JP2021158264A - 基板処理装置、基板処理システム、基板処理装置の制御方法および基板処理システムの制御方法 - Google Patents

基板処理装置、基板処理システム、基板処理装置の制御方法および基板処理システムの制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】プラズマエッチング装置において、処理内容に応じて所望の処理特性で処理を行う技術を提供する。【解決手段】基板を載置する基板載置台と、第１周波数の第１高周波電力を前記基板載置台に出力する第１高周波電源と、前記第１周波数より低い第２周波数の第２高周波電力を前記基板載置台に出力する第２高周波電源と、前記第１高周波電源を制御する制御部と、を備え、前記第１高周波電源は、前記基板載置台から入力される反射波を検出する反射波検出器を備え、前記制御部は、処理内容に応じて設定値を定め、前記第１高周波電源の出力パワーから、前記反射波検出器が検出した前記反射波のパワーを引いた差である実効パワーが、前記設定値になるように前記第１高周波電源を制御する基板処理装置。【選択図】図１

Description

本開示は、基板処理装置、基板処理システム、基板処理装置の制御方法および基板処理システムの制御方法に関する。
例えば、特許文献１には、高周波電源においてロードパワーを安定して制御できるプラズマエッチング装置が開示されている。
特開２０１５−０９０７７０号公報
プラズマエッチング装置において、処理内容に応じて所望の処理特性で処理を行う技術が求められている。
本開示の一の態様によれば、基板を載置する基板載置台と、第１周波数の第１高周波電力を前記基板載置台に出力する第１高周波電源と、前記第１周波数より低い第２周波数の第２高周波電力を前記基板載置台に出力する第２高周波電源と、前記第１高周波電源を制御する制御部と、を備え、前記第１高周波電源は、前記基板載置台から入力される反射波を検出する反射波検出器を備え、前記制御部は、処理内容に応じて設定値を定め、前記第１高周波電源の出力パワーから、前記反射波検出器が検出した前記反射波のパワーを引いた差である実効パワーが、前記設定値になるように前記第１高周波電源を制御する基板処理装置が提供される。
本開示は、プラズマエッチング装置において、処理内容に応じて所望の処理特性で処理を行う技術を提供する。
本実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図。 本実施形態に係る基板処理装置のプラズマ発生用の高周波電源および整合器の構成を示すブロック図。 本実施形態に係る基板処理装置のイオン引き込み用の高周波電源および整合器の構成を示すブロック図。 本実施形態に係る基板処理装置の制御部の処理を説明するフローチャート。 本実施形態に係る基板処理装置において高周波電力を供給した時のプラズマ電子密度を説明する図。 本実施形態に係る基板処理装置において反射波を周波数解析した結果を説明する図。 本実施形態に係る基板処理装置において高周波電力を供給した時のプラズマ電子密度を説明する図。 本実施形態に係る基板処理装置において装置間のプラズマ電子密度の調整を説明する図。
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
＜基板処理装置１の全体構成＞
まず、図１を参照しながら基板処理装置１の全体構成の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置１の概略構成を示す断面図である。なお、本実施形態では、基板処理装置１がＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）型の基板処理装置である例について説明する。ただし、基板処理装置１は、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等であってもよい。
