JP2003142455A - プラズマ処理装置及び処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及び処理方法

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JP2003142455A
JP2003142455A JP2001334104A JP2001334104A JP2003142455A JP 2003142455 A JP2003142455 A JP 2003142455A JP 2001334104 A JP2001334104 A JP 2001334104A JP 2001334104 A JP2001334104 A JP 2001334104A JP 2003142455 A JP2003142455 A JP 2003142455A
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JP
Japan
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impedance
plasma
process chamber
plasma processing
electrode
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JP2001334104A
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English (en)
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Takehide Inahata
健英 稲畑
Saburo Kubota
三郎 久保田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波電源を用いたプラズマ処理装置におい
て、プロセス条件の変化やチャンバ構造に応じて、所望
の放電出力及び安定したプラズマ状態を得るようにす
る。 【解決手段】 電極2にインピーダンス測定装置7を備
え、プラズマ放電中の電極2から真空プロセスチャンバ
3までのインピーダンス及び位相値を測定し、プラズマ
の状態や電力損失状況の推定及び判断を行う。さらに、
推定結果をもとにガス流量、圧力、温度といったプロセ
ス条件パラメータを、プロセス処理条件を逸脱しない範
囲で微調整する。電極間の距離をモータ5により変更し
てチャンバ内の誘電率を変化させ、容量性のインピーダ
ンスに調整し、より安定なプラズマを得ることを可能に
する。電力損失も最小限に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電源を用い
たプラズマ処理装置に関し、特に、プロセスチャンバ内
における放電プラズマの安定化を図るようにしたプラズ
マ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の一般的な高周波電源を利
用したプラズマ処理装置の構成を示したものである。例
えば、高周波電源を利用したドライエッチング装置では
RF高周波電源(13.56MHz)を電源部1として
おり、電力を電極2に供給し、真空プロセスチャンバ3
内でプラズマ放電を発生させる。
【0003】電極2と電源部1との間には、インピーダ
ンスマッチング(整合)を行うためのインピーダンス整
合器4が接続されており、電源部1とインピーダンス整
合器4は、50Ωに調整された同軸ケーブル9により接
続されている。さらに、インピーダンス整合器4と電極
2間は、銅板10を電送経路として接続されているのが
一般的である。
【0004】また、設備には、機構駆動系のほか調圧バ
ルブやガス流量調整バルブ等の設備自身をコントロール
するための制御部6が設けられ、これによって統括制御
されている。
【0005】従来の高周波電源を利用したプラズマ処理
装置は、インピーダンス整合器4から、プラズマ放電中
の真空プロセスチャンバ3までのインピーダンスを50
Ωに整合するような方式が採用されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマ処理装
置では、電極2以降の真空プロセスチャンバ3までの理
想的な等価回路は、コンデンサC成分と抵抗R成分の合
成和で近似的なインピーダンスが計算可能であると考え
られている。
【0007】しかし、電極と電送経路の接続部品により
生じるインダクタンス成分や電極の真空プロセスチャン
バ内への取付方法により生じるインダクタンス成分とい
った設備構造及び設備設計上、避けることのできないイ
ンダクタンス成分が生じることがある。また、実際の実
験結果から、設備の構造によるインダクタンスに加え、
プラズマ放電条件(ガス流量、圧力、放電電力、温度
等)で決定される真空プロセスチャンバ内の誘電率及び
静電容量C(コンデンサ成分)によっては、インダクタ
