JP2023129234A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION Exemplary embodiments of the present disclosure relate to plasma processing apparatus.
基板に対するプラズマ処理において、プラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、高周波電源、及びバイアス電源を備える。基板支持部は、チャンバ内に設けられており、その上に載置される基板を支持する。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成するためにソース高周波電力を供給する。バイアス電源は、プラズマから基板にイオンを引き込むためにバイアス電力を基板支持部に供給する。下記の特許文献1は、このようなプラズマ処理装置として、容量結合型のプラズマ処理装置を開示している。
Plasma processing apparatuses are used in plasma processing of substrates. The plasma processing apparatus includes a chamber, a substrate support, a high frequency power source, and a bias power source. The substrate support section is provided within the chamber and supports a substrate placed thereon. A radio frequency power source provides source radio frequency power to generate a plasma within the chamber. A bias power supply provides bias power to the substrate support to draw ions from the plasma to the substrate.
本開示は、インピーダンスの不整合によるソース高周波電力の反射を低減する技術を提供する。 The present disclosure provides techniques for reducing reflections of source RF power due to impedance mismatch.
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、バイアス電源、高周波電極、高周波電源、整合器、及びコンデンサを備える。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。バイアス電源は、基板支持部に電気的に結合されており、イオン引き込み用の電気バイアスエネルギーを基板支持部に供給するように構成されている。電気バイアスエネルギーは、波形周期を有し、周期的に発生される。高周波電源は、高周波電極に電気的に接続されており、チャンバ内でガスからプラズマを生成するためのソース高周波電力を高周波電極に供給するように構成されている。整合器は、高周波電源と高周波電極との間で接続されている。コンデンサは、整合器から分離されており、高周波電極とグランドとの間で接続されている。 In one exemplary embodiment, a plasma processing apparatus is provided. The plasma processing apparatus includes a chamber, a substrate support, a bias power source, a high frequency electrode, a high frequency power source, a matching box, and a capacitor. A substrate support is provided within the chamber. The bias power supply is electrically coupled to the substrate support and configured to provide electrical bias energy to the substrate support for ion attraction. The electrical bias energy has a waveform period and is generated periodically. The radio frequency power supply is electrically connected to the radio frequency electrode and is configured to provide source radio frequency power to the radio frequency electrode for generating plasma from the gas within the chamber. The matching box is connected between the high frequency power source and the high frequency electrode. The capacitor is separated from the matching box and connected between the high frequency electrode and ground.
一つの例示的実施形態によれば、インピーダンスの不整合によるソース高周波電力の反射を低減することが可能となる。 According to one exemplary embodiment, reflections of source RF power due to impedance mismatch may be reduced.
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。 Various exemplary embodiments will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts in each drawing.
図1は、プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置1及び制御部2を含む。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置1は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置1は、プラズマ処理チャンバ10、基板支持部11及びプラズマ生成部12を含む。プラズマ処理チャンバ10は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ10は、少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも1つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも1つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部20に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム40に接続される。基板支持部11は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a plasma processing system. In one embodiment, a plasma processing system includes a
プラズマ生成部12は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも1つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ(CCP;CapacitivelyCoupled Plasma)、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)、ECRプラズマ(Electron-Cyclotron-resonance plasma)、ヘリコン波励起プラズマ(HWP:Helicon Wave Plasma)、又は、表面波プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)等であってもよい。
The
制御部2は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置1に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部2は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置1の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部2の一部又は全てがプラズマ処理装置1に含まれてもよい。制御部2は、処理部2a1、記憶部2a2及び通信インターフェース2a3を含んでもよい。制御部2は、例えばコンピュータ2aにより実現される。処理部2a1は、記憶部2a2からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部2a2に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部2a2に格納され、処理部2a1によって記憶部2a2から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ2aに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース2a3に接続されている通信回線であってもよい。処理部2a1は、CPU(Central Processing Unit)であってもよい。記憶部2a2は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース2a3は、LAN(Local Area Network)等の通信回線を介してプラズマ処理装置1との間で通信してもよい。
以下に、プラズマ処理装置1の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図2は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
A configuration example of a capacitively coupled plasma processing apparatus as an example of the
容量結合型のプラズマ処理装置1は、プラズマ処理チャンバ10、ガス供給部20、電源システム30及び排気システム40を含む。また、プラズマ処理装置1は、基板支持部11及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ10内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド13を含む。基板支持部11は、プラズマ処理チャンバ10内に配置される。シャワーヘッド13は、基板支持部11の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド13は、プラズマ処理チャンバ10の天部(ceiling)の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ10は、シャワーヘッド13、プラズマ処理チャンバ10の側壁10a及び基板支持部11により規定されたプラズマ処理空間10sを有する。プラズマ処理チャンバ10は接地される。基板支持部11は、プラズマ処理チャンバ10の筐体とは電気的に絶縁される。
The capacitively coupled
基板支持部11は、本体部111及びリングアセンブリ112を含む。本体部111は、基板Wを支持するための中央領域111aと、リングアセンブリ112を支持するための環状領域111bとを有する。ウェハは基板Wの一例である。本体部111の環状領域111bは、平面視で本体部111の中央領域111aを囲んでいる。基板Wは、本体部111の中央領域111a上に配置され、リングアセンブリ112は、本体部111の中央領域111a上の基板Wを囲むように本体部111の環状領域111b上に配置される。従って、中央領域111aは、基板Wを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域111bは、リングアセンブリ112を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
The
一実施形態において、本体部111は、基台1110及び静電チャック1111を含む。基台1110は、導電性部材を含む。静電チャック1111は、基台1110の上に配置される。静電チャック1111は、セラミック部材1111aとセラミック部材1111a内に配置される静電電極1111bとを含む。セラミック部材1111aは、中央領域111aを有する。一実施形態において、セラミック部材1111aは、環状領域111bも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック1111を囲む他の部材が環状領域111bを有してもよい。この場合、リングアセンブリ112は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック1111と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。
