JP2011014579A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】量産安定性と機差低減に関わるプラズマのイオンフラックスの量(プラズマ密度)と、その分布に関する装置状態を検知する手段を備えたプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】真空容器108、ガス導入手段111、圧力制御手段、プラズマソース電源101、被処理物112を真空容器内に載置する下部電極113、高周波バイアス電源117を具備するプラズマ処理装置において、プラズマソース電源101と高周波バイアス電源117とは異なる発振周波数をプラズマ処理室内に発振するプローブ高周波発振手段103と、プローブ高周波発振手段103から発振される高周波をプラズマに接する面で受信する高周波受信部114、115と、プローブ高周波発振手段103と受信部114、115から形成せられる電気回路内の発振周波数毎のインピーダンス、反射率及び透過率、高調波成分の変動を測定する高周波解析手段110を具備する。
【選択図】図1
【解決手段】真空容器108、ガス導入手段111、圧力制御手段、プラズマソース電源101、被処理物112を真空容器内に載置する下部電極113、高周波バイアス電源117を具備するプラズマ処理装置において、プラズマソース電源101と高周波バイアス電源117とは異なる発振周波数をプラズマ処理室内に発振するプローブ高周波発振手段103と、プローブ高周波発振手段103から発振される高周波をプラズマに接する面で受信する高周波受信部114、115と、プローブ高周波発振手段103と受信部114、115から形成せられる電気回路内の発振周波数毎のインピーダンス、反射率及び透過率、高調波成分の変動を測定する高周波解析手段110を具備する。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体装置やフラットパネルディスプレイ(FPD)を製造するドライエッチング、CVDに使用されるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
半導体やFPDを製造する工程のひとつである、ドライエッチング工程では、エッチング装置の高稼働率と高歩留まりが要求される。この稼働率向上のために、一台の装置に複数チャンバーを備えるクラスター化が進んでおり、この場合、チャンバー間での性能差(チャンバー間機差)や装置間での性能差(装置間機差)の低減が必要とされている。
一方、高歩留まりを実現するためには、被処理物の面内均一性向上と量産安定性が必要である。面内均一性や量産安定性を実現するために、エッチング原理に従い、中性粒子とイオンの入射フラックスとイオン入射エネルギーを被処理物の面内で一定にすること、それらの処理時間の経過に伴う変動を抑制する必要がある。
量産安定性を実現するひとつの観点において異物の発生防止や汚染防止があるが、その手法として、静電吸着手段へ印加する直流電源や、バイアス印加手段やプラズマ生成手段にてプラズマインピーダンスをモニタし、異物等の装置異常を予知し、部品交換やメンテナンスを行う技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、中性粒子やイオンのフラックス比の均一化、安定化の観点では、これらの量を何らかの形で検知し、装置パラメータへフィードバック制御する、Advanced Process Control(APC)技術が存在する。例えば、中性粒子の相対量的な変動を検知する手法として、プラズマの発光を分光する方法が一般的である。このとき、プラズマ発光を受光する受光部を面内方向に複数備えることにより、発光する中性粒子の面内分布の変化を検知し、プラズマの分布が補正される。
一方、イオンのフラックスを検知する方法として金属プローブ測定が一般的であるが、プローブを導入すること自体が異物や汚染、処理プラズマへの擾乱の原因になっているため、量産装置への適用が困難であった。近年、高周波アンテナにそれを囲む絶縁管を有する構造により、非汚染で簡便なプラズマ密度測定方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、既存の電源の電圧電流を壁面でモニタすることにより、プラズマ密度を含む情報を得る手段が提案されている(例えば、特許文献3)。
エッチングプロセスにおいて、性能安定性を阻害する主要因は、装置チャンバー内壁面状態の経時変化である。壁面状態が堆積物や表面変質により変化すると、壁面からの脱離する粒子の組成比やそれらの量も変化するため、プラズマ中の中性粒子の組成も変化する。また、その際壁面からの2次電子放出量も変化するため、壁面に近いところからプラズマ密度の面内分布が変化し、プラズマ全体の密度も変化していく。しかし、現状のモニタ(例えば、プラズマ発光、装置制御パラメータのRFバイアスVppやソースパワーの整合ポイント)のみでは、プラズマ密度が変化したのか中性ラジカル種が変化したのか、モニタに現れる変動の原因を切り分けることが困難であった。また、装置部品の消耗や絶縁被膜の劣化もプラズマ密度や中性ラジカル組成の変化を引き起こすが、この部品の消耗度、交換時期については、従来は、規定された放電時間を基準にしていたため、部品の消耗度が予想を超えていた場合、異物や故障が発生し歩留まり低下を招いていた。
特許文献2記載の高周波プローブ方法によるプラズマ密度の測定においては、金属汚染や安定性に対し優位であるが、高周波アンテナとそれを囲む誘電体に存在する表面波がそのプローブ周辺のプラズマと共振点を検知するという原理を考えると、プローブ周辺のプラズマ密度のみでプラズマ内の密度の情報を得ることができない。特許文献1、特許文献3記載の方法は、装置部品消耗度とプラズマ密度の変化が混在して検知するため、それだけではそれぞれの変化を切り分けることが困難であった。
本発明は、プラズマ処理性能の物理的な制御パラメータの一つである、プラズマ密度やその分布と部品の消耗等装置状態を検知するプラズマ処理装置を提供することである。加えて、物理パラメータを直接制御するAPCやプラズマ処理性能の安定性向上、部品や装置の予防保全と故障診断を実現するプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
上記目的は、真空容器と、前記真空容器内にプラズマ用のガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に導入された前記ガスの圧力を制御する圧力制御手段と、前記真空容器内に導入された前記ガスにプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、プラズマ処理される被処理物を前記真空容器内に載置する載置手段と、前記載置手段に高周波バイアスを印加する高周波バイアス印加手段とを具備するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段のプラズマソース電源と前記高周波バイアス印加手段の高周波バイアス電源とは異なる、微小出力発振周波数を前記真空容器(プラズマ処理室)内に発振するプローブ高周波発振手段と、前記プローブ高周波発振手段から発振される高周波をプラズマとは絶縁層を介して接する面で受信し、前記被処理体の表面に対して平行方向及び垂直方向に配置された複数の高周波受信手段と、前記プローブ高周波発振手段と前記高周波受信手段から形成せられる電気回路内の発振周波数毎のインピーダンス、又は発振周波数毎の反射率及び透過率を測定し、測定した前記インピーダンス、又は前記反射率及び前記透過率を用いて、プラズマ密度や分布の変化量演算する高周波解析手段とを有するプラズマ処理装置により実現できる。
