JP4493896B2

JP4493896B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理停止方法

Info

Publication number: JP4493896B2
Application number: JP2002066370A
Authority: JP
Inventors: 浩小川; 寛史東
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: WO2003077304A1; JP2003264180A; AU2003221363A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理停止方法に関し、更に詳しくは、プラズマ処理中に印加電力が瞬間的に急激に変化した時にプラズマ処理を中止することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理停止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理では処理容器内でプラズマを発生させウエハ等の被処理体に対してエッチング等のプラズマ処理を施す。プラズマ発生手段として高周波電力等が広く用いられている。そして、プラズマ処理時には高周波電力を一定に制御し、プラズマ状態を安定化し、安定したプラズマ処理を行っている。
【０００３】
例えば、特開平１０−２４２１２１号公報ではプラズマ発生手段として用いる高周波電源をフィードバック制御し、高周波電力または高周波電力のピークツウピーク電圧（Ｖ_ＰＰ）の値を一定の範囲内に制御して再現性の良いプラズマ処理を行う技術が提案されている。また、特開平８−１９９３７８号公報では試料台に印加してバイアス電圧を得る高周波電力をフィードバック制御し、ピークツウピーク電圧を目標値に制御し、常に一定のエッチングレートを確保する技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記各公報において提案された技術では、被処理体の種類の相違やプラズマ処理による経時的変化（例えば、処理容器内への副生成物の付着）等に応じて高周波電力やピークツウピーク電圧を制御してプラズマ処理を安定化し、再現性を高めることができるが、例えば、整合器の可変コンデンサ等のプリセット値が適当でないなど、高周波電力が何等かの原因で瞬間的且つ急激に落ち込んだ場合には対応することができず、被処理体のパターン欠陥が発生し、大量のロット不良を生じさせるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高周波電力が瞬間的に落ち込むなど急激に変化した場合であっても被処理体のパターン欠陥を防止することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理停止方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置は、処理容器内で互いに平行に配置された第１、第２の電極を有し、これらの電極に第１、第２の整合器を介して第１、第２の高周波電力をそれぞれ印加してプラズマを発生させて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、上記第１の高周波電力の印加を開始した後、上記第２の高周波電力の印加を開始した際の、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の所定値までの落ち込みを監視する監視手段を設け、上記監視手段は、第１検出手段、遅延手段、タイマ、第２検出手段及び停止手段を有し、上記第１検出手段は、上記第１の高周波電力の印加が開始されたことをトリガー信号として検出し、上記トリガー信号を上記遅延手段へ出力した後、上記遅延手段は、上記第１検出手段からの上記トリガー信号を、所定時間遅延させて上記タイマへ出力し、上記タイマは、上記遅延手段からの信号に基づいて上記トリガー信号を、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の所定値までの落ち込みを監視する時間だけ上記停止手段へ出力し続ける一方、上記第２検出手段は、上記第２の高周波電力の印加を開始した際の、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の上記所定値までの落ち込みを検出し、この検出信号を上記停止手段へ出力し、上記停止手段は、上記タイマからの信号と上記第２検出手段からの信号に基づいてプラズマ処理を停止させることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置は、請求項１に記載の発明において、上記監視手段は、上記第１の電極と上記第１の整合器の間に設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