JP2010251768A - 高周波バイアスの制御を伴うプラズマ処理方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】真空プラズマ処理装置の高周波バイアス電源への反射電力量に不連続が起こる傾向を、高周波バイアス電源の出力電力を制御して、真空処理チャンバ内のプラズマ50に供給される電力が実質的に一定になるようにして抑える。高周波バイアス電源の出力電力を、高周波バイアス電源とワークピースホルダ処理装置の電極とを接続するマッチングネットワーク108の容量変化よりも非常に速く変化させる。プラズマの容量インピーダンス成分を、チャンバ内のプラズマシースの厚みを光学的に測定することによって求める。
【選択図】図1
Description
検出配置によって、マッチングネットワークがどの程度良好に負荷に「チューニング」されているか、すなわち高周波電源の出力端子内を見たときのインピーダンスと、ケーブル(電源によって駆動され、またマッチングネットワークを駆動する)の入力端子内を見たときのインピーダンスとの間のマッチングの程度がモニタされる。検出配置によって、多くの様々なパラメータ、たとえばケーブル内を見たときのインピーダンス、または交流発生器の出力端子へ反射される電力の割合を測定することができる。制御装置は、検出配置に応答して、フィードバック理論に従ってマッチングネットワークのリアクタンスを連続的に調整する。多くの様々なチューニング理論が、プラズマと交流電源との間のマッチングについて開発されており、たとえば、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第5,689,215号および第5,793,162号において開示されている。
Claims (43)
- 真空プラズマ処理チャンバ内の電極を有するワークピースホルダ上のワークピースを処理する交流プラズマの制御方法であって、
チャンバに供給される少なくとも1種のガス、チャンバに供給されるガスの流量、チャンバ内の圧力範囲、プラズマ用の励起リアクタンスに供給される電力範囲、電極に供給される電力範囲を含む1組のパラメータを有するレシピに従って実行され、
交流を第1交流電源からプラズマへ、励起リアクタンスと、第1および第2の可変リアクタンスを含む第1マッチングネットワークとを含む第1回路を介して、供給するステップと、
第1回路から見たプラズマを含む負荷に関する第1の関数を検出するステップと、
検出された第1の関数に応じて、第1および第2のリアクタンスを制御して、(a)第1電源の出力インピーダンスの関数と(b)第1電源が駆動するインピーダンスの関数との間の所定の関係を維持するステップと、
交流を第2交流電源からプラズマへ、電極と、第3および第4の可変リアクタンスを含む第2マッチングネットワークとを介して、供給するステップと、
プラズマインピーダンスに関する第2の関数を検出するステップと、
第3および第4の可変リアクタンスを、検出された第2の関数に応じて制御して、第2電源の出力インピーダンスと第2電源が駆動するインピーダンスとの間の実質的なマッチング状態を維持するステップであって、第2電源へ反射される電力は、第3および第4のリアクタンスの少なくとも一方の値の、第2電源の出力インピーダンスと第2電源が駆動する負荷との間のマッチングを与える値からの小さな変化の結果、階段状に変化する傾向があり、少なくとも一方の小さな変化は少なくとも1つのパラメータの漸進的な変化に起因する一方で、その1つのパラメータは、レシピと整合する範囲に留まるステップと、
階段状に変化する傾向を、プラズマインピーダンスの関数に応じて第2電源の出力電力を変化させることによって抑え、第2電源の出力電力を、第3および第4リアクタンスが変化して階段状変化の傾向が生じる速度よりもはるかに速い速度で変化させるステップとを含む
ことを特徴とする方法。 - 第2電源の出力電力を変化させるプラズマインピーダンスの関数は、第2電源からマッチングネットワーク内を見たときの電気パラメータの測定に基づくことを特徴とする請求項1に記載の方法
- 第2電源の出力電力の変化をもたらすプラズマインピーダンスの関数は、電極と結合したプラズマインピーダンスの関数であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- マッチングネットワークの入力端子内を見たときのインピーダンスを測定するステップと、第3および第4のリアクタンス値に関係するインピーダンス値を検出するステップと、プラズマインピーダンスを、(a)マッチングネットワークの入力端子内を見たときの測定インピーダンス値と、(b)マッチングネットワークの入力端子の中を見てインピーダンスを測定した時点での第3および第4のリアクタンス値に関係する検出インピーダンス値と、(c)マッチングネットワークの入力端子と電極との間の固定インピーダンス値とから計算するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 