図１において、基板処理装置１は、金属製、例えば、アルミニウム製またはステンレス鋼製の接地された円筒型の処理容器２を有し、該処理容器２内に、基板Ｗを載置する円板状の載置台１０が配設されている。載置台１０は、基台１１と、静電チャック２５と、を備える。基台１１（載置台１０）は、下部電極として機能する。基台１１は、例えばアルミニウムからなる。基台１１は、絶縁性の筒状保持部材１２を介して処理容器２の底から垂直上方に延びる筒状支持部１３に支持されている。なお、載置台１０は、基板載置台の一例である。
処理容器２の側壁と筒状支持部１３の間には排気路１４が形成され、排気路１４の入口または途中に環状のバッフル板１５が配設されると共に、底部に排気口１６が設けられ、該排気口１６に排気管１７を介して排気装置１８が接続されている。ここで、排気装置１８は、ドライポンプおよび真空ポンプを有し、処理容器２内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。また、排気管１７は可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ）（以下、「ＡＰＣ」という。）を有し、該ＡＰＣは自動的に処理容器２内の圧力制御を行う。さらに、処理容器２の側壁には、基板Ｗの搬入出口１９を開閉するゲートバルブ２０が取り付けられている。
基台１１には、第１整合器２２ａを介して第１高周波電源２１ａが接続されている。また、基台１１には、第２整合器２２ｂを介して第２高周波電源２１ｂが接続されている。第１高周波電源２１ａは、所定周波数（例えば４０ＭＨｚ）のプラズマ発生用の高周波電力を基台１１（載置台１０）に供給する。第２高周波電源２１ｂは、第１高周波電源２１ａよりも低い所定周波数（例えば、４００ｋＨｚ）のイオン引き込み用の高周波電力を基台１１（載置台１０）に供給する。
処理容器２の天井部には、上部電極としても機能するシャワーヘッド２４が配設されている。これにより、基台１１（載置台１０）とシャワーヘッド２４の間に、第１高周波電源２１ａおよび第２高周波電源２１ｂからの２つの周波数の高周波電力が供給される。
基台１１の上面には静電吸着力により基板Ｗを吸着する静電チャック２５が設けられている。静電チャック２５は、基板Ｗが載置される円板状の中心部２５ａと、中心部２５ａを囲むように形成された環状の外周部２５ｂとを有する。中心部２５ａは、外周部２５ｂに対して図中上方に突出している。中心部２５ａの上面は、基板Ｗを載置する基板載置面２５ａ１である。外周部２５ｂの上面はエッジリング３０を載置するエッジリング載置面２５ｂ１である。エッジリング載置面２５ｂ１は、基板載置面２５ａ１の周囲にてエッジリング３０を載置するようになっている。エッジリング３０は、フォーカスリングともいう。また、中心部２５ａは、導電膜からなる電極板２６を一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。電極板２６には、直流電源２７が電気的に接続されている。外周部２５ｂは、導電膜からなる電極板２９を一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。電極板２９には、直流電源２８が電気的に接続されている。
直流電源２７および直流電源２８は、供給する直流電圧のレベルおよび極性の変更が可能とされている。直流電源２７は、後述する制御部４３からの制御により、電極板２６に直流電圧を印加する。直流電源２８は、制御部４３からの制御により、電極板２９に直流電圧を印加する。静電チャック２５は、直流電源２７から電極板２６に印加された電圧によりクーロン力等の静電気力を発生させ、静電気力により静電チャック２５に基板Ｗを吸着保持する。また、静電チャック２５は、直流電源２８から電極板２９に印加された電圧によりクーロン力等の静電気力を発生させ、静電気力により静電チャック２５にエッジリング３０を吸着保持する。
なお、本実施形態の静電チャック２５は、基板Ｗ用の静電チャックとエッジリング３０用の静電チャックとが一体となっているが、基板Ｗ用の静電チャックとエッジリング３０用の静電チャックとをそれぞれ別の静電チャックとしてもよい。すなわち、電極板２６と電極板２９とがそれぞれ独立した誘電膜に挟まれるように構成してもよい。また、本実施形態の電極板２９は、単極の電極の例を示したが、双極の電極としてもよい。なお、双極の場合、プラズマが生成されていないときでも、エッジリング３０を吸着することができる。
