JP5210905B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、高周波電力の供給路に整合装置を備えるプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus including a matching device in a high-frequency power supply path.

半導体の製造に際しては、プラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置としては、例えば、真空処理室内にアンテナを介して電磁波を放射し、真空処理室の周囲に配置した磁場コイルによる磁界との相互作用によって前記真空処理室内にプラズマを生成するECR(Electron Cyclotron Resonance)方式のエッチング処理装置が知られている。   In manufacturing a semiconductor, a plasma processing apparatus is used. As the plasma processing apparatus, for example, an electromagnetic wave is radiated through an antenna in a vacuum processing chamber, and plasma is generated in the vacuum processing chamber by interaction with a magnetic field by a magnetic field coil arranged around the vacuum processing chamber. 2. Description of the Related Art Cyclotron Resonance) type etching processing apparatuses are known.

図5は、ECR方式のエッチング装置を説明する図である。図5に示すように、真空容器4上には、アルミ、ニッケル等の導電体でなる平板状のアンテナ38および電磁波を透過可能な石英、サファイヤ等からなる誘電体窓32を備えた処理容器37が、Oリング等の真空シール材36を介して気密に載置され、内部に処理室35を形成している。   FIG. 5 is a diagram for explaining an ECR etching apparatus. As shown in FIG. 5, a processing container 37 having a flat antenna 38 made of a conductor such as aluminum or nickel and a dielectric window 32 made of quartz, sapphire or the like capable of transmitting electromagnetic waves is provided on the vacuum container 4. However, it is placed in an airtight manner through a vacuum sealing material 36 such as an O-ring, and forms a processing chamber 35 inside.

真空容器4の外周部には処理室35を囲んで磁場発生用コイル31が設けてある。アンテナ38はエッチングガスを流すため多孔構造となっている。ガス供給装置30は、CF4、C4F6、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2等のフロンガス、Ar、N2等の不活性ガス、O2、CO等の酸素含有ガスを、ガス供給装置に内設したMFC等の流量調整手段で流量を調整した後、処理室35内に供給する。   A magnetic field generating coil 31 is provided on the outer periphery of the vacuum vessel 4 so as to surround the processing chamber 35. The antenna 38 has a porous structure for flowing an etching gas. The gas supply device 30 is made of a CFC, C4F6, C4F8, C5F8, CHF3, CH2F2, etc., a CFC, an inert gas such as Ar, N2, or an oxygen-containing gas such as O2, CO, etc. After the flow rate is adjusted by the flow rate adjusting means, it is supplied into the processing chamber 35.

また、真空容器4には真空排気装置34が接続され、真空排気装置34に内設したTMPからなる真空排気手段(図省略)とAPCからなる調圧手段(図省略)により、処理室35内を所定圧力に保持する。   A vacuum exhaust device 34 is connected to the vacuum vessel 4, and a vacuum exhaust means (not shown) made of TMP and a pressure adjusting means (not shown) made of APC are provided in the vacuum exhaust device 34. Is maintained at a predetermined pressure.

アンテナ38の上部には整合器(第一の整合器)21、同軸ケーブル25を介してプラズマ生成用の高周波電源(第一の高周波電源)20が接続されている。真空容器4内の下部には半導体ウエハ3を配置可能な基板電極1が設けられている。また、基板電極1にはアンテナ38と同様に、整合器(第二の整合器)7、同軸ケーブル9を介してイオン引き込み用の高周波電源(第二の高周波電源)6が接続されている。また、基板電極1は半導体ウエハ3を静電吸着させるための静電チャック機能を兼備し、埋設した静電チャック電極33に直流電源2が接続されている。   A high-frequency power source (first high-frequency power source) 20 for plasma generation is connected to the upper portion of the antenna 38 via a matching unit (first matching unit) 21 and a coaxial cable 25. A substrate electrode 1 on which a semiconductor wafer 3 can be placed is provided in the lower part of the vacuum vessel 4. Similarly to the antenna 38, a high frequency power source (second high frequency power source) 6 for ion attraction is connected to the substrate electrode 1 through a matching unit (second matching unit) 7 and a coaxial cable 9. The substrate electrode 1 also has an electrostatic chuck function for electrostatically attracting the semiconductor wafer 3, and the DC power source 2 is connected to the embedded electrostatic chuck electrode 33.

以下に、イオン引き込み用の高周波電源6および整合器7の動作および問題点について説明するが、プラズマ生成用の高周波電源20および整合器21についても同様である。   The operation and problems of the high frequency power source 6 for ion attraction and the matching unit 7 will be described below, but the same applies to the high frequency power source 20 for plasma generation and the matching unit 21.

