JP2008066319A - Plasma treatment apparatus and plasma treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、処理容器内に1以上の電極を有し、それらの高周波電極の少なくともいずれかの電極に高周波電力を供給して処理容器内にプラズマを生成し、基板を処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that has one or more electrodes in a processing container, supplies high frequency power to at least one of the high frequency electrodes to generate plasma in the processing container, and processes a substrate. The present invention relates to a plasma processing method.
例えば半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおけるエッチングや成膜等の基板処理では、プラズマを用いた処理が広く用いられている。 For example, plasma processing is widely used in substrate processing such as etching and film formation in manufacturing processes of semiconductor devices and liquid crystal display devices.
プラズマ処理は、通常プラズマ処理装置で行われている。このプラズマ処理装置には、処理容器内に例えば上下に対向する電極が設けられており、これらの電極のいずれか一方又は両方に高周波電力を供給することによって、プラズマを発生させて基板のプラズマ処理が行われるようになっている。 The plasma processing is usually performed by a plasma processing apparatus. In this plasma processing apparatus, for example, electrodes that are vertically opposed to each other are provided in a processing container. By supplying high-frequency power to one or both of these electrodes, plasma is generated and plasma processing of a substrate is performed. Is to be done.
近年では、処理容器内の電極に整合器を介して高周波電源から高周波電力を印加することに加え、種々の目的で処理容器内の電極に直流電源から直流電圧を印加するプラズマ処理技術が開発されてきた。特許文献1には、処理容器内に対向して設けた上部電極及び下部電極の各々に高周波電力を印加する前に、上部電極に直流電圧を印加し、プラズマの着火を容易化するプラズマ処理技術が開示されている。
In recent years, in addition to applying high-frequency power from a high-frequency power source to the electrodes in the processing vessel via a matching unit, plasma processing technology has been developed for applying a DC voltage from a DC power source to the electrodes in the processing vessel for various purposes. I came.
また、特許文献2には、処理容器内に対向して設けた上部電極及び下部電極の各々に高周波電力を印加すると共に、上部電極に直流電圧を印加してセルフバイアス電圧を上昇させることでプラズマシースを厚くすることによって、プラズマを均一化するプラズマ処理技術が開示されている。
Further, in
しかしながら、上記特許文献1、2に記載のプラズマ処理技術では、電極への直流電圧の印加の開始又は終了が、同一又は別個の電極に印加された高周波電力に及ぼす影響を考慮していない。実際には、高周波電源によって電極に高周波電力が印加された状態で、同一又は別個の電極に直流電圧を印加すると、高周波電力によって生成したプラズマのインピーダンスが急変し、高周波電源に大きな反射エネルギーが戻されてしまう。このような状況下では、高周波電源の反射保護回路が作動し、高周波電力の出力を低下させてしまうため、高周波電源による高周波電力の印加動作及び整合器の整合動作の制御が非常に難しくなってしまう。その結果、処理容器内のプラズマがハンチングしたり、最悪の場合には消えたりして、基板を安定してプラズマ処理することができない。さらに、プラズマが不均一になり、基板にチャージアップダメージを与えてしまう恐れもある。
However, the plasma processing techniques described in
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高周波電力及び直流電圧を同一又は別個の電極に印加して基板を処理する際に、処理容器内のプラズマを安定化し、基板を安定してプラズマ処理することが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when processing a substrate by applying high-frequency power and DC voltage to the same or separate electrodes, the plasma in the processing vessel is stabilized, and the substrate is stabilized. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of performing plasma processing.
上記課題を解決するために、本発明によれば、処理容器内に1以上の電極を有し、該電極の少なくともいずれかに高周波電力を供給して処理容器内にプラズマを生成し、基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記1以上の電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加する高周波電源と、前記1以上の電極の少なくともいずれかに直流電圧を印加する直流電源と、前記高周波電力が印加された前記電極及び前記高周波電源の間に設けた整合器と、前記高周波電源によって前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電源による前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記電極に印加された高周波電力を予め調整するように前記高周波電源を制御する制御装置と、を有することを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。 In order to solve the above-described problems, according to the present invention, the processing container has one or more electrodes, and high-frequency power is supplied to at least one of the electrodes to generate plasma in the processing container, A plasma processing apparatus for processing, a high-frequency power source that applies high-frequency power to at least one of the one or more electrodes, a DC power source that applies a DC voltage to at least one of the one or more electrodes, and the high-frequency power In a state where high frequency power is applied to the electrode by the high frequency power supply and the matching device provided between the electrode to which the high frequency power supply is applied, application of a DC voltage to the electrode by the DC power supply is started or And a control device that controls the high-frequency power source so as to preliminarily adjust the high-frequency power applied to the electrode at the timing of termination. Zuma processing apparatus is provided.
