JP2007115867A - Plasma processor and method for controlling the same - Google Patents
Plasma processor and method for controlling the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007115867A JP2007115867A JP2005305227A JP2005305227A JP2007115867A JP 2007115867 A JP2007115867 A JP 2007115867A JP 2005305227 A JP2005305227 A JP 2005305227A JP 2005305227 A JP2005305227 A JP 2005305227A JP 2007115867 A JP2007115867 A JP 2007115867A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power source
- frequency
- voltage
- frequency power
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体の製造技術に属する。特にプラズマを用いて半導体ウエハをプラズマ処理する際に好適なプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の制御方法に関するものである。 The present invention belongs to semiconductor manufacturing technology. In particular, the present invention relates to a plasma processing apparatus suitable for plasma processing of a semiconductor wafer using plasma and a method for controlling the plasma processing apparatus.
近年の半導体素子の高集積化にともない回路パターンは微細化の一途をたどっており、要求される加工寸法精度はますます厳しくなってきている。また、半導体素子の製造コスト低減の目的でウエハの口径が300mmと大口径化してきているが、歩留りを高めることを目的に、ウエハの中心から外周付近まで広い範囲でプラズマを均一にして高品質で均一な加工ができることが要求されている。これと同時に、異物の低減やスパッタ等による飛散によって生じる金属材料等によるウエハの汚染を低減することが要求されている。 As semiconductor devices have been highly integrated in recent years, circuit patterns have been increasingly miniaturized, and the required processing dimension accuracy has become increasingly severe. Also, the wafer diameter has been increased to 300 mm for the purpose of reducing the manufacturing cost of semiconductor devices, but for the purpose of increasing the yield, plasma is made uniform in a wide range from the center of the wafer to the vicinity of the outer periphery, and high quality is achieved. Therefore, it is required that uniform processing can be performed. At the same time, it is required to reduce contamination of the wafer by a metal material or the like caused by reduction of foreign matters or scattering due to sputtering.
このような目的を達成するため、従来では、上部の金属材料の平板電極と下部ウエハ(電極として動作する)よりなる平行平板型のプラズマ発生装置において、上部電極と下部電極(ウエハ)のそれぞれに同一周波数の高周波バイアスを印加し、それらのバイアス間の高周波の位相を制御し、プラズマを均一にする手法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In order to achieve such an object, conventionally, in a parallel plate type plasma generator composed of an upper metal plate electrode and a lower wafer (operating as an electrode), each of the upper electrode and the lower electrode (wafer) is provided. A technique is known in which a high frequency bias having the same frequency is applied, a high frequency phase between the biases is controlled, and plasma is made uniform (see, for example, Patent Document 1).
また、上下バイアス間の高周波の位相を制御することにより、上下電極のいずれかが常にアースとして動作する、プラズマの均一性を向上するとともに異物発生量を低減する、チャージングダメージを低減する手法が知られている(例えば、特許文献2,3参照)。
しかしながら、従来の技術では、プラズマの均一性を向上、異物発生量の低減やチャージングダメージ低減のために上下バイアス間の高周波の位相差の検出手段と調整手段があり、位相差を180度に制御することが良いとされているものの、従来の方法で位相差を例えば180度に制御したとしても、実際に上下電極に出現する電圧の位相差が180度であることが保証できないという問題がある。これらの方法では上下電極に高周波バイアスを印加する印加回路の整合器のところで位相情報を得ている。しかし、上下電極に印加される高周波は、整合器の出力部以降、様々な位相変動要因がある。例えば、上部電極へのバイアス高周波印加回路に関しては、高周波フィルタ等を通過する、プラズマを発生させるための別の高周波回路がバイアス高周波回路の負荷として存在する、上部電極への高周波伝送路は上部電極独特のものである、等の特徴がある。一方、下部電極へのバイアス高周波印加回路に関しては、搭載したウエハの温度を制御する構造が高周波バイアスの伝送路中に存在する、ウエハの静電吸着回路が高周波バイアスの伝送路中に負荷として存在する、ウエハの受け渡し機構等の機械部分やそれらを保護するカバー等が高周波バイアス伝送路のアースとして存在する、などの特徴がある。つまり、上下電極の各整合器で位相情報を得るものの、それ以降の電極に至る高周波伝送路が異なるため、電極に発生する電圧の位相差が制御した通りになっている保証が無い。 However, the conventional technology has a high-frequency phase difference detection means and adjustment means between the upper and lower biases in order to improve the uniformity of the plasma, reduce the amount of foreign matter generated, and reduce charging damage. Although it is supposed to be controlled, there is a problem that even if the phase difference is controlled to 180 degrees by the conventional method, it cannot be guaranteed that the phase difference of the voltage actually appearing on the upper and lower electrodes is 180 degrees. is there. In these methods, phase information is obtained at a matching unit of an application circuit that applies a high frequency bias to the upper and lower electrodes. However, the high frequency applied to the upper and lower electrodes has various phase fluctuation factors after the output unit of the matching unit. For example, with respect to a bias high-frequency application circuit to the upper electrode, another high-frequency circuit for generating plasma that passes through a high-frequency filter or the like exists as a load of the bias high-frequency circuit, and the high-frequency transmission path to the upper electrode is the upper electrode There are features such as being unique. On the other hand, with regard to the bias high frequency application circuit to the lower electrode, a structure for controlling the temperature of the mounted wafer exists in the transmission path of the high frequency bias, and an electrostatic chuck circuit for the wafer exists as a load in the transmission path of the high frequency bias. In addition, a mechanical part such as a wafer transfer mechanism and a cover for protecting them are present as the ground of the high-frequency bias transmission path. That is, although phase information is obtained by each matching unit of the upper and lower electrodes, there is no guarantee that the phase difference of the voltage generated at the electrodes is controlled because the high-frequency transmission path to the subsequent electrodes is different.