基台１１の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室３１が設けられている。冷媒室３１には、チラーユニット３２から配管３３、３４を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給され、当該冷媒の温度によって静電チャック２５上の基板Ｗの処理温度を制御する。なお、冷媒は、配管３３、３４に循環供給される温度調整用の媒体である。温度調整用の媒体は、基台１１および基板Ｗを冷却するだけでなく、加熱する場合もあり得る。
また、静電チャック２５には、ガス供給ライン３６を介して伝熱ガス供給部３５が接続されている。伝熱ガス供給部３５は、ガス供給ライン３６を用いて、静電チャック２５の中心部２５ａと基板Ｗとで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する。伝熱ガスとしては、熱伝導性を有するガス、例えば、Ｈｅガス等が好適に用いられる。
天井部のシャワーヘッド２４は、多数のガス通気孔３７ａを有する下面の電極板３７と、該電極板３７を着脱可能に支持する電極支持体３８とを有する。電極支持体３８の内部にはバッファ室３９が設けられ、バッファ室３９と連通するガス導入口３８ａには、ガス供給配管４１を介して処理ガス供給部４０が接続されている。
基板処理装置１の各構成要素は、制御部４３に接続されている。例えば、排気装置１８、第１高周波電源２１ａ、第２高周波電源２１ｂ、第１整合器２２ａ、第２整合器２２ｂ、直流電源２７、直流電源２８、チラーユニット３２、伝熱ガス供給部３５および処理ガス供給部４０は、制御部４３に接続されている。制御部４３は、基板処理装置１の各構成要素を制御する。
制御部４３は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）およびメモリなどの記憶装置を備え、記憶装置に記憶されたプログラムおよび処理レシピを読み出して実行することで、基板処理装置１において所望の処理を実行する。また、制御部４３は、エッジリング３０を静電吸着するための静電吸着処理を行う。
基板処理装置１では、まずゲートバルブ２０を開状態にして加工対象の基板Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック２５の上に載置する。そして、基板処理装置１では、処理ガス供給部４０より処理ガス（例えば、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｏ２ガスおよびＡｒガスから成る混合ガス）を所定の流量および流量比で処理容器２内に導入し、排気装置１８等により処理容器２内の圧力を所定値にする。
さらに、基板処理装置１では、第１高周波電源２１ａおよび第２高周波電源２１ｂからそれぞれ周波数の異なる高周波電力を基台１１（載置台１０）に供給する。また、基板処理装置１では、直流電源２７より直流電圧を静電チャック２５の電極板２６に印加して、基板Ｗを静電チャック２５に吸着する。また、基板処理装置１では、直流電源２８より直流電圧を静電チャック２５の電極板２９に印加して、エッジリング３０を静電チャック２５に吸着する。シャワーヘッド２４より吐出された処理ガスはプラズマ化され、プラズマ中のラジカルやイオンによって基板Ｗにエッチング処理が施される。
＜プラズマ発生用の第１高周波電源２１ａおよび第１整合器２２ａの構成＞
図２は、本実施形態の基板処理装置１のプラズマ発生用の第１高周波電源２１ａおよび第１整合器２２ａの構成を示すブロック図である。
第１高周波電源２１ａは、第１周波数（例えば、４０ＭＨｚ）の第１高周波電力ＨＦを高周波給電ライン２３ａを介して第１整合器２２ａに出力する。第１高周波電源２１ａは、高周波発振器６０ａと、パワーアンプ６２ａと、電源制御部６４ａと、パワーモニタ６６ａと、を備える。
高周波発振器６０ａは、高周波放電によるプラズマ生成に適した一定周波数（例えば、４０ＭＨｚ）の正弦波または基本波を発生する発信器である。パワーアンプ６２ａは、高周波発振器６０ａより出力される基本波のパワーを可変制御可能な利得または増幅率で増幅するアンプである。電源制御部６４ａは、制御部４３からの制御電力にしたがって高周波発振器６０ａおよびパワーアンプ６２ａを直接制御する制御部である。