さらに、上記目的は、上記プラズマ処理装置において、前記複数の高周波受信手段を、それぞれ被処理体の表面に対して動径方向及び垂直方向に配置することにより実現できる。また、上記目的は、上記プラズマ処理装置において、前記プローブ高周波発振手段が周波数掃引手段を具備し、周波数掃引手段が発振する掃引周波数がプラズマの密度に対応するプラズマ振動数を含み、かつ、前記高周波受信手段が掃引周波数と同期することによって実現できる。さらに、そのときのプローブ高周波発振手段が周波数掃引手段を具備し、その発振された掃引周波数がプラズマの密度に対応するプラズマ振動数を含み(100kHz以上3GHz以下)、かつ、前記高周波受信手段が掃引周波数と同期しており、該高周波受信手段がプラズマ処理室側壁と被処理物を載置する手段側に設置されることにより実現することができる。
上記目的は、上記プラズマ処理装置において、前記高周波受信手段を真空容器内に設けられたプラズマ処理室側壁と被処理物を載置する手段側に具備すること、前記プラズマの表面に対して垂直方向に配置される高周波受信手段が前記載置手段に設けられている静電吸着用電極であること、静電吸着用電極が同心円状に二つに分割されたダイポール型の静電吸着電極であることにより実現できる。また、上記目的は、上記のプラズマ処理装置において、前記プローブ高周波発振手段からの高周波を前記真空容器内に配置されたアンテナから供給すること、又は前記プローブ高周波発振手段からの高周波を前記真空容器内に配置された前記載置手段から供給することにより実現できる。
また、上記目的は、上記プラズマ処理装置において、被処理物を搬送し真空容器内の載置手段上に載置する工程と、前記真空容器内にプラズマ用のガスを導入する工程と、前記真空容器内の前記ガスの圧力を調整する工程と、プラズマを生成する工程と、前記載置手段にバイアスを印加して前記被処理物にプラズマ処理をするプラズマ処理工程と、前記被処理物のプラズマ処理後に装置をプラズマクリーニングする工程を有するプラズマ処理方法において、前記プラズマ処理工程の前後に、高周波受信部、ソース電源系統又はRFバイアス系統から高周波を発振して、それぞれの反射特性を取得する経路診断工程、若しくは、プラズマのインピーダンスや反射波、透過波を検知するプラズマ処理前診断工程の少なくともひとつを有し、前記プラズマ処理工程前後の反射係数、透過係数の共振周波数特性からの変化量に応じて高周波解析により装置状態を判定する装置状態判定工程を備えるプラズマ処理方法によって実現することができる。
さらに、プラズマ処理中のプラズマのインピーダンスや反射率と透過率を検知し、その検知結果を元に、プラズマの密度と分布を一定にするよう、プラズマ処理中の装置制御パラメータにフィードバック制御する工程、又はプラズマ処理後のプラズマクリーニング工程の条件を変化させる工程を備えるプラズマ処理方法によって実現することができる。本発明においては、反射波のみならず、透過波も測定することで、反射受信部近辺の密度だけでなく、発振部―受信部間のプラズマ内の分布の変化を検知することが可能となる。
さらに、プラズマ処理中のプラズマのインピーダンスや反射率と透過率を検知し、その検知結果を元に、プラズマの密度と分布を一定にするよう、プラズマ処理中の装置制御パラメータにフィードバック制御する工程、又はプラズマ処理後のプラズマクリーニング工程の条件を変化させる工程を備えるプラズマ処理方法によって実現することができる。本発明においては、反射波のみならず、透過波も測定することで、反射受信部近辺の密度だけでなく、発振部―受信部間のプラズマ内の分布の変化を検知することが可能となる。
[実施例1]まず、本発明を具現化する装置の実施例を説明する。図1は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。図1に示すプラズマ処理装置は、真空容器の内部に配置されたプラズマ処理室の内側でプラズマを形成し、このプラズマを用いてプラズマ処理室内に配置された半導体ウェハ等の被エッチング材料である基板状の試料を処理するプラズマ処理装置である。
このプラズマ処理装置における真空容器は、プラズマ処理室としてのエッチングチャンバー108と、石英板105と、シャワープレート106と、ガス導入手段111と、ベースフレーム122、真空ポンプ及び圧力制御バルブ(ともに図1には未記載)とを備えている。
プラズマの発生手段は、2.450GHzマイクロ波のソース用電源101と、ソース電磁波用整合器102と、空洞共振部104と、電磁石107とを有している。エッチングガスは、マスフローコントローラとストップバルブから構成されるガス導入手段111を通して、エッチングガスを混合した後、シャワープレート106から、エッチングチャンバー108内に導入される。
被エッチング材料であるSi(シリコン)ウェハ112を設置する下部電極113は、その上面であってSiウェハ112が載せられる載置面の外周側及び側壁を覆って配置されたリング形状のサセプタ120を備え、温度制御手段等(図1中には未記載)を用いて下部電極の温度を所定に制御することが可能である。エッチング処理中は、2台の直流電源118、118’で発生される−2000〜+2000Vの互いに逆の直流電圧を印加してウェハ112を静電吸着させ、Siウェハ112と下部電極113との間の隙間に熱伝達効率のよいHeを充填し、圧力制御を行っている。このような静電吸着技術を用いることで、エッチング中のSiウェハ112の温度を調節している。
そして、下部電極113には、プラズマ中からウェハ112にイオンを引き込み、そのイオンエネルギー分布を制御するためのRFバイアス電源機構117と、RFバイアス整合器116が接続されている。RFバイアス電源機構117には、1つの電源だけでなく2つの異なる周波数の電源を用いている。RFバイアス電源機構117のバイアスパワーで入射イオンのエネルギーとその分布を制御する。RFバイアス電源機構117によれば、被処理物がシリコン、窒化シリコン、TiN,レジスト、反射防止膜等の場合、12インチ径の被処理物に対し最低1W程度から最大電力500W程度(連続正弦波)、絶縁膜エッチングでは最大7kW程度の出力でよい。
また、チャージアップダメージ(電子シェーディング)低減効果を得るため、100Hz〜3kHzの範囲でon−off変調を行う、時間変調(Time Modulate:以下、TMと表記することがある)機能を備えているものを用いた。このような2周波電源を備えたRFバイアス電源機構117を用いることで、イオンエネルギーとイオンエネルギー分布をプロセス条件に適するように変化させることができ、下地膜との選択性、エッチング形状の制御マージンの拡大、及びエッチングレートのウェハ面内分布の制御性を向上させることができる。
本発明は、このような従来のプラズマ処理装置にプラズマ分布とプラズマ面内の密度、部品消耗を検知する手段を具備するものである。本発明は、それを実現する手段として、高周波解析手段110、及び真空容器内に受信部(チャンバー埋め込み型高周波受信部114又はサセプタ搭置型高周波受信部119等)を有している。即ち、図1において、プローブ高周波発振手段は、実装されているRFバイアス電源機構117又はソース用電源101の各電源である。
まず、プラズマ処理中、RFバイアス電源機構117やソース用電源101は、所望の設定電力を、連続的又は間欠的にエッチングチャンバー108内に発振する。エッチングチャンバー内に設置された複数の高周波受信部(チャンバー埋め込み型高周波受信部114(点A1〜A3、A5)チャンバー108内に設けたプローブ高周波受信部115(A4)、サセプタ搭置型高周波受信部119(A7))で受信された、それぞれの位置での透過波の信号強度、位相、高調波の情報に基づいて、高周波解析手段110にて、プラズマ密度や分布変化、部品状態を解析する。
このとき、下部電極〜受信部の間に存在する有磁場環境下でのz軸に対する回転対称プラズマは、下記(1)式で表されるテンソル誘電率を持つ電気素子と見立てることができる。例えば、プラズマの誘電率εPの周波数特性は、下記(1)式であらわす事ができる。
ここで、κv,κh,κdは、下記(2)〜(4)式で表される磁場に対して垂直方向成分、平行方向成分、それらの対角成分の誘電率成分を意味する。jは虚数単位である。
