JP6224958B2 - The plasma processing apparatus and 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技術に係り、特に処理容器内で高周波電極上に基板を保持するために静電チャックを用いる枚葉式のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a technique for performing a plasma process on a target substrate, more particularly to a plasma processing apparatus and plasma processing method of a single wafer using an electrostatic chuck for holding a substrate on a high-frequency electrode in the processing chamber.

枚葉式のプラズマ処理装置は、典型的には、真空排気可能な処理容器内でサセプタ等と称される試料台の上に単体の被処理基板(たとえば半導体ウエハ)を載置して該基板にドライエッチング、酸化、堆積等のプラズマ処理を施すようにしている。 Single-wafer plasma processing apparatus, typically, the substrate is placed a substrate to be processed in a single on the sample referred to as a susceptor or the like board (eg, a semiconductor wafer) in a vacuum evacuable processing chamber dry etching, so that oxidation, plasma treatment such as deposition applied to.

一般に、高周波電極を兼ねるサセプタは、伝導性および加工性に優れた導体たとえばアルミニウムからなり、処理容器内に非接地で、つまり電気的にフローティング状態で取り付けられ、プラズマ処理中には処理容器の外の高周波電源より整合器を介して一定周波数の高周波を印加されるようになっている。 Generally, a susceptor which also serves as a high-frequency electrode is made good conductor such as aluminum on the conductivity and processability, ungrounded into the processing chamber, i.e. electrically attached in a floating state, during the plasma treatment outside of the processing container It is adapted to be applied a high frequency of constant frequency from the high frequency power source via a matching unit.

また、機構的には、処理前の基板をサセプタにローディングし、処理後の基板をサセプタからアンローディングするためのリフトピンがサセプタを貫通して昇降移動できるようになっている。 In addition, the mechanism, the substrate pretreatment loaded onto the susceptor, lift pins for unloading the processed substrate from the susceptor is adapted to be moved up and down through the susceptor.

さらに、プラズマ処理中の基板の温度を制御するために、サセプタの内部または周囲に冷却用の冷却媒体流路あるいは加熱用のヒータ素子等が設けられる。 Furthermore, in order to control the temperature of the substrate during plasma processing, the heater element or the like of the cooling medium flow path or heating for cooling is provided within or around the susceptor. この場合、サセプタの温度を基板に効率よく伝えるために、サセプタに形成されるガス流路を介して基板の裏面に所定の圧力で伝熱用のバックサイドガス(一般にHeガス)を供給するようにしている。 In this case, to convey efficiently the temperature of the susceptor to the substrate, to supply the backside gas for heat transfer at a predetermined pressure to the back surface of the substrate (typically He gas) through a gas passage formed in the susceptor I have to.

上記のようなサセプタを用いるプラズマ処理装置は、サセプタ上に基板を固定して保持するために、サセプタの主面つまり基板載置面に静電チャックを一体に設けている。 The plasma processing apparatus using a susceptor as described above, in order to securely hold the substrate on the susceptor is provided integrally with the electrostatic chuck on the main surface, i.e. the substrate mounting surface of the susceptor. この種の静電チャックは、誘電体膜の中に薄い導体層または内部電極を封入しており、該内部電極に高圧(通常2000〜3000V)の直流電圧を印加して、サセプタ上の基板に静電気を発生させ、静電力で基板を吸着または保持する仕組みになっている。 This type of electrostatic chuck is enclosed a thin conductive layer or the internal electrode in the dielectric film, by applying a DC voltage of a high pressure (usually 2000~3000V) to the internal electrode, to the substrate on the susceptor static electricity is generated, it has a mechanism of adsorbing or holding a substrate by an electrostatic force.

ところで、上記のようにサセプタが高周波電極を兼ねているプラズマ処理装置では、静電チャック内の内部電極に正極性で高圧の直流電圧を印加すると、基板とサセプタとの間でガスが放電して基板がダメージを受けやすいことが問題となっている。 Meanwhile, in the plasma processing apparatus susceptor also serves as a high-frequency electrode as described above, by applying a high DC voltage at the positive polarity to the internal electrode in the electrostatic chuck, and a discharge gas between the substrate and the susceptor board to be susceptible to damage has become a problem. すなわち、静電チャックにはリフトピンやバックサイドガスを通すための貫通孔が設けられており、これらの貫通孔が基板とサセプタとの間にガス空間を形成する。 That is, the electrostatic chuck has a through hole is provided for passing lift pins and backside gas, the through holes to form a gas space between the substrate and the susceptor. 静電チャックの内部電極に正極性の高圧直流電圧を印加すると、静電誘導によってサセプタの電位がたとえば1000V以上に引き上げられる。 When applying a positive polarity high dc voltage to the internal electrode of the electrostatic chuck is raised to the potential of the susceptor, for example, more than 1000V by electrostatic induction. 一方、基板が高周波を印加されかつプラズマに晒されることで、基板表面の電位は自己バイアスに等しい負の電位(たとえば−500V以下)に下がる。 On the other hand, the substrate that is exposed to the application of high frequency and plasma, the potential of the substrate surface is lowered to a negative potential equal to the self-bias (e.g. -500V or less). その結果、基板とサセプタとの間に大きな電位差が生じて、両者の間の上記ガス空間内で基板に損傷を与えるほどの異常放電が発生しやすくなる。 As a result, a large potential difference occurs between the substrate and the susceptor, abnormal discharge enough to damage the substrate is likely to occur in the gas space therebetween.

従来より、そのような基板とサセプタ間の異常放電を防止するために、サセプタ上でウエハ載置領域を囲む周辺領域に誘電体層を介して設けられるフォーカスリングを、抵抗ピン等の電流制限素子によってサセプタに電気的に接続するプラズマ処理装置が知られている(特許文献1)。 Conventionally, in order to prevent abnormal discharge between such substrates and the susceptor, a focus ring provided with the dielectric layer in the peripheral region surrounding the placing region wafer on the susceptor, the resistance pin or the like of the current limiting element the plasma processing apparatus which is electrically connected to the susceptor is known by (Patent Document 1). このプラズマ処理装置は、サセプタに高周波を印加してプラズマに晒し、かつ静電チャックの内部電極に正極性の高圧直流電圧を印加しても、電流制限素子を介してサセプタとフォーカスリングとの間で電荷が移動して、サセプタの電位がフォーカスリングの電位ひいては基板の電位に近づくので、基板とサセプタ間のガス空間内で放電を起こり難くしている。 The plasma processing apparatus, exposed to a plasma by applying a high frequency to the susceptor, and also by applying a positive polarity high dc voltage to the internal electrode of the electrostatic chuck, between the susceptor and the focus ring through the current limiting element in moving charge, the potential of the susceptor is close to the potential thus the potential of the substrate of the focus ring, and less likely to occur a discharge in the gas space between the substrate and the susceptor.

特開2011−210958号公報 JP 2011-210958 JP

上記のようにサセプタとフォーカスリングとを電流制限素子によって電気的に接続するプラズマ処理装置においては、フォーカスリングが消耗性の交換部品であるため、現実的には、電流制限素子をフォーカスリングに溶接やハンダ付け等で接合することはできず、バネ加圧等の接触式によって電気的接続を得る構成を採らざるを得ない。 In the plasma processing apparatus for electrically connecting the susceptor and the focus ring by a current limiting device as described above, since the focus ring is a replacement part debilitating, in reality, the welding current limiting element to the focus ring can not be joined by or soldering or the like, it must be adopted a configuration to obtain an electrical connection by contact of the spring pressurization. しかし、接触式は、フォーカスリングと電流制限素子との間で良好な電気伝導を得るのが難しく、その接触界面で大きな電位差が発生しやすい。 However, contact-type, it is difficult to obtain a good electrical conduction between the focus ring and the current limiting element, a large potential difference is likely to occur at the contact interface. このため、電流制限素子に本来の機能を発揮させるのが難しい。 Therefore, it is difficult to exhibit the original function to the current limiting element.

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、サセプタとフォーカスリングとの間に電流制限素子を設けなくても、被処理基板と静電チャックを介してこれを載置する高周波電極(サセプタ)との間の異常放電を安定確実に防止できるようにしたプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, without providing a current limiting element between the susceptor and the focus ring is placed this via a substrate to be processed and an electrostatic chuck to provide a plasma processing apparatus and plasma processing method as abnormal discharge between the high frequency electrode (susceptor) can be stably prevented.

