JP2950889B2 - プラズマ装置の高周波電力整合方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体デバイスの製造工程の１つであるド
ライエッチング或は薄膜の生成等、表面処理を行うプラ
ズマ装置に於ける整合装置に関するものである。

［従来の技術］ 上記したプラズマ装置は、減圧下でイオン、又はラジ
カル原子或は分子を用いて被処理基板（ウェーハ）の表
面のエッチング或は薄膜の成膜を行うものである。

先ず、第３図に於いてプラズマ装置の１つであるプラ
ズマエッチング装置の概略を説明する。

高周波電源１に整合装置８を介して接続された平板電
極（カソード電極）２と、該平板電極２に相対して設置
電位にある対向電極（アノード電極）３が設置されてい
る。前記カソード電極２、アノード電極３は真空容器４
に収納され、カソード電極２は絶縁材５により真空容器
４と絶縁されている。

該真空容器４には反応性ガスを導入する導入系６と真
空容器４内の圧力を一定に保つ為の排気系７が設けられ
ている。

被処理物、例えばシリコンウェーハ９は、通常前記カ
ソード電極２上に載置される。

前記両電極2,3間に高周波電力、例えば13.56MHzを印
加して両電極間にプラズマを発生させるとプラズマ内の
電子と正イオンの移動速度の大きな違いにより、高周波
電力を印加した側（カソード電極２側）の電極に大きな
陰極降下電圧（セルフバイアス）が発生する。この陰極
降下電圧で反応性ガスイオンは加速されてウェーハ９に
垂直に入射し、垂直方向のエッチングが進行する。

前記した高周波電源１は通常50オームの純抵抗に供給
する様に製作されており、前記整合装置８は両電極2,3
間の負荷、整合装置８の合成抵抗が50Ωとなる様に調整
するものである。

ところで、上記エッチング装置によりエッチング処理
を行う場合に処理状態を決定するものの要因として、真
空容器４内の圧力、反応ガスの流量、反応ガスの種類、
印加電力が挙げられる。

又、これら要因はエッチング処理状態を決定すると共
に整合装置８の整合条件を決定する要因でもある。従っ
て、要求されたエッチング処理をする為前記した要因を
変更した場合には、整合装置８により位相及びインピー
ダンスの調整も行わなければならない。

従来の整合装置８を、第４図に於いて説明する。

該整合装置８は、位相とインピーダンスを検出する位
相・インピーダンス検出器10、インピーダンス調整器11
を構成する可変コンデンサ12、モータユニット13、位相
調整器14を構成する可変コンデンサ15、モータユニット
16、更にプラズマ発生検出器17、HFコイル18、前記位相
・インピーダンス検出器10及びプラズマ発生検出器17か
ら成る整合部20との検出結果に基づき前記モータユニツ
ト13,16を駆動制御する制御器19から構成されている。

上記整合装置８に於いて、高周波電源１より、両電極
2,3間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる。
プラズマが発生する迄は、モータユニット13,16は駆動
されなく、可変コンデンサ12,15の容量調整は行われな
い。プラズマが発生するとプラズマ発生検出器17により
プラズマ発生が検出され、その検出結果が前記制御器19
へ入力される。プラズマ発生の検出信号が入力されるこ
とで、制御器19は前記位相・インピーダンス検出器10で
検出される電流と電圧の位相差信号、インピーダンス差
信号がそれぞれ零となる様前記モータユニット13,16を
駆動し、可変コンデンサ12,15の容量を調整する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した従来の整合装置ではプラズマが発生したとき
から、整合動作を開始し、モータユニット13,16によっ
てコンデンサの容量を変えていることから、整合が完了
する迄に数秒、具体的には７〜８秒必要とする、ところ
が整合が完了する迄の間のプラズマは発生しているの
で、ウェーハは不安定なプラズマ下でエッチングされて
いることになり、製品品質に悪影響を及ぼす。更に、整
合に要する時間はエッチング工程のロスタイムともな
り、装置の稼動率、生産性も低下させる原因となる。特
に、ウェーハを一枚毎にエッチング処理してゆく、枚葉
式のプラズマエッチング装置にあっては、整合に要する
時間の長短は、製品品質、生産性の点で重大な問題であ
った。