上記プラズマ処理装置において、前記高周波電源によって前記電極に印加された高周波電力を予め調整する際に、前記電極に印加された高周波電力を低下させるように調整してもよい。 In the plasma processing apparatus, when the high-frequency power applied to the electrode by the high-frequency power source is adjusted in advance, the high-frequency power applied to the electrode may be adjusted to be lowered.
上記プラズマ処理装置において、前記制御装置は、前記高周波電源によって前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電源による前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、整合動作を予め調整するように前記整合器を制御してもよい。 In the plasma processing apparatus, the control device performs a matching operation at a timing at which application of a DC voltage to the electrode by the DC power supply is started or ended in a state in which high-frequency power is applied to the electrode by the high-frequency power supply. The matching unit may be controlled so as to adjust in advance.
上記プラズマ処理装置において、前記整合器の整合動作を予め調整する際に、前記処理容器内のプラズマの変化の予測に基づいて調整してもよい。 In the plasma processing apparatus, when the matching operation of the matching unit is adjusted in advance, the matching may be adjusted based on the prediction of the plasma change in the processing container.
上記プラズマ処理装置において、前記制御装置は、前記直流電源による前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングの情報、若しくは前記直流電源により前記電極に印加される直流電圧の情報を予め保持してもよい。 In the plasma processing apparatus, the control device previously stores information on a timing at which application of a DC voltage to the electrode by the DC power supply is started or ended, or information on a DC voltage applied to the electrode by the DC power supply. It may be held.
上記プラズマ処理装置において、前記制御装置は、前記電極への直流電圧の印加を開始又は終了するように前記直流電源を制御してもよい。 The said plasma processing apparatus WHEREIN: The said control apparatus may control the said DC power supply so that the application of the DC voltage to the said electrode may be started or complete | finished.
上記プラズマ処理装置において、前記制御装置は、前記直流電源によって前記電極に直流電圧が印加された状態において、前記高周波電源による前記電極への高周波電力の印加が開始又は終了される際に、前記電極に印加された直流電圧によるプラズマへの影響を考慮した整合動作を行うように前記整合器を制御してもよい。 In the plasma processing apparatus, the controller is configured to start or end the application of high-frequency power to the electrode by the high-frequency power supply in a state where a direct-current voltage is applied to the electrode by the direct-current power supply. The matching unit may be controlled so as to perform a matching operation in consideration of the influence on the plasma by the DC voltage applied to the.
また、本発明によれば、処理容器内に設けた1以上の電極の少なくともいずれかの電極に高周波電力を供給して処理容器内にプラズマを生成し、基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記1以上の電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加し、前記1以上の電極の少なくともいずれかに直流電圧を印加し、前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記電極に印加された高周波電力を予め調整することを特徴とする、プラズマ処理方法が提供される。 In addition, according to the present invention, there is provided a plasma processing method for processing a substrate by generating a plasma in a processing container by supplying high frequency power to at least one of one or more electrodes provided in the processing container. Applying high-frequency power to at least one of the one or more electrodes, applying a direct-current voltage to at least one of the one or more electrodes, and applying the direct-current voltage in a state where the high-frequency power is applied to the electrodes. A plasma processing method is provided in which the high-frequency power applied to the electrode is adjusted in advance at a timing at which is started or ended.
上記プラズマ処理方法において、前記電極に印加された高周波電力を予め調整する際に、前記電極に印加された高周波電力を低下させるように調整してもよい。 In the said plasma processing method, when adjusting the high frequency electric power applied to the said electrode previously, you may adjust so that the high frequency electric power applied to the said electrode may be reduced.
上記プラズマ処理方法において、前記電極への高周波電力の印加は、前記処理容器内のプラズマと高周波電力を供給する高周波電源との間でインピーダンスの整合をとりながら行い、前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記インピーダンスの整合を予め調整してもよい。 In the plasma processing method, the high-frequency power is applied to the electrode while matching impedance between the plasma in the processing container and a high-frequency power source that supplies the high-frequency power, and the high-frequency power is applied to the electrode. In this state, the impedance matching may be adjusted in advance at the timing when the application of the DC voltage to the electrode starts or ends.
上記プラズマ処理方法において、前記インピーダンスの整合を予め調整する際に、前記処理容器内のプラズマの変化の予測に基づいて調整してもよい。 In the plasma processing method, when the impedance matching is adjusted in advance, the impedance may be adjusted based on prediction of a change in plasma in the processing container.
上記プラズマ処理方法において、前記電極に直流電圧が印加された状態において、前記電極への高周波電力の印加が開始又は終了される際に、前記電極に印加された直流電圧によるプラズマへの影響を考慮して前記インピーダンスの整合を行ってもよい。 In the plasma processing method, in the state where a DC voltage is applied to the electrode, when the application of the high frequency power to the electrode is started or terminated, the influence of the DC voltage applied to the electrode on the plasma is considered. Then, the impedance matching may be performed.