本発明の第1の観点におけるプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部とを有する。 The plasma processing apparatus according to a first aspect of the present invention, the first to apply a processing vessel plasma process is performed, the susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber, a first high frequency to the susceptor a high frequency power supply unit, said for holding a substrate to be processed on the susceptor by electrostatic force, self-generated between the electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor, the plasma and the substrate to be processed on the susceptor that having a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the bias. そして、前記直流電圧印加部が、負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記第1高周波の電圧振幅を測定するRF電圧振幅測定部と、前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記第1高周波の進行波および反射波のパワーを測定するRFパワー測定部と、前記RF電圧振幅測定部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の測定値と前記RFパワー測定部より得られる前記第1高周波の進行波パワーの測定値および反射波パワーの測定値とに応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部とを有する。 Then, the DC voltage applying unit is a DC power supply that outputs a negative polarity and a variable DC voltage, and RF voltage amplitude measurement unit for measuring a voltage amplitude of the first frequency at a high frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit the a RF power measuring unit for measuring the first frequency power of the traveling wave and the reflected wave in the high frequency transmission line of the first high-frequency power supply portion, of the RF voltage the voltage amplitude of the first RF obtained from the amplitude measurement unit measured and depending on the measured value of the measured values and the reflected wave power of the first high-frequency progressive wave power of the obtained from the RF power measuring unit and a DC voltage control unit that controls the output voltage of the DC power supply.
本発明の第2の観点におけるプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部とを有する。 The plasma processing apparatus according to a second aspect of the present invention, the first to apply a processing vessel plasma process is performed, the susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber, a first high frequency to the susceptor a high frequency power supply unit, said for holding a substrate to be processed on the susceptor by electrostatic force, self-generated between the electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor, the plasma and the substrate to be processed on the susceptor and a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the bias. そして、前記第1高周波給電部が、前記第1高周波を所望のパワーで出力する第1高周波電源と、前記第1高周波電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第1整合部とを有し、前記第1整合部が、前記第1高周波給電部の高周波伝送路上に設けられる可変リアクタンス素子を含む整合回路と、前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記負荷インピーダンスを測定する負荷インピーダンス測定部と、前記負荷インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値が前記第1高周波電源の出力インピーダンスに対応する所定の整合ポイントに一致または近似するように、前記可変リアクタンス素子のポジションを可変に制御するオートマッチング機構と、前記可変リアクタンス素子の選択可能な Then, the first high-frequency power supply portion comprises a first high frequency power supply for outputting said first frequency at a desired power, and a first matching portion for matching the load impedance and the output impedance of the first RF power supply has the first matching unit, for measuring a matching circuit including a variable reactance element provided in the high-frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit, the load impedance at a high frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit load an impedance measuring unit, as the measured value of the load impedance obtained from the load impedance measurement unit is equal or close to a predetermined matching point corresponding to the output impedance of the first RF power source, the position of the variable reactance element and the auto-matching mechanism for variably controlling, selectable for the variable reactance element ジションの値とプラズマインピーダンスの値とをデータベース上で対応づけて管理するマッピングテーブルとを有し、前記直流電圧印加部が、負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、前記可変リアクタンス素子の現時の整合ポジションの値に対して前記マッピングテーブルより得られるプラズマインピーダンスの値と、前記第1高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第1高周波のパワーの値とから、前記第1高周波の電圧振幅を計算によって求めるRF電圧振幅演算部と、前記RF電圧振幅演算部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部とを有する。 And values of the plasma impedance Jishon and a mapping table for managing correspondence on the database, the DC voltage applying unit is a DC power supply that outputs a negative polarity and a variable DC voltage, the variable reactance element of the value of plasma impedance obtained from the mapping table to the value of the matching position present time, and a value of the first high-frequency power supply unit the first high-frequency power supplied to the plasma from the first frequency a RF voltage amplitude calculator for obtaining the voltage amplitude of the calculation, a DC voltage control unit that controls the output voltage of the DC power supply according to the calculated value of the voltage amplitude of the first RF obtained from the RF voltage amplitude calculator having.
本発明の第3の観点におけるプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部とを有する。 The plasma processing apparatus according to a third aspect of the present invention, the first to apply a processing vessel plasma process is performed, the susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber, a first high frequency to the susceptor a high frequency power supply unit, said for holding a substrate to be processed on the susceptor by electrostatic force, self-generated between the electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor, the plasma and the substrate to be processed on the susceptor and a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the bias. そして、前記第1高周波給電部が、前記第1高周波を所望のパワーで出力する第1高周波電源と、前記第1高周波電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第1整合部とを有し、前記第1整合部が、前記第1高周波給電部の高周波伝送路上に設けられるインピーダンス可変の整合回路と、前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記負荷インピーダンスを測定する負荷インピーダンス測定部と、前記負荷インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値が前記第1高周波電源の出力インピーダンスに対応する所定の整合ポイントに一致または近似するように、前記整合回路のインピーダンスを可変に制御するオートマッチング機構とを有し、前記直流電圧印加部が、負極性かつ可変の直流電 Then, the first high-frequency power supply portion comprises a first high frequency power supply for outputting said first frequency at a desired power, and a first matching portion for matching the load impedance and the output impedance of the first RF power supply has the first matching portion, wherein the variable impedance matching circuit provided in the high-frequency transmission line of the first high-frequency power supply unit, a load impedance measurement for measuring the load impedance at a high frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit and parts, as the measured value of the load impedance obtained from the load impedance measurement unit is equal or close to a predetermined matching point corresponding to the output impedance of the first RF power supply, variably controlling the impedance of said matching circuit to have an auto-matching mechanism, the DC voltage applying unit, a negative polarity and variable DC power を出力する直流電源と、前記負荷インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値と前記オートマッチング機構より得られる前記整合回路のインピーダンスの値とから、プラズマインピーダンスの値を計算によって求めるインピーダンス演算部と、前記インピーダンス演算部より得られるプラズマインピーダンスの計算値と、前記第1高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第1高周波のパワーの値とから、前記第1高周波の電圧振幅を計算によって求めるRF電圧振幅演算部と、前記RF電圧振幅演算部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部とを有する。 From an output to a DC power source, the value of the impedance of the matching circuit the measured value of the load impedance obtained from the load impedance measuring unit and obtained from the auto-matching mechanism, impedance calculation unit for obtaining by calculation the value of plasma impedance If the calculated value of plasma impedance obtained from the impedance computing section, and a value of the first high-frequency power being supplied to the plasma from the first high-frequency power supply unit, by calculation the voltage amplitude of the first frequency It has a RF voltage amplitude calculating unit, and a DC voltage control unit that controls the output voltage of the DC power supply according to the calculated value of the voltage amplitude of the first RF obtained from the RF voltage amplitude calculator for determining.
本発明の第4の観点におけるプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部とを有する。 The plasma processing apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the first to apply a processing vessel plasma process is performed, the susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber, a first high frequency to the susceptor a high frequency power supply unit, said for holding a substrate to be processed on the susceptor by electrostatic force, self-generated between the electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor, the plasma and the substrate to be processed on the susceptor and a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the bias. そして、前記直流電圧印加部が、負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、前記第1高周波給電部の高周波伝送路上でプラズマインピーダンスを測定するプラズマインピーダンス測定部と、前記プラズマインピーダンス測定部より得られるプラズマインピーダンスの測定値と、前記第1高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第1高周波のパワーの値とから、前記第1高周波の電圧振幅を計算によって求めるRF電圧振幅演算部と、前記RF電圧振幅演算部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部とを有する。 Then, the DC voltage applying unit is a DC power supply that outputs a negative polarity and a variable DC voltage, and the plasma impedance measuring unit for measuring the plasma impedance at a high frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit, the plasma impedance measuring unit the measured value of more resulting plasma impedance, the first high frequency from the value of the first high-frequency power supplied to the plasma from the power supply unit, RF voltage amplitude calculator for determining by calculation the voltage amplitude of the first frequency When, and a DC voltage control unit that controls the output voltage of the DC power supply according to the calculated value of the voltage amplitude of the first RF obtained from the RF voltage amplitude calculator.
本発明の第5の観点におけるプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部とを有する。 The plasma processing apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the first to apply a processing vessel plasma process is performed, the susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber, a first high frequency to the susceptor a high frequency power supply unit, said for holding a substrate to be processed on the susceptor by electrostatic force, self-generated between the electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor, the plasma and the substrate to be processed on the susceptor and a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the bias. そして、前記第1高周波給電部が、前記第1高周波を所望のパワーで出力する第1高周波電源と、前記第1高周波電源側のインピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第1整合部とを有し、前記直流電圧印加部の出力端子が、前記第1整合部の整合回路の少なくとも一部を介して前記サセプタに接続される。 Then, the first high-frequency power supply portion comprises a first high frequency power supply for outputting said first frequency at a desired power, and a first matching portion for matching the load impedance to the impedance of the first RF power supply side It has an output terminal of the DC voltage applying unit, through at least a portion of the matching circuit of the first matching portion is connected to the susceptor.
本発明の第6の観点におけるプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部とを有する。 The plasma processing apparatus according to the sixth aspect of the present invention, the first to apply a processing vessel plasma process is performed, the susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber, a first high frequency to the susceptor a high frequency power supply unit, said for holding a substrate to be processed on the susceptor by electrostatic force, self-generated between the electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor, the plasma and the substrate to be processed on the susceptor and a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the bias. そして、前記直流電圧印加部の出力端子が、直流を通して高周波を遮断する第1フィルタ回路と前記第1高周波給電部の一部の区間とを介して前記サセプタに接続され、前記サセプタを電気的に接地状態またはフローティング状態のいずれかに切り換えるために、一端が接地電位部材に接続され、他端が前記第1フィルタ回路および前記第1高周波給電部の一部の区間を介して前記サセプタに接続されるスイッチを有する。 The output terminal of the DC voltage applying unit, through a portion of the period of the first filter circuit and said first high-frequency power supply unit to cut off the high frequency is connected to the susceptor through a direct current, electrically said susceptor in order to switch to either the ground state or floating state, one end connected to a ground potential member, is connected the other end through said first filter circuit and the partial section of the first high-frequency power supply portion to the susceptor that has a switch.

上記構成のプラズマ処理装置においては、プラズマ処理中にプラズマに晒される基板の表面の電位は自己バイアスに等しい負極性の電位になる一方で、直流電圧印加部によりサセプタに自己バイアスに応じた負極性の直流電圧が印加されるので、基板とサセプタ間の電位差が小さな値に保たれ、基板回り(特に基板とサセプタとの間のガス空間)で異常放電が発生しなくなる。 In the plasma processing apparatus of the above configuration, the potential of the surface of the substrate exposed to plasma during plasma treatment while a negative polarity of the potential equal to the self-bias, a negative polarity corresponding to the self-bias to the susceptor by the DC voltage applying unit since the DC voltage is applied, the potential difference between the substrate and the susceptor is kept to a small value, the abnormal discharge is not generated in the substrate around (particularly the gas space between the substrate and the susceptor).

本発明のプラズマ処理方法は、処理容器内で導体のサセプタの主面に設けられている静電チャックの上に被処理基板を載置する工程と、前記基板が前記静電チャック上に載置された後の第1の時点で、前記サセプタを電気的に接地状態からフローティング状態に切り換える工程と、前記第1の時点より後の第2の時点から、前記処理容器内で処理ガスを励起してプラズマを生成する工程と、前記第2の時点より後の第3の時点から、前記プラズマのイオンを前記基板に引き込むのに適した周波数を有する第1の高周波を前記サセプタに印加する工程と、前記第2の時点より後で前記第3の時点と近接する第4の時点から、前記サセプタに自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する工程と、前記サセプタ上で前記基板を保持するために The plasma processing method of the present invention includes the steps of placing a substrate to be processed on the electrostatic chuck provided on a main surface of the conductor of the susceptor in a processing chamber, wherein the substrate is placed on the electrostatic chuck at a first time point after it is, a step of switching to a floating state said susceptor from electrically grounded state, the second time point later than said first time point, to excite the processing gas in the processing chamber generating a plasma Te, from the third time point later than the second time point, the step of applying a first high frequency having a frequency suitable for attracting ions of the plasma to the substrate to the susceptor holding the fourth time point proximate and after the third time from the second time point, and applying a negative DC voltage in accordance with the self-bias to the susceptor, the substrate on the susceptor in order to 前記第4の時点より後の第5の時点から、前記静電チャック内の電極に正極性の直流電圧を印加する工程とを有する。 From the fifth time point later than the fourth time point, and a step of applying a positive DC voltage to the electrode in the electrostatic chuck.

上記構成のプラズマ処理方法においては、サセプタに自己バイアスに応じた負極性の直流電圧が印加されるので、定常状態において基板回り(特に基板とサセプタとの間のガス空間)で異常放電が発生することはない。 In the plasma processing method of the above configuration, the negative polarity of the DC voltage according to the self-bias on the susceptor is applied, abnormal discharge occurs at the substrate around (particularly the gas space between the substrate and the susceptor) in a steady state it is not. さらには、プラズマ処理の開始直後に、サセプタの電位が自己バイアスに連動して基板の電位と一緒に下がるので、正極性の直流電圧が静電チャックの内部電極に印加される時も、さらにはプロセスの開始時にプラズマ負荷が変動しても、基板回り(特に基板とサセプタとの間のガス空間)で異常放電が発生しなくなる。 Further, immediately after the start of the plasma treatment, the potential of the susceptor in conjunction with the self-bias drops along with the potential of the substrate, even when the DC voltage of positive polarity is applied to the internal electrode of the electrostatic chuck, and more be varied plasma load at the start of the process, the abnormal discharge is not generated in the substrate around (particularly the gas space between the substrate and the susceptor).

