JP2004228460A

JP2004228460A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の高周波特性測定方法

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Publication number: JP2004228460A
Application number: JP2003017002A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Taki; 正和滝; Mutsumi Tsuda; 睦津田; Kenji Shintani; 賢治新谷; Minoru Hanazaki; 稔花崎; Keiichi Sugawara; 慶一菅原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: JP4123945B2

Abstract

【課題】高周波特性を精度良く測定することのできるプラズマ処理装置、特にプラズマ発生中の高周波特性を精度良く測定することのできるプラズマ処理装置を得る。
【解決手段】処理室内に設置された電極に高周波電力を供給する高周波電源と、電極と高周波電源とを接続する伝送線路間に高周波電力が透過するよう挿入された方向性結合器と、方向性結合器の電極と接続された端子と結合する端子に接続され、電極に所望の周波数の高周波信号を印加する可変周波数発生器と、方向性結合器の電極と接続された端子と結合する端子に接続され、可変周波数発生器から印加された高周波信号の電極からの反射波を測定する高周波特性検出器とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波を用いるプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の高周波特性測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造に用いられるプラズマ処理装置では、装置の安定稼動を阻害する装置・プロセスの経時変化や、量産での装置間機差が問題となっている。しかし、従来、経時変化や、装置間機差が発生しても検知する方法がなく、実際に処理された製品に不具合が生じた時点で異常が発生したと判断して、装置のメンテナンスを実施している。
【０００３】
また、製品に不具合を生じさせないためには、経験に基づいて、装置・プロセスが経時変化し異常が発生する時期をおおよそ推測して、装置のメンテナンスを定期的に行なうことで対処してきた。
【０００４】
これに対して、プラズマ処理装置において装置やプロセスの変化を電気的に検知する方法が考案されている。例えば、プラズマ処理室と高周波電源の間に方向性結合器を挿入し、その方向性結合器により進行波と反射波電力の位相と振幅の信号をそれぞれ取り出す。そして、その取り出した信号を処理することによりプラズマ処理装置の高周波特性の一つであるインピーダンスを求め、その変化から装置・プロセスの経時変化を評価したり、それをプラズマ処理装置にフィードバックしてプラズマ処理条件の最適化を行ない装置の安定稼動をはかる方法が示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１９５６９８号公報（第２−４頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、高周波回路の高周波特性を精度良く把握するには、広範囲な周波数域での測定が望ましい。さらに、高周波特性の変化をより精度良く測定するには、高周波特性の変化が大きい周波数帯域で評価するのが良い。
【０００７】
しかし先行例は、高周波電源の発振周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波について、プラズマを含むプラズマ処理装置全体のインピーダンスを測定する方法である。そのため得られる進行波と反射波は、１３．５６ＭＨｚの高周波信号となり、その信号より求められるインピーダンスは１３．５６ＭＨｚの周波数での値となる。そのため、先行例においてはプラズマ処理装置の高周波電源の単一周波数における、プラズマを含むプラズマ処理装置のインピーダンスが得られるだけである。そのために高周波特性を精度良く把握することができず、高周波特性の変化を精度良く測定することができない問題点があった。