ここで、ωpeは、下記(5)式で表されるプラズマ振動数、ωceは下記(6)式で表される電子サイクロトロン周波数、νmは圧力やガス分子、原子の断面積で決まる電子の衝突周波数である。
上記(5)(6)式中の、qは電荷素量、meは電子質量、ε0は真空の誘電率で、Bはz軸方向の磁場強度である。
このようなテンソル誘電率を持つ電子密度neのプラズマに高周波(f=ω/2π)を下部電極112から発振した場合、そのプラズマ中を伝播する高周波E・exp(ik・r−jωt)は、マックスウェルボルツマンの電磁方程式に従い、下記(7)で伝播する。
ここで、kは波数ベクトル、rは位置ベクトル、tは時間である。このときの真空容器内の等価回路を図2に示す。CA1は壁面受信部の表面絶縁膜の静電容量、CESCは下部電極113表面の静電吸着膜の静電容量である。また、Z1、Z4は、其々途中経路のプラズマ内の密度や分布情報を含む(1)〜(7)式から位置、時間の関数として計算される電磁波電界強度と電流から算出されるプラズマの複素インピーダンスである。ZS、ZA1は、変位電流と電子・イオンによる伝導電流から構成されるシースの非線形部分のインピーダンスである。このプラズマシースは、イオンと電子の移動度の違いがもたらす、プラズマと、それに接する境界面との境目にできる荷電粒子が存在しない空間であり、シースの厚さは、主にプラズマ密度と電子温度で決定される。したがって、等価回路的には変位電流のパスを表すコンデンサと非線形特性を示す電子・イオンによる伝導電流部分で記述できる(図2中のZA4、Z0にも並列にあるコンデンサは簡略化のため省略)。このとき、受信部114で検出される電流Iv1は、電気回路の経路上のインピーダンスZv1=(jωCESC)−1+Z0+Z1(ω)+ZA1(ω)+(jωCA1)−1として、下記(8)式であらわされる。
Skは電流が流れる全面積に対する受信部の面積の割合である。したがって、RFバイアス、ソース電源出力が一定電圧(V=一定)、又は一定電力(P=VI=一定)時に対し、受信部114における電流波形の変化量を調べることで、その経路を構成するプラズマ、シース、部品の被膜厚さ等の変化を検知することが可能となる。受信部115に対する電流値Ih4についてもZ4を用いて同様に定義できる。
図1は、下部電極113のRFバイアス供給ラインから発振され、プラズマ中を通過してきたRFバイアス電流を、被処理の面に対して水平方向、垂直方向の複数の受信部で電流変化量を検知するプラズマ処理装置の実施例である。この場合、受信部A4、受信部A7からの信号を高周波解析手段110に接続することでウェハ面に水平な方向のプラズマ密度変化を検知することができる。また、受信部114が接続されている点A1,A2,A3,A5からの信号を高周波解析手段110に接続することで、高さ方向(垂直方向)のプラズマ平均密度、分布状態変化を検知することが可能である。さらにRFバイアス印加機構の経路上の点Xを高周波解析手段110に接続することで、被処理面上のプラズマ密度とシース下部電極の静電吸着膜の変化を検知することができる。
以上の測定構成を用いてプラズマ密度分布の変化を検知するには、プラズマの動径方向密度受信部A4、A7とRFバイアス整合器116、又はプラズマインピーダンスモニタ(図1中には未表記)からの信号Bの相対的な変化を高周波解析手段110にて抽出し検知することで実現できる。
図3は、受信部114で検知された、Cl2ガス100ccm、2Pa,ソースパワー500W、RFバイアス20Wの処理条件下の電流波形の模式図である。下部電極112からプラズマ中に投入された400kHzの高周波電流は、電流の経路途中に存在するウェハ112や受信部114近傍に形成されるプラズマシースの電圧―電流特性の非線形性により、検知波形は歪んで観測される。また、同じく途中経路に存在するプラズマのバルクの状態は、式(1)〜(7)で表される伝播式で決定される電磁場強度として検知される。また、図4に示すように、圧力1Pa、ソースパワー500W、RFバイアス10Wの処理条件でガス種を変化させた場合でも、イオン質量の差がシース近傍の移動度の差に起因した電流波形の歪具合の差(即ち、高調波の混合比率)として検知できている。即ち、高調波成分のパターン変化を検知することでイオン種の変化も検知可能である。
図1で示すように近傍に複数の受信部による観測された電流値の差を取得することで、発振部の共通部分(jωCESC)−1+Z0)を消去することができる。このとき、バルク部分の電流強度の差(Zn(ω)−Zn−1(ω))は発振周波数の基本波成分、シース部分や表面絶縁層起因の変化の差(ZAn(ω)−ZAn−1(ω))+((jωCAn)−1−(jωCAn−1)−1)はシース非線形性起因の高調波成分に反映される。即ち、近傍地点の電流変化差を高速フーリエ変換し、周波数解析することで、バルク部分の密度変化とシース近傍の密度変化を分離することが可能となる。
このようなプラズマ処理中に実施する計測のために、各受信部は、エッチング性能(形状、レート、汚染、経時変化)に影響を与えないような箇所に設置され、また、プラズマ処理装置の構造を考慮して設置することが望ましい。図5にチャンバー埋め込み型高周波受信部114の構造の実施例を示す。高周波受信部を構成する受信金属303は、周囲の壁面素材301から絶縁体304で囲まれており、エッチングチャンバー108から絶縁されている。エッチングチャンバー108の内周側、即ち、プラズマに接する表面自体にも、金属汚染と異物発生を防止するための絶縁層302が付着されている。
したがって、受信部表面の絶縁層302は、チャンバー108の内壁と同じ材料を付着することが望ましい。受信部の周辺と同じ材料を用いることで、受信部近傍のチャンバー内壁の絶縁被膜の膜厚、損傷程度を検知することが可能となり、消耗品(アース部品121、サセプタ119、その他絶縁カバー)の交換時期を予測する、異物や汚染による歩留まり低下を抑制する、或いは損傷部品の特定による装置の非稼動時間を低減することが可能となる。また、受信部分はプラズマ生成用電力やRFバイアスの電界集中など起きないようにチャンバー内壁に対して平坦又は段差がない構造であることが望ましい。
図6は、点A4の搭置型受信部の模式図である。図5に示した断面構造を採用したφ1cm程度の複数円柱型の検知部分114を1cm程度の間隔で並べたものである。形状は、円柱でも直方体でもよいが、大面積ほど受信感度が向上する。したがって、位置解能とのトレードオフを考慮して、形状と面積は装置に適するように決定することが望ましい。このように、ウェハ処理部ではない、領域で複数の動径方向のプラズマ密度分布の変化を計測することにより、チャンバー側壁近辺やサセプタ近傍のプラズマ密度の変化をより高い空間分解能で検知することが可能となる。このようなマルチ構造の信号部は、搭置型に限らず、チャンバー埋め込み型でも同様である。搭置型は、それだけで独立しており、任意の位置に設置でき、装置開発時やプロセス開発時に有効であるので、量産適用機は、信号線となる同軸ケーブルからの汚染やプラズマ擾乱がない埋め込み型が望ましい。
本発明を用いることで、従来方法でのプロセス開発時では、パターン付きウェハのゲート加工寸法(Critical Dimension:CD)面内分布やエッチングレートの面内分布といった結果でしかわからなかったものが、結果の原因となっているプラズマ密度分布の変化成分を抽出できるため、ラジカル分布寄与分と切り分けることができる。
本発明によれば、原因に即した的確な形状制御、分布調整が可能となる。例えば、整合器116でのピーク間電圧や、A7、A4の検知し換算されたプラズマ密度が動径方向中心から外周に向かって低下した場合は、プラズマ密度分布制御機構103又はソース用電源101の出力パワー等、装置の端部のプラズマ密度を大きくするように機構を制御する。逆に、整合器116でのVppや点A7、4Aで検知される密度が変化しないのにCD等が大きく変化した場合は、ラジカル種の分布が変化したと判断し、ガス導入の面内分布比率や下部電極の温度制御手段(図1には未記載)により、ウェハ上の温度分布を変化させてラジカルの吸着確率の面内分布制御をする。
