JP5100853B2 - Plasma processing method - Google Patents
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Description
本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理方法に係り、特にプラズマ生成用の高周波電極に可変整合器を介して所要の高周波を給電するシステムの改善に関する。 The present invention relates to a plasma processing method for performing plasma processing on a substrate to be processed, and more particularly to improvement of a system for supplying a required high frequency to a high frequency electrode for plasma generation via a variable matching device.
半導体デバイスやFPD(Flat Panel Display)の製造プロセスには、プラズマを利用してエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理を行うプラズマ処理装置が多く使われている。概して、プラズマ処理装置は、処理容器またはチャンバの中または外に高周波電極を配置して高周波給電部より該高周波電極に高周波を給電する。高周波給電部には、高周波を出力する発振器または高周波電源だけでなく、負荷側(電極、プラズマ、チャンバ)のインピーダンスと高周波電源側のインピーダンスとの間で整合(マッチング)をとるための整合器も用いられる。 In a manufacturing process of a semiconductor device or an FPD (Flat Panel Display), a plasma processing apparatus that performs processing such as etching, deposition, oxidation, and sputtering using plasma is often used. Generally, in a plasma processing apparatus, a high-frequency electrode is disposed inside or outside a processing container or chamber, and a high-frequency power is supplied to the high-frequency electrode from a high-frequency power supply unit. The high-frequency power supply unit includes not only an oscillator or high-frequency power source that outputs high frequency, but also a matching unit for matching between the impedance on the load side (electrode, plasma, chamber) and the impedance on the high-frequency power source side. Used.
一般に、この種の整合器は、1個または複数の可変コンデンサまたは可変インダクタンスコイル等の可変リアクタンス素子を含み、ステップモータ等により可変範囲内の各ステップ位置またはポジションを選択することで整合器内のインピーダンスひいては負荷インピーダンスZinを可変調整できる可変整合器として構成されている。そして、プラズマ処理中には、圧力変動などによってプラズマ・インピーダンスが変わると、それら可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変調整して自動的に負荷インピーダンスZinを補正して整合ポイント(50Ω)に合わせるようになっている。このオートマッチングを行うため、負荷インピーダンスZinを測定する回路や、負荷インピーダンスの測定値を整合ポイント(50Ω)に一致させるようにステップモータを通じて各可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変制御するコントローラ等が用いられる。 In general, this type of matching device includes one or a plurality of variable reactance elements such as a variable capacitor or a variable inductance coil, and each step position or position within a variable range is selected by a step motor or the like, so that and it is configured to impedance thus load impedance Z in as a variable matching circuit which can variably adjusted. Then, during plasma processing, the plasma impedance changes depending on the pressure variation, matching the impedance positions thereof variable reactance element variable adjusted automatically load impedance Z in and correcting the alignment points (50 [Omega) It is like that. Therefore performing automatic matching circuit and to measure the load impedance Z in, controller or the like for variably controlling the impedance positions of the variable reactance element through step motor to match the measured value of the load impedance matching point (50 [Omega) Is used.
上記のように、可変整合器においてオートマッチングを行うときは、負荷インピーダンスZinの測定値が整合ポイントに一致するように可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションをフィードバック制御で可変制御する。ここで、整合ポイントZMPは高周波電源の出力インピーダンスに等しい純抵抗値の50Ω(ZMP=50+j0)に設定されるのが通例である。 As described above, when auto-matching is performed in the variable matching device, the impedance position of the variable reactance element is variably controlled by feedback control so that the measured value of the load impedance Zin matches the matching point. Here, the matching point Z MP is usually set to a pure resistance value 50Ω (Z MP = 50 + j0) equal to the output impedance of the high frequency power supply.
しかしながら、負荷インピーダンス測定回路の測定精度に誤差があると、その負荷インピーダンス測定回路で得られる負荷インピーダンスZinの測定値が見かけ上純抵抗値の50Ω(Zin=50+j0)を示していても、実際には整合ポイント(ZMP=50+j0)に一致していないことがある。また、高周波の波形ひずみが大きいときにも負荷インピーダンス測定回路の測定精度が不安定になり、見かけ上Zin=50+j0の測定値が得られても、整合ポイント(ZMP=50+j0)に一致していないことがある。このような場合に、上記のようなインピーダンスマッチングのためのフィードバック制御を行えば、整合ポイントZMPからずれたインピーダンスに負荷インピーダンスを合わせる結果となり、RF伝送特性が低下してプラズマプロセスに影響を来たすおそれがある。 However, if the measurement accuracy of the load impedance measuring circuit there is an error, even it shows 50Ω (Z in = 50 + j0 ) measurements the apparent net resistance value of the obtained load impedance measuring circuit load impedance Z in, Actually, it may not coincide with the matching point (Z MP = 50 + j0). In addition, even when the waveform distortion of the high frequency is large, the measurement accuracy of the load impedance measurement circuit becomes unstable, and even if the apparent measurement value of Z in = 50 + j0 is obtained, it matches the matching point (Z MP = 50 + j0). There may not be. In such a case, if the feedback control for impedance matching as described above is performed, the result is that the load impedance is matched to the impedance deviated from the matching point Z MP , and the RF transmission characteristic is deteriorated to affect the plasma process. There is a fear.
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、負荷インピーダンスの測定精度に誤差があっても、あるいは実プロセス中の高周波の波形ひずみが大きいときでも、可変整合器における負荷インピーダンス測定精度の低下を補償して、プロセスの安定性や再現性を改善するようにしたプラズマ処理方法を提供する。 The present invention solves the problems of the prior art as described above. Even if there is an error in the measurement accuracy of the load impedance or the high frequency waveform distortion during the actual process, Provided is a plasma processing method which compensates for a decrease in load impedance measurement accuracy and improves process stability and reproducibility.
本発明の第1の観点におけるプラズマ処理方法は、減圧可能なチャンバ内の所定位置にダミーの被処理基板を配置し、所望のプロセスレシピと実質的に同じ条件で前記チャンバ内を所定の真空度に減圧し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給し、高周波電源より所定周波数の高周波を所定のパワーで所定の高周波電極に可変整合器を介して給電して前記チャンバ内にプラズマを生成し、負荷インピーダンスの測定値が予め選定された複数の基準インピーダンスに一致するように前記可変整合器のインピーダンスを可変制御する第1の工程と、各々の前記基準インピーダンスの下で前記高周波電源側に得られる反射波の電力を測定して測定値を記録する第2の工程と、前記複数の基準インピーダンスの中で前記反射波電力の測定値が最小値または最小値付近になるときの基準インピーダンスを登録する第3の工程と、前記チャンバ内の前記所定位置に正規の被処理基板を配置し、前記プロセスレシピの条件で前記チャンバ内を所定の真空度に減圧し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給し、前記高周波電源より前記高周波を所定のパワーで前記高周波電極に前記可変整合器を介して給電して前記チャンバ内にプラズマを生成し、負荷インピーダンスの測定値が前記登録された基準インピーダンスに一致するように前記可変整合器のインピーダンスを可変制御して、前記基板にプラズマ処理を施す第4の工程とを有する。 In the plasma processing method according to the first aspect of the present invention, a dummy substrate to be processed is disposed at a predetermined position in a depressurizable chamber, and a predetermined degree of vacuum is set in the chamber under substantially the same conditions as a desired process recipe. The plasma is generated in the chamber by supplying a predetermined processing gas into the chamber and supplying a predetermined high frequency with a predetermined power from a high frequency power source to a predetermined high frequency electrode via a variable matching device. A first step of variably controlling the impedance of the variable matching unit so that the measured value of the load impedance matches a plurality of preselected reference impedances, and obtaining the high frequency power source side under each of the reference impedances A second step of measuring the power of the reflected wave and recording the measured value, and the measured value of the reflected wave power is the minimum value among the plurality of reference impedances Or a third step of registering a reference impedance when the value is close to the minimum value, and a regular substrate to be processed is disposed at the predetermined position in the chamber, and a predetermined vacuum is formed in the chamber under the conditions of the process recipe. The pressure is reduced each time, a predetermined processing gas is supplied into the chamber, and the high-frequency power is supplied from the high-frequency power source to the high-frequency electrode through the variable matching unit with a predetermined power to generate plasma in the chamber. And a fourth step of performing plasma processing on the substrate by variably controlling the impedance of the variable matching unit so that the measured value of the load impedance matches the registered reference impedance.