載のプラズマ処理停止方法は、処理容器内で互いに平行に配置された第１、第２の電極のうち、上記第１の電極に第１の高周波電力を印加する工程と、上記第２の電極に第２の高周波電力を印加する工程と、第１検出手段、遅延手段、タイマ、第２検出手段及び停止手段を有する監視手段を用いて、上記第１の高周波電力の印加を開始した後、上記第２の高周波電力の印加を開始した際の、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の所定値までの落ち込みを監視する工程と、を備え、上記監視手段を用いて上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の所定値までの落ち込みを監視する工程は、上記第１検出手段を用いて上記第１の高周波電力の印加が開始されたことをトリガー信号として検出し、上記トリガー信号を上記遅延手段へ出力する工程と、上記遅延手段を用いて上記第１検出手段からの上記トリガー信号を、所定時間遅延させて上記タイマへ出力する工程と、上記タイマを用いて上記遅延手段からの信号に基づいて上記トリガー信号を、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の所定値までの落ち込みを監視する時間だけ上記停止手段へ出力し続ける工程と、上記第２検出手段を用いて上記第２の高周波電力の印加を開始した際の、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の上記所定値までの落ち込みを検出し、この検出信号を上記停止手段へ出力する工程と、上記停止手段を用いて上記タイマからの信号と上記第２検出手段からの信号に基づいてプラズマ処理を停止させる工程と、を備えたことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に記載のプラズマ処理停止方法は、請求項３に記載の発明において、上記監視手段は、上記第１の電極と上記第１の整合器の間に設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態のプラズマ処理装置１０は、例えば図１に示すように、アルミニウム等の導電性材料からなる処理容器１１と、この処理容器１１内に互いに所定間隔を隔てて平行に配設された上部電極１２及び下部電極１３と、これらの両電極１２、１３に接続された第１、第２の高周波電源１４、１５とを備えている。下部電極１３は被処理体（例えば、半導体ウエハ）を載置する載置台を兼ねている。第１の高周波電源１４は例えば６０ＭＨｚの高周波電力を上部電極１２に印加し、第２の高周波電源１５は第１の高周波電源１４からの印加後例えば２秒後に例えば２ＭＨｚの高周波電力を下部電極１３に印加し、上部電極１２と下部電極１３の間で処理容器１１内に供給されたプロセスガスからプラズマＰを発生させる。この際、第２の高周波電力によって下部電極１３にバイアス電位が発生し、プラズマ中のイオン成分を半導体ウエハＷ面に引き込み、例えば反応性イオンエッチングを行う。
【００１３】
第１の高周波電源１４の第１の電力供給ライン１６には第１の整合器１７が設けられ、第１の整合器１７を介して第１の高周波電源１４から上部電極１２へ高周波電力を供給する。第１の整合器１７は例えば可変コンデンサ（図示せず）を有し、予め可変コンデンサを所定のプリセット値に設定することにより高周波電力の整合を取る。第２の高周波電源１５の第２の電力供給ライン１８には第２の整合器１９が設けられ、第２の整合器１９を介して第２の高周波電源１５から下部電極１３へ高周波電力を供給する。第２の整合器１９は例えば可変リアクタンス（図示せず）を有し、予め可変リアクタンスを所定のプリセット値に設定することにより高周波電力の整合を取る。第１、第２の整合器１７、１９はオペレータの経験に基づいてプリセットされる。
【００１４】
ところが、第１の高周波電力を印加した後第２の高周波電力を印加すると、第２の高周波電力を印加した時に処理容器１内のインピーダンスが変化する。この際、第２の整合器１９のプリセット値の設定が悪いとインピーダンスが急激に変化するため、第１の整合器１７の整合動作が間に合わずに第１の高周波電力の反射波が発生する。この反射波が大きいと第１の高周波電源１４の反射波保護機能が動作して第１の高周波電力が低下する。
【００１５】
