JP3122618B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP3122618B2 JP08241313A JP24131396A JP3122618B2 JP 3122618 B2 JP3122618 B2 JP 3122618B2 JP 08241313 A JP08241313 A JP 08241313A JP 24131396 A JP24131396 A JP 24131396A JP 3122618 B2 JP3122618 B2 JP 3122618B2
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    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32697—Electrostatic control
    • H01J37/32706—Polarising the substrate

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体ウェハやＬＣＤ用基板
などの被処理体に対してエッチング処理などのプラズマ
処理を施すにあたり、気密な処理容器内に設けられた処
理室内に、上部電極と下部電極を対向配置し、少なくと
も上部電極と下部電極のいずれか一方に一定周波数の高
周波電力を印加して、処理室内に導入される所定の処理
ガスをプラズマ化し、被処理体に対して所定のプラズマ
処理を施すプラズマ処理装置が提案されている。
【０００３】しかし、一定周波数の高周波電力を電極に
連続して印加すると、処理室内の電子温度が上昇するた
め、処理ガスの解離が過度に進行して、選択比及びホー
ル内のエッチングレートが低下するという問題が生じる
ことがある。そのため、従来の処理装置では、選択比あ
るいはホール内のエッチングレートの向上には自ずと限
界があり、特に最近の半導体デバイスの超高集積化及び
小型化に伴って求められる超微細加工（例えば、高アス
ペクト比のホール加工など）においては、その限界の克
服が技術的要求項目として挙げられている。
【０００４】そこで、少なくとも上部電極と下部電極の
いずれか一方に、オン／オフ制御またはハイ／ロウ制御
された高周波電力パルスを印加することにより、パルス
プラズマを励起して、パルスプラズマにより被処理体の
処理を行う技術が提案されている。かかる方法によれ
ば、連続的なプラズマでなく、間欠的なパルスプラズマ
が処理室内に励起されるため、処理室内の電子温度の上
昇を抑制することができ、また処理ガスを任意の速度で
解離させることが可能となるため、選択比及びホール内
のエッチングレートを向上させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＲＦ電力が
オフの場合などのように対向電極間にプラズマが存在し
ない場合や、ＲＦ電力がロウの場合やアフタグロー放電
の場合などのように対向電極間のプラズマが薄い場合に
は、対向電極間のキャパシタンスが小さいため、共振条
件が整いにくい。したがって、従来の装置または方法の
ように、単にパルス変調した高周波電力を電極に印加す
るだけでは、パルスプラズマの着火が困難であり、エッ
チングレートは減少してしまうという問題があった。さ
らに、従来の装置または方法では、各パルスのオン直後
には、電子温度が急激に上昇し、ウェハにダメージを与
えるおそれもあった。さらに、パルスのオンあるいはオ
フ時には、短時間でいわゆる電極間のインピーダンスの
急激な変化が起こるため、従来のマッチング回路ではそ
の変化に追従できず、反射波を緩和することが困難であ
るという問題もあった。
【０００６】さらにまた、下部電極に対してバイアス用
の高周波電力を印加するプラズマ処理装置において、そ
のバイアス用高周波電力もパルス変調した場合には、上
部電極あるいは下部電極のどちらか一方にパルス変調さ
れた高周波電力を印加するプラズマ処理装置に比べ、均
一なパルスプラズマを被処理体に引き込むことができる
反面、そのパルスのオンあるいはオフ時に被処理体のＶ
PPまたはＶDCが急激に変化し、例えば半導体ウェハのゲ
ート酸化膜を破壊するなど、被処理体に対してダメージ
を与えてしまうことがあり、問題とされていた。
【０００７】本発明は、従来のプラズマ処理装置が有す
る上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、電
極に印加されるパルス変調された高周波電力の周波数の
制御を行うことにより、最適なパルスプラズマを励起し
て被処理体に対して所望の均一なプラズマ処理を施すこ
とが可能な、新規かつ改良されたプラズマ処理装置を提
供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、プラズマ源に印加される
高周波電力をオン／オフ制御またはハイ／ロウ制御して
パルスプラズマを励起し、処理室内に載置された被処理