本発明の第2の観点におけるプラズマ処理方法は、減圧可能なチャンバ内の下部電極の上にダミーの被処理基板を配置し、所望のプロセスレシピと実質的に同じ条件で前記チャンバ内を所定の真空度に減圧し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給し、前記チャンバ内で前記処理ガスを第1の高周波により放電させてプラズマを生成するとともに、高周波電源より第2の周波数の高周波を所定のパワーで前記下部電極に可変整合器を介して給電して前記プラズマ中のイオンを前記基板に引き込み、負荷インピーダンスの測定値が予め選定された複数の基準インピーダンスに一致するように前記可変整合器のインピーダンスを可変制御する第1の工程と、各々の前記基準インピーダンスの下で前記高周波電源側に得られる反射波の電力を測定して測定値を記録する第2の工程と、前記複数の基準インピーダンスの中で前記反射波電力の測定値が最小値または最小値付近になるときの基準インピーダンスを登録する第3の工程と、前記チャンバ内の前記所定位置に正規の被処理基板を配置し、前記プロセスレシピの条件で前記チャンバ内を所定の真空度に減圧し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給し、前記チャンバ内で前記処理ガスを前記第1の高周波により放電させてプラズマを生成するとともに、前記高周波電源より前記第2の高周波を所定のパワーで前記下部電極に前記可変整合器を介して給電して前記プラズマ中のイオンを前記基板に引き込み、負荷インピーダンスの測定値が前記登録された基準インピーダンスに一致するように前記可変整合器のインピーダンスを可変制御して、前記基板にプラズマ処理を施す第4の工程とを有する。 In the plasma processing method according to the second aspect of the present invention, a dummy substrate is disposed on a lower electrode in a depressurizable chamber, and the chamber is subjected to a predetermined process under substantially the same conditions as a desired process recipe. The pressure is reduced to a vacuum level, a predetermined processing gas is supplied into the chamber, the processing gas is discharged in the chamber with a first high frequency to generate plasma, and a high frequency of a second frequency is generated from a high frequency power source. The variable electrode is supplied to the lower electrode with a predetermined power through a variable matching unit, and ions in the plasma are drawn into the substrate, and the variable matching is performed so that the measured value of the load impedance matches a plurality of preselected reference impedances. A first step of variably controlling the impedance of the device, and measuring the power of the reflected wave obtained on the high-frequency power source side under each of the reference impedances A second step of recording the measured value, a third step of registering a reference impedance when the reflected wave power measurement value is at or near the minimum value among the plurality of reference impedances, A regular substrate to be processed is disposed at the predetermined position in the chamber, the chamber is depressurized to a predetermined degree of vacuum under the conditions of the process recipe, a predetermined processing gas is supplied into the chamber, The processing gas is discharged with the first high frequency to generate plasma, and the second high frequency is supplied from the high frequency power source to the lower electrode with a predetermined power via the variable matching unit. The impedance of the variable matching unit can be adjusted so that the measured value of the load impedance matches the registered reference impedance. Control to, and a fourth step of performing plasma processing on the substrate.
本発明のプラズマ処理方法においては、ダミーの被処理基板を使用し、実プロセスと実質的に同じ条件でプラズマを生成し、あるいはプラズマ中のイオンを基板に引き込んで、その時の反射波の電力を零または最小にする方向に整合器の整合ポイントを補正する。このオートラーニングによる整合ポイントの補正は、プロセスレシピ毎にプロセス条件を変えて行われるので、プロセスレシピ毎に補正整合ポイントまたは基準インピーダンスが得られる。 In the plasma processing method of the present invention, a dummy substrate is used and plasma is generated under substantially the same conditions as the actual process, or ions in the plasma are drawn into the substrate, and the power of the reflected wave at that time is generated. Correct the matching point of the matcher in the direction of zero or minimum. Since the correction of the matching point by auto-learning is performed by changing the process condition for each process recipe, a corrected matching point or reference impedance is obtained for each process recipe.
本発明の好適な一態様によれば、第1の工程において、負荷インピーダンスの測定値を各々の基準インピーダンスに一致させる操作を行う度毎に、改めて高周波電源からの高周波を高周波電極に給電してプラズマを生成する。 According to a preferred aspect of the present invention, in the first step, every time an operation for matching the measured value of the load impedance with each reference impedance is performed, a high frequency from a high frequency power supply is supplied to the high frequency electrode again. Generate plasma.
別の好適な一態様によれば、第2の工程では、タイマ機能によりマッチングが確立した頃合いを見計らって反射波電力の測定値を取り込む。 According to another preferred aspect, in the second step, the measured value of the reflected wave power is taken in at the time when matching is established by the timer function.
本発明のプラズマ処理方法によれば、上記のような構成および作用により、可変整合器において負荷インピーダンス測定回路の測定誤差や実プロセス中の高周波の波形ひずみ等に起因する負荷インピーダンス測定精度の低下を補償して、プロセスの安定性や再現性を改善することができる。 According to the plasma processing method of the present invention, due to the configuration and operation as described above, in the variable matching device, the load impedance measurement accuracy is reduced due to measurement errors of the load impedance measurement circuit, high-frequency waveform distortion during the actual process, and the like. Compensation can improve process stability and reproducibility.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理方法の適用可能なプラズマエッチング装置の構成を示す。このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、たとえば表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ(処理容器)10を有している。チャンバ10は保安接地されている。
FIG. 1 shows a configuration of a plasma etching apparatus to which a plasma processing method according to an embodiment of the present invention can be applied. This plasma etching apparatus is configured as a capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus, and has, for example, a cylindrical chamber (processing vessel) 10 made of aluminum whose surface is anodized (anodized). The
チャンバ10の底部には、セラミックなどの絶縁板12を介して円柱状のサセプタ支持台14が配置され、このサセプタ支持台14の上にたとえばアルミニウムからなるサセプタ16が設けられている。サセプタ16は下部電極を構成し、この上に被処理基板としてたとえば半導体ウエハWが載置される。
A
サセプタ16の上面には半導体ウエハWを静電吸着力で保持するための静電チャック18が設けられている。この静電チャック18は導電膜からなる電極20を一対の絶縁層または絶縁シートの間に挟み込んだものであり、電極20には直流電源22が電気的に接続されている。直流電源22からの直流電圧により、半導体ウエハWがクーロン力で静電チャック18に吸着保持されるようになっている。静電チャック18の周囲でサセプタ16の上面には、エッチングの均一性を向上させるためのたとえばシリコンからなるフォーカスリング24が配置されている。サセプタ16およびサセプタ支持台14の側面にはたとえば石英からなる円筒状の内壁部材26が貼り付けられている。
An
サセプタ支持台14の内部には、たとえば円周方向に延在する冷媒室28が設けられている。この冷媒室28には、外付けのチラーユニット(図示せず)より配管30a,30bを介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によってサセプタ16上の半導体ウエハWの処理温度を制御できる。 さらに、伝熱ガス供給機構(図示せず)からの伝熱ガスたとえばHeガスが、ガス供給ライン32を介して静電チャック18の上面と半導体ウエハWの裏面との間に供給される。
Inside the susceptor support 14, for example, a