例えば図２の（ａ）は第２の整合器１９におけるリアクタンスのプリセット値の取り方が悪い場合の上部電極１２及び下部電極１３のピークツウピーク電圧のＶ_ＰＰの波形図である。上段の波形図が上部電極１２のＶ_ＰＰ値、下段の波形図が下部電極１３のＶ_ＰＰ値を表し、上下段とも横軸は時間を表している。図２の（ｂ）は第２の整合器１９におけるリアクタンスのプリセット値の取り方が良い場合の上部電極１２及び下部電極１３のピークツウピーク電圧のＶ_ＰＰの波形図である。上段の波形図が上部電極１２のＶ_ＰＰ値、下段の波形図が下部電極１３のＶ_ＰＰ値を表し、上下段とも横軸は時間を表している。図２の（ａ）、（ｂ）共に、第１の高周波電力を印加した後、２秒後に第２の高周波電力を印加した場合の波形を表している。第２の整合器１９のプリセット値の取り方が良い場合には、図２の（ｂ）に示すように上部電極１２のＶ_ＰＰ値、下部電極１３のＶ_ＰＰ値共に瞬間的な変動がなく非常に安定している。ところが、第２の整合器１９のプリセット値の取り方が悪い場合には、図２の（ａ）にα点で示すように第１の高周波電力を印加した後第２の高周波電力を印加した時に第１の高周波電力（即ち、上部電極１２のＶ_ＰＰ値）が瞬間的に落ち込んでしまう。この落ち込みにより半導体ウエハのプラズマ処理に支障をきたす可能性がある。
【００１６】
そこで、本実施形態では、例えば図１に示すように第１の整合器１７には監視手段２０が接続されている。そして、第１の高周波電力が所定の閾値まで落ち込んだ時には、監視手段２０は、インターロック信号を第１、第２の高周波電源１４、１５に出力し、プラズマ処理を中断すると共に警報器２１を付勢して警報を発するようにしてある。
【００１７】
そこで、監視手段２０について詳述する。この監視手段２０は、例えば図３に示すように、第１の高周波電力印加時のピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰ値をトリガー信号として検出する第１検出手段２０Ａと、第１検出手段２０Ａからの検出信号を所定時間だけ遅らせて出力する遅延回路２０Ｂと、遅延回路２０Ｂからの信号に基づいて一定時間作動して信号を出力し続けるタイマ２０Ｃと、この間上部電極１２のピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰ値の所定の閾値以下までの落ち込みを検出２０Ｃからの信号とする第２検出手段２０Ｄと、タイマ２０Ｃからの信号と第２検出手段２０Ｄからの信号に基づいて停止信号（インターロック信号）を出力する停止手段（インターロック手段）２０Ｅとを備えている。
【００１８】
即ち、上部電極１２で発生するピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰ及びバイアス電圧Ｖ_ＤＣは第１の整合器１７において検出され、これらの電圧を監視手段２０に入力する。下部電極１３で発生するピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰ及びバイアス電圧Ｖ_ＤＣは第２の整合器１９において検出され、これらの電圧を監視手段２０に入力する。また、上部電極１２の高周波進行波及びその反射波は第１の高周波電源１４において検出され、これらの高周波進行波及び反射波を監視手段２０に入力する。下部電極１３の高周波進行波及びその反射波は第２の高周波電源１５において検出され、これらの高周波進行波及び反射波を監視手段２０に入力する。そして、監視手段２０はトリガー信号とターゲット信号をそれぞれ適宜選択し、これらの信号を目的に応じて使用する。
【００１９】
監視手段２０について図２の（ａ）を用いて更に説明すると、第１検出手段２０Ａはトリガー信号（上部電極のＶ_ＰＰ値）が一定の閾値Ｔ１を超えた時に遅延回路２０Ｂに信号を出力する。遅延回路２０Ｂは、第１検出手段２０Ａからの信号を例えば１秒間遅らせてタイマ２０Ｃへ信号を出力する。タイマ２０Ｃは上部電極１２のピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰの監視時間を設定するもので、遅延回路２０Ｂからの信号に基づいて１〜１０秒間インターロック手段２０Ｅへ信号を出力する。一方、第２検出手段２０Ｄは例えば閾値（例えば、０Ｖ）Ｔ２がターゲット電位として設定され、上部電極１２のピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰをターゲット信号として検出し、このターゲット信号がターゲット電位まで落ち込んだ時に検出信号をインターロック手段２０Ｅへ出力する。インターロック手段２０Ｅは、図２に示すようにタイマ２０Ｃ及び第２検出手段２０Ｄの双方からの信号に基づいてインターロック信号を第１、第２の高周波電源１４、１５及び警報器２１へ出力する。
【００２０】
従って、例えば第２の整合器１９の可変リアクタンスが適正なプリセット値であれば、図２の（ｂ）に示すようにピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰが瞬間的にターゲット電位まで落ち込むことがなく所定の電位で安定する。そして、インターロック手段２０Ｅはインターロック信号を出力することはなく、プラズマ処理を続行することになる。
【００２１】
次に、本実施形態のプラズマ処理装置の一連の動作について説明する。まず、第１、第２の整合器１７、１９の可変リアクタンス及び可変コンデンサを所定の値にプリセットした後、プラズマ処理装置１０の処理容器１１内を所定の真空度まで減圧した後、処理容器１１内の下部電極１３にウエハＷを載置し、処理容器１１内にプロセスガスを供給し所定の真空度まで減圧する。