第１高周波電源２１ａは、更にパワーモニタ６６ａを備える。パワーモニタ６６ａは、高周波給電ライン２３ａ上に方向性結合器を備える。パワーモニタ６６ａは、高周波給電ライン２３ａ上を順方向に、すなわち、第１高周波電源２１ａから第１整合器２２ａに、伝搬する進行波のパワーＰＦ１を検出する。また、パワーモニタ６６ａは、高周波給電ライン２３ａ上を逆方向に、すなわち、第１整合器２２ａから第１高周波電源２１ａに、伝搬する反射波のパワーＲＦ１を検出する。そして、パワーモニタ６６ａは、検出結果を電源制御部６４ａおよび制御部４３に出力する。電源制御部６４ａは、当該検出結果をパワーフィードバック制御に用いる。なお、パワーモニタ６６ａは、反射波検出器の一例である。
第１整合器２２ａは、第１高周波電源２１ａのインピーダンスと、基台１１（載置台１０）のインピーダンスとを整合させる。第１整合器２２ａは、インピーダンスセンサ７０ａと、整合回路７２ａと、マッチングコントローラ７４ａと、を備える。インピーダンスセンサ７０ａは、高周波給電ライン２３ａ上で整合回路７２ａのインピーダンスを含む負荷側のインピーダンスを測定する検出器である。整合回路７２ａは、高周波給電ライン２３ａに接続されている複数、例えば２つ、の制御可能なリアクタンス素子（例えば、可変コンデンサあるいは可変インダクタ）ＸＨ１およびＸＨ２を備える回路である。マッチングコントローラ７４ａは、リアクタンス素子ＸＨ１およびＸＨ２をそれぞれモータ（Ｍ）７６ａ、モータ７８ａを介して制御する。マッチングコントローラ７４ａは、第１高周波電源２１ａの出力インピーダンスと、インピーダンスセンサ７０ａで検出したインピーダンスが整合するように、モータ７６ａ、７８ａを制御する。
＜イオン引き込み用の第２高周波電源２１ｂおよび第２整合器２２ｂの構成＞
図３は、本実施形態の基板処理装置１のイオン引き込み用の第２高周波電源２１ｂおよび第２整合器２２ｂの構成を示すブロック図である。
第２高周波電源２１ｂは、第１周波数（例えば、４０ＭＨｚ）より低い第２周波数（例えば、４００ｋＨｚ）の第２高周波電力ＬＦを高周波給電ライン２３ｂを介して第２整合器２２ｂに出力する。第２高周波電源２１ｂは、高周波発振器６０ｂと、パワーアンプ６２ｂと、電源制御部６４ｂと、パワーモニタ６６ｂと、を備える。
高周波発振器６０ｂは、イオン引き込みに適した一定周波数（例えば、４００ｋＨｚ）の正弦波または基本波を発生する発信器である。パワーアンプ６２ｂは、高周波発振器６０ｂより出力される基本波のパワーを可変制御可能な利得または増幅率で増幅するアンプである。電源制御部６４ｂは、制御部４３からの制御信号にしたがって高周波発振器６０ｂおよびパワーアンプ６２ｂを直接制御する制御部である。
第２高周波電源２１ｂは、更にパワーモニタ６６ｂを備える。パワーモニタ６６ｂは、高周波給電ライン２３ｂ上に方向性結合器を備える。パワーモニタ６６ｂは、高周波給電ライン２３ｂ上を順方向に、すなわち、第２高周波電源２１ｂから第２整合器２２ｂに、伝搬する進行波のパワーＰＦ２を検出する。また、パワーモニタ６６ｂは、高周波給電ライン２３ｂ上を逆方向に、すなわち、第２整合器２２ｂから第２高周波電源２１ｂに、伝搬する反射波のパワーＲＦ２を検出する。そして、パワーモニタ６６ｂは、検出結果を電源制御部６４ｂおよび制御部４３に出力する。電源制御部６４ｂは、当該検出結果をパワーフィードバック制御に用いる。
第２整合器２２ｂは、第２高周波電源２１ｂのインピーダンスと、基台１１（載置台１０）のインピーダンスとを整合させる。第２整合器２２ｂは、インピーダンスセンサ７０ｂと、整合回路７２ｂと、マッチングコントローラ７４ｂと、を備える。インピーダンスセンサ７０ｂは、高周波給電ライン２３ｂ上で整合回路７２ｂのインピーダンスを含む負荷側のインピーダンスを測定する検出器である。整合回路７２ｂは、高周波給電ライン２３ｂに接続されている複数、例えば２つ、の制御可能なリアクタンス素子（例えば、可変コンデンサあるいは可変インダクタ）ＸＬ１およびＸＬ２を備える回路である。マッチングコントローラ７４ｂは、リアクタンス素子ＸＬ１およびＸＬ２をそれぞれモータ（Ｍ）７６ｂ、モータ７８ｂを介して制御する制御部である。マッチングコントローラ７４ｂは、第２高周波電源２１ｂの出力インピーダンスと、インピーダンスセンサ７０ｂで検出したインピーダンスが整合するように、モータ７６ｂ、７８ｂを制御する。