同様に、上記被処理物面と水平方向の検知部と合わせて、垂直方向の密度受信部(点A1〜A3)の信号も用いて、同様にAPC制御することで、チャンバー壁面状態に起因するエッチング性能(加工形状変動)変化を抑制することができる。このようなAPC機能は、高周波解析手段110から、分布や変動を抑制する機構(たとえば、プラズマ密度分布制御機構103やガス導入面内分布比制御機構等)を直接制御してもよいが、装置制御用PCを介して制御することでもよい。
また、従来のモニタ信号(プラズマ発光分光、RFバイアスのピーク間電圧(Vpp)やガス圧力、整合器のパラメータ、RFバイアス整合器近辺に別途接続された市販のプラズマインピーダンスモニタ等から計測されたインピーダンス等)に、本発明によるプラズマ密度、分布の変動を検知し制御する高周波解析手段を付加することにより、イオンフラックス、ラジカル組成、イオンエネルギーとその分布の変化を切り分けることが可能となり、エッチング形状制御のための物理量を一定にするAPC制御が可能となる。例えば、一定圧力、一定ガス流量や組成のもと、本発明による密度変化量が許容値内となるように、プラズマソースパワーや分布制御機構103を調整して、プラズマ密度と分布を一定化した上で、Vpp又はRFバイアスパワーを一定するという制御である。このようなAPC制御により、イオンのフラックスとエネルギーを直接制御でき、荷電粒子起因のエッチレート変動、CD変動を抑制することができる。
図1の実施例では、RFバイアス電源機構として2つの異なる周波数を発振する電源を備えている。このときの周波数は、シースの非線形性やプラズマポテンシャルの変動に敏感な比較的低い周波数帯域 (100k〜2MHz)と、薄いシースは透過し、プラズマ中を伝播しやすくチャンバーのアース構造に敏感でありつつ、プラズマ生成への寄与の小さい比較的高い周波数帯域(2M〜13.56MHz)から構成される複数のバイアス周波数を組み合わせることが好ましい(例えば、400kHzと13.56MHz、又は4MHz)。それらの異なる複数の周波数をプラズマ処理に用い、その基本波と高調波の変化を検知することで、電極上を含む、チャンバー内の立体的なプラズマ空間分布、密度変化と送受信部の部品消耗の検知精度を向上させることが可能となる。
[実施例2]
上記、下部電極に接続されたRFバイアス電源の周波数を高周波発振手段として利用する以外に、第3のプローブ用電源を接続してプラズマと装置状態を検知する方法を以下に記載する。図7は、プラズマ生成用の電源系統であるUHF整合器602側からアンテナ604を通してプラズマチャンバー内に放射させ、複数の接続点A1からA9の少なくとも1つをA点に接続し、反射係数、透過係数、インピーダンスを計測する手段を示す実施例である。
上記、下部電極に接続されたRFバイアス電源の周波数を高周波発振手段として利用する以外に、第3のプローブ用電源を接続してプラズマと装置状態を検知する方法を以下に記載する。図7は、プラズマ生成用の電源系統であるUHF整合器602側からアンテナ604を通してプラズマチャンバー内に放射させ、複数の接続点A1からA9の少なくとも1つをA点に接続し、反射係数、透過係数、インピーダンスを計測する手段を示す実施例である。
実施例2は、図1に示した実施例1とは、プラズマ発生手段を構成するプラズマソース電源である450MHzのUHF電源601と、UHF整合器602とアンテナ604とを備える点で異なっている。真空容器を構成するエッチングチャンバー108内へUHF波を放出するアンテナ604は、真空を維持する石英板105より大気側に設置されている。
実施例2は、従来のプラズマ処理装置にプラズマ面内の密度と分布、及び部品の消耗度を検知する手段を具備するものである。さらに実施例1に対し、第3のプローブ用電源であるプローブ高周波発振手段603を接続していることが異なる。
まず、プローブ高周波発振手段603は、プラズマ生成やプラズマ処理に影響がないような1W程度以下の正弦波を出力し、時間的にプローブの周波数を掃引(100kHz〜3GHz程度)させる機能を有する。これに代えて、機能を絞って、特徴的な複数の周波数を連続又は間欠的に発振してもよい。また、このプローブ高周波は、アンテナ604からエッチングチャンバー108内に発振されてもよいし、チャンバー108内に設けたプローブ高周波受信部115などを発振部として発振されてもよい。
実施例2の装置のように、電子密度neのプラズマに対し高周波(f=ω/2π)を真空容器にアンテナ604から発振した場合の真空容器内の等価回路を図8に示す。図8中のZ0は発振部分の特性インピーダンスである。チャンバー埋め込み型高周波受信部114(例えば、図7中の点A1)に接続して検出される反射係数Γ=(反射波強度/入射波強度)は、電気回路の経路上のインピーダンスZv1=Z1(ω)+ZA1(ω)+ZA0(ω)+(jωCA1)−1として、下記(9)式で記述できる。Z0は回路の特性インピーダンスである。
被処理面に対して水平な方向のプラズマに対応するインピーダンスZhについてもZA6を用いて同様に定義できる。このときZhの虚数部分のインダクタ成分Lとキャパシタ成分Cから、下記(10)式で示される共振周波数で発振高周波が吸収されるため、プラズマ密度に対応する(5)式の周波数や装置部品の共振周波数、又はそれらの高調波の周波数で反射係数は小さくなる。
一方、透過率(透過波強度/入射波強度)についても、経路上に存在するプラズマ密度に対応するプラズマ振動周波数近辺で吸収が起こるため、透過率は減少して観測される。以上の原理により、反射吸収ピークや透過ピークの周波数の時間変化を調べることで、発振装置と受信部で挟まれる経路に存在するプラズマの平均密度の変動、装置部品の消耗を検知することができる。共振周波数からプラズマ密度や部品消耗の算出は、高周波解析手段110又は制御PCにて実施する。
図7中の点A1、点A2、点A3、点A5はプラズマの動径方向を横切る平均密度を含む経路のインピーダンス(図8のZ1含む経路に相当)、点A4、点A6、点A7、点A8はプラズマの厚さ方向の密度を含む経路のインピーダンスをそれぞれ計測する点である。厚さ方向密度を計測する点の中で、点A6は、プラズマの密度情報以外に、下部電極113のインピーダンス(静電吸着膜やウェハのインピーダンス)の情報も含み、点A8は、さらにRFバイアス整合器116のインピーダンスの情報を含む。
点A1から点A9の受信部(114、115、119)の設置場所以外に、A点を装置グランドA10に落とすことも可能であるが、その場合は、発振周波数の電気回路の経路の足し合わせとなるので、部品特定やプラズマ分布の特定が難しくなるが、一括ですべての経路の状態をモニタできるので簡便な第0次的な(大まかな)変動検知として有効である。また、高周波解析手段110において、プローブ高周波発振面に対して垂直な動径方向受信部となる点A1からA3とプローブ高周波発振面に対して平行な面にある厚さ方向受信部(点A4又は点A6)との周波数比の変化を測定することで、プラズマ密度分布の変化を大まかに検知することができる。このように、高周波解析手段110は、2ポート以上を同時に計測できる手段を備える必要がある。
図9は、受信部A1で受信した動径方向密度A1と、受信部A8で受信した厚さ方向密度とで透過係数を測定した結果の模式図である。この図を用いて、プラズマ密度分布と装置状態とを管理するプラズマ処理方法を説明する。プラズマ処理当初は、A1点の反射係数はf1に、A8点ではf2にピークが存在していたが、プラズマ処理枚数が増加するに従い、点A1での検出ピークがf’1位置に変化していった。このような変化をした場合は、動径方向のプラズマ密度が壁面状態の変化などで部分的に増加(端部分の密度が上昇)したことを示している。
