JP2017174538A5

JP2017174538A5 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

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Publication number: JP2017174538A5
Application number: JP2016056943A
Authority: JP
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-03-22

Description

ガスは質量を有しているので、ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた時点から、処理容器内の処理ガスが切り替わる時点までの間には、時間を要する。一方、第２の高周波は、略遅延なく第２電極に供給される。よって、処理容器内の処理ガスが切り替わる前に、第２の高周波が第２の電極に供給される事態が生じる。そこで、特許文献１に記載されているプラズマ処理では、処理容器内における発光スペクトルの検出結果から、後続の段階用の処理ガスが処理容器内に到達していることが確認された後に、第２の高周波の供給を開始している。

一実施形態では、プラズマ処理装置は、第１電極に接続されており、負極性の直流電圧を発生する直流電源を更に備え得る。この実施形態において、プラズマ処理方法は、第１の時点及び／又は第２の時点で、直流電圧のレベルを変更する工程を更に含んでいてもよい。直流電圧のレベルを変更することは、第１電極に直流電圧を印加しない状態から第１電極に直流電圧を印加する状態に変更すること、或いは、第１電極に直流電圧を印加する状態から第１電極に直流電圧を印加しない状態に変更することであってもよい。

方法ＭＴでは、ガス供給系５５が出力するガスが切り替えられた後に高周波の設定を変更する時点を決定するために参照するパラメータが、先行する段階において高周波ＲＦ１がサセプタ１６に供給されており、高周波ＲＦ２のパワーが低いパワーに設定されている（例えば、高周波ＲＦ２のパワーがゼロに設定されている）場合と、先行する段階において高周波ＲＦ２がサセプタ１６に供給されており、高周波ＲＦ１のパワーが低いパワーに設定されている（例えば、例えば、高周波ＲＦ１のパワーがゼロに設定されている）場合とで、異なる。

負荷インピーダンスＺＬ１は、Ｖ１／Ｉ１により求められ、負荷抵抗Ｚｒ１は、負荷インピーダンスＺＬ１の実部を求めることにより得られ、負荷リアクタンスＺｉ１は、負荷インピーダンスＺＬ１の虚部を求めることにより得られる。また、反射波係数Γ１は、以下に示す式（１）により、求められる。

なお、反射波係数Γ１は、パワーセンサ３６ｃによって求められる進行波パワー測定値ＰＦ１及び反射波パワー測定値ＰＲ１１から、ＰＲ１１／ＰＦ１により、求められてもよい。

負荷インピーダンスＺＬ２は、Ｖ２／Ｉ２により求められ、負荷抵抗Ｚｒ２は、負荷インピーダンスＺＬ２の実部を求めることにより得られ、負荷リアクタンスＺｉ２は、負荷インピーダンスＺＬ２の虚部を求めることにより得られる。また、反射波係数Γ２は、以下に示す式（２）により、求められる。

なお、反射波係数Γ２は、パワーセンサ３８ｃによって求められる進行波パワー測定値ＰＦ２及び反射波パワー測定値ＰＲ２１から、ＰＲ２１／ＰＦ２により、求められてもよい。

高周波電源３６Ａの電源制御部３６ｅは、図２に示す段階Ｓ（ｉ，３）のような、高周波ＲＦ１がサセプタ１６に供給される段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）それぞれにおける高周波ＲＦ１の周波数を設定する周波数制御信号を発振器３６ａに与えるようになっている。具体的に、電源制御部３６ｅは、インピーダンスセンサ３６ｄから、段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される過去の段階Ｓ（ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１１、及び、当該過去の段階Ｓ（ｊ）の実行期間内の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１２を受ける。

高周波ＲＦ１がサセプタ１６に供給される段階Ｓ（ｉ，ｊ）における第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の時間長及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の時間長は、電源制御部３６ｅによって指定される。例えば、第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の時間長は電源制御部３６ｅが記憶している所定の時間長であってもよく、第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の時間長は電源制御部３６ｅが記憶している別の所定の時間長であってもよい。或いは、電源制御部３６ｅは、上述の反射波パワー測定値ＰＲ１１の時系列から、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内において反射波パワー測定値ＰＲ１１が所定値以下に安定する期間を第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）に設定し、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内において当該第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）よりも前の期間を第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）に設定してもよい。

高周波電源３８Ａの電源制御部３８ｅは、図２に示す段階Ｓ（ｉ，２）のような、高周波ＲＦ２がサセプタ１６に供給される段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）それぞれにおける高周波ＲＦ２の周波数を設定する周波数制御信号を発振器３８ａに与えるようになっている。具体的に、電源制御部３８ｅは、インピーダンスセンサ３８ｄから、段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される過去の段階Ｓ（ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ２１、及び、当該過去の段階Ｓ（ｊ）の実行期間内の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ２２を受ける。