本発明によれば、電極に高周波電力が印加された状態において、この電極と同一又は別個の電極に直流電圧の印加を開始又は終了させる際に、直流電圧の印加動作による影響を考慮して電極に印加された高周波電力を予め調整することによって、高周波電源の印加動作及び整合器の整合動作が不安定になるのを防止することができる。これにより、処理容器内のプラズマを安定化し、基板を安定してプラズマ処理することができる。 According to the present invention, in the state where high-frequency power is applied to the electrode, when the application of the DC voltage to the electrode that is the same as or different from this electrode is started or terminated, the electrode is considered in consideration of the influence of the DC voltage application operation. By preliminarily adjusting the high frequency power applied to, it is possible to prevent the application operation of the high frequency power supply and the matching operation of the matching unit from becoming unstable. Thereby, the plasma in the processing container can be stabilized, and the substrate can be stably plasma-processed.
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明をする。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification and drawings, elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置1の構成図である。図1に示すように、プラズマエッチング装置1は、例えば略円筒形状の処理容器2を備えている。処理容器2の内側には、処理空間Kが形成される。処理容器2の壁部C2は、保安接地されている。処理容器2内には、上部電極5及び下部電極6が対向配置されている。上部電極5及び下部電極6は、略円板形状であり導電性材料から形成されている。上部電極5と壁部C2との間には、絶縁体C1が介在されている。下部電極6は、基板Wの載置台を兼ねている。処理空間Kには、ガス供給経路10及びシャワーヘッドとしての機能も有する上部電極5を介して処理ガスが供給される。また、処理空間K内の処理ガスは、ガス排気経路11を介して排気される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a
上部電極5には、整合器15を介して高周波電源16が電気的に接続されている。高周波電源16は、処理空間K内の処理ガスをプラズマ化するように、例えば60MHzの周波数の高周波電力を上部電極5に印加可能である。整合器15は、処理空間K内に生成したプラズマと高周波電源16との間でインピーダンスの整合をとることができる。
A high
整合器15と上部電極5との間の接続点20には、ローパスフィルタ21を介して直流電源22が電気的に接続され、上部電極5に直流電圧を印加可能である。なお、整合器15内には直列にコンデンサ(図示せず)が設けられている。
A
高周波電源16、整合器15及び直流電源22は、安定化用制御装置25に接続されている。この安定化用制御装置25は、高周波電源16による上部電極5への高周波電力の印加動作、整合器15による高周波電源16と処理空間K内のプラズマとのインピーダンスの整合動作並びに直流電源22による上部電極5への直流電圧の印加動作を後述のように各々制御し、基板Wのプラズマ処理を安定化させることが可能である。
The high
下部電極6には、整合器30を介して例えば2MHzの周波数の高周波電力を供給する高周波電源31が電気的に接続されている。高周波電源31は、処理空間K内に生成したプラズマ中のイオンを下部電極6に引込むように、例えば2MHzの周波数の高周波電力を下部電極6に印加可能である。整合器30は、処理空間K内に生成したプラズマと高周波電源31との間でインピーダンスの整合をとることができる。
For example, a high
次に、以上のように構成されたプラズマエッチング装置1を用いて、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理方法の一例としての基板Wをプラズマエッチングする方法を、図1を用いて説明する。
Next, a method of plasma etching the substrate W as an example of the plasma processing method according to the embodiment of the present invention using the
まず、図1に示すように、基板Wが処理容器2内に搬入され、下部電極6上に載置される。排気経路11から排気が行われ、処理容器2内が減圧され、ガス供給経路10から上部電極5を介して所定の処理ガスが処理容器2内に供給される。
First, as shown in FIG. 1, the substrate W is carried into the
