JP2014186994A - 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
【解決手段】このプラズマ処理装置では、半導体ウエハWが静電チャック38上に載置された後の第1の時点で、サセプタ12を電気的に接地状態からフローティング状態に切り換える。そして、直後の第2の時点から、プラズマ生成用の第2高周波HFをサセプタ12に印加し、チャンバ10で処理ガスを励起してプラズマを生成する。そして、直後の第3の時点から、イオン引き込み用の第1高周波LFをサセプタ12に印加して、自己バイアス−Vdcを発生させる。そして、上記第3の時点と近接する第4の時点から、サセプタ12に自己バイアス−Vdcに応じた負極性の第2直流電圧−BDCを印加する。そして、上記第4の時点より後の第5の時点から、静電チャック38の内部電極42に正極性の第1直流電圧ADCを印加する。
【選択図】 図1
Description
[プラズマ処理装置全体の構成]
[マッチングユニット内の構成]
[実施形態におけるシーケンス]
[整合回路に関する変形例]
[サセプタに対する直流電圧印加に関する第2の実施例]
[サセプタに対する直流電圧印加に関する第3の実施例]
−VNB=−Vdc*C180/(C180+C176) ・・・(1)
[サセプタに対する直流電圧印加に関する第4の実施例]
[サセプタに対する直流電圧印加に関する第5の実施例]
VPP={8P(R+X2/R)}1/2 ・・・・(1)
P=IVcosθ=I2Zcosθ=I2R ・・・・(2)
ここで、cosθ=R/(R2+X2)1/2 ・・・・(3)
V=I*R/cosθ=(P/R)1/2・R/cosθ ・・・・(4)
V={P(R2+X2)/R}1/2=P(R+X2/R)}1/2 ・・・・(5)
VPP=2・21/2V={8P(R+X2/R)}1/2 ・・・・(1)
[サセプタに対する直流電圧印加に関する第6の実施例]
ZL=ZP+Z100
∴ ZP=ZL−Z100 ・・・・(6)
[サセプタに対する直流電圧印加に関する第7の実施例]
[他の実施形態又は変形例]
12 サセプタ
28 第1の高周波電源
30 第2の高周波電源
32 マッチングユニット
36 フォーカスリング
38 静電チャック
42 (静電チャックの)内部電極
44 第1の直流電源
46 スイッチ
80 処理ガス供給部
84 主制御部
100 第1の整合器
102 第2の整合器
104 第2の直流電源
106 スイッチ
108 第1の高周波給電部
110 第2の高周波給電部
132 リレースイッチ
140 高周波遮断フィルタ
144 直流電圧制御部
146,202 Vpp測定部
148 RFパワーモニタ
164 電圧計
168 電流計
170 電極板
176,180 コンデンサ
182 自己バイアス測定回路
Claims (17)
- プラズマ処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、
前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、
前記基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、
前記サセプタにプラズマと前記基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部と
を有するプラズマ処理装置。 - 前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記第1高周波の電圧振幅を測定するRF電圧振幅測定部と、
前記RF電圧振幅測定部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の測定値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記第1高周波の電圧振幅を測定するRF電圧振幅測定部と、
前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記第1高周波の進行波および反射波のパワーを測定するRFパワー測定部と、
前記RF電圧振幅測定部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の測定値と前記RFパワー測定部より得られる前記第1高周波の進行波パワーの測定値および反射波パワーの測定値とに応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記サセプタの主面上で前記基板を載置する領域の周囲に設けられるフォーカスリングを介して前記自己バイアスを測定する自己バイアス測定部と、
前記自己バイアス測定部より得られる自己バイアス測定値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記自己バイアス測定部が、
前記サセプタから電気的に絶縁され、前記フォーカスリングと誘電体層を介して第1のコンデンサを形成する電極板と、
前記サセプタから電気的に絶縁され、前記電極板と接地電位部材との間に接続される分圧用の第2のコンデンサと
を有し、前記第2のコンデンサより得られる分圧された直流電圧から自己バイアス電圧の測定値を求める、請求項4に記載のプラズマ処理装置。 - 前記第1高周波給電部が、
前記第1高周波を所望のパワーで出力する第1高周波電源と、
前記第1高周波電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第1整合部と
を有し、
前記第1整合部が、
前記第1高周波給電部の高周波伝送路上に設けられる可変リアクタンス素子を含む整合回路と、
前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記負荷インピーダンスを測定する負荷インピーダンス測定部と、
前記負荷インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値が前記第1高周波電源の出力インピーダンスに対応する所定の整合ポイントに一致または近似するように、前記可変リアクタンス素子のポジションを可変に制御するオートマッチング機構と、
前記可変リアクタンス素子の選択可能なポジションの値とプラズマインピーダンスの値とをデータベース上で対応づけて管理するマッピングテーブルと
を有し、
