JP2009206346A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波バイアス電力の伝送路中のインピーダンス整合器の動作の安定性を向上し、処理の安定性を図ることのできるプラズマ処理装置の提供。
【解決手段】基板電極用高周波バイアス電源１１０と前記基板電極間の伝送路に挿入されたインピーダンス自動整合器１１６を備え、該インピーダンス自動整合器は、前記高周波バイアス電源からみた前記伝送路のインピーダンスあるいは位相を測定するＲＦセンサ２０１の出力をもとに前記整合器を構成するインピーダンス素子２０７，２０８を調整する制御装置２０３と、制御に際して前記ＲＦセンサ出力のオフセットを補正するオフセット補正部を備え、該オフセット補正部は、前記整合器に入力される入力電力の大きさを多段階に分け、多段階に分けられた入力電力毎に予め前記オフセットの補正値を設定した記憶装置を備え、該記憶装置に設定された補正値にしたがって前記ＲＦセンサの出力のオフセットを補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、高周波バイアス電力を印加する伝送路にインピーダンス整合器を備えたプラズマ処理装置に関する。

半導体素子の製造工程では、エッチング処理、アッシング処理、ＣＶＤ処理など、プラズマを応用したさまざまな処理が行われている。これらプラズマを用いた処理装置では、処理ガスを電離し、イオン化することで被処理材との反応性を高めている。また、処理の高精度化を目的として、高周波バイアス電力を用いて被処理材への荷電粒子の入射角、および入射エネルギーを制御し、処理の異方性向上を実現している。
また、前記バイアス電力源として、間欠的にＯＮ／ＯＦＦする時間変調（Time Modulation＝以下、ＴＭ変調とする）、ＡＭ変調（Amplitude Modulation）、あるいはＦＭ変調（frequency Modulation）などの変調機能を有した高周波電力源を用いる場合には、図２に示すように、処理内容に応じて、変調の有無、変調モード、ＲＦパワーなどを変更しながら処理を行う。しかし、このような装置では、バイアス電力の連続波と変調波の切替動作、ＲＦパワーの大きさの変動等によって、伝送効率が変動する。

また、残留反射波の制御、伝送回路のインピーダンス、位相、あるいはピークツーピーク電圧（Ｖｐ−ｐ）の制御を行うために設けられたインピーダンス整合装置のＲＦセンサにおいて、検出された信号のオフセット値が大きく変動することがある。このような場合には、インピーダンス整合の精度が低下したり、制御の安定性が低下して再現性が悪化するなど不安定になることがある。

プラズマ処理装置の一例として、特許文献１が知られている。この文献に示される処理装置は、真空容器内に被処理材を保持するための試料台を備え、被処理材の上部にプラズマを形成するための高周波電力供給用アンテナと、これを形成・制御するための空心コイルを真空容器の外周部に持つ構造をしている。

高周波電力供給用アンテナの形状は円形で、被処理材の上部に設置されている。被処理材の上部にあるアンテナには、プラズマを生成するための高周波電力を高周波電力源から供給するための同軸導波管が接続されている。また、処理室下部に設置された試料台内部には、バイアス電力供給用アンテナが設置されており、プラズマ中で励起された処理ガスの荷電粒子を被処理材まで任意のエネルギーで加速し、異方性を制御しながら入射させるための高周波電力源が接続されている。

上部アンテナ電極に供給された高周波電力は、真空容器内にガス供給装置から供給される処理ガスを電離しプラズマ化する。このとき、真空容器外周部にある空心コイルの発生させる磁場によって、電離された処理ガスを閉じ込め、真空容器内のプラズマの形状と密度・分布を任意の形に制御する。ここで、高周波電力源の電力によって生成された電界が、プラズマ中の荷電粒子を被処理材に向けて加速し、運動方向と入射エネルギ−を制御しながら被処理材を処理する。