第2電源の出力電力の変化をもたらすプラズマインピーダンスの関数は、第2電源の出力端子へ反射される電力であり、第2電源の出力電力を検出し、第2電源の出力電力を、第2電源の出力端子へ反射される電力と、第2電源の出力電力表示と、プラズマへ印加すべき電力に対する設定点との間の比較に応じて、制御することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第2電源の出力電力の変化をもたらすプラズマインピーダンスの関数は、電極と結合したプラズマのインピーダンス成分の測定値であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 電極と結合したプラズマのインピーダンス成分の測定値を、マッチングネットワークの入力端子内を見たときの少なくとも1つの電気パラメータから得ることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 電極と結合したプラズマのインピーダンス成分の測定値を、ホルダとプラズマとの間のシースの厚みを測定し、シース厚みを第2マッチングネットワークと結合したプラズマの負荷と相関させることによって得ることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- シース厚みを光学的に測定することを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 励起リアクタンスにコイルが含まれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 真空プラズマ処理装置チャンバ内の交流プラズマの電気負荷インピーダンスの容量成分の測定方法であって、
プラズマは、処理装置内のワークピースを処理し、負荷は、電気エネルギーをプラズマへ供給する電気回路にかかり、プラズマは、チャンバ内の表面とプラズマとの間にシースが形成されるようなものであり、本方法は、シース厚みを測定するステップと、シース厚みと容量成分値とを相関させるステップとを含むことを特徴とする方法。 - シース厚みを光学的に測定することを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 電気負荷は、交流電源によって駆動される電極を備えるワークピースホルダ上のワークピースに対するプラズマの負荷であることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- シース厚みの光学的な測定は、ワークピースの上面と、近接するプラズマの境界との間のシース厚みを光学的に画像化することによって行うことを特徴とする請求項13に記載の方法。
- ワークピースを処理する装置であって、
(a)ワークピースに電気エネルギーを静電的に供給ための電極を含むワークピースホルダと(b)チャンバにイオン化可能ガスを供給するための第1ポートと(c)チャンバへの真空ポンプの接続のための第2ポートとを有する真空プラズマチャンバと、
イオン化可能ガスに該ガスをプラズマに励起するために十分な電磁気的なエネルギーを供給するための励起リアクタンスと、
第1交流電源と、
第1交流電源と励起リアクタンスとの間に接続され、第1及び第2の可変リアクタンスを含む第1マッチングネットワークと、
プラズマインピーダンスに応答可能な検出装置と、
第2交流電源と、
前記電極と第2交流電源との間に接続され、第3及び第4の可変リアクタンスを含む第2マッチングネットワークと、
(a)チャンバ内の真空度を調整するための真空ポンプ装置、(b)第1ポートに供給されるガスの流量、(c)第1交流電源の出力、(d)第2交流電源の出力、及び(e)第1、第2、第3及び第4の可変リアクタンスのためのコントローラとを備え、コントローラは、チャンバ内の異なるコンディションのための複数のレシピを格納しているメモリ及び入力装置を有し、それぞれのレシピは、最初に調整する真空度、流量、第1電源の出力及び第2電源の出力のための少なくとも1セットのパラメータを有し、コントローラは、チャンバの真空度、ガスの流量及び第1と第2の電源の出力の最初に調整する値が、複数のレシピの中の選択されたレシピの所定の範囲内に入るように、入力装置に応答し、(a)プラズマが励起リアクタンスに負荷されている状態において、第1マッチングネットワークから見て励起リアクタンスに入る方向のインピーダンスと第1電源との間の実質的なインピーダンスマッチが得られるように第1及び第2リアクタンスを制御するため、及び(b)プラズマが励起リアクタンスに負荷されている状態において、第2マッチングネットワークから見て前記電極に入る方向のインピーダンスと第2電源との間の実質的なインピーダンスマッチが得られるように第3及び第4リアクタンスを制御するため、コントローラは前記検出装置に応答し、
第2電源へ反射される電力は、第3および第4のリアクタンスの少なくとも一方の値の、第2電源の出力インピーダンスと第2電源が駆動する負荷との間のマッチングを与える値からの小さな変化の結果、階段状に変化する傾向があり、少なくとも一方の小さな変化は少なくとも1つのパラメータの漸進的な変化に起因する一方で、その1つのパラメータは、選択されたレシピの1セットのパラメータの範囲に留まり、