体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置
において、高周波電力の周波数を、各パルスプラズマの
着火時に、パルスプラズマが励起している定常時よりも
相対的に高い周波数にシフトさせる周波数制御手段を設
けたことを特徴としている。
【０００９】かかる構成によれば、電極間のコンダクタ
ンスが小さいパルスプラズマの着火時に、印加される高
周波電力の周波数を、パルスプラズマが励起している定
常時よりも相対的に高い周波数にシフトさせるので、共
振条件が整い易くなり、したがって、追従が比較的遅い
従来のマッチング回路であっても、パルスプラズマの着
火が容易となり、所望の間隔で均一なパルスプラズマを
生成させることができ、安定した処理を行うことができ
る。
【００１０】また、請求項２に記載の発明は、プラズマ
源に印加される高周波電力をオン／オフ制御またはハイ
／ロウ制御してパルスプラズマを励起し、処理室内に載
置された被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプ
ラズマ処理装置において、高周波電力の周波数を、アフ
ターグロープラズマ励起時に、プラズマ処理用のパルス
プラズマが励起している定常時よりも相対的に高い周波
数にシフトさせる周波数制御手段を設けたことを特徴と
している。
【００１１】かかる構成によれば、比較的プラズマ密度
の薄いアフターグロープラズマを励起する場合であって
も、印加される高周波電力の周波数を、パルスプラズマ
が励起している定常時よりも相対的に高い周波数にシフ
トさせるので、共振条件が整い易くなり、したがって、
パルスプラズマの着火が容易となる。
【００１２】請求項３に記載の発明は、被処理体をオン
／オフ制御またはハイ／ロウ制御可能なバイアス用高周
波電力を印加可能な載置台に載置することが可能なプラ
ズマ処理装置に適用され、被処理体の処理面上での電位
または処理面上での電位と見なされる電位のＶPPまたは
ＶDCが実質的に一定になるようにバイアス用高周波電力
の出力を制御する電力制御手段を備えていることを特徴
としている。
【００１３】そして、上記電位のＶPPまたはＶDCが実質
的に一定になるようにするためには、請求項４に記載の
発明のように、上記電力制御手段により、載置台に対し
て一定のバイアス用高周波電力を印加した場合に生じる
前記ＶPPまたはＶDCの変化に応じて表れる波形の凹凸を
相対的に反転した凹凸の波形を実質的に有するようにバ
イアス用高周波電力の出力を制御することができる。
【００１４】また、請求項５に記載の発明も、請求項３
に記載の発明と同様に、被処理体をオン／オフ制御また
はハイ／ロウ制御可能なバイアス用高周波電力を印加可
能な載置台に載置することが可能なプラズマ処理装置に
適用されるが、この場合には、被処理体の処理面上での
電位または処理面上での電位と見なされる電位のＶPPま
たはＶDCが実質的に一定になるようにバイアス用高周波
電力の周波数を制御する周波数制御手段を備えているこ
とを特徴としている。
【００１５】そして、上記電位のＶPPまたはＶDCが実質
的に一定になるようにするためには、請請求項６に記載
の発明のように、上記周波数制御手段により、載置台に
対して一定のバイアス用高周波電力を印加した場合に生
じる前記ＶPPまたはＶDCの変化に応じて表れる波形の凹
凸と相似する凹凸の波形を実質的に有するようにバイア
ス用高周波電力の周波数を制御することができる。
【００１６】以上のように、請求項３〜６に記載の発明
によれば、被処理体を載置する載置台に対して、パルス
変調されるとともに、ＶPPまたはＶDCが実質的に一定に
なるように出力または周波数を制御されたバイアス用高
周波電力を印加するので、そのパルスのオンあるいはオ
フ時に被処理体のＶPPあるいはＶDCがパルスのオンまた
はオフ時に急激に変化して被処理体にダメージを与える
ことがない。また処理室内の電子温度の急激な変化が生
じないため、均一なプラズマ処理を被処理体に施すこと
ができる。なお、本明細書において、ＶPPとは、ウェハ
（被処理体）に印加するＲＦ電力の電圧の最大値と最小
値を示し、ＶDCとは、ウェハに印加するＲＦ電力の電圧
の平均値をさすものとする。
【００１７】また、請求項７に記載の発明のように、上
記バイアス用高周波電力のパルスを、プラズマ源に印加
される高周波電力のパルスよりも所定の遅延をもって印
加する構成を採用すれば、処理室内に最適な状態のパル
スプラズマが励起された後に、被処理体上に引き込むこ
とができるので、より効果的かつ均一なプラズマ処理を
行うことが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら、
本発明にかかるプラズマ処理装置を平行平板型エッチン
グ装置に適用した、実施の一形態について詳細に説明す
る。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成