高周波電源16により、上部電極5にプラズマ生成用の周波数が60MHzの高周波電力が整合器15を介して印加される。これにより、処理空間Kの処理ガスがプラズマ化される。次いで、高周波電源31により、下部電極6に周波数が2MHzの高周波電力が整合器30を介して供給され、生成されたプラズマ中のイオンが基板Wに引込まれることによって基板Wの表面膜がエッチングされる。さらに、上部電極5のセルフバイアス電圧VSBを上昇させてプラズマを均一化するように、直流電源22により、上部電極5に直流電圧が印加される。所定時間エッチングが行われた後、高周波電力及び直流電圧の供給が停止され、基板Wが処理容器2内から搬出されて一連のプラズマエッチング処理が終了する。
A high frequency power having a plasma generation frequency of 60 MHz is applied to the
上述した一連のプラズマエッチング処理の際には、安定化用制御装置25によって直流電源22の印加動作、高周波電源16の印加動作及び整合器15の整合動作が制御される。図2は、プラズマエッチングの際に安定化用制御装置25により制御された直流電源22の印加動作、高周波電源16の印加動作及び整合器15の整合動作を各々示すタイミングチャートである。図2では、横軸方向が時間経過を示し、縦軸方向は各々、直流電源22によって上部電極5に印加される直流電圧の値VDC、高周波電源16によって上部電極5に印加される高周波電力の電圧値VRF、処理空間K内のプラズマの予測インピーダンスの値Zp、及び整合器15がプラズマの実際のインピーダンスZと整合させる高周波電源16側のインピーダンスの値Zmの変化を各々示す。なお、プラズマの予測インピーダンスの値Zpは、高周波電源16及び直流電源22の印加動作を制御する安定化用制御装置25によって、これらの印加動作の実行前に予め算出される予測値である。プラズマの予測インピーダンスの値Zpを算出する際には、図示しない測定装置を用いて上部電極5のセルフバイアス電圧VSBを測定し、その測定値に基づいて算出するようにしてもよい。
During the series of plasma etching processes described above, the
図2において、直流電圧VDC及び電圧VRFは、縦軸上方向が高い値を示し、縦軸下方向が低い値を示す。一方、プラズマの予測インピーダンスZp及び整合器15のインピーダンスZmは、縦軸上方向が低い値を示し、縦軸下方向が高い値を示している。以下、図2を用いて、プラズマエッチングの際に、安定化用制御装置25によって制御された直流電源22の印加動作、高周波電源16の印加動作及び整合器15の整合動作について説明する。なお、以下では説明を簡略化するために、高周波電源31により下部電極6に印加される高周波電力については詳述しないが、高周波電源16による上部電極5への電圧VRFの印加動作に応じて適宜、高周波電源31による下部電極6への印加動作が行われている。
In FIG. 2, the DC voltage V DC and the voltage V RF indicate a high value on the vertical axis and a low value on the vertical axis. On the other hand, the impedance Z m of the predicted impedance Z p and the
まず、初期状態(図2に示す時点A1)では、高周波電源16からの高周波電力及び直流電源22からの直流電圧は上部電極5に供給されていない。即ち、高周波電源16により上部電極5に印加される電圧VRF及び直流電源22により上部電極5に印加される直流電圧VDCの値はいずれも零である。従って、この時点A1では、処理容器2内にプラズマはまだ発生していないため、プラズマの予測インピーダンスZpを示していない。また、高周波電源16側のインピーダンスZmを制御する整合器15も作動していない。
First, in the initial state (time A1 shown in FIG. 2), the high frequency power from the high
安定化用制御装置25の制御によって高周波電源16から上部電極5への電圧VRFの印加が開始され(図2に示す時点A2)、電圧VRFの値は所定の増加率で上昇される。電圧VRFは、所定値に到達する(図2に示す時点A3)とその所定値に保持される。電圧VRFの印加によって、処理容器2内には処理ガスからプラズマが生成されて増加するため、算出したプラズマの予測インピーダンスZpは低下している。また、電圧VRFが一定になると予測インピーダンスZpも一定になる。整合器15は、実際のプラズマのインピーダンスZに基づいて、高周波電源16側のインピーダンスZmを整合させるため、インピーダンスZmは予測インピーダンスZpと概ね同様の挙動を示す。
Application of the voltage V RF from the high
処理容器2内のプラズマが安定した状態になってから、安定化用制御装置25の制御によって直流電源22による上部電極5への直流電圧VDCの印加が開始され(図2に示す時点A6)、直流電圧VDCの値が所定の増加率で上昇される。直流電圧VDCは、所定値に到達する(図2に示す時点A8)とその所定値に保持される。この所定値は、例えば、直流電圧VDCによって生じる上部電極5のセルフバイアス電圧VSBがプラズマシースの厚さを最適にする値であってよい。
After the plasma in the
安定化用制御装置25は、上述した直流電源22による直流電圧VDCの印加が開始されるタイミング(図2に示す時点A6)よりも前(図2に示す時点A5)に、予め上部電極5に印加された電圧VRFを所定の減少率で低下させるように高周波電源16の印加動作を制御する。電圧VRFの低下は、直流電圧VDCの印加が開始される(図2に示す時点A6)まで行う。直流電圧VDCの印加が開始された後は、電圧VRFの値を所定の増加率で上昇させ、電圧VRFが所定値に到達する(図2に示す時点A8)とその所定値に保持させるように制御を行う。