Claims

プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
第１の高周波の周波数よりも低い周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第１電極及び前記第２電極のうち一方の電極に前記第１の高周波電源を接続する第１の給電ラインと、
前記第２電極に前記第２の高周波電源を接続する第２の給電ラインと、
前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための第１の整合器と、
前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための第２の整合器と、
前記第１の高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記第１の高周波の反射波係数のうち何れかを含む第１のパラメータを求める第１の演算部と、
前記第２の高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記第２の高周波の反射波係数のうち何れかを含む第２のパラメータを求める第２の演算部と、
を備え、
該プラズマ処理方法において、前記処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階であり順に実行される該複数の段階を各々が含む複数のサイクルが順に実行され、
該プラズマ処理方法は、
前記複数の段階中の第１の先行する段階から第１の後続の段階に遷移するときに、前記ガス供給系が出力する処理ガスを切り替える工程であり、該第１の先行する段階では、前記第１の高周波が前記一方の電極に供給される、該工程と、
前記第１の先行する段階から前記第１の後続の段階に遷移するときに前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に、前記第１のパラメータが第１の閾値を超えた第１の時点で、第２の高周波のパワーを増加させる工程であり、前記第１の高周波は、前記第１の先行する段階から少なくとも前記第１の時点まで継続して前記一方の電極に供給される、該工程と、
前記複数の段階中の第２の先行する段階から第２の後続の段階に遷移するときに、前記ガス供給系が出力する処理ガスを切り替える工程であり、該第２の先行する段階では、前記第２の高周波が前記第２電極に供給される、該工程と、
前記第２の先行する段階から前記第２の後続の段階に遷移するときに前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に、前記第２のパラメータが第２の閾値を超えた第２の時点で、第１の高周波のパワーを増加させる工程であり、前記第２の高周波は、前記第２の先行する段階から少なくとも前記第２の時点まで継続して前記第２電極に供給される、該工程と、
を含む、プラズマ処理方法。
前記プラズマ処理装置の時間調整部において、前記第１の後続の段階に遷移したときから前記第１の時点までの第１の時間差を求める工程と、
前記複数のサイクルのうち先行するサイクルにおいて求められた前記第１の時間差の分だけ増加するよう、前記複数のサイクルのうち前記先行するサイクルの後に実行されるサイクルにおける前記第１の後続の段階と同じ段階の所定の実行時間長を調整する工程と、
前記時間調整部において、前記第２の後続の段階に遷移したときから前記第２の時点までの第２の時間差を求める工程と、
前記複数のサイクルのうち先行するサイクルにおいて求められた前記第２の時間差の分だけ増加するよう、前記複数のサイクルのうち前記先行するサイクルの後に実行されるサイクルにおける前記第２の後続の段階と同じ段階の所定の実行時間長を調整する工程と、
を更に含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
前記第１の先行する段階は、前記第１の高周波が前記一方の電極に供給されている状態で第１の処理ガスのプラズマを生成する第１段階であり、
前記第１の後続の段階及び前記第２の先行する段階は、前記第１段階に続く第２段階であり、該第２段階では、前記第２の高周波が前記第２電極に供給されている状態で第２の処理ガスのプラズマが生成され、
前記第２の後続の段階は、前記第２段階に続く第３段階であり、該第３段階では、前記第１の高周波が前記一方の電極に供給されている状態で第３の処理ガスのプラズマが生成される、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
前記第１の処理ガスは希ガス及びフルオロカーボンガスを含み、
前記第２の処理ガスは希ガスを含み、
前記第３の処理ガスは希ガス及び酸素ガスを含む、
請求項３に記載のプラズマ処理方法。
前記第１段階では、前記第２の高周波が前記第２電極に供給されていない状態で前記第１の処理ガスのプラズマが生成され、
前記第２段階では、前記第１の高周波が前記一方の電極に供給されない状態で前記第２の処理ガスのプラズマが生成され、
前記第３段階では、前記第２の高周波が前記第２電極に供給されない状態で前記第３の処理ガスのプラズマが生成される、
請求項３又は４に記載のプラズマ処理方法。
前記プラズマ処理装置は、前記第１電極に接続されており、負極性の直流電圧を発生する直流電源を更に備え、
前記第１の時点及び／又は前記第２の時点で、前記直流電圧のレベルを変更する工程を更に含む、