イオン引き込み用の高周波電源6は、所定の周波数の高周波電力が効率良く得られるようにするために、高周波電源6から基板電極1側を見たときのインピーダンス、すなわち負荷インピーダンスXLと、電源自体のインピーダンス、すなわち電源インピーダンスXPを整合させる必要がある。このためインピーダンス整合手段として整合器7が設けてある。しかしながら、負荷インピーダンスXLは、整合器7自体がもつインピーダンス、基板電極1のインピーダンス、真空容器4内に発生させる半導体ウエハ処理用のプラズマ5のインピーダンスなどの合成で与えられるため、予め予想しておくことは困難である。   The high-frequency power source 6 for ion attraction has an impedance when the substrate electrode 1 is viewed from the high-frequency power source 6, that is, the load impedance XL, and the power source itself so that high-frequency power of a predetermined frequency can be efficiently obtained. It is necessary to match the impedance, that is, the power source impedance XP. For this reason, a matching unit 7 is provided as impedance matching means. However, since the load impedance XL is given by a combination of the impedance of the matching unit 7 itself, the impedance of the substrate electrode 1, the impedance of the plasma 5 for processing the semiconductor wafer generated in the vacuum vessel 4, etc., it is predicted in advance. It is difficult.

そこで、図5の例では、整合器7として、図示のように、インピーダンスを可変するための2個のインピーダンス可変素子8a、8bおよび1個の固定インピーダンス素子10を備えた整合器を用い、インピーダンス可変素子8a、8bのインピーダンスを変えることにより、負荷インピーダンスXLが変わったときでも、負荷インピーダンスXLと電源インピーダンスXPに常に正しい整合が与えられるように、整合状態が調整できるようになっている。
前述したように、プラズマ処理装置では、高周波電源6より与えられる高周波電力の周波数(基本周波数)については、整合器が負荷(プラズマ)側とインピーダンス整合をとるため、負荷側からの反射波は整合器で止まり、高周波電源6まで返ってくることはない。 しかしながら、プラズマ5は非線形な負荷であり、高調波を発生する。この場合、整合器7は前記高調波に対しては整合がとれていないため、負荷側から受けた高調波を高周波電源6へ通してしまう。これにより整合器7と高周波電源6との間の伝送線路上には高調波の進行波と反射波とが混在して定在波が発生することになる。このように伝送線路上に高周波電力の高調波の定在波が生じると、処理容器内のプラズマの生成ないし分布特性が不定に変動し、プロセスの再現性や信頼性が低下するおそれがある。また、進行波電力、反射波電力の検出誤差および整合誤差を生じる可能性がある。
Therefore, in the example of FIG. 5, as the matching unit 7, as shown in the drawing, a matching unit including two impedance variable elements 8 a and 8 b and one fixed impedance element 10 for changing the impedance is used. By changing the impedance of the variable elements 8a and 8b, even when the load impedance XL changes, the matching state can be adjusted so that the load impedance XL and the power source impedance XP are always correctly matched.
As described above, in the plasma processing apparatus, with respect to the frequency (basic frequency) of the high-frequency power supplied from the high-frequency power source 6, the matching unit performs impedance matching with the load (plasma) side, so that the reflected wave from the load side is matched. It stops at the vessel and does not return to the high frequency power supply 6. However, the plasma 5 is a non-linear load and generates harmonics. In this case, since the matching unit 7 is not matched to the harmonics, the harmonics received from the load side are passed to the high frequency power source 6. As a result, a standing wave is generated on the transmission line between the matching unit 7 and the high-frequency power source 6 by mixing the traveling wave of the harmonic and the reflected wave. Thus, when a standing wave of harmonics of high frequency power is generated on the transmission line, the generation or distribution characteristics of plasma in the processing container fluctuate indefinitely, which may reduce process reproducibility and reliability. Moreover, there is a possibility that a detection error and a matching error of traveling wave power and reflected wave power may occur.

このような問題を回避するため、高調波の波長に対して同軸ケーブルの長さを予め決めておくことが知られている(特許文献1)。しかしながら、特許文献1の技術は、プロセス条件毎に、あるいは処理室内の部品の消耗等により高調波レベルが変化することに対する配慮はなされておらず、伝送線路上で発生する高調波の定在波の抑制効果は十分ではない。   In order to avoid such a problem, it is known that the length of the coaxial cable is determined in advance for the harmonic wavelength (Patent Document 1). However, in the technique of Patent Document 1, no consideration is given to the change in the harmonic level for each process condition or due to wear of parts in the processing chamber, and the standing wave of the harmonics generated on the transmission line. The suppression effect is not sufficient.

特開2004−247401公報JP 2004-247401 A

ここで、伝送線路上に発生する反射波電力と同軸ケーブルの長さ(基本波の波長を単位として表す)との関連について説明する。   Here, the relationship between the reflected wave power generated on the transmission line and the length of the coaxial cable (expressed in terms of the wavelength of the fundamental wave) will be described.

まず、同軸ケーブルに高周波電源の電力を供給し、高周波電源と整合器間の伝送線路に、図6に波長A〜Fに示す6種類の同軸ケーブルをそれぞれ接続し、接続した同軸ケーブル毎に、伝送線路上に発生する反射波電力の周波数毎の高調波レベル(基本波に対する差)を測定した。   First, the power of the high frequency power source is supplied to the coaxial cable, and the six types of coaxial cables shown in the wavelengths A to F in FIG. 6 are connected to the transmission line between the high frequency power source and the matching unit, and for each connected coaxial cable, The harmonic level (difference with respect to the fundamental wave) for each frequency of the reflected wave power generated on the transmission line was measured.