また、このような装置にあって、自動整合器のマッチング精度向上のアプローチとして、事前放電による可変素子のプリセット位置補正による整合精度向上に関する技術や、電圧Ｖｐ−ｐの最大値、もしくは最小値を基準としてマッチング制御を行う技術が開示されている（特許文献２，３参照）。
特開平４−６９４１５号公報 特開２００６−２８６３０６号公報 特開平９−１３４７９９号公報

従来のプラズマエッチング装置では、ＲＦパワー変動に伴うＲＦセンサのオフセットのズレは、そのままマッチング精度の低下、あるいは処理の再現性の低下につながっていた。これを改善するため、多くの場合、インピーダンスを可変する可変キャパシタンスや可変インダクタンスなどの可変素子のポジションをあらかじめある程度整合ポジションに近い位置まで移動させておく手法が用いられていた。

この手法では、ある一定のパワーによる一回の放電であれば、有効な手段であった。しかし、この手法は、ＲＦパワー値の変更を行う際には、事前の放電や、可変素子のポジション変更などを行う必要があることから、必ず放電を一時中断する必要があった。すなわち、ＲＦパワーの供給を中断することなく、給電を継続したまま連続的なＲＦパワー値の変更を行う必要があるプロセスへの適用は困難であった。

プロセスへの適用を行う場合、ＲＦパワー供給を中断すると、プラズマと被処理材の間に形成されていたバイアス電位が喪失するため、処理室内にある汚染物質やエッチャントなどが被処理材表面に堆積することがある。

また、プラズマの消火、着火を繰り返し、また、バイアス電位の印加、遮断を繰り返す場合には、この繰り返し過程、特にＲＦパワーの印加直後におけるバイアス電位の急峻な変動、例えばオーバーシュートなど原因となり、プラズマの不安定さが増大する。

このような不安定現象発生の原因は、多くの場合、ＲＦパワー印加直後の急激なパワー変化、インピーダンス変化に可変素子が追随できずに生じる場合が多い。また、ＲＦパワーの伝送系のインピーダンスや位相をモニタしているＲＦセンサと呼ばれるセンサが、ＲＦパワーの変動の影響を受け、ゼロ点などのオフセット値がずれることで、安定したインピーダンス、位相のモニタが困難になることも原因の一つである。

このような現象は、基本波と呼ばれる一種類の周波数によって構成された高周波電力の場合よりも、ＡＭ変調やＦＭ変調、あるいはＴＭ変調などの変調波のように異なる２つ以上の周波数成分によって構成された高周波電力で問題となることが多い。特にＲＦセンサのオフセットのズレによるマッチング動作の安定性低下、あるいは再現性の低下に対しては前記変調波による影響が非常に大きい。

また、マッチング制御に関連して、処理チャンバや伝送路の微小な構造の差異や組み立て誤差の影響で、ＲＦパワー値が一定であってもＶｐ−ｐが安定しないという問題がある。これは、プロセス処理結果、および安定性を大きく左右するプラズマ中からのイオン掃引電圧が安定しないことを意味する。すなわち、処理結果の安定性・再現性の向上のためには、マッチング動作の安定性向上だけでなく、前記電圧Ｖｐ−ｐを安定させる手段が求められる。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、高周波バイアス電力を印加する伝送路に挿入したインピーダンス整合器のマッチング動作の安定性を向上し、処理結果の安定性を図ることのできるプラズマ処理装置を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

プラズマ生成用の高周波電力が供給されるアンテナ電極と高周波バイアス電力が供給される基板電極とを収容する真空容器を備え、生成されたプラズマにより、前記基板電極上に載置された被処理材にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記基板電極に高周波バイアス電力を供給する高周波バイアス電源と前記基板電極を接続する伝送路に挿入され、前記高周波バイアス電源側からみた伝送路のインピーダンスを一定に保つインピーダンス自動整合器を備え、該インピーダンス自動整合器は、前記高周波バイアス電源からみた前記伝送路のインピーダンスあるいは位相を測定するＲＦセンサの出力をもとに前記整合器を構成するインピーダンス素子を調整する制御装置と、制御に際して前記ＲＦセンサ出力のオフセットを補正するオフセット補正部を備え、該オフセット補正部は、前記整合器に入力される入力電力の大きさを多段階に分け、多段階に分けられた入力電力毎に予め前記オフセットの補正値を設定した記憶装置を備え、該記憶装置に設定された補正値にしたがって前記ＲＦセンサの出力のオフセットを補正する。