【０００８】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、高周波特性を精度良く測定することのできるプラズマ処理装置、特にプラズマ発生中の高周波特性を精度良く測定することのできるプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の高周波特性測定方法を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、処理室内に設置された電極に高周波電力を供給する高周波電源と、電極と高周波電源とを接続する伝送線路間に高周波電力が透過するよう挿入された方向性結合器と、方向性結合器の電極と接続された端子と結合する端子に接続され、電極に所望の周波数の高周波信号を印加する可変周波数発生器と、方向性結合器の電極と接続された端子と結合する端子に接続され、可変周波数発生器から印加された高周波信号の電極からの反射波を測定する高周波特性検出器とを有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成図である。図１において、処理室１内に、ウエハ５を載置する下部電極４と上部電極６とが設置されている。下部電極４は表面に構成されている下部電極板２と、下部電極板２を処理室１から電気的に絶縁するとともに真空シールする絶縁部材３とからなっている。下部電極板２と上部電極６はここでは平行平板に設置されている。処理室１には真空に排気するために真空ポンプ（図示せず）に連結されている排気口８とエッチングガスを導入するためのガス導入口７とが設けられている。上部電極６と処理室１のチャンバとはともにアース電位になっている。下部電極板２は高周波電源１０と接続されている。高周波電源１０の発振周波数は１３．５６ＭＨｚである。高周波電源１０と下部電極２の間に方向性結合器９が挿入されている。
【００１１】
ここで方向性結合器９について説明する。
方向性結合器９は２つの入力端子９ａ、９ｂと入力端子９ｂと結合している結合端子９ｃと入力端子９ａと結合している結合端子９ｄとの計４つの端子を持つ。４つの端子間の関係は次のようになっている。入力端子９ａから入射した高周波は入力端子９ｂへ透過すると同時に、その一部は入力端子９ａと結合している結合端子９ｄへ出力される。しかし、入力端子９ａと結合していない結合端子９ｃへはほとんど出力されない。一方、入力端子９ｂから入射した高周波は入力端子９ａへ透過すると同時に、その一部は入力端子９ｂと結合している結合端子９ｃへ出力される。しかし、入力端子９ｂと結合していない結合端子９ｄへはほとんど出力されない。
【００１２】
入力端子９ａから透過した高周波が結合端子９ｄへ出力される割合は結合度と呼ばれ、ここでは例えば６０デシベルである。すなわち入力端子９ａに１０００Ｗの高周波が入力された場合、結合端子９ｄへは１ｍＷに減衰された高周波信号が出力される。同様に、入力端子９ｂに入射された高周波も、結合端子９ｃへは６０デシベルの割合で減衰されて高周波信号が出力される。また、結合端子９ｃ、９ｄの出力の差は方向性結合器の方向性と呼ばれ、ここでは例えば２０デシベルである。
【００１３】
本実施の形態においては、高周波電源１０と方向性結合器９の入力端子９ａが接続されている。また、下部電極板２と方向性結合器の入力端子９ｂが接続されている。入力端子９ｂと結合している結合端子９ｃにはネットワークアナライザ１１が接続されている。
【００１４】
ここでネットワークアナライザについて説明する。ネットワークアナライザとは回路や素子に高周波信号を入力し、回路からの反射波、通過波を測定して回路や素子の高周波特性を求める測定装置である。装置の構成は測定対象に測定する範囲の周波数の信号を掃引入力する可変周波数発生器と掃引入力した信号の測定対象からの反射波や透過波を測定する高周波特性検出器を兼ね備える。
【００１５】
以上のような構成とすることにより、高周波電源１０より高周波電力を供給した場合、方向性結合器９の結合端子９ｃには、下部電極板２からの反射波が６０デシベル減衰されて出力される。一方、高周波電源からの入射波は結合度と方向性とから結合度と方向性の和である８０デシベルに減衰され出力する。結合端子９ｃから出力される入射波の信号は８０デシベルに減衰された微小信号であるため、６０デシベルに減衰された反射波の信号に比べて十分小さく、反射波は入射波の影響を受けずに取り出すことができる。
【００１６】
なお、方向性結合器の結合度と方向性とは上記の値に限定するものではく、所望の出力を得るために適宜、結合度と方向性とは選択すれば良い。
【００１７】
続いて本構成のプラズマ処理装置におけるプラズマ処理について説明する。処理室１にガス導入口７から導入されたエッチングガスは排気口８から排気される。エッチングガスとしてはＮ_２やＡｒの不活性ガスや種々の反応性ガスが用いられる。この状態で下部電極板２に高周波電源１０から高周波電力を供給すると、下部電極板２と上部電極６の間で放電が開始されプラズマが生成される。高周波電源１０から高周波電力を供給する場合は、一般にはインピーダンス整合器を介して行なわれるがここでは省略している。生成されたプラズマによりウエハ５をエッチング処理する。所定のエッチング処理が終了したならば、高周波電力の供給を停止し、エッチングガスを排気した後、ウエハ５を交換する。上記操作を繰り返すことにより、連続してウエハ５のエッチングが行なわれる。