これらの電力の経路による位相のずれは、電力の経路に存在する浮遊容量やコイル成分によるものであるから、周波数が高くなるほど位相のずれは大きくなることになる。装置構成にも依るが、一般に1MHz以上の周波数で位相のずれの効果が顕著になる。 Since the phase shift due to the power path is due to stray capacitance and coil components existing in the power path, the phase shift increases as the frequency increases. Although depending on the configuration of the apparatus, the effect of phase shift is generally significant at a frequency of 1 MHz or higher.
以上のことから言えるのは、上下各電極にそれぞれ発生する電圧の位相差は、各電極を通過する高周波の全回路と高周波の周波数により定まるべきものであり、従来のように上下電極の位相差をモニタする方法ではウエハ処理時に正確に位相差を検出できないため、精度良く位相差制御できないということである。 From the above, it can be said that the phase difference between the voltages generated at the upper and lower electrodes should be determined by the entire high-frequency circuit passing through each electrode and the high-frequency frequency. In this method, the phase difference cannot be accurately detected during wafer processing, so that the phase difference cannot be accurately controlled.
本発明は、上下各電極における位相差を精度良く制御可能なプラズマ処理装置とプラズマ処理装置の制御方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a control method for the plasma processing apparatus that can accurately control the phase difference between the upper and lower electrodes.
本発明は、容器内にプラズマが生成される真空容器と、前記真空容器外に設けた第1の高周波電源および第2の高周波電源ならびに第3の高周波電源と、前記第1の高周波電源からの第1の高周波電圧と前記第3の高周波電源からの第3の高周波電圧が供給される前記真空容器内または前記真空容器外に設けた第1の電極と、上面に試料が載置され前記第2の高周波電源からの第2の高周波電圧が供給される前記真空容器内に設けた第2の電極と、前記第1の電極あるいは第2の電極の高周波電圧を測定した信号を用いて、前記第2の高周波電圧と前記第3の高周波電圧の位相差を制御する位相制御装置と、を備えることを特徴とする。 The present invention includes a vacuum vessel in which plasma is generated in a vessel, a first high-frequency power source, a second high-frequency power source, a third high-frequency power source, and a first high-frequency power source provided outside the vacuum vessel. A first electrode provided in or outside the vacuum container to which a first high-frequency voltage and a third high-frequency voltage from the third high-frequency power source are supplied, and a sample is placed on the top surface of the first electrode. A second electrode provided in the vacuum vessel to which a second high-frequency voltage from a second high-frequency power source is supplied, and a signal obtained by measuring the high-frequency voltage of the first electrode or the second electrode, And a phase control device for controlling a phase difference between the second high-frequency voltage and the third high-frequency voltage.
本発明によれば、第3の高周波電力と、処理基板にバイアスを印加する第2の高周波電力の各電圧波形の位相制御において、上下各電極における位相差を、位相を検出することなく精度よく制御できる。 According to the present invention, in the phase control of each voltage waveform of the third high-frequency power and the second high-frequency power that applies a bias to the processing substrate, the phase difference between the upper and lower electrodes can be accurately detected without detecting the phase. Can be controlled.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1のプラズマ処理装置の全体構造を示す概略断面図を示す。
プラズマ処理装置は、アルミニウムなどの導電体によって作られた真空容器1を持ち、その内部にアンテナ2、シャワープレート3がそれぞれのシャワープレ−ト支持フランジ5,6で取り付けられている。真空容器1は接地されている。アンテナ2とシャワープレート3の間には、大気側よりプロセスガス導入管7を経由してガスが供給され、シャワープレート3に開けられた多数の微小孔より真空容器1の中に噴出する構造となっている。ここでアンテナ2は当然導体によって形成されているが、シャワープレート3は導体・誘電体あるいは半導体で形成されている場合がある。このシャワープレート3が導体あるいは半導体で形成されている場合、シャワープレート3はプラズマに直接電力を伝達するアンテナとして動作する。プロセスガスは、排気ダクト10を通って真空排気装置11で排気され、プロセスに適切な気圧に保たれている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the overall structure of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The plasma processing apparatus has a vacuum vessel 1 made of a conductor such as aluminum, and an antenna 2 and a shower plate 3 are attached to the inside thereof by respective shower
このアンテナ2に、第1の高周波電源4から所定の周波数の、所定の電力を整合器28を通して供給することによって、プロセスに適した特性をもつプラズマ9を生成する。なお、磁石(電磁石)8は、プラズマの特性を制御するために用いられることがあるが、無くてもかまわない。
By supplying a predetermined power of a predetermined frequency from the first high-frequency power source 4 to the antenna 2 through the matching