本発明は、以上の構成を備えるため、高周波バイアス電力を印加する伝送路に挿入したインピーダンス整合器のマッチング動作の安定性を向上し、処理結果の安定性を図ることができる。

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかるプラズマエッチング装置の構成を示す図である。このプラズマエッチング装置は、ＥＣＲプラズマエッチング装置として構成されている。真空容器１０１中にプラズマ１０４のエネルギー源となる電力を伝達するアンテナ電極１０５、およびバイアス電力を伝達する基板電極１０９、処理ガスを供給するガス供給装置１１１を設けることで処理室を構成している。

真空容器１０１の外周部には処理室を囲むようにして磁場発生用の空芯コイル１０６が配置してある。真空容器１０１上部には、電力を供給するためのアンテナ電極１０５と、ガス供給装置１１１から処理ガスを真空容器内に導入するための微細な孔が複数開いたガス導入板１１２が設置されている。また、真空容器１０１には、真空を維持するために、真空排気装置１１３（ここではターボ分子ポンプ）が接続されている。また、上部のアンテナ電極１０５は、処理室中にプラズマを維持するためのバイアス電力を供給する機能を有している。下部の基板電極１０９は、被処理材１０２に垂直な電界を発生させるための高周波電力を供給する機能と、被処理材１０２を搭載し、クーロン力によってこれを吸着・保持するためのステージとしての機能を有している。

上部アンテナ電極１０５には、真空容器１０１の外に配置してある高周波電力を供給するためのマグネトロン１０７と接続するために同軸導波管１０８が接続されている。同軸導波管１０８によって真空容器外に引き出された伝送線路には、マグネトロン１０７が、伝送線路やプラズマ１０４のインピーダンス変動を吸収するための自動整合器１１４、および反射電力を吸収するアイソレータ１１５を経由して接続されている。

試料台１０３内部に設置された基板電極１０９にバイアス電力を供給している高周波電力源１１０は、基板電極１０９と高周波電力源１１０の間に、自動整合器１１６、が接続されており、伝送線路やプラズマ１０４のインピーダンス変動を吸収しながら電力を供給できるようになっている。また、基板電極１０９には、被処理材１０２を試料台に吸着・保持するためのクーロン力を発生させるための直流電圧源１１７がフィルタ回路１１８を経由して接続されている。

図２は、自動整合器を説明する図である。自動整合器１１６には、高周波電源１１０から出力されたＲＦパワーが入力され、ＲＦセンサ２０１に入力される。ＲＦセンサ２０１は、入力された電力の一部を取り出し、電圧と電流に変換して、信号の位相と伝送系のインピーダンスの検出を行っている。検出されたこれらの信号は、Ａ／Ｄコンバータ２０２に入力され、量子化され、制御をつかさどる制御装置２０３に入力される。

制御装置２０３は、ＣＰＵ２０４および記憶装置２０５、Ｉ／Ｏ装置２０６から構成されており、Ａ／Ｄコンバータから入力された信号をもとに、可変素子２０７および２０８を駆動し、伝送系のインピーダンスを制御する。ここで、制御装置２０３は、入力された信号をもとに、可変素子２０７および２０８が接続されたパルスモータ２０９および２１０の制御に必要な演算を行い、制御信号をＩ／Ｏ装置を経由してモータコントローラ２１１に対し出力する。

さらにＣＰＵ２０４では、入力された信号に対し、別途検出したＲＦパワーの大きさをもとに、ＲＦセンサの補正に必要な補正値を記憶装置２０５から抽出し、ＲＦセンサの検出値のオフセット補正を実行する。このとき、図の例では、ＲＦパワーの大きさを高周波電源１１０から通信２１２によって受け取るように構成されているが、自動整合器内部にＲＦパワーの大きさを検出するためのセンサを設置してもよい。