＜基板処理装置１の処理内容に応じた制御＞
本実施形態の基板処理装置１の処理内容に応じた制御について説明する。本実施形態の基板処理装置１では、処理内容に応じて第１高周波電源２１ａの出力パワーを制御する。
図４は、本実施形態の基板処理装置１の制御部４３の制御を説明するフローチャートである。図４により、基板処理装置１の制御部４３による制御方法を説明する。
（ステップＳ１０） 制御部４３は、基板処理装置１で行う基板処理に必要な実効パワーの設定値を定める処理を行う。例えば、キーボード等の入力手段から、作業者によりある基板処理が選択されると、必要な実効パワーの設定値を定める。すなわち、基板処理装置１で行う処理内容に応じて、実効パワーの設定値を定める。例えば、当該設定値は、過去に行った実験から所望のエッチング形状を得ることができる実効パワーであってもよい。なお、後述する複数の基板処理装置を備える基板処理システムにおいては、所望の値を実効パワーの設定値として、入力するようにしてもよい。制御部４３は設定された実効パワーとなるよう第１高周波電源２１ａを制御して発振させる。そして、基板処理装置１は、所望の基板処理を行う。
（ステップＳ２０） 制御部４３は、第１高周波電源２１ａが出力する第１高周波電力ＨＦのパワーＰＨＦを算出する。具体的には、制御部４３は、パワーモニタ６６ａが検出した高周波給電ライン２３ａ上を順方向に伝搬する進行波のパワーＰＦ１を受信する。そして、制御部４３は、受信した進行波のパワーＰＦ１を用いて、第１高周波電力ＨＦのパワーＰＨＦを算出する。なお、第１高周波電力ＨＦのパワーＰＨＦとして、電源制御部６４ａが設定した高周波発振器６０ａの出力パワーの設定値を用いて算出してもよい。
（ステップＳ３０） 制御部４３は、反射波のパワーＰＲを算出する。具体的には、制御部４３は、パワーモニタ６６ａが検出した高周波給電ライン２３ａ上を逆方向に伝搬する反射波のパワーＲＦ１を受信する。そして、受信した反射波のパワーＲＦ１を用いて、反射波のパワーＰＲを算出する。
本実施形態の基板処理装置１では、第１整合器２２ａを用いていることから、パワーモニタ６６ａで検出される反射波のパワーＲＦ１には、第１周波数成分の反射波は含まれないか、含まれていても無視できる程度に小さくなっている。したがって、反射波のパワーＲＦ１を用いて、反射波のパワーＰＲを算出した場合には、第１周波数成分の反射波は含まず、第１周波数とは異なる周波数の反射波のパワーを算出することとなる。
なお、反射波のパワーＰＲを算出する際には、制御部４３は、パワーモニタ６６ａが検出した検出結果において、一部の周波数成分を用いて算出してもよい。例えば、第１周波数をＦ１（Ｈｚ）、第２周波数をＦ２（Ｈｚ）とした場合に、式１の周波数Ｆ（Ｈｚ）の範囲の反射波のパワーＲＦ１を積分して反射波のパワーＰＲを算出してもよい。
Ｆ１−Ｆ２×ｎ ≦ Ｆ ≦ Ｆ１＋Ｆ２×ｎ ・・・（式２）
ただし、ｎは整数である。
ｎは、例えば、２である。すなわち、制御部４３は、第１周波数に第２周波数を２倍した周波数を引いた周波数から、第２周波数を２倍した周波数を足した周波数の範囲の反射波のパワーＲＦ１を用いて、パワーＰＲを算出してもよい。
なお、式２のＦ２×ｎが、第２周波数を整数倍した第３周波数の一例である。したがって、制御部４３は、第３周波数を記第１周波数から引いた周波数から第３周波数を第１周波数に足した周波数までの範囲の反射波のパワーＲＦ１を用いて、パワーＰＲを算出してもよい。
（ステップＳ４０） 制御部４３は、ステップＳ１０で算出した第１高周波電力ＨＦのパワーＰＨＦと、ステップＳ２０で算出した反射波のパワーＰＲと、を用いて実効パワーＰＥを算出する。具体的には、式２のように、第１高周波電力ＨＦのパワーＰＨＦと反射波のパワーＰＲとの差から実効パワーＰＥを算出する。