図6に、出力レベルが高かった第4次高調波、および第5次高調波の高調波レベルを示す。また、図7にこのとき負荷側に発生するVPP電圧(通常発生するVPP値に対する差)を示す。さらに、図8にこのとき電源側に戻ってくる反射波電力を測定した結果を示す。   FIG. 6 shows the harmonic levels of the fourth harmonic and the fifth harmonic whose output level was high. FIG. 7 shows the VPP voltage generated on the load side at this time (the difference from the normally generated VPP value). Further, FIG. 8 shows the result of measuring the reflected wave power returning to the power source side at this time.

図に示すように、波長C,Dの同軸ケーブルについては、基本波以上の反射波電力が検出された。その結果、VPP電圧も変化し、反射波電力も大きく(VSWR1.3以上)なっていることが分かる。   As shown in the figure, for the coaxial cables of wavelengths C and D, reflected wave power above the fundamental wave was detected. As a result, it can be seen that the VPP voltage also changes, and the reflected wave power increases (VSWR 1.3 or more).

一方、波長A、B、E、Fの同軸ケーブルについては、基本波以下の反射波電力であり、VPP電圧も同等な値を示し、反射波電力も小さく(VSWRが1.3以下)なっていることが分かる。さらに、図9に基本波以上の反射波電力を検出している波長Dの同軸ケーブルと、基本波以下の反射波電力である波長Fの同軸ケーブルにおいて、ウエハ面内におけるエッチングレート(ER)を測定した結果を示す。図9に示すように波長D,Fの同軸ケーブルを使用した場合、エッチングレートが低下していることが分かる。つまり、高周波電力の伝送線路上で基本波以上の高調波が発生すると、プロセス性能に影響することを意味している。   On the other hand, for coaxial cables of wavelengths A, B, E, and F, the reflected wave power is lower than the fundamental wave, the VPP voltage is equivalent, and the reflected wave power is small (VSWR is 1.3 or less). I understand that. Further, in FIG. 9, the etching rate (ER) in the wafer surface of the coaxial cable having the wavelength D for detecting the reflected wave power above the fundamental wave and the coaxial cable having the wavelength F that is the reflected wave power below the fundamental wave is shown. The measurement results are shown. As shown in FIG. 9, it can be seen that the etching rate is lowered when coaxial cables of wavelengths D and F are used. In other words, it means that the generation of higher harmonics than the fundamental wave on the transmission line of high frequency power affects the process performance.

なお、この例では同軸ケーブルの長さを変更することで、伝送線路上での高調波の発生を意図的に変化させたが、実使用状態においては、プロセス条件や処理室内部品の消耗等により、高調波の発生レベルが変化して伝送線路上での高調波の発生状態が変化し、これに伴いプロセス性能が悪化することになる。   In this example, the generation of harmonics on the transmission line was intentionally changed by changing the length of the coaxial cable. As a result, the generation level of the harmonics changes and the generation state of the harmonics on the transmission line changes, and the process performance deteriorates accordingly.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、高周波電力を伝送する伝送線路上に発生するプラズマからの高調波による定在波を低減し、プロセスの再現性および信頼性を確保するものである。   The present invention has been made in view of such problems, and reduces standing waves due to harmonics from plasma generated on a transmission line that transmits high-frequency power, thereby ensuring process reproducibility and reliability. Is.

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。   In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.

処理ガスを供給するガス供給装置を備えた真空処理容器と、該真空処理容器内に配置され、供給された処理ガスにプラズマ生成用高周波電源からの高周波電力を供給してプラズマを生成するアンテナと、前記真空処理容器内に配置された基板電極を備え、前記基板電極にイオン引き込み用高周波電圧を供給して、前記プラズマ中のイオンを加速して前記基板電極上に載置した処理対象の試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、イオン引き込み用高周波電力を、長さの異なる複数のケーブルのうちからそのいずれかを選択することによりケーブル長を可変に調節するケーブル長調節手段、当該ケーブル長が調節されたケーブルおよびインピーダンス整合回路を介して前記基板電極に接続する伝送線路と、この伝送線路上を流れる前記高周波電力に含まれる基板電極側からの反射波を検出する反射波検出手段および前記ケーブル長調節手段を制御する制御手段を備え、該制御手段は、前記プラズマ処理中における前記伝送線路上の前記反射波の高調波の大きさが基本波のもの以下となるような前記複数のケーブルのいずれかを選択するように前記ケーブル長調節手段を制御してケーブルの長さを調節する。 A vacuum processing container provided with a gas supply device for supplying a processing gas; and an antenna that is disposed in the vacuum processing container and generates high-frequency power from a high-frequency power source for plasma generation to the supplied processing gas to generate plasma A sample to be processed, which includes a substrate electrode disposed in the vacuum processing vessel, supplies a high-frequency voltage for ion attraction to the substrate electrode, accelerates ions in the plasma, and is placed on the substrate electrode In a plasma processing apparatus for performing plasma processing on a cable, a cable length adjusting means for variably adjusting the cable length by selecting one of a plurality of cables having different lengths from the high frequency power for ion attraction, the cable length A transmission line connected to the substrate electrode through an adjusted cable and an impedance matching circuit, and a flow on the transmission line A reflected wave detecting means for detecting a reflected wave from the substrate electrode side included in the high frequency power and a control means for controlling the cable length adjusting means, the control means on the transmission line during the plasma processing The length of the cable is adjusted by controlling the cable length adjusting means so as to select one of the plurality of cables such that the magnitude of the harmonic of the reflected wave is equal to or less than that of the fundamental wave.

