JP2022099294A - マッチングボックスを有するプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置の例は、高周波電源と、高周波電源に接続する入力端子、高周波電力を感知するように構成されるセンサー、インピーダンス調整回路、および出力端子を備えるマッチングボックスと、センサーに接続してインピーダンス調整回路を制御するように構成されるマッチングコントローラーと、出力端子に接続する反応器チャンバーと、センサーと反応器チャンバーとの間の伝送ラインに接続する高調波フィルター回路と、を備える。【選択図】図２

Description

プラズマ処理装置に関する例を説明する。

プラズマ処理装置は、プラズマを生成し、処理、例えば、基材上に堆積、エッチング、および膜改質を行う。基本波の周波数の整数倍の周波数を有する高調波は、反応器チャンバー内のプラズマから生成される。これらの高調波は、場合によっては、マッチングボックスを介してインピーダンスマッチング動作に影響を及ぼす。マッチングボックスを介したインピーダンスマッチング動作が高調波によって影響を受ける場合、プラズマ処理中に静止状態で反射波の増加が発生し、場合によっては、プラズマ処理の終了時に高反射波スパイクが発生する。

本明細書に記載のいくつかの例は、上記の問題に対応することができる。本明細書に記載されるいくつかの実施例は、マッチング動作に及ぼす高調波の影響が低減されるプラズマ処理装置を提供することができる。

いくつかの実施例では、プラズマ処理装置は、高周波電源と、高周波電源に接続する入力端子、高周波電力を感知するように構成されるセンサー、インピーダンス調整回路、および出力端子を備えるマッチングボックスと、センサーに接続してインピーダンス調整回路を制御するように構成されるマッチングコントローラーと、出力端子に接続する反応器チャンバーと、センサーと反応器チャンバーとの間の伝送ラインに接続する高調波フィルター回路と、を備える。

図１は、プラズマ処理装置の例示的な構成である。 図２は、マッチングボックスの回路図である。 図３は、別の実施例による高調波フィルター回路である。 図４は、比較例による高周波電力の強度である。 図５は、比較例によるプラズマ処理のタイミング図である。 図６は、高周波電力の強度である。 図７は、プラズマ処理のタイミング図である。

プラズマ処理装置を、添付図面を参照して以下に述べる。互いに同一であるか、または対応する構成要素は、同一の参照符号によって示され、場合によってはその重複した記述は省略される。

実施形態
図１は、プラズマ処理装置の例示的な構成を示す図である。プラズマ処理装置は、例えば、ラック１２に設けられた高周波電源１４を備える。一実施例では、高周波電源１４は、互いに異なる周波数を有する二種類の高周波電力を出力する。例えば、高周波電源１４は、２７ＭＨｚ以上の一次高周波電力および４３０ＫＨｚ以下の二次高周波電力を出力する。この例では、これらの種類の高周波電力は重畳され、一つの経路を介して反応器チャンバーに供給される。一次高周波電力の周波数は、例えば２７．１２ＭＨｚであり、二次高周波電力の周波数は、例えば４００ＫＨｚまたは４３０ＫＨｚである。別の実施例では、高周波電源１４は、１ＧＨｚ以上の一次高周波電力、および一次高周波電力の周波数よりも低い周波数の二次高周波電力を出力する。

別の実施例では、高周波電源１４は一つの周波数の高周波電力を出力する。例えば、高周波電源は、２７ＭＨｚ以上の高周波電力、または１ＧＨｚ以上の高周波電力を出力する。

高周波電源１４からの高周波電力出力のパワーは、例えば３ｋＷ以上である。別の実施例では、他の高周波電力パワーを使用してもよい。

高周波電源１４は、マッチングボックス１８の入力端子１８ａに接続する。マッチングコントローラー２０は、マッチングボックス１８に接続する。マッチングコントローラー２０は、マッチングボックス１８のインピーダンスを調整するための信号を生成し、マッチングボックス１８に信号を送信する。

マッチングボックス１８は、反応器チャンバー２２に接続する出力端子１８ｅを有する。反応器チャンバー２２は、処理対象として基材を格納し、および基材上でプラズマ処理を行う装置である。

高周波電源１４はコンピューター２４に接続し、コンピューター２４はマン・マシーン・インターフェース（ＭＭＩ）２６に接続する。コンピューター２４およびＭＭＩ２６は、高周波電源１４のモニター信号を顧客のホストコンピューターに提供する。例えば、高周波電源１４の進行波電力および反射波電力等の情報は、コンピューター２４およびＭＭＩ２６を介して顧客のホストコンピューターに提供される。例えば、ＭＭＩ２６は、図５および７に示すように波形を生成し、波形を顧客のホストコンピューターへ提供し、進行波電力、反射波電力等の瞬時値を表示する。高周波電力情報に加えて、高周波電源１４を監視するための様々な種類の情報が、顧客のホストコンピューターに提供されてもよい。