サセプタ16の上方には、このサセプタと平行に対向する上部電極34が設けられている。両電極16,34の間の空間はプラズマ生成空間である。上部電極34は、サセプタ(下部電極)16上の半導体ウエハWと対向してプラズマ生成空間と接する面つまり対向面を形成する。上部電極34は、サセプタ16と所望の間隔を置いて対向配置されているリング形状またはドーナツ形状の外側(outer)上部電極36と、この外側上部電極36の半径方向内側に絶縁して配置されている円板形状の内側(inner)上部電極38とで構成される。これら外側上部電極36と内側上部電極38とは、プラズマ生成に関して、前者(36)が主で、後者(38)が補助の関係を有している。
Above the
図2に、このプラズマエッチング装置における上部高周波給電部の構成を示す。図2に明示するように、外側上部電極36と内側上部電極38との間にはたとえば0.25〜2.0mmの環状ギャップ(隙間)が形成され、このギャップにたとえば石英からなる誘電体40が設けられる。また、このギャップにセラミック96を設けることもできる。この誘電体40を挟んで両電極36,38の間にコンデンサが形成される。このコンデンサのキャパシタンスC40は、ギャップのサイズと誘電体40の誘電率に応じて所望の値に選定または調整される。外側上部電極36とチャンバ10の側壁との間には、たとえばアルミナ(Al2O3)からなるリング形状の絶縁性遮蔽部材42が気密に取り付けられている。
FIG. 2 shows the configuration of the upper high-frequency power feeding unit in this plasma etching apparatus. As clearly shown in FIG. 2, an annular gap (gap) of, for example, 0.25 to 2.0 mm is formed between the outer
外側上部電極36は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体たとえばシリコンで構成されるのが好ましい。外側上部電極36には、上部整合器44、上部給電棒46、コネクタ48および給電筒50を介して上部高周波電源52が電気的に接続されている。上部高周波電源52は、13.5MHz以上の周波数たとえばプラズマ生成用の60MHzの高周波を出力する。上部整合器44は、上部高周波電源52の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ10内にプラズマが生成されている時に上部高周波電源50の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。上部整合器44の出力端子は上部給電棒46の上端に接続されている。
The outer
給電筒50は、円筒状または円錐状あるいはそれらに近い形状の導電板たとえばアルミニウム板または銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極36に接続され、上端がコネクタ48によって上部給電棒46の下端部に電気的に接続されている。給電筒50の外側では、チャンバ10の側壁が上部電極34の高さ位置よりも上方に延びて円筒状の接地導体10aを構成している。この円筒状接地導体10aの上端部は筒状の絶縁部材54により上部給電棒46から電気的に絶縁されている。かかる構成においては、コネクタ48からみた負荷回路において、給電筒50および外側上部電極36と円筒状接地導体10aとで前者(36,50)を導波路とする同軸線路が形成される。
The
再び図1において、内側上部電極38は、多数のガス通気孔56aを有するたとえばSi、SiCなどの半導体材料からなる電極板56と、この電極板56を着脱可能に支持する導電材料たとえば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体58とを有する。電極支持体58の内部には、たとえばOリングからなる環状隔壁部材60で分割された2つのガス導入室つまり中心ガス導入室62と周辺ガス導入室64とが設けられている。中心ガス導入室62とその下面に設けられている多数のガス噴出孔56aとで中心シャワーヘッドが構成され、周辺ガス導入室64とその下面に設けられている多数のガス噴出孔56aとで周辺シャワーヘッドが構成されている。
In FIG. 1 again, the inner
これらのガス導入室62,64には、共通の処理ガス供給源66からの処理ガスが所望の流量比で供給されるようになっている。より詳細には、処理ガス供給源66からのガス供給管68が途中で2つに分岐してガス導入室62,64に接続され、それぞれの分岐管68a,68bに流量制御弁70a,70bが設けられている。処理ガス供給源66からガス導入室62,64までの流路のコンダクタンスは等しいので、流量制御弁70a,70bの調整により、両ガス導入室62,64に供給する処理ガスの流量比を任意に調整できるようになっている。なお、ガス供給管68にはマスフローコントローラ(MFC)72および開閉バルブ74が設けられている。このように、中心ガス導入室62と周辺ガス導入室64とに導入する処理ガスの流量比を調整することで、中心ガス導入室62に対応する電極中心部のガス通気孔56aつまり中心シャワーヘッドより噴出されるガスの流量FCと周辺ガス導入室64に対応する電極周辺部のガス通気孔56aつまり周辺シャワーヘッドより噴出されるガスの流量FEとの比率(FC/FE)を任意に調整できるようになっている。なお、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスの単位面積当たりの流量を異ならせることも可能である。さらに、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスのガス種またはガス混合比を独立または別個に選定することも可能である。
A processing gas from a common processing
内側上部電極38の電極支持体58には、上部整合器44、上部給電棒46、コネクタ48および下部給電筒76を介して上部高周波電源52が電気的に接続されている。下部給電筒76の途中には、キャパシタンスを可変調整できる可変コンデンサ78が設けられている。
The upper high-
図示省略するが、外側上部電極36および内側上部電極38にも適当な冷媒室または冷却ジャケット(図示せず)を設けて、外部のチラーユニットにより冷媒を介して電極の温度を制御できるように構成してもよい。
Although not shown, the outer
チャンバ10の底部には排気口80が設けられ、この排気口80に排気管82を介して排気装置84が接続されている。排気装置84は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ10内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧できるようになっている。また、チャンバ10の側壁には半導体ウエハWの搬入出口を開閉するゲートバルブ86が取り付けられている。
An
このプラズマエッチング装置では、下部電極であるサセプタ16に下部整合器88を介して下部高周波電源90が電気的に接続されている。この下部高周波電源90は、2〜27MHzの範囲内の周波数たとえばイオン引き込み用の2MHzの高周波を出力する。下部整合器88は、下部高周波電源90の内部または出力インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ10内にプラズマが生成されている時に下部高周波電源90の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
In this plasma etching apparatus, a lower high
内側上部電極38には、上部高周波電源52からの高周波(60MHz)を通さずに下部高周波電源90からの高周波(2MHz)をグランドへ通すためのローパスフィルタ(LPF)92が電気的に接続されている。このローパスフィルタ(LPF)92は、好適にはLRフィルタまたはLCフィルタで構成されてよいが、1本の導線だけでも上部高周波電源52からの高周波(60MHz)に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、サセプタ16には、上部高周波電源52からの高周波(60MHz)をグランドへ通すためのハイパスフィルタ(HPF)94が電気的に接続されている。
The inner
主制御部100は、CPUやメモリ等を含むコンピュータシステムからなり、装置内の各部、特に高周波電源52,90、処理ガス供給源66および整合器44,88等の個々の動作と全体の動作(シーケンス)を制御する。主制御部100内の構成は図13につき後に説明する。
The
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ86を開状態にして加工対象の半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入して、サセプタ16の上に載置する。そして、直流電源22より直流電圧を静電チャック18の電極20に印加して、半導体ウエハWをサセプタ16に固定する。次いで、排気装置84によりチャンバ10内を排気するとともに、処理ガス供給源66よりエッチングガス(一般に混合ガス)を所定の流量および流量比でガス導入室62,64に導入し、排気装置84によりチャンバ10内の圧力つまりエッチング圧力を設定値(たとえば数mTorr)とする。次いで、下部高周波電源90より高周波(2MHz)を所定のパワーでサセプタ16に印加し、続いて上部高周波電源52からも高周波(60MHz)を所定のパワーで上部電極34(36,38)に印加する。内側上部電極38のガス通気孔56aより吐出されたエッチングガスは上部電極34(36,38)とサセプタ16間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハWの被処理面がエッチングされる。
In order to perform etching in this plasma etching apparatus, first, the
上記のように、上部高周波電源52より出力される高周波(60MHz)と下部高周波電源90より出力される高周波(2MHz)との間には、イオン引き込み用の高周波(2MHz)が先入れで下部電極16に給電され、プラズマ生成用の上部高周波(60MHz)が後入れで上部電極34に印加されるという給電開始時間上の前後関係がある。
As described above, between the high frequency (60 MHz) output from the upper high-
このプラズマエッチング装置では、上部電極34に対して高い周波数領域(イオンが動けない5〜10MHz以上)の高周波を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。しかも、後に詳述する先入れ側の上部整合器44におけるインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値最適化機能により、プロセスレシピの各種条件(チャンバ内の圧力、上部および下部高周波パワー、ガス流量等)に特別な選定や切り替えを要することなく低圧下でも(あるいはチャンバ内にデポジションが付着していても)プラズマを確実に着火させることができるようになっている。また、プラズマ着火後のオートマッチングでは、負荷インピーダンスのモニタリングに測定誤差があっても、後述する整合ポイント補正機能により、高い精度でマッチング状態を確立できるようになっている。
In this plasma etching apparatus, by applying a high frequency in a high frequency region (5 to 10 MHz or more at which ions cannot move) to the
なお、上述したプラズマエッチング装置は、酸化シリコン(SiO2)膜をエッチングするための装置の例であり、イオン引き込み用の下部高周波(2MHz)が先入れで下部電極16に印加され、プラズマ生成用の上部高周波(60MHz)が後入れで上部電極34に印加されるという順番であった。しかし、たとえばポリシリコン膜をエッチングするためのプラズマエッチング装置は、諸所の事情または条件により上部電極にまず高周波(たとえば60MHz)を印加し、その後下部電極に高周波(たとえば13.56MHz)を印加する順番のケースが多い。因みに、ポリシリコン膜をエッチングするためのプラズマ処理装置は、特にチャンバ内の低圧条件が望まれている。
The above-described plasma etching apparatus is an example of an apparatus for etching a silicon oxide (SiO 2) film, and a lower high frequency (2 MHz) for ion attraction is applied to the
以下では、便宜的に、ポリシリコン膜をエッチングするためのプラズマ処理装置で多用されている上部電極への高周波先入れ、下部電極への高周波後入れのケースで説明する。 In the following, for the sake of convenience, a description will be given of a case of high-frequency insertion into the upper electrode and high-frequency post-insertion into the lower electrode, which are frequently used in a plasma processing apparatus for etching a polysilicon film.