したがって、プラズマの密度を減少させる装置制御パラメータ(例えば、UHF電力)を変化させるのではなく、分布を制御する装置制御パラメータ(例えば、コイル電流)を調整することで、加工形状の真の変動原因に即したAPC制御が可能となる。このとき、周波数掃引によって同時に得られる共振ピークがどの部品で共振しているかを把握しておき、その共振ピーク401の変化を調べることで部品状態の変動を検知することができる。
図10は、チャンバーアイドリング時に図7のようにプローブ高周波発振手段、高周波解析手段をA10に接続して、ESC新品(実線)とESC膜が100μm減少した場合(点線)の、反射波強度を測定した結果である。周波数掃引されたプローブ高周波に対し、fa,fb,fcの位置に吸収ピークが観測されている。このうち、ESC膜厚の変化に対してはfbが変化しており、この変化量は、削れ量100μmに対して、76kHzであることがわかる。すなわち、fbのピークの周波数の変化量を、アンテナ604側から下部電極113との距離約200mmに対して0.05%の変化を、大気開放せずに感度よく診断することができていることを示している。このように、測定経路上にある部品に対応する共振ピークの時間変化量をモニタすることにより、その部品の消耗度、交換時期を予測することが可能となる。プローブ高周波手段、高周波解析手段の接続場所を適宜選択することで、同様な方法で石英パーツ、サセプタの部品毎消耗度を検知することが可能である。
また、装置の出荷検査時に、同一のプローブ高周波発振手段603、高周波解析手段110にて、プラズマ密度と分布の程度を検査し、その結果を元に、出荷基準のプラズマ密度と分布に合致するよう装置制御パラメータの変換テーブルを構成し、そのテーブルを装置毎にすることで、プラズマ密度と分布に関する装置間やチャンバー間差を補正することが可能となる。さらに、装置メンテナンスで部品交換した後、本発明の計測を実施することでプラズマ密度と分布に関わるソースパワー供給系やRFバイアス供給系を構成する部品の電気的、機械的な組み付けや、チャンバー側壁アース等の組み付け程度を精度よく管理でき、組み付け後の再現性を向上することができる。
プラズマ分布を検知し装置状態を管理するプラズマ処理方法を実現するには、プローブ高周波発振手段603をプラズマ発生手段の電力供給系統に重畳させる必要がある。そのため、プローブ高周波発振手段603は、プラズマ生成用の電源(例えばUHF電源601)の周波数と出力に対して高い耐圧と非干渉性(方向性)が必要である。例えば、UHF整合器602内(例えば図6のA7に接続する場合)やUHF整合器602の外(例えばA5に接続する場合)に大電力用の方向性結合器とフィルタと減衰器を電力供給系に挿入したりすることで実現できる。そのときの発振周波数は、(5)式で示したプラズマ密度に対応する周波数領域を含む周波数域(例えば、Arプラズマ密度ne=1015〜1016cm−3では、284〜875MHz)を使用することが望ましい。
一方、高周波解析手段110に対しても、RFバイアス供給側に設けた受信部A6、受信部A8を高周波解析手段110のAに接続する場合もあるので、RFバイアス電力や、漏れてくるプラズマ周波数電力に対する耐圧性能を有する必要がある。受信部A8、受信部A9は、RFバイアス整合器116内に設置されていると、配線が整理され余分なノイズ等混入が防げるため好ましい。さらに、図9のような反射係数の周波数依存性を取得するためには、高周波解析手段110は、プローブ高周波発振手段603から発振される周波数の掃引タイミングに合わせて、受信帯域も同期して変化する機能を有している。
このように、RFバイアス電源機構とプラズマ発生手段の電源周波数と異なる発振器を具備することで、RFバイアスを出力しないプラズマ条件(例えば、レジストのマスク寸法を小さくするトリミング工程や被処理物を下部電極に載置せずに行うIn−situクリーニング工程等)でもプラズマ密度と分布、プラズマインピーダンスを検知することが可能である。また、本発明と、従来のモニタ値(プラズマ発光分光、RFバイアスのピーク間電圧やガス圧力、整合器のパラメータ等)を組み合わせることで、実施例1のプラズマ密度とその分布と中性粒子の変動を切り分けて、それぞれ制御することができる。そして、装置部品固有の共振ピークを利用した装置部品に対する管理が可能となるため、装置部品の管理、予防保全と要因解析が容易となり、原因に即した最適な補正、修理を実施することが可能となる。
[実施例3]
図7とは異なるプローブ高周波発振手段と高周波解析手段の接続形態の異なる実施例を、図11を用いて説明する。この実施例にかかるプラズマ処理装置は、図7に示したプラズマ処理装置に対し、方向性結合器605を介してプローブ高周波発振手段603をRFバイアス整合器116及び下部電極113の接続点B1(図7ではA6)に接続した点が相違している。
図7とは異なるプローブ高周波発振手段と高周波解析手段の接続形態の異なる実施例を、図11を用いて説明する。この実施例にかかるプラズマ処理装置は、図7に示したプラズマ処理装置に対し、方向性結合器605を介してプローブ高周波発振手段603をRFバイアス整合器116及び下部電極113の接続点B1(図7ではA6)に接続した点が相違している。
すなわち、この実施例は、プローブ高周波発振手段603を下部電極113のRF電源供給ラインに接続する実施例である。この場合、受信部A10、受信部A11からの信号を高周波解析装置110に接続することで厚さ方向密度を検知することができる。また、点A1の回転対称位置にプローブ高周波発振部114´を設けて点B2とB端を接続し、受信部114に接続される点A1をA端と接続することでチャンバー動径方向を横切るプラズマの平均密度や分布状態変化を検知することが可能である。
[実施例4]
下部電極113が、ウェハをダイポール方式で静電吸着させる方式の場合の実施例を下部電極113の構造を示す図12を用いて説明する。この実施例では、下部電極113内に設けた静電吸着用電極を、同心円状に中心部側静電吸着用電極701と端部側静電吸着用電極702とに二分割しており、例えば、図7に示すように、プローブ高周波をプローブ高周波発振手段603から方向性結合器605を介してアンテナ604(プラズマソース側)から発振させ、図12中に示したそれぞれの静電吸着用電極701、702と異なる電圧を印加するための2つの直流電源118、118’との間の受信点A12、受信点A12’を、高周波解析手段110のA端に、それぞれ接続する。このように、ダイポール方式の静電吸着の場合は、下部電極113内の既存の静電吸着用電極701、702を高周波受信部分とすることができ、被処理物上の面内分布をダイポール電極の分割数に応じて検知することが可能となる。
下部電極113が、ウェハをダイポール方式で静電吸着させる方式の場合の実施例を下部電極113の構造を示す図12を用いて説明する。この実施例では、下部電極113内に設けた静電吸着用電極を、同心円状に中心部側静電吸着用電極701と端部側静電吸着用電極702とに二分割しており、例えば、図7に示すように、プローブ高周波をプローブ高周波発振手段603から方向性結合器605を介してアンテナ604(プラズマソース側)から発振させ、図12中に示したそれぞれの静電吸着用電極701、702と異なる電圧を印加するための2つの直流電源118、118’との間の受信点A12、受信点A12’を、高周波解析手段110のA端に、それぞれ接続する。このように、ダイポール方式の静電吸着の場合は、下部電極113内の既存の静電吸着用電極701、702を高周波受信部分とすることができ、被処理物上の面内分布をダイポール電極の分割数に応じて検知することが可能となる。
また、図12において、プローブ高周波発振手段603を、方向性結合器605を介して点A12又は点A12’点の静電吸着用電極118、118’側に接続して、プローブ高周波をチャンバー108内に供給する場合、すなわち、静電吸着用電極701、702をプローブ高周波発振用の電極として兼用することも可能であり、マイクロ波の導波管のようにカットオフ周波数を持つ伝送経路が混在するプラズマ源の場合は、点A10、点A11を使えないので本実施例は有効である。