【００１８】
次に本実施の形態に係る動作について詳細に説明する。前記プラズマ処理を行なう時は、高周波電源１０から高周波電力が供給されている。その際に同時にネットワークアナライザ１１から測定を行ないたい周波数範囲の信号を出力して結合端子９ｃから信号を入力する。ここでは、１〜５０ＭＨｚの信号を入力する。ここで、方向性結合器９の結合端子９ｃには、方向性結合器９を透過する高周波電源１０から供給される高周波電力と結合端子９ｃから入力された１〜５０ＭＨｚの信号との合成された反射波が６０デシベル減衰し出力される。一方、入力端子９ａから給電された高周波電力の入射波は方向性結合器９の方向性により結合端子９ｃには８０デシベル減衰されるためほとんど出力されない。この方向性を有する方向性結合器を用いることにより、入力波の影響を受けることなく、反射波を測定することができる。この測定結果より反射法によりインピーダンス測定が可能になる。
【００１９】
なお、方向性結合器の結合端子９ｃにバンドパスフィルターを取り付け、１３．５６ＭＨｚの信号がネットワークアナライザ１１に入力されないようにしても良い。このようにすれば、１３．５６ＭＨｚの高周波の影響を極力受けずにインピーダンスを測定することができる。
【００２０】
本実施の形態に係る動作により測定した装置の初期状態の１〜５０ＭＨｚにおけるインピーダンス特性の測定結果を図２（イ）に示す。また、図２（ロ）は装置の初期状態においてプラズマを発生させずに同様の測定法で１〜５０ＭＨｚの周波数域におけるインピーダンスを測定した結果である。なお、横軸は測定周波数であり、縦軸はインピーダンスである。
【００２１】
図２（イ）、（ロ）に示すように周波数に対してインピーダンスが大きく変化している。図２（イ）においては２７ＭＨｚ近傍において、また、図２（ロ）においては３０ＭＨｚ近傍でインピーダンスが最小となる共振特性がみられた。
ここで図２（ロ）は、プラズマ処理装置の主な構成要素である高周波電源１０および、下部電極４と上部電極６とを含む処理室１内部の抵抗成分、誘導成分、容量成分を合成したインピーダンス特性を示している。また、３０ＭＨｚ近傍の共振は、上記装置内の電気的な誘導成分と容量成分によるＬ、Ｃ共振特性である。一方、図２（イ）は前記、高周波電源１０および、下部電極４と上部電極６とを含む処理室１内部の抵抗成分、誘導成分、容量成分を合成したインピーダンス特性に上部電極６と下部電極板２との間に発生するプラズマのインピーダンス特性が重畳されたものとなっている。
【００２２】
なお、装置の構成によりこのような共振特性が得られない場合は、インピーダンス変化の大きい周波数領域でのインピーダンス特性を測定すれば良い。さらに、インピーダンス特性は連続した周波数範囲でなくとも、複数の単一周波数に対して測定しても良い。
【００２３】
次に、前記エッチング処理を連続して１ヶ月間行なった時点でのプラズマ発生中のインピーダンス特性を図３（イ）に示す。ここで、装置の初期状態におけるインピーダンス特性も合わせて図３（ロ）に示している。図３（ロ）は図２（イ）と同じ測定結果である。両者を比較すると、共振周波数付近のインピーダンスが大きく変化していることがわかる。
【００２４】
ここで測定したインピーダンス特性は上記の通り、高周波電源１０および、下部電極４と上部電極６とを含む処理室１内部の抵抗成分、誘導成分、容量成分を合成したインピーダンス特性に上部電極６と下部電極板２との間に発生するプラズマのインピーダンス特性が重畳されたものである。
そして、このインピーダンス特性の大きな変化は高周波電源１０および、下部電極４と上部電極６とを含む処理室１内部の抵抗成分、誘導成分、容量成分を合成したインピーダンス特性もしくは、上部電極６と下部電極板２との間に発生するプラズマのインピーダンス特性の変化によって起こったと考えられる。
【００２５】
このような装置の変化もしくはプラズマの変化が発生した場合、エッチング特性が変化してしまい、所定のエッチングが行なわれない不具合が発生する。
そこで、このようなインピーダンス特性の変化が発生した場合、エッチング処理を停止して、装置の点検、メンテナンスを行なう必要があると判断することができる。
【００２６】