図3に、このプラズマエッチング装置に適用可能な第1の技法による高周波給電システムの構成を示す。上部整合器44は、インピーダンス可変の可変整合器であり、少なくとも1つの可変リアクタンス素子を含む整合回路102と、この整合回路102の各可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを個別に可変制御するためのコントローラ104と、整合回路102を含めた負荷インピーダンスZinを測定する機能を有するRFセンサ106とを有している。
FIG. 3 shows the configuration of a high-frequency power feeding system according to the first technique applicable to this plasma etching apparatus. The
図示の例では、整合回路102が2つの可変コンデンサC1,C2と1つのインダクタンスコイルL1とからなるT形回路として構成され、コントローラ104がステップモータ108,110を通じて可変コンデンサ(C1,C2)のインピーダンス・ポジションを可変制御できるようになっている。RFセンサ106は、たとえばその設置位置における伝送線路上のRF電圧およびRF電流をそれぞれ検出する電圧センサおよび電流センサを有し、電圧測定値および電流測定値から負荷インピーダンスZinの測定値を複素数表示で求める。コントローラ104は、たとえばマイクロコンピュータからなり、RFセンサ106より負荷インピーダンスZinの測定値を受け取り、主制御部100からは各種の設定値やコマンドを受け取る。
In the illustrated example, the
さらに、この第1の技法では、上部整合器44の出力側で伝送線路または導波路上の高周波電圧の波高値(ピーク対ピーク値)Vppを測定するためのVpp測定回路112も上部整合器44内に設けられている。このVpp測定回路112で得られたVppの測定値は主制御部100に取り込まれる。
Further, according to the first technique, the V pp measuring circuit 112 for measuring the peak value (peak-to-peak value) V pp of the high-frequency voltage on the transmission line or the waveguide on the output side of the
図4に、上部整合器44および下部整合器88におけるインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値最適化のために装置稼動前に行われるオートラーニングの手順(特に主制御部100の処理手順)を示す。
FIG. 4 shows an auto-learning procedure (particularly a processing procedure of the main control unit 100) performed before the operation of the apparatus for optimizing the off-preset value of the impedance position in the
以下、上部整合器44に係る上記オートラーニングの手順を説明する。先ず、初期化(ステップA1)では、オートラーニング用の各種設定値を所定のレジスタにセットし、機械的な可動部を初期位置にセットする。次に、排気装置84を作動させてチャンバ10内を所定圧力の真空状態にしてから(ステップA2)、上部高周波電源52をオンにする(ステップA3)。そうすると、上部高周波電源52より伝送線路上に出力された高周波は上部整合器44を通ってチャンバ10内の上部電極34に給電される。ここで、上部高周波電源52の出力は、上部電極34と下部電極16との間で放電が発しない程度の低いパワーに設定される。なお、下部高周波電源90はオフのままにしておく。
Hereinafter, the auto-learning procedure for the
上部整合器44においては、両可変コンデンサ(C1,C2)のインピーダンス・ポジションが先の初期化で初期位置にセットされており、Vpp測定回路112はその初期位置の(C1,C2)インピーダンス・ポジションの下で出力側の導波路上に得られる高周波電圧の波高値Vppを測定する。ここで、Vpp測定回路112により測定される導波路上の高周波電圧の波高値Vppは、上部電極34における高周波電圧の波高値と比例関係にある。Vpp測定回路112で得られたVpp測定値は、コントローラ104を介して主制御部100に取り込まれ、主制御部100内のメモリに格納される(ステップA4)。
In the
こうして、初期位置の(C1,C2)インピーダンス・ポジションの下でVppの測定が済むと、次に主制御部100はコントローラ104およびステップモータ110,112を介して可変コンデンサ(C1,C2)のインピーダンス・ポジションを1ステップ移動させ(ステップA5)、移動先のインピーダンス・ポジションの下でVpp測定回路112より得られるVpp測定値を取り込む(ステップA6→A7→A4)。その後も、可変コンデンサ(C1,C2)のインピーダンス・ポジションを次のポジションへ移動させ、その移動先のインピーダンス・ポジションでVpp測定回路112より得られるVpp測定値を取り込むという一連の処理を繰り返す(ステップA5→A6→A7→A4→A5・・)。
Thus, when the measurement of V pp is completed under the initial (C 1 , C 2 ) impedance position, the
図5に、可変コンデンサ(C1,C2)のインピーダンス・ポジションを順次移動させる手順の一例を示す。この例では、可変コンデンサC1の移動ポジションが予め可変範囲(0%〜100%)内で0(0%)からm(100%)までm+1個選定され、可変コンデンサC2の移動ポジションが予め可変範囲(0%〜100%)内で0(0%)からn(100%)までn+1個選定されている。 FIG. 5 shows an example of a procedure for sequentially moving the impedance positions of the variable capacitors (C 1 , C 2 ). In this example, the variable movement position of the capacitor C 1 is pre-variable range (0% to 100%) m (100%) 0 (0%) in the up (m + 1) pieces selected, the movement position of the variable capacitor C 2 in advance N + 1 items are selected from 0 (0%) to n (100%) within a variable range (0% to 100%).
