等光学记录介质、MO(Magneto-Optical disk)等磁光记录介质、带介质、磁记录介质或半导体存储器等。在辅助存储装置94中保存工艺的制程、通过数据收集处理收集到的数据、最大点PM、通过点PP、直线L1、开始点PS、限制点PL、限制线L2等信息。
计算机90的CPU 91从记录介质98中读取出被加载到RAM 92上的程序并且保存到辅助存储装置94中，但作为其它例，也可以经由通信线路从其它装置获取程序并且保存到辅助存储装置94中。
以上对一个实施方式进行了说明。如上述的那样，本实施方式中的等离子体处理系统1具备等离子体处理装置100和控制装置200。等离子体处理装置100具有用于收容半导体晶圆W的处理容器102，通过在处理容器102内生成等离子体来对半导体晶圆W实施等离子体处理。控制装置200控制等离子体处理装置100。另外，控制装置200执行收集工序、第一确定工序、第二确定工序以及点火工序。在收集工序中，关于同向等离子体供给高频电力的高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配有关的各个可调节的变量的值，收集表示高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值。在第一确定工序中，将相对于从与各个变量对应的点到最大点PM的向量V的、测定值的变化的斜率最大的变量的值所对应的点确定为通过点PP，该最大点PM为与阻抗最匹配的状态下的测定值对应的点。在第二确定工序中，将包括通过点PP和最大点PM的直线L1上的比通过点PP更远离最大点PM的点确定为控制的开始点PS。在点火工序中，控制各个变量以使测定值从开始点PS沿直线L1向最大点PM变化，由此在等离子体处理装置100内使等离子体点火。由此，能够使等离子体稳定地点火。
另外，在上述的实施方式中，第一确定工序中的测定值的变化的斜率是通过将最大点PM处的测定值与同变量对应的点处的测定值的差除以向量V的大小而得到的。由此，能够计算朝向最大点PM的方向上的测定值的变化的斜率。
另外，在上述的实施方式中，在将测定值视作变量的函数时，第一确定工序中的测定值的变化的斜率为朝向向量V所示的方向的方向微分值。由此，能够计算朝向最大点PM的方向上的测定值的变化的斜率。
另外，在上述的实施方式中，表示高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值为等离子体的发光强度。由此，能够高精度地估计高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配状态。
另外，在上述的实施方式中，在等离子体点火后，控制装置200执行稳定控制工序，在该稳定控制工序中，调节各个变量的值以使高频电源150与等离子体之间的阻抗进一步匹配。由此，能够使高频电源150与等离子体之间的阻抗更加高精度地匹配。
另外，在上述的实施方式中，控制装置200还执行测定工序和第三确定工序。在测定工序中，在点火工序中测定来自上部电极104的高频电力的反射波的电力。在第三确定工序中，将与反射波的电力减少的斜率最大时的变量的值对应的点确定为限制点PL。在稳定控制工序中，使用比通过限制点PL且与直线L1正交的直线L2更靠最大点PM侧的多个变量的值来进行调节。由此，能够抑制等离子体的灭火。
另外，在上述的实施方式中，控制装置200还执行将直线L1上的比开始点PS更靠近限制点PL的点PS’更新为新的开始点PS的更新工序。由此，在下一次进行等离子体的点火时，能够缩短从开始进行控制起至等离子体点火为止所需的时间。
另外，在上述的实施方式中，同高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配有关的可调节的变量可以为多个变量。在该情况下，在收集工序中，关于同高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配有关的可调节的多个变量的各变量的值的组合，收集表示高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值。另外，在第一确定工序中，将相对于从与多个变量的各变量对应的点到最大点PM向量V的、测定值的变化的斜率最大的变量的值的组合所对应的点确定为通过点PP。由此，能够使用更符合实际的系统的变量，从而能够稳定地使等离子体点火。
另外，在上述的实施方式中，多个变量包括连接在向等离子体处理装置100内供给高频电力的上部电极104与高频电源150之间的匹配器152中包括的VC1的控制量和VC2的控制量中的至少一方。由此，能够容易地调节高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配。
[其它]
此外，公开的技术并不限定于上述的实施例，能够在其主旨的范围内进行各种变形。
例如，在上述的实施方式中，将等离子体的发光强度用作表示高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值。但是，公开的技术不限于此。例如，可以将相对于从高频电源150供给至等离子体的高频电力的反射波的电力的大小、从高频电源150供给至等离子体的高频电力与反射波的电力之比或者高频电力的Vpp与Vdc的比等用作表示高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值。或者，可以将从包括这些值和等离子体的发光强度的组中选择出的一个值或两个以上的值的组合用作表示高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值。此外，高频电力的Vpp为电压波形的最大值与最小值的差，高频电力的Vdc为叠加于高频电力的直流偏压。