を有する構成要素については、同一番号を付することに
より、重複説明を省略することにする。
【００１９】まず、図１を参照しながら、本実施の形態
にかかるエッチング装置１００の処理容器１０２の構成
について概略的に説明すると、処理容器１０２は、導電
性素材、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム
から成る略円筒形状を成しており、後述する載置台１０
４上に載置される半導体ウェハ（以下、「ウェハ」と称
する。）Ｗなどの被処理体に対して所定のプラズマ処理
を施す処理室１０６は、この処理容器１０２内に形成さ
れいる。
【００２０】上記処理室１０２内の底部には絶縁性素
材、例えばセラミックスの絶縁支持板１０３が設けられ
ており、この絶縁支持板１０３の上部に、被処理体、例
えばウェハＷを載置可能な、略円柱状の導電性素材、例
えばアルマイト処理されたアルミニウムからなる載置台
１０４が形成されている。載置台１０４は、導電性素
材、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムから
成る略円筒形状を成しており、またウェハの載置面には
静電チャック１１１が設けらていて、ウェハＷを吸着保
持するように構成されている。この載置台１０４は、下
部電極を構成するものであり、後述するように、増幅器
１３０、マッチング回路１３２を介して高周波電源１３
６が電気的に接続されており、所定のバイアス用高周波
電力のパルスが印加されるように構成されている。
【００２１】載置台１０４内には、冷媒循環手段１０５
が設けられており、載置台１０４を介して、ウェハＷ上
の被処理面を所定の温度に調節することが可能なように
構成されている。また、静電チャック１１１内には、不
図示の伝熱ガス供給孔が略同心円上に形成されており、
各伝熱ガス供給孔には伝熱ガス供給管１１３を介して伝
熱ガス、例えばヘリウムガスが上記ウェハＷの裏面と静
電チャック１１１の上面との間に形成される微小空間に
供給され、冷媒循環手段１０５からの伝熱効率を高める
ように構成されている。
【００２２】また載置台１０４の上端周縁部には、静電
チャック１１１上に載置されたウェハＷを囲むように、
略環状のフォーカスリング１１５が配置されている。こ
のフォーカスリング１１５は、反応性イオン等を引き寄
せない絶縁性の材質、例えば石英からなり、プラズマに
よって発生した反応性イオン等を、その内側のウェハＷ
にだけ、効果的に入射するように構成されている。
【００２３】また載置台１０４と処理容器１０２の内壁
との間には、複数のバッフル孔が穿設された排気リング
１１７が、載置台１０４を囲むように形成されている。
この排気リング１１７は、排気流の流れを整え、処理容
器１０２内から処理ガス等を、均一に排気するように設
けられたものである。
【００２４】さらに、処理室１０６の底部側壁には、排
気管１０８が接続されており、この排気管１０８は、不
図示のバルブ等を介して真空引き手段Ｐ１１０に接続さ
れている。従って、処理室１０６内は、真空引き手段Ｐ
１１０の作動により所定の減圧雰囲気、例えば１〜１０
０ｍＴｏｒｒの任意の圧力に維持される。
【００２５】下部電極をなす載置台１０４と対向する処
理室１０６内の上壁部には、導電性素材、例えば表面が
陽極酸化処理されたアルミニウムから成る略円筒形状の
上部電極１１２が設けられている。この上部電極１１２
には、ガス供給管１１４が接続されており、このガス供
給管１１４は、バルブ１１６及びマスフローコントロー
ラＭＦＣ１１８を介して、ガス供給源１２０に接続され
ている。
【００２６】また、上部電極１１２の内部は、中空部１
１２ａを有する中空構造となっており、ウェハＷに対向
する面１１２ｂには、多数の吐出口１１２ｃが形成され
ている。従って、上部電極１１２内の中空部１１２ａ
に、ガス供給源１２０から所定の処理ガス、例えばＣ4
Ｆ8ガスが導入された後、吐出口１１２ｃから処理室１
０６内に均一に導入されるように構成されている。
【００２７】ここで、本実施の形態にかかるプラズマ処
理装置１００の上部電極１１２及び下部電極１０４への
高周波電力のパルスの印加構成について説明する。
【００２８】まず、上部電極１１２へのプラズマ励起用
高周波電力パルスの印加構成について説明する。上部電
極１１２は、マッチング回路１２０、増幅器１２６を介
して、パルスを発振する高周波電源１２８に電気的に接
続されている。従って、高周波電源１２８から所定周波
数および出力のパルスが発振されると、プラズマ励起用
高周波パルスは増幅器１２６により増幅された後、マッ
チング回路１２０により共振条件などのマッチングが行
われた後、上部電極１１２に印加されるように構成され
ている。さらに、上部電極１１２への給電点近くには、
プラズマ励起用高周波パルスの状態を検出して、制御器
１２９にフィードバックするセンサ１２１が設けられて
いる。
【００２９】また、増幅器１２６および高周波電源１２
８は、制御器１２９に電気的に接続されそれぞれ制御さ