In one embodiment, body portion 111 includes a base 1110 and an electrostatic chuck 1111. Base 1110 includes a conductive member. Electrostatic chuck 1111 is placed on base 1110. Electrostatic chuck 1111 includes a
リングアセンブリ112は、1又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、1又は複数の環状部材は、1又は複数のエッジリングと少なくとも1つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
また、基板支持部11は、静電チャック1111、リングアセンブリ112及び基板のうち少なくとも1つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路1110a、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路1110aには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路1110aが基台1110内に形成され、1又は複数のヒータが静電チャック1111のセラミック部材1111a内に配置される。また、基板支持部11は、基板Wの裏面と中央領域111aとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
Further, the
シャワーヘッド13は、ガス供給部20からの少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理空間10s内に導入するように構成される。シャワーヘッド13は、少なくとも1つのガス供給口13a、少なくとも1つのガス拡散室13b、及び複数のガス導入口13cを有する。ガス供給口13aに供給された処理ガスは、ガス拡散室13bを通過して複数のガス導入口13cからプラズマ処理空間10s内に導入される。また、シャワーヘッド13は、少なくとも1つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド13に加えて、側壁10aに形成された1又は複数の開口部に取り付けられる1又は複数のサイドガス注入部(SGI:Side Gas Injector)を含んでもよい。
The
ガス供給部20は、少なくとも1つのガスソース21及び少なくとも1つの流量制御器22を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部20は、少なくとも1つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース21からそれぞれに対応の流量制御器22を介してシャワーヘッド13に供給するように構成される。各流量制御器22は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部20は、少なくとも1つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する少なくとも1つの流量変調デバイスを含んでもよい。
The
排気システム40は、例えばプラズマ処理チャンバ10の底部に設けられたガス排出口10eに接続され得る。排気システム40は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間10s内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
The
一実施形態において、プラズマ処理装置1は、グランド部材14を更に備えていてもよい。グランド部材14は、アルミニウムのような金属から形成されており、電気的に接地されている。グランド部材14は、基板支持部11とグランド部材14との間に空間HSが介在するように基板支持部11の下方で延在している。また、グランド部材14は、空間HSを囲むように延在している。
In one embodiment, the
一実施形態において、グランド部材14は、第1のグランド部材141及び第2のグランド部材142を含んでいてもよい。第1のグランド部材141は、基板支持部11の下面に対面するように基板支持部11の下方で延在している。空間HSは、第1のグランド部材141と基板支持部11との間に介在している。第2のグランド部材142は、略円筒形状を有している。第2のグランド部材142は、空間HSを囲むように設けられている。一実施形態では、絶縁性部材113が、第2のグランド部材142上に設けられていてもよい。絶縁性部材113は、略円筒形状を有しており、静電チャック1111及び基台1110の外周に沿って延在している。
In one embodiment, the
一実施形態において、グランド部材14(一例では第1のグランド部材141)は、基板支持部11の後述の高周波電極(一例では基台1110)の中心の下方において開口14hを提供していてもよい。プラズマ処理装置1は、基板支持部11の高周波電極(一例では基台1110)の中心から開口14hを通って下方に延びる給電体15を更に備えていてもよい。給電体15は、棒状又は筒状をなしており、鉛直方向に延びている。
In one embodiment, the ground member 14 (in one example, the first ground member 141) may provide an
以下、図2と共に図3を参照する。図3は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における電源システムの構成例を示す図である。電源システム30は、高周波電源31及びバイアス電源32を含む。高周波電源31は、一実施形態のプラズマ生成部12を構成する。高周波電源31は、ソース高周波電力RFを発生するように構成されている。ソース高周波電力RFは、ソース周波数fRFを有する。即ち、ソース高周波電力RFは、その周波数がソース周波数fRFである正弦波状の波形を有する。ソース周波数fRFは、10MHz~150MHzの範囲内の周波数であり得る。高周波電源31は、整合器33を介して高周波電極に電気的に接続されており、ソース高周波電力RFを高周波電極に供給するように構成されている。高周波電極は、基板支持部11内に設けられていてもよい。高周波電極は、基台1110の導電性部材又はセラミック部材1111a内に設けられた少なくとも一つの電極であってもよい。或いは、高周波電極は、上部電極であってもよい。一実施形態において、高周波電源31は、高周波電極(例えば、基台1110の導電性部材)に給電体15を介して電気的に接続されていてもよい。ソース高周波電力RFが高周波電極に供給されると、チャンバ10内のガスからプラズマが生成される。
Hereinafter, FIG. 3 will be referred to in conjunction with FIG. 2. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a power supply system in a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
整合器33は、可変インピーダンスを有する。一実施形態において、整合器33は、グランド部材14の下方に設けられている。整合器33の可変インピーダンスは、ソース高周波電力RFの負荷からの反射を低減するよう、設定される。整合器33は、例えば制御部2によって制御され得る。
一実施形態において、高周波電源31は、信号発生器31g、D/A変換器31c、及び増幅器31aを含んでいてもよい。信号発生器31gは、ソース周波数fRFを有する高周波信号を発生する。信号発生器31gは、プログラム可能なプロセッサ又はFPGA(Field-Programmable Gate Array)のようなプログラム可能なロジックデバイスから構成されていてもよい。信号発生器31gは、後述する信号発生器32gと共に単一のプログラム可能なデバイスから構成されていてもよく、信号発生器32gとは別個のプログラム可能なデバイスから構成されていてもよい。
In one embodiment, the high
信号発生器31gの出力は、D/A変換器31cの入力に接続されている。D/A変換器31cは、信号発生器31gからの高周波信号をアナログ信号に変換する。D/A変換器31cの出力は、増幅器31aの入力に接続されている。増幅器31aは、D/A変換器31cからのアナログ信号を増幅して、ソース高周波電力RFを生成する。増幅器31aの増幅率は、制御部2から高周波電源31に指定される。なお、高周波電源31は、D/A変換器31cを含んでいなくてもよい。この場合には、信号発生器31gの出力は、増幅器31aの入力に接続され、増幅器31aは、信号発生器31gからの高周波信号を増幅して、ソース高周波電力RFを生成する。
The output of the
バイアス電源32は、基板支持部11に電気的に結合されている。バイアス電源32は、基板支持部11内のバイアス電極に電気的に接続されており、電気バイアスエネルギーBEをバイアス電極に供給するように構成されている。バイアス電極は、基台1110の導電性部材又はセラミック部材1111a内に設けられた少なくとも一つの電極であってもよい。バイアス電極は、高周波電極と共通であってもよい。一実施形態において、バイアス電源32は、バイアス電極(例えば、基台1110の導電性部材)に給電体15を介して電気的に接続されていてもよい。電気バイアスエネルギーBEがバイアス電極に供給されると、プラズマからのイオンが基板Wに引き付けられる。
以下、図2及び図3と共に図4を参照する。図4は、電気バイアスエネルギーの波形の例を示す図である。バイアス電源32は、波形周期CYを有する電気バイアスエネルギーBEをバイアス電極に周期的に与えるように構成されている。即ち、電気バイアスエネルギーBEは、複数の波形周期CYの各々においてバイアス電極に与えられる。複数の波形周期CYの各々は、バイアス周波数で規定される。バイアス周波数は、例えば50kHz以上、27MHz以下の周波数である。複数の波形周期CYの各々の時間長は、バイアス周波数の逆数である。複数の波形周期CYは時間的に順に出現する。
Hereinafter, FIG. 4 will be referred to in conjunction with FIGS. 2 and 3. FIG. 4 is a diagram showing an example of a waveform of electric bias energy. The
図4に示すように、電気バイアスエネルギーBEは、バイアス周波数を有するバイアス高周波電力LFであってもよい。即ち、電気バイアスエネルギーBEは、その周波数がバイアス周波数である正弦波状の波形を有していてもよい。この場合には、バイアス電源32は、整合器34を介して、バイアス電極に電気的に接続される。整合器34の可変インピーダンスは、バイアス高周波電力LFの負荷からの反射を低減するよう、設定される。
As shown in FIG. 4, the electric bias energy BE may be a bias high frequency power LF having a bias frequency. That is, the electric bias energy BE may have a sinusoidal waveform whose frequency is the bias frequency. In this case, the
或いは、電気バイアスエネルギーBEは、電圧のパルスPVを含んでいてもよい。電圧のパルスPVは、波形周期CY内においてバイアス電極に印加される。電圧のパルスPVは、波形周期CYの時間長と同じ長さの時間間隔で周期的にバイアス電極に印加される。パルスPVの波形は、矩形波、三角波、又は任意の波形であり得る。パルスPVの電圧の極性は、基板Wとプラズマとの間に電位差を生じさせてプラズマからのイオンを基板Wに引き込むことができるように設定される。パルスPVは、負の電圧のパルス又は負の直流電圧のパルスであってもよい。なお、電気バイアスエネルギーBEが電圧のパルスPVである場合には、プラズマ処理装置1は整合器34を備えていなくてもよい。
Alternatively, the electrical bias energy BE may include pulses of voltage PV. A voltage pulse PV is applied to the bias electrode within a waveform period CY. The voltage pulse PV is periodically applied to the bias electrode at time intervals having the same length as the waveform period CY. The waveform of the pulse PV can be a rectangular wave, a triangular wave, or any waveform. The polarity of the voltage of the pulse PV is set so as to create a potential difference between the substrate W and the plasma so that ions from the plasma can be drawn into the substrate W. The pulse PV may be a negative voltage pulse or a negative DC voltage pulse. Note that when the electric bias energy BE is a voltage pulse PV, the