前記階段状に変化する傾向を、プラズマインピーダンスの関数に応じて第2電源の出力電力を変化させることによって抑え、第2電源の出力電力を、第3および第4リアクタンスが変化して階段状変化の傾向が生じる速度よりもはるかに速い速度で変化させるために、コントローラは前記検出装置に応答するように構成されている。 - 第2電源の出力電力を変化させるプラズマインピーダンスの関数は、第2電源からマッチングネットワーク内を見たときの電気パラメータの測定に基づくことを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 第2電源の出力電力の変化をもたらすプラズマインピーダンスの関数は、電極と結合したプラズマインピーダンスの関数であることを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 第2電源の出力電力の変化をもたらすプラズマインピーダンスの関数は、第2電源の出力端子へ反射される電力であり、前記検出装置は第2電源の出力を示す信号を得るように構成され、コントローラが、第2電源の出力電力を、第2電源の出力端子へ反射される電力と、第2電源の出力を示す前記信号との比較に応じて制御する請求項15に記載の装置。
- 第2電源の出力電力の変化をもたらすプラズマインピーダンスの関数は、電極と結合したプラズマのインピーダンスの測定値であることを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 電極と結合したプラズマのインピーダンス成分の測定値を、マッチングネットワークの入力端子内を見たときの少なくとも1つの電気パラメータから得ることを特徴とする請求項19に記載の装置。
- 電極と結合したプラズマのインピーダンス成分の測定値を、前記ホルダとプラズマとの間のシースの厚さを測定するゲージによって得ることを特徴とする請求項19に記載の装置。
- 前記ゲージはシースの厚さを光学的に検出するように構成されていることを特徴とする請求項21に記載の装置。
- 前記励起リアクタンスはコイルを含むことを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 真空プラズマ処理装置内の交流プラズマの電気負荷インピーダンス成分の蓄電成分を測定する装置であって、プラズマ処理装置が処理装置内のワークピースを処理するように構成され、前記負荷がプラズマに電気エネルギーを供給する電気回路に存在し、チャンバの表面とプラズマとの間にシースが形成されるようにプラズマが存在し、シースの厚さを測定して応答を得るゲージを有し、前記ゲージの応答に応答するメモリーを有し、メモリーはシースの電気負荷インピーダンスに関係する値を有する信号を得るように構成されている。
- 前記ゲージはシースの厚さをモニターする電気及び光学的な装置であることを特徴とする請求項24に記載の装置。
- 前記ゲージはシースの厚さを映像化する電気的及び光学的な装置であることを特徴とする請求項24に記載の装置。
- 前記シースはワークピースホルダの上のワークピースとプラズマとの間にあり、電気的及び光学的な装置は、ワークピースの処理面の下のある1点と、シースとプラズマとの境界の上のある1点との間の領域に広がるある範囲の視点を有するように構成されていることを特徴とする請求項24に記載の装置。
以下は19条補正後の請求の範囲 - 真空プラズマ処理チャンバ内の電極を有するワークピースホルダ上のワークピースを処理する交流プラズマの制御方法であって、
チャンバに供給される少なくとも1種のガス、チャンバに供給されるガスの流量、チャンバ内の圧力範囲、プラズマ用の励起リアクタンスに供給される電力範囲、電極に供給される電力範囲を含む1組のパラメータを有するレシピに従って実行され、
交流を第1交流電源からプラズマへ、励起リアクタンスと、第1および第2の可変リアクタンスを含む第1マッチングネットワークとを含む第1回路を介して、供給するステップと、
第1回路から見たプラズマを含む負荷に関する第1の関数を検出するステップと、
検出された第1の関数に応じて、第1および第2のリアクタンスを制御して、(a)第1電源の出力インピーダンスの関数と(b)第1電源が駆動するインピーダンスの関数との間の所定の関係を維持するステップと、
交流を第2交流電源からプラズマへ、電極と、第3および第4の可変リアクタンスを含む第2マッチングネットワークとを介して、供給するステップと、
プラズマインピーダンスに関する第2の関数を検出するステップと、
第3および第4の可変リアクタンスを、検出された第2の関数に応じて制御して、第2電源の出力インピーダンスと第2電源が駆動するインピーダンスとの間の実質的なマッチング状態を維持するステップであって、第2電源へ反射される電力は、第3および第4のリアクタンスの少なくとも一方の値の、第2電源の出力インピーダンスと第2電源が駆動する負荷との間のマッチングを与える値からの小さな変化の結果、階段状に変化する傾向があり、少なくとも一方の小さな変化は少なくとも1つのパラメータの漸進的な変化に起因する一方で、その1つのパラメータは、レシピと整合する範囲に留まるステップと、