れており、後述するように、制御器１２９の制御信号に
より、上部電極１１２に対して所定の周波数および出力
を有するプラズマ励起用高周波パルスを印加することが
可能なように構成されている。
【００３０】次に、下部電極１０４へのバイアス用高周
波電力のパルスの印加構成について説明する。下部電極
１０４には、マッチング回路１３２、増幅器１３０を介
してバイアス用高周波パルスを発振する高周波電源１３
６に電気的に接続されている。従って、高周波電源１３
６から所定周波数および出力のバイアス用高周波パルス
が発振されると、増幅器１３４により増幅され、マッチ
ング回路１３２により、共振条件などがマッチングされ
た後、下部電極１０４に印加されるように構成されてい
る。
【００３１】また、増幅器１３０および高周波電源１３
６は、制御器１２９に電気的に接続されそれぞれ制御さ
れており、後述するように、制御器１２９の制御信号に
より、下部電極１０４に対して所定の周波数および出力
のバイアス用高周波パルスを印加することが可能なよう
に構成されている。さらに、バイアス用高周波パルスの
給電点近くには、センサ１３３が設けられており、下部
電極１０４へ印加されるバイアス用高周波パルスのＶPP
またはＶDCを測定し、その測定値を制御器１２９にフィ
ードバックすることが可能である。制御器１２９は、Ｖ
PPまたはＶDCの測定値に応じて、制御器１２９により、
上部電極１１２および下部電極１０４に印加される高周
波パルスを適宜修正することにより、処理室１０６内に
最適なパルスプラズマを生成し、ウェハＷ上に引き込む
ことができる。
【００３２】なお、図示の実施例では、バイアス用高周
波パルスのＶPPまたはＶDCを下部電極１０４への給電点
付近に設けられるセンサ１３３により検出するように構
成しているが、本発明はかかる例に限定されない。後述
するように、本発明の制御対象は、被処理体の処理面上
に表れるバイアス用高周波パルスのＶPPまたはＶDCを一
定に保持することにより、均一なプラズマ処理を達成す
ることなので、被処理体の処理面上のイオンエネルギー
を反映するプラズマ電位を直接測定することが好ましい
が、実際のプロセスではかかる測定を行うことは困難な
ので、本実施の形態にかかる装置のように、下部電極１
０４への給電点付近の電位を計測し、その値をそのま
ま、あるいは所定の補正処理を施した値を被処理体の処
理面上の電位として用いることができる。あるいは、被
処理体の裏面付近に設けたセンサや被処理体の外縁に設
けられたフォーカスリングに設けたセンサなどの測定値
をそのまま、あるいは所定の補正処理を施した値を被処
理体の処理面上の電位として用いることができる。さら
には、被処理体上方のプラズマ領域の中間電位を適当な
センサ、例えばエミッシブプローブや赤外線分光吸収法
を利用したスペクトル分析型センサにより測定し、その
測定値のＶPPまたはＶDCを一定するように高周波パルス
を制御するように構成してもよい。
【００３３】次に、本実施の形態にかかる、上部電極１
１２および下部電極１０４に印加されるプラズマ励起用
またはバイアス用の高周波パルスの制御構成についてそ
れぞれ具体的に説明する。
【００３４】（１）プラズマ励起用高周波パルスの制御 まず、上部電極１１２に印加されるプラズマ励起用高周
波パルスの制御方法について説明すると、本実施の形態
にかかるプラズマ処理装置１００は、図２に模式的に示
すように、インダクタンス素子（Ｌ）とキャパシタンス
素子（Ｃ）から構成されるＬＣ共振回路と見なすことが
できるため、その共振周波数ｆは、下記の式（１）によ
り表すことができる。
【００３５】
【数１】
【００３６】ところで、処理室１０６内にプラズマが励
起されていない状態では、上部電極１１２と下部電極１
０４との間は高真空状態にあるので、キャパシタンス
（Ｃ）が小さいと考えられる。これに対して、処理室１
０６内にプラズマが励起されている状態では、上部電極
１１２と下部電極１０４との間にプラズマが入って導通
状態になり、見かけ上の対向電極間の距離が短くなり、
その結果、キャパシタンス（Ｃ）が大きくなる。このよ
うに、プラズマ処理装置１００では、両電極間にプラズ
マが存在する場合と存在しない場合（あるいはプラズマ
が薄い場合）とでは、両電極間のインピーダンスが大き
く変動することが指摘されている。したがって、プラズ
マ励起（定常状態）時のキャパシタンス（Ｃ）を想定し
た共振周波数ｆを上部電極に印加しても、プラズマの着
火がしにくいという問題があった。特に、最初のパルス
プラズマ着火時はもちろんのこと、オフ時間が比較的に
長い場合にもオン時にプラズマ着火がしにくいことが問
題となっていた。
【００３７】さらに、高周波パルスによりパルスプラズ
マを両電極間に励起しようとする場合には、図３（ａ）
に示すようにパルスをオン時に発生する、図３（ｂ）に
示すような反射波の影響をマッチング回路１２０により
除去しながら、最適な共振条件にマッチングさせる必要
がある。ところで、両電極間のインピーダンスの変化に