The
また、安定化用制御装置25は、上述した直流電圧VDCの印加が開始されるタイミング(図2に示す時点A6)よりも前(図2に示す時点A4)に、算出した予測インピーダンスZpから予測される直流電圧VDCの印加開始時の整合動作(図2に点線で示すインピーダンスZmの時点A6及びA8間の整合動作)を予め実行するように整合器15を制御する。具体的に説明すると、直流電圧VDCを印加する前の整合器15のマッチャーポジション、高周波電源22の出力及び上部電極5のピーク−ピーク間電圧VPPから上部電極5のプラズマシースの厚さを算出し、さらに、直流電圧VDCの印加に応じたプラズマシースの厚さの変化(即ち、プラズマシースの容量)を算出し、算出した結果に基づく整合動作を予め行うように整合器15を制御している。直流電圧VDCの印加が開始された後は、整合器15は、実際のプラズマのインピーダンスZに基づく整合動作に戻る。
Further, the
上述のようにして、高周波電源16から上部電極5に印加される電圧VRFと、直流電源22から上部電極5に印加された直流電圧VDCとが一定に保持された状態になる(図2に示す時点A8)。また、プラズマの予測インピーダンスZp及び整合器15が整合させる高周波電源16側のインピーダンスZmも一定に保持された状態になる。この状態で、所定時間だけ基板Wのエッチングが行われる。
As described above, the voltage V RF applied from the high
基板Wのエッチングが終了した後、安定化用制御装置25の制御によって、直流電源22が上部電極5に印加する直流電圧VDCの低減(即ち、直流電圧VDCの印加の終了動作)が開始される(図2に示す時点A11)。直流電圧VDCの低減は、所定の減少率で行われ、最終的には、直流電源22による上部電極5への直流電圧VDCの印加が停止される(図2に示す時点A13)。
After the etching of the substrate W is finished, the control of the
安定化用制御装置25は、上述した直流電源22による直流電圧VDCの印加の終了動作が開始されるタイミング(図2に示す時点A11)よりも前(図2に示す時点A10)に、予め上部電極5に印加される電圧VRFを所定の減少率で低下させるように高周波電源16の印加動作を制御する。電圧VRFの低下は、直流電圧VDCの印加の終了動作が開始される(図2に示す時点A11)まで行う。直流電圧VDCの印加の終了動作が開始された後は、電圧VRFの値を所定の増加率で上昇させ、電圧VRFが所定値に到達する(図2に示す時点A13)とその所定値に保持させるように制御を行う。
The
また、安定化用制御装置25は、上述した直流電圧VDCの印加の終了動作が開始されるタイミング(図2に示す時点A11)よりも前(図2に示す時点A9)に、算出した予測インピーダンスZpから予測される直流電圧の印加終了時の整合動作(図2に点線で示すインピーダンスZmの時点A11及びA13間の整合動作)を予め実行するように整合器15を制御する。直流電圧VDCの印加が終了された後は、整合器15は、実際のプラズマのインピーダンスZに基づく整合動作に戻る。
Further, the
次いで、安定化用制御装置25の制御によって高周波電源16から上部電極5への電圧VRFの印加の終了動作が開始され(図2に示す時点A14)、電圧VRFの値は所定の減少率で低減される。最終的には、電圧VRFは停止される(図2に示す時点A16)。電圧VRFの低減によって、処理容器2内のプラズマが減少するため、プラズマの予測インピーダンスZpも上昇する。整合器15は、実際のプラズマのインピーダンスZに基づいて、高周波電源16側のインピーダンスZmを整合させるため、インピーダンスZmは予測インピーダンスZpと概ね同様の挙動を示す。
Next, the end of the application of the voltage V RF from the high
最終的には、高周波電源16からの高周波電力及び直流電源22からの直流電圧の上部電極5への供給が停止し、整合器15も作動していない初期状態(図2に示す時点A1)と同じ最終状態(図2に示す時点A16)になる。以上により安定化用制御装置25による直流電源22の印加動作、高周波電源16の印加動作及び整合器15の整合動作の制御が完了する。
Finally, the supply of the high frequency power from the high
以上の第1の実施の形態によれば、安定化用制御装置25を用いて、高周波電源16によって上部電極5に電圧VRFが印加された状態において、直流電源22による上部電極5への直流電圧VDCの印加が開始又は終了されるタイミングで、高周波電源16によって上部電極5に印加された電圧VRFを予め調整するように制御したことによって、直流電圧VDCの印加動作が電圧VRFに及ぼす影響を最小限に抑えることができる。特に、直流電圧VDCの印加が開始又は終了される前に上部電極5に印加された電圧VRFを予め低下させるように制御したことによって、プラズマのインピーダンスZの急変により高周波電源16に戻る反射エネルギーを小さくでき、高周波電源16の反射保護回路の作動を防止して高周波電力の出力低下を防ぐことができる。これにより、高周波電源16の印加動作及び整合器15の整合動作が不安定になるのを防止することができる。また、処理容器2内のプラズマを安定化し、基板Wを安定してプラズマ処理することができる。
According to the first embodiment described above, in the state where the voltage V RF is applied to the