一実施形態において、バイアス電源32は、図3に示すように、信号発生器32g、D/A変換器32c、及び増幅器32aを含んでいてもよい。信号発生器32gは、指定された波形及び波形周期CYを有するバイアス信号を、周期的に発生する。信号発生器32gは、プログラム可能なプロセッサ又はFPGAのようなプログラム可能なロジックデバイスから構成されていてもよい。
In one embodiment,
信号発生器32gの出力は、D/A変換器32cの入力に接続されている。D/A変換器32cは、信号発生器32gからのバイアス信号をアナログ信号に変換する。D/A変換器32cの出力は、増幅器32aの入力に接続されている。増幅器32aは、D/A変換器32cからのアナログ信号を増幅して、電気バイアスエネルギーBEを生成する。増幅器32aの増幅率は、制御部2からバイアス電源32に指定される。なお、バイアス電源32は、D/A変換器32cを含んでいなくてもよい。この場合には、信号発生器32gの出力は、増幅器32aの入力に接続され、増幅器32aは、信号発生器32gからのバイアス信号を増幅して、電気バイアスエネルギーBEを生成する。
The output of the
図2に示すように、プラズマ処理装置1は、少なくとも一つのコンデンサ16を更に備えている。少なくとも一つのコンデンサ16は、整合器33及び34から分離されている。少なくとも一つのコンデンサ16は、高周波電極とグランドとの間で接続されている。一実施形態において、少なくとも一つのコンデンサ16は、給電体15とグランド部材14(例えば第1のグランド部材141)との間で接続されている。一実施形態において、少なくとも一つのコンデンサ16は、空間HS内に配置されていてもよい。少なくとも一つのコンデンサ16は、真空コンデンサであってもよい。また、少なくとも一つのコンデンサ16と高周波電極は、導体パスのみで互いに電気的に接続されていてもよい。また、少なくとも一つのコンデンサ16とグランド部材14は、導体パスのみで互いに電気的に接続されていてもよい。即ち、少なくとも一つのコンデンサ16は、抵抗素子を含まない電気的パスのみを介して高周波電極とグランドとの間で接続されていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
以下、図5を参照する。図5は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置の複数のコンデンサを示す平面図である。プラズマ処理装置1は、少なくとも一つのコンデンサ16として、複数のコンデンサ16を備えていてもよい。複数のコンデンサ16は、高周波電極とグランドとの間で並列に接続されている。一実施形態において、複数のコンデンサ16は、給電体15とグランド部材14(例えば第1のグランド部材141)との間で並列に接続されている。複数のコンデンサ16は、空間HS内に配置されていてもよい。
Refer to FIG. 5 below. FIG. 5 is a top view of a plurality of capacitors of a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment. The
複数のコンデンサ16は、給電体15の周りで周方向に沿って、且つ、等間隔に配列されていてもよい。複数のコンデンサ16のそれぞれから給電体15まで延びる複数の配線は、実質的に同一の長さを有していてもよく、周方向において等間隔に配列された複数の接点で、給電体15に接触していてもよい。また、複数のコンデンサ16のそれぞれからグランド部材14まで延びる複数の配線は、実質的に同一の長さを有していてもよく、周方向において等間隔に配列された複数の接点で、グランド部材14に接触していてもよい。
The plurality of
一実施形態において、高周波電源31は、ソース高周波電力RFの反射の度合いを低減するよう、電気バイアスエネルギーBEの波形周期CY内の複数の位相期間SPの各々におけるソース周波数を調整するように構成されている。ソース周波数の調整は、第1のフィードバック及び/又は第2のフィードバックにより行われる。第1のフィードバック及び第2のフィードバックの詳細については、後述する。
In one embodiment, the radio
プラズマ処理装置1において、基板Wの電位は、電気バイアスエネルギーBEの波形周期CY内で変動し、その結果、基板W上のシース(プラズマシース)の厚さが波形周期CY内で変動する。基板W上のシースの厚さの変動は、波形周期CY内でのシースの静電容量の変動をもたらす。しかしながら、プラズマ処理装置1では、シースとコンデンサ16は、高周波電源31とグランドとの間で並列接続の関係を有するので、シースの静電容量とコンデンサの静電容量の合成静電容量に対してシースの静電容量の変動は小さい。したがって、プラズマ処理装置1によれば、シースの厚さの変動に起因するインピーダンスの不整合によるソース高周波電力RFの反射が低減される。
In the
また、プラズマ処理装置1では、シースの静電容量とコンデンサの静電容量の合成静電容量に対してシースの静電容量の変動は小さいので、ソース高周波電力RFの反射を低減するためのソース周波数の調整量が小さくなる。
In addition, in the
[第1のフィードバック] [First feedback]
以下、第1のフィードバックについて、図6を参照しつつ説明する。図6は、電気バイアスエネルギーとソース高周波電力のソース周波数の一例のタイミングチャートである。第1のフィードバックは、連続する複数の波形周期CYの各々の中の複数の位相期間SPにおけるソース周波数の調整のために行われる。複数の波形周期CYの各々は、N個の位相期間SP(1)~SP(N)を含んでいる。Nは、2以上の整数である。N個の位相期間SP(1)~SP(N)は、複数の波形周期CYの各々をN個の位相期間に分割している。以下の説明において、波形周期CY(m)は、複数の波形周期CYのうち、m番目の波形周期を表す。位相期間SP(n)は、位相期間SP(1)~SP(N)のうち、n番目の位相期間を表す。また、位相期間SP(m,n)は、波形周期CY(m)におけるn番目の位相期間を表す。 The first feedback will be explained below with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a timing chart of an example of source frequencies of electric bias energy and source high-frequency power. A first feedback is provided for adjustment of the source frequency in a plurality of phase periods SP within each of a plurality of consecutive waveform periods CY. Each of the plurality of waveform periods CY includes N phase periods SP(1) to SP(N). N is an integer of 2 or more. The N phase periods SP(1) to SP(N) divide each of the plurality of waveform periods CY into N phase periods. In the following description, the waveform period CY(m) represents the m-th waveform period among the plurality of waveform periods CY. The phase period SP(n) represents the n-th phase period among the phase periods SP(1) to SP(N). Moreover, the phase period SP (m, n) represents the n-th phase period in the waveform period CY (m).
第1のフィードバックにおけるソース周波数の調整は、高周波電源31(又はその信号発生器31g)によって行われ得る。高周波電源31は、位相期間SP(m,n)におけるソース高周波電力RFのソース周波数を、ソース高周波電力RFの反射の度合いの変化に応じて調整する。
Adjustment of the source frequency in the first feedback may be performed by the high frequency power supply 31 (or its
ソース高周波電力RFの反射の度合いを決定するために、プラズマ処理装置1は、センサ35及び/又はセンサ36を更に備えていてもよい。センサ35は、ソース高周波電力RFの負荷からの反射波のパワーレベルPrを測定するように構成されている。センサ35は、例えば方向性結合器を含む。この方向性結合器は、高周波電源31と整合器33との間に設けられていてもよい。なお、センサ35は、ソース高周波電力RFの進行波のパワーレベルPfを更に測定するように構成されていてもよい。センサ35によって測定された反射波のパワーレベルPrは、高周波電源31に通知される。加えて、進行波のパワーレベルPfが、センサ35から高周波電源31に通知されてもよい。
The
センサ36は、電圧センサ及び電流センサを含む。センサ36は、高周波電源31と高周波電極とを互いに接続する給電路における電圧VRF及び電流IRFを測定するように構成されている。ソース高周波電力RFは、この給電路を経由して高周波電極に供給される。センサ36は、高周波電源31と整合器33との間に設けられていてもよい。電圧VRF及び電流IRFは、高周波電源31に通知される。
高周波電源31は、複数の位相期間SPの各々における測定値から代表値を生成する。測定値は、センサ35によって取得される反射波のパワーレベルPrであってもよい。測定値は、ソース高周波電力RFの出力パワーレベルに対する反射波のパワーレベルPrの比の値(即ち、反射率)であってもよい。測定値は、複数の位相期間SPの各々においてセンサ36によって取得される電圧VRFと電流IRFの位相差θであってもよい。測定値は、複数の位相期間SPの各々における高周波電源31の負荷側のインピーダンスZであってもよい。インピーダンスZは、センサ36によって取得される電圧VRFと電流IRFから決定される。代表値は、複数の位相期間SPの各々における当該測定値の平均値又は最大値であってもよい。高周波電源31は、複数の位相期間SPの各々における代表値を、ソース高周波電力RFの反射の度合いを表す値として用いる。
The high
第1のフィードバックにおいて、高周波電源31は、波形周期CY(m)の前の二つ以上の波形周期CYそれぞれにおける対応の位相期間SP(n)において互いに異なるソース周波数を用いることにより、反射の度合いの変化を特定する。
In the first feedback, the high
二つの以上の波形周期CYそれぞれにおける位相期間SP(n)において互いに異なるソース周波数を用いることにより、ソース周波数の変更(周波数シフト)とソース高周波電力の反射の度合いの変化との関係を特定することが可能である。したがって、プラズマ処理装置1によれば、反射の度合いの変化に応じて、位相期間SP(m,n)において用いられるソース周波数を、反射の度合いを低減するように調整することが可能である。また、プラズマ処理装置1によれば、電気バイアスエネルギーBEが基板支持部11のバイアス電極に与えられる複数の波形周期CYの各々において、高速に反射の度合いを低減することが可能である。
Identifying the relationship between a change in the source frequency (frequency shift) and a change in the degree of reflection of the source high-frequency power by using different source frequencies in the phase period SP(n) in each of two or more waveform periods CY. is possible. Therefore, according to the
一実施形態において、波形周期CY(m)の前の二つ以上の波形周期CYは、波形周期CY(m-M1)及び波形周期CY(m-M2)を含む。ここで、M1及びM2は、M1>M2を満たす自然数である。一実施形態においては、波形周期CY(m-M1)は、波形周期CY(m-2Q)であり、波形周期CY(m-M2)は、波形周期CY(m-Q)である。「Q」及び「M2」は「1」であってもよく、「2Q」及び「M1」は「2」であってもよい。「Q」は、2以上の整数であってもよい。 In one embodiment, the two or more waveform periods CY prior to waveform period CY(m) include waveform period CY(m-M 1 ) and waveform period CY(m-M 2 ). Here, M 1 and M 2 are natural numbers satisfying M 1 >M 2 . In one embodiment, the waveform period CY(m-M 1 ) is the waveform period CY(m-2Q) and the waveform period CY(m-M 2 ) is the waveform period CY(m-Q). "Q" and " M2 " may be "1", and "2Q" and " M1 " may be "2". "Q" may be an integer of 2 or more.