追従させるために、マッチング回路１２０の構成要素で
あるインダクタンス（Ｌ）とキャパシタンス（Ｃ）を変
化させる場合には、機械的可動方法をとらざるを得ず、
その追従性に問題があった。特に、高周波パルスはオン
オフの切り替えが速いため、従来のマッチング回路１２
０では対応することが困難であり、その結果、プラズマ
の励起に寄与しない高周波電力成分が生じ、電力消費の
無駄が生じるとともに、ウェハＷに対するダメージや、
プラズマ密度の変動に伴う処理の均一性の低下などの問
題が生じていた。
【００３８】本実施の形態にかかる装置では、上記のよ
うな問題点に鑑みて、図４に示すように、上部電極１１
２に印加される高周波パルスの周波数を、制御器１２９
により、各パルスプラズマの着火時に、パルスプラズマ
が励起している定常時の周波数、例えば１３．５６ＭＨ
ｚよりも相対的に高い周波数、例えば１５ＭＨｚにシフ
トさせるように構成している。
【００３９】かかる構成によれば、パルスプラズマ着火
時などのように、プラズマが存在しないために（あるい
は、プラズマが薄いために）キャパシタンス（Ｃ）が小
さくても、式（１）における共振周波数ｆを高めにシフ
トさせるので、共振条件が整いやすく、マッチング回路
１２０の追従性が悪い場合であっても、プラズマを容易
に着火させることが可能である。その結果、プラズマの
励起に寄与しない高周波電力の割合を軽減することが可
能となり、高周波電力の利用効率を高めることが可能と
なる。また、高周波パルスであっても、プラズマを安定
的に励起することができるので、ウェハＷに対するダメ
ージを軽減し、また処理の均一性を向上させることが可
能となる。
【００４０】なお、上記説明においては、各パルスプラ
ズマの着火時（すなわち、各高周波パルスのオン時）に
高周波パルスの周波数を定常時よりも相対的に高い周波
数にシフトさせる構成を示したが、本発明はかかる例に
限定されない。例えば、プロセスによっては、所定のプ
ラズマ処理の終了後に、アフターグロープラズマを励起
させることがあるが、アフターグロープラズマ励起時の
ように、両電極間に存在するプラズマが非常に薄い場合
にも、プラズマが着火しにくいことが指摘されている
が、本実施の形態によれば、両電極間にプラズマが存在
しない場合のみ成らず、アフターグロープラズマ励起時
のように両電極間に存在するプラズマが薄いと考えられ
る場合にも、各パルスプラズマの着火タイミングに合わ
せて、高周波パルスを相対的に高い周波数にシフトさせ
るので、プラズマの着火を容易に行うことができる。
【００４１】なお、本実施の形態によれば、図４に示す
ように、各高周波パルスの周波数は、各高周波パルスの
オン時点では、その当初より相対的に高い周波数に設定
される必要があるが、相対的に低い定常時に周波数に戻
すにあたっては、図４（ｂ）に示すように、徐々に低い
周波数にシフトするように構成することも可能であり、
あるいは、１または２以上のステップにわたり段階的に
低い周波数にシフトするように構成してもよい。
【００４２】（２）バイアス用高周波パルスの制御 次に、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置によるバ
イアス用高周波パルスの制御構成について、図５および
図６を参照しながら、説明する。
【００４３】まず、本実施の形態にかかる装置構成の効
果の理解を容易にするために、図５を参照しながら、上
部電極１１２に対して所定周波数の高周波パルスを印加
（図５（ａ））するとともに、下部電極１０４に対して
一定出力のバイアス用高周波電力を印加（図５（ｂ））
した場合を比較例として説明する。かかる構成による
と、プラズマ励起用高周波パルスのオン／オフタイミン
グに応じて、処理室１０６内の電子温度は、図５（ｃ）
に示すように、高周波パルスのオン直後に、急激に上昇
する。それに応じて、処理室１０６内のパルスプラズマ
の密度を表す電子密度は、図５（ｄ）に示したような波
形を示す。
【００４４】さらに、バイアス用高周波電力が一定であ
る場合の、ウェハＷの処理面付近の電位ＶPP変化を見て
みると、図５（ｄ）に示す上記処理室内の電子密度の波
形と相反対に変化し、図５（ｅ）に示したように、プラ
ズマ励起用高周波パルスのオフ時にプラズマ密度が減少
するために急激に上昇してしまう。このように、従来の
装置のように、バイアス用高周波電力を一定に保持した
場合には、プラズマ励起用高周波パルスのオフ時にＶPP
の上昇により、イオンが急激に加速して、ウェハＷの処
理面に衝突するために、ウェハＷにダメージを与えるお
それがある。
【００４５】そこで、上記問題点を解決するために、上
部電極１１２および下部電極１０４に対して、本実施の
形態にかかる、周波数または出力を制御したパルスおよ
びＲＦパルスを印加した場合について図６を参照しなが
ら説明する。
【００４６】まず、所定のプロセス条件が整った処理室
１０６内の載置台１０４上にウェハＷを載置後、上部電
極１１２に、例えば、例えばパルスのオン時に２ｋＷ、