本発明のプラズマ処理装置または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、サセプタとフォーカスリングとの間に電流制限素子を設けなくても、静電チャックを介して被処理基板を載置する高周波電極(サセプタ)と該基板の間の異常放電を安定確実に防止することができる。 According to the plasma processing apparatus or method of the present invention, the configuration and operation as described above, without providing a current limiting element between the susceptor and the focus ring, the substrate to be processed through an electrostatic chuck It mounted to the high-frequency electrode (susceptor) and the base plates abnormal discharge can be stably prevented.

本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。 It is a sectional view showing a configuration of a plasma processing apparatus in an embodiment of the present invention. 上記プラズマ処理装置におけるマッチングユニット内の回路構成を示す回路図である。 It is a circuit diagram showing a circuit configuration of the matching unit in the plasma processing apparatus. 上記プラズマ処理装置において単一ステップの枚葉処理(またはマルチステップの枚葉処理における1回目のステップ)が行われるときの基本シーケンスを示す図である。 It is a diagram illustrating a basic sequence when the sheet processing of a single step (or first steps in single wafer processing in a multi-step) is performed in the plasma processing apparatus. 上記プラズマ処理装置においてマルチステップ方式の2回目以降のステップが行われるときの基本シーケンスを示す図である。 It is a diagram illustrating a basic sequence when the second and subsequent steps of the multi-step method in the plasma processing apparatus is performed. 図3Aの基本シーケンスの具体的な実例を示す図である。 It is a diagram showing a specific example of the basic sequence of Figure 3A. 図3Bの基本シーケンスの具体的な実例を示す図である。 It is a diagram showing a specific example of the basic sequence of Figure 3B. 実施形態による第2の直流電源を備えない場合(比較例)のシーケンスの具体的な実例を示す図である。 It is a diagram showing a specific example of the sequence in the case of not including a second DC power supply according to embodiment (Comparative Example). 上記プラズマ処理装置における第1の整合器の整合回路および第2の直流電源の結線の一変形例を示す回路図である。 It is a circuit diagram showing a modification of the first matching unit matching circuit and the second DC power supply connection in the plasma processing apparatus. 上記プラズマ処理装置においてサセプタに第2直流電圧を印加する技法の第2の実施例を説明するための図である。 It is a diagram for explaining the second embodiment of the technique for applying a second DC voltage to the susceptor in the plasma processing apparatus. 上記第2の実施例における第1模擬実験で得られるデータベースのテーブルの一例を示す図である。 Is a diagram showing an example of a table of a database obtained in the first simulation in the second embodiment. 上記第2の実施例における第2模擬実験で得られるデータベースのテーブルの一例を示す図である。 Is a diagram showing an example of a table of a database obtained in the second simulation in the second embodiment. 上記第2の実施例における第2模擬実験で得られるデータベースのテーブルの一例を示す図である。 Is a diagram showing an example of a table of a database obtained in the second simulation in the second embodiment. 上記第2の実施例における第2模擬実験で得られるデータベースのテーブルの一例を示す図である。 Is a diagram showing an example of a table of a database obtained in the second simulation in the second embodiment. 別の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。 It is a sectional view showing a configuration of a plasma processing apparatus in another embodiment. 図10のプラズマ処理装置における主要な特徴部分を示す図である。 Is a diagram showing a main characteristic portion of the plasma processing apparatus of FIG. 10. サセプタに第2直流電圧を印加する技法の第5(および第6)の実施例の要部の回路構成を示す回路図である。 It is a circuit diagram showing a circuit configuration of a fifth (and sixth) main part of the embodiment of techniques for applying a second DC voltage to the susceptor. 整合器に備えられるマッチングテーブルの一例を示す図である。 Is a diagram showing an example of a matching table provided to the matching unit. スミスチャート上で実施例における整合器の作用を示す図である。 Is a diagram illustrating the operation of matching device in the embodiment on the Smith chart. サセプタに第2直流電圧を印加する技法の第7の実施例の要部の回路構成を示す回路図である。 It is a circuit diagram showing a circuit configuration of a main part of a seventh embodiment of the technique for applying a second DC voltage to the susceptor.

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating a preferred embodiment of the present invention.

[プラズマ処理装置全体の構成] [Plasma processing apparatus overall configuration]

図1に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。 1 shows a configuration of a plasma processing apparatus in an embodiment of the present invention. このプラズマ処理装置は、下部2周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ(処理容器)10を有している。 The plasma processing apparatus includes a capacitively coupled plasma etching apparatus is configured as, for example, such as aluminum or stainless steel metal cylindrical chamber (processing chamber) 10 of the lower dual frequency application type. チャンバ10は接地されている。 The chamber 10 is grounded.

チャンバ10内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハWを載置する円板形状のサセプタ12が下部電極として水平に配置されている。 In the chamber 10, the susceptor 12 of the disk-shaped mounting the semiconductor wafer W, for example, as a substrate to be processed is arranged horizontally as a lower electrode. このサセプタ12は、伝導性と加工性に優れた導体たとえばアルミニウムからなり、チャンバ10の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部14により非接地で支持されている。 The susceptor 12 is made of excellent conductor such as aluminum workability and conductivity, and is supported in a non-grounded by a bottom from extending vertically upward example made of ceramic insulating cylindrical support 14 of the chamber 10. この絶縁性筒状支持部14の外周に沿ってチャンバ10の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部16とチャンバ10の内壁との間に環状の排気路18が形成され、この排気路18の底に排気口20が設けられている。 The annular exhaust path 18 is formed from the bottom of the chamber 10 along the outer periphery of the insulating cylindrical support 14 between the inner wall of the conductive cylindrical support 16 and the chamber 10 extending vertically upward, the exhaust exhaust port 20 is provided in the bottom of the road 18. 排気口20には排気管22を介して排気装置24が接続されている。 Exhaust device 24 is connected through an exhaust pipe 22 to the exhaust port 20. 排気装置24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内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。 Exhaust device 24 has a vacuum pump such as a turbo molecular pump to evacuate the processing space in the chamber 10 to a desired vacuum level. 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26が取り付けられている。 The sidewall of the chamber 10, the gate valve 26 for opening and closing the transfer port of the semiconductor wafer W is mounted.

サセプタ12には、第1および第2の高周波電源28,30がマッチングユニット32および給電棒34を介して電気的に接続されている。 The susceptor 12, first and second high-frequency power supply 28, 30 are electrically connected via a matching unit 32 and the power feed rod 34. ここで、第1の高周波電源28は、主としてサセプタ12上の半導体ウエハWに対するイオンの引き込みに寄与する一定周波数(たとえば13.56MHz)の第1高周波LFを出力する。 Here, the first high-frequency power source 28 is mainly outputs the first high-frequency LF contributing constant frequency retraction of ions to the semiconductor wafer W on the susceptor 12 (e.g., 13.56 MHz). 一方、第2の高周波電源30は、主としてプラズマの生成に寄与する一定周波数(たとえば100MHz)の第2高周波HFを出力する。 On the other hand, the second RF power supply 30 is mainly outputs the second high-frequency HF contributes a fixed frequency (e.g. 100 MHz) to generate the plasma. マッチングユニット32には、第1および第2の高周波電源28,30と負荷(主にプラズマ)との間でインピーダンスの整合をとるための第1および第2の整合器100,102(図2)が収容されている。 The matching unit 32, first and second high frequency power supply 28, 30 and the load (mainly plasma) and the first and second matching unit for matching impedances between 100 and 102 (FIG. 2) There are housed.

給電棒34は、所定の外径を有する円筒形または円柱形の導体からなり、その上端がサセプタ12の下面中心部に接続され、その下端がマッチングユニット32内の上記第1および第2の整合器100,102の高周波出力端子に接続されている。 Power feed rod 34, a predetermined consist cylindrical or cylindrical conductor having an outer diameter, its upper end is connected to the central portion of the bottom surface of the susceptor 12, the first and second matching its lower end in a matching unit 32 It is connected to a high-frequency output terminal of the vessels 100, 102. また、チャンバ10の底面とマッチングユニット32との間には、給電棒34の周りを囲む円筒形の導体カバー35が設けられている。 Between the bottom and matching unit 32 of the chamber 10, a cylindrical conductor cover 35 surrounding the power feed rod 34 is provided.

サセプタ12は半導体ウエハWよりも一回り大きな直径または口径を有している。 The susceptor 12 has a larger diameter or diameter slightly larger than the semiconductor wafer W. サセプタ12の上面つまり主面は、半導体ウエハWと略同形状(円形)かつ略同サイズの中心領域つまりウエハ載置領域と、このウエハ載置領域の周囲に延在する環状の周辺領域とに区画されている。 Top clogging the main surface of the susceptor 12 includes a depositing area central region clogging wafer placing the semiconductor wafer W substantially the same shape (circular) and Hobodo size, the peripheral region of the annular extending around the mounting area the wafer It is defined. ウエハ載置領域の上に、後述する静電チャック38を介して処理対象の半導体ウエハWが載置される。 On the wafer mounting region, the semiconductor wafer W to be processed through the electrostatic chuck 38 to be described later is placed. 環状周辺領域の上には、リング状の誘電体層35を介して半導体ウエハWの口径よりも大きな内径を有するリング状の板材いわゆるフォーカスリング36が設けられる。 On the annular peripheral region, a ring-shaped plate member called a focus ring 36 having an inner diameter larger than the diameter of the semiconductor wafer W via the ring-shaped dielectric layer 35 is provided. このフォーカスリング36は、半導体ウエハW表面の被エッチング材に応じて、たとえばSi,SiC,C,SiO2の中のいずれかの材質で構成されている。 The focus ring 36, depending on the material to be etched of the semiconductor wafer W, for example Si, SiC, is constituted by any one of the material in the C, SiO2.

サセプタ12のウエハ載置領域には、ウエハ吸着用の静電チャック38が設けられている。 The wafer mounting region of the susceptor 12, the electrostatic chuck 38 of the wafer adsorption is provided. この静電チャック38は、サセプタ12の上面に一体形成または一体固着された誘電体層40の中に内部電極42を封入している。 The electrostatic chuck 38 is sealed internal electrode 42 in the integrally formed or integrally secured to the dielectric layer 40 on the upper surface of the susceptor 12. この内部電極42には、チャンバ10の外に配置される外付けの第1の直流電源44がスイッチ46、高抵抗値の抵抗器48およびDC高圧線50を介して電気的に接続されている。 Inside this electrode 42 are externally first DC power supply 44 switches 46, electrically connected via a resistor 48 and a DC high voltage wire 50 of high resistance disposed outside the chamber 10 . 第1の直流電源44より正極性で高圧(たとえば2000〜3000V)の第1直流電圧A DCが静電チャック38の内部電極42に印加されることにより、半導体ウエハWが静電力で静電チャック38に吸着されるようになっている。 By first DC voltage A DC high-pressure (e.g. 2000~3000V) is applied to the inner electrode 42 of the electrostatic chuck 38 in a positive polarity than the first DC power supply 44, an electrostatic chuck a semiconductor wafer W by an electrostatic force It is adapted to be adsorbed to 38. なお、DC高圧線50は、被覆線であり、サセプタ12を下から貫通して静電チャック38の内部電極42に接続されている。 Incidentally, DC high voltage wire 50 is coated wire is connected to the internal electrode 42 of the electrostatic chuck 38 through the susceptor 12 from the bottom.