図5の(A)に示す手順は、最初に可変コンデンサC1のポジションを0に保ったまま、可変コンデンサC2のポジションを0からnまで振って、(C1,C2)=(0,0),(0,1),・・(0,n)の各インピーダンス・ポジションの下でVppを測定してその測定値を記録する。次に、可変コンデンサC1のポジションを1に移し、可変コンデンサC2のポジションを0からnまで振って、(C1,C2)=(1,0),(1,1),・・(1,n)の各インピーダンス・ポジションの下でVppを測定してその測定値を記録する。以下、可変コンデンサC1のポジションを2,3,・・と順次移して上記と同様のVpp測定および記録(ロギング)を繰り返し、最後は(C1,C2)=(m,0),(m,1),・・(m,n)の各インピーダンス・ポジションの下でVppを測定してその測定値を記録する。なお、可変コンデンサC1,C2のポジションを振るピッチは1に限るものではなく、2以上でもよい。 In the procedure shown in FIG. 5A, the position of the variable capacitor C 2 is first swung from 0 to n while keeping the position of the variable capacitor C 1 at 0, and (C 1 , C 2 ) = (0 , 0), (0, 1),... Measure V pp under each impedance position (0, n) and record the measured value. Then, the position of the variable capacitor C 1 is transferred to 1, the position of the variable capacitor C 2 waving from 0 to n, (C 1, C 2 ) = (1,0), (1,1), ·· Measure V pp under each (1, n) impedance position and record the measured value. Thereafter, the position of the variable capacitor C 1 is sequentially shifted to 2, 3,... And V pp measurement and recording (logging) similar to the above are repeated, and finally (C 1 , C 2 ) = (m, 0), (M, 1), ... Vpp is measured under each impedance position of (m, n) and the measured value is recorded. In addition, the pitch at which the positions of the variable capacitors C 1 and C 2 are shaken is not limited to 1, and may be 2 or more.
図5の(B)に示す手順は、可変コンデンサC1のポジションが偶数番目(0,2,4,・・)のときは可変コンデンサC2のポジションを昇順(0,1,2,3・・)で移動させ、可変コンデンサC1のポジションが奇数番目(1,3,5,・・)のときは可変コンデンサC2のポジションを降順(n,n−1,n−2,・・)で移動させる点に特徴があり、他は図5の(A)と同じである。図5の(B)の方が、可変コンデンサC1のポジションを1ステップ移動させる度毎に可変コンデンサC2側でステップモータ108の巻き戻しを行わずに済み、効率がよい。
In the procedure shown in FIG. 5B, when the position of the variable capacitor C 1 is an even number (0, 2 , 4,...), The positions of the variable capacitor C 2 are arranged in ascending order (0, 1, 2, 3,. When the position of the variable capacitor C 1 is an odd number (1, 3, 5,...), The position of the variable capacitor C 2 is descended (n, n−1, n−2,. 5 is the same as FIG. 5A. In FIG. 5B, it is not necessary to rewind the
上記のようなロギングの結果として、主制御部100内のメモリ上には、図6のマッピングで示すように、可変コンデンサ(C1,C2)の可変範囲内で選定された(全体的に網羅された)全てのインピーダンス・ポジションに対応するVpp測定値が全部出揃う。
As a result of the above-mentioned logging, as shown by the mapping in FIG. 6, the memory within the
図7に、Vpp測定値分布の一例を特性曲線で示す。この特性曲線は、可変コンデンサC1,C2の可変範囲がそれぞれ0〜1500段階あり、その中でC1のポジションを100ピッチで振り、C2のポジションを75ピッチで振って得られたものである。この例では、(C1,C2)=(1500,1050)のポジションで得られるVpp測定値(約640ボルト)が最大値またはその付近の値であることがわかる。 FIG. 7 shows an example of the V pp measurement value distribution with a characteristic curve. This characteristic curve is obtained by varying the variable capacitors C 1 and C 2 in the range of 0 to 1500 steps, in which the position of C 1 is swung at 100 pitches and the position of C 2 is swung at 75 pitches. It is. In this example, it can be seen that the measured V pp value (about 640 volts) obtained at the position of (C 1 , C 2 ) = (1500, 1050) is the maximum value or a value in the vicinity thereof.
主制御部100は、ロギング終了後に上部高周波電源52をオフにし(ステップA8)、メモリに取り込んである全てのVpp測定値の中で最大のものを最大値決定処理(比較演算)で決定し(ステップA9)、このVpp最大値に対応する可変コンデンサ(C1,C2)のインピーダンス・ポジションをプラズマ処理のための上部RF投入開始時のポジションつまりプラズマ着火用の最適オフ・プリセット・ポジションとして登録する(ステップA10)。
The
下部整合器88も上部整合器44と同様の構成または機能を有する可変整合器であり、下部整合器88におけるインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値最適化のためのオートラーニングの手順も基本的には上記した上部整合器44に係るオートラーニングの手順と共通している。ただし、先入れ側の上部整合器44に係るオートラーニングではプラズマ着火に最適なインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値を決定(同定)したのに対して、後入れ側の下部整合器88に係るオートラーニングではその必要はない。むしろ、下部電極16に対する下部高周波の給電を開始した時には既に着火しているプラズマに極力変動を来たさないようなインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値を決定(同定)するのが望ましい。
The
上記のような観点から、下部整合器88に係るオートラーニングでは、上部整合器44に係るオートラーニングと同じ手順でVppロギング情報を得たうえで(ステップA1〜A8)、全てのVpp測定値の中から最小のものを最小値決定処理(比較演算)で決定し(ステップA9)、このVpp最小値に対応する下部整合器88のインピーダンス・ポジションを下部RF投入開始時のポジションつまり着火後のプラズマに与える影響の最も少ない最適オフ・プリセット・ポジションとして登録する(ステップA10)。
In view of the above, in the auto-learning of the
図8に、第1の技法におけるプラズマ処理の主要な手順(特に主制御部100の処理手順)を示す。初期化(ステップB1)では、実プロセスに用いる各種条件の設定値(プロセスレシピの設定値)を所定のレジスタにセットし、機械的な可動部分を初期位置にセットする。その中で、主制御部100は、上部整合器44および下部整合器88を上記オートラーニングで登録してあるインピーダンス・ポジションにセットする。より詳細には、上部整合器44のオフ・プリセット値をVpp最大値に対応する登録インピーダンス・ポジションに合わせ、下部整合器88のオフ・プリセット値をVpp最小値に対応する登録インピーダンス・ポジションに合わせる。
FIG. 8 shows the main procedure of plasma processing (particularly, the processing procedure of the main control unit 100) in the first technique. In the initialization (step B 1 ), setting values for various conditions used in the actual process (setting values for the process recipe) are set in a predetermined register, and the mechanical movable part is set at the initial position. Among them, the