そのオフ時に０ｋＷの高周波パルス（図３（ａ）を参
照。）を印加する。
【００４７】この際、パルスを発振する高周波電源１２
６およびパルスを増幅する増幅器１２６は制御器１２９
により制御されており、プラズマの着火性能を高めるた
めに、本実施の形態に従い、図４（ｂ）に示したよう
に、パルスのオンの瞬間には、パルスプラズマが励起し
ている定常時のパルスの周波数、例えば１３．５６ＭＨ
ｚよりも高い周波数、例えば１５ＭＨｚの周波数のパル
スが、上部電極１１２に印加される。
【００４８】そして、上部電極１１２にパルスが印加さ
れることにより、処理室１０６内にはそのパルスと処理
室１０６内に導入されている所定の処理ガスとが反応し
て、パルスプラズマが生成される。このパルスプラズマ
は、図５（ｄ）に示した電子密度からもわかるように、
パルスのオンの瞬間には生成せず、またパルスがオフに
なった直後にはアフターグローとして残留している。
【００４９】そこで、本実施の形態によれば、パルスの
オン時とパルスプラズマの生成との時間のずれを勘案し
て、バイアス用高周波パルスの下部電極１０４への印加
タイミングを制御する。すなわち、上部電極１１２と下
部電極１０４との間にパルスプラズマが生成すると、電
極間のインダクタンスが大きくなり、すなわちＶPPが減
少するようになる。この変化はＶPPまたはＶDCの変化と
してセンサ１３３で検出された後、制御器１２９にフィ
ードバックされる。
【００５０】そして、制御器１２９は、ＶPPまたはＶDC
が一定となるように、制御信号により、バイアス用高周
波パルスを発振する高周波電源１３６および増幅器１３
０を制御して、一定のバイアス用高周波電力を下部電極
に印加した場合に見られる電子密度の変化（図５（ｄ）
参照。）を相殺して一定となるように、バイアス用高周
波パルス電力の出力を制御する。より具体的には、検出
されたＶPPまたはＶDCの波形に表れる変化を相対的に反
転した波形（図６（ａ）参照。）を実質的に有するよう
に、バイアス用高周波パルス電力の出力を、例えば、８
００Ｗと０Ｗとの間で、制御すれば、図６（ｄ）に示す
ように、ＶPPまたはＶDCを一定に保持することが可能で
あり、パルスプラズマを常に一定のエネルギーでウェハ
Ｗに引き込むことができる。
【００５１】なお、上記例では、ＶPPまたはＶDCを一定
に保持するために、バイアス用高周波パルス電力の出力
波形を制御していたが、本発明はかかる例に限定されな
い。例えば、図６（ｃ）に示すように、バイアス用高周
波パルスの周波数を制御して、ＶPPまたはＶDCを一定に
保持するように構成してもよい。その場合には、バイア
ス用高周波パルスの周波数を、検出されたＶPPまたはＶ
DCの波形に表れる変化と相似する波形（図６（ｂ）参
照。）を実質的に有するように、例えば、１．２ＭＨｚ
と８００ｋＨｚとの間で、制御すれば、図６（ｄ）に示
すように、ＶPPまたはＶDCを一定に保持することが可能
であり、パルスプラズマを均一にウェハＷに引き込むこ
とができる。
【００５２】なお、上記例では、バイアス用高周波パル
スの出力電力または周波数のいずれか一方のみを制御す
る構成を示したが、もちろん、出力電力と周波数の双方
を同時に制御して、ＶPPまたはＶDCを一定に保持するよ
うに制御することも可能であることは言うまでもない。
要するに、本発明の要旨は、パルスプラズマによりウェ
ハＷをプラズマ処理する際に、両電極間のインピーダン
スの変化により生じるウェハＷの処理面上でのイオンエ
ネルギーの急激な変動を相殺するように、バイアス用高
周波パルスを制御することにあるので、かかる目的を達
成するものであれば、上記例に限定されず、さまざまな
態様でバイアス用高周波パルスを制御することが可能で
あり、それらの態様についても、本発明の技術的範囲に
属するものと了解される。
【００５３】以上説明したように、本実施の形態にかか
るプラズマ処理装置においては、上部電極１１２および
下部電極１０４にそれぞれ印加されるプラズマ励起用高
周波パルスおよびバイアス用高周波パルスの周波数およ
び出力を、上記のようにそれぞれ制御することで、パル
スプラズマの着火性を高めるとともに、生成したパルス
プラズマを均一なエネルギーでウェハＷに引き込むこと
が可能となる。また、ＶPPまたはＶDCがプラズマ処理
中、常時一定に保たれるため、ウェハＷに対してダメー
ジを与えることなく、均一なプラズマ処理を施すことが
できる。
【００５４】また、バイアス用高周波パルスを印加する
にあたっては、プラズマ励起用高周波パルスのオンタイ
ミングよりも若干の遅延を持たせることが好ましい。す
なわち、図５（ｄ）に示すように、プラズマ励起用高周
波パルスにより励起されるパルスプラズマのプラズマ密
度は、プラズマ励起用高周波パルスのオンタイミングに
対して若干の遅延をもってピークに達し、プラズマ励起
用高周波パルスのオフタイミングに対しても若干の遅延
をもって減衰していくため、かかるプラズマ密度の変化
に合わせてバイアス用高周波パルスのオン／オフ切り替