本発明は、斯かる実情に鑑み、整合に要する時間を可
及的に短くし、製品品質、生産性を向上させようとする
ものである。

［課題を解決する為の手段］ 本発明は、プラズマ処理条件に対応する高周波電力整
合部の位相、インピーダンスを求めておき、プラズマ発
生前に前記高周波電力整合部を前記求めておいた位相・
インピーダンスに調整するものであり、更に前記高周波
電力整合部を前記求めておいた位相・インピーダンスに
調整した後、プラズマを発生させるものであり、更にプ
ラズマ発生後に前記高周波電力整合部の位相、インピー
ダンスを検出し、該検出結果に基づき位相・インピーダ
ンスを調整するものであり、更に位相・インピーダンス
検出器、プラズマ発生検出器、位相・インピーダンス調
整機構を有する整合部と、種々の処理条件に対応する目
標位相値、インピーダンス値が設定入力されている目標
値出力部と、位相・インピーダンス調整機構を駆動する
駆動部と、前記目標値出力部の出力値を選択する制御部
とを備えたものであり、更に位相・インピーダンス検出
器、プラズマ発生検出器、位相・インピーダンス調整機
構を有する整合部と、プラズマ処理条件に対応する目標
位相値、インピーダンス値が設定入力されている目標値
出力部と、位相・インピーダンス調整機構を駆動する駆
動部と、前記位相・インピーダンス検出器からの信号と
前記目標値出力部からの信号とを前記プラズマ発生検出
器からの信号を検知して切替え前記駆動部へ入力させる
様にした制御部とを備えたものであり、更に前記目標値
出力部には、種々のプラズマ処理条件に対応する目標位
相値、インピーダンス値が設定入力されており、前記目
標値出力部の出力値を選択する制御部を備えたものであ
り、更に又高周波電源と、位相・インピーダンス検出
器、プラズマ発生検出器、位相・インピーダンス調整機
構を有する整合部と、前記高周波電源から前記整合部を
介して高周波電力が印加されるカソード電極と、プラズ
マ処理条件に対応する目標位相値、インピーダンス値が
設定入力されている目標値出力部と、位相・インピーダ
ンス調整機構を駆動する駆動部と、前記位相・インピー
ダンス検出器からの信号と前記目標値出力部からの信号
とを前記プラズマ発生検出器からの信号を検知して切替
え前記駆動部へ入力させる様にした制御部とを備え、前
記駆動部は、前記位相・インピーダンス検出器からの信
号又は前記目標値出力部からの信号に基づき駆動して前
記カソード電極へ印加される高周波電力の位相・インピ
ーダンスを調整する様にしたことを特徴とするものであ
る。

［作用］ プラズマ発生前にエッチング条件に合せて事前に入力
していた、位相値、インピーダンス値に合致させる様整
合部を調整し、プラズマが発生した後は、位相、インピ
ーダンス検出器からの信号に基づき整合部により負荷側
との整合をとる。

［実 施 例］ 以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を説明す
る。

尚、第１図中、第４図中で示すものと同一のものには
同符号を付してあり、又整合部20は前述したものと同一
の構成であるので説明は省略する。

位相、インピーダンス検出器10からのレベル差検出信
号Z₂は、増幅器21で増幅された後スイッチング器22、増
幅器23を介してモータユニット13のモータドライバ24に
入力される様になっており、又該位相・インピーダンス
検出器10からのインピーダンス差検出信号Ｚは増幅器25
で増幅された後、スイッチング器26、増幅器27を介して
モータユニット16のモータドライバ28に入力される様に
なっている。

次に、29は記憶部であり、種々のエッチングに対応し
た条件テーブル、（圧力Ｐ、反応ガス流量Ｆ、電力Ｖ）
30a,30b,30c,…が設定入力されており、後述する制御器
31からの選択信号が入力されると、前記条件テーブル30
a,30b,30c,…のいずれかの条件テーブルに属するP,F,V
を設定器32へ出力する。又、該記憶部29には前記条件テ
ーブル30a,30b,30c,…とは別に、個別に手動でエッチン
グ条件（具体的にはθ′,Z′）を個別に入力し得る様に
なっている。

前記設定器32にはθ−Ｚ設定器33が接続され、該θ−
Ｚ設定器33はスイッチング器34,35に接続されている。
又、該スイッチング器34,35は前記記憶部29にも接続し
てある。該スイッチング器34は増幅器36、スイッチング
器37を介して前記増幅器23に接続され、又スイッチング
器35は増幅器38、スイッチング器39を介して前記増幅器
27へ接続されている。

前記増幅器23へはモータユニット13による調整容量を
検出するＺ容量検出器40を増幅器41、スイッチング器42
を介して接続し、前記増幅器27へはモータユニット16に
よる調整容量を検出するθ容量検出器43が増幅器44、ス
イッチング器45を介して接続されている。