初期化の後に、加工対象の半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入し、サセプタ16上に載置する(ステップB2)。そして、直流電源22より直流電圧を静電チャック18の電極20に印加して、半導体ウエハWをサセプタ16に固定する。
After initialization, the semiconductor wafer W to be processed is loaded into the
次いで、排気装置84によりチャンバ10内を排気し(ステップB3)、処理ガス供給源66よりエッチングガスを所定の流量および流量比でガス導入室62,64に導入し、排気装置84によりチャンバ10内の圧力を設定値(たとえば数mTorr)とする(ステップB4)。
Next, the inside of the
次いで、上部整合器44が上記のようにVpp最大値に対応する登録インピーダンス・ポジションにセットされている初期状態の下で、上部高周波電源52をオンにして予設定のRFパワーで高周波を出力させる(ステップB5)。上部高周波電源52より出力された高周波は上部整合器44を介して上部電極34に給電され、上部電極34と下部電極16との間に高周波の電界が形成される。ここで、上部高周波電源52と負荷との間にインピーダンス整合がとれていなくても、上部電極34のVpp(ひいては電極間の高周波電界)は当該上部RFパワーの下で可能な最大の電圧波高値(ひいては最大電界強度)またはその付近の値になっているため、エッチングガスが速やかに放電を開始して、ガスプラズマが発生する。
Next, under the initial state in which the
次に、主制御部100は、たとえばタイマ機能を用いて、上部RFパワーの投入開始から一定時間後に、上部整合器44に対してオフ・プリセット値を解除し、上部整合器44内のオートマッチングに切り替える(ステップB6)。このオートマッチングでは、コントローラ104が、RFセンサ106より負荷インピーダンスZinの測定値を受け取り、その測定値を整合用の基準インピーダンスまたは整合ポイントZMPに一致させるようにパルスモータ108,110を通じて可変コンデンサ(C1,C2)のインピーダンス・ポジションをフィードバック制御で可変制御する。こうして、上部高周波電源52からの高周波が最大の伝送効率および設定通りのパワーで上部電極34に給電され、高密度のプラズマが生成される。なお、オフ・プリセット値からオートマッチングへの切り替えを制御するために、タイマ機能に代えて、プラズマが着火したことを光学的に確認するセンサを用いることも可能である。
Next, the
次に、主制御部100は、たとえば上記と同様のタイマ機能によりプラズマが安定する頃合をみて、下部高周波電源90をオンにして予設定の下部RFパワーで高周波を出力させる(ステップB7)。この下部RF投入開始の際に、下部整合器88は上記のようにVpp最小値に対応する登録インピーダンス・ポジションにセットされている。このため、下部高周波に対応する下部電極16のVppは当該下部RFパワーの下で可能な最小の電圧波高値またはその付近の値になり、既発生または生成中のプラズマに与える影響が最小限に抑えられる。そして、たとえば上記と同様のタイマ機能により一定時間後に下部整合器88に対してオフ・プリセット値を解除し、下部整合器88内のオートマッチングに切り替える(ステップB6)。この下部整合器88のオートマッチングでも、図示省略するが、整合器内部のコントローラが、RFセンサより得られる負荷インピーダンスの測定値を整合ポイントに一致させるようにパルスモータを通じて可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションをフィードバック制御で可変制御する。こうして、下部高周波電源90からの高周波が最大の伝送効率および設定通りのパワーで下部電極16に給電され、プラズマエッチングが行われる(ステップB9)。
Next, the
そして、所期のプラズマエッチング加工が完了したなら、上部および下部高周波電源52,90をそれぞれオフにし(ステップB10)、処理ガス供給源66にエッチングガスの供給を停止させる(ステップB11)。しかる後、処理済の半導体ウエハWをチャンバ10から搬出する(ステップB12)。
When the desired plasma etching process is completed, the upper and lower high-
上記の第1の技法においては、プロセスの開始後にプロセス条件(圧力、RFパワー等)の切り替えを一切行うことなく、上部整合器44および下部整合器88におけるインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値または初期値を特定の値(最適値)に設定するだけで、低圧力下でもプラズマを確実に着火させ、かつ安定に維持して、高密度プラズマによる微細なエッチング加工を実施することができる。
In the first technique described above, the off-preset value or initial value of the impedance position in the
なお、上記第1の技法において、主制御部100は、Vpp測定値の取り込み・記憶、Vpp測定値の最大値(最小値)決定処理、オフプリセット値の登録インピーダンス・ポジションへの変更、タイマ機能によるオフ・プリセット値の解除、等を行っている。しかし、これに限らず、たとえばタイマ機能およびタイマ機能によるオフ・プリセット値の解除は、整合器44内にあるコントローラ104が行ってもよく、実際にはその方が好ましいことが多々ある。また、Vpp測定値の取り込み・記憶、Vpp測定値の最大値(最小値)決定処理、オフ・プリセット値の登録インピーダンス・ポジションへの変更等をコントローラ104が行ってもよい。
In the above first technique, the
図9に、本発明の一実施形態における高周波給電システムの構成を示す。この実施形態において上記した第1の技法と異なる構成は2つある。1つは、整合回路102の回路構成をT形からはしご形に変形した点であり、コントローラ104がステップモータ108,110を通じてそれぞれ可変コンデンサC3および可変インダクタンスコイルL2のインピーダンス・ポジションを可変制御するようになっている。なお、後段のコンデンサC4、インダクタンスコイルL3はそれぞれ固定キャパシタンスおよび固定インダクタンスコイルである。このように、整合器内の整合回路102は、1つまたは複数の可変リアクタンス素子を有する任意の可変整合回路で構成することができる。他の特徴的な構成は、高周波電源52,90の出力端子に整合器44,88側から伝送線路上を伝播してくる反射波を受信して反射波の電力を測定する反射波測定回路114,116を備えている点である。
FIG. 9 shows a configuration of a high-frequency power feeding system according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, there are two different configurations from the first technique described above. One is that the circuit configuration of the
上記第1の技法と同様に、各整合器44,88においてオートマッチングを行うときは、コントローラ104が、RFセンサ106で得られる負荷インピーダンスZinの測定値が整合ポイントZMPに一致するようにパルスモータ108,110を通じて可変コンデンサC3および可変インダクタンスコイルL2のインピーダンス・ポジションをフィードバック制御で可変制御する。ここで、整合ポイントZMPは高周波電源の出力インピーダンスに等しい純抵抗値の50Ω(ZMP=50+j0)に設定されるのが通例である。
Similar to the first technique, when auto-matching is performed in each of the matching
しかしながら、RFセンサ106の測定精度に誤差があると、RFセンサ106で得られる負荷インピーダンスZinの測定値が見かけ上純抵抗値の50Ω(Zin=50+j0)を示していても、実際には整合ポイント(ZMP=50+j0)に一致していないことがある。また、高周波の波形ひずみが大きいときにもRFセンサ106の測定精度が不安定になり、見かけ上Zin=50+j0の測定値が得られても、整合ポイント(ZMP=50+j0)に一致していないことがある。このような場合に、上記のようなインピーダンスマッチングのためのフィードバック制御を行えば、整合ポイントZMPからずれたインピーダンスに負荷インピーダンスを合わせる結果となり、RF伝送特性が低下してプラズマプロセスに影響を来たすおそれがある。
However, if the measurement accuracy of the
この実施形態では、以下に述べるように、RFセンサの測定誤差や実プロセス中の高周波の波形ひずみ等に起因するRFセンサにおける負荷インピーダンス測定精度の低下を補償する整合ポイント補正機能が備わっている。 In this embodiment, as described below, a matching point correction function is provided to compensate for a decrease in load impedance measurement accuracy in the RF sensor due to a measurement error of the RF sensor, a high-frequency waveform distortion during an actual process, or the like.
図10に、この実施形態において整合ポイント補正機能のために装置稼動前に行われるオートラーニングの手順(特に主制御部100の処理手順)を示す。 FIG. 10 shows an auto-learning procedure (particularly a processing procedure of the main control unit 100) performed before the apparatus is operated for the matching point correction function in this embodiment.