ここで、本発明と従来の方法を比較する。図３のグラフ上の周波数１３．５６ＭＨｚでのインピーダンスが、従来の方法により測定したインピーダンスである。グラフから明らかのように１３．５６ＭＨｚでのインピーダンスは、初期状態と１ヶ月連続処理後ではほとんど差がない。つまり、単一周波数でのインピーダンス変化からは精度良くエッチング装置の状態を判断できないことがわかる。一方、本発明によると、１〜５０ＭＨｚの広範囲にわたるインピーダンス特性で、かつインピーダンス変化の大きい共振周波数領域を含む高周波特性が測定できる。そのために、わずかなプラズマ処理装置の状態変化でも検知することができる。そのため、精度良く正常な高周波特性との差異を判断することができる。
【００２７】
次に、本方法を用いてインピーダンス特性の変化が装置の異状によるものか、プラズマ特性が変化したためのものであるかを判断する方法について述べる。インピーダンス特性が初期状態と大きく異なった場合、まず、プラズマの無い状態でのインピーダンス特性の計測を行なう。計測したプラズマの無い状態でのインピーダンス特性と初期状態のインピーダンス特性と比較する。２つのインピーダンス特性が一致すれば、プラズマの無い場合の装置の状態は初期状態から変化していないと判断できる。
【００２８】
すなわち、プラズマのインピーダンス特性が変化していると考えられる。
エッチング処理を長時間行なうと、徐々に下部電極４や上部電極６を含む処理室１内壁にエッチング生成物が付着する。あるいは、処理室１内の部材がエッチングガスにより消耗する。そのために、処理室１の内部状態が変化し、プラズマのインピーダンス特性が変化する。あるいは、放電条件が変化したためにプラズマのインピーダンス特性が変化しているとも考えられる。
【００２９】
上記の場合は、プロセス条件の変動確認や、処理室の内壁の状態を初期状態に戻すクリーニング等の対策をとれば良い。
【００３０】
一方、プラズマ発生中のインピーダンス特性が初期状態と大きく異なった時点でのプラズマを発生していない状態のインピーダンス特性と初期状態におけるプラズマの発生していない状態でのインピーダンス特性が異なるならば、エッチング装置の状態が変化したことを示している。すなわち、エッチング装置の高周波電源１０および、下部電極４と上部電極６とを含む処理室１内部の抵抗成分、誘導成分、容量成分が変化している。この場合は、装置のメンテナンスを実施し、装置状態を正常な状態に戻せば良い。
【００３１】
なお、図３の（ハ）に示した異常と判断されたインピーダンス特性の場合では、上記方法により原因を調べた結果、プラズマ処理装置のステージ部材の消耗と、高周波電源１０と下部電極板２を接続するケーブルの締め付け部の緩みが原因であることが判明した。
【００３２】
以上述べたように本実施の形態の構成をとることにより、任意の周波数におけるプラズマ処理装置の高周波特性を測定することができる。特に、プラズマ発生中においても任意の周波数における高周波特性を測定することができる。
【００３３】
このことにより、装置の状態変化に敏感な周波数の高周波特性をモニターすることができ、装置状態の微細な変動をも的確に知ることができる。
【００３４】
また、高周波特性の変動の原因を即座に、精度良く判断することができる。
【００３５】
実施の形態２．
図４は本実施の形態に係る電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ処理装置の構成図である。図４において処理室１には真空封止されたマイクロ波導入窓２１が設けられている。また、導波管２２が一端面をマイクロ波導入窓２１に接続するように設置され、導波管２２の他端面には２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生器２３が接続されている。さらに、処理室１の外周部には電子サイクロトロン共鳴を生じさせるための磁場発生コイル２４が設けられている。
【００３６】
下部電極４、ウエハ５、ガス導入口６、排気口８、方向性結合器９、高周波電源１０、ネットワークアナライザ１１については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
本実施の形態における動作について説明する。
処理室１に導入されたエッチングガスは排気口７から排気される。この状態でマイクロ波発生器２３からマイクロ波を発生すると、導波管２２からマイクロ波導入窓２１を介して処理室１内にマイクロ波が供給される。また、磁場コイルにより例えば８７５ガウスの磁場を発生させると、処理室１内にＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマが生成される。さらに、下部電極板２に高周波電源１０から高周波電力を供給すると、下部電極板２上にＲＦバイアスが印加される。高周波電源１０から高周波電力を供給する場合は、一般的にはインピーダンス整合器を介して行なわれるがここでは省略している。生成されたＥＣＲプラズマとＲＦバイアスにより、ウエハ５をエッチング処理する。所定のエッチング処理が終了したならば、高周波電力の供給とマイクロ波の供給を停止し、エッチングガスを排気した後、ウエハ５を交換する。上記操作を繰り返すことにより、連続してウエハ５のエッチングが行なわれる。