本発明は、以上の構成を備えるため、高周波電力を伝送する伝送線路上に発生するプラズマからの高調波による定在波を低減し、プロセスの再現性および信頼性を確保することができる。   Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to reduce standing waves due to harmonics generated from plasma generated on a transmission line that transmits high-frequency power, and to ensure process reproducibility and reliability.

実施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する図である。It is a figure explaining the plasma processing apparatus concerning an embodiment. 変形例を説明する図である。It is a figure explaining a modification. イオン引き込み用高周波電源と整合器間、およびプラズマ生成用高周波電源と整合器間に同軸ケーブル長切換手段、反射波検出手段(高調波レベル)を接続した例を説明する図である。It is a figure explaining the example which connected the coaxial cable length switching means and the reflected wave detection means (harmonic level) between the high frequency power supply for ion attraction and a matching device, and between the high frequency power supply for plasma generation and a matching device. イオン引き込み用高周波電源と整合器間、およびプラズマ生成用高周波電源と整合器間に同軸ケーブル長切換手段、反射波検出手段(反射波電力)を接続した例を説明する図である。It is a figure explaining the example which connected the coaxial cable length switching means and the reflected wave detection means (reflected wave electric power) between the high frequency power supply for ion attraction and a matching device, and between the high frequency power supply for plasma generation and a matching device. ECR方式のエッチング装置を説明する図である。It is a figure explaining the etching apparatus of an ECR system. 第4次高調波、および第5次高調波の高調波レベルを示す図である。It is a figure which shows the harmonic level of a 4th harmonic and a 5th harmonic. 負荷側に発生するVPP電圧(通常発生するVPP値に対する差)を示す図である。It is a figure which shows the VPP voltage (difference with respect to the VPP value which generate | occur | produces normally) generated on the load side. 高周波電源側に戻ってくる反射波電力を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the reflected wave power which returns to the high frequency power supply side. 波長D,Fの長さの同軸ケーブルを使用した場合、エッチングレートが低下していることを示す図である。It is a figure which shows that the etching rate is falling when the coaxial cable of the length of the wavelengths D and F is used.

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する図である。なお、図において図5に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明の一部を省略する。図1において、基板電極1、直流電源2、エッチング処理室となる真空容器4、プラズマ5、半導体ウエハ3、ガス供給装置30、磁場発生用コイル31、誘電体窓32、静電チャック電極33、真空排気装置34、処理室35、真空シール材36、処理容器37、アンテナ38、整合器21、同軸ケーブル25、高周波電源20、2個の可変インピーダンス素子8a、8b、固定インピーダンス素子10は、それぞれ図5で説明した従来技術によるプラズマ処理装置におけるそれと同じである。   Hereinafter, the best embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. In FIG. 1, a substrate electrode 1, a DC power source 2, a vacuum vessel 4 serving as an etching processing chamber, a plasma 5, a semiconductor wafer 3, a gas supply device 30, a magnetic field generating coil 31, a dielectric window 32, an electrostatic chuck electrode 33, The vacuum exhaust device 34, the processing chamber 35, the vacuum sealing material 36, the processing container 37, the antenna 38, the matching unit 21, the coaxial cable 25, the high frequency power supply 20, the two variable impedance elements 8a and 8b, and the fixed impedance element 10 are respectively This is the same as that in the conventional plasma processing apparatus described in FIG.

そして、図1に示す本実施形態の真空処理装置が、図5に示す従来の真空処理装置と異なる点は、インピーダンス整合器として、図5に示す整合器7に代え、整合器7aを設けた点、および同軸ケーブル9に代え、長さの異なる複数(図では3本)の同軸ケーブル9a,9b,9cを設けた点にある。なお、ケーブル本数は3本としたが、実装上問題がなければ何本であっても良い。また、大電力用の高周波電源を用いる場合には同軸管を使用しても良い。   The vacuum processing apparatus of the present embodiment shown in FIG. 1 is different from the conventional vacuum processing apparatus shown in FIG. 5 in that a matching unit 7a is provided as an impedance matching unit instead of the matching unit 7 shown in FIG. The point is that, instead of the coaxial cable 9, a plurality (three in the figure) of coaxial cables 9a, 9b, 9c having different lengths are provided. Although the number of cables is three, any number may be used as long as there is no problem in mounting. Moreover, when using a high-frequency power source for high power, a coaxial tube may be used.