ンスL成分が支配的になることがあるという知見が得ら
れた。
【0008】そのため、電極から真空プロセスチャンバ
までの等価回路のインピーダンスが、インダクタンス成
分支配の誘導負荷である場合、電気回路的には安定しな
いことが知られている。
【0009】実際のプラズマ処理装置においては、特
に、プラズマ放電開始直後とプラズマ放電終了直後に特
にプラズマの状態が安定しないことが推定できる。
【0010】また、コイルの特性として、電源の周波数
が高くなるほどコイル自身の実効抵抗が大きくなること
が知られており、13.56MHzのRF電源では電力
損失も大きい。さらに、電極取付部分などといった、例
えば取付ボルトに電気的な負荷がかかることから、塑性
変形や強度低下など機械的性質の低下といった弊害も推
定できる。
【0011】そこで、プラズマ安定性の向上に加え、余
分な電力損失の低下を最小限に抑えることが可能な手法
が求められている。
【0012】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
には、電極から真空プロセスチャンバまでの負荷インピ
ーダンスとして、コンデンサC成分と抵抗R成分の合成
和に加え、無視できないインダクタンスL成分も考慮に
入れてプラズマの状態を推定することが必要である。
【0013】そこで、本発明は、インピーダンス測定装
置により、電極からプラズマ放電中の真空プロセスチャ
ンバまでのインピーダンス及び位相から、誘導負荷(位
相が正)であるか容量負荷(位相が負)であるかを判断
し、プラズマの状態を推定する。その結果をもとに、誘
導負荷(プラズマが不安定)の状態であるならば、イン
ダクタンス成分が小さくなるように、すなわち、コンデ
ンサ成分が大きくなるようにプラズマ放電時のプロセス
条件の最適化をフィードバック制御により行なう。
【0014】また、プロセス条件のパラメータは、ガス
種、ガス流量、圧力、チャンバ内温度、放電電力等があ
り、特にドライエッチングの場合、エッチング種によっ
ては、塩素系、フッ素系、不活性ガスなどの単体もしく
は混合ガスが使用される。そのため、ガス種の異なるプ
ロセス条件下では誘電率も異なり、真空プロセスチャン
バ内の静電容量は、前記プロセス条件から決定される。
【0015】そこで、本発明は、真空プロセスチャンバ
内の誘電率を制御し、最適な静電容量になるように調整
することでプラズマの安定化を図り、電力損失を最小限
に抑えることを可能とするプラズマ処理装置及び処理方
法を提供することを目的とする。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、真空プロセスチャンバ内に設置した電極に高周波電
力を印加するとともに、プロセスガスを導入してプラズ
マを発生させ、被処理物に対してドライエッチングやス
パッタリング等のプラズマ処理を行う制御部を備えたプ
ラズマ処理装置であって、電極から真空プロセスチャン
バまでのインピーダンスを測定するインピーダンス測定
装置と、インピーダンス測定装置によるインピーダンス
測定結果を演算及び判断し、前記制御部にフィードバッ
クする演算制御装置を備え、プラズマ処理中の前記真空
プロセスチャンバ内のプラズマ状態を判断して、より安
定なプラズマ状態に導くことを特徴とする。
【0017】また、電極から真空プロセスチャンバまで
のインピーダンスを測定することで、電極から真空プロ
セスチャンバまでの、予めの精密なインピーダンス測定
は必要とせず、各プロセス条件による真空プロセスチャ
ンバ内の静電容量の変化にも適応した制御が可能となる
作用を有する。
【0018】本発明の請求項2に記載の発明は、請求項
1に記載のプラズマ処理装置であって、演算制御装置
は、インピーダンス測定装置により得たプラズマ放電中
の電極から真空プロセスチャンバまでのインピーダンス
及び位相からプラズマ状態(安定性)を判断し、プロセ
スチャンバ内のプロセス条件であるガス種、ガス流量、
圧力、放電電力、温度等のパラメータを本来のプロセス
条件を逸脱しない範囲で調整制御することを特徴とする
ものであり、瞬時に最適な安定したプラズマ状態を得る
ことを可能とする作用を有する。
【0019】本発明の請求項3に記載の発明は、請求項
2に記載のプラズマ処理装置であって、演算制御装置
は、インピーダンス測定装置からの位相値に着目して、
プラズマ放電中の電極から真空プロセスチャンバまでの
インピーダンス位相値が正となる誘導性の負荷回路であ
るか、インピーダンス位相値が負となる容量性の負荷回
路であるかを判断し、位相値が負となる容量性になるよ
うにプロセス条件のパラメータを算出演算することを特
徴とする。そして、位相値をもとに定量的なプラズマ安
定性の判断と、電力損失量の予想が可能となる作用を有
する。
【0020】本発明の請求項4に記載の発明は、請求項
1に記載のプラズマ処理装置であって、電極は、電極か
ら真空プロセスチャンバまでのインピーダンスを調整す
る機構、特に誘電率を変化させるための一対の電極間距