この整合ポイント補正のためのオートラーニングは、特定の実プロセスと実質的に同一の条件の下で、上部整合器44および下部整合器88について片方ずつの実施も可能であり、あるいは両方同時実施も可能である。
This auto-learning for the matching point correction can be performed for each of the
説明の便宜上、上部整合器44におけるオートラーニングの手順を説明する。先ず、初期化(ステップC1)では、特定の実プロセスと同一のプロセスレシピを所定のレジスタにセットし、機械的な可動部を初期位置にセットする。ただし、オートラーニングのために、上部整合器44のオートマッチングにおいて負荷インピーダンスZinの目標点となる基準インピーダンスZs(Zs=R+jX)が標準整合ポイントの50Ω(ZMP=50+j0)を中心として予め多数選定されており、それらの中の1つ(初期値)をセットする。
For convenience of explanation, an auto-learning procedure in the
初期化の後に、実際の加工対象ではないダミーの半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入し、サセプタ16上に載置する(ステップC2)。そして、直流電源22より直流電圧を静電チャック18の電極20に印加して、ダミーウエハWをサセプタ16に固定する。
After the initialization, a dummy semiconductor wafer W that is not an actual processing target is loaded into the
次いで、排気装置84によりチャンバ10内を排気し(ステップC3)、処理ガス供給源66より実プロセスと同じ条件でエッチングガス(一般に混合ガス)を所定の流量および流量比でガス導入室62,64に導入し、排気装置84によりチャンバ10内の圧力を設定値としてから(ステップC4)、上部高周波電源52および下部高周波電源88をそれぞれ予設定のRFパワーでオンにする(ステップC5)。この場合、上記した第1の実施例と同様に上部RFを先入れでオンにし、下部RFを後入れでオンにしてよい。
Next, the inside of the
上部整合器44においては、上部RFについて負荷インピーダンスZinを基準インピーダンスZsに一致させるためのオートマッチングが行われる。より詳細には、コントローラ104が、RFセンサ106で得られる負荷インピーダンスの測定値が基準インピーダンスZs(Zs=R+jX)に一致するようにパルスモータ108,110を通じて可変コンデンサC1および/または可変インダクタンスコイルL1のインピーダンス・ポジションをフィードバック制御で可変制御する。ここで、基準インピーダンスZsは先の初期化(ステップC1)でセットされている初期値である。
In
主制御部100は、たとえばタイマ機能によりマッチングが確立した頃合を見計らって、反射波測定回路114で得られた反射波電力Prの測定値を取り込んでメモリに格納する(ステップC6)。しかる後、上部高周波電源52をいったんオフにする(ステップC7)。そして、基準インピーダンスZsを次のポイントへ移動させ(ステップC7)、改めて上部高周波電源52をオンにしてRF給電を再開し(ステップC9→C10→C5)、上部整合器44にオートマッチングを行わせ、反射波測定回路114で得られた反射波電力Prの測定値を取り込む(ステップC6)。その後も、基準インピーダンスZsを予設定のポジションへ順次移動させて、各移動先の基準インピーダンスZsの下で反射波測定回路114より得られるPr測定値を取り込む一連の処理を繰り返す(ステップC8→C9→C10→C5→C6・・)。
The
図11に、基準インピーダンスZs(Zs=R+jX)のポイント(選定値)を順次移動させる手順の一例を示す。この例では、実数部Rが標準の50(Ω)を中心に30(Ω)〜70(Ω)の範囲内に5(Ω)のピッチで複数ポイント選定され、虚数部Xが標準の0(Ω)を中心に−20(Ω)〜20(Ω)の範囲内に5(Ω)のピッチで複数ポイント選定される。 FIG. 11 shows an example of a procedure for sequentially moving the points (selected values) of the reference impedance Z s (Z s = R + jX). In this example, the real part R is selected at multiple points with a pitch of 5 (Ω) within the range of 30 (Ω) to 70 (Ω) around the standard 50 (Ω), and the imaginary part X is the standard 0 ( A plurality of points are selected at a pitch of 5 (Ω) within a range of −20 (Ω) to 20 (Ω) with respect to (Ω).
図示の手順は、最初に実数部Rを50(Ω)に固定して、虚数部Xを0(Ω)から20(Ω)まで振り、(R+jX)=(50+j0),(50+j5),・・(50+j20)の各基準インピーダンスZsの下で上部整合器44にオートマッチングを行わせ、Prを測定してその測定値を記録する。次に、実数部Rを50(Ω)に保ったまま、虚数部Xを0(Ω)から−20(Ω)まで振って、(R+jX)=(50−j0),(50−j5),・・(50−j20)の各基準インピーダンスZsの下で上部整合器44にオートマッチングを行わせ、Prを測定してその測定値を記録する。次に、実数部Rを45(Ω)に移動または変更し、上記と同様の仕方で虚数部Xを0(Ω)から20(Ω)まで、および0(Ω)から−20(Ω)まで振って、各基準インピーダンスZsの下で上部整合器44にオートマッチングを行わせ、Prを測定してその測定値を記録する。次に、実数部Rを55(Ω)に移動または変更し、上記と同様の仕方で虚数部Xを0(Ω)から20(Ω)まで、および0(Ω)から−20(Ω)まで振って、各基準インピーダンスZsの下で上部整合器44にオートマッチングを行わせ、Prを測定してその測定値を記録する。以下、上記の要領で基準インピーダンスZsの移動とPr測定および記録(ロギング)とを繰り返す。
In the illustrated procedure, first, the real part R is fixed to 50 (Ω), the imaginary part X is swung from 0 (Ω) to 20 (Ω), and (R + jX) = (50 + j0), (50 + j5),. (50 + j20) to perform the automatic matching
上記のようなロギングの結果として、主制御部100内のメモリ上には、実プロセスと同じ条件の下で、予め選定された全ての基準インピーダンスZsに対する上部整合器44のオートマッチングの結果として反射波測定回路116より得られたPr測定値が全部出揃う。実際には、たとえば図12に示すように、基準インピーダンスZsの値によっては、マッチングが全然とれず、反射が大きすぎたり、反射波がハンチングを起こして測定不能となる(インターロックから外れる)場合が多いので、傾向分析からロギングの絞込みを行ってもよい。
As a result of the above-described logging, as a result of auto-matching of the
主制御部100は、ロギング終了後に処理ガス供給源66をオフにしてエッチングガスの供給を停止し(ステップC11)、メモリに取り込んである全てのPr測定値の中で最小のもの(理想的にはPr=0)を最小値決定処理(比較演算)で決定し(ステップC12)、このPr最小値が得られたときの基準インピーダンスZsを当該実プロセスに対応する整合ポイントZMSとして登録する(ステップC13)。図12の例の場合は、R+jX=60−j10のポイントでPr最小値が得られているので、当該実プロセス用の上部整合器44の整合ポイントZMSはZMS=60−j10と設定される。
The
下部整合器88における整合ポイント補正のためのオートラーニングも、主制御100と下部整合器88と反射波測定回路116との間で上記と全く同じ手順(図10)で行われてよい。もっとも、下部高周波給電系統と上部高周波給電系統とは周波数やRFパワーだけでなく負荷インピーダンスそのものも異なるので、オートラーニングの結果として得られる補正整合ポイントZMSの値も異なるのが普通である。また、この実施例のオートラーニングは、プロセスレシピ毎にプロセス条件を変えて行われるので、プロセスレシピ毎に独立した補正整合ポイントZMSが得られる。実際のプロセスにおけるオートマッチング(たとえば図8のステップB6,B8)では、当該プロセスレシピに対応した補正整合ポイントZMSが主制御部100よりコントローラ104に与えられる。
The auto-learning for the matching point correction in the
この実施形態によれば、上部整合器44のRFセンサ106または下部整合器44のRFセンサ(図示せず)の測定精度に誤差があっても、あるいは実プロセス中の高周波の波形ひずみが大きいときでも、上記のようなオートラーニングによる整合ポイント補正機能により、反射波の電力を零または最小にする方向に整合器44,88のオートマッチングが働くので、プロセスの安定性や再現性を改善できる。
According to this embodiment, even when there is an error in the measurement accuracy of the
なお、上記実施形態において、主制御部100は、反射波電力Prの取り込み・記憶、Pr測定値の最小値決定処理、ZMSの登録、等を行っている。しかし、上記第1の技法と同様に、これに限られず、上記の機能をコントローラ104が行ってもよい。
In the above embodiment, the
図13に、主制御部100の構成例を示す。この構成例の主制御部100は、バス120を介して接続されたプロセッサ(CPU)122、メモリ(RAM)124、プログラム格納装置(HDD)126、フロッピドライブあるいは光ディスクなどのディスクドライブ(DRV)128、キーボードやマウスなどの入力デバイス(KEY)130、表示装置(DIS)132、ネットワーク・インタフェース(COM)134、および周辺インタフェース(I/F)136を有する。
FIG. 13 shows a configuration example of the
プロセッサ(CPU)122は、ディスクドライブ(DRV)128に装填されたFDあるいは光ディスクなどの記憶媒体138から所要のプログラムのコードを読み取って、HDD126に格納する。あるいは、所要のプログラムをネットワークからネットワーク・インタフェース76を介してダウンロードすることも可能である。そして、プロセッサ(CPU)122は、各段階または各場面で必要なプログラムのコードをHDD126からワーキングメモリ(RAM)124上に展開して各ステップを実行し、所要の演算処理を行って周辺インタフェース78を介して装置内の各部(整合器44,88、高周波電源52,90、処理ガス供給源66、排気装置84等)を制御する。上記第1および第2の実施例で説明したオートラーニングや実プロセスに用いるプログラムは全てこのコンピュータシステムで実行される。
The processor (CPU) 122 reads a code of a required program from a
以上、一実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、平行平板型において、高周波を一方の電極だけに給電し、他方の電極には給電しない方式や、あるいは一方の電極に2種類の高周波を同時に給電する方式等も可能であり、いずれの場合でも各高周波電源と各電極との間に接続される可変整合器に本発明を適用することができる。また、整合器内の構成も整合回路102だけでなくRFセンサやコントローラ類も種々の変形が可能であり、Vpp測定回路112を整合器の外に設ける構成も可能である。
Although one embodiment has been described above, various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, in a parallel plate type, a method of supplying high frequency only to one electrode and not supplying power to the other electrode, or a method of supplying two types of high frequency to one electrode simultaneously is possible. However, the present invention can be applied to a variable matching device connected between each high-frequency power source and each electrode. In addition, the configuration inside the matching unit can be variously modified not only in the