ＰＥ＝ＰＨＦ−ＰＲ ・・・ （式２）
（ステップＳ５０） 制御部４３は、ステップＳ３０で求めた実効パワーＰＥがステップＳ１０で定めた設定値になるように、第１高周波電源２１ａを制御する。具体的には、制御部４３は、実効パワーＰＥが設定値より小さい場合は、第１高周波電源２１ａの出力を大きくして、実効パワーＰＥが設定値になるように制御する。また、制御部４３は、実効パワーＰＥが設定値より大きい場合は、第１高周波電源２１ａの出力を小さくして、実効パワーＰＥが設定値になるように制御する。第１高周波電源２１ａの出力は、例えば、パワーアンプ６２ａのゲインを変更することにより行う。
＜基板処理装置１における高周波電力を供給した時のプラズマ電子密度＞
本実施形態１の基板処理装置１において、第１高周波電力ＨＦと第２高周波電力ＬＦを基台１１（載置台１０）に供給したときのプラズマ電子密度を測定した結果について説明する。
本実施形態に係る基板処理装置１において、第１高周波電力ＨＦと第２高周波電力ＬＦのそれぞれのパワーと、第１高周波電力ＨＦと第２高周波電力が供給されたときのプラズマの電子密度について測定を行った。本測定では、第１高周波電力ＨＦのパワーを１０００、２０００、３０００、４０００Ｗに設定した。また、第１高周波電力ＨＦを上記条件に設定したそれぞれの場合において、第２高周波電力ＬＦを２０００、４０００、６０００、８０００Ｗに設定した。
第１高周波電力ＨＦと第２高周波電力ＬＦをそれぞれ上記のように設定したときにプラズマの電子密度を図５に示す。
第１高周波電力ＨＦを大きくすると発生するプラズマの電子密度は高くなる。一方、同じ第１高周波電力ＨＦの場合には、第２高周波電力ＬＦを大きくすると発生するプラズマの電子密度は低くなる。
ここで、基台１１（載置台１０）から第１高周波電源２１ａに戻ってくる反射波について説明する。図６は、本実施形態に係る基板処理装置１において反射波を周波数解析した結果を説明する図である。第１高周波電源２１ａが生成した第１高周波電力ＨＦは、第１整合器２２ａを介して基台１１（載置台１０）に供給される。第１整合器２２ａによりインピーダンスマッチングが行われ、第１高周波電力ＨＦ（基本波）の周波数である第１周波数の周波数４０ＭＨｚ（具体的には、４０．６８ＭＨｚ）においては、反射波は無視できるほど小さかった。一方、第１高周波電力ＨＦと第２高周波電力ＬＦを同時に供給した場合には、第１高周波電力ＨＦの周波数に第２高周波電力の周波数の整数倍の周波数が加算または減算された周波数の波形（以下、相互変調歪（ＩＭＤ（Ｉｎｔｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｏｒｓｉｏｎ））という。）が発生する。したがって、第１高周波電力ＨＦの周波数に第２高周波電力の周波数の整数倍の周波数が加算または減算された周波数において、相互変調歪（ＩＭＤ）に相当する反射波が観測された。
相互変調歪（ＩＭＤ）は、プラズマの生成には寄与しない。また、相互変調歪（ＩＭＤ）の発生状況は、基板処理装置ごとに異なり、相互変調歪（ＩＭＤ）の発生を制御することは難しい。
そこで、本実施形態の基板処理装置１では、発生した相互変調歪（ＩＭＤ）の大きさをパワーモニタ６６ａで検出して、プラズマ生成に寄与しない相互変調歪（ＩＭＤ）のパワー分を補正する制御を行う。
本実施形態の基板処理装置１において、実効パワーＰＥを用いて制御を行った。実効パワーＰＥを用いて（参照して）制御したときの電子密度を測定した結果を図７に示す。図７は実効パワーに対する生成するプラズマの電子密度を示す。これによるとプラズマの電子密度は実効パワーの一次関数に近似することができる。実効パワーＰＥを用いることにより、発生するプラズマの電子密度を所望の密度にすることができる。例えば、相互変調歪（ＩＭＤ）が経時的に変化したとしても、実効パワーＰＥを用いることに基板処理の特性の経時的な変化を抑えることができる。
＜基板処理システム＞
本実施形態の基板処理装置１を用いることにより、例えば、同じ処理を複数のラインで並行して行う場合に、ライン間のプラズマ処理の特性を合わせることができる。すなわち、基板処理装置１を複数備える基板処理システムにおいて、各基板処理装置１で行われ処理の特性を一致させることができる。