第1のフィードバックにおいて、高周波電源31は、ソース周波数f(m-M2,n)に、ソース周波数f(m-M1,n)からの一方の周波数シフトを与える。ここで、f(m,n)は、位相期間SP(m,n)で用いられるソース高周波電力RFのソース周波数を表す。f(m,n)は、f(m,n)=f(m-M2,n)+Δ(m,n)で表される。Δ(m,n)は、周波数シフトの量を表す。一方の周波数シフトは、周波数の減少及び周波数の増加のうち一方である。一方の周波数シフトが周波数の減少であれば、Δ(m,n)は負の値を有する。一方の周波数シフトが周波数の増加であれば、Δ(m,n)は正の値を有する。
In the first feedback, the high
第1のフィードバックにおいて、一方の周波数シフトにより得られたソース周波数f(m-M2,n)を用いることにより反射の度合いが低下した場合には、高周波電源31は、ソース周波数f(m,n)を、ソース周波数f(m-M2,n)に対して一方の周波数シフトを有する周波数に設定する。例えば、一方の周波数シフトによりパワーレベルPr(m-M2,n)がパワーレベルPr(m-M1,n)から減少した場合には、高周波電源31は、ソース周波数f(m,n)を、ソース周波数f(m-M2,n)に対して一方の周波数シフトを有する周波数に設定する。なお、Pr(m,n)は、位相期間SP(m,n)におけるソース高周波電力RFの反射波のパワーレベルPrを表している。
In the first feedback, when the degree of reflection is reduced by using the source frequency f(m-M 2 , n) obtained by one frequency shift, the high-
第1のフィードバックにおいては、一方の周波数シフトによって得られたソース周波数f(m-M2,n)を用いることにより反射の度合いが増大する場合が生じ得る。例えば、一方の周波数シフトにより反射波のパワーレベルPr(m-M2,n)が反射波のパワーレベルPr(m-M1,n)から増加する場合が生じ得る。この場合には、高周波電源31は、ソース周波数f(m,n)を、ソース周波数f(m-M2,n)に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定してもよい。
In the first feedback, the degree of reflection may increase by using the source frequency f(m−M 2 ,n) obtained by one frequency shift. For example, a case may occur in which the power level Pr (m-M 2 , n) of the reflected wave increases from the power level Pr (m-M 1 , n) of the reflected wave due to one frequency shift. In this case, the high
別の実施形態において、位相期間SP(m,n)におけるソース高周波電力RFのソース周波数は、波形周期CY(m)の前の二つ以上の波形周期CYそれぞれにおける対応の位相期間SP(n)において互いに異なるソース周波数を用いることにより得られる二つ以上の反射の度合い(例えば、パワーレベルPr)から、反射の度合いを最小化する周波数として求められてもよい。反射の度合いを最小化する周波数は、当該互いに異なる周波数のそれぞれと対応の反射の度合いとを用いた最小自乗化法により求められてもよい。 In another embodiment, the source frequency of the source radio frequency power RF in the phase period SP(m,n) is the corresponding phase period SP(n) in each of the two or more waveform periods CY preceding the waveform period CY(m). The frequency that minimizes the degree of reflection may be determined from two or more degrees of reflection (for example, power level Pr) obtained by using different source frequencies. The frequency that minimizes the degree of reflection may be determined by a least squares method using each of the different frequencies and the corresponding degree of reflection.
[第2のフィードバック] [Second feedback]
第2のフィードバックは、バイアス電源32が複数のパルス期間PPの各々において電気バイアスエネルギーBEを周期的にバイアス電極に与える場合に用いられ得る。ここで、図7の(a)、図7の(b)、図8の(a)、及び図8の(b)を参照する。図7の(a)、図7の(b)、図8の(a)、及び図8の(b)の各々は、ソース高周波電力RFと電気バイアスエネルギーBEの一例のタイミングチャートである。これらの図において、ソース高周波電力RFの「ON」は、ソース高周波電力RFが供給されていることを示しており、ソース高周波電力RFの「OFF」は、ソース高周波電力RFの供給が停止されていることを示している。また、これらの図において、電気バイアスエネルギーBEの「ON」は、電気バイアスエネルギーBEがバイアス電極に与えられていることを示しており、電気バイアスエネルギーBEの「OFF」は、電気バイアスエネルギーBEがバイアス電極に与えられていないことを示している。また、これらの図において、電気バイアスエネルギーBEの「HIGH」は、「LOW」で示される電気バイアスエネルギーBEのレベルよりも高いレベルを有する電気バイアスエネルギーBEがバイアス電極に与えられていることを示している。
A second feedback may be used where
複数のパルス期間PPは、時間的に順に出現する。複数のパルス期間PPは、パルス周波数の逆数の時間間隔(周期)で順に出現してもよい。以下の説明において、パルス期間PP(k)は、複数のパルス期間PPのうちk番目のパルス期間を表している。パルス周波数は、バイアス周波数よりも低く、例えば、1kHz以上、100kHz以下の周波数である。上述したように、電気バイアスエネルギーBEは、複数のパルス期間PPの各々において、周期的にバイアス電極に与えられる。複数のパルス期間PP以外の期間において、電気バイアスエネルギーBEは、バイアス電極に与えられなくてもよい。或いは、複数のパルス期間PPにおける電気バイアスエネルギーBEのレベルよりも低いレベルを有する電気バイアスエネルギーBEが、複数のパルス期間PP以外の期間において、バイアス電極に与えられてもよい。 The plurality of pulse periods PP appear sequentially in time. The plurality of pulse periods PP may appear in order at time intervals (periods) that are the reciprocal of the pulse frequency. In the following description, the pulse period PP(k) represents the k-th pulse period among the plurality of pulse periods PP. The pulse frequency is lower than the bias frequency, for example, a frequency of 1 kHz or more and 100 kHz or less. As described above, electrical bias energy BE is periodically applied to the bias electrode in each of the plurality of pulse periods PP. Electrical bias energy BE may not be applied to the bias electrode during periods other than the plurality of pulse periods PP. Alternatively, electrical bias energy BE having a level lower than the level of electrical bias energy BE in the plurality of pulse periods PP may be applied to the bias electrode in periods other than the plurality of pulse periods PP.