Ａ／Ｄコンバータ２０２からの信号、および高周波電源からの通信２１２によってＲＦパワーの大きさを受信した制御装置２０３は、図３に示す処理フローによってＲＦセンサのオフセット補正を行い、同時にマッチング制御を行う。

ＲＦパワーを印加直後、自動整合器は、高周波電源１１０からの通信２１２によって直ちに自動整合動作を開始する。このとき、高周波電源１１０からの通信２１２によって、印加されるＲＦパワーの大きさを検出する（Ｓ３０１）。次に、検出したＲＦパワーの大きさをもとに、記憶装置２０５に格納された補正データベースのうち、特に多段階にＲＦパワー値を分割し、それぞれのゾーンに対応した識別符号３０２を格納するデータベース（以下、パワーゾーン判定データ配列とする）を参照し（Ｓ３０３）し、ＲＦパワーに応じた識別符号３０２を設定する（Ｓ３０４）。次に、設定された識別符号３０２を基準として、各識別ポイントに対応したオフセット補正値を格納したデータベース（以下、補正値データ配列とする）を参照（Ｓ３０５）し、オフセット補正量３０７を抽出、決定する（Ｓ３０６）。ステップ３０３におけるパワーゾーン判定データ配列は、図４に示すような形式のもので、識別符号とＲＦパワーの関係が一覧できるものである。また、ステップ３０５における補正値データ配列３０５は、図５に示すような形式のもので、識別符号と補正値の関係が一覧できるものである。なお、これらの形式はあくまで一例であり、処理方式や運用によって、同様の記憶内容でほかのデータ形式を採用しても良いのは言うまでもない。また、この例では、ひとつの識別符号に対し、位相、インピーダンスの各補正値が対応されているが、これ以外の、たとえば、オフセット補正値を決定したポイントのＲＦパワー値などのデータも一緒に格納してもよい。

次に、ＲＦセンサ２０１の出力値をＡ／Ｄコンバータ２０２を経由して収集する（Ｓ３０８）。収集した位相、インピーダンスの各値は、（Ｓ３０６）にて決定されたオフセット補正値３０７を減算し、差分を演算する（Ｓ３０９）。その結果得られた値をＲＦセンサの検出値として、マッチング動作完了確認を行う（Ｓ３１０）。ここで、マッチング動作の完了ポイントは、高周波電源１１０の出力インピーダンスに等しい純抵抗値の５０Ω（５０＋ｊ０）である。（Ｓ３１０）では、この純抵抗値と検出したインピーダンスの比較を行い、その差分の演算と、純抵抗値に対し、ズレ方向が＋／−どちらにあるのかを演算する。もし、差分が整合動作完了判定範囲値内に収まっている場合は、動作を完了し、（Ｓ３０８）のＲＦセンサからの値の収集に戻る。

次に、（Ｓ３１０）で、マッチング未完の判定が下された場合、現在のＲＦパワーの大きさを確認する（Ｓ３１１）。このとき、ＲＦパワーに変化があった場合は、直ちに処理を中断し、ＲＦパワーゾーンの判定（Ｓ３０４）を再度行い、補正値を再設定する。変化がない場合、（Ｓ３１０）において演算されたズレ方向と差分を用いて、可変素子の稼動量と稼動速度を演算しモータコントローラ２０９に対して指令を行う（Ｓ３１２）。このとき、マッチング制御は、ＲＦセンサの検出値を基準として可変素子の駆動を行うフィードバック制御であるため、処理系は直ちに（Ｓ３０８）のＲＦセンサからのデータ収集に戻り（Ｓ３１２）までの処理を（Ｓ３１０）によるマッチング完了判定がなされるまで繰り返す。

なお、（Ｓ３０３）および（Ｓ３０５）に示した、補正値の決定処理は、ＲＦパワーに応じたゾーン判定と補正値の抽出のルーチンを合成し、一度の判定でＲＦパワーに応じた補正値を抽出できるようにしてもよい。