【００３８】
このようなＥＣＲプラズマエッチング装置において、実施の形態１と同様の方法でインピーダンスを測定する。こうすることにより、ＥＣＲプラズマを用いたエッチング装置においても、任意の周波数におけるプラズマ処理装置の高周波特性を測定することができる。特に、プラズマ発生中においても任意の周波数における高周波特性を測定することができる。
【００３９】
このことにより、装置の状態変化に敏感な周波数の高周波特性をモニターすることができ、装置状態の微細な変動をも的確に知ることができる。
【００４０】
また、高周波特性の変動の原因を即座に、精度良く判断することができる。
【００４１】
実施の形態３．
図５は本実施の形態に係る誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：ＩｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）処理装置の構成図である。図５において処理室１には真空封止された誘電体のベルジャー３１が設けられている。また、誘電体ベルジャー３１の外周部にはＩＣＰコイル３２が設置されている。さらにＩＣＰコイル３２に高周波電力を供給するよう接続されたＩＣＰＲＦ電源３３が設けられている。
【００４２】
下部電極４、ウエハ５、ガス導入口６、排気口８、方向性結合器９、高周波電源１０、ネットワークアナライザ１１については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４３】
次に本実施の形態における動作について説明する。
処理室１に導入されたエッチングガスは排気口７から排気される。この状態でＩＣＰＲＦ電源３３からＩＣＰコイル３２に高周波電力を供給すると、誘電体ベルジャー３１内に誘導結合プラズマが生成される。さらに、下部電極板２に高周波電源１０から高周波電力を供給すると、下部電極板２上にＲＦバイアスが印加される。高周波電源１０から高周波電力を供給する場合は、一般的にはインピーダンス整合器を介して行なわれるがここでは省略している。生成されたＩＣＰプラズマとＲＦバイアスにより、ウエハ５をエッチング処理する。所定のエッチング処理が終了したならば、高周波電源１０とＩＣＰＲＦ電源３２とからの高周波電力の供給を停止し、エッチングガスを排気した後、ウエハ５を交換する。上記操作を繰り返すことにより、連続してウエハ５のエッチングが行なわれる。
【００４４】
このようなＥＣＲプラズマエッチング装置において、実施の形態１と同様の方法でインピーダンスを測定する。こうすることにより、誘導結合プラズマを用いたエッチング装置においても、任意の周波数におけるプラズマ処理装置の高周波特性を測定することができる。特に、プラズマ発生中においても任意の周波数における高周波特性を測定することができる。
【００４５】
このことにより、装置の状態変化に敏感な周波数の高周波特性をモニターすることができ、装置状態の微細な変動をも的確に知ることができる。
【００４６】
また、高周波特性の変動の原因を即座に、精度良く判断することができる。
【００４７】
実施の形態４．
図６は本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成図である。本実施の形態においては、実施の形態１におけるネットワークアナライザ１１に代わり、方向性結合器９の入力端子９ｂと結合している結合端子９ｃに高周波電流電圧検出器４２が接続されている。また、可変周波数発生器４１も同様に結合端子９ｃに接続されている。他は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４８】
可変周波数発生器４１は１〜５０ＭＨｚの周波数の高周波信号を発振し、下部電極板２に方向性結合器９を通して高周波信号を印加する。本実施の形態においては、印加する高周波信号はプロセスに影響を与えない程度の、微小なマイクロワットからミリワット程度である。そして、高周波電流電圧検出器４２において印加した高周波信号の反射波の高周波電流電圧を測定する。この電流と電圧の測定結果よりインピーダンスを計算することができる。このインピーダンスの変化から実施の形態１で述べた方法により装置状態を把握することができる。
【００４９】
以上の構成を用いることにより安価でかつ簡便な方法で、広範囲な周波数に対するインピーダンス特性が測定することができる。
【００５０】
実施の形態５．