図7の(a)に示すように、ソース高周波電力RFは、連続波として供給されてもよい。図7の(a)に示す例では、複数のパルス期間PPにおいてソース高周波電力RFが供給される複数の重複期間OPはそれぞれ、複数のパルス期間PPと一致する。 As shown in FIG. 7(a), the source high frequency power RF may be supplied as a continuous wave. In the example shown in FIG. 7A, the plurality of overlapping periods OP in which the source high-frequency power RF is supplied in the plurality of pulse periods PP each coincide with the plurality of pulse periods PP.
或いは、図7の(b)、図8の(a)、及び図8の(b)に示すように、ソース高周波電力RFのパルスが、供給されてもよい。図7の(b)に示すように、ソース高周波電力RFのパルスは、複数のパルス期間PPとそれぞれ一致する複数の期間の各々において供給されてもよい。図7の(b)に示す例では、複数のパルス期間PPにおいてソース高周波電力RFが供給される複数の重複期間OPはそれぞれ、複数のパルス期間PPと一致する。図8の(a)及び図8の(b)に示すように、ソース高周波電力RFのパルスは、複数のパルス期間PPとそれぞれ部分的に重複する複数の期間の各々において供給されてもよい。図8の(a)及び図8の(b)の各々に示す例では、複数のパルス期間PPにおいてソース高周波電力RFが供給される複数の重複期間OPの各々は、複数のパルス期間PPのうち対応のパルス期間PPの一部である。なお、以下の説明において、重複期間OP(k)は、複数の重複期間OPのうちk番目の重複期間を表している。 Alternatively, as shown in FIG. 7(b), FIG. 8(a), and FIG. 8(b), pulses of source high frequency power RF may be supplied. As shown in FIG. 7B, the pulse of the source high-frequency power RF may be supplied in each of a plurality of periods that respectively coincide with the plurality of pulse periods PP. In the example shown in FIG. 7B, the plurality of overlapping periods OP in which the source high-frequency power RF is supplied in the plurality of pulse periods PP each coincide with the plurality of pulse periods PP. As shown in FIGS. 8A and 8B, the pulse of the source high-frequency power RF may be supplied in each of a plurality of periods that partially overlap with the plurality of pulse periods PP. In the examples shown in each of FIGS. 8(a) and 8(b), each of the multiple overlapping periods OP in which the source high-frequency power RF is supplied in the multiple pulse periods PP is is part of the corresponding pulse period PP. Note that in the following description, overlapping period OP(k) represents the k-th overlapping period among the plurality of overlapping periods OP.
電気バイアスエネルギーBEは、複数のパルス期間PPの各々の中の複数の波形周期CYの各々においてバイアス電極に与えられる。即ち、電気バイアスエネルギーBEは、複数のパルス期間PPの各々の中で周期的にバイアス電極に与えられる。以下の説明において、波形周期CY(m)は、複数の重複期間OPの各々の中の複数の波形周期CY(1)~CY(M)のうち、m番目の波形周期を表す。また、波形周期CY(k,m)は、k番目の重複期間内のm番目の波形周期を表す。また、位相期間SP(n)は、複数の重複期間OPの各々の中の複数の波形周期CYの各々における複数の位相期間SP(1)~SP(N)のうちn番目の位相期間を表している。また、位相期間SP(m,n)は、波形周期CY(m)におけるn番目の位相期間を表す。また、位相期間SP(k,m,n)は、k番目の重複期間OP(k)内の波形周期CY(m)におけるn番目の位相期間を表す。 Electrical bias energy BE is applied to the bias electrode in each of a plurality of waveform periods CY within each of a plurality of pulse periods PP. That is, the electrical bias energy BE is applied to the bias electrode periodically within each of the plurality of pulse periods PP. In the following description, the waveform period CY(m) represents the m-th waveform period among the plurality of waveform periods CY(1) to CY(M) in each of the plurality of overlapping periods OP. Moreover, the waveform period CY (k, m) represents the m-th waveform period within the k-th overlapping period. Further, the phase period SP(n) represents the n-th phase period among the plurality of phase periods SP(1) to SP(N) in each of the plurality of waveform periods CY in each of the plurality of overlapping periods OP. ing. Moreover, the phase period SP (m, n) represents the n-th phase period in the waveform period CY (m). Further, the phase period SP(k, m, n) represents the n-th phase period in the waveform period CY(m) within the k-th overlapping period OP(k).
重複期間OP(1)~OP(T-1)の各々における複数の波形周期CYの各々の中の複数の位相期間SPの各々のソース周波数は、上述した第1のフィードバックにより行われ得る。なお、Tは、3以上の整数である。或いは、重複期間OP(1)~OP(T-1)の各々における複数の波形周期CYの各々の中の複数の位相期間SPの各々のソース周波数は、予め準備されたテーブルに登録されている周波数に設定されてもよい。 The source frequency of each of the plurality of phase periods SP in each of the plurality of waveform periods CY in each of the overlapping periods OP(1) to OP(T-1) may be determined by the first feedback described above. Note that T is an integer of 3 or more. Alternatively, the source frequency of each of the plurality of phase periods SP in each of the plurality of waveform periods CY in each of the overlapping periods OP(1) to OP(T-1) is registered in a table prepared in advance. It may be set to the frequency.
重複期間OP(T)以降の重複期間におけるソース高周波電力RFのソース周波数の調整においては、第2のフィードバックが用いられ得る。以下、図9を参照して、第2のフィードバックについて説明する。図9は、電気バイアスエネルギーとソース高周波電力のソース周波数の一例のタイミングチャートである。 The second feedback may be used in adjusting the source frequency of the source high frequency power RF in the overlapping period after the overlapping period OP(T). The second feedback will be explained below with reference to FIG. FIG. 9 is a timing chart of an example of source frequencies of electric bias energy and source high-frequency power.
第2のフィードバックにおいて、高周波電源31は、ソース周波数f(k,m,n)を、ソース高周波電力RFの上述した反射の度合いの変化に応じて、調整する。第2のフィードバックでは、反射の度合いの変化は、重複期間OP(k)の前の二つ以上の重複期間OP内の波形周期CY(m)内の対応の位相期間SP(n)において互いに異なるソース高周波電力RFのソース周波数を用いることにより特定される。
In the second feedback, the high
第2のフィードバックでは、二つ以上の重複期間OPそれぞれにおける同一波形周期内の同一の位相期間において互いに異なるソース周波数を用いることにより、ソース周波数の変更(周波数シフト)とソース高周波電力の反射の度合いの変化との関係を特定することが可能である。したがって、第2のフィードバックによれば、反射の度合いの変化に応じて、位相期間SP(k,m,n)において用いられるソース周波数を、反射の度合いを低減するように調整することが可能である。また、第2のフィードバックによれば、複数の重複期間OPの各々の中の複数の波形周期CYの各々において、高速に反射の度合いを低減することが可能である。 In the second feedback, by using different source frequencies in the same phase period within the same waveform period in each of two or more overlapping periods OP, the source frequency can be changed (frequency shift) and the degree of reflection of the source high-frequency power can be changed. It is possible to identify the relationship between changes in Therefore, according to the second feedback, depending on the change in the degree of reflection, it is possible to adjust the source frequency used in the phase period SP(k, m, n) so as to reduce the degree of reflection. be. Further, according to the second feedback, it is possible to rapidly reduce the degree of reflection in each of the plurality of waveform periods CY in each of the plurality of overlapping periods OP.
一実施形態において、重複期間OP(k)の前の二つ以上の重複期間OPは、(k-K1)番目の重複期間OP(k-K1)と(k-K2)番目の重複期間OP(k-K2)を含む。ここで、K1及びK2は、K1>K2を満たす自然数である。 In one embodiment, the two or more overlapping periods OP before the overlapping period OP(k) include a (k-K 1 )th overlapping period OP(k-K 1 ) and a (k-K 2 )th overlapping period OP(k-K 1 ). Includes period OP(k-K 2 ). Here, K 1 and K 2 are natural numbers satisfying K 1 >K 2 .
一実施形態においては、重複期間OP(k-K1)は、重複期間OP(k-2)である。重複期間OP(k-K2)は、重複期間OP(k-K1)の後の重複期間であり、一実施形態においては、重複期間OP(k-1)である。即ち、一実施形態において、K2、K1はそれぞれ、1、2である。 In one embodiment, the overlapping period OP(k-K 1 ) is the overlapping period OP(k-2). The overlapping period OP(k-K 2 ) is the overlapping period after the overlapping period OP(k-K 1 ), and in one embodiment is the overlapping period OP(k-1). That is, in one embodiment, K 2 and K 1 are 1 and 2, respectively.