離を変える機構を有することを特徴とする。これによ
り、真空プロセスチャンバ内のインピーダンスが容量性
になるように、チャンバ内の誘電率を変更して、より安
定したプラズマを得ることを可能とする作用を有する。
【0021】本発明の請求項5に記載の発明は、真空プ
ロセスチャンバ内に設置した電極に高周波電力を印加す
るとともに、プロセスガスを導入してプラズマを発生さ
せ、被処理物に対してドライエッチングやスパッタリン
グ等のプラズマ処理の制御を行うプラズマ処理方法であ
って、電極から真空プロセスチャンバまでのインピーダ
ンスを測定するインピーダンス測定ステップと、インピ
ーダンス測定ステップによる測定結果を演算及び判断
し、プラズマ処理の制御にフィードバックする演算制御
ステップを有し、プラズマ処理中の真空プロセスチャン
バ内のプラズマ状態を判断して、より安定なプラズマ状
態に導くことを特徴とする。
【0022】本発明の請求項6に記載の発明は、請求項
5に記載のプラズマ処理方法であって、演算制御ステッ
プは、インピーダンス測定ステップにより得たプラズマ
放電中の電極から真空プロセスチャンバまでのインピー
ダンス及び位相からプラズマ状態(安定性)を判断し、
プロセスチャンバ内のプロセス条件であるガス種、ガス
流量、圧力、放電電力、温度等のパラメータを本来のプ
ロセス条件を逸脱しない範囲で調整制御することを特徴
とする。そして、瞬時に最適な安定したプラズマ状態を
得ることを可能とする作用を有する。
【0023】本発明の請求項7記載の発明は、請求項6
に記載のプラズマ処理方法であって、演算制御ステップ
は、インピーダンス測定ステップにより得たインピーダ
ンス、特に位相値に着目して、プラズマ放電中の電極か
ら真空プロセスチャンバまでのインピーダンス位相値が
正となる誘導性の負荷回路であるか、インピーダンス位
相値が負となる容量性の負荷回路であるかを判断し、位
相値が負となる容量性になるようにプロセス条件のパラ
メータを算出演算することを特徴とする。これにより、
位相値をもとに定量的なプラズマ安定性の判断と、電力
損失量の予想が可能となる作用を有する。
【0024】以下、発明の実施の形態について、図面を
参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施の形態
におけるプラズマ処理装置の構成を示したもので、高周
波電源を用いたドライエッチング装置の例である。図1
において、1は電源部、2はプロセスチャンバ3内に設
置した電極、4はインピーダンス整合器、5はモータ、
6は制御部、7はインピーダンス測定装置、8は演算制
御装置である。
【0025】インピーダンス測定装置7は、電極2に実
際に印加されている電圧と電流をもとに、プラズマ放電
中の真空プロセスチャンバまでのインピーダンス及び位
相を測定する。また、その測定結果に基づいて、演算制
御装置8は、現在の真空プロセスチャンバ内のプラズマ
状態が容量性であるか誘導性であるかを判断する。さら
に、安定なプラズマを得るため、すなわち真空プロセス
チャンバ3内のインピーダンスが容量性になるように、
特にチャンバ内の誘電率に着目し、プロセス条件の微調
整と一対の電極間の最適距離を算出する。モータ5は電
極2間の距離を調整するための機構を駆動させるための
ものである。また、インピーダンス測定装置7からの結
果を比較し制御することが可能なように、制御部6と演
算制御装置8はフィードバック構成をとっている。
【0026】このプラズマ処理装置は、半導体や液晶装
置等を処理するもので、プロセスガスをチャンバ内に導
入し、高周波電力を電極2に供給することでプラズマ放
電を発生させる。本発明は、ドライエッチング、あるい
はスパッタリング装置に有効である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インピーダンス測定装置を備え、プラズマ放電中の電極
から真空プロセスチャンバまでのインピーダンス及び位
相値を測定して、プラズマの状態や電力損失状況を推定
及び判断することが可能である。さらに、推定結果をも
とにガス流量、圧力、温度といったプロセス条件のパラ
メータにフィードバックし、本来のプロセス処理条件を
逸脱しない範囲で微調整を行うとともに、電極間の距離
を操作することで、より安定なプラズマを得ることが可
能となり、電力損失も最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装
置の構成図
【図2】従来のプラズマ処理装置の構成図
【符号の説明】
1 電源部(RF高周波電源) 2 電極 3 真空プロセスチャンバ 4 インピーダンス整合器 5 モータ 6 制御部 7 インピーダンス測定装置 8 演算制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G075 AA30 AA62 AA63 BC02 BC06 CA25 CA62 CA63 DA04 EC21 ED13 5F004 AA16 BA04 BB13 CA02 CA03 CA04 CB07