ウエハ(処理基板)12は、この真空容器1に大気側より搬入口(図示せず)を通って搬入され、適切な受け渡し装置(図示せず)によって、処理電極14上に設置される。処理電極14の上面は、適切な特性をもつ静電吸着膜(図示せず)があり、外部よりチョークコイル22を通じてDC電源23より印加される電圧により、静電吸着される。また、処理電極14は、その内部に冷媒溝15を持ち、外部から冷媒を供給され(図示せず)、ウエハ12はプロセスに適した温度に温調される。ウエハ12の外周部には、フォーカスリング13があり、また、処理電極14をプラズマ9から保護するサセプタ16がある。処理電極14は、絶縁ベース17と電極ベースフランジ18を介して、真空容器1に取り付けられている。処理電極14は、適切な上下機構(図示せず)により、昇降させることが可能であり、ウエハ12とシャワープレート3の間隔を可変できるようにする場合もある。本発明は、この上下機構の有無には関係なく、適用できるものである。
A wafer (processing substrate) 12 is carried into the vacuum vessel 1 from the atmosphere side through a carry-in port (not shown), and is placed on the
処理電極14には、絶縁管19に保護された導体と整合器20を通して、第2の高周波電源21より高周波電力が印加され、ウエハ12に高周波バイアスが印加される。前述したように、第1の高周波電源4と整合器28は、本図の構成に従う必要はなく、例えばその出力が、第2の高周波電源21および整合器20と並列に、処理電極14に印加されても良い。また、第1の高周波電源4がなく、第2の高周波電源21がプラズマ9の生成とウエハ12への高周波バイアス印加を兼用してもかまわない。
High frequency power is applied to the
発振器30から出た信号は位相制御器26を通過し、その一方の出力から出力され、第2の高周波電源21に入力される。位相制御器26の他方の出力は、第2の高周波電源21に行く信号に対して制御された位相差を持つ信号が出力され、第3の高周波電源25に入力される。この第3の高周波電源25の出力は、整合器24を通し、混合器27によって第1の高周波電源4の出力と混合され、上部の電極2(あるいはシャワープレート3)に印加される。
A signal output from the
混合器27は、第1の高周波電源4と第3の高周波電源25の出力を混合するだけでなく、第1の高周波電源4の出力が第3の高周波電源25とその整合器24に進入することを防ぐフィルタ機能を有している。さらに、混合器27は、第3の高周波電源25の出力が第1の高周波電源4とその整合器28に進入することを防ぐフィルタ機能を有している。以上のようにして、対向した上部の電極2(あるいはシャワープレート3)と下部の処理電極14(あるいはウエハ12)に、同一周波数で、位相が制御された高周波バイアスを印加することができる。
The
第1の高周波電源4の周波数は、プラズマを生成するため、通常、13.56MHz、あるいは、それ以上2.4GHz程度の周波数が利用できる。これに対して、第2の高周波電源21及び第3の高周波電源25の周波数は、プラズマを生成するよりもバイアスを印加することが主目的であり、通常、13.56MHzあるいはそれ以下の周波数が利用できる。
Since the frequency of the first high-frequency power source 4 generates plasma, a frequency of about 13.56 MHz or about 2.4 GHz can be used. On the other hand, the main purpose of the frequencies of the second high-
ここで、本発明に用いた上下電極の位相差と高周波電圧の関係について、図2を用いて説明する。
図2には、ウエハ表面のRF電位とプラズマ空間電位(Vs)とシース電圧の関係が示されている。RF電位波形のPeak−to−Peak電圧Vppと自己バイアス電圧Vdcは図中に定義してある。自己バイアス電圧Vdcは、プラズマから電極に流れ込む電子電流とイオン電流の和が、高周波1周期の間でちょうどゼロになる電位であり、かつ、電極の表面電圧の時間平均値である。一方、プラズマ空間電位(Vs)は、RF電圧が十分低い間は一定の値(図2中にVs0と定義した)をとるが、RF電位がプラズマ空間電位(Vs0)以上になる時、RF電位に引きずられて上昇し、RF電位の最大値のところでRF電位とほぼ等しくなる(図2中にV0pと定義した)。プラズマ空間電位がRF電位に引きずられて上昇するのは、RF電位の上昇によってプラズマから多量の電子が引き抜かれるために、プラズマがイオンリッチになるためである。ここで、VdcとVppの比率(Vdc/Vpp)は、高周波の周波数と、ウエハから見たアースのインピーダンスで決まり、高周波の周波数が高くなれば高くなるほど、また、アース部のインピーダンスが大きくなるほどVdc/Vppは0に近づく。つまり、Vdc/Vppは装置固有、さらに上下各電極、即ち、アンテナ2と電極14に固有の値である。
また、実線は、上下各電極、即ち、アンテナ2と電極14の電位が同相(位相差が0°)の場合を示し、点線は、上下各電極、即ち、アンテナ2と電極14の電位が逆相(位相差が180°)の場合を示している。逆相(位相差が180°)の場合には、プラズマ空間電位(Vs)が最小となる、即ち、自己バイアス電圧Vdcが、負方向に最大となることが示されている。
Here, the relationship between the phase difference between the upper and lower electrodes used in the present invention and the high-frequency voltage will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows the relationship between the RF potential on the wafer surface, the plasma space potential (Vs), and the sheath voltage. The Peak-to-Peak voltage Vpp and the self-bias voltage Vdc of the RF potential waveform are defined in the figure. The self-bias voltage Vdc is a potential at which the sum of the electron current and ion current flowing from the plasma into the electrode becomes exactly zero during one high frequency period, and is a time average value of the surface voltage of the electrode. On the other hand, the plasma space potential (Vs) takes a constant value (defined as Vs0 in FIG. 2) while the RF voltage is sufficiently low, but when the RF potential becomes equal to or higher than the plasma space potential (Vs0), the RF potential And is nearly equal to the RF potential at the maximum value of the RF potential (defined as V0p in FIG. 2). The reason why the plasma space potential is increased by being dragged to the RF potential is that a large amount of electrons are extracted from the plasma due to the increase of the RF potential, so that the plasma becomes ion rich. Here, the ratio of Vdc to Vpp (Vdc / Vpp) is determined by the high frequency and the impedance of the earth as viewed from the wafer. The higher the frequency of the high frequency, the higher the impedance of the ground portion. / Vpp approaches 0. That is, Vdc / Vpp is a value unique to the apparatus, and further to the upper and lower electrodes, that is, the antenna 2 and the