另外，在上述的实施方式中，作为同高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配有关的可调节的变量的一例，使用了匹配器152内的VC1的控制量和VC2的控制量，但公开的技术不限于此。例如，在图2的例子中，在匹配器152内设置有两个变容器(VC1和VC2)，但可以使用基于线圈的可变电感(VL)来取代至少一个变容器。另外，在图2的例子中，VC2连接在高频电源150与VC1之间的节点同接地电位之间，但VC2也可以连接在VC1与上部电极104之间的节点同接地电位之间，追加的变容器VC3可以连接于VC1与上部电极104之间的节点。
另外，在上述的实施方式中，高频电源150向上部电极104供给预定的单一频率的高频电力，但公开的技术不限于此。例如，高频电源150可以向上部电极104供给相对于基本频率(例如60MHz)以±2％～20％左右进行了调制的频率的高频电力。在该情况下，控制装置200对从高频电源150输出的高频电力的频率进行调制，以使高频电源150的输出阻抗与处理室161内的等离子体的阻抗相匹配。作为与阻抗的匹配有关的可调节的变量，例如可以使用通过比例[％]来表示相对于基本频率可调制的频率的与高频电力的频率有关的控制量。
另外，作为同其它高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配有关的可调节的变量，可以使用处理气体的种类、处理气体的压力、处理气体的流量、处理室161内的压力、半导体晶圆W的温度等。另外，在等离子体点火时使用的变量和在等离子体点火后的等离子体的安定控制中使用的变量可以相同，也可以不同。
另外，在上述的实施方式中，通过多个变量的调节来进行高频电源150与等离子体之间的阻抗的匹配，但公开的技术不限于此，也可以通过一种变量的调节进行匹配。例如，也可以使VC2的控制量、其它变量固定，仅通过VC1的控制量来进行一系列的控制。
另外，在上述的实施方式中，将基于通过数据收集处理收集到的数据确定出的最大点PM用作同高频电源150与等离子体之间的阻抗最匹配的状态对应的点，但公开的技术不限于此。例如，可以在等离子体点火后的稳定控制中，通过高频电源150与等离子体之间的阻抗实际最匹配的点PM’来更新最大点PM。在最大点PM被更新了的情况下，使用更新后的最大点PM来更新向量VP、直线L1以及开始点PS。由此，能够基于在实际进行工艺的环境下得到的测定值来控制等离子体的点火。
或者，也可以是，在最大点PM被更新了的情况下，为了使终点与更新后的最大点PM一致而将向量VP平行移动，由此更新向量VP的起点即通过点PP。在该情况下，使用更新后的最大点PM和通过点PP来更新直线L1和开始点PS。
另外，在上述的实施方式中，作为等离子体源的一例，说明了使用电容耦合等离子体(CCP)来进行处理的等离子体处理系统1，但等离子体源不限于此。作为电容耦合等离子体以外的等离子体源，例如列举电感耦合型等离子体(ICP)、微波激励表面波等离子体(SWP)、电子回旋共振等离子体(ECP)、螺旋波激励等离子体(HWP)等。即，不限于如电容耦合等离子体(CCP)那样利用高频电源和电极的等离子体源，在如使用高频电源和天线的电感耦合型等离子体(ICP)、使用微波电源和波导管的微波激励表面波等离子体(SWP)那样具有同等离子体生成用电源与等离子体之间的阻抗的匹配有关的可调节的变量的等离子体源中，也能够进行同样的控制。
此外，应当认为本次公开的实施方式在全部方面均为例示，而非限制性的。实际上，上述的实施方式能够以各种方式具体实现。另外，上述的实施方式在不脱离所附的权利要求书及其主旨的情况下可以通过各种方式进行省略、置换、变更。

Claims (14)

1.一种等离子体处理系统，具备：
等离子体处理装置，其具有收容基板的处理容器，通过在处理容器内生成等离子体来对所述基板实施等离子体处理；以及
控制装置，其控制所述等离子体处理装置，
其中，所述控制装置执行以下工序：
收集工序，关于同向所述等离子体供给高频电力的电力供给部与所述等离子体之间的阻抗的匹配有关的各个可调节的变量的值，收集表示所述电力供给部与所述等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值；
第一确定工序，将相对于从与各个所述变量对应的点到匹配点的向量的、所述测定值的变化的斜率最大的所述变量的值所对应的点确定为通过点，所述匹配点为与所述阻抗最匹配的状态下的所述测定值对应的点；
第二确定工序，将包括所述通过点和所述匹配点的直线上的比所述通过点更远离所述匹配点的点确定为控制的开始点；以及
点火工序，控制各个所述变量，以使所述测定值从所述开始点沿所述直线向所述匹配点变化，由此在所述等离子体处理装置内使等离子体点火。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其特征在于，
在所述第一确定工序中，所述测定值的变化的斜率是通过将所述匹配点处的所述测定值与同所述变量对应的点处的所述测定值的差除以所述向量的大小而得到的。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其特征在于，