このように、図11又は図12のように下部電極側からプローブ高周波を発振させ、受信部A1〜A5で受信した信号を高周波解析手段110に接続することで、実施例2で示したような方法で動径方向密度分布の変化を検知することができる。さらに、動径方向のプラズマ密度分布の変化を検知するためには、図中A1とA5(B2)に相当するプラズマを横切るように設置された送受信部の対を複数備えてそれらの情報を平均化することでと誤差を低減することができる。
このように、実施例1〜4において述べた、プラズマ中にプローブ高周波を発振し(実施例1の場合は、RFバイアス電源等既設の電源がプローブ高周波を兼ねる)、プラズマ中からプローブ高周波を受信する機構(例えば、図1、図7、図11、図12中のチャンバー埋め込み型高周波受信部114、115、静電吸着用電極701、702、アンテナ604等)は、途中プラズマを介するように接続すればよく、構造も図5に示したように、受信手段及び送信手段ともに同様の構成とすることができるので、それぞれを区別する必要はない。したがって、高周波解析手段110に接続する送受信部の位置は、検査したい部品に対する反射係数の感度が最も大きい地点を適宜用いることが望ましい。例えば、プラズマ処理室壁面への付着、デポ、削れ具合等も検知したい場合は、チャンバー埋め込み型高周波受信部114に接続される点A1、チャンバー埋め込み型高周波受信部114’に接続される点B2を、B端に接続するといった具合である。
図13に示すような経路スイッチング回路を備えると、1対の高周波発振手段と高周波解析手段に対し、複数ある送受信部の任意の経路を、送受信部にかかわらず適宜選択することが可能となる。
さらに、図14に示すように、チャンバー埋め込み/搭置型高周波受信部114、115をプローブ高周波発振手段に接続し、発振周波数領域(100kHzから3GHz)で絶縁層302が形成するコンデンサ容量と共振するように、コンデンサやコイルを組み合わせて共振回路305を形成させておくことで、本来なら共振していないが、測定したい装置変化を検知することが可能となる。例えば、チャンバーのある時点を基準として、In−situクリーニング中、その作り出された反射吸収周波数のシフト量変化を検知することで、表面に付着する反応生成物量に応じた静電容量変化に対応した周波数ピークが変化するため、壁面クリーニングの終点を判定することが可能となる。同時に、本方法ではプラズマが存在しない場所でも、共振周波数を合わせることで堆積膜を検知することが可能なので、チャンバー内堆積物に起因する異物の程度を予測し、異物による歩留まり低下を抑制する予防保全が可能となる。
また、下部電極113側にプローブ高周波を導入させる方式においては、ウェハ直上の密度変化に敏感なため、エッチング処理中の反射係数の時間変化を検知することで、プラズマ密度や分布の変化とともに、エッチング終点判定にも使用することが可能である。
誘導結合型プラズマ処理装置(ICP)、容量結合型プラズマ処理装置(CCP)のような他のプラズマ源は、プラズマ励起周波数の違いに伴い、図7のアンテナ604に関する部分が異なるが、基本的には、図7と同じようにプラズマソース電源側からプローブ高周波発振手段を接続して、受信部を図7同様に複数設置することで、本発明のプラズマ密度と分布と装置状態を検知するプラズマ処理方法を実現することが可能である。これに代えて、図9のようにプローブ高周波を、被処理物を設置する下部電極側から発振するようにしてもよい。
[実施例5]
本発明にかかる上記プラズマ処理装置を用いた図15記載のプラズマ処理方法について、以下に説明する。この実施例にかかるプラズマ処理方法は、上記プラズマ処理装置の真空容器内に被処理物を搬送し前記載置手段に載置する工程と、真空容器内にガスを導入する工程と、真空容器内の圧力を調整する工程と、プラズマ生成用高周波電圧を印加して真空容器内にプラズマを生成する工程と、載置手段にバイアス電圧を印加する工程と、被処理物のプラズマ処理後に装置をプラズマクリーニングする工程とを有するプラズマ処理方法において、まず、プラズマ処理工程前に、経路診断工程とプラズマ処理前診断工程を有し、プラズマ処理工程内に密度検知工程(プラズマ密度APC制御工程)とプラズマ密度検知されたIn−situクリーニング工程を有し、プラズマ処理後に、前述の経路診断工程とプラズマ処理前診断工程からなる装置状態判定工程を有する。
本発明にかかる上記プラズマ処理装置を用いた図15記載のプラズマ処理方法について、以下に説明する。この実施例にかかるプラズマ処理方法は、上記プラズマ処理装置の真空容器内に被処理物を搬送し前記載置手段に載置する工程と、真空容器内にガスを導入する工程と、真空容器内の圧力を調整する工程と、プラズマ生成用高周波電圧を印加して真空容器内にプラズマを生成する工程と、載置手段にバイアス電圧を印加する工程と、被処理物のプラズマ処理後に装置をプラズマクリーニングする工程とを有するプラズマ処理方法において、まず、プラズマ処理工程前に、経路診断工程とプラズマ処理前診断工程を有し、プラズマ処理工程内に密度検知工程(プラズマ密度APC制御工程)とプラズマ密度検知されたIn−situクリーニング工程を有し、プラズマ処理後に、前述の経路診断工程とプラズマ処理前診断工程からなる装置状態判定工程を有する。
この経路診断工程では、装置を立ち上げたとき、又は部品洗浄等完了した際に、高周波発振手段を、高周波受信部、ソース電源系統又はRFバイアス系統に接続して、それぞれの反射特性を取得する。この工程により、プラズマ処理前の複数の受信部を校正し、ソース電源系統やRF電源系統の初期状態を把握する。図1の場合は、高周波発振部603が存在しないので、高周波発振部603と高周波解析装置110に変えて、別途ネットワークアナライザを用いて測定してもよい。
プラズマ処理前診断工程では、図1、図7又は図11のように高周波発振手段や高周波受信部を接続し、ウェハレスの不活性ガス又はクリーニングガス放電中にプラズマインピーダンスや反射波、透過波を検知し基準プラズマにおいての電気的初期状態を把握しておく。
プラズマ処理中にプラズマ密度や分布を検知し、それらを一定に制御する工程(プラズマ密度制御APC工程)の方法を図16に示す。予めプラズマ密度や分布を設定する工程と図1、図7、図11のように高周波発振手段や高周波受信部を接続した装置において、被処理物をプラズマ処理中にプローブ高周波発振手段からプローブ高周波を真空装置内に投入して反射波及び透過波を検出し高周波解析手段にて経路のインピーダンスの変化やバルクのプラズマ密度と分布を計測する工程と、設定した目標値からの差や前記装置状態と比較した結果に基づいてプラズマ処理中の装置制御パラメータにフィードバック制御する工程又は異常アラームを発し警告する工程から構成される。これにより、プラズマの密度と分布というエッチング形状に直接寄与する物理量を一定にすることができ、加工性能安定化を実現できる。
プラズマ処理中にプラズマ密度や分布を検知し、それらを一定に制御する工程(プラズマ密度制御APC工程)の方法を図16に示す。予めプラズマ密度や分布を設定する工程と図1、図7、図11のように高周波発振手段や高周波受信部を接続した装置において、被処理物をプラズマ処理中にプローブ高周波発振手段からプローブ高周波を真空装置内に投入して反射波及び透過波を検出し高周波解析手段にて経路のインピーダンスの変化やバルクのプラズマ密度と分布を計測する工程と、設定した目標値からの差や前記装置状態と比較した結果に基づいてプラズマ処理中の装置制御パラメータにフィードバック制御する工程又は異常アラームを発し警告する工程から構成される。これにより、プラズマの密度と分布というエッチング形状に直接寄与する物理量を一定にすることができ、加工性能安定化を実現できる。