The solid line indicates the case where the potentials of the upper and lower electrodes, that is, the antenna 2 and the
従来の方式で位相差を検出した場合と本発明の高周波電圧を検出する効果を、図3を用いて説明する。図3(a)において、アンテナ2高周波電圧と電極14高周波電圧の位相差が180°の状態を示す。前述した通り自己バイアス電圧Vdcは負方向に最大になっている。一方、図3(b)には、アンテナ2高周波電圧と電極14高周波電圧が図3(a)の状態である時の整合器24と整合器20の出力電力の状態を示す。図3(b)で示されるように、整合器24の高周波電圧は、混合器27に内蔵されているフィルタおよび整合器24からアンテナ2への高周波伝送路によって、位相遅れTaが生じていることが分かる。同様に整合器20から電極14間の高周波伝送路においても位相遅れTbを生じている。これらの遅れTa、Tbに基づくずれにより、各整合器で検出される位相に基づき位相差を求めても、位相差が180°−(Ta+Tb)となるため、実際のアンテナ2と電極14の位相差を正しく検出できていない。
The case where the phase difference is detected by the conventional method and the effect of detecting the high frequency voltage of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows a state where the phase difference between the antenna 2 high-frequency voltage and the
そこで、本発明者らは、位相情報を直接検出する必要の無い構成を検討した。具体的には、アンテナ2と処理電極14に直接検出器(オシロスコープ、高電圧プローブなど)を接続し、これらの検出器から得られる情報(Vpp,V0p、Vdc)と、アンテナ2と処理電極14の高周波電圧の位相差の関係を調査、検討した。その結果を図5に示す。
図5は、位相差とアンテナ2・処理電極14で測定したVdc/Vppの相関を表す。これによれば、Vdc/Vppは、アンテナ2、処理電極14のどちらにおいても相関が取れており、Vdc/Vppが最小値を示すところがほぼ位相差が180°であることが分かる。
即ち、測定位置でずれる可能性が非常に高い位相情報を直接測らずとも、アンテナ2あるいは処理電極14のVdcとVppが測定できれば、位相制御を行うことが可能になると言える。
Therefore, the present inventors examined a configuration that does not require the phase information to be detected directly. Specifically, a detector (an oscilloscope, a high voltage probe, etc.) is directly connected to the antenna 2 and the
FIG. 5 shows the correlation between the phase difference and Vdc / Vpp measured with the antenna 2 and the
That is, it can be said that phase control can be performed if the Vdc and Vpp of the antenna 2 or the
以上の見地に基づき、本実施例では、上部電極であるアンテナ2の電位を直接測定する高電圧プローブ31を備える(図1参照)。高電圧プローブ31は、アンテナ2のVpp、Vdc、V0pを直接測定することが出来る。高電圧プローブ31は、位相制御器26に接続され、検出値が位相制御に利用される。尚、高電圧プローブ31をアンテナ2に代えて、電極2へ接続しても良い。
Based on the above viewpoint, this embodiment includes a high-voltage probe 31 that directly measures the potential of the antenna 2 that is the upper electrode (see FIG. 1). The high voltage probe 31 can directly measure Vpp, Vdc, and V0p of the antenna 2. The high voltage probe 31 is connected to the
次に、図4を用いて、位相制御器26を説明する。図4のブロック図は、位相制御器26内の回路構成である。
VppとV0pの検出には、高電圧プローブ31で検出したアンテナ2の高周波電圧を高電圧分圧部で分圧する。Vppの絶対値によっても分圧比の最適値は異なるが、通常は1000:1程度とする。分圧後の少信号バンドパスフィルタなどで高調波成分などを除去することが望ましい。更に、フィルタ通過後の少信号を、Vppの場合は全波整流回路などのVpp検出回路で検出し、V0pの場合は半波整流回路などのV0p検出回路で検出し、DCの信号に変換する。変換された信号はA/D変換で、制御部に取り込む。
又、Vdcは、ローパスフィルタなどで高周波成分をカットし、Vdc検出回路内の抵抗で分圧した電圧を検出値として用いる。Vdcの絶対値は、理論上Vppの絶対値の半分が最大と考えて構わないので、分圧比は500:1程度とする。分圧後の信号電圧はA/D変換し制御部に入力する。信号のレベルは例えば0〜10Vフルスケール程度が利用できる。
制御部では、所定のルール(後述)に基づき、高周波電源21,25に対する指令値を演算し、デジタル信号で出力する。出力された指令値は、D/A変換器でアナログ信号に変換され、スプリッター・シフタ回路などの位相シフタを経て正弦波の外部発信信号として、高周波電源21,25に出力される。位相シフタの外部発振信号に基づき高周波電源から各整合器を通して上下各電極へ電力が供給される。位相シフタからは発信器30へも信号が出力される。
尚、制御部からの出力は、D/A変換し位相シフタに入力する構成としたが、オペアンプなどで構成した除算回路を使っても良い。
Next, the
For detection of Vpp and V0p, the high-frequency voltage of the antenna 2 detected by the high-voltage probe 31 is divided by the high-voltage dividing unit. Although the optimum value of the voltage division ratio varies depending on the absolute value of Vpp, it is usually about 1000: 1. It is desirable to remove harmonic components with a small signal bandpass filter after voltage division. Further, a small signal after passing through the filter is detected by a Vpp detection circuit such as a full-wave rectification circuit in the case of Vpp, and is detected by a V0p detection circuit such as a half-wave rectification circuit in the case of V0p and converted into a DC signal. . The converted signal is taken into the control unit by A / D conversion.