サセプタ12の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室または冷媒通路52が設けられている。 Inside the susceptor 12, for example annular coolant chamber or coolant path 52 extending in the circumferential direction is provided. この冷媒室52には、チラーユニット(図示せず)より冷媒供給管54を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水CWが循環供給される。 A coolant 52 flows eg, cooling water CW of a prescribed temperature through the coolant supply pipe 54 from a chiller unit (not shown) is circulated and supplied. 冷媒の温度によってサセプタ12の温度を下げる方向に制御できる。 It can be controlled in a direction to lower the temperature of the susceptor 12 by the temperature of the refrigerant. そして、サセプタ12に半導体ウエハWを熱的に結合させるために、バックサイドガス供給部(図示せず)からの伝熱用のバックサイドガスたとえばHeガスが、ガス供給管およびサセプタ12内部のガス通路56を介して静電チャック38と半導体ウエハWとの接触界面に供給されるようになっている。 Then, in order to thermally bond the semiconductor wafer W on the susceptor 12, a backside gas such as He gas for heat transfer from the backside gas supply unit (not shown), a gas supply tube and the inner susceptor 12 gas It is supplied to the contact interface between the electrostatic chuck 38 and the semiconductor wafer W via the path 56.

サセプタ12および静電チャック38には、サセプタ12上での半導体ウエハWのローディング/アンローディングに用いられる複数本(たとえば3本)のリフトピン58を昇降移動可能に通す貫通孔60,62がそれぞれ形成されている。 The susceptor 12 and the electrostatic chuck 38, formed respectively through holes 60, 62 through the vertically movable lift pins 58 of the semiconductor wafer W plurality for use in loading / unloading (e.g., three) of on the susceptor 12 It is. リフトピン58は、たとえば樹脂またはセラミック等の絶縁体からなり、リング状の水平昇降板64に支持されている。 Lift pin 58 is made of, for example, a resin or an insulator such as ceramics, is supported by a ring-shaped horizontal lift plate 64. この水平昇降板64は、エアシリンダまたはボールねじ機構等からなるアクチエータ66の昇降駆動軸68に結合されている。 The horizontal lift plate 64 is coupled to the elevation drive shaft 68 of the actuator 66 composed of an air cylinder or a ball screw mechanism or the like.

チャンバ10の天井には、サセプタ12と平行に向かい合って上部電極を兼ねるシャワーヘッド70が設けられている。 The ceiling of the chamber 10, a shower head 70 serving as a top electrode in parallel to face the susceptor 12 is provided. このシャワーヘッド70は、サセプタ12と向かい合う電極板72と、この電極板72をその背後(上)から着脱可能に支持する電極支持体74とを有し、電極支持体74の内部にガス室76を設け、このガス室76からサセプタ12側に貫通する多数のガス吐出孔78を電極支持体74および電極板72に形成している。 The shower head 70 includes an electrode plate 72 facing the susceptor 12, and an electrode support 74 for detachably supporting the electrode plate 72 from behind (above), the gas chamber in the interior of the electrode support 74 76 the provided to form a plurality of gas discharge holes 78 penetrating from the gas chamber 76 to the susceptor 12 side to the electrode support 74 and the electrode plate 72. 電極板72とサセプタ12との間の空間PSがプラズマ生成空間ないし処理空間となる。 Space PS between the electrode plate 72 and the susceptor 12 becomes a plasma generation space or a processing space. ガス室76の上部に設けられるガス導入口76aには、処理ガス供給部80からのガス供給管82が接続されている。 A gas inlet port 76a provided at the upper portion of the gas chamber 76, the gas supply pipe 82 from the processing gas supply unit 80 is connected. 電極板72はたとえばSi、SiCあるいはCからなり、電極支持体74はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。 Electrode plate 72, for example Si, consists SiC or C, the electrode support 74 is made of, for example, anodized aluminum.

このプラズマエッチング装置は、サセプタ12に負極性かつ可変の第2直流電圧−B DCを印加するための第2の直流電源104を備えている。 The plasma etching apparatus includes a second DC power source 104 for applying a second DC voltage -B DC negative polarity and variable in the susceptor 12. この第2の直流電源104の出力端子は、スイッチ106を介してマッチングユニット32内で第1の高周波給電部108(図2)に電気的に接続されている。 The output terminal of the second DC power source 104 is electrically connected to the first high-frequency power supply unit 108 (FIG. 2) in the matching unit 32 through the switch 106.

主制御部84は、マイクロコンピュータおよび各種インタフェースを含み、外部メモリまたは内部メモリに格納されるソフトウェア(プログラム)およびレシピ情報にしたがって、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置24、高周波電源28,30、マッチングユニット32(整合器102,104)、スイッチ46,106、第2の直流電源(可変直流電源)104、リフト機構のアクチエータ66、チラーユニット(図示せず)、バックサイドガス供給部(図示せず)および処理ガス供給部80等の個々の動作および装置全体の動作(シーケンス)を制御する。 The main control unit 84 includes a microcomputer and various interfaces, in accordance with software (program) and the recipe information stored in the external memory or an internal memory of various parts of the plasma etching apparatus for example an exhaust system 24, the high frequency power source 28, 30 , matching unit 32 (the matching unit 102, 104), switches 46,106, second DC power supply (variable DC power source) 104, the actuator 66 of the lift mechanism (not shown) chiller unit, backside gas supply unit (FIG. controlling the Shimese not) and individual operations, such as the processing gas supply unit 80 and the device overall operation (sequence).

なお、この実施形態では、主制御部84が1つの制御ユニットとして示されているが、複数の制御ユニットが主制御部84の機能を並列的または階層的に分担する形態を採ってもよい。 In this embodiment, although the main control unit 84 is shown as a single control unit may take the form of a plurality of control units to share the functions of the main control unit 84 in parallel or hierarchically.

このプラズマエッチング装置における枚葉ドライエッチングの基本的な動作は次のようにして行われる。 The basic operation of a single wafer dry etching in the plasma etching apparatus is performed as follows. 先ず、ゲートバルブ26を開けて、隣室のロードロック・チャンバまたはトランスファ・チャンバ(図示せず)から搬送アーム(図示せず)を招き入れて処理対象の半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入させる。 First, by opening the gate valve 26, thereby transferring the semiconductor wafer W of the transfer arm processing invite (not shown) target from the load lock chamber or the transfer chamber of the adjacent room (not shown) into the chamber 10. ローディング動作は、アクチエータ66が作動して、リフトピン58を上昇させて搬送アームより半導体ウエハWを受け取り、次いでリフトピン58を降下させて半導体ウエハWをサセプタ12の主面つまり静電チャック38の上に載置する。 Loading operation, actuator 66 is operated, the lift pins 58 is raised to receive the semiconductor wafer W from the transfer arm and, then the semiconductor wafer W is lowered to lift pins 58 on the major surface, that the electrostatic chuck 38 of the susceptor 12 It is placed. そして、処理ガス供給部80よりエッチングガス(一般に混合ガス)を所定の流量でチャンバ10内に導入し、排気装置24によりチャンバ10内の圧力を設定値にする。 Then, the processing gas supply unit 80 from an etching gas (generally, a gaseous mixture) is introduced into chamber 10 at a predetermined flow rate to the set value of the pressure in the chamber 10 by the exhaust device 24. さらに、第1および第2の高周波電源28,30をオンにして第1高周波LFおよび第2高周波HFをそれぞれ所定のパワーで出力させ、これらの高周波LF,HFをマッチングユニット32および給電棒34を介してサセプタ(下部電極)12に印加する。 Furthermore, each is output at a predetermined power of the first high-frequency LF and second high-frequency HF and the first and second high-frequency power source 28 is turned on, these high-frequency LF, a matching unit 32 and the power feed rod 34 the HF through it applied to the susceptor (lower electrode) 12. また、スイッチ46をオンにして半導体ウエハWを静電力で静電チャック38に保持し、バックサイドガス供給部より半導体ウエハWとの間の接触界面に伝熱用のバックサイドガス(Heガス)を供給する。 Also, holding the semiconductor wafer W turns on the switch 46 to the electrostatic chuck 38 by an electrostatic force, the backside gas for heat transfer to the contact interface between the semiconductor wafer W from the backside gas supply unit (He gas) and supplies. シャワーヘッド70より両電極70,12間の処理空間PSに吐出されたエッチングガスの高周波放電によりプラズマが生成され、このプラズマより供給されるラジカルやイオンによって半導体ウエハW表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。 Generated plasma in the process space high frequency discharge of etching gas discharged to the PS between the electrodes 70,12 from the shower head 70, the processed film of the semiconductor wafer W surface is desired by radicals or ions supplied from the plasma It is etched in a pattern.

このプラズマエッチング装置は、陰極結合型であり、プラズマの生成に適した比較的高い周波数(たとえば100MHz)を有する第2高周波HFをサセプタ12に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のプラズマを形成することができる。 This plasma etching apparatus is a cathode coupling type, by applying a second high-frequency HF having a relatively high frequency suitable for generation of plasma (e.g., 100 MHz) to the susceptor 12, higher in density and desired dissociation state of plasma , it is possible to form a high density plasma at lower pressure condition. それと同時に、イオンの引き込みに適した比較的低い周波数(たとえば13.56MHz)を有する第1高周波LFをサセプタ12に印加することにより、サセプタ12上の半導体ウエハWに対して垂直形状のエッチング加工に有利な異方性のエッチングを施すことができる。 At the same time, by applying a first high-frequency LF having a relatively low frequency suitable for retraction of the ion (e.g., 13.56 MHz) to the susceptor 12, the etching of the vertical shape to the semiconductor wafer W on the susceptor 12 it can be etched advantageous anisotropy.