前記制御部31は前記スイッチング器22,26,37,42,39,4
5の切換え、条件テーブルの選択を行う。

以下作用を第２図に示すタイミング線図を併用して説
明する。

エッチング装置のサイクル作動について説明すると、
先ずウェーハの移載、エッチングチャンバの閉動作等の
機構動作が行われ、次に物理的エッチング条件充足（具
体的には圧力設定、反応ガス流通等）が行われる。この
エッチング条件の充足と平行して整合部を予め求めてお
いた値又はその近くで放電を開始しやすい値に調整し、
エッチング条件の充足、整合部の調整完了と同時に高周
波電力が印加されプラズマが発生する。

次に、整合動作について詳述する。

制御器31に於いて作業者が処理すべきウェーハのロッ
トに合せて条件テーブル30a,30b,30c,…のいずれかを選
択する。尚、ウェーハのロット番号と条件テーブル30a,
30b,30c,…の対応関係を予め定めておけば、ロット番号
の選択だけでよい。

エッチング工程開始時には、制御器31はスイッチング
器22,26をOFF、スイッチング器37,42,39,45をONとす
る。この状態で前記記憶部29へ処理テーブルの選択信号
が出される。記憶部29は選択信号に該当する条件テーブ
ルがあるか否かを判断し、該当する条件テーブルがあれ
ば選択し、スイッチング器34,35を切換え、θ−Ｚ設定
器33と増幅器36とを接続させ、θ−Ｚ設定器33と増幅器
38とを接続させると共に該テーブルに設定されている諸
条件（圧力Ｐ、電力Ｖ、流量Ｆ）を前記設定器32へ出力
する。該設定器32はこれら諸条件が入力されるとエッチ
ング処理を行う場合の各条件値の範囲を演算してその結
果を、θ−Ｚ設定器33に入力する。

該θ−Ｚ設定器33にはこれら諸条件に見合う、実験経
験等で得たθ値、Ｚ値が予め入力されており、θ−Ｚ設
定器33はθ値、Ｚ値を選択して、Ｚ値をスイッチング器
34、増幅器36、スイッチング器37を介して増幅器23に入
力し、又θ値をスイッチング器35、増幅器38、スイッチ
ング器39を介して増幅器27に入力する。又、前記増幅器
23にはＺ容量検出器40から検出信号Ｚが増幅器41、スイ
ッチング器42を介して入力されており、θ−Ｚ設定器33
からの信号とＺ容量検出器40からの信号との間に偏差が
あれば、該偏差は増幅器23で増幅されてモータドライバ
24に入力される。モータドライバ24は増幅器23からの信
号に基づきモータユニット13を駆動し、可変コンデンサ
12容量を変更する。可変コンデンサ12の容量はＺ容量検
出器40によって検出されフィードバックされるので、モ
ータドライバ24は前記偏差が零となる迄モータユニット
13を駆動する。

同様に前記増幅器27にはθ容量検出器43から検出信号
θが増幅器44、スイッチング器45を介して入力されてお
り、両信号の偏差が零となる迄モータドライバ28によっ
てモータユニット16が駆動され、可変コンデンサ15の容
量が調整される。

上記の如くして可変コンデンサ12,15の容量がプリセ
ットされるが、この調整作動は前記した様にエッチング
条件充足期間と並行して行われ、プラズマ発生前であ
る。而して、プラズマが発生される時点では、プラズマ
発生状態で全抵抗値が略所定の値（50Ω）となる様に調
整される。

次に両電極2,3間に高周波電力が印加されプラズマが
発生すると、プラズマ発生がプラズマ検出器17で検知さ
れ、その検知信号は前記制御器31へ入力される。該制御
器31はプラズマ検出信号が入力されるとスイッチング器
37,42,39,45をOFFとし、スイッチング器22,26をONとす
る。而して位相・インピーダンス検出器10は整合部20で
の実際のＺ値、θ値を検出して前記増幅器23、増幅器27
へ入力し、Ｚ値、θ値が零となる様増幅器23、モータド
ライバ24を介してモータユニット13によって、又増幅器
27、モータドライバ28を介してモータユニット16によっ
て、可変コンデンサ12及び可変コンデンサ15をそれぞれ
容量調整する。

尚、プラズマ発生後の整合作動については従来のもの
と同様である。

次に、作業者が記憶部29に入力されていない条件テー
ブル30a,30b,30c,…、以外のロット番号、或はエッチン
グ条件を制御器31より指示又は選択すると、記憶部29は
入力されている条件の以外であることを判断し、スイッ
チング器34,35を切換え記憶部29と増幅器36及び増幅器3
8とを直接接続する。この状態で作業者はエッチング条
件に見合ったθ′値、Ｚ′値を個別に設定することがで
き、該θ′値、Ｚ′値を目標に可変コンデンサ12、可変
コンデンサ15の容量調整がなされる。この容量調整の作
動については前述したと同様であるので説明は省略す
る。