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空プロセスチャンバ内に設置した電極
    に高周波電力を印加するとともに、プロセスガスを導入
    してプラズマを発生させ、被処理物に対してドライエッ
    チングやスパッタリング等のプラズマ処理を行う制御部
    を備えたプラズマ処理装置であって、 電極から真空プロセスチャンバまでのインピーダンスを
    測定するインピーダンス測定装置と、前記インピーダン
    ス測定装置によるインピーダンス測定結果を演算及び判
    断し、前記制御部にフィードバックする演算制御装置を
    備え、プラズマ処理中の前記真空プロセスチャンバ内の
    プラズマ状態を判断して、より安定なプラズマ状態に導
    くことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 演算制御装置は、インピーダンス測定装
    置により得たプラズマ放電中の電極から真空プロセスチ
    ャンバまでのインピーダンス及び位相からプラズマ状態
    を判断し、プロセスチャンバ内のプロセス条件であるガ
    ス流量、圧力、放電電力、温度等のパラメータを本来の
    プロセス条件を逸脱しない範囲で調整制御することを特
    徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 演算制御装置は、インピーダンス測定装
    置からの位相値に着目して、プラズマ放電中の電極から
    真空プロセスチャンバまでのインピーダンス位相値が正
    となる誘導性の負荷回路であるか、インピーダンス位相
    値が負となる容量性の負荷回路であるかを判断し、位相
    値が負となる容量性になるようにプロセス条件のパラメ
    ータを算出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。
  4. 【請求項4】 電極は、電極から真空プロセスチャンバ
    までのインピーダンスを調整する機構、特に誘電率を変
    化させるための一対の電極間距離を変える機構を有する
    ことを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
  5. 【請求項5】 真空プロセスチャンバ内に設置した電極
    に高周波電力を印加するとともに、プロセスガスを導入
    してプラズマを発生させ、被処理物に対してドライエッ
    チングやスパッタリング等のプラズマ処理の制御を行う
    プラズマ処理方法であって、 電極から真空プロセスチャンバまでのインピーダンスを
    測定するインピーダンス測定ステップと、前記インピー
    ダンス測定ステップによる測定結果を演算及び判断し、
    前記プラズマ処理の制御にフィードバックする演算制御
    ステップを有し、プラズマ処理中の前記真空プロセスチ
    ャンバ内のプラズマ状態を判断して、より安定なプラズ
    マ状態に導くことを特徴とするプラズマ処理方法。
  6. 【請求項6】 演算制御ステップは、インピーダンス測
    定ステップにより得たプラズマ放電中の電極から真空プ
    ロセスチャンバまでのインピーダンス及び位相からプラ
    ズマ状態を判断し、プロセスチャンバ内のプロセス条件
    であるガス流量、圧力、放電電力、温度等のパラメータ
    を本来のプロセス条件を逸脱しない範囲で調整制御する
    ことを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理方法。
  7. 【請求項7】 演算制御ステップは、インピーダンス測
    定ステップにより得たインピーダンス、特に位相値に着
    目して、プラズマ放電中の電極から真空プロセスチャン
    バまでのインピーダンス位相値が正となる誘導性の負荷
    回路であるか、インピーダンス位相値が負となる容量性
    の負荷回路であるかを判断し、位相値が負となる容量性
    になるようにプロセス条件のパラメータを算出演算する
    ことを特徴とする請求項6記載のプラズマ処理方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108257842A (zh) * 2016-12-27 2018-07-06 株式会社日立国际电气 衬底处理装置、半导体器件的制造方法及记录介质
DE112017001225T5 (de) 2016-03-09 2018-12-20 Denso Corporation Motor und Herstellungsverfahren für einen Motor

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