また、このプラズマエッチング装置においては、プラズマに晒されるサセプタ(下部電極)12にイオン引き込み用の第1高周波LFを印加し、かつ半導体ウエハWをサセプタ12上で保持するために第1の直流電源44より静電チャック38の内部電極42に正極性の第1直流電圧A DCを印加する一方で、第2の直流電源104より自己バイアス−V dcに応じた負極性の第2直流電圧−B DCをサセプタ12に印加することにより、半導体ウエハWとサセプタ12との間の電位差を極力小さく抑えることができる。 Further, in the plasma etching apparatus, the first DC power supply a first RF LF susceptor for ion attraction to the (lower electrode) 12 which is exposed to the plasma is applied, and a semiconductor wafer W to hold on the susceptor 12 while applying a first DC voltage a DC positive polarity than 44 to the internal electrode 42 of the electrostatic chuck 38, a negative polarity corresponding than the second DC power source 104 to the self-bias -V dc second DC voltage -B by applying a DC to the susceptor 12, it can be minimized the potential difference between the semiconductor wafer W and the susceptor 12. このため、半導体ウエハWとサセプタ12との間のガス空間(56,60,62)において異常放電が発生するおそれはない。 Therefore, abnormal discharge may no occurring in the gas space (56,60,62) between the semiconductor wafer W and the susceptor 12. したがって、半導体ウエハWに異常放電によるダメージを与えずに済み、プラズマエッチングプロセスの歩留まりを向上させることができる。 Thus, finished without damaging due to abnormal discharge in the semiconductor the wafer W, it is possible to improve the yield of the plasma etch process.

[マッチングユニット内の構成] Configuration of the matching unit]

図2に、このプラズマエッチング装置のマッチングユニット32内の回路構成を示す。 Figure 2 shows a circuit configuration of the matching unit 32 of the plasma etching apparatus.

マッチングユニット32内には、第1および第2の整合器100,102が設けられている。 The matching unit 32, the first and second matching unit 100, 102 is provided. 第1の整合器100は、第1の高周波電源28より出力されるイオン引き込み用の第1高周波LFを無反射または少ない反射で効率よくチャンバ10内のプラズマ負荷に伝送するように動作し、第1の高周波電源28と組み合わさって第1の高周波給電部108を形成する。 The first matching unit 100 operates to transmit the first high-frequency LF for attracting ions outputted from the first high frequency power supply 28 to the plasma load efficiently chamber 10 without reflection or fewer reflections, the combination with the first high-frequency power source 28 to form a first high-frequency power supply unit 108. 一方、第2の整合器102は、第2の高周波電源30より出力されるプラズマ生成用の第2の高周波HFを無反射または少ない反射で効率よくチャンバ10内のプラズマ負荷に伝送するように動作し、第2の高周波電源30と組み合わさって第2の高周波給電部110を形成する。 Meanwhile, the second matching unit 102 operates to transmit a second high-frequency HF for plasma generation that is output from the second RF power supply 30 to the plasma load efficiently chamber 10 without reflection or fewer reflection and, a second RF supply section 110 in combination with the second high frequency power supply 30.

第1の整合器100は、第1の高周波電源28の出力端子と負荷との間で直列に接続されるコンデンサ114およびコイル116と、コンデンサ114の入力側端子と接地電位部材(図示せず)との間に接続されるコンデンサ112とからなるL型の整合回路を有している。 The first matching unit 100 includes a capacitor 114 and a coil 116 connected in series between the output terminal and the load of the first high-frequency power source 28, (not shown) input terminal and a ground potential member of the capacitor 114 and a L-type matching circuit comprising a capacitor 112. which is connected between the. 両コンデンサ112,114は可変コンデンサである。 Both capacitors 112, 114 is a variable capacitor. 第1の高周波電源28が第1高周波LFを出力している時は、マッチングコントローラおよびステップモータ等で構成される第1のオートマッチング機構(図示せず)が、上記整合回路(112,114,116)も含まれる負荷側のインピーダンスを第1の高周波電源28側のインピーダンス(通常50Ω)に一致させるように、各々の可変コンデンサ112,114の静電容量を可変に制御するようになっている。 When the first high frequency power supply 28 is outputting a first high-frequency LF is first auto-matching mechanism consists of matching controller and step motor or the like (not shown), the matching circuit (112, 114, 116) also the impedance of the load included to match the first high-frequency power source 28 side of the impedance (typically 50 [Omega), which is the capacitance of each variable capacitor 112, 114 is variably controlled .

第2の整合器102は、第2の高周波電源30の出力端子と接地電位部材(図示せず)との間で直列に接続される一次コイル118および一次コンデンサ120と、一次コイル118にトランス結合される二次コイル122と、この二次コイル122と負荷との間に直列に接続される二次コンデンサ124とからなる誘導結合型の整合回路を有している。 Second matching unit 102 includes a primary coil 118 and primary capacitor 120 connected in series between the output terminal of the second high-frequency power source 30 and the ground potential member (not shown), the transformer coupled to the primary coil 118 a secondary coil 122, and a matching circuit inductively coupled consisting secondary capacitor 124. which is connected in series between the load and the secondary coil 122. 両コンデンサ120,124は可変コンデンサである。 Both capacitors 120, 124 is a variable capacitor. 第2の高周波電源30が第2高周波HFを出力している時は、マッチングコントローラおよびステップモータ等で構成される第2のオートマッチング機構(図示せず)が、上記整合回路(118〜124)も含まれる負荷側のインピーダンスを第2の高周波電源30側のインピーダンス(通常50Ω)に一致させるように、各々の可変コンデンサ120,124の静電容量を可変に制御するようになっている。 When the second high frequency power supply 30 is outputting a second RF HF, the second automatic matching mechanism consists of matching controller and step motor or the like (not shown), the matching circuit (118 to 124) and the impedance of the load side that also included to match the second high frequency power source 30 side of the impedance (typically 50 [Omega), is the capacitance of each variable capacitor 120, 124 is variably controlled.

第1の高周波給電部108には、第1の整合器100の出力端子と給電棒34との間に、コイル126およびコンデンサ128からなるL型のローパス・フィルタ130が設けられている。 The first high-frequency power supply portion 108, between the first matching unit 100 output terminal and the power supply rod 34 of the low-pass filter 130 of the L-type consisting of a coil 126 and a capacitor 128 is provided. このローパス・フィルタ130は、第1の整合器100からの第1高周波LFおよび第2の直流電源104からの第2直流電圧−B DCをサセプタ12側に通し、第2の高周波給電部110からの第2高周波HFを遮断する。 The low-pass filter 130, a second DC voltage -B DC from the first high-frequency LF and second DC power supply 104 from the first matching unit 100 through the susceptor 12 side, the second high-frequency power supply portion 110 blocking the second high frequency HF of.

なお、第2の高周波給電部110内では、第2の整合器102内でトランス結合されているコイル118,122が、第1の高周波給電部108からの第1高周波LFを遮断するようになっている。 Incidentally, within the second high-frequency power supply portion 110, a coil 118 and 122 which are transformer coupled with a second matching unit 102 inside is adapted to shut off the first high-frequency LF from the first radio-frequency power supply portion 108 ing.

マッチングユニット32の筺体内には、上述した第1および第2の整合器100,102の他にも、一次的には保安接地用のリレースイッチ132が設けられている。 Within the housing of the matching unit 32, in addition to the first and second matching unit 100, 102 described above, the primary relay switch 132 for safety ground is provided. このリレースイッチ132は、その一方の端子が抵抗器134を介して接地電位部材(図示せず)に接続され、他方の端子がコイル136およびコンデンサ138からなるL型の高周波遮断フィルタ140を介して第1の整合器100内の高周波伝送路(図示の例ではコンデンサ114とコイル116との間の接続点NA)に接続されている。 The relay switch 132 is connected its one terminal via a resistor 134 to ground potential member (not shown), through the L-shaped high-frequency cutoff filter 140 and the other terminal of a coil 136 and a capacitor 138 (in the illustrated example the connection point NA between the capacitor 114 and the coil 116) the first high-frequency transmission line matching unit 100 is connected to. 高周波遮断フィルタ140は、直流を通し、第1高周波LFその他の高周波を遮断するフィルタ特性を有している。 High-frequency cutoff filter 140, through a direct current, and has a filter characteristic for blocking the first high-frequency LF other high frequency.

リレースイッチ132がオフしている時は、第1の整合器100内の接続点NAが電気的(特に直流的)にフローティング状態にあり、したがってサセプタ12もフローティング状態に置かれる。 When the relay switch 132 is turned off, the connection point NA of the first matching unit 100 is in the floating state electrically (especially DC), thus the susceptor 12 is also placed in a floating state. リレースイッチ132がオンすると、過渡的にはそれまでサセプタ12に蓄積されていた電荷が接続点NA、ローパス・フィルタ140、リレースイッチ132および抵抗器134を介して接地電位部材(グランド)に流れ、定常的にはサセプタ12の電位がグランド電位に保たれる。 When the relay switch 132 is turned on, it flows in a transient to the accumulated susceptor 12 until it is optionally charges the connection point NA, low-pass filter 140, a ground potential member through a relay switch 132 and resistor 134 (ground), the steady-state potential of the susceptor 12 is kept at ground potential.

この実施形態において、第2の直流電源104は、リレースイッチ132と並列に接続されている。 In this embodiment, the second DC power source 104 is connected in parallel with the relay switch 132. より詳細には、第2の直流電源104の出力端子は、抵抗器142および高周波遮断フィルタ140を介して第1の整合器100内の接続点NAに接続されている。 More specifically, the output terminal of the second DC power source 104, a first is connected to the connection point NA matcher 100 through resistor 142 and high-frequency cutoff filter 140. ここで、抵抗器142は、前段の高周波遮断フィルタ140を漏れて来ることもある第1高周波LFその他の高周波を確実に遮断する次段の高周波遮断フィルタを構成している。 Here, the resistor 142 constitute a subsequent stage of the high-frequency cutoff filter may be reliably cut off the first high-frequency LF other frequency that to come leak preceding high-frequency cutoff filter 140.

第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCは、抵抗器(高周波遮断フィルタ)142、高周波遮断フィルタ140のコイル136、第1の整合器100のコイル116およびローパス・フィルタ130のコイル126を介してサセプタ12に印加されるようになっている。 The output voltage of the second DC power source 104 (second DC voltage) -B DC is a resistor (high-frequency cutoff filter) 142, a coil 136 of the high-frequency cutoff filter 140, a coil 116 of the first matching unit 100 and the low-pass filter It is adapted to be applied to the susceptor 12 via the coil 126 of 130. 一方で、第2の直流電源104は、第1の高周波給電部108からは2段の高周波遮断フィルタ140,142によってマスクされ、第2の高周波給電部110からはさらにローパス・フィルタ130によってもマスクされているので、第1および第2の整合器100,102の整合動作に影響を与えないようになっている。 On the other hand, the second DC power source 104, from the first high-frequency power supply portion 108 is masked by the 2-stage high-frequency cutoff filter 140, the mask by further low-pass filter 130 from the second high-frequency power supply portion 110 because it is, so as not to affect the aligning operation of the first and second matching unit 100, 102.