【００２２】
次いで、第１の整合器１７を介して第１の高周波電源１４から上部電極１２に対して第１の高周波電力を印加する。図２の（ａ）に示すように上部電極１２のピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰが閾値Ｔ１を超えると監視手段２０の第１検出手段２０Ａがトリガー信号として検出し、遅延回路２０Ｂに信号を出力する。遅延回路２０Ｂはトリガー信号の入力後１秒経過すると、タイマ２Ｃに信号を出力する。タイマ２０Ｃはインターロック手段２０Ｅに信号を１〜１０秒間出力する。また、第１の高周波電電力を印加した２秒後に第２の整合器１９を介して第２の高周波電源１５から下部電極１３に第２の高周波電力を印加すると、そのピークツウピーク電圧Ｖ_ｐｐが所定の電位まで上昇する。
【００２３】
この際、例えば仮に第１、第２の整合器１７、１９のプリセット値が悪いと、第２の高周波電力を印加した後、第１の高周波電力のピークツウピーク電圧Ｖ_ｐｐが瞬間的に閾値Ｔ２のターゲット電位まで落ち込み、第２検出手段２０Ｄは検出信号をインターロック手段２０Ｅへ出力する。インターロック手段２０Ｅはタイマ２０Ｃからの信号及び第２検出手段２０Ｄからの信号を同時に受信するとインターロック信号を第１、第２の高周波電源１４、１５へ出力し、第１、第２の高周波電力の印加を停止し、プラズマ処理を停止する。また、これと同時にインターロック手段２０Ｅは警報器２１へ信号を出力し、第１の高周波電力の印加電圧が瞬間的に落ち込んだことを報知する。第２の整合器１９のプリセット値が良いと、第１の高周波電力の落ち込みがなく、プラズマ処理が継続する。
【００２４】
以上説明したように本実施形態によれば、監視手段２０を用いて上部電極１２と第１の整合器１７の間で第１の高周波電力の印加電力を検出し、この検出値の所定の閾値（ターゲット電位）Ｔ２までの落ち込みを監視するようにしたため、第１の高周波電力のピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰのターゲット電位までの瞬間的な落ち込みを監視することができ、ウエハＷのパターン欠陥を未然に防止することができ、ひいては大量のロット不良を防止することができる。
【００２５】
また、監視手段２０は、第１の高周波電力印加時のピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰをトリガー信号として検出する第１検出手段２０Ａと、第１検出手段２０Ａからの信号を１秒間だけ遅らせて出力する遅延回路２０Ｂと、遅延回路２０Ｂからの信号に基づいて一定時間（１〜１０秒）作動するタイマ２０Ｃと、このタイマ２０Ｃの作動中にピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰのターゲット電位までの落ち込みを検出する第２検出手段２０Ｄと、第２検出手段２０Ｄからの信号に基づいてプラズマ処理をインターロックするインターロック手段２０Ｅとを有するため、第１の高周波電力のピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰがターゲット電位まで瞬間的に落ち込んだ時にインターロック手段２０Ｅが作動して第１、第２の高周波電源１４、１５から上部電極１２及び下部電極１３への電力印加を停止してプラズマ処理を停止し、ウエハＷのパターン欠陥を未然に防止することができ、ひいては大量のロット不良を防止することができる。
【００２６】
尚、上記実施形態では、印加電力のピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰを監視する場合について説明したが、ピークツウピーク電圧Ｖ_ＰＰの他、各電極１２、１３におけるバイアス電圧Ｖ_ＤＣ、印加電力の高周波進行波、高周波反射波を用いることもできる。また、上記実施形態では第１の高周波電力を監視する場合について説明したが、第１、第２の高周波電力の双方を監視するようにしても良い。第２の高周波電力をも監視することで第１、第２の高周波電力の瞬間的な落ち込みを個別に監視することができ、いずれか一方の高周波電力の瞬間的な落ち込みを監視することができる。また、上記実施形態では上部電極１２に印加する高周波電源を第１の高周波電源、下部電極１３に印加する高周波電源を第２の高周波電源として、上部電極１２に先に高周波電源を印加する場合について説明した。しかし、下部電極１３に先に印加して上部電極１２の高周波電力の落ち込みを検出するようにしても良いことは云うまでもない。この場合上記実施形態において第１の高周波電源と第２の高周波電源を入れ替えれば成立つことになる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、整合器の可変コンデンサ等のプリセット値が適当でないなどの原因により、高周波電力が瞬間的に落ち込むなど急激に変化した場合であっても被処理体のパターン欠陥を防止することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理停止方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置の第１、第２の高周波電源それぞれの高周波電圧の波形図で、（ａ）は第１の高周波電圧が異常に落ち込んだ場合の波形図、（ｂ）は第１の高周波電圧の正常な波形図ある。