本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成図を図７に示す。図７において上部電極５３は表面に構成されている上部電極板５１と、上部電極板５１を処理室１から絶縁するとともに真空シールする絶縁部材５２とからなっている。処理室１、下部電極４は実施の形態１と同様の構成をとっているので説明を省略する。下部電極板２は第１の高周波電源５５と接続されている。上部電極板５１は第２の高周波電源５７と電気的に接続されている。第１の高周波電源５５と第二の高周波電源５７の発振周波数はともに１３．５６ＭＨｚである。また、第１の高周波電源５５と下部電極板２との間には第１の方向性結合器５４が挿入されている。同様に第二の高周波電源５７と上部電極板５３との間には第二の方向性結合器５６が挿入されている。
【００５１】
第１の方向性結合器５４の接続は次のようになっている。第１の高周波電源５５と第１の方向性結合器５４の入力端子５４ａとが接続されており、下部電極板２と第１の方向性結合器５４の入力端子５４ｂとが接続されている。また、第１の方向性結合器５４の入力端子５４ｂと結合している結合端子５４ｃにネットワークアナライザ１１が接続されている。
また、第２の高周波電源５７と第１の方向性結合器５６の入力端子５６ａとが接続されており、上部電極板５１と第２の方向性結合器５６の入力端子５６ｂとが接続されている。また、第２の方向性結合器５６の入力端子５６ｂと結合している結合端子５６ｃにネットワークアナライザ１１が接続されている。
【００５２】
ここで方向性結合器の端子間の結合度と方向性は次のようになっている。第１の方向性結合器５４においては、入力端子５４ａと入力端子５４ａと結合している結合端子５４ｄとの間の結合度は６０デシベルである。また、入力端子５４ｂと入力端子５４ｂと結合している結合端子５４ｃとの間の結合度も６０デシベルである。さらに、結合端子５４ｃと結合端子５４ｄの方向性は２０デシベルである。また、第２の方向性結合器５６においても第１の方向性結合器５４と同様に、入力端子５６ａと結合端子５６ｄとの間の結合度と入力端子５６ｂと結合端子５６ｃとの間の結合度はともに６０デシベルであり、結合端子５６ｃと結合端子５６ｄの方向性は２０デシベルである。
【００５３】
次に本実施の形態における動作について説明する。本実施の形態に係るプラズマ処理装置は上部電極板５１および下部電極板２のいずれにも高周波を給電する二周波励起の平行平板型エッチング装置である。本プラズマ処理装置の場合において、第１の高周波電源５５と第２の高周波電源５７とから高周波を給電し、プラズマを発生させる。その際にネットワークアナライザ１１を用いて所望の高周波信号を第１の方向性結合器５４の結合端子５４ｃに印加する。印加された高周波信号の一部は反射波となって第１の方向性結合器５４の結合端子５４ｃから出力される。また印加された高周波信号の別の一部は下部電極板２、プラズマ、上部電極板５１を伝播する。そして、第２の方向性結合器５６の結合端子５６ｃから上部電極板５１からの反射波とともに高周波信号の透過波は出力される。印加した高周波信号の透過波および反射波をネットワークアナライザ１１によって測定する。
【００５４】
本方法をプラズマ処理装置に用いることにより高周波反射特性だけではなく、伝送特性も計測することができる。
そのため、より高精度にプラズマがある状態でのインピーダンス特性を測定することができる。そのことにより、装置の状態の判定をより高精度に行なうことができる。
また、透過法では、上部電極板５１を透過した透過波を測定することにより上部電極板５１の状態も精度良く把握することができる。
【００５５】
なお、方向性結合器の結合度と方向性とは上記の値に限定するものではく、所望の出力を得るために適宜、結合度と方向性とは選択すれば良い。
【００５６】
実施の形態６．
図８は本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成図である。本実施の形態においては、方向性結合器９と下部電極２との間に補正回路８１が挿入されている。また、ネットワークアナライザ１１の測定結果に基づいてインピーダンスを適宜調整するように補正回路８１を制御する制御装置８２が接続されている。その他は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。補正回路８１はプラズマ処理装置のインピーダンス特性が正常な状態と異なった場合に、そのインピーダンス特性を補正するものである。
【００５７】
図９は補正回路８１の構成図である。補正回路８１は補正素子部９１と方向性結合器９と上部電極２とを直結するか補正素子部９１を挿入するかを切り替える切り替えスイッチ９２とから構成されている。
【００５８】