第2の直流電源104は、主制御部84の一部を構成する直流電圧制御部144の制御の下で、その出力電圧(第2直流電圧)−B DCを一定の範囲(たとえば−3000V〜0V)で可変に制御できるようになっている。 Second DC power source 104, under the control of the DC voltage control unit 144 constituting a part of the main control unit 84, the output voltage (second DC voltage) -B DC a certain range (e.g. -3000V~ and to be able to variably control at 0V). 直流電圧制御部144は、第2の直流電源104の出力電圧−B DCをレシピ情報に基づいて適当な設定値(固定値)に合わせることも可能である。 DC voltage control unit 144, it is also possible to adjust the output voltage -B DC of the second DC power source 104 suitable set value based on the recipe information (fixed value). しかし、この実施形態では、プラズマ処理中にプラズマに晒されるサセプタ12上の半導体ウエハWの表面電位(自己バイアス−V dcに等しい負極性の電位)の不定または動的な変化にも対応可能な第2直流電圧−B DCが、直流電圧制御部144の制御の下で第2の直流電源104より出力されるようになっている。 However, in this embodiment, which also corresponds to the indefinite or dynamic changes in the surface potential of the semiconductor wafer W on the susceptor 12 to be exposed to plasma during plasma processing (self-bias -V dc negative potential equal to) second DC voltage -B DC is adapted to be outputted from the second DC power supply 104 under the control of the DC voltage control unit 144.

第1の高周波給電部108の高周波伝送路上には、第1高周波LFの電圧振幅(たとえばピーク・ツー・ピーク)V ppを測定するためのV pp測定部146と、第1高周波LFの進行波パワーP fおよび反射波パワーP rを測定するRFパワーモニタ(たとえば方向性結合器)148とが設けられている。 The high frequency transmission line of the first high-frequency power supply portion 108, a V pp measuring unit 146 for measuring a first voltage amplitude (e.g. peak-to-peak) of the high-frequency LF V pp, traveling wave of the first frequency LF the power P f and RF power monitor for measuring the reflected wave power P r (e.g. a directional coupler) 148 is provided. そして、V pp測定部146よりV pp測定値MV ppが、RFパワーモニタ148より進行波パワー測定値MP fおよび反射波パワー測定値MP rが直流電圧制御部144に与えられるようになっている。 Then, V pp measurement MV pp than V pp measuring unit 146 is adapted to progressive wave power measurement MP f and the reflected wave power measurement MP r from the RF power monitor 148 is provided to the DC voltage control unit 144 .

一般に、この実施形態のようにサセプタ(下部電極)12に周波数の異なる複数の高周波(LF,HF)を印加する場合は、周波数の最も低い高周波(LF)の電圧の振幅V ppがサセプタ12上の高周波電圧の振幅を支配的に左右する。 In general, a plurality of high-frequency (LF, HF) with different frequencies to the susceptor (lower electrode) 12 as in this embodiment when applying the the lowest voltage of the high-frequency (LF) of the frequency-amplitude V pp susceptor 12 on predominantly affects the amplitude of the high frequency voltage. 特に、第2高周波HFが100MHzあるいはそれ以上の高い周波数を有する場合は、サセプタ12上の第2高周波HFの電圧振幅V ppは無視できるほど小さい。 In particular, if the second high-frequency HF has a 100MHz or more high frequencies, the voltage amplitude V pp of the second high-frequency HF on the susceptor 12 is negligibly small. 一方で、自己バイアス−V dcの絶対値V dcとサセプタ12上の高周波電圧の振幅V ppとの間には定常的には一定の比例関係つまりV dc ≒KV pp (Kは係数:0<K<1)の関係がある。 On the other hand, certain proportional relation that is V dc ≒ KV pp (K is the constant between the amplitude V pp of the absolute value V dc and high frequency voltage on the susceptor 12 of the self-bias -V dc coefficient: 0 < a relationship of K <1). したがって、直流電圧制御部144は、基本的または定常的には、V pp測定部146からのRF電圧振幅測定値MV ppに応じて第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを制御し、たとえば−B DC =−K*MV ppとなるように制御する。 Therefore, the DC voltage control unit 144 is basically or stationary, the output voltage of the second DC power source 104 in response to the RF voltage amplitude measurements MV pp from V pp measuring unit 146 (second DC voltage) - controls B DC, for example, it controlled to be -B DC = -K * MV pp.

しかし、プラズマ処理の開始時やプラズマ処理の最中にプラズマの負荷が変動すると、自己バイアス−V dcとサセプタ12上の高周波電圧の振幅V ppとの間で上記の比例関係(V dc ≒KV pp )が壊れ、自己バイアス−V dcの絶対値V dcがKV ppよりも小さくなる。 However, when the load of the plasma during the start or during plasma treatment of the plasma treatment varies, the above proportional relation between the amplitude V pp self-bias -V dc and the susceptor 12 on the high-frequency voltage (V dc ≒ KV pp) is broken, the absolute value V dc self-bias -V dc is smaller than the KV pp. この時、プラズマ負荷にRFパワーが十分に吸収されず、そのぶんRF反射波パワーP rが増大する。 At this time, RF power to the plasma load is not sufficiently absorbed, that amount RF reflected wave power P r increases.

直流電圧制御部144は、そのようなプラズマ負荷の変動に対処するために、V pp測定部146からのRF電圧振幅測定値MV ppとRFパワーモニタ148からのRF反射波パワー測定値MP rとに応じて第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを制御し、たとえば−B DC =−(K*MV pp −J*MP r )あるいは−B DC =−(K−D*MP r )*MV ppとなるように制御する。 DC voltage control unit 144, in order to cope with variations of such plasma load, the RF reflected wave power measurement MP r from the RF voltage amplitude measurements MV pp and the RF power monitor 148 from V pp measuring unit 146 a second output voltage of the DC power source 104 (second DC voltage) to control the -B DC in accordance with, for example, -B DC = - (K * MV pp -J * MP r) or -B DC = - (K -D * MP r) * is controlled to be a MV pp. ただし、J,Dは係数である。 However, J, D are coefficients.

さらに、直流電圧制御部144は、プラズマ負荷変動に対する第2直流電圧−B DCの可変制御の安定性ないし精度を一層高めるために、V pp測定部146からのRF電圧振幅測定値MV ppとRFパワーモニタ148からのRF進行波パワー測定値MP fおよびRF反射波パワー測定値MP rとに応じて第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを制御し、たとえば−B DC =−K*MV pp *E*(MP f −MP r )/MP fとなるように制御する。 Furthermore, the DC voltage control unit 144, in order to further enhance the second DC voltage -B stability or accuracy of variable control of a DC to the plasma load variations, RF voltage amplitude measurements MV pp and RF from V pp measuring unit 146 a second output voltage of the DC power source 104 (second DC voltage) to control the -B DC in accordance with the RF traveling wave power measured values MP f and RF reflected wave power measurement MP r from power monitor 148, for example - controlled to be B DC = -K * MV pp * E * (MP f -MP r) / MP f. ただし、Eは係数である。 However, E is a coefficient.

[実施形態におけるシーケンス] [Sequence in Embodiment

図3Aに、この実施形態のプラズマ処理装置において単一ステップの枚葉処理が行われるとき、あるいはマルチステップ方式において1回目のステップの枚葉処理が行われるときの主要な各部間のタイミング関係、特に動作開始時の基本シーケンスを示す。 Figure 3A, when single wafer processing of a single step is carried out in the plasma processing apparatus of this embodiment, or the timing relationships between the major respective portions when the sheet first processing of step in a multi-step method is performed, in particular, it shows the basic sequence of at the start of operation.

上記のように処理対象の半導体ウエハWがチャンバ10内で静電チャック38の上に載置される時、リレースイッチ132はオン状態を保っており、サセプタ12は電気的に接地されている。 When the semiconductor wafer W to be processed as described above is mounted on the electrostatic chuck 38 in the chamber 10, the relay switch 132 is maintained in the ON state, the susceptor 12 is electrically grounded. そして、チャンバ10内が減圧状態になり、エッチングガスの導入が開始されてから、所定の時点t 0でリレースイッチ132がオフになる。 Then, the chamber 10 is depressurized, since the introduction of the etching gas is started, the relay switch 132 is turned off at a predetermined time t 0. これによって、サセプタ12は電気的(特に直流的)にフローティング状態になる。 Thus, the susceptor 12 is in a floating state electrical (especially DC).

直後に、時点t 1で、第2の高周波電源30がオンし、第2の整合器102も整合動作を開始する。 Immediately after, at time t 1, the second RF power supply 30 is turned on, the second matching unit 102 also starts the alignment operation. これによって、サセプタ12に対して第2の高周波給電部110よりプラズマ生成用の第2高周波HFの印加が開始され、エッチングガスが放電し始める(プラズマが着火する)。 Thus, application of the second high-frequency HF for plasma generation from the second high-frequency power supply unit 110 with respect to the susceptor 12 is started, the etching gas begins to discharge (plasma is ignited).

この直後に(通常、時点t 1から2秒以内に)、時点t 2で第1の高周波電源28がオンし、第1の整合器100も整合動作を開始する。 Immediately after this (usually from the time t 1 within 2 seconds), the first high-frequency power source 28 is turned on at time t 2, the first matching unit 100 also starts the alignment operation. これによって、サセプタ12に対して第1の高周波給電部108よりイオン引き込み用の第1高周波LFの印加が開始される。 Thus, application of the first high-frequency LF for ion attraction from the first high-frequency power supply unit 108 with respect to the susceptor 12 is started. そうすると、サセプタ12上の半導体ウエハWとバルクプラズマとの間(つまりシース)に自己バイアス−V dcが発生して、プラズマから半導体ウエハWにイオンが引き込まれる。 Then, the self-bias -V dc is generated between the semiconductor wafer W and the bulk plasma on the susceptor 12 (i.e. the sheath), ions are drawn to the semiconductor wafer W from the plasma.

ここで、自己バイアス−V dcは、第1の高周波給電部108を介して半導体ウエハWの表面とグランド(接地電位部材)との間にかかる電圧でもあり、第1の高周波給電部108の高周波伝送路上に直列に接続される全てのコンデンサまたはキャパシタ、つまり第1の整合器100のコンデンサ114や、静電チャック38の誘電体層を介して半導体ウエハWとサセプタ12との間に形成されるキャパシタ等がいわゆるブロッキングコンデンサを形成する。 Here, the self-bias -V dc is also the voltage applied between the surface and the ground of the first semiconductor wafer W via the RF supply section 108 (a ground potential member), the high frequency of the first high-frequency power supply portion 108 It is formed between the semiconductor wafer W and the susceptor 12 through all capacitors or capacitors connected in series, i.e., capacitors 114 of the first matching unit 100, a dielectric layer of the electrostatic chuck 38 on the transmission line capacitor or the like to form a so-called blocking capacitor.