In−situクリーニング処理&検知工程では、毎後に実施するIn−situクリーニング時に、図7、図11のように高周波発振手段や高周波受信部の信号をもとに、インピーダンスの変化や反射波及び透過波を検出する工程により、プラズマ発光で検知できない受信部近傍の付着量除去の終点判定を受信部位置に対応して検知できる。その際、装置状態の変化が許容値の場合は、連続処理を継続図16中(1)、許容値超えている場合は、前述のプラズマ処理前診断工程、経路診断工程を再度挿入することにより、受信部の感度補正と装置部品の消耗度の判定を行うことができ、その程度に応じて次のプラズマ工程を実施したり、部品交換や洗浄を実施することができる。
以上の方法により、受信部の状態変化、プラズマ密度や分布の変化、部品の消耗度、クリーニング程度を判定することが可能となり、装置状態診断、プラズマ密度によるAPC制御による加工形状安定化を実現することができる。
101:ソース用電源 102:ソース電磁波用整合器
103:プラズマ分布制御機構 104:空洞共振部
105:石英板 106:シャワープレート
107:電磁石 108:エッチングチャンバー
109:ヒータ 110:高周波解析手段
111:ガス導入手段 112:Siウェハ
113:下部電極 114:チャンバー埋め込み型高周波受信部
114’:チャンバー埋め込み型高周波発振部
115:チャンバー設置型高周波受信部 116:RFバイアス整合器
117:RFバイアス電源機構 118:直流電源
119:サセプタ搭置型高周波受信部 120:サセプタ
121:アース部品 122:ベースフレーム
123:プラズマ発光受光部
201:絶縁体 202:同軸ケーブル
301:壁面素材 302:絶縁層
303:受信金属 304:絶縁体
305:共振回路
401:絶縁被膜とチャンバー間の共振ピーク
402:ESCの溶射膜と下部電極の寄生インダクタからの共振ピーク
601:ソース用電源(UHF電源)
602:ソース電磁波用整合器(UHF整合器) 603:高周波発振手段
604:アンテナ 605:方向性結合器
701:静電吸着用電極中心部 702:静電吸着用電極端部
703:中心部用直流電源 704:端部用直流電源
801:経路スイッチング回路
103:プラズマ分布制御機構 104:空洞共振部
105:石英板 106:シャワープレート
107:電磁石 108:エッチングチャンバー
109:ヒータ 110:高周波解析手段
111:ガス導入手段 112:Siウェハ
113:下部電極 114:チャンバー埋め込み型高周波受信部
114’:チャンバー埋め込み型高周波発振部
115:チャンバー設置型高周波受信部 116:RFバイアス整合器
117:RFバイアス電源機構 118:直流電源
119:サセプタ搭置型高周波受信部 120:サセプタ
121:アース部品 122:ベースフレーム
123:プラズマ発光受光部
201:絶縁体 202:同軸ケーブル
301:壁面素材 302:絶縁層
303:受信金属 304:絶縁体
305:共振回路
401:絶縁被膜とチャンバー間の共振ピーク
402:ESCの溶射膜と下部電極の寄生インダクタからの共振ピーク
601:ソース用電源(UHF電源)
602:ソース電磁波用整合器(UHF整合器) 603:高周波発振手段
604:アンテナ 605:方向性結合器
701:静電吸着用電極中心部 702:静電吸着用電極端部
703:中心部用直流電源 704:端部用直流電源
801:経路スイッチング回路
Claims (12)
- 真空容器と、前記真空容器内にプラズマ用のガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に導入された前記ガスの圧力を制御する圧力制御手段と、前記真空容器内に導入された前記ガスにプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、プラズマ処理される被処理物を前記真空容器内に載置する載置手段と、前記載置手段に高周波バイアスを印加する高周波バイアス印加手段とを具備するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生手段のプラズマソース電源と前記高周波バイアス印加手段の高周波バイアス電源とは異なる、微小出力発振周波数を前記真空容器内に発振するプローブ高周波発振手段と、
前記プローブ高周波発振手段から発振される高周波をプラズマとは絶縁層を介して接する面で受信し、前記被処理体の表面に対して平行方向及び垂直方向に配置された複数の高周波受信手段と、
前記プローブ高周波発振手段と前記高周波受信手段から形成せられる電気回路内の発振周波数毎のインピーダンス、又は発振周波数毎の反射率及び透過率を測定し、測定した前記インピーダンス、又は前記反射率及び前記透過率を用いて、プラズマ密度や分布の変化量を演算する高周波解析手段とを有する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1記載のプラズマ処理装置において、
前記プローブ高周波発振手段は、異なる複数の周波数を持つ前記高周波バイアス電源又は前記プラズマソース電源である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1記載のプラズマ処理装置において、
前記プローブ高周波発振手段が周波数掃引手段を具備し、前記周波数掃引手段が発振する掃引発振周波数がプラズマの密度に対応するプラズマ振動数を含み、かつ、前記高周波受信手段が前記掃引発振周波数と同期する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項3記載のプラズマ処理装置において、
前記プローブ高周波発振手段が発振する前記掃引発振周波数の範囲が、100kHz以上3GHz以下である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項記載のプラズマ処理装置において、
前記被処理体の表面に対して水平方向に配置される前記高周波送受信手段は、前記載置手段に設けられている静電吸着用電極である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項5記載のプラズマ処理装置において、
前記静電吸着用電極は、同心円状に二つに分割されたダイポール型の静電吸着電極である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項5項記載のプラズマ処理装置において、
前記プローブ高周波発振手段からの高周波は、前記真空容器内に配置されたアンテナから供給される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1記載のプラズマ処理装置において、
前記プローブ高周波発振手段からの高周波は、前記真空容器内に配置された前記載置手段から供給される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 被処理物を搬送し真空容器内の載置手段上に載置する工程と、前記真空容器内にプラズマ用のガスを導入する工程と、前記真空容器内の前記ガスの圧力を調整する工程と、プラズマを生成する工程と、前記載置手段にバイアスを印加して前記被処理物にプラズマ処理をするプラズマ処理工程と、前記被処理物のプラズマ処理後に装置をプラズマクリーニングする工程を有するプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理工程の前後に、高周波受信部、ソース電源系統又はRFバイアス系統から高周波を発振して、それぞれの反射特性を取得する経路診断工程、若しくは、プラズマインピーダンスや反射波、透過波を検知するプラズマ処理前診断工程
の少なくともひとつを有し、
前記プラズマ処理工程前後の反射係数、透過係数の共振周波数特性からの変化量に応じて高周波解析により装置状態を判定する装置状態判定工程を備える