次に、マッチング動作が完了し、ＲＦパワーを供給中に、次のステップのＲＦパワーが設定され、高周波電源１１０よりＲＦパワーの中断を行うことなく、異なるＲＦパワー値の供給が開始された場合について示す。

基本的な処理は、前記動作例と同じであるが、マッチング動作が完了し、マッチング完了判定（Ｓ３１０）とＲＦセンサからのデータ収集（Ｓ３０８）の間でループ動作を行っているとき、高周波電源１１０に対する設定値が変更され、自動整合器１１６に入力されるＲＦパワーが変更となり、マッチングポイントがずれたことを検出したマッチング判定（Ｓ３１０）をトリガとして開始される。

マッチング未完を検出したマッチング判定（Ｓ３１０）は、ＲＦパワー確認（Ｓ３１１）を実施し、前回値と比較する。差異が認められると、高周波電源１１０からの通信２１２によってＲＦパワー値を検出し、ＲＦパワーゾーン判定（Ｓ３０４）およびオフセット補正値の決定（Ｓ３０６）を実施し、変更後のＲＦパワーに対応したＲＦセンサの新しいオフセット補正値を決定する。その後、センサからのデータ収集（Ｓ３０８）を実施し、ＲＦセンサの検出値の演算（Ｓ３０９）を実施し、ＲＦパワー変更に伴うＲＦセンサオフセットの補正を行った上で、再度マッチング完了確認（Ｓ３１０）を行う。ここで、改めてマッチング未完が検出されると、ＲＦパワーの確認（Ｓ３１１）を行い、ＲＦパワーに再度の変動がないことを確定の上、可変素子制御（Ｓ３１２）を実施する。

ここで、ＲＦセンサの検出特性の例を図６に示す。この図は、一般的な電界結合、もしくは磁界結合、あるいはその両方を併用した方式のＲＦセンサにおけるゼロオフセット値のＲＦパワーに対する変化量を規格化して模式的に示したものである。この例では、一点のみ、任意のパワー値を校正ポイントとして設定し、このポイントでオフセットが最小になるように調整した例である。これによると、校正ポイントとして定めたＲＦパワーでは、センサオフセットはほぼゼロ、すなわち、最も精度良く検出が可能であることを示している。ここで注目すべきは、この校正を行ったＲＦパワーに対し、ＲＦパワー値が、増加、減少、いずれの方向に変化した場合でも、センサオフセットは増大するということである。これは、一般的に、センサの結合方式の特性上生じるものであることが知られており、現象としては不可避である。

そこで、本実施形態では、図４および図５に示すようなデータベースを用いて、このオフセットを任意のＲＦパワー値で領域を分割ポイント６０２、６０３で多段階に分割し、それぞれの領域の中心点（調整ポイント６０１）でオフセットが最小になる補正値を与えることとした。その結果、オフセット値の変化曲線６０４は、ある一定値以下に抑えることが可能となる。このとき、オフセット値の変動が多い場合は、分割ポイント数を多くしたり、または、安定している場合は少なくするなどの操作を行ってもよい。また、補正方式も、多段階に設定した各領域の中心点を基準とするだけでなく、たとえば、各領域の先頭値、または終端値を基準としてオフセット補正値を与えるなど、各領域内で目的に応じて任意に変更するのもよい。この場合においても、オフセット値の変化曲線は、ある一定の範囲内に抑えることが可能である。

ところで、前記の方法であれば、オフセット値の変化曲線６０４は、多段階に領域を分割する分割ポイント間で、基準とする任意のＲＦパワーに対して与えるオフセット補正値を調整することで、オフセットの変化曲線６０４の傾き、あるいは、変化率、その大きさを変化させることができる。