なお、サセプタ12上で半導体ウエハWの周囲に配置されるフォーカスリング36にも、同じ自己バイアス−V dcが発生して、プラズマからイオンが引き込まれる。 Note that the focus ring 36 arranged around the semiconductor wafer W on the susceptor 12 is also the same self-bias -V dc occurs, ions are drawn from the plasma. つまり、フォーカスリング36は、電気的にもサセプタ12上で半導体ウエハWと並列に配置されており、プラズマに対して半導体ウエハWのエッジを半径方向外側に見掛け上拡張する機能を有している。 In other words, the focus ring 36 is electrically and are arranged in parallel with the semiconductor wafer W on the susceptor 12 also has a function to extend the apparent edge of the semiconductor wafer W in the radially outward relative to the plasma .

一方、プラズマの着火後で、上記時点t 2に好ましくは1秒以内の時間差で近接(前後)する時点t 3で、第2の直流電源104がオンして、サセプタ12に対して負極性の第2直流電圧−B DCの印加を開始する。 On the other hand, after the plasma ignition, preferably in the time t 2 at t 3 when adjacent (before and after) a time difference of less than 1 second, the second DC power source 104 is turned on, a negative polarity with respect to the susceptor 12 to start the application of the second DC voltage -B DC. これによって、半導体ウエハWの表面電位が自己バイアス−V dcの電位に下がるのと連動して略同時にサセプタ12の電位が自己バイアス−V dcに応じた第2直流電圧−B DCの電位に下がる。 Thus, the surface potential of the semiconductor wafer W is lowered to the potential of the second DC voltage -B DC potential self-bias -V dc susceptor 12 at substantially the same time in conjunction with the drop in the potential of in accordance with the self-bias -V dc .

その後(通常、時点t 3から0.3秒以上経過後に)、時点t 4で、第1の直流電源44がオンになり、静電チャック38の内部電極42に対して正極性の第1直流電圧A DCの印加を開始する。 Then (typically, after the lapse of the time t 3 or 0.3 seconds), at time t 4, the first DC power supply 44 is turned on, the first DC positive polarity with respect to the inner electrode 42 of the electrostatic chuck 38 to start the application of the voltage a DC. これによって、半導体ウエハWの裏面と静電チャック38の表面に正・負の電荷つまり静電気が発生し、半導体ウエハWが静電力で静電チャック38に吸着される。 Thus, positive and negative charges that is static electricity is generated on the back surface and the surface of the electrostatic chuck 38 of the semiconductor wafer W, the semiconductor wafer W is attracted to the electrostatic chuck 38 by an electrostatic force. この時、サセプタ12には第2直流電圧−B DCが既に印加されているので、サセプタ12の電位が第1直流電圧A DCの影響(静電誘導)を受けることはない。 In this case, since the susceptor 12 a second DC voltage -B DC already applied, the potential of the susceptor 12 will not be influenced by the first DC voltage A DC (electrostatic induction). そして、直後の時点t 5で、バックサイドガス供給部がオンして、サセプタ12内のガス通路を介して半導体ウエハWの裏面にバックサイドガスを供給する。 Then, at time t 5 just after, backside gas supply unit is turned on, supplying a backside gas to the back surface of the semiconductor wafer W through the gas passage in the susceptor 12.

このように、単一ステップまたは1回目のステップの場合は、半導体ウエハWが静電チャック38上に載置された後の時点t 0で、リレースイッチ132をそれまでのオン状態からオフ状態に切り換えて、サセプタ12を電気的に接地状態からフローティング状態に切り換える。 Thus, in the case of single-step or first step, at time t 0 after the semiconductor wafer W is placed on the electrostatic chuck 38, it turns off the relay switch 132 from the ON state until then It switched, switching the susceptor 12 from the electrically grounded state in a floating state. そして、直後の時点t 1から、第2の高周波給電部110においてプラズマ生成用の第2高周波HFをサセプタ12に印加し、チャンバ10で処理ガスを第2高周波HFのエネルギーで励起してプラズマを生成する。 Then, from time t 1 immediately after the second high-frequency HF for plasma generation in the second high-frequency power supply unit 110 is applied to the susceptor 12, a plasma by exciting the process gas in the chamber 10 by energy of the second high-frequency HF generated. そして、直後の時点t 2から、第1の高周波給電部108においてイオン引き込み用の第1高周波LFをサセプタ12に印加して、自己バイアス−V dcを発生させる。 Then, from time t 2 immediately after the first high-frequency LF for ion attraction is applied to the susceptor 12 in the first high-frequency power supply unit 108, to generate a self-bias -V dc. そして、上記時点t 2と(好ましくは1秒以内の時間差で)近接する時点t 3から、サセプタ12に自己バイアス−V dcに応じた負極性の第2直流電圧−B DCを印加する。 Then, the time t 2 and (preferably a time difference of less than 1 second) from the time t 3 when adjacent, applying a second DC voltage -B DC negative polarity corresponding to the self-bias -V dc to the susceptor 12. そして、上記時点t 3より後の時点t 4から、静電チャック38の内部電極42に正極性の第1直流電圧A DCを印加する。 Then, applied from time t 4 later than the time point t 3, the first DC voltage A DC positive polarity to the internal electrode 42 of the electrostatic chuck 38.

かかるシーケンスによれば、サセプタ12に自己バイアス−V dcに応じた負極性の第2直流電圧−B DCが印加されるので、定常状態において半導体ウエハWとサセプタ12との間のガス空間(56,60,62)で異常放電が発生することはない。 According to such a sequence, since the second DC voltage -B DC negative polarity corresponding to the self-bias -V dc the susceptor 12 is applied, the gas space between the semiconductor wafer W and the susceptor 12 in the steady state (56 , 60, 62) abnormal discharge does not occur in. さらには、プラズマ処理の開始直後に、サセプタ12の電位が自己バイアス−V dcに連動して半導体ウエハWの電位と一緒に下がるので、正極性の第1直流電圧A DCが静電チャック38の内部電極42に印加される時も、さらにはプロセスの開始時にプラズマ負荷が変動しても、上記ガス空間(56,60,62)で異常放電が発生するおそれはない。 Further, immediately after the start of the plasma treatment, the potential of the susceptor 12 because drops with the potential of the semiconductor wafer W in cooperation with the self-bias -V dc, first DC voltage A DC positive polarity of the electrostatic chuck 38 even when it is applied to the internal electrodes 42, and even the plasma load varies at the start of the process, the abnormal discharge in the gas space (56,60,62) may no occur.

図3Bに、マルチステップ方式において2回目以降の各ステップの枚葉処理が行われるときの主要な各部間のタイミング関係、特に動作開始時の基本シーケンスを示す。 Figure 3B, shows the key timing relationships between various parts, in particular basic sequence of operation starts when the sheet processing second and subsequent steps in a multi-step method is performed.

この場合、1回目のステップが終了した後も、リレースイッチ132はオフ状態を保持し、第1の直流電源44はオン状態(第1直流電圧A DCの印加)を保持し、バックサイドガス供給部はバックサイドのガスの供給を維持する。 In this case, even after the first step has been completed, the relay switch 132 maintains the OFF state, the first DC power supply 44 remains on (applied first DC voltage A DC), backside gas supply Department maintains a supply of backside gas. この状態の下で、2回目のステップを開始するために、時点t 11で、第2の高周波電源30がオンし、第2の整合器102も整合動作を開始する。 Under this state, in order to initiate the second step, at time t 11, the second RF power supply 30 is turned on, the second matching unit 102 also starts the alignment operation. これによって、サセプタ12に対して第2の高周波給電部110よりプラズマ生成用の第2高周波HFの印加が開始され、エッチングガスが放電し始める(プラズマが再着火する)。 Thus, application of the second high-frequency HF for plasma generation from the second high-frequency power supply unit 110 with respect to the susceptor 12 is started, the etching gas begins to discharge (plasma re-ignition).

この直後に、時点t 12で第1の高周波電源28がオンし、第1の整合器100も整合動作を開始する。 Immediately after this, the first high-frequency power source 28 is turned on at time t 12, the first matching unit 100 also starts the alignment operation. これによって、サセプタ12に対して第1の高周波給電部108よりイオン引き込み用の第1高周波LFの印加が開始される。 Thus, application of the first high-frequency LF for ion attraction from the first high-frequency power supply unit 108 with respect to the susceptor 12 is started. そうすると、サセプタ12上の半導体ウエハWとバルクプラズマとの間(つまりシース)に自己バイアス−V dcが発生して、プラズマから半導体ウエハWにイオンが引き込まれる。 Then, the self-bias -V dc is generated between the semiconductor wafer W and the bulk plasma on the susceptor 12 (i.e. the sheath), ions are drawn to the semiconductor wafer W from the plasma.

一方、プラズマの再着火後で、上記時点t 12に好ましくは1秒以内の時間差で近接(前後)する時点t 13で、第2の直流電源104がオンして、サセプタ12に対して負極性の第2直流電圧−B DCの印加を開始する。 On the other hand, after the re-ignition of the plasma, preferably in the time t 12 when t 13 adjacent (before and after) a time difference of less than 1 second, the second DC power source 104 is turned on, a negative polarity with respect to the susceptor 12 to start the application of the second DC voltage -B DC of. これによって、半導体ウエハWの表面電位が自己バイアス−V dcの電位に下がるのと連動して略同時にサセプタ12の電位が自己バイアス−V dcに応じた第2直流電圧−B DCの電位に下がる。 Thus, the surface potential of the semiconductor wafer W is lowered to the potential of the second DC voltage -B DC potential self-bias -V dc susceptor 12 at substantially the same time in conjunction with the drop in the potential of in accordance with the self-bias -V dc .

このように、マルチステップ方式において2回目以降の各ステップが行われるときは、サセプタ12に第1直流電圧A DCが印加されている状態の下で、最初に(時点t 11から)第2の高周波給電部110においてプラズマ生成用の第2高周波HFをサセプタ12に印加し、チャンバ10で処理ガスを第2高周波HFのエネルギーで励起してプラズマを再生成する。 Thus, when each step in the second and later in a multi-step method is performed under the state where the first DC voltage A DC to the susceptor 12 is applied, (from time t 11) the beginning of the second the second high-frequency HF for plasma generation in the high-frequency power supply unit 110 is applied to the susceptor 12, to regenerate the plasma by exciting a process gas in the chamber 10 by energy of the second high-frequency HF. そして、直後の時点t 12から、第1の高周波給電部108においてイオン引き込み用の第1高周波LFをサセプタ12に印加して、自己バイアス−V dcを再度発生させる。 Then, from the time t 12 immediately after the first high-frequency LF for ion attraction is applied to the susceptor 12 in the first high-frequency power supply unit 108, to generate a self-bias -V dc again. そして、上記時点t 12と(好ましくは1秒以内の時間差で)近接する時点t 13から、サセプタ12に自己バイアス−V dcに応じた負極性の第2直流電圧−B DCを再び印加する。 Then, with the time t 12 (preferably in a time difference of less than 1 second) from the time t 13 to close, again applying a second DC voltage -B DC negative polarity corresponding to the self-bias -V dc to the susceptor 12.