また、安定化用制御装置25を用いて、直流電源22による上部電極5への直流電圧VDCの印加が開始又は終了されるタイミングで、整合器15によって行われる整合動作を予め調整するように制御したことによって、直流電圧VDCの印加動作が電圧VRFに及ぼす影響に対して早めに対応し、整合器15の制御が不安定化することを防止することができる。特に、整合器15によって行われる整合動作を予め調整する際に、算出したプラズマの予測インピーダンスZpに基づいて調整するようにしたことによって、直流電圧VDCの印加動作によって及ぼされる影響に対してより適切な対応が可能になる。
In addition, by using the
さらに、安定化用制御装置25が高周波電源16、整合器15及び直流電源22を制御するようにしたことによって、最適なタイミングで、高周波電源16による上部電極5への電圧VRFの印加動作、直流電源22による上部電極5への直流電圧VDCの印加動作及び整合器15による整合動作を行い、直流電圧VDCの印加動作が電圧VRFに及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
Further, since the
本発明の第2の実施の形態として、図3に示すように、直流電源22によって上部電極5に直流電圧が印加された状態において、高周波電源16による上部電極5への高周波電力の印加が開始又は終了される際に、上部電極5に印加された直流電圧によるプラズマへの影響を考慮した印加動作を行うように高周波電源16を制御してもよい。
As a second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, in the state where a DC voltage is applied to the
図3は、本発明の第2の実施の形態において、プラズマエッチングの際に安定化用制御装置25により制御された直流電源22の印加動作、高周波電源16の印加動作及び整合器15の整合動作を示すタイミングチャートである。図3では、図2のタイミングチャートと同様に、横軸方向が時間経過を示し、縦軸方向は各々、直流電源22によって上部電極5に印加される直流電圧の値VDC、高周波電源16によって上部電極5に印加される高周波電力の電圧値VRF、処理空間K内のプラズマの予測インピーダンスの値Zp、及び整合器15がプラズマの実際のインピーダンスZと整合させる高周波電源16側のインピーダンスの値Zmの変化を示す。
FIG. 3 shows an application operation of the
初期状態(図3に示す時点B1)では、高周波電源16からの高周波電力及び直流電源22からの直流電圧は上部電極5に供給されていない。即ち、高周波電源16により上部電極5に印加される電圧VRF及び直流電源22により上部電極5に印加される直流電圧VDCの値はいずれも零である。従って、この時点B1では、処理容器2内にプラズマはまだ発生していないため、プラズマの予測インピーダンスZpを示していない。また、高周波電源16側のインピーダンスZmを制御する整合器15も作動していない。
In the initial state (time B1 shown in FIG. 3), the high-frequency power from the high-
図3に示すように、安定化用制御装置25の制御によって直流電源22から上部電極5に直流電圧VDCが印加される(図3に示す時点B2)。そして直流電圧VDCは所定値に保持される。
As shown in FIG. 3, the direct current voltage V DC is applied from the direct
安定化用制御装置25の制御によって高周波電源16から上部電極5への電圧VRFの印加が開始され(図3に示す時点B3)、電圧VRFの値は所定の増加率で上昇される。電圧VRFは、所定値に到達する(図3に示す時点B4)とその所定値に保持される。電圧VRFの印加によって、処理容器2内には処理ガスからプラズマが生成されて増加するため、プラズマの予測インピーダンスZpが低下し、電圧VRFが一定になると予測インピーダンスZpも一定になる。第2の実施の形態では、上部電極5に直流電圧VDCが先に印加され、セルフバイアス電圧VSBが高められた状態で電圧VRFの印加が開始されるため、電圧VRFの印加を開始してからのプラズマの成長が早く、プラズマシースも着火時から厚くなっている。このため、算出したプラズマの予測インピーダンスZpは、図3に示すように、第1の実施の形態の場合(図2に示すA6及びA8間)よりも急激に低下し、電圧VRFが第1の実施の形態の場合よりも早めに所定値に到達する(図3に示す時点B4)。
Application of the voltage V RF from the high
安定化用制御装置25は、上述のように算出した予測インピーダンスZpに基づいて、直流電圧VDCの印加を先に行うことによってプラズマの成長が早くなる点と、プラズマが安定した状態では、直流電圧VDCを印加していない場合よりもプラズマシースが厚くなっている点とを考慮して整合動作を行うように整合器15を制御する。
Based on the predicted impedance Z p calculated as described above, the