前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記可変リアクタンス素子の現時の整合ポジションの値に対して前記マッピングテーブルより得られるプラズマインピーダンスの値と、前記第1高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第1高周波のパワーの値とから、前記第1高周波の電圧振幅を計算によって求めるRF電圧振幅演算部と、
前記RF電圧振幅演算部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記第1高周波給電部が、
前記第1高周波を所望のパワーで出力する第1高周波電源と、
前記第1高周波電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第1整合部と
を有し、
前記第1整合部が、
前記第1高周波給電部の高周波伝送路上に設けられるインピーダンス可変の整合回路と、
前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記負荷インピーダンスを測定する負荷インピーダンス測定部と、
前記インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値が前記第1高周波電源の出力インピーダンスに対応する所定の整合ポイントに一致または近似するように、前記整合回路のインピーダンスを可変に制御するオートマッチング機構と
を有し、
前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記負荷インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値と前記オートマッチング機構より得られる前記整合回路のインピーダンスの値とから、プラズマインピーダンスの値を計算によって求めるインピーダンス演算部と、
前記インピーダンス演算部より得られるプラズマインピーダンスの計算値と、前記第1高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第1高周波のパワーの値とから、前記第1高周波の電圧振幅を計算によって求めるRF電圧振幅演算部と、
前記RF電圧振幅演算部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記第1高周波給電部の高周波伝送路上でプラズマインピーダンスを測定するプラズマインピーダンス測定部と、
前記プラズマインピーダンス測定部より得られるプラズマインピーダンスの測定値と、前記第1高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第1高周波のパワーの値とから、前記第1高周波の電圧振幅を計算によって求めるRF電圧振幅演算部と、
前記RF電圧振幅演算部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記RF電圧振幅演算部は、次の式(1)を演算する、請求項6〜8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
VPP={8P(R+X2/R)}1/2 ・・・・(1)
但し、VPPは第1高周波の電圧振幅(ピーク対ピーク値)、Pは第1高周波のパワー、RおよびXはプラズマインピーダンスの実数部および虚数部である。 - 前記第1高周波給電部が、前記第1高周波を所望のパワーで出力する第1高周波電源と、前記第1高周波電源側のインピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第1整合部とを有し、
前記直流電圧印加部の出力端子が、前記第1整合部の整合回路の少なくとも一部を介して前記サセプタに接続される、
請求項1〜9のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記直流電圧印加部の出力端子が、直流を通して高周波を遮断する第1フィルタ回路と前記第1高周波給電部の一部の区間とを介して前記サセプタに接続される、請求項1〜10のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記サセプタを電気的に接地状態またはフローティング状態のいずれかに切り換えるために、一端が接地電位部材に接続され、他端が前記第1フィルタ回路および前記第1高周波給電部の一部の区間を介して前記サセプタに接続されるスイッチを有する、請求項11に記載のプラズマ処理装置。
- 前記スイッチは、前記第1の電極に対して前記第1高周波給電部による前記第1高周波の印加と前記直流電圧印加部による前記直流電圧の印加とが開始される前に、前記サセプタをそれまでの接地状態からフローティング状態に切り換えるように動作する、請求項12に記載のプラズマ処理装置。
- 処理容器内で導体のサセプタの主面に設けられている静電チャックの上に被処理基板を載置する工程と、
前記基板が前記静電チャック上に載置された後の第1の時点で、前記サセプタを電気的に接地状態からフローティング状態に切り換える工程と、
前記第1の時点より後の第2の時点から、前記処理容器内で処理ガスを励起してプラズマを生成する工程と、
前記第2の時点より後の第3の時点から、前記プラズマのイオンを前記基板に引き込むのに適した周波数を有する第1の高周波を前記サセプタに印加する工程と、
前記第2の時点より後で前記第3の時点と近接する第4の時点から、前記サセプタにプラズマと前記基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する工程と、
前記サセプタ上で前記基板を保持するために、前記第4の時点より後の第5の時点から、前記静電チャックの内部電極に正極性の直流電圧を印加する工程と
を有するプラズマ処理方法。 - 前記第5の時点より後の第6の時点から、前記サセプタおよび前記静電チャックに形成されているガス通路を介して前記基板の裏面に伝熱用のガスを供給する工程を有する、請求項14に記載のプラズマ処理方法。
- 前記プラズマ生成工程は、前記処理ガスの放電に適した周波数を有する第2の高周波を前記サセプタに印加する工程を含む、請求項14または請求項15に記載のプラズマ処理方法。
- 前記第3の時点と前記第4の時点の時間差は1秒以内である、請求項14〜16のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
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