次に、補正回路８１でインピーダンス特性を補正する方法について説明する。
正常な状態においては制御装置８２からの指示に基づき補正回路８１の切り替えスイッチ９２により方向性結合器９と下部電極２は直結されている。
【００５９】
次に、インピーダンス特性が正常なインピーダンス特性と異なり、インピーダンス特性の補正が必要になった時点で制御装置８２からの指示に基づき、切り替えスイッチ９２を切り替え、補正素子部９１を方向性結合器９と下部電極２とに接続する。このことにより、補正素子部９１が高周波給電系に挿入される。補正素子部９１が挿入されることにより方向性結合器９からみたインピーダンス特性は装置のインピーダンスと補正素子部９１のインピーダンスを合成したものとなる。そして、正常な状態のインピーダンス特性となるように補正素子部９１のインピーダンス特性を制御装置８１からの指示に基づき調整し、合成したインピーダンス特性を補正する。
【００６０】
ここでインピーダンス特性の補正について説明する。方向性結合器からみたインピーダンス特性が、正常インピーダンス特性からズレて、容量成分が大きくなった場合は、補正素子部９１の可変誘導素子を変化させて、ズレた容量成分量を打ち消すようにする。逆に誘導成分が大きくなった場合は、補正素子部９１の可変容量素子を変化させて、ズレた誘導成分量を打ち消すようにする。これにより方向性結合器からみた、補正素子部９１のインピーダンスを含む装置インピーダンスが、装置が正常な状態時のインピーダンスと同じになる。
【００６１】
本実施の形態によれば、測定したインピーダンス特性をもとにインピーダンス特性を補正することにより、安定したプラズマ処理を長期間にわたって行なうことができ、メンテナンス頻度を少なくすることができ、装置の稼動率を高めることができる。
【００６２】
ここで、補正素子部９１は、高周波電源１０と下部電極２の間であればどの位置に挿入されても良いが、プラズマ処理装置のインピーダンス特性を測定する方向性結合器９と下部電極２との間に挿入することが望ましい。これは、補正素子部９１を方向性結合器９と下部電極２との間に挿入したほうが、インピーダンス特性の測定誤差が小さくなるためである。
【００６３】
本実施の形態においては、高周波電源が１個の例を示したが、対向する電極にも高周波電源を有する二周波励起型のプラズマエッチング装置に適用することも可能である。
【００６４】
さらに、本実施の形態においては、平行平板型のプラズマエッチング装置の例を示したが、ＥＣＲプラズマエッチング装置や誘導結合プラズマエッチング装置に適用することも可能である。
【００６５】
また、上記においては、プラズマ処理装置のインピーダンス特性が経時変化した場合のインピーダンス特性の補正について説明したが、複数のプラズマ処理装置間でインビーダンス特性が異なる場合に、基準となる正常なインピーダンス特性に各プラズマ処理装置のインピーダンス特性を補正する場合にも適用可態である。
【００６６】
ここで、基準となる正常なインピーダンス特性は、プラズマ処理装置を新規に導入した場合、工場に納入された時の立会い試験時のインビーダンス特性とすることが考えられる。しかし、これに限るものではなく、所望のエッチング特性が得られている装置のインピーダンス特性を適宜選択しても良い。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、任意の周波数におけるプラズマ処理装置の高周波特性を測定することができる。特に、プラズマ発生中においても任意の周波数における高周波特性を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係るプラズマ処理装置の構成図である。
【図２】実施の形態１に係るプラズマ処理装置の初期状態におけるインピーダンス特性を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るプラズマ処理装置のプラズマ発生中のインピーダンス特性を示す図である。
【図４】実施の形態２に係るプラズマ処理装置の構成図である。
【図５】実施の形態３に係るプラズマ処理装置の構成図である。
【図６】実施の形態４に係るプラズマ処理装置の構成図である。
【図７】実施の形態５に係るプラズマ処理装置の構成図である。
【図８】実施の形態６に係るプラズマ処理装置の構成図である。
【図９】実施の形態６に係る補正回路の構成図である。
【符号の説明】
１処理室、２下部電極板、４下部電極、６上部電極、９方向性結合器、９ａ９ｂ５４ａ５４ｂ５６ａ５６ｂ入力端子、９ｃ９ｄ５４ｃ５４ｄ５６ｃ５６ｄ結合端子、１０高周波電源、１１ネットワークアナライザ、２１マイクロ波導入窓、２２導波管、２３マイクロ波発生器、２４磁場発生コイル、３１誘電体ベルジャー、３２ＩＣＰコイル、３３ＩＣＰＲＦ電源、４１可変周波数発生器、４２高周波電流電圧検出器、５１上部電極板、５３上部電極、５４第１の方向性結合器、５５第１の高周波電源、５６第２の方向性結合器、５７第２の高周波電源、８１補正回路、８２制御装置、９１補正素子部、９２切り替えスイッチ。