Further, Vdc uses a voltage obtained by cutting a high-frequency component with a low-pass filter or the like and divided by a resistor in the Vdc detection circuit as a detection value. Since the absolute value of Vdc may theoretically be considered to be half the absolute value of Vpp, the voltage division ratio is set to about 500: 1. The divided signal voltage is A / D converted and input to the control unit. For example, a signal level of about 0 to 10 V full scale can be used.
The control unit calculates a command value for the high
The output from the control unit is D / A converted and input to the phase shifter. However, a divider circuit constituted by an operational amplifier or the like may be used.
次に、図1のプラズマ処理装置を用いたウエハの処理シーケンスについて述べる。まず、真空容器1を真空排気装置11によって所定の真空度以下になるように排気する。このとき、真空容器1には、プロセスガス導入管7や大気からのガス漏れ量が十分低いことを確認する。また同時に真空容器1内の部品からのアウトガス量も十分低いことを確認する。この状態で処理基板(ウエハ)12を処理電極14の上に搭載する。次に、プロセスガス導入管7よりプロセスガスを真空容器1内に導入し、真空排気能力を調節してプロセスに最適な圧力に制御する。
Next, a wafer processing sequence using the plasma processing apparatus of FIG. 1 will be described. First, the vacuum container 1 is evacuated by the
以上のようなプロセス開始条件が整った後、まず、第1の高周波電源4から所定の電力を供給してプラズマ9を点火する。このとき整合器28の動作が安定してアンテナ2からの反射波が十分小さくなる時間を最小にするように、あらかじめプリセット機能を用いて整合動作開始点を最適化する。整合器28の動作が安定し、プラズマ9の点火を確認した後、第2の高周波電源21と第3の高周波電源25から、それぞれ所定の電力を供給する。このように、プラズマ9の点火を確認した後で第2の高周波電源21と第3の高周波電源25から電力を供給するのは、プラズマが無い状態では負荷インピーダンスが高いためアンテナ2と処理基板12に高電圧が発生して異常放電やノイズによる装置誤動作などが生じる可能性が高くなるからである。第2の高周波電源21と第3の高周波電源25の電力印加開始タイミングは同時が望ましい。これは、第1、第2、第3の高周波電源の立ち上がり動作時間を最短にして処理基板12の処理時間を短縮すること、高周波電源の立ち上がり時間内(つまり、プロセス開始前)に処理基板12がプラズマに晒される時間を最短にすると同時に、処理基板12にプラズマからの反応生成物が堆積することを最小限にすること、および、位相制御されたバイアス印加の効果を可能な限り処理開始時から実現することを目的としている。
After the above process start conditions are satisfied, first, plasma 9 is ignited by supplying predetermined power from the first high-frequency power source 4. At this time, the matching operation start point is optimized using a preset function in advance so that the operation of the
第2の高周波電源21と第3の高周波電源25を同時にオンすると、それぞれの整合器20,24の整合動作がお互いの整合動作に影響を与え、整合動作の時間が長くなる場合がある。整合動作によりプラズマの特性、つまり、高周波電源の負荷インピーダンスが大きく変わる場合などがこれに相当する。この場合は、第2の高周波電源21と第3の高周波電源25の電力供給開始タイミングをずらす必要がある。この場合は、処理基板12にバイアスを印加する、第2の高周波電源21の電力供給開始を優先する。これは、処理基板12へのダメージ低減と処理そのものを優先するからである。
When the second high-
以上の第2の高周波電源21と第3の高周波電源25の電力印加開始時、位相制御器26は位相制御を行わず、プリセットモードにおいて所定の位相角に固定する。これは、整合器20、24の整合動作中、位相角が大きく変わるからで、整合動作中に位相制御を行っても正しい位相制御動作ができる保証が無いからである。当然、整合器20、24の動作開始から安定するまでの時間を最短にするため、各整合器の整合開始位置はプリセット機能を用いて最適化されなければならない。
At the start of power application of the second high-
位相制御器26は、高周波電源の電力印加が安定した後、つまり、整合器20、24の整合動作が安定した事を確認後、位相制御を開始する。また、安定した位相制御動作を行うために、プリセットモードにおける位相角は、あらかじめ測定された望ましい位相角に固定する。以上のシーケンスを採ることにより、高周波電源立ち上がり及び位相制御操作を最短にし、迅速に処理基板12の処理を開始することができる。
The
処理の開始後、位相制御器26は、高電圧プローブ31からアンテナ2のVdc、Vpp、V0pを得て、所定のルールに基づいて位相制御を開始する。
処理実行時において、処理基板12へのダメージを最小にするためには、前述のようにアンテナ2と電極14の高周波電極の位相差を180°にすることが理想である。この状態を保つための位相制御方法のルールとしては、幾つかの方法が考えられる。
After the start of processing, the
In order to minimize damage to the
まず一つ目は、制御部は、高電圧プローブ31から入力された信号をリアルタイムでVdcとVppの比(Vdc/Vpp値)を計算し、この値が最小値となるように、第2の高周波電源21と第3の高周波電源25の位相出力を可変しながら調節していくことである。Vdc/Vpp値が常に最小となるように第2の高周波電源21と第3の高周波電源25への出力を制御することで、アンテナ2と電極14の高周波電極の位相差は180°を保つように制御される。
First, the control unit calculates the ratio of Vdc and Vpp (Vdc / Vpp value) in real time for the signal input from the high voltage probe 31, and sets the second value so that this value becomes the minimum value. That is, the phase output of the high