【図３】図１に示す監視手段を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０プラズマ処理装置
１１処理容器
１２上部電極
１３下部電極
１４第１の高周波電源
１５第２の高周波電源
１７第１の整合器
１９第２の整合器
２０監視手段
２０Ａ第１検出手段
２０Ｂ遅延回路（遅延手段）
２０Ｃタイマ
２０Ｄインターロック手段（停止手段）
２０Ｅ第２検出手段
Ｗウエハ（被処理体）

Claims

処理容器内で互いに平行に配置された第１、第２の電極を有し、これらの電極に第１、第２の整合器を介して第１、第２の高周波電力をそれぞれ印加してプラズマを発生させて被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
上記第１の高周波電力の印加を開始した後、上記第２の高周波電力の印加を開始した際の、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の所定値までの落ち込みを監視する監視手段を設け、
上記監視手段は、第１検出手段、遅延手段、タイマ、第２検出手段及び停止手段を有し、
上記第１検出手段は、上記第１の高周波電力の印加が開始されたことをトリガー信号として検出し、上記トリガー信号を上記遅延手段へ出力した後、
上記遅延手段は、上記第１検出手段からの上記トリガー信号を、所定時間遅延させて上記タイマへ出力し、
上記タイマは、上記遅延手段からの信号に基づいて上記トリガー信号を、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の所定値までの落ち込みを監視する時間だけ上記停止手段へ出力し続ける一方、
上記第２検出手段は、上記第２の高周波電力の印加を開始した際の、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の上記所定値までの落ち込みを検出し、この検出信号を上記停止手段へ出力し、
上記停止手段は、上記タイマからの信号と上記第２検出手段からの信号に基づいてプラズマ処理を停止させる
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
上記監視手段は、上記第１の電極と上記第１の整合器の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
処理容器内で互いに平行に配置された第１、第２の電極のうち、上記第１の電極に第１の高周波電力を印加する工程と、上記第２の電極に第２の高周波電力を印加する工程と、第１検出手段、遅延手段、タイマ、第２検出手段及び停止手段を有する監視手段を用いて、上記第１の高周波電力の印加を開始した後、上記第２の高周波電力の印加を開始した際の、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の所定値までの落ち込みを監視する工程と、を備え、
上記監視手段を用いて上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の所定値までの落ち込みを監視する工程は、
上記第１検出手段を用いて上記第１の高周波電力の印加が開始されたことをトリガー信号として検出し、上記トリガー信号を上記遅延手段へ出力する工程と、
上記遅延手段を用いて上記第１検出手段からの上記トリガー信号を、所定時間遅延させて上記タイマへ出力する工程と、
上記タイマを用いて上記遅延手段からの信号に基づいて上記トリガー信号を、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の所定値までの落ち込みを監視する時間だけ上記停止手段へ出力し続ける工程と、
上記第２検出手段を用いて上記第２の高周波電力の印加を開始した際の、上記第１の高周波電力の電力値または電圧値の上記所定値までの落ち込みを検出し、この検出信号を上記停止手段へ出力する工程と、
上記停止手段を用いて上記タイマからの信号と上記第２検出手段からの信号に基づいてプラズマ処理を停止させる工程と、を備えた
ことを特徴とするプラズマ処理停止方法。
上記監視手段は、上記第１の電極と上記第１の整合器の間に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理停止方法。