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項9記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理工程において、プラズマ密度や分布を検知し、それらを一定に制御する工程を備えることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項9記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理工程において検知したプラズマ密度や分布の変化量に応じて、前記クリーニング工程の条件を変化させる工程を備えることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項11記載のプラズマ処理方法において、
前記クリーニング工程において、受信部分のインピーダンス、反射率の変化に基づいてクリーニングの終点を検知する工程を備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101387067B1 (ko) | 2012-03-01 | 2014-04-18 | 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 | 드라이 에칭 장치 및 드라이 에칭 방법 |
KR20150076121A (ko) | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 열 유속 측정 방법, 기판 처리 시스템 및 열 유속 측정용 부재 |
JP2017528783A (ja) * | 2014-06-06 | 2017-09-28 | シーティーエス・コーポレーションCts Corporation | 高周波プロセス感知、制御、及び診断ネットワーク |
KR20170139754A (ko) * | 2016-06-10 | 2017-12-20 | (주) 엔피홀딩스 | 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 플라즈마 챔버 |
CN109075056A (zh) * | 2016-04-05 | 2018-12-21 | 硅电子股份公司 | 用于痕量金属分析的半导体晶片的气相腐蚀方法 |
US10799826B2 (en) | 2015-06-08 | 2020-10-13 | Cts Corporation | Radio frequency process sensing, control, and diagnostics network and system |
CN112345814A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-09 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 直流偏压检测方法、装置、治具以及下电极系统 |
US11215102B2 (en) | 2018-01-16 | 2022-01-04 | Cts Corporation | Radio frequency sensor system incorporating machine learning system and method |
JP2022007460A (ja) * | 2020-06-26 | 2022-01-13 | 株式会社日立ハイテク | プラズマ処理装置 |
US11255799B2 (en) | 2014-06-06 | 2022-02-22 | Cts Corporation | Radio frequency state variable measurement system and method |
-
2009
- 2009-06-30 JP JP2009154798A patent/JP2011014579A/ja active Pending
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101387067B1 (ko) | 2012-03-01 | 2014-04-18 | 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 | 드라이 에칭 장치 및 드라이 에칭 방법 |
KR20150076121A (ko) | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 열 유속 측정 방법, 기판 처리 시스템 및 열 유속 측정용 부재 |
US9459159B2 (en) | 2013-12-26 | 2016-10-04 | Tokyo Electron Limited | Heat-flux measuring method, substrate processing system, and heat-flux measuring member |
JP2017528783A (ja) * | 2014-06-06 | 2017-09-28 | シーティーエス・コーポレーションCts Corporation | 高周波プロセス感知、制御、及び診断ネットワーク |
US11543365B2 (en) | 2014-06-06 | 2023-01-03 | Cts Corporation | Radio frequency state variable measurement system and method |
US11255799B2 (en) | 2014-06-06 | 2022-02-22 | Cts Corporation | Radio frequency state variable measurement system and method |
US10799826B2 (en) | 2015-06-08 | 2020-10-13 | Cts Corporation | Radio frequency process sensing, control, and diagnostics network and system |
CN109075056A (zh) * | 2016-04-05 | 2018-12-21 | 硅电子股份公司 | 用于痕量金属分析的半导体晶片的气相腐蚀方法 |
CN109075056B (zh) * | 2016-04-05 | 2023-07-18 | 硅电子股份公司 | 用于痕量金属分析的半导体晶片的气相腐蚀方法 |
KR20170139754A (ko) * | 2016-06-10 | 2017-12-20 | (주) 엔피홀딩스 | 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 플라즈마 챔버 |
KR102616741B1 (ko) * | 2016-06-10 | 2023-12-26 | (주) 엔피홀딩스 | 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 플라즈마 챔버 |
US11215102B2 (en) | 2018-01-16 | 2022-01-04 | Cts Corporation | Radio frequency sensor system incorporating machine learning system and method |
JP2022007460A (ja) * | 2020-06-26 | 2022-01-13 | 株式会社日立ハイテク | プラズマ処理装置 |
JP7249315B2 (ja) | 2020-06-26 | 2023-03-30 | 株式会社日立ハイテク | プラズマ処理装置 |
CN112345814A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-09 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 直流偏压检测方法、装置、治具以及下电极系统 |
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