尚、θ′値、Ｚ′値の個別入力は予定されたエッチン
グ条件に対応させて、何通りか事前に設定入力し、選択
する様にしてもよく、又作業毎に設定入力する様にして
もよい。

而して、上記プラズマ発生前の可変コンデンサ12、可
変コンデンサ15の調整により、プラズマ発生時には合成
抵抗が目標値である略50Ωとなっており、プラズマ発生
状態での整合部20の整合作動は円滑に且極めて迅速に行
われ、アーク発生初期に於けるプラズマ不安定状態を著
しく短縮できる。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、処理時のプラズマ不
安定状態を著しく短縮できるので、ウェーハの処理品質
が向上し且整合作動をプラズマ発生迄に略完了させてし
まうので、整合作動時間を極めて短縮でき処理時間の短
縮、生産性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は該実
施例に於けるタイミング線図、第３図はプラズマエッチ
ング装置の基本構成図、第４図は従来の整合装置の説明
図である。 10は位相・インピーダンス検出器、17はプラズマ検出
器、20は整合部、26はスイッチング器、29は記憶器、31
は制御器、33はθ−Ｚ設定器、37,39,42,45はスイッチ
ング器を示す。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05H 1/46 H01L 21/302

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ処理条件に対応する高周波電力整
   合部の位相、インピーダンスを求めておき、プラズマ発
   生前に前記高周波電力整合部を前記求めておいた位相・
   インピーダンスに調整することを特徴とするプラズマ装
   置の高周波電力整合方法。
2. 【請求項２】前記高周波電力整合部を前記求めておいた
   位相・インピーダンスに調整した後、プラズマを発生さ
   せる請求項１のプラズマ装置の高周波電力整合方法。
3. 【請求項３】プラズマ発生後に前記高周波電力整合部の
   位相、インピーダンスを検出し、該検出結果に基づき位
   相・インピーダンスを調整する請求項１のプラズマ装置
   の高周波電力整合方法。
4. 【請求項４】位相・インピーダンス検出器、プラズマ発
   生検出器、位相・インピーダンス調整機構を有する整合
   部と、種々の処理条件に対応する目標位相値、インピー
   ダンス値が設定入力されている目標値出力部と、位相・
   インピーダンス調整機構を駆動する駆動部と、前記目標
   値出力部の出力値を選択する制御部とを備えたことを特
   徴とするプラズマ装置の高周波電力整合装置。
5. 【請求項５】位相・インピーダンス検出器、プラズマ発
   生検出器、位相・インピーダンス調整機構を有する整合
   部と、プラズマ処理条件に対応する目標位相値、インピ
   ーダンス値が設定入力されている目標値出力部と、位相
   ・インピーダンス調整機構を駆動する駆動部と、前記位
   相・インピーダンス検出器からの信号と前記目標値出力
   部からの信号とを前記プラズマ発生検出器からの信号を
   検知して切替え前記駆動部へ入力させる様にした制御部
   とを備えたことを特徴とするプラズマ装置の高周波電力
   整合装置。
6. 【請求項６】前記目標値出力部には、種々のプラズマ処
   理条件に対応する目標位相値、インピーダンス値が設定
   入力されており、前記目標値出力部の出力値を選択する
   制御部を備えた請求項５のプラズマ装置の高周波電力整
   合装置。
7. 【請求項７】高周波電源と、位相・インピーダンス検出
   器、プラズマ発生検出器、位相・インピーダンス調整機
   構を有する整合部と、前記高周波電源から前記整合部を
   介して高周波電力が印加されるカソード電極と、プラズ
   マ処理条件に対応する目標位相値、インピーダンス値が
   設定入力されている目標値出力部と、位相・インピーダ
   ンス調整機構を駆動する駆動部と、前記位相・インピー
   ダンス検出器からの信号と前記目標値出力部からの信号
   とを前記プラズマ発生検出器からの信号を検知して切替
   え前記駆動部へ入力させる様にした制御部とを備え、前
   記駆動部は、前記位相・インピーダンス検出器からの信
   号又は前記目標値出力部からの信号に基づき駆動して前
   記カソード電極へ印加される高周波電力の位相・インピ
   ーダンスを調整する様にしたことを特徴とするプラズマ
   装置の高周波電力整合装置。