二つ目は、予め、位相とVdc/Vppの相関データを装置側でデータベースとして格納しており、そのデータを基に、Vdc/Vppの最低値となるように第2の高周波電源21と第3の高周波電源25への出力を行うことである。データベースとしては、たとえば、図5のようなデータである。高電圧プローブ31がアンテナ2に接続される場合は、アンテナ2で測定したVdc/Vppと位相の相関データを格納し、高電圧プローブ31が電極14に接続される場合は、電極14で測定したVdc/Vppと位相の相関データを格納される。
Second, the correlation data of the phase and Vdc / Vpp is stored in advance as a database on the apparatus side, and based on the data, the second high
たとえば、図1のように高電圧プローブ31がアンテナ2に接続される場合は、図5に示されるアンテナ2で測定したVdc/Vppと位相の相関データを基に制御されるが、図5のデータではVdc/Vppの最小値は−0.42程度である。従って、上下各電極、即ち、アンテナ2と電極14の電位を逆相(位相差が180°)にするためには、Vdc/Vppが−0.42となるように第2の高周波電源21と第3の高周波電源25への出力を調節する。こうすることにより、アンテナ2と電極14に印加される高周波電圧の位相差が、直接位相を測らなくても制御可能となる。
For example, when the high voltage probe 31 is connected to the antenna 2 as shown in FIG. 1, the control is based on the correlation data of Vdc / Vpp and phase measured by the antenna 2 shown in FIG. In the data, the minimum value of Vdc / Vpp is about -0.42. Therefore, in order to set the potentials of the upper and lower electrodes, that is, the antenna 2 and the
また三つ目として、Vdc/Vpp以外にも、Vdc、あるいはV0pの絶対値からも位相制御を行うことが可能である。前述したように、アンテナ2と電極14の位相差が180°の時にVdcは最大、0°の時にVdcは最小の値をとる。逆に、アンテナ2と電極14の位相差が180°の時にV0pは最小、0°の時にVdcは最大の値をとる。したがって、Vdc/Vppを用いた制御と同様に、リアルタイムでVdcの最大値、あるいはV0pの最小値を求めるように、第2の高周波電源21と第3の高周波電源25への出力を調節することで、位相差180°での処理が可能となる。尚、Vdcの絶対値が最大、V0pの絶対値の最小をリアルタイムで求める場合は、単純に最小、最大を求めるために応答性を犠牲にしなければならない可能性がある。この場合の現実的な構成は、プリセットを予め与え、所定の位置近傍から制御をスタートさせることで応答性を改善する方法が望ましい。
また、予めVdc、あるいはV0pの大きさと位相の相関データを取っておき、それぞれ最大あるいは最小となる第2の高周波電源21と第3の高周波電源25への出力を行ってもよい。
Third, in addition to Vdc / Vpp, phase control can be performed from the absolute value of Vdc or V0p. As described above, Vdc takes a maximum value when the phase difference between the antenna 2 and the
In addition, correlation data between the magnitude and phase of Vdc or V0p may be stored in advance, and output to the second high
本発明の実施例2では、高周波電圧は、アンテナ2(あるいは電極14)に接続された高電圧プローブ31ではなく、第3の高周波電源25の整合器24と、混合器27との間の位置で測定される。図6の本実施例2の概要断面図を示す。
この実施例2の構成は、位相情報を直接検出せずに、Vpp、Vdc、V0pといった高周波電圧の絶対値の推移を検出することによって位相制御を行う、という本発明の特徴を生かしたものである。
In the second embodiment of the present invention, the high frequency voltage is not a high voltage probe 31 connected to the antenna 2 (or the electrode 14), but a position between the matching
The configuration of the second embodiment makes use of the feature of the present invention that the phase control is performed by detecting the transition of the absolute value of the high-frequency voltage such as Vpp, Vdc, and V0p without directly detecting the phase information. is there.
本実施例2で位相制御を行う場合は、アンテナ2で測定された高周波電圧と、整合器24で測定された高周波電圧の相関関係が事前に確認されている場合に限る。したがって、たとえば図5のようなアンテナ2で測定された高周波電圧と上下電極の位相差の相関データに加え、整合器24で測定された高周波電圧と上下電極の位相差の相関データを取得しておき、これらの間にどの程度のズレが発生しているのかを確認しておく。
実際に処理を行う場合に、整合器24の出力部で抽出された高周波電圧を位相制御器26へ導き、Vpp、Vdc、V0pを検出し、上記の位相ズレの情報を加味した上で、実施例1と同様に第2の高周波電源21と第3の高周波電源25への出力を行う。
本実施例2では、高電圧プローブ31などの検出手段を設けずに済み、簡単な装置構成で本発明を実行することが可能となる。
The phase control in the second embodiment is limited to the case where the correlation between the high frequency voltage measured by the antenna 2 and the high frequency voltage measured by the matching
When actually performing the processing, the high frequency voltage extracted at the output unit of the
In the second embodiment, it is not necessary to provide detection means such as the high voltage probe 31, and the present invention can be implemented with a simple device configuration.