上記した実施形態は高周波電極をチャンバの中に設ける容量結合型の平行平板プラズマ処理装置に係るものであったが、本発明は高周波電極をチャンバの外に設けるヘリコン波プラズマ方式やECRプラズマ方式等のプラズマ処理装置にも適用可能である。本発明は、プラズマエッチングに限らず、プラズマCVD、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなど種々のプラズマ処理に適用可能である。発明における被処理基板は半導体ウエハに限らず、FPD用の各種基板や、フォトマスク、CD基板、プリント基板等も可能である。 The above-described embodiment relates to a capacitively coupled parallel plate plasma processing apparatus in which a high-frequency electrode is provided in the chamber. However, the present invention relates to a helicon wave plasma method, an ECR plasma method, or the like in which a high-frequency electrode is provided outside the chamber. It is also applicable to the plasma processing apparatus. The present invention is not limited to plasma etching but can be applied to various plasma processes such as plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitridation, and sputtering. The substrate to be processed in the invention is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates for FPD, a photomask, a CD substrate, a printed substrate, and the like are also possible.
10 チャンバ
16 サセプタ(下部電極)
34 上部電極
44 上部整合器
52 上部高周波電源
66 処理ガス供給源
88 下部整合器
90 下部高周波電源
100 主制御部
102 整合回路
C1,C2,C3 可変コンデンサ
L1 可変インダクタンスコイル
104 コントローラ
106 RFセンサ
108,110 ステップモータ
112 Vpp 測定回路
114,116 反射波測定回路
122 プロセッサ(CPU)
124 メモリ(RAM)
128 プログラム記憶装置(HDD)
138 記憶媒体
10
34
114, 116 Reflected
124 Memory (RAM)
128 Program storage device (HDD)
138 storage media
Claims (4)
各々の前記基準インピーダンスの下で前記高周波電源側に得られる反射波の電力を測定して測定値を記録する第2の工程と、
前記複数の基準インピーダンスの中で前記反射波電力の測定値が最小値または最小値付近になるときの基準インピーダンスを登録する第3の工程と、
前記チャンバ内の前記所定位置に正規の被処理基板を配置し、前記プロセスレシピの条件で前記チャンバ内を所定の真空度に減圧し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給し、前記高周波電源より前記高周波を所定のパワーで前記高周波電極に前記可変整合器を介して給電して前記チャンバ内にプラズマを生成し、負荷インピーダンスの測定値が前記登録された基準インピーダンスに一致するように前記可変整合器のインピーダンスを可変制御して、前記基板にプラズマ処理を施す第4の工程と
を有するプラズマ処理方法。 A dummy substrate to be processed is disposed at a predetermined position in a chamber capable of depressurization, the chamber is depressurized to a predetermined vacuum degree under substantially the same conditions as a desired process recipe, and a predetermined processing gas is supplied into the chamber. A high-frequency power source is used to generate a plasma in the chamber by supplying power to a predetermined high-frequency electrode with a predetermined power from a high-frequency power source through a variable matching unit, and a plurality of load impedance measurement values that are selected in advance. A first step of variably controlling the impedance of the variable matching device so as to match a reference impedance;
A second step of measuring the power of the reflected wave obtained on the high frequency power source side under each of the reference impedances and recording the measured value;
A third step of registering a reference impedance when a measured value of the reflected wave power becomes a minimum value or near a minimum value among the plurality of reference impedances;
A regular substrate to be processed is disposed at the predetermined position in the chamber, the chamber is depressurized to a predetermined degree of vacuum under the conditions of the process recipe, a predetermined processing gas is supplied into the chamber, and the high-frequency power source The high frequency is supplied to the high frequency electrode with a predetermined power via the variable matching unit to generate plasma in the chamber, and the variable value is measured so that the measured value of the load impedance matches the registered reference impedance. And a fourth step of performing plasma processing on the substrate by variably controlling the impedance of the matching unit.
各々の前記基準インピーダンスの下で前記高周波電源側に得られる反射波の電力を測定して測定値を記録する第2の工程と、
前記複数の基準インピーダンスの中で前記反射波電力の測定値が最小値または最小値付近になるときの基準インピーダンスを登録する第3の工程と、
前記チャンバ内の前記所定位置に正規の被処理基板を配置し、前記プロセスレシピの条件で前記チャンバ内を所定の真空度に減圧し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給し、前記チャンバ内で前記処理ガスを前記第1の高周波により放電させてプラズマを生成するとともに、前記高周波電源より前記第2の高周波を所定のパワーで前記下部電極に前記可変整合器を介して給電して前記プラズマ中のイオンを前記基板に引き込み、負荷インピーダンスの測定値が前記登録された基準インピーダンスに一致するように前記可変整合器のインピーダンスを可変制御して、前記基板にプラズマ処理を施す第4の工程と
を有するプラズマ処理方法。 A dummy substrate is placed on the lower electrode in the depressurizable chamber, the chamber is depressurized to a predetermined degree of vacuum under substantially the same conditions as a desired process recipe, and a predetermined process is performed in the chamber. A gas is supplied, and the processing gas is discharged with a first high frequency in the chamber to generate plasma, and a high frequency of a second frequency is supplied from a high frequency power source to the lower electrode with a predetermined power via a variable matching device. A first step of energizing and drawing ions in the plasma to the substrate, and variably controlling the impedance of the variable matching unit so that a measured value of load impedance matches a plurality of preselected reference impedances;
A second step of measuring the power of the reflected wave obtained on the high frequency power source side under each of the reference impedances and recording the measured value;
A third step of registering a reference impedance when a measured value of the reflected wave power becomes a minimum value or near a minimum value among the plurality of reference impedances;
A regular substrate to be processed is disposed at the predetermined position in the chamber, the pressure in the chamber is reduced to a predetermined degree of vacuum under the conditions of the process recipe, a predetermined processing gas is supplied into the chamber, The plasma is generated by discharging the processing gas with the first high frequency and supplying the second high frequency from the high frequency power source to the lower electrode with a predetermined power via the variable matching unit. A fourth step of performing plasma processing on the substrate by drawing ions therein into the substrate, variably controlling the impedance of the variable matching unit so that the measured value of the load impedance matches the registered reference impedance, and A plasma processing method.
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