上記の構成要素は、メインフレーム１６として提供される。

図２は、マッチングボックス１８の例示的な構成を示す回路図である。一実施例では、マッチングボックス１８は、入力端子１８ａ、センサー１８ｂ、高調波フィルター回路Ｆ１およびＦ２、インピーダンス調整回路１８Ａ、および出力端子１８ｅを備える。入力端子１８ａは、センサー１８ｂに接続する。センサー１８ｂは、高周波電力を感知する。センサー１８ｂは、例えば、２７．１２ＭＨｚの高周波電力を感知する。別の実施例では、センサー１８ｂは、一次高周波電力の周波数を有する高周波電力を感知する。

センサー１８ｂは、インピーダンス調整回路１８Ａに接続する。この例では、インピーダンス調整回路１８Ａは、可変キャパシター１８ｃおよび１８ｄ、ならびにインダクターＬ３を備える。インピーダンス調整回路１８Ａは、インピーダンスを変化させることができる別の構成を有してもよい。

高調波フィルター回路Ｆ１およびＦ２は、センサー１８ｂおよびインピーダンス調整回路１８Ａに接続する伝送ラインに接続する。高調波フィルター回路Ｆ１は、インダクターＬ１とキャパシターＣ１の直列回路である。高調波フィルター回路Ｆ２は、インダクターＬ２とキャパシターＣ２の直列回路である。一実施例では、二次高調波を減少させるために高調波フィルター回路Ｆ１が設けられ、三次高調波を減少させるために高調波フィルター回路Ｆ２が設けられる。高調波フィルター回路Ｆ１およびＦ２は、それぞれ二次および三次の高調波を低減するためのカットオフ周波数を有してもよい。

動作環境、例えば、プロセス条件、インピーダンス、または高周波電力の周波数に従って、生成される高調波の種類および強度は変化する。したがって、ある動作環境では、二次および三次高調波の強度が高く、別の動作環境では、二次高調波から四次高調波の強度が高く、さらに別の動作環境では、二次高調波の強度のみが高い。図２の高調波フィルター回路Ｆ１およびＦ２は、二次および三次高調波を低減するために設けられているが、別の実施例では、高調波フィルター回路は、低減される高調波に対応する任意の数で設けられてもよい。したがって、各々がＬＣ直列回路を備える三つ以上の高調波フィルター回路は、三つ以上の高調波を減衰させることができる。各高調波フィルター回路は、少なくとも一つのＬＣ直列回路を備える。

インピーダンス調整回路１８Ａは、出力端子１８ｅに接続する。マッチングボックス１８は、反応器チャンバー２２に接続する接地端子１８ｆを備えてもよい。

マッチングコントローラー２０は、上記のセンサー１８ｂに接続する。マッチングコントローラー２０は、センサー１８ｂによる検出の結果を受信し、インピーダンス調整回路１８Ａを制御する。この実施例では、マッチングコントローラー２０は、可変キャパシター１８ｃおよび１８ｄの各々の静電容量を調整してインピーダンスマッチングを達成する。例えば、可変キャパシターの静電容量が回転軸の回転量に応じて変化する可変キャパシターを使用する場合、マッチングコントローラーから信号を受け取ったモーターは、その回転軸を回転させて可変キャパシターの静電容量を調整する。モーターは、信号ラインおよび電源ラインを介して、マッチングコントローラーに接続してもよい。

図２に例示する実施例では、高調波フィルター回路Ｆ１およびＦ２が、マッチングボックス１８内に設けられる。別の実施例では、図３に例示するように、高調波フィルター回路Ｆ１およびＦ２は、マッチングボックス１８と反応器チャンバー２２とを接続する伝送ラインに設けられてもよい。図２および図３に例示的に図示されるように、各高調波フィルター回路は、センサーと反応器チャンバーとの間の伝送ラインの任意の位置で接続してもよい。

本開示によるプラズマ処理装置の有意性を明確にするために、比較例を以下に記載する。比較例によるプラズマ処理装置は、実施形態によるプラズマ処理装置の構成と同じ構成を有するが、高調波フィルター回路を備えていない。図４および図５は、比較例によるプラズマ処理の内容を示す図である。図４は、比較例によるプラズマ処理装置を用いるプラズマ処理において、マッチングボックスによって感知される高周波電力の強度を例示する図である。図４は、２７．１２ＭＨｚの基本波、二次高調波、三次高調波、および四次高調波のピークの生成を示す。図５は、図４に例示の高調波が生成されるプラズマ処理のタイミング図である。この実施例では、高周波電源から、「ＲＦ進行波」および「ＬＲＦ（低電力ＲＦ）進行波」で示される二種類の高周波電力が供給され、対応する高周波電力の反射波電力として、それぞれ「ＲＦ反射波」および「ＬＲＦ反射波」が発生する。