上記実施例1では、処理基板12のダメージを可能な限り低減するために、上下電極に印加される高周波電圧の位相差を180°にする様に制御する例を示した。
本実施例3では、実施例1と異なり、上下電極に印加される高周波電圧の位相差が、真空容器内に与えるダメージを逆に利用するものである。
具体的に、本実施例3では、処理基板12を処理する以外のときに、プラズマ空間電位(Vs)が最大になるように位相差を制御する。即ち、上下電極の位相差が0°あるいはその近傍になるように制御するものである。装置構成は、実施例1及び2で示した例と同じものを使用できる。使用する検出パラメータも同じであり、Vdc/Vpp、Vdc絶対値あるいはV0p絶対値を用いる。
制御目標として、Vdc/VppおよびVdc絶対値は最小、V0pの絶対値は最大になるように位相を制御する。また、図5のような既知相関データを用いて制御する場合は、Vdc/Vppであれば、たとえば、−0.1以上となるように制御する。このような制御を行うことにより、プラズマ空間電位(Vs)を最大にすることができ、真空容器内の壁にダメージを与えることで、付着した異物のプラズマクリーニングを行うことが可能となる。
In the first embodiment, an example is shown in which the phase difference of the high-frequency voltage applied to the upper and lower electrodes is controlled to 180 ° in order to reduce damage to the
In the third embodiment, unlike the first embodiment, the phase difference of the high frequency voltage applied to the upper and lower electrodes reversely uses the damage given to the inside of the vacuum vessel.
Specifically, in the third embodiment, the phase difference is controlled so that the plasma space potential (Vs) is maximized when the
As control targets, the phase is controlled so that the absolute values of Vdc / Vpp and Vdc are minimum and the absolute value of V0p is maximum. Further, when the control is performed using the known correlation data as shown in FIG. 5, for example, if Vdc / Vpp, the control is performed to be −0.1 or more. By performing such control, the plasma space potential (Vs) can be maximized, and the attached foreign matter can be plasma cleaned by damaging the wall in the vacuum vessel.
1 真空容器
2 アンテナ
3 シャワープレート
4 第1の高周波電源
5 シャワープレート支持フランジ
6 アンテナ支持フランジ
7 プロセスガス導入管
8 磁石(電磁石)
9 プラズマ
10 排気ダクト
11 真空排気装置
12 処理基板(ウエハ)
13 フォーカスリング
14 電極(処理電極)
15 冷媒溝
16 サセプタ
17 絶縁ベース
18 電極ベースフランジ
19 絶縁管
20 整合器
21 第2の高周波電源
22 チョークコイル
23 DC電源
24 整合器
25 第3の高周波電源
26 位相制御器
27 混合器
28 整合器
29 発信器
30 発振器
31 高電圧プローブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Antenna 3 Shower plate 4 1st high
9
13
15
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の電極あるいは第2の電極の高周波電圧を直接測定する手段として高電圧プローブを設け、前記高電圧プローブの出力を用いて位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
A plasma processing apparatus, wherein a high voltage probe is provided as means for directly measuring the high-frequency voltage of the first electrode or the second electrode, and the phase difference is controlled using the output of the high voltage probe.
前記第3の整合器から前記混合器への高周波電圧の出力信号を用いて、前記第2及び第3の高周波電圧の位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。 A vacuum vessel in which plasma is generated in the vessel, a first high-frequency power source, a second high-frequency power source and a third high-frequency power source provided outside the vacuum vessel, and a first high-frequency power source from the first high-frequency power source A first electrode provided in or outside the vacuum vessel to which a voltage and a third high-frequency voltage from the third high-frequency power source are supplied, and a sample placed on the upper surface, the second high-frequency power source A second electrode provided in the vacuum vessel to which the second high-frequency voltage from is supplied, a mixer for mixing the first high-frequency voltage and the third high-frequency voltage, and the first power source A first matching unit provided between the mixers, a second matching unit provided between the second power source and the second electrode, and a third matching unit provided between the third power source and the mixer. And a third matching device,
A plasma processing apparatus that controls a phase difference between the second and third high-frequency voltages using an output signal of a high-frequency voltage from the third matching unit to the mixer.
前記検出手段から、前記第1の電極あるいは第2の電極の高周波電圧を検出し、前記第2の高周波電圧と前記第3の高周波電圧の位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置の制御方法。 A vacuum vessel in which plasma is generated in the vessel, a first high-frequency power source, a second high-frequency power source and a third high-frequency power source provided outside the vacuum vessel, and a first high-frequency power source from the first high-frequency power source A first electrode provided in or outside the vacuum vessel to which a voltage and a third high-frequency voltage from the third high-frequency power source are supplied, and a sample placed on the upper surface, the second high-frequency power source A second electrode provided in the vacuum vessel to which a second high-frequency voltage from the first electrode is supplied; detection means for detecting a high-frequency voltage of the first electrode or the second electrode; and the second and third A control method of a plasma control device comprising a control means for controlling the high frequency voltage of
A plasma processing apparatus comprising: detecting a high-frequency voltage of the first electrode or the second electrode from the detection means; and controlling a phase difference between the second high-frequency voltage and the third high-frequency voltage. Control method.