えタイミングまたはハイ／ロウ切り換えタイミングを制
御することにより、より効率的にパルスプラズマを利用
することが可能となる。
【００５５】以上、本発明の好適な実施の一形態につい
て、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更
例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及
び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと
了解される。
【００５６】例えば、上記実施の形態において、上部電
極１１２および下部電極１０４にそれぞれ印加するプラ
ズマ励起用高周波パルスおよびバイアス用高周波パルス
の周波数および出力を同時に制御した構成を例に挙げて
説明したが、本発明はかかる構成に限定されず、プロセ
スに応じて、プラズマ励起用高周波パルスとバイアス用
高周波パルスのいずれか一方のみを本実施の形態にかか
る方法により制御する構成としてもよい。
【００５７】また、上記実施の形態においては、センサ
１２１および１３３によりプラズマ励起用高周波パルス
およびバイアス用高周波パルスの変化を検出して、制御
器１２９によりフィードバック制御する構成を例に挙げ
て説明したが、本発明はかかる構成に限定されず、あら
かじめ試験的に制御パラメータを求めておき、その制御
パラメータに基づいて、オープンループ制御を行う構成
を採用してもよい。もちろん、オープンループ制御を行
う場合であっても、上記センサ１２１および１３３によ
りプラズマ励起用高周波パルスおよびバイアス用高周波
パルスの変化を検出して、その検出値が所定の許容値を
越えた場合には、処理の停止などの所定の処理を行うよ
うに構成しても良い。
【００５８】さらに、上記実施の形態においては、上部
電極１１２および下部電極１０４にそれぞれ印加するプ
ラズマ励起用高周波パルスおよびバイアス用高周波パル
スとして、オン／オフの状態変化をするパルスを用いた
場合を例に挙げたが、本発明はかかる例に限定されず、
ハイ／ロウの状態変化をするパルスを用いることも可能
である。
【００５９】上記実施の形態において、平行平板型エッ
チング装置によりウェハをエッチングする構成を例に挙
げて説明したが、本発明はかかる構成に限定されず、高
周波パルスを利用してプラズマを励起することが可能な
さまざまなプラズマ源、例えばＥＣＲプラズマ源や誘導
結合プラズマ源などにも当然に適用することが可能であ
る。さらに、本発明は、一のプラズマ源のみを有するプ
ラズマ処理装置に限定されずパルス制御される二以上の
プラズマ源を有するプラズマ処理装置に対しても適用す
ることが可能である。その場合には、各プラズマ源に印
加される高周波パルスの印加タイミングは、ハンチング
を回避するために、多少のズレを持たせることが好まし
い。さらに、上記実施の形態では、ウェハＷを処理する
例を挙げて本発明を説明したが、本発明はかかる例に限
定されず、例えばＬＣＤ用ガラス基板に対してエッチン
グする装置にも適用することが可能である。さらに、上
記実施の形態では、プラズマ処理装置として、エッチン
グ装置を例に挙げて本発明を説明したが、本発明はエッ
チング装置に限定されず、パルスプラズマを用いて被処
理体に対して所定のプラズマ処理を施すさまざま装置、
例えばアッシング装置やプラズマＣＶＤ装置に適用する
ことも可能である。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるプ
ラズマ装置においては、各パルスプラズマの着火時やア
フターグロープラズマの励起時に、パルスプラズマが励
起している定常時よりも相対的に高い周波数にシフトさ
せるので、共振状態が整いやすく、追従性の遅いマッチ
ング回路を用いた場合であっても、パルスプラズマの着
火が容易となり、所望の間隔で均一なパルスプラズマを
生成させることができる。
【００６１】また、被処理体を載置する載置台に、ＶPP
またはＶDCが実質的に一定になるように出力を制御され
たバイアス用高周波電力のパルスを印加するので、その
パルスのオンあるいはオフ時に被処理体のＶPPあるいは
ＶDCが急激に変化して被処理体にダメージを与えること
なく、ダメージレスの均一なプラズマ処理を被処理体に
施すことができる。
【００６２】さらに、被処理体を載置する載置台に、Ｖ
PPまたはＶDCが実質的に一定になるように周波数を制御
されたバイアス用高周波電力のパルスを印加するので、
そのパルスのオンあるいはオフ時に被処理体のＶPPある
いはＶDCが急激に変化して被処理体にダメージを与える
ことなく、ダメージレスの均一なプラズマ処理を被処理
体に施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なプラズマ処理装置の実施の
一形態を示す概略的な断面図である。
【図２】図１に示したプラズマ処理装置の模式的な回路
図である。