上述のようにして、高周波電源16から上部電極5に印加される電圧VRFと、直流電源22から上部電極5に印加された直流電圧VDCとが一定に保持された状態になる(図3に示す時点B4)。また、プラズマの予測インピーダンスZp及び整合器15が整合させる高周波電源16側のインピーダンスZmも一定に保持された状態になる。この状態で、所定時間だけ基板Wのエッチングが行われる。エッチングが終了した後は、安定化用制御装置25の制御によって、図2に示す第1の実施の形態と同様に、直流電源22による上部電極5への直流電圧VDCの印加の停止、高周波電源16による上部電極5への電圧VRFの印加の停止が順に行われる(図3に示す時点B5〜B10)。最終的には、高周波電源16からの高周波電力及び直流電源22からの直流電圧の上部電極5への供給が停止し、整合器15も作動していない初期状態(図3に示す時点B1)と同じ最終状態(図3に示す時点B11)になる。
As described above, the voltage V RF applied from the high
以上の第2の実施の形態によれば、安定化用制御装置25を用いて、直流電源22によって上部電極5に直流電圧VDCが印加された状態において、高周波電源16による上部電極5への電圧VRFの印加が開始又は終了される際に、上部電極5に印加された直流電圧VDCによるプラズマへの影響を考慮した整合動作を行うように整合器15を制御するようにしたことによって、高周波電源16の印加動作及び整合器15の整合動作を従来よりも適切に行うことができる。これにより、高周波電源16の印加動作及び整合器15の整合動作が不安定になるのを防止することができる。また、第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果も得られる。
According to the second embodiment described above, in the state where the DC voltage V DC is applied to the
本発明の第3の実施の形態として、図4に示すように、上部電極5にローパスフィルタ41を介して直流電源42だけが接続され、下部電極6に2つの異なる周波数の高周波電力を供給する高周波電源51、52が接続されていてもよい。高周波電源51は、整合器50を介して下部電極6に接続されており、高周波電源52は、整合器53を介して下部電極6に接続されている。高周波電源51、52が供給する高周波電力の周波数は、各々、例えば100MHz、3.2MHzであってよい。図4は、本発明の第3の実施の形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置1の構成図である。
As a third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, only the
図4に示すように、上部電極5には、電圧VRFの値を測定可能な測定装置55が接続されている。高周波電源51、52、整合器50、53、直流電源42及び測定装置55は、安定化用制御装置25に接続されている。この安定化用制御装置25は、高周波電源51、52による下部電極6への高周波電力の各印加動作、整合器50、53による高周波電源51、52と処理空間K内のプラズマとのインピーダンスの整合動作並びに直流電源42による上部電極5への直流電圧の印加動作を各々制御し、基板Wのプラズマ処理を安定化させることが可能である。
As shown in FIG. 4, a measuring
安定化用制御装置25には、上部電極5のセルフバイアス電圧VSBを測定する測定装置55が接続されている。ここでは、第1の実施形態のように上部電極5への直流電圧印加を下部電極6への高周波電力印加よりも後に行った場合において、この測定装置55で測定したセルフバイアス電圧VSBに基づいてプラズマの予測インピーダンスの値Zpが算出される。また、安定化用制御装置25は、第1の実施の形態と同様に高周波電源51、52、整合器50、53、直流電源42を制御する。
A measuring
以上の第3の実施の形態によれば、直流電圧VDCと電圧VRFが異なる電極に印加される(即ち、直流電圧VDCが上部電極5に印加され、電圧VRF1、VRF2が下部電極6に印加されている)場合にも、安定化用制御装置25を用いて、直流電圧VDCの印加が開始又は終了されるタイミングで、下部電極6に印加された電圧VRF1、VRF2を各々予め調整するように制御したことによって、高周波電源51、52の各印加動作及び整合器50、53の整合動作が不安定になるのを防止することができる。また、第3の実施の形態では、第1の実施の形態の効果も同様に得られる。
According to the third embodiment described above, the DC voltage V DC and the voltage V RF are applied to different electrodes (that is, the DC voltage V DC is applied to the
また、安定化用制御装置25を用いて、直流電源42によって上部電極5に直流電圧VDCが印加された状態において、高周波電源51、52による下部電極6への各電圧VRF1、VRF2の印加が開始又は終了される際に、上部電極5に印加された直流電圧VDCによるプラズマへの影響を考慮した整合動作を行うように整合器50、53を制御すると、第2の実施の形態と同様の効果が得られる。
Further, in the state where the DC voltage V DC is applied to the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, this invention is not limited to the example which concerns. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and of course, the technical scope of the present invention is also possible. It is understood that it belongs to.