高周波電源31は、位相期間SP(k-K2,m,n)におけるソース周波数f(k-K2,m,n)に、位相期間SP(k-K1,m,n)におけるソース周波数からの一方の周波数シフトを与える。ここで、f(k,m,n)は、位相期間SP(k,m,n)で用いられるソース高周波電力RFのソース周波数を表す。f(k,m,n)は、f(k,m,n)=f(k-K2,m,n)+Δ(k,m,n)で表される。Δ(k,m,n)は、周波数シフトの量を表す。一方の周波数シフトは、周波数の減少及び周波数の増加のうち一方である。一方の周波数シフトが周波数の減少であれば、Δ(k,m,n)は負の値を有する。一方の周波数シフトが周波数の増加であれば、Δ(k,m,n)は正の値を有する。
The high
第2のフィードバックにおいて、一方の周波数シフトにより得られたソース周波数f(k-K2,m,n)を用いた場合に反射の度合いが低下した場合には、高周波電源31は、ソース周波数f(k,m,n)を、ソース周波数f(k-K2,m,n)に対して一方の周波数シフトを有する周波数に設定する。例えば、一方の周波数シフトによりパワーレベルPr(k-K2,m,n)がパワーレベルPr(k-K1,m,n)から減少した場合には、高周波電源31は、ソース周波数f(k,m,n)を、ソース周波数f(k-K2,m,n)に対して一方の周波数シフトを有する周波数に設定する。なお、Pr(k,m,n)は、位相期間SP(k,m,n)におけるソース高周波電力RFの反射波のパワーレベルPrを表している。
In the second feedback, if the degree of reflection decreases when using the source frequency f (k-K 2 , m, n) obtained by one frequency shift, the high-
第2のフィードバックでは、一方の周波数シフトによって得られたソース周波数f(k-K2,m,n)を用いることにより反射の度合いが増大する場合が生じ得る。例えば、一方の周波数シフトにより反射波のパワーレベルPr(k-1,m,n)が反射波のパワーレベルPr(k-2,m,n)から増加する場合が生じ得る。この場合に、高周波電源31は、ソース周波数f(k,m,n)を、ソース周波数f(k-K2,m,n)に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定してもよい。
In the second feedback, the degree of reflection may increase by using the source frequency f(k−K 2 , m, n) obtained by one frequency shift. For example, a case may occur in which the power level Pr (k-1, m, n) of the reflected wave increases from the power level Pr (k-2, m, n) of the reflected wave due to one frequency shift. In this case, the high
以下、図10の(a)~図10(d)を参照する。図10の(a)~図10の(d)の各々は、電気バイアスエネルギーの別の例のタイミングチャートである。一実施形態において、複数の重複期間OPは、1番目からKa番目の重複期間OP(1)~OP(Ka)を含んでいてもよい。ここで、Kaは2以上の自然数である。 Hereinafter, reference will be made to FIGS. 10(a) to 10(d). Each of FIGS. 10(a) to 10(d) is a timing chart of another example of electric bias energy. In one embodiment, the plurality of overlapping periods OP may include the first to Kath overlapping periods OP(1) to OP(K a ) . Here, Ka is a natural number of 2 or more.
高周波電源31は、重複期間OP(1)~OP(Ka)の各々に含まれる複数の波形周期CYのうち1番目からMa番目の波形周期CY(1)~CY(Ma)の各々において、初期処理を行ってもよい。ここで、Maは、自然数である。初期処理においては、波形周期CY(1)~CY(Ma)それぞれのための複数の周波数セットを含む周波数セット群が用いられてもよく、当該周波数セット群に含まれる複数の周波数セットは互いに異なっていてもよい。また、重複期間OP(1)~OP(Ka)のそれぞれのための複数の周波数セット群が用いられてもよく、これら複数の周波数セット群は互いに異なっていてもよい。高周波電源31は、重複期間OP(1)~OP(Ka)の各々における1番目からMa番目の波形周期CY(1)~CY(Ma)の各々における複数の位相期間SPにおいて、ソース周波数として、対応の周波数セットに含まれる複数の周波数をそれぞれ用いる。なお、複数の周波数セット並びに複数の周波数セット群は、制御部2又は高周波電源31の記憶部に記憶されていてもよい。
The high-
高周波電源31は、重複期間OP(1)~OP(Ka)の各々において、複数の波形周期CYのうち波形周期CY(Ma)の後に、上述の第1のフィードバックを行ってもよい。即ち、高周波電源31は、重複期間OP(1)~OP(Ka)の各々に含まれる波形周期CY(Ma+1)~CY(M)において、上述の第1のフィードバックを行ってもよい。
The high-
一実施形態において、複数の重複期間OPは、(Ka+1)番目からKb番目の重複期間OP(Ka+1)~OP(Kb)を更に含んでいてもよい。ここで、Kbは、(Ka+1)以上の自然数であり、Kb=Ka+1を満たしてもよい。 In one embodiment, the plurality of overlapping periods OP may further include (K a +1)-th to K b -th overlapping periods OP(K a +1) to OP(K b ). Here, K b is a natural number greater than or equal to (K a +1), and may satisfy K b =K a +1.
高周波電源31は、重複期間OP(Ka+1)~OP(Kb)の各々に含まれる複数の波形周期CYのうち1番目からMb1番目の波形周期CY(1)~CY(Mb1)の各々において上記の初期処理を行いってもよい。ここで、Mb1は、自然数である。Mb1及びMaは、Mb1<Maを満たしてもよい。
The high-
高周波電源31は、重複期間OP(Ka+1)~OP(Kb)の各々に含まれる複数の波形周期CYのうち(Mb1+1)番目~からMb2番目の波形周期CY(Mb1+1)~CY(Mb2)において、上述の第2のフィードバックを行ってもよい。ここで、Mb2は、Mb2>Mb1を満たす自然数である。
The high-
高周波電源31は、重複期間OP(Ka+1)~OP(Kb)の各々において、波形周期CY(Mb2)の後に、上述の第1のフィードバックを行ってもよい。即ち、高周波電源31は、重複期間OP(Ka+1)~OP(Kb)の各々に含まれる波形周期CY(Mb2+1)~CY(M)において、上述の第1のフィードバックを行ってもよい。
The high
また、高周波電源31は、(Kb+1)番目から最後の重複期間OP(Kb+1)~OP(K)の各々に含まれる1番目からMc番目の波形周期CY(1)~CY(Mc)において、上述の第2のフィードバックを行ってもよい。ここで、Mcは、自然数である。また、高周波電源31は、重複期間OP(Kb+1)~OP(K)の各々において、波形周期CY(Mc)の後に、上述の第1のフィードバックを行ってもよい。即ち、高周波電源31は、重複期間OP(Kb+1)~OP(K)の各々に含まれる波形周期CY(Mc+1)~CY(M)において、上述の第1のフィードバックを行ってもよい。
Furthermore, the high
別の実施形態では、第1のフィードバイックにおいて、位相期間SP(k,m,n)におけるソース高周波電力RFのソース周波数は、重複期間OP(k)内で波形周期CY(k,m)の前の二つ以上の波形周期CYそれぞれにおける対応の位相期間SP(n)において互いに異なるソース高周波電力RFのソース周波数を用いることにより得られる二つ以上の反射の度合い(例えば、パワーレベルPr)から、反射の度合いを最小化する周波数として求められてもよい。反射の度合いを最小化する周波数は、当該互いに異なる周波数のそれぞれと対応の反射の度合いとを用いた最小自乗化法により求められてもよい。 In another embodiment, in the first feedback, the source frequency of the source radio frequency power RF in the phase period SP(k,m,n) is of the waveform period CY(k,m) within the overlap period OP(k). From two or more degrees of reflection (e.g., power level Pr) obtained by using different source frequencies of the source high-frequency power RF in corresponding phase periods SP(n) in each of the previous two or more waveform periods CY , may be determined as a frequency that minimizes the degree of reflection. The frequency that minimizes the degree of reflection may be determined by a least squares method using each of the different frequencies and the corresponding degree of reflection.