図1に示すように、整合器7aは、高調波のレベルで反射波を検出する反射波検出手段13、切換制御手段14、および同軸ケーブル長切換手段15aを備え、さらに、同軸ケーブル長切換手段15bが高周波電源6aにも備えられる。また、整合器7aは、可変インピーダンス素子8a、8bと固定インピーダンス素子10で構成されている。   As shown in FIG. 1, the matching unit 7a includes a reflected wave detection means 13, a switching control means 14, and a coaxial cable length switching means 15a for detecting a reflected wave at a harmonic level, and further includes a coaxial cable length switching means. 15b is also provided in the high-frequency power source 6a. The matching unit 7a includes variable impedance elements 8a and 8b and a fixed impedance element 10.

図1において、反射波検出手段13は、同軸ケーブル9a、9b、9cと可変インピーダンス素子8aの間に接続され、高周波電源6aから与えられる高周波電力は非線形であるプラズマ負荷により反射されて、高調波を含んだ反射波電力として可変インピーダンス素子8a、8bおよび固定インピーダンス素子10からなる整合回路本体へ戻ってくるときの反射波電力の高調波レベルを検出する。   In FIG. 1, the reflected wave detecting means 13 is connected between coaxial cables 9a, 9b, 9c and the variable impedance element 8a, and the high frequency power supplied from the high frequency power source 6a is reflected by a non-linear plasma load to generate harmonics. The harmonic level of the reflected wave power when returning to the matching circuit body composed of the variable impedance elements 8a and 8b and the fixed impedance element 10 is detected as the reflected wave power including.

ウエハ処理に際しては、まず、ダミーウエハを用いて、使用するプロセス条件毎にプラズマを発生させ、反射波検出手段13によって、反射波電力の高調波レベルを検出する。切換制御手段14はCPUを備え、反射波検出手段13で検出した反射波電力の高調波レベルが基本波のレベル以下となるように、同軸ケーブル長切換手段15a、15bにより同軸ケーブル長の切換を行い、プロセス条件毎に最適な同軸ケーブル長を予め記憶しておく。   In wafer processing, first, a dummy wafer is used to generate plasma for each process condition to be used, and the reflected wave detection means 13 detects the harmonic level of the reflected wave power. The switching control means 14 includes a CPU, and the coaxial cable length switching means 15a, 15b switches the coaxial cable length so that the harmonic level of the reflected wave power detected by the reflected wave detection means 13 is lower than the fundamental wave level. The optimum coaxial cable length is stored in advance for each process condition.

なお、同軸ケーブル長切換手段15a、15bは、前述したように、高周波電源6aおよび整合器7aに備えられ、同時に切換が行われる。なお、使用する同軸ケーブルの長さによっては、整合器に入力される供給電力がケーブルロス等により、設定値通り入力されない場合がある。このため、使用する同軸ケーブル毎に予めケーブル先において所定の電力が得られるように変換値を設定しておき、この変換値にしたがって給電する際の前記高周波電源の出力値を設定することにより、ケーブル先での電力がどの同軸ケーブルを使用しても一定となるようにするのが望ましい。   The coaxial cable length switching means 15a and 15b are provided in the high frequency power source 6a and the matching unit 7a as described above, and are switched simultaneously. Depending on the length of the coaxial cable to be used, the supplied power input to the matching unit may not be input as set due to cable loss or the like. For this reason, by setting a conversion value so that predetermined power can be obtained in advance for each coaxial cable to be used, and by setting the output value of the high-frequency power supply when power is supplied according to this conversion value, It is desirable that the power at the cable end be constant regardless of which coaxial cable is used.

次に、プロセス条件毎に事前に記憶しておいた同軸ケーブル長になるように、同軸ケーブル長切換手段15a、15bにより同軸ケーブルを切換た後、エッチングを開始する。   Next, after the coaxial cable is switched by the coaxial cable length switching means 15a and 15b so as to have the coaxial cable length stored in advance for each process condition, etching is started.

以上説明したように、本実施形態によれば、高周波電力を伝送する伝送線路上でプロセス条件毎に変化するプラズマからの高調波による定在波を低減することができる。   As described above, according to the present embodiment, standing waves due to harmonics from plasma that change for each process condition on the transmission line for transmitting high-frequency power can be reduced.