【図３】プラズマ励起用高周波パルスのオンタイミング
とその反射波との関係を示すタイミングチャートであ
る。
【図４】本発明に基づくプラズマ処理装置によりプラズ
マ励起用高周波パルスの周波数を制御する様子を示すタ
イミングチャートである。
【図５】下部電極に対して一定のバイアス用高周波を印
加した場合の電子温度、電子密度およびＶPPの関係を示
すタイミングチャートである。
【図６】本発明に基づくプラズマ処理装置によりバイア
ス用高周波パルスの出力および周波数を制御する様子を
示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０２ 処理容器 １０４ 下部電極 １０６ 処理室 １１２ 上部電極 １２０ ガス供給源 １２２、１３２ マッチング回路 １２６、１３０ 増幅器 １２８、１３６ 高周波電源 １２１、１３３ センサ １２９ 制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 1/46 H01L 21/3065

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ源に印加される高周波電力をオ
    ン／オフ制御またはハイ／ロウ制御してパルスプラズマ
    を励起し、処理室内に載置された被処理体に対して所定
    のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、 前記高周波電力の周波数を、プラズマの着火時に、パル
    スプラズマが励起している定常時よりも相対的に高い周
    波数にシフトさせる周波数制御手段を設けたことを特徴
    とする、プラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】 プラズマ源に印加される高周波電力をオ
    ン／オフ制御またはハイ／ロウ制御してパルスプラズマ
    を励起し、処理室内に載置された被処理体に対して所定
    のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、 前記高周波電力の周波数を、アフターグロープラズマ励
    起時またはパルスプラズマの励起時に、プラズマ処理用
    のパルスプラズマが励起している定常時よりも相対的に
    高い周波数にシフトさせる周波数制御手段を設けたこと
    を特徴とする、プラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】 前記被処理体は、オン／オフ制御または
    ハイ／ロウ制御可能なバイアス用高周波電力を印加可能
    な載置台に載置されており、 前記被処理体の処理面上での電位または処理面上での電
    位と見なされる電位のＶPPまたはＶDCが実質的に一定に
    なるように前記バイアス用高周波電力の出力を制御する
    電力制御手段を備えていることを特徴とする、請求項１
    または２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 前記電力制御手段は、前記載置台に対し
    て一定のバイアス用高周波電力を印加した場合に生じる
    前記ＶPPまたはＶDCの変化に応じて表れる波形の凹凸を
    相対的に反転した凹凸の波形を実質的に有するように前
    記バイアス用高周波電力の出力を制御するものであるこ
    とを特徴とする、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 【請求項５】 前記被処理体は、オン／オフ制御または
    ハイ／ロウ制御可能なバイアス用高周波電力を印加可能
    な載置台に載置されており、 前記被処理体の処理面上での電位または処理面上での電
    位と見なされる電位のＶPPまたはＶDCが実質的に一定に
    なるように前記バイアス用高周波電力の周波数を制御す
    る周波数制御手段を備えていることを特徴とする、請求
    項１、２、３または４のいずれかに記載のプラズマ処理
    装置。
  6. 【請求項６】 前記周波数制御手段は、前記載置台に対
    して一定のバイアス用高周波電力を印加した場合に生じ
    る前記ＶPPまたはＶDCの変化に応じて表れる波形の凹凸
    と相似する凹凸の波形を実質的に有するように前記バイ
    アス用高周波電力の周波数を制御するものであることを
    特徴とする、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 【請求項７】 前記バイアス用高周波電力のパルスは、
    前記プラズマ源に印加される高周波電力のパルスよりも
    所定の遅延をもって印加されることを特徴とする、請求
    項３、４、５または６のいずれかに記載のプラズマ処理
    装置。
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