図８は、同じ処理を行う基板処理装置１Ａと基板処理装置１Ｂを含む基板処理システム１Ｓがあった場合に、処理の特性を調整する方法について説明する図である。
たとえば、基板処理装置１Ａは、第１高周波電力ＨＦを４０００Ｗに設定されたとする。一方、基板処理装置１Ｂは、基板処理装置１Ａと同じ処理条件にするために、第１高周波電力ＨＦを４０００Ｗに設定したとする。
しかしながら、基板処理装置１Ａでは、相互変調歪（ＩＭＤ）の影響により、反射波のパワーが１６６５Ｗであるとする。一方、基板処理装置１Ｂでは、反射波のパワーが１７２０Ｗであるとする。したがって、基板処理装置１Ａでは、実効パワーは２３３５Ｗとなり、基板処理装置１Ｂでは、実効パワーは２２８０Ｗとなる。とすると、基板処理装置１Ｂの方がプラズマの電子密度が小さくなる。すなわち、第１高周波電力ＨＦのパワーを基板処理装置１Ａと基板処理装置１Ｂで一致させても、プラズマの電子密度が装置間で異なり処理の特性が異なる。プラズマの電子密度が異なることにより、基板処理装置１Ａと基板処理装置１Ｂとでは、処理の特性が異なってしまう。
本実施形態の基板処理装置１では、実効パワーを用いて制御を行う。したがって、例えば、基板処理装置１Ｂにおいて、実効パワーが基板処理装置１Ａの実効パワーと等しくなるように制御することにより、プラズマの電子密度を装置間で一致させることができる。すなわち、基板処理装置１Ａと基板処理装置１Ｂにおいて、共通の実効パワーの設定値にすることによって、基板処理の特性を装置間で一致させることができる。
＜作用・効果＞
本実施形態の基板処理装置１により、基板処理装置１の処理内容に応じて制御することができる。プラズマ発生用の第１高周波電力ＨＦとイオン引き込み用の第２高周波電力ＬＦを載置台１０に供給した際に、相互変調歪（ＩＭＤ）が発生し、プラズマに供給される実効パワーが減少する。さらに、相互変調歪（ＩＭＤ）の発生を制御することができず、基板処理装置ごとに相互変調歪（ＩＭＤ）の発生状況が異なる。したがって、相互変調歪（ＩＭＤ）によって、基板処理装置ごとにプラズマの処理特性が変わる。本実施形態の基板処理装置１では、相互変調歪（ＩＭＤ）に起因する反射波のパワーを用いて、実効パワーを算出する。そして、実効パワーを用いて制御することにより、処理内容に応じて所望の処理特性を実現することができる。
さらに、本実施形態の基板処理装置１は、実効パワーを用いることにより、相互変調歪（ＩＭＤ）の状態が経時的に変化したとしても、処理特性の経時的な変化を抑えることができる。
また、本実施形態の基板処理装置１により、基板処理装置１を複数備える基板処理システムにおいて、基板処理装置間でプラズマの電子密度を一致させることができる。本実施形態の基板処理装置１は、実効パワーを用いることにより、プラズマの電子密度を制御することができる。したがって、相互変調歪（ＩＭＤ）が発生していても、複数の基板処理装置間で、プラズマの電子密度をおなじ電子密度にすることができる。電子密度を同じにすることによって、プラズマ処理における基板処理装置間の処理特性のばらつきを抑えることができる。
今回開示された本実施形態に係る基板処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示の基板処理装置は、Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ（ＣＣＰ）、Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ（ＩＣＰ）、マイクロ波によるプラズマ生成する装置、例えば、Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ（ＲＬＳＡ）により生成されたプラズマ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｐｌａｓｍａ（ＥＣＲ）、そしてＨｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ（ＨＷＰ）などのどのタイプでも適用可能である。
１ 基板処理装置
１Ａ 基板処理装置
１Ｂ 基板処理装置