階段状に変化する傾向を、プラズマインピーダンスの関数に応じて第2電源の出力電力を変化させることによって抑え、第2電源の出力電力を、第3および第4リアクタンスが変化して階段状変化の傾向が生じる速度よりもはるかに速い速度で変化させるステップとを含む
ことを特徴とする方法。 - 第2電源の出力電力を変化させるプラズマインピーダンスの関数は、第2電源からマッチングネットワーク内を見たときの電気パラメータ値の検出に基づくことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第2電源の出力電力の変化をもたらすプラズマインピーダンスの関数は、電極と結合したプラズマインピーダンスの関数であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- マッチングネットワークの入力端子内を見たときのインピーダンス値を検出するステップと、第3および第4のリアクタンス値に関係するインピーダンス値を検出するステップと、プラズマインピーダンスを、(a)マッチングネットワークの入力端子内を見たときの検出インピーダンス値と、(b)マッチングネットワークの入力端子の中を見てインピーダンスを測定した時点での第3および第4のリアクタンス値に関係する検出インピーダンス値と、(c)マッチングネットワークの入力端子と電極との間の固定インピーダンス値とから計算するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 第2電源の出力電力の変化をもたらすプラズマインピーダンスの関数は、第2電源の出力端子へ反射される電力であり、第2電源の出力電力量を検出し、第2電源の出力電力を、第2電源の出力端子へ反射される電力と、第2電源の出力電力表示と、プラズマへ印加すべき電力に対する設定点との間の比較に応じて、制御することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第2電源の出力電力の変化をもたらすプラズマインピーダンスの関数は、電極と結合したプラズマのインピーダンス成分の検出値であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 電極と結合したプラズマのインピーダンス成分の検出値を、マッチングネットワークの入力端子内を見たときの少なくとも1つの電気パラメータから得ることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 電極と結合したプラズマのインピーダンス成分の検出値を、ホルダとプラズマとの間のシースの厚みを検出し、シース厚みを第2マッチングネットワークと結合したプラズマの負荷と相関させることによって得ることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- シース厚みを光学的に検出することを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 励起リアクタンスにコイルが含まれることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 請求項1から10のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、検出ステップをセンサによって行い、制御ステップを制御手段によって行い、計算ステップを計算手段によって行うことを特徴とする装置。
- 真空プラズマ処理装置チャンバ内の交流プラズマの電気負荷インピーダンスの容量成分の測定方法であって、
プラズマは、処理装置内のワークピースを処理し、負荷は、電気エネルギーをプラズマへ供給する電気回路上にあり、プラズマは、チャンバ内の表面とプラズマとの間にシースが形成されるようなものであり、本方法は、シース厚みを測定するステップと、シース厚みと容量成分値とを相関させるステップとを含むことを特徴とする方法。 - シース厚みを光学的に測定することを特徴とする請求項12に記載の方法。
- シース厚みの光学的な測定は、ワークピースの上面と、近接するプラズマの境界との間のシース厚みを光学的に画像化することによって行うことを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 電気負荷は、交流電源によって駆動される電極を含む、ワークピースホルダ上のワークピースを処理するプラズマの負荷であることを特徴とする請求項12または13または14の方法。
- 測定ステップを測定手段によって行うことを特徴とする請求項12から15のいずれかに記載の方法を実施するための装置。
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