また、第2のフィードバイックにおいて、ソース周波数f(k,m,n)は、重複期間OP(k)の前の二つ以上の重複期間OP内の波形周期CY(m)内の対応の位相期間SP(n)において互いに異なるソース高周波電力RFのソース周波数を用いることにより得られる二つ以上の反射の度合い(例えば、パワーレベルPr)から、反射の度合いを最小化する周波数として求められてもよい。反射の度合いを最小化する周波数は、当該互いに異なる周波数のそれぞれと対応の反射の度合いとを用いた最小自乗化法により求められてもよい。 In addition, in the second feedback, the source frequency f(k, m, n) is set to the corresponding phase within the waveform period CY(m) within two or more overlapping periods OP before the overlapping period OP(k). From two or more degrees of reflection (for example, power level Pr) obtained by using different source frequencies of the source high-frequency power RF in the period SP(n), the frequency that minimizes the degree of reflection may be determined. good. The frequency that minimizes the degree of reflection may be determined by a least squares method using each of the different frequencies and the corresponding degree of reflection.
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。 Although various exemplary embodiments have been described above, various additions, omissions, substitutions, and changes may be made without being limited to the exemplary embodiments described above. Also, elements from different embodiments may be combined to form other embodiments.
別の実施形態において、プラズマ処理装置1は、複数のコンデンサ16の代わりに、円環形状を有し且つ給電体15を取り囲む一つのコンデンサ16を備えていてもよい。
In another embodiment, the
また、別の実施形態においては、プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、ECRプラズマ処理装置、ヘリコン波励起プラズマ処理装置、又は表面波プラズマ処理装置であってもよい。何れのプラズマ処理装置においても、ソース高周波電力RFは、プラズマの生成のために用いられ、複数の波形周期CYの複数の位相期間SPにおいて用いられるソース高周波電力RFのソース周波数は、プラズマ処理装置1に関して上述したように、調整される。
In another embodiment, the plasma processing apparatus may be an inductively coupled plasma processing apparatus, an ECR plasma processing apparatus, a helicon wave excitation plasma processing apparatus, or a surface wave plasma processing apparatus. In any of the plasma processing apparatuses, the source high-frequency power RF is used for plasma generation, and the source frequency of the source high-frequency power RF used in the plurality of phase periods SP of the plurality of waveform periods CY is the same as that of the
以下、プラズマ処理装置1の評価のために行った第1~第4の実験について説明する。第2の実験及び第4の実験の各々では、プラズマ処理装置1は、各々が350(pF)の静電容量を有する三つのコンデンサ16を有していた。第1の実験及び第3の実験の各々では、プラズマ処理装置1から複数のコンデンサ16の全てを取り外した。第1の実験及び第2の実験の各々では、40.68MHzのソース周波数及び1kWの出力パワーレベルを有するソース高周波電力RFを供給した。第3の実験及び第4の実験の各々では、40.68MHzを基準周波数として上述の第1のフィードバックにより調整されたソース周波数を有し、且つ、1kWの出力パワーレベルを有するソース高周波電力RFを供給した。第1~第4の実験の各々では、2kW、5kW、10kWのパワーレベルを有するバイアス高周波電力LFを供給した。そして、第1~第4の実験では、シリコン酸化膜のエッチングを行った。
The first to fourth experiments conducted to evaluate the
第1~第4の実験の各々では、ソース高周波電力RFの結合効率(%)を求めた。結合効率は、ソース高周波電力RFの進行波のパワーレベルに対するロードパワーレベルの割合である。ロードパワーレベルは、ソース高周波電力RFの進行波のパワーレベルからソース高周波電力RFの反射波のパワーレベルを差し引いくことにより得られるパワーレベルである。また、第1及び第2の実験の各々では、シリコン酸化膜のエッチングレートの平均値を求めた。また、第3の実験及び第4の実験では、ソース周波数の調整量を求めた。ソース周波数の調整量は、波形周期CY内でのソース周波数の最大値と最小値の差である。 In each of the first to fourth experiments, the coupling efficiency (%) of source high frequency power RF was determined. The coupling efficiency is the ratio of the load power level to the traveling wave power level of the source high frequency power RF. The load power level is a power level obtained by subtracting the power level of the reflected wave of the source high-frequency power RF from the power level of the traveling wave of the source high-frequency power RF. Furthermore, in each of the first and second experiments, the average value of the etching rate of the silicon oxide film was determined. Further, in the third experiment and the fourth experiment, the amount of adjustment of the source frequency was determined. The amount of adjustment of the source frequency is the difference between the maximum value and the minimum value of the source frequency within the waveform period CY.
図11の(a)及び図11の(b)に第1~第4の実験の結果を示す。図11の(a)は、第1~第4の実験の各々において求めたソース高周波電力RFの結合効率を示している。図11の(a)に示すように、第2の実験での結合効率は、第1の実験での結合効率よりも相当に大きくなっていた。したがって、ソース周波数が一定であっても、複数のコンデンサ16を有するプラズマ処理装置1を用いることにより、ソース高周波電力RFの高い結合効率が得られることが確認された。また、第3の実験での結合効率は第1の実験での結合効率よりも高く、第4の実験での結合効率は第2の実験での結合効率及び第3の実験での結合効率よりも高かった。したがって、第1のフィードバックによって、高い結合効率が得られることが確認された。また、複数のコンデンサ16を有するプラズマ処理装置1を用いて、第1のフィードバックを行うことにより、相当に高い結合効率が得られることが確認された。また、バイアス高周波電力LFのパワーレベルが2kWである場合に、第2の実験でのシリコン酸化膜のエッチングレートの平均値は、第1の実験でのシリコン酸化膜のエッチングレートの平均値よりも、21.1%高かった。また、バイアス高周波電力LFのパワーレベルが5kWである場合に、第2の実験でのシリコン酸化膜のエッチングレートの平均値は、第1の実験でのシリコン酸化膜のエッチングレートの平均値よりも、13.7%高かった。また、バイアス高周波電力LFのパワーレベルが5kWである場合に、第2の実験でのシリコン酸化膜のエッチングレートの平均値は、第1の実験でのシリコン酸化膜のエッチングレートの平均値よりも、11.1%高かった。したがって、複数のコンデンサ16を有するプラズマ処理装置1を用いることにより、高いエッチングレートが得られることが確認された。
The results of the first to fourth experiments are shown in FIGS. 11(a) and 11(b). FIG. 11(a) shows the coupling efficiency of the source high-frequency power RF obtained in each of the first to fourth experiments. As shown in FIG. 11(a), the binding efficiency in the second experiment was considerably higher than the binding efficiency in the first experiment. Therefore, it was confirmed that even if the source frequency is constant, high coupling efficiency of the source high frequency power RF can be obtained by using the
図11の(b)は、第3の実験及び第4の実験の各々でのソース周波数の調整量を示ししている。図11の(b)に示すように、第4の実験でのソース周波数の調整量は、第3の実験でのソース周波数の調整量よりも相当に小さかった。このことから、複数のコンデンサ16を有するプラズマ処理装置1を用いることにより、第1のフィードバックにおけるソース周波数の調整量を相当に小さくすることが可能であることが確認された。
FIG. 11(b) shows the amount of adjustment of the source frequency in each of the third experiment and the fourth experiment. As shown in FIG. 11(b), the amount of adjustment of the source frequency in the fourth experiment was considerably smaller than the amount of adjustment of the source frequency in the third experiment. From this, it was confirmed that by using the
ここで、本開示に含まれる種々の例示的実施形態を、以下の[E1]~[E9]に記載する。 Various exemplary embodiments included in the present disclosure are now described in [E1] to [E9] below.