比較例では、マッチングボックス内のセンサーは高調波を受信し、したがって、マッチングコントローラーによるマッチング動作も高調波によって影響を受ける。結果として、比較例では、「ＲＦ反射波」によって示される反射波は、プラズマ処理中およびプラズマ処理の終了時に増加する。

図６および図７は、図１および図２のプラズマ処理装置が使用される場合のプラズマ処理の内容を例示する図である。図６は、マッチングボックスによって感知された高周波電力の強度を例示する図である。反応器チャンバー２２からセンサー１８ｂに向かって移動する高調波は、高調波フィルター回路Ｆ１およびＦ２を介して低減され、したがって、二次および三次高調波は、図４に例示した実施例と比較して大きく減衰される。四次高調波（１０８．４８ＭＨｚ）がほとんど検出されない理由は、三次高調波の減衰のための高調波フィルター回路Ｆ２を介して三次高調波と共に四次高調波が減衰されるためであると考えられる。図７は、図６に示すように高調波が減衰されるプラズマ処理のタイミング図である。図７は、図５に例示した実施例と比較して、「ＲＦ反射波」が低減されていることを示す。

図４～７は、２７．１２ＭＨｚなどの高－ＲＦ（ＨＲＦ）と呼ばれる高周波を有する高周波電力の高調波が、センサー１８ｂによって感知され、不完全なマッチング動作をもたらすことを示す。発明者によって実施される実験では、マッチング動作に対する高調波の影響は、特に、３ｋＷ以上の電力でＨＲＦが供給される場合に大きい。

また、ＨＲＦ上に重畳されることができるＬＲＦは、高調波も引き起こす。しかし、このようなＬＲＦ高調波が引き起こす実際の損傷は、ＨＲＦ高調波よりも少ない。したがって、「ＲＦ反射波」の低減は、図５および図７の「ＬＲＦ反射波」の低減よりも優先させることができる。ＨＲＦよりも高いＧＨｚオーダーのＶＨＦ（超高周波）を有する高周波数電力の高調波は、ＨＲＦ高調波のような問題を引き起こす。したがって、ＶＨＦが使用される場合、同様に、ＶＨＦ高調波が減衰される高調波フィルター回路が、センサーと反応器チャンバーとの間に設けられてもよい。

１２ ラック
１４ 高周波電源
１６ メインフレーム
１８ マッチングボックス
１８ａ 入力端子
１８Ａ インピーダンス調整回路
１８ｂ センサー
１８ｃ 可変キャパシター
１８ｄ 可変キャパシター
１８ｅ 出力端子
１８ｆ 接地端子
２０ マッチングコントローラー
２２ 反応器チャンバー
２４ コンピューター
２６ マン・マシーン・インターフェース（ＭＭＩ）

Claims (11)

1. プラズマ処理装置であって、
   高周波電源と、
   前記高周波電源に接続する入力端子、高周波電力を感知するように構成されるセンサー、インピーダンス調整回路、および出力端子を備えるマッチングボックスと、
   前記センサーに接続し、前記インピーダンス調整回路を制御するように構成されるマッチングコントローラーと、
   前記出力端子に接続する反応器チャンバーと、
   前記センサーと前記反応器チャンバーとの間の伝送ラインに接続する高調波フィルター回路と、を備える、プラズマ処理装置。
2. 前記高調波フィルター回路は、前記マッチングボックス内に設けられる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記高調波フィルター回路は、前記マッチングボックスと前記反応器チャンバーとを接続する伝送ラインに設けられる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記高調波フィルター回路は、少なくとも一つのＬＣ直列回路を備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記高調波フィルター回路は、二つ以上のＬＣ直列回路を備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記高周波電源は、互いに異なる周波数を有する二種類の高周波電力を出力する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記高周波電源は、２７ＭＨｚ以上の一次高周波電力および４３０ＫＨｚ以下の二次高周波電力を出力するように構成される、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記高周波電源は、１ＧＨｚ以上の一次高周波電力、および前記一次高周波電力の周波数よりも低い周波数の二次高周波電力を出力するように構成される、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記一次高周波電力のパワーは３ｋＷ以上である、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記一次高周波電力のパワーは３ｋＷ以上である、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記センサーは、前記一次高周波電力の周波数の高周波電力を感知するように構成される、請求項７に記載のプラズマ処理装置。

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