ここで、センサオフセット補正は、処理ルーチンの中で、ＲＦセンサの検出から補正値を減算（Ｓ３０９）するわけであるから、補正値が適正の値でなかった場合、ＲＦセンサの検出値がずれることになる。すなわち、センサオフセットの分だけマッチングポイントがずれ、残留反射波が生じることになる。これを利用すると、マッチング完了時の残留反射波の大きさを任意に制御可能となる。すなわち、進行波電力と反射波電力の差分、つまり実効電力によってその値が決定されるＶｐ−ｐの大きさを任意の値にあわせこむことや、微調整が可能となる。その結果、チャンバの構造の違いや伝送路の微小な特性の差異によって生じるＶｐ−ｐのズレを修正することが可能となり、安定性低下、あるいは、誤差を補償することが可能となる。なお、このときに用いるセンサオフセット補正値は、補正値データ配列３０５に格納する。

つぎに、パワーゾーン判定データ配列、および補正値データ配列の構築について説明する。これは、被処理材の処理に先だって構築しておく必要がある。構築方法は、いくつかあるが、本実施形態では、被処理材の処理で使用されるプラズマのインピーダンス範囲が内包できるテストプラズマを用いて、ＲＦパワー値とセンサオフセットの変動をマッピングし、その変化量の大小によって補正範囲の分割数、および補正値を決定する。

図７は、補正値データ配列の作成処理を説明する図である。まず、図９に示すように、当該装置で運用を予定しているプロセス条件のプラズマインピーダンス８０１をスミスチャート８０３上にプロットし、ＲＦパワー変更によってその範囲を十分カバーできるインピーダンス変化範囲８０２を策定する。ここで、インピーダンス変化範囲は、当該装置で運用可能なプラズマについて、その最大範囲を定義してもよい（Ｓ７０１，Ｓ７０２）。 次に、策定したインピーダンス変化範囲８０２について、ＲＦセンサのオフセット値の分布を評価するため、無補正の状態でＲＦパワーを最小出力から最大出力まで変化させ、図９に示す無補正時の残留反射波の変化曲線９０１を作成する（Ｓ７０３）。次に、レンジの分割数を決定するため、図９に、抑えたい残留反射波のしきい値８０４を書き込み、無補正時の残留反射波の変化曲線９０１との交点に分割ポイント９０３、９０４を設定する（Ｓ７０４，Ｓ７０５）。

つぎに、ＲＦセンサのオフセット補正値を決定するため、先に定めた分割ポイントを元に、基準となるＲＦパワー値を定める（Ｓ７０７）。基準となるパワー値は、各分割ポイント間の中間点（図９の９０６）と定める方法を採用する。このとき、１番目の分割ポイントについては、最小出力（０Ｗ）と１番目の分割ポイントの間の中間点を基準となるＲＦパワー値９０５と定める。ｎ番目の分割ポイントについては、ｎ番目の分割ポイントと最大出力の間の中間点を基準となるＲＦパワー値９０７と定める。なお、この基準となるＲＦパワー値は、各分割ポイント間の中間点だけではなく、最大値、最小値、あるいは任意のポイントとすることができる。

つぎに、定めた基準となるＲＦパワー値９０５、９０６、９０７において、センサオフセットの補正値をプラスまたはマイナス方向に増減させ、補正後の残留反射波９０８が各基準となるＲＦパワー値において最小になるようなセンサオフセット補正値を検索、設定する（Ｓ７０６、Ｓ７０７）。

この操作を、ｎ個の基準となるＲＦパワー値について繰り返し、最小出力から最大出力までの範囲で、補正後の残留反射波９０８の値が残留反射波のしきい値８０４以下に収まるようにＲＦセンサのオフセット補正値を調整する。このとき、一回の分割ポイント設定で残留反射波がしきい値以下に収まらない場合は、一回目の操作で得られた残留反射波の変化曲線９０８に対し、しきい値との比較、分割ポイントの再設定を繰り返し、必要な分割ポイント数の決定とＲＦセンサのオフセットの補正値の検索、設定を繰り返す（Ｓ７０８）。