なお、本実施形態では製品ウエハを処理する前に、ダミーウエハを用いて予め、反射波電力の高調波レベルが基本周波数以下となるような同軸ケーブル長を決定したが、製品ウエハの処理中にリアルタイムで反射波電力の高調波レベルを検出し、例えば、なんらかの原因で、高調波レベルが変化した場合に、同軸ケーブル長切換手段15a、15bにより、同軸ケーブル長を切換えることにより、伝送線路上でのプラズマからの高調波による定在波を確実に低減することができる。   In this embodiment, before processing the product wafer, the length of the coaxial cable is determined in advance using a dummy wafer so that the harmonic level of the reflected wave power is equal to or lower than the fundamental frequency. The harmonic level of the reflected wave power is detected by, for example, when the harmonic level is changed for some reason, the coaxial cable length is switched by the coaxial cable length switching means 15a, 15b. Standing waves due to harmonics from plasma can be reliably reduced.

以上の例では、反射波の高調波レベルを検出して、伝送線路上でプラズマからの高調波による定在波が発生しないように、同軸ケーブル長を切換える場合について説明したが、反射波の電力を検出して、同軸ケーブル長を切換えても良い。   In the above example, the case where the coaxial cable length is switched so that the standing wave due to the harmonic from the plasma does not occur on the transmission line by detecting the harmonic level of the reflected wave has been described. May be detected and the coaxial cable length may be switched.

図2は、変形例を説明する図であり、図1に示すプラズマ処理装置との相違点は、図1の例では、反射波検出手段13として高調波レベルを検出していたが、図2の例では、反射波検出手段40として、反射波電力を検出している点にある。   FIG. 2 is a diagram for explaining a modification. The difference from the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is that the harmonic level is detected as the reflected wave detection means 13 in the example of FIG. In this example, the reflected wave power is detected as the reflected wave detecting means 40.

図2において、反射波検出手段40は、負荷側から戻ってくる反射波電力を検出する。切換制御手段14はCPUを備え、反射波検出手段40からの反射波電力をもとに演算したVSWR(定在波比)が1.3以下となるように、同軸ケーブル長切換手段15a、15bにより、同軸ケーブル長の切換を行う。これにより、伝送線路上でのプラズマからの高調波による定在波を低減することができる。   In FIG. 2, the reflected wave detecting means 40 detects reflected wave power returning from the load side. The switching control unit 14 includes a CPU, and the coaxial cable length switching units 15a and 15b are set so that the VSWR (standing wave ratio) calculated based on the reflected wave power from the reflected wave detection unit 40 is 1.3 or less. Thus, the coaxial cable length is switched. Thereby, the standing wave by the harmonic from the plasma on a transmission line can be reduced.

以上、ケーブル長切換手段を、プラズマエッチング装置のイオン引き込み用高周波電源の整合器に適用する例について説明したが、プラズマ生成用高周波電源の整合器に適用することができる。この場合は、図3に示すように、イオン引き込み用高周波電源6aと整合器7a間、およびプラズマ生成用高周波電源20aと整合器21a間に、同軸ケーブル長切換手段15a、15b、同軸ケーブル9a、9b、9c、切換制御手段14、反射波検出手段13(高調波レベル)を接続することにより実現することができる。また、図4に示すように、イオン引き込み用高周波電源6aと整合器7a間、およびプラズマ生成用高周波電源20aと整合器21a間に、同軸ケーブル長切換手段15a、15b、同軸ケーブル9a、9b、9c、切換制御手段14、反射波検出手段40(反射波電力)を接続することにより実現することができる。   The example in which the cable length switching unit is applied to the matching unit of the high frequency power source for ion attraction of the plasma etching apparatus has been described above, but can be applied to the matching unit of the high frequency power source for plasma generation. In this case, as shown in FIG. 3, the coaxial cable length switching means 15a and 15b, the coaxial cable 9a, between the high frequency power source 6a for ion attraction and the matching unit 7a, and between the high frequency power source 20a for plasma generation and the matching unit 21a, 9b, 9c, switching control means 14, and reflected wave detection means 13 (harmonic level) can be realized. Further, as shown in FIG. 4, coaxial cable length switching means 15a, 15b, coaxial cables 9a, 9b, between the high frequency power source 6a for ion attraction and the matching unit 7a, and between the high frequency power source 20a for plasma generation and the matching unit 21a, 9c, switching control means 14, and reflected wave detection means 40 (reflected wave power) can be realized.

以上説明したように、本実施形態によれば、高周波電源をアンテナあるいは基板電極に接続する伝送線路に挿入された同軸ケーブルの長さを切り換えることにより、プラズマからの高調波によって前記伝送線路上に発生する定在波の発生を抑制してプロセスの再現性、信頼性を確保することができる。   As described above, according to the present embodiment, by switching the length of the coaxial cable inserted in the transmission line connecting the high-frequency power source to the antenna or the substrate electrode, the harmonics from the plasma cause the above-mentioned transmission line on the transmission line. The reproducibility and reliability of the process can be ensured by suppressing the occurrence of standing waves.