１Ｓ 基板処理システム
１０ 載置台
２１ａ 第１高周波電源
２１ｂ 第２高周波電源
４３ 制御部
６６ａ パワーモニタ

Claims (7)

  1. 基板を載置する基板載置台と、
    第１周波数の第１高周波電力を前記基板載置台に出力する第１高周波電源と、
    前記第１周波数より低い第２周波数の第２高周波電力を前記基板載置台に出力する第２高周波電源と、
    前記第１高周波電源を制御する制御部と、を備え、
    前記第１高周波電源は、前記基板載置台から入力される反射波を検出する反射波検出器を備え、
    前記制御部は、処理内容に応じて設定値を定め、前記第１高周波電源の出力パワーから、前記反射波検出器が検出した前記反射波のパワーを引いた差である実効パワーが、前記設定値になるように前記第１高周波電源を制御する、
    基板処理装置。
  2. 前記第１周波数は、４０ＭＨｚであり、
    前記第２周波数は、４００ｋＨｚである、
    請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、前記第２周波数を整数倍した第３周波数を前記第１周波数から引いた周波数から前記第３周波数を前記第１周波数に足した周波数までの範囲の前記反射波のパワーを用いて前記実効パワーを算出する、
    請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記整数倍は、２倍である、
    請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 基板を載置する基板載置台と、
    第１周波数の第１高周波電力を前記基板載置台に出力する第１高周波電源と、
    前記第１周波数より低い第２周波数の第２高周波電力を前記基板載置台に出力する第２高周波電源と、
    前記第１高周波電源を制御する制御部と、を備え、
    前記第１高周波電源は、前記基板載置台から入力される反射波を検出する反射波検出器を備え、
    前記制御部は、前記第１高周波電源の出力パワーから、前記反射波検出器が検出した前記反射波のパワーを引いた差である実効パワーが、設定値になるように前記第１高周波電源を制御する基板処理装置を複数備え、
    前記基板処理装置のそれぞれの前記設定値は、前記基板処理装置の間で共通の値である、
    基板処理システム。
  6. 基板を載置する基板載置台と、
    第１周波数の第１高周波電力を生成し、前記基板載置台に出力する第１高周波電源と、
    前記第１周波数より低い第２周波数の第２高周波電力と生成し、前記基板載置台に出力する第２高周波電源と、
    前記第１高周波電源を制御する制御部と、を備え、
    前記第１高周波電源は、前記基板載置台から入力される反射波を検出する反射波検出器を備える基板処理装置の制御方法であって、
    前記制御部が、処理内容に応じて設定値を定めるステップと、
    前記制御部が、前記第１高周波電源の出力パワーから、前記反射波検出器が検出した前記反射波のパワーを引いた差である実効パワーが、前記設定値になるように前記第１高周波電源を制御するステップと、を有する基板処理装置の制御方法。
  7. 基板を載置する基板載置台と、
    第１周波数の第１高周波電力を前記基板載置台に出力する第１高周波電源と、
    前記第１周波数より低い第２周波数の第２高周波電力を前記基板載置台に出力する第２高周波電源と、
    前記第１高周波電源を制御する制御部と、を備え、
    前記第１高周波電源は、前記基板載置台から入力される反射波を検出する反射波検出器を備える基板処理装置を複数備える基板処理システムの制御方法であって、
    前記基板処理装置のそれぞれの前記制御部が、前記第１高周波電源の出力パワーから、前記第１周波数とは異なる周波数の前記反射波のパワーを引いた差である実効パワーが、前記基板処理装置の間で共通の設定値になるようにそれぞれの前記第１高周波電源を制御するステップを有する基板処理システムの制御方法。
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