Claims

処理室内に設置された電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記電極と前記高周波電源とを接続する伝送線路間に高周波電力が透過するよう挿入された方向性結合器と、
前記方向性結合器の前記電極に接続された端子と結合する端子に接続され、前記電極に所望の周波数の高周波信号を印加する可変周波数発生器と、
前記方向性結合器の前記電極に接続された端子と結合する端子に接続され、前記可変周波数発生器から印加された高周波信号の前記電極からの反射波を測定する高周波特性検出器と、
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
処理室内に設置された第１の電極に高周波電力を供給する第１の高周波電源と、
前記処理室内の前記第１の電極と対向する位置に設けられた第２の電極に高周波電力を供給する第２の高周波電源と、
前記第１の電極と前記第１の高周波電源とを接続する伝送線路間に高周波電力が透過するよう挿入された第１の方向性結合器と、
前記第２の電極と前記第２の高周波電源とを接続する伝送線路間に高周波電力が透過するよう挿入された第２の方向性結合器と、
前記第１の電極に接続された前記第１の方向性結合器の端子と結合する端子に接続され、前記第１の電極に所望の周波数の高周波信号を印加する可変周波数発生器と、
前記第１の電極に接続された前記第１の方向性結合器の端子に結合する端子と前記第２の電極に接続された前記第２の方向性結合器の端子に結合する端子とに接続された高周波特性検出器と、
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記高周波電源から供給された高周波電力で前記処理室内にプラズマが発生中に、
前記可変周波数発生器から印加した高周波信号の反射波と透過波との少なくとも一方を前記高周波特性検出器により測定することを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
処理室内に設置された電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記電極と前記高周波電源とを接続する伝送線路間に高周波電力が透過するよう挿入された方向性結合器と、
前記方向性結合器の前記電極に接続された端子と結合する端子に接続され、前記電極に所望の周波数の高周波信号を印加する可変周波数発生器と、
前記方向性結合器の前記電極に接続された端子と結合する端子に接続された高周波特性検出器と、
前記高周波電源と前記電極とを接続する伝送線路間に高周波特性補正回路を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
処理室内に設置された第１の電極に高周波電力を供給する第１の高周波電源と、
前記処理室内の前記第１の電極と対向する位置に設けられた第２の電極に高周波電力を供給する第２の高周波電源と、
前記第１の電極と前記第１の高周波電源とを接続する伝送線路間に高周波電力が透過するよう挿入された第１の方向性結合器と、
前記第２の電極と前記第２の高周波電源とを接続する伝送線路間に高周波電力が透過するよう挿入された第２の方向性結合器と、
前記第１の電極に接続された前記第１の方向性結合器の端子と結合する端子に接続され、前記第１の電極に所望の周波数の高周波信号を印加する可変周波数発生器と、
前記第１の電極に接続された前記第１の方向性結合器の端子に結合する端子と前記第２の電極に接続された前記第２の方向性結合器の端子に結合する端子とに接続された高周波特性検出器と、
前記第１の高周波電源と前記第１の電極とを接続する伝送線路間に高周波特性補正回路を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記高周波電源からの高周波電力で前記処理室内にプラズマが発生中に、
前記可変周波数発生器から印加した高周波信号から求めた高周波特性が正常な高周波特性と異なった場合に、
前記高周波特性を前記高周波特性補正回路で補正することを特徴とする請求項４または５記載のプラズマ処理装置。
高周波電源からの高周波電力を処理室内の電極に供給することによりプラズマ処理装置の処理室内にプラズマが発生中に、
高周波電力を印加している前記電極に所望の高周波信号を印加し、その印加した高周波信号の反射波と透過波との少なくとも一方を測定することを特徴とするプラズマ処理装置の高周波特性測定方法。