1 基板電極
2 直流電源
3 半導体ウエハ
4 真空容器
5 プラズマ
6 イオン引き込み用の高周波電源(従来技術における第2の高周波電源)
6a イオン引き込み用の高周波電源(第2の高周波電源)
7 整合器(従来技術における第2の整合器)
7a 整合器(第2の整合器)
8a,8b 可変インピーダンス素子
9,25,9a,9b,9c 同軸ケーブル
10 固定インピーダンス素子
13 反射波検出手段(高調波レベル)
14 切換制御手段
15a,15b 同軸ケーブル長切換手段
20 プラズマ生成用の高周波電源(従来技術における第1の高周波電源)
20a プラズマ生成用の高周波電源(第1の高周波電源)
21 整合器(従来技術における第1の整合器)
21a 整合器(第1の整合器)
30 ガス供給装置
31 磁場発生用コイル
32 誘電体窓
33 静電チャック電極
34 真空排気装置
35 処理室
36 真空シール材
37 処理容器
38 アンテナ
40 反射波検出手段(反射波電力)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate electrode 2 DC power supply 3 Semiconductor wafer 4 Vacuum vessel 5 Plasma 6 High frequency power supply for ion attraction (second high frequency power supply in the prior art)
6a High frequency power supply for ion attraction (second high frequency power supply)
7 Matching device (second matching device in the prior art)
7a Matching device (second matching device)
8a, 8b Variable impedance element 9, 25, 9a, 9b, 9c Coaxial cable 10 Fixed impedance element 13 Reflected wave detection means (harmonic level)
14 switching control means 15a, 15b coaxial cable length switching means 20 high frequency power supply for plasma generation (first high frequency power supply in the prior art)
20a High frequency power source for plasma generation (first high frequency power source)
21 Matching device (first matching device in the prior art)
21a Matching device (first matching device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Gas supply apparatus 31 Coil for magnetic field generation 32 Dielectric window 33 Electrostatic chuck electrode 34 Vacuum exhaust apparatus 35 Processing chamber 36 Vacuum seal material 37 Processing container 38 Antenna 40 Reflected wave detection means (reflected wave power)

Claims (9)