上述した実施形態においては、処理容器2内に上部電極5及び下部電極6が対向配置されている場合について説明したが、処理容器2内に配置される電極の数は1であってもよいし、3以上であってもよい。また、処理容器2内に配置される1以上の電極は、任意の配置構成であってよい。
In the above-described embodiment, the case where the
上述した実施形態においては、高周波電源16(51、52)及び整合器15(50、53)を制御する安定化用制御装置25が直流電源22(42)の印加動作も制御し、直流電源22(42)による直流電圧VDCの印加が開始又は終了されるタイミングで、上部電極5(下部電極6)に印加された電圧VRF(VRF1、VRF2)又は整合器15(50、53)の整合動作を予め調整する場合について説明したが、安定化用制御装置25は、直流電源22(42)を制御していなくてもよい。その場合には、安定化用制御装置25が、直流電源22(42)による上部電極5への直流電圧VDCの印加が開始又は終了されるタイミングの情報、若しくは前記直流電源により前記電極に印加される直流電圧の情報を予め保持することによって、上部電極5(下部電極6)に印加された電圧VRF(VRF1、VRF2)又は整合器15(50、53)の整合動作を予め調整するようにしてもよい。
In the embodiment described above, the
上述した実施形態においては、図1に示すように上部電極5に高周波電力及び直流電圧が印加され、且つ下部電極6に高周波電力が印加される場合と、図4に示すように上部電極5に直流電圧だけが印加され、且つ下部電極6に異なる2つの高周波電力が印加される場合とについて説明したが、1以上の高周波電力がいずれの電極に印加されてもよい。また、1以上の直流電圧がいずれの電極に印加されてもよい。
In the embodiment described above, high frequency power and DC voltage are applied to the
上述した実施形態においては、安定化用制御装置25の制御による整合器15の予めの整合動作(図2に示す時点A4)が、安定化用制御装置25の制御による予めの高周波電源16の印加動作(図2に示す時点A5)よりも先に開始されている場合について説明したが、これら両動作の開始順序は逆であってもよいし、同時に開始されてもよい。
In the embodiment described above, the pre-matching operation of the matching unit 15 (time A4 shown in FIG. 2) under the control of the
上述した実施形態においては、高周波電源16、31、51、52が供給する高周波電力の周波数が各々60MHz、2MHz、100MHz、3.2MHzである場合について説明したが、各高周波電源が供給する高周波電力の周波数は任意の周波数であってもよい。 In the above-described embodiment, the case where the frequencies of the high-frequency power supplied from the high-frequency power supplies 16, 31, 51, and 52 are 60 MHz, 2 MHz, 100 MHz, and 3.2 MHz, respectively. The frequency of may be any frequency.
本発明は、例えば基板のプラズマ処理装置に有用であり、特に、基板をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置に有用である。 The present invention is useful, for example, for a plasma processing apparatus for a substrate, and particularly useful for a plasma etching apparatus for plasma etching a substrate.
1 プラズマ処理装置
2 処理容器
5 上部電極
6 下部電極
10 ガス供給経路
11 ガス排気経路
15、30、50、53 整合器
16、31、51、52 高周波電源
20 接続点
21、41 ローパスフィルタ
22、42 直流電源
25 制御装置
55 測定装置
C1 絶縁体
C2 壁部
K 処理空間
VDC 直流電圧
VRF、VRF1、VRF2 電圧
VSB セルフバイアス電圧
W 基板
Zm 整合器による高周波電源側のインピーダンス
Zp プラズマの予測インピーダンス
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記1以上の電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加する高周波電源と、
前記1以上の電極の少なくともいずれかに直流電圧を印加する直流電源と、
前記高周波電力が印加された前記電極及び前記高周波電源の間に設けた整合器と、
前記高周波電源によって前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電源による前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記電極に印加された高周波電力を予め調整するように前記高周波電源を制御する制御装置と、を有することを特徴とする、プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus having one or more electrodes in a processing container, supplying high frequency power to at least one of the electrodes to generate plasma in the processing container, and processing a substrate,
A high frequency power source for applying high frequency power to at least one of the one or more electrodes;
A DC power supply for applying a DC voltage to at least one of the one or more electrodes;
A matching device provided between the electrode to which the high-frequency power is applied and the high-frequency power source;
In a state where high-frequency power is applied to the electrode by the high-frequency power supply, the high-frequency power applied to the electrode is adjusted in advance at the timing when application of a DC voltage to the electrode by the DC power supply is started or ended. And a control device that controls the high-frequency power source.
前記1以上の電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加し、
前記1以上の電極の少なくともいずれかに直流電圧を印加し、
前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記電極に印加された高周波電力を予め調整することを特徴とする、プラズマ処理方法。 A plasma processing method for processing a substrate by generating a plasma in a processing container by supplying high-frequency power to at least one of one or more electrodes provided in the processing container,
Applying high frequency power to at least one of the one or more electrodes,
Applying a DC voltage to at least one of the one or more electrodes;
A plasma processing method, wherein, in a state where high-frequency power is applied to the electrode, the high-frequency power applied to the electrode is adjusted in advance at a timing when application of the DC voltage is started or ended.
前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記インピーダンスの整合を予め調整することを特徴とする、請求項8又は9に記載のプラズマ処理方法。 The application of the high frequency power to the electrode is performed while matching the impedance between the plasma in the processing container and a high frequency power source that supplies the high frequency power,
The impedance matching is adjusted in advance at a timing when application of a DC voltage to the electrode starts or ends in a state where high-frequency power is applied to the electrode. Plasma processing method.
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