前記第3の整合器から前記混合器への高周波電圧の出力信号を用いて、前記第2及び第3の高周波電圧の位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置の制御方法。 A vacuum vessel in which plasma is generated in the vessel, a first high-frequency power source, a second high-frequency power source and a third high-frequency power source provided outside the vacuum vessel, and a first high-frequency power source from the first high-frequency power source A first electrode provided in or outside the vacuum vessel to which a voltage and a third high-frequency voltage from the third high-frequency power source are supplied, and a sample placed on the upper surface, the second high-frequency power source A second electrode provided in the vacuum vessel to which the second high-frequency voltage from is supplied, a mixer for mixing the first high-frequency voltage and the third high-frequency voltage, and the first power source A first matching unit provided between the mixers, a second matching unit provided between the second power source and the second electrode, and a third matching unit provided between the third power source and the mixer. And a third control unit of the plasma control device comprising
A method for controlling a plasma processing apparatus, comprising: controlling a phase difference between the second and third high-frequency voltages using an output signal of a high-frequency voltage from the third matching unit to the mixer.
前記位相差制御に用いられる高周波電圧の出力として、Peak−to−Peak電圧Vpp、自己バイアス電圧Vdc、プラズマ空間電位の最大値V0pの何れかを位相差制御の指標として用いることを特徴とするプラズマ処理装置の制御方法。 In the control method of the plasma processing apparatus of Claim 4 and 5,
A plasma characterized in that any one of a peak-to-peak voltage Vpp, a self-bias voltage Vdc, and a maximum value of plasma space potential V0p is used as an index of phase difference control as an output of a high-frequency voltage used for the phase difference control. A method for controlling a processing apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005305227A JP2007115867A (en) | 2005-10-20 | 2005-10-20 | Plasma processor and method for controlling the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005305227A JP2007115867A (en) | 2005-10-20 | 2005-10-20 | Plasma processor and method for controlling the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007115867A true JP2007115867A (en) | 2007-05-10 |
Family
ID=38097795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005305227A Pending JP2007115867A (en) | 2005-10-20 | 2005-10-20 | Plasma processor and method for controlling the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007115867A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008041795A (en) * | 2006-08-03 | 2008-02-21 | Tokyo Electron Ltd | Plasma treatment device and plasma treatment method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10154697A (en) * | 1996-11-25 | 1998-06-09 | Fujitsu Ltd | Plasma processing device and control method thereof |
JP2001093890A (en) * | 1999-09-27 | 2001-04-06 | Hiroshima Nippon Denki Kk | Plasma etching apparatus and etching method |
JP2002184766A (en) * | 2000-09-12 | 2002-06-28 | Hitachi Ltd | Apparatus and method for plasma processing |
JP2002270577A (en) * | 2001-03-07 | 2002-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Plasma treating system and plasma treating method |
-
2005
- 2005-10-20 JP JP2005305227A patent/JP2007115867A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10154697A (en) * | 1996-11-25 | 1998-06-09 | Fujitsu Ltd | Plasma processing device and control method thereof |
JP2001093890A (en) * | 1999-09-27 | 2001-04-06 | Hiroshima Nippon Denki Kk | Plasma etching apparatus and etching method |
JP2002184766A (en) * | 2000-09-12 | 2002-06-28 | Hitachi Ltd | Apparatus and method for plasma processing |
JP2002270577A (en) * | 2001-03-07 | 2002-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Plasma treating system and plasma treating method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008041795A (en) * | 2006-08-03 | 2008-02-21 | Tokyo Electron Ltd | Plasma treatment device and plasma treatment method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7551887B2 (en) | Plasma processing apparatus, processor, control method, non-transitory computer-readable recording medium, and power supply system | |
JP7155354B2 (en) | Plasma processing apparatus, processor, control method, non-transitory computer-readable recording medium and program | |
KR102265231B1 (en) | Plasma processing apparatus | |
JP4773079B2 (en) | Control method of plasma processing apparatus | |
KR102033120B1 (en) | Plasma-treatment method | |
US9663858B2 (en) | Plasma processing apparatus | |
JP5319150B2 (en) | Plasma processing apparatus, plasma processing method, and computer-readable storage medium | |
US20130284369A1 (en) | Two-phase operation of plasma chamber by phase locked loop | |
Franek et al. | Power supply and impedance matching to drive technological radio-frequency plasmas with customized voltage waveforms | |
US20130284370A1 (en) | Independent control of rf phases of separate coils of an inductively coupled plasma reactor | |
JP6997642B2 (en) | Plasma processing equipment and plasma processing method | |
US11037761B2 (en) | Control method and plasma processing apparatus | |
JP6055537B2 (en) | Plasma processing method | |
CN112309818B (en) | Plasma processing apparatus and control method | |
JP2007115867A (en) | Plasma processor and method for controlling the same | |
US11705313B2 (en) | Inspection method and plasma processing apparatus | |
JP2001007089A (en) | Plasma treatment method and apparatus | |
JP5198616B2 (en) | Plasma processing equipment | |
JP3959318B2 (en) | Plasma leak monitoring method, plasma processing apparatus, plasma processing method, and computer program | |
US20240274417A1 (en) | Plasma measurement method and plasma processing apparatus | |
WO2024019020A1 (en) | Plasma processing device and endpoint detection method | |
US20240312765A1 (en) | Substrate processing apparatus | |
JP2024121240A (en) | Plasma measurement method and plasma processing device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080222 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090929 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091006 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091202 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101019 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101214 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110111 |