請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
第１の高周波の周波数よりも低い周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第１電極及び前記第２電極のうち一方の電極に前記第１の高周波電源を接続する第１の給電ラインと、
前記第２電極に前記第２の高周波電源を接続する第２の給電ラインと、
前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための第１の整合器と、
前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための第２の整合器と、
前記第１の高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記第１の高周波の反射波係数のうち何れかを含む第１のパラメータを求める第１の演算部と、
前記第２の高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記第２の高周波の反射波係数のうち何れかを含む第２のパラメータを求める第２の演算部と、
前記ガス供給系、前記第１の高周波電源、前記第２の高周波電源、前記第１の整合器、及び、前記第２の整合器を制御する主制御部と、
を備え、
前記主制御部は、複数のサイクルを順に実行し、該複数のサイクルの各々において、前記処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階を順に実行し、
前記主制御部は、前記複数の段階中の第１の先行する段階から第１の後続の段階に遷移するときに、出力する処理ガスを切り替えるように前記ガス供給系を制御し、前記第１の高周波電源は、該第１の先行する段階において、前記第１の高周波を前記一方の電極に供給し、
前記第２の高周波電源は、前記第１の先行する段階から前記第１の後続の段階に遷移するときに前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に、前記第１のパラメータが第１の閾値を超えた第１の時点で、第２の高周波のパワーを増加し、前記第１の高周波電源は、前記第１の高周波を、前記第１の先行する段階から少なくとも前記第１の時点まで継続して前記一方の電極に供給し、
前記主制御部は、前記複数の段階中の第２の先行する段階から第２の後続の段階に遷移するときに、出力する処理ガスを切り替えるよう前記ガス供給系を制御し、前記第２の高周波電源は、該第２の先行する段階において、前記第２の高周波を前記第２電極に供給し、
前記第１の高周波電源は、前記第２の先行する段階から前記第２の後続の段階に遷移するときに前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に、前記第２のパラメータが第２の閾値を超えた第２の時点で、第１の高周波のパワーを増加し、前記第２の高周波電源は、前記第２の高周波を、前記第２の先行する段階から少なくとも前記第２の時点まで継続して前記第２電極に供給する、
プラズマ処理装置。
前記プラズマ処理装置は、前記第１の後続の段階に遷移したときから前記第１の時点までの第１の時間差を求め、前記第２の後続の段階に遷移したときから前記第２の時点までの第２の時間差を求める時間調整部を更に備え、
前記主制御部は、前記複数のサイクルのうち先行するサイクルにおいて求められた前記第１の時間差の分だけ増加するよう、前記複数のサイクルのうち前記先行するサイクルの後に実行されるサイクルにおける前記第１の後続の段階と同じ段階の所定の実行時間長を調整し、
前記主制御部は、前記複数のサイクルのうち先行するサイクルにおいて求められた前記第２の時間差の分だけ増加するよう、前記複数のサイクルのうち前記先行するサイクルの後に実行されるサイクルにおける前記第２の後続の段階と同じ段階の所定の実行時間長を調整する、
請求項７に記載のプラズマ処理装置。
前記第１の先行する段階は、前記第１の高周波が前記一方の電極に供給されている状態で第１の処理ガスのプラズマを生成する第１段階であり、
前記第１の後続の段階及び前記第２の先行する段階は、前記第１段階に続き、前記第２の高周波が前記第２電極に供給されている状態で第２の処理ガスのプラズマを生成する第２段階であり、
前記第２の後続の段階は、前記第２段階に続き、前記第１の高周波が前記一方の電極に供給されている状態で第３の処理ガスのプラズマを生成する第３段階である、
請求項７又は８に記載のプラズマ処理装置。
前記第１の処理ガスは希ガス及びフルオロカーボンガスを含み、
前記第２の処理ガスは希ガスを含み、
前記第３の処理ガスは希ガス及び酸素ガスを含む、
請求項９に記載のプラズマ処理装置。
前記第１段階では、前記第２の高周波電源は前記第２の高周波を前記第２電極に供給せず、
前記第２段階では、前記第１の高周波電源は前記第１の高周波を前記一方の電極に供給せず、
前記第３段階では、前記第２の高周波電源は前記第２の高周波を前記第２電極に供給しない、
請求項９又は１０に記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマ処理装置は、前記第１電極に接続されており、負極性の直流電圧を発生する直流電源を更に備え、
前記直流電源は、前記第１の時点及び／又は前記第２の時点で、前記直流電圧のレベルを変更する、
請求項７〜１１の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。