在所述第一确定工序中，在将所述测定值视作所述变量的函数时，所述测定值的变化的斜率为朝向所述向量所示的方向的方向微分值。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的等离子体处理系统，其特征在于，
表示所述电力供给部与所述等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值为从包括以下的值的组中选择出的一个值或两个以上的值的组合，所述值包含：所述等离子体的发光强度；针对从所述电力供给部供给至所述等离子体的高频电力的反射波的电力的大小；从所述电力供给部供给至所述等离子体的高频电力与所述反射波的电力之比；以及所述高频电力的电压波形的最大值与最小值的差同叠加于高频电力的直流偏压之比。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的等离子体处理系统，其特征在于，
在所述等离子体点火后执行稳定控制工序，在所述稳定控制工序中，调节各个所述变量的值，以使所述电力供给部与所述等离子体之间的阻抗进一步匹配。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理系统，其特征在于，
所述控制装置还执行以下工序：
测定工序，在所述点火工序中测定来自向所述等离子体处理装置内供给高频电力的导体的所述高频电力的反射波的电力；以及
第三确定工序，将与所述反射波的电力减少的斜率最大的所述变量的值对应的点确定为限制点，
在所述稳定控制工序中，使用比通过所述限制点且与所述直线正交的直线更靠所述匹配点侧的所述变量的值来进行调节。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理系统，其特征在于，
所述控制装置还执行更新工序，在所述更新工序中，将在所述直线上的比所述开始点更靠近所述限制点的点更新为新的开始点。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的等离子体处理系统，其特征在于，
所述变量为多个变量，
在所述收集工序中，关于同向所述等离子体供给高频电力的电力供给部与所述等离子体之间的阻抗的匹配有关的可调节的所述多个变量的各变量的值的组合，收集表示所述电力供给部与所述等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值，
在所述第一确定工序中，将相对于从与所述多个变量的各变量对应的点到所述匹配点的向量的、所述测定值的变化的斜率最大的所述变量的值的组合所对应的点确定为所述通过点。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的等离子体处理系统，其特征在于，
所述变量包括连接在向所述等离子体处理装置内供给高频电力的导体与高频电源之间的匹配器中包括的变容器的控制量以及与所述高频电力的频率有关的控制量中的至少一方。
10.一种等离子体点火辅助方法，包括以下工序：
收集工序，在等离子体处理装置中，关于同向等离子体供给高频电力的电力供给部与所述等离子体之间的阻抗的匹配有关的各个可调节的变量的值，收集表示所述电力供给部与所述等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值；
第一确定工序，将相对于从与各个所述变量对应的点到匹配点的向量的、所述测定值的变化的斜率最大的所述变量的值所对应的点确定为通过点，所述匹配点为与所述阻抗最匹配的状态下的所述测定值对应的点；
第二确定工序，将包括所述通过点和所述匹配点的直线上的比所述通过点更远离所述匹配点的点确定为控制的开始点；以及
点火工序，控制各个所述变量，以使所述测定值从所述开始点沿所述直线向所述匹配点变化，由此在所述等离子体处理装置内使等离子体点火。
11.根据权利要求10所述的等离子体点火辅助方法，
在所述等离子体点火后执行稳定控制工序，在所述稳定控制工序中，调节各个所述变量的值，以使所述电力供给部与所述等离子体之间的阻抗进一步匹配。
12.根据权利要求11所述的等离子体点火辅助方法，还执行以下工序：
测定工序，在所述点火工序中测定来自向所述等离子体处理装置内供给高频电力的导体的所述高频电力的反射波的电力；以及
第三确定工序，将与所述反射波的电力减少的斜率最大的所述变量的值对应的点确定为限制点，
在所述稳定控制工序中，使用比通过所述限制点且与所述直线正交的直线更靠所述匹配点侧的所述变量的值来进行调节。
13.根据权利要求12所述的等离子体点火辅助方法，
还执行更新工序，在所述更新工序中，将所述直线上的比所述开始点更靠近所述限制点的点更新为新的开始点。
14.根据权利要求10至13中的任一项所述的等离子体点火辅助方法，其特征在于，
所述变量为多个变量，
在所述收集工序中，关于同向所述等离子体供给高频电力的电力供给部与所述等离子体之间的阻抗的匹配有关的可调节的所述多个变量的各变量的值的组合，收集表示所述电力供给部与所述等离子体之间的阻抗的匹配状态的测定值，
在所述第一确定工序中，将相对于从与所述多个变量的各变量对应的点到所述匹配点的向量的、所述测定值的变化的斜率最大的所述变量的值的组合所对应的点确定为所述通过点。
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