調整完了後は、ここで得られた１番目からｎ番目の分割ポイントのデータを元に、パワーゾーン判定データ配列を作成する。また、１番目からｎ番目までの各基準となるＲＦパワー値におけるＲＦセンサのオフセット補正値を元に、補正値データ配列を作成する（Ｓ７０９）。

ここで、この作業は、残留反射波を基準にするだけでなく、ＲＦセンサのセンサオフセットそのものを基準として採用し、同様の操作を行い、パワーゾーン判定データ配列、および補正値データ配列を作成してもよい。

以上説明したように、本実施形態においては、被処理材を処理する処理室と該処理室内にプラズマを生成するためのプラズマ発生用高周波電源（マグネトロン）と、電力を前記処理室内に供給するためのアンテナと、前記処理室内に設置された被処理材を支持する電極とプラズマ間にバイアス電位を形成するために高周波電力を印加する高周波電源と、これら高周波電源とアンテナ、もしくは電極との間に、伝送系のインピーダンスを一定の値に制御する自動整合器を有するプラズマ処理装置において、前記インピーダンス整合装置内に設置され、伝送線路、あるいはプラズマなどの負荷のインピーダンス、位相などをモニタするＲＦセンサのモニタ出力に対し、ＲＦパワーの大きさに対応したオフセット補正を行うことで、オフセットずれをキャンセルし、ＲＦセンサの検出値の基準となる基準点（ゼロ点）を常に一定に保つようにし、マッチング精度の向上を図ることができる。

前記ＲＦパワーに応じたオフセット値の補正量は、自動整合器内に内蔵されたＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御器と、ＲＦパワーとオフセット値の関係を示す補正データベース（補正テーブル）を記憶する記憶手段とを設け、前記補正データベースに、ＲＦパワーの大きさとオフセット値の補正量の関係を、多段階、または多レンジに分割して設定可能なデータベースとして登録する。データベースには、最小パワーから最大パワーまでの範囲を任意のポイント数に分割し、各範囲に対応するＲＦパワーと、オフセット補正値を記録する。

このデータベースは、高周波電源がＲＦパワーを出力したとき、その出力値に対応した補正値を自動整合器の制御器が選択し、ＲＦセンサの出力に補正を加えることで、オフセットずれをキャンセルし、ＲＦセンサのゼロ点を常に一定に保つようにし、マッチング精度の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、前記ＲＦセンサのオフセット補正値とＲＦパワーの関係は、補正値データベースに記憶されているため、高周波電源から供給中のＲＦパワーに応じた補正を行うことができる。すなわち、給電中に、ＲＦパワーの大きさを連続的に変化する場合であっても、変化の前後のＲＦパワーの大きさに対応したオフセット補正値は、補正データベースに格納されているため、ＲＦパワーの供給を中断することなく連続的なパワー変動に追随して前記ＲＦセンサのモニタ出力を補正し、ＲＦセンサのモニタ値を適正に補正することができる。

さらに、このような補正機構においては、補正用の補正データベースを、高周波電源の給電モードに対応するだけ用意することで、すなわち、高周波電源が、基本波（サイン波）および変調波の出力が可能な場合を仮定すると、これらの給電モードそれぞれで生じるオフセット値のずれ量とＲＦパワーの関係を、多段階、または多レンジに分割して前記補正データベースに登録することで、ＲＦパワーの変化だけでなく、給電モードの変更に対しても、前記ＲＦセンサのゼロ点を一定に保ち、ＲＦセンサのモニタ値を適正に補正することができる。この場合であっても、それぞれの前記補正データベースの分割間隔は一定である必要はなく、任意の分割ポイント数を割り当ててよい。

また、前記補正データベースに記憶する補正量を必要に応じて増減させることで、センサオフセット値を意図的にシフトさせることが可能であるから、これを用いることで、マッチング完了時の残留反射波の大きさを任意に制御し、バイアス電位、すなわちＶｐ−ｐの値を微調整することが可能となる。