[E1]
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
前記基板支持部に電気的に結合されており、イオン引き込み用の電気バイアスエネルギーを前記基板支持部に供給するように構成されたバイアス電源であり、該電気バイアスエネルギーは、波形周期を有し、周期的に発生される、該バイアス電源と、
高周波電極と、
前記高周波電極に電気的に接続されており、前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するためのソース高周波電力を前記高周波電極に供給するように構成された高周波電源と、
前記高周波電源と前記高周波電極との間で接続された整合器と、
前記整合器から分離されており、前記高周波電極とグランドとの間で接続されたコンデンサと、
を備えるプラズマ処理装置。
[E1]
a chamber;
a substrate support provided in the chamber;
a bias power source electrically coupled to the substrate support and configured to provide electrical bias energy to the substrate support for ion attraction, the electrical bias energy having a waveform period; The bias power supply is periodically generated;
high frequency electrode,
a high frequency power source electrically connected to the high frequency electrode and configured to supply source high frequency power to the high frequency electrode for generating plasma from a gas in the chamber;
a matching box connected between the high frequency power source and the high frequency electrode;
a capacitor separated from the matching box and connected between the high frequency electrode and ground;
A plasma processing apparatus comprising:
E1の実施形態では、基板の電位が、電気バイアスエネルギーの波形周期内で変動し、その結果、基板上のシース(プラズマシース)の厚さが波形周期内で変動する。基板上のシースの厚さの変動は、波形周期内でのシースの静電容量の変動をもたらす。しかしながら、E1の実施形態では、シースとコンデンサは、高周波電源とグランドとの間で並列接続の関係を有するので、シースの静電容量とコンデンサの静電容量の合成静電容量に対してシースの静電容量の変動は小さい。したがって、E1の実施形態によれば、シースの厚さの変動に起因するインピーダンスの不整合によるソース高周波電力の反射が低減される。 In the E1 embodiment, the potential of the substrate varies within the waveform period of the electrical bias energy, and as a result, the thickness of the sheath (plasma sheath) on the substrate varies within the waveform period. Variations in the thickness of the sheath on the substrate result in variations in the capacitance of the sheath within the waveform period. However, in the E1 embodiment, the sheath and the capacitor have a parallel connection relationship between the high frequency power source and the ground, so the sheath's combined capacitance of the sheath's capacitance and the capacitor's capacitance is Variations in capacitance are small. Thus, embodiments of E1 reduce reflections of source RF power due to impedance mismatches due to variations in sheath thickness.
[E2]
前記高周波電極は、前記基板支持部内に設けられている、E1に記載のプラズマ処理装置。
[E2]
The plasma processing apparatus according to E1, wherein the high-frequency electrode is provided within the substrate support section.
[E3]
接地されたグランド部材であり、前記基板支持部と該グランド部材との間に空間が介在するように前記基板支持部の下方で延在しており、且つ、該空間を囲むように延在する、該グランド部材を更に備え、
前記整合器は、前記グランド部材の下方に設けられており、
前記コンデンサは、前記空間内に配置されている、
E2に記載のプラズマ処理装置。
[E3]
A grounding member that is grounded, and extends below the substrate support so that a space is interposed between the substrate support and the ground member, and extends so as to surround the space. , further comprising the ground member,
The matching box is provided below the ground member,
the capacitor is located within the space;
The plasma processing apparatus described in E2.
[E4]
前記高周波電極の中心から、前記グランド部材が提供する開口を通って下方に延びる給電体であって、前記高周波電極と前記整合器とを互いに電気的に接続する、該給電体を更に備え、
該プラズマ処理装置は、前記コンデンサとして、前記高周波電極と前記グランド部材との間で並列に接続された複数のコンデンサを備え、
前記複数のコンデンサは、前記給電体の周りで周方向に沿って等間隔に配列されている、
E3に記載のプラズマ処理装置。
[E4]
further comprising a power supply body extending downward from the center of the high frequency electrode through an opening provided by the ground member, the power supply body electrically connecting the high frequency electrode and the matching box to each other;
The plasma processing apparatus includes, as the capacitor, a plurality of capacitors connected in parallel between the high frequency electrode and the ground member,
The plurality of capacitors are arranged at equal intervals along a circumferential direction around the power supply body,
The plasma processing apparatus described in E3.
[E5]
前記コンデンサは、真空コンデンサである、E1~E4の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
[E5]
The plasma processing apparatus according to any one of E1 to E4, wherein the capacitor is a vacuum capacitor.
[E6]
前記高周波電源は、前記ソース高周波電力の反射の度合いを低減するよう、前記電気バイアスエネルギーの前記波形周期内の複数の位相期間の各々における前記ソース高周波電力のソース周波数を調整するように構成されている、E1~E5の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
[E6]
The high frequency power source is configured to adjust a source frequency of the source high frequency power in each of a plurality of phase periods within the waveform period of the electrical bias energy to reduce a degree of reflection of the source high frequency power. The plasma processing apparatus according to any one of E1 to E5.
[E7]
前記コンデンサと前記高周波電極は、導体パスのみで互いに電気的に接続されている、E1~E5の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
[E7]
The plasma processing apparatus according to any one of E1 to E5, wherein the capacitor and the high-frequency electrode are electrically connected to each other only by a conductive path.
[E8]
前記電気バイアスエネルギーは、前記波形周期の時間長の逆数であるバイアス周波数を有するバイアス高周波電力であるか、前記波形周期の時間間隔で周期的に発生される電圧のパルスである、E1~E7の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
[E8]
The electric bias energy is bias high-frequency power having a bias frequency that is the reciprocal of the time length of the waveform period, or voltage pulses periodically generated at time intervals of the waveform period, E1 to E7. The plasma processing apparatus according to any one of the items.
[E9]
容量結合型のプラズマ処理装置である、E1~E8の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
[E9]
The plasma processing apparatus according to any one of E1 to E8, which is a capacitively coupled plasma processing apparatus.
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。 From the foregoing description, it will be understood that various embodiments of the disclosure are described herein for purposes of illustration and that various changes may be made without departing from the scope and spirit of the disclosure. Will. Therefore, the various embodiments disclosed herein are not intended to be limiting, with the true scope and spirit being indicated by the following claims.
1…プラズマ処理装置、10…チャンバ、11…基板支持部、31…高周波電源、32…バイアス電源、33…整合器、16…コンデンサ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
前記基板支持部に電気的に結合されており、イオン引き込み用の電気バイアスエネルギーを前記基板支持部に供給するように構成されたバイアス電源であり、該電気バイアスエネルギーは、波形周期を有し、周期的に発生される、該バイアス電源と、
高周波電極と、
前記高周波電極に電気的に接続されており、前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するためのソース高周波電力を前記高周波電極に供給するように構成された高周波電源と、
前記高周波電源と前記高周波電極との間で接続された整合器と、
前記整合器から分離されており、前記高周波電極とグランドとの間で接続されたコンデンサと、
を備えるプラズマ処理装置。 a chamber;
a substrate support provided in the chamber;
a bias power source electrically coupled to the substrate support and configured to provide electrical bias energy to the substrate support for ion attraction, the electrical bias energy having a waveform period; The bias power supply is periodically generated;
high frequency electrode,
a high frequency power source electrically connected to the high frequency electrode and configured to supply source high frequency power to the high frequency electrode for generating plasma from a gas within the chamber;
a matching box connected between the high frequency power source and the high frequency electrode;
a capacitor separated from the matching box and connected between the high frequency electrode and ground;
A plasma processing apparatus comprising:
前記整合器は、前記グランド部材の下方に設けられており、
前記コンデンサは、前記空間内に配置されている、
請求項2に記載のプラズマ処理装置。 A grounding member that is grounded, and extends below the substrate support so that a space is interposed between the substrate support and the ground member, and extends so as to surround the space. , further comprising the ground member,
The matching box is provided below the ground member,
the capacitor is located within the space;
The plasma processing apparatus according to claim 2.
該プラズマ処理装置は、前記コンデンサとして、前記高周波電極と前記グランド部材との間で並列に接続された複数のコンデンサを備え、
前記複数のコンデンサは、前記給電体の周りで周方向に沿って等間隔に配列されている、
請求項3に記載のプラズマ処理装置。 further comprising a power supply body extending downward from the center of the high frequency electrode through an opening provided by the ground member, the power supply body electrically connecting the high frequency electrode and the matching box to each other;
The plasma processing apparatus includes, as the capacitor, a plurality of capacitors connected in parallel between the high frequency electrode and the ground member,
The plurality of capacitors are arranged at equal intervals along a circumferential direction around the power supply body,
The plasma processing apparatus according to claim 3.
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