処理ガスを供給するガス供給装置を備えた真空処理容器と、
該真空処理容器内に配置され、供給された処理ガスにプラズマ生成用高周波電源からの高周波電力を供給してプラズマを生成するアンテナと、
前記真空処理容器内に配置された基板電極を備え、
前記基板電極にイオン引き込み用高周波電圧を供給して、前記プラズマ中のイオンを加速して前記基板電極上に載置した処理対象の試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
イオン引き込み用高周波電力を、長さの異なる複数のケーブルのうちからそのいずれかを選択することによりケーブル長を可変に調節するケーブル長調節手段、当該ケーブル長が調節されたケーブルおよびインピーダンス整合回路を介して前記基板電極に接続する伝送線路と、
この伝送線路上を流れる前記高周波電力に含まれる基板電極側からの反射波を検出する反射波検出手段および前記ケーブル長調節手段を制御する制御手段を備え、
該制御手段は、前記プラズマ処理中における前記伝送線路上の前記反射波の高調波の大きさが基本波のもの以下となるような前記複数のケーブルのいずれかを選択するように前記ケーブル長調節手段を制御してケーブルの長さを調節することを特徴とするプラズマ処理装置。
A vacuum processing container equipped with a gas supply device for supplying a processing gas;
An antenna that is arranged in the vacuum processing vessel and generates plasma by supplying high-frequency power from a high-frequency power source for plasma generation to the supplied processing gas;
A substrate electrode disposed in the vacuum processing vessel;
In a plasma processing apparatus for supplying a high frequency voltage for ion attraction to the substrate electrode, accelerating ions in the plasma and performing plasma processing on a sample to be processed placed on the substrate electrode,
A cable length adjusting means for variably adjusting the cable length by selecting one of a plurality of cables having different lengths from the high-frequency power for ion attraction, a cable having the adjusted cable length, and an impedance matching circuit. A transmission line connected to the substrate electrode via,
A reflected wave detecting means for detecting a reflected wave from the substrate electrode side included in the high frequency power flowing on the transmission line, and a control means for controlling the cable length adjusting means,
The control means adjusts the cable length so as to select one of the plurality of cables such that the magnitude of the harmonic of the reflected wave on the transmission line during the plasma processing is equal to or less than that of the fundamental wave. A plasma processing apparatus, wherein the length of the cable is adjusted by controlling the means.
請求項1記載のプラズマ処理装置において、
前記制御手段は前記処理対象の試料のプラズマ処理の前に当該処理の条件で実施された別の試料のプラズマ処理中に前記反射波検出手段が検出した結果に基づいて前記ケーブル長調節手段を制御してケーブルの長さを調節して前記処理対象の試料の前記プラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
The control means controls the cable length adjusting means based on a result detected by the reflected wave detecting means during plasma processing of another sample performed under the processing conditions before the plasma processing of the sample to be processed. Then, the plasma processing of the sample to be processed is performed by adjusting the length of the cable.
処理ガスを供給するガス供給装置を備えた真空処理容器と、
該真空処理容器内に配置され、供給された処理ガスにプラズマ生成用高周波電源からの高周波電力を供給してプラズマを生成するアンテナと、
前記真空処理容器内に配置された基板電極を備え、
前記基板電極にイオン引き込み用高周波電圧を供給して、前記プラズマ中のイオンを加速して前記基板電極上に載置した処理対象の試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
プラズマ生成用高周波電力を、長さの異なる複数のケーブルのうちからそのいずれかを選択することによりケーブル長を可変に調節するケーブル長調節手段、当該ケーブル長が調節されたケーブルおよびインピーダンス整合回路を介して前記アンテナに接続する伝送線路と、
この伝送線路上を流れる前記高周波電力に含まれるアンテナ側からの反射波を検出する反射波検出手段および前記ケーブル長調節手段を制御する制御手段を備え、
該制御手段は、前記プラズマ処理中における前記伝送線路上の前記反射波の高調波の大きさが基本波のもの以下となるような前記複数のケーブルのいずれかを選択するように前記ケーブル長調節手段を制御してケーブルの長さを調節することを特徴とするプラズマ処理装置。
A vacuum processing container equipped with a gas supply device for supplying a processing gas;
An antenna that is arranged in the vacuum processing vessel and generates plasma by supplying high-frequency power from a high-frequency power source for plasma generation to the supplied processing gas;
A substrate electrode disposed in the vacuum processing vessel;
In a plasma processing apparatus for supplying a high frequency voltage for ion attraction to the substrate electrode, accelerating ions in the plasma and performing plasma processing on a sample to be processed placed on the substrate electrode,
A cable length adjusting means for variably adjusting a cable length by selecting one of a plurality of cables having different lengths from the high frequency power for plasma generation, a cable having the adjusted cable length, and an impedance matching circuit. A transmission line connected to the antenna via,
A reflected wave detecting means for detecting a reflected wave from the antenna side included in the high frequency power flowing on the transmission line and a control means for controlling the cable length adjusting means;
The control means adjusts the cable length so as to select one of the plurality of cables such that the magnitude of the harmonic of the reflected wave on the transmission line during the plasma processing is equal to or less than that of the fundamental wave. A plasma processing apparatus, wherein the length of the cable is adjusted by controlling the means.
請求項3記載のプラズマ処理装置において、
前記制御手段は前記処理対象の試料のプラズマ処理の前に当該処理の条件で実施された別の試料のプラズマ処理中に前記反射波検出手段が検出した結果に基づいて前記ケーブル長調節手段を制御してケーブルの長さを調節して前記処理対象の試料の前記プラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein
The control means controls the cable length adjusting means based on a result detected by the reflected wave detecting means during plasma processing of another sample performed under the processing conditions before the plasma processing of the sample to be processed. Then, the plasma processing of the sample to be processed is performed by adjusting the length of the cable.
請求項1または3に記載のプラズマ処理装置において、
前記ケーブルは長さの異なる複数の同軸ケーブルからなり、前記制御手段は、前記反射波検出手段が検出した前記反射波の高調波の大きさが所定値以下となるように前記ケーブル長調節手段を制御して長さの異なる前記ケーブルのいずれかを選択させることを特徴とするプラズマ処理装置。
In the plasma processing apparatus according to claim 1 or 3,
The cable includes a plurality of coaxial cables having different lengths, and the control unit includes the cable length adjusting unit so that the magnitude of the harmonic wave of the reflected wave detected by the reflected wave detecting unit is a predetermined value or less. A plasma processing apparatus that controls and selects any one of the cables having different lengths.
請求項1に記載のプラズマ処理装置において、
前記ケーブル長調節手段により調節された前記ケーブルの長さに応じて前記イオン引き込み用高周波電源の出力を調節して、前記基板電極に供給される電力を一定に保持することを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
The plasma processing is characterized in that the power supplied to the substrate electrode is kept constant by adjusting the output of the high frequency power supply for ion attraction according to the length of the cable adjusted by the cable length adjusting means. apparatus.
請求項3に記載のプラズマ処理装置において、
前記ケーブル長調節手段により調節された前記ケーブルの長さに応じて前記プラズマ形成用高周波電源の出力を調節して、前記アンテナに供給される電力を一定に保持することを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein
A plasma processing apparatus characterized in that the power supplied to the antenna is kept constant by adjusting the output of the plasma forming high-frequency power source according to the length of the cable adjusted by the cable length adjusting means. .
請求項6記載のプラズマ処理装置において、
ケーブル長調節手段により調節された長さの異なるケーブル毎に給電する際のイオン引き込み用高周波電源の出力値を予め設定しておくことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein
A plasma processing apparatus, wherein an output value of a high frequency power supply for ion attraction when power is supplied to each of cables having different lengths adjusted by a cable length adjusting means is set in advance.
請求項7記載のプラズマ処理装置において、
ケーブル長調節手段により調節された長さの異なるケーブル毎に給電する際のプラズマ生成用高周波電源の出力値を予め設定しておくことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein
A plasma processing apparatus, wherein an output value of a high frequency power source for plasma generation when power is supplied to each cable having a different length adjusted by a cable length adjusting means is set in advance.
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