このように、ＲＦパワーの大きさに依存することなく、安定したセンシング、マッチング制御を実現し、また、給電を中断することなく継続したＲＦパワーの連続的な変動、さらに、基本波、変調波などの給電モードの連続的な変動、およびこれらを組み合わせた変化に対しても、ＲＦパワーの給電を中断することなく、安定したマッチング制御を可能とし、また、残留反射波の制御によるＶｐ−ｐ値の微調整を可能とすることで、安定したバイアス電位の形成、およびプラズマの安定を可能とするプラズマ処理装置を実現することができる。

プラズマエッチング装置を説明する図である。 インピーダンス自動整合装置を説明する図である。 インピーダンス自動整合装置におけるＲＦセンサのオフセット補正とマッチング制御を説明する図である。 センサオフセット補正の処理で使用するデータベースの一例を示す図である。 センサオフセット補正の処理で使用するデータベースの一例を示す図である。 ＲＦセンサのセンサ特性を説明する図である。 オフセット補正に使用するデータベースを作成するための処理を説明する図である。 データベース作成作業で仮定するインピーダンス範囲を示す図である。 オフセット補正用データベースの分割ポイント数および補正量の決定における判定基準の一例を示す図である。

符号の説明

１０１ 真空容器
１０２ 被処理材
１０３ 試料台
１０４ プラズマ
１０５ アンテナ電極
１０６ 空芯コイル
１０７ マグネトロン
１０８ 同軸導波管
１０９ 基板電極
１１０ 高周波電力源
１１１ ガス供給装置
１１２ ガス導入板
１１３ 真空排気装置
１１４ アンテナ電極インピーダンス自動整合装置
１１５ アイソレータ
１１６ 基板電極インピーダンス自動整合装置
１１７ 直流電圧源
１１８ フィルタ回路
１１９ 主幹制御器
２０１ ＲＦセンサ
２０２ Ａ／Ｄコンバータ
２０３ 制御装置
２０４ ＣＰＵ
２０５ 記憶装置
２０６ Ｉ／Ｏ装置
２０７，２０８ 可変素子
２０９，２１０ パルスモータ
２１１ モータコントローラ
２１２ 高周波電力源との通信路

Claims (5)

1. プラズマ生成用の高周波電力が供給されるアンテナ電極と高周波バイアス電力が供給される基板電極とを収容する真空容器を備え、生成されたプラズマにより、前記基板電極上に載置された被処理材にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
   前記基板電極に高周波バイアス電力を供給する高周波バイアス電源と前記基板電極を接続する伝送路に挿入され、前記高周波バイアス電源側からみた伝送路のインピーダンスを一定に保つインピーダンス自動整合器を備え、
   該インピーダンス自動整合器は、前記高周波バイアス電源からみた前記伝送路のインピーダンスあるいは位相を測定するＲＦセンサの出力をもとに前記整合器を構成するインピーダンス素子を調整する制御装置と、制御に際して前記ＲＦセンサ出力のオフセットを補正するオフセット補正部を備え、
   該オフセット補正部は、前記整合器に入力される入力電力の大きさを多段階に分け、多段階に分けられた入力電力毎に予め前記オフセットの補正値を設定した記憶装置を備え、該記憶装置に設定された補正値にしたがって前記ＲＦセンサの出力のオフセットを補正することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
   前記オフセット補正部は、補正値を前記記憶装置から入力される高周波バイアス電力の値に応じて連続して読み出して、前記ＲＦセンサの出力に対するオフセット補正を高周波バイアス電源の供給を中断することなく連続して行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
   前記高周波バイアス電源は、基本波を振幅変調した波形、基本波を周波数変調した波形、あるいは基本波をＴＭ変調した波形の電力を供給する給電モードのいずれか間を、給電を継続したまま連続して切り換えながら前記基板電極に供給することを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
   前記オフセットの補正値を調整することにより、前記基板電極に印加されるピークツーピーク電圧の大きさを任意に制御可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
   前記オフセットの補正値を調整することにより、マッチング完了時の残留反射波の大きさを任意に制御可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。

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