かかるシーケンスによれば、プラズマ処理が再開された直後に、サセプタ12の電位が自己バイアス−V dcに連動して半導体ウエハWの電位と一緒に下がるので、プロセスの開始時にプラズマ負荷が変動しても、上記ガス空間(56,60,62)で異常放電が発生するおそれはない。 According to this sequence, immediately after the plasma treatment is resumed, the potential of the susceptor 12 is lowered together with the potential of the semiconductor wafer W in cooperation with the self-bias -V dc, the plasma load at the start of the process is varied also, abnormal discharge in the gas space (56,60,62) may no occur.

図4Aおよび図4Bに、この実施形態における上記シーケンスの具体的な実例を示す。 4A and 4B, shows a specific example of the sequence in this embodiment. これらの図において、"HF Pf"および"HF Pr"は、第2高周波HFの進行波パワーおよび反射波パワーである。 In these figures, "HF Pf" and "HF Pr" is a progressive wave power and the reflected wave power of the second high-frequency HF. "LF Pf"および"LF Pr"は、第1高周波LFの進行波パワーおよび反射波パワーである。 "LF Pf" and "LF Pr" is a progressive wave power and the reflected wave power of the first high-frequency LF. "HF C1"および"HF C2"は、第2の整合器102における可変コンデンサ120,124のバリコン・ステップ(キャパシタンス値に対応する調整位置)である。 "HF C1" and "HF C2" is a variable capacitor step of the variable capacitor 120, 124 in the second matching unit 102 (adjustment position corresponding to the capacitance value). "LF C1"および"LF C2"は、第1の整合器100における可変コンデンサ112,114のバリコン・ステップである。 "LF C1" and "LF C2" is a variable capacitor step of the variable capacitor 112, 114 in the first matching unit 100. "RFD"は、プラズマ発光モニタ(図示せず)により測定されるプラズマ発光強度である。 "RFD" is a plasma emission intensity measured by the plasma emission monitor (not shown). "ESC I"は、第1の直流電源44から静電チャック38の内部電極42に至る第1の直流電圧給電部内で流れる電流である。 "ESC I" is the current flowing in the first DC voltage supply portion extending from the first DC power supply 44 to the internal electrode 42 of the electrostatic chuck 38. "LF V pp "は、第1の整合器100内でV pp測定部146により測定される第1高周波LFの電圧振幅(ピーク・ツー・ピーク)である。 "LF V pp" is the voltage amplitude of the first high-frequency LF measured by V pp measuring unit 146 in the first matching unit 100. (peak to peak). "- V dc "は、自己バイアスである。 "- V dc" is a self-bias. "-HV2 V"は、サセプタ12の電位である。 "-HV2 V" is the potential of the susceptor 12. "HV2 I"は、第2の直流電源104からサセプタ12に至る第2の直流電圧給電部内で流れる電流である。 "HV2 I" is the current flowing in the second DC voltage supply portion extending from the second DC power supply 104 to the susceptor 12.

単一ステップまたはマルチステップ方式における1回目のステップの場合(図4A)、第1直流電圧A DCの印加を開始した直後に第1の直流電圧給電部内で電流"ESC I"が急激に流れるのは過渡現象であり、速やかに減衰する。 For the first step in a single step or multi-step method (FIG. 4A), the first DC voltage supply portion in a current "ESC I" is flowing rapidly immediately after starting the application of the first DC voltage A DC is a transient phenomenon, it decays rapidly. つまり、半導体ウエハWとサセプタ12との間のガス空間(56,60,62)で異常放電が発生していないことがわかる。 In other words, it is understood that abnormal discharge in the gas space (56,60,62) between the semiconductor wafer W and the susceptor 12 has not occurred. なお、時点t 3S,3Eは、第2直流電圧−B DCの印加(立ち上がり)の開始および完了のタイミングであり、t 3S 〜t 3Eは0.35秒である。 Incidentally, the time t 3S, t 3E is a timing of start and completion of the application (rising) of the second DC voltage -B DC, t 3S ~t 3E is 0.35 seconds.

マルチステップ方式における2回目以降の各ステップの場合(図4B)は、半導体ウエハWの表面電位つまり自己バイアス−V dcが下がるのと連動して略同時にサセプタ12の電位が自己バイアス−V dcに応じた第2直流電圧−B DCの電位に下がることがわかる。 For second and subsequent steps in the multi-step method (FIG. 4B), the potential of the surface potential clogging self-bias -V dc substantially susceptor 12 simultaneously in conjunction with that drop of the semiconductor wafer W is to self-bias -V dc it can be seen that drops to the potential of the second DC voltage -B DC corresponding. そして、第1の直流電圧給電部内で電流"ESC I"が、プラズマからの反射の影響を受けて時点t 13 〜t aの区間で増加しても速やかに減少に転じて時点t bには元(略0A)に戻る。 Then, the current "ESC I" in the first DC voltage supply portion, the increased time t b turned to rapidly decrease even in the interval of time t 13 ~t a under the influence of reflections from the plasma Back to the original (about 0A). このように、第1の直流電圧給電部内で電流"ESC I"に異常が見られないことから、半導体ウエハWの回りで、特に半導体ウエハWとサセプタ12との間のガス空間(56,60,62)で、異常放電が発生していないことが確認される。 Thus, since no abnormality is found in current "ESC I" in the first DC voltage supply portion, around the semiconductor wafer W, in particular semiconductor wafers W and a gas space between the susceptor 12 (56,60 , 62), the abnormal discharge is confirmed that not occurred.

この実例では、上記のように第2の直流電源104が第2直流電圧−B DCの出力を開始するタイミング(時点t 3 ,t 13 )を第1の整合器100が整合動作を開始するタイミングに一致させており、この同時性の関係が最も好ましい。 In this example, the second DC power source 104 and the second DC voltage -B start timing the output of the DC (time t 3, t 13) the first matching unit 100 as described above starts the alignment operation timing and match, this concurrency relationships are most preferred. もっとも、実用的には1秒以内の時間差であれば、両者のタイミングに多少のずれがあってもよい。 However, for practical purposes if the time difference within one second, there may be slight deviations in the timing of both.

また、イオン引き込み用の第1高周波LFとプラズマ生成用の第2高周波HFとの間では、上記のように、サセプタ12に対して、第2高周波HFの印加を先に開始し、第1高周波LFの印加を後に開始する形態が標準仕様になる。 Further, between the first high-frequency LF and the second high-frequency HF for plasma generation for ion attraction, as described above, with respect to the susceptor 12, and starts applying the second RF HF earlier, the first high-frequency form that begins after the application of the LF is the standard specification. しかし、必要に応じて、または特定の条件の下で、第1高周波LFの印加を先に開始して第2高周波HFの印加を後に開始する形態、あるいは第1高周波LFおよび第2高周波HFの印加を同時に開始することも可能である。 However, if desired, or specific under conditions, in the first embodiment starts the application of high-frequency LF after the application of the second high-frequency HF started earlier or first frequency LF and the second high frequency HF, it is also possible to start applying simultaneously.

第1高周波LFの印加を先に開始する場合でも、第2高周波HFほどの放電効率は良くないが、プラズマが生成されることがあり、その場合には自己バイアスも発生する。 Even when starting the application of the first high-frequency LF earlier, but not good discharge efficiency of about second high frequency HF, may plasma is generated, self-bias is also generated in the case. したがって、第2直流電圧−B DCの出力を開始するタイミングは、やはり第1高周波LFの印加開始のタイミングに合わせるのが望ましく、たとえば第1高周波LFの印加開始と同時または一定時間経過後に第2直流電圧−B DCの出力を開始してよい。 Therefore, the timing for starting the output of the second DC voltage -B DC, also is desirable to match the timing of the start of the application the first high-frequency LF, the following lapse example application start simultaneously with or a predetermined time of the first high-frequency LF 2 it may be the start of the output of the DC voltage -B DC.

図5に、本実施例における第2の直流電源104を備えない場合(比較例)の単一(または1回目)ステップのシーケンスの具体的な実例を示す。 Figure 5 shows a specific example of a single (or first) step of the sequence in the case of not comprising a second DC power source 104 in the present embodiment (Comparative Example). この図において、"HFφ"および"HF Z"は、第2の整合器102における可変コンデンサ120,124のバリコン・ステップに対する制御信号である。 In this figure, "HFφ" and "HF Z" is a control signal for the variable capacitor steps of the variable capacitor 120, 124 in the second matching unit 102. "LFφ"および"LF Z"は、第1の整合器100における可変コンデンサ112,114のバリコン・ステップに対する制御信号である。 "LFφ" and "LF Z" is a control signal for the variable capacitor steps of the variable capacitor 112, 114 in the first matching unit 100. その他は、図4Aと同じである。 Is otherwise the same as Figure 4A.

図示のように、第1の直流電圧給電部内で電流"ESC I"が、他の各部が安定した後にも相当大きな電流値(72μA)を示している。 As shown, the first DC voltage supply portion in a current "ESC I" is the other of each part indicates the considerable current value even after stable (72μA). これは、半導体ウエハWとサセプタ12との間のガス空間(56,60,62)で異常放電が発生している場合に見られる現象である。 This is a phenomenon observed when the abnormal discharge occurs in the gas space (56,60,62) between the semiconductor wafer W and the susceptor 12.

[整合回路に関する変形例] [Modification regarding matching circuit]

上記の実施形態において、第1の整合器100は、可変リアクタンス素子に可変コンデンサ112,114を用いるL型の整合回路を有している。 In the above embodiment, the first matching unit 100 includes an L-type matching circuit using a variable capacitor 112, 114 to the variable reactance element. このタイプの整合回路は、第1高周波LFの周波数が比較的高い場合、たとえば3.2MHz〜13.56MHzの場合は、可変コンデンサ112,114を有利に活用できる。 Matching circuit of this type, when the frequency of the first high-frequency LF is relatively high, in the case of 3.2MHz~13.56MHz example, a variable capacitor 112, 114 can be advantageously utilized. しかし、第1高周波LFの周波数がかなり低い場合、たとえば400kHzの場合は、可変コンデンサ112,114で所要のインピーダンスを得るためにその静電容量ひいては電極面積(サイズ)を数10倍以上に大きくしなければならず、実用性を失う。 However, when the frequency of the first high-frequency LF is much lower, in the case of 400kHz for example, to increase the electrostatic capacitance and thus the electrode area (size) of the number 10 times or more in order to obtain the required impedance in the variable capacitor 112, 114 It must not, lose the practicality.

したがって、第1高周波LFの周波数が400kHzのように低い場合は、図6に示すように、2つの可変インダクタ150,152と固定コンデンサ154とからなるT型の整合回路を第1の整合器100に好適に使える。 Therefore, when the frequency of the first high-frequency LF is as 400kHz low, as shown in FIG. 6, the T-type matching circuit of the two variable inductors 150 and 152 consists of a fixed capacitor 154. The first matching unit 100 suitably used to. そして、第2の直流電源104の出力端子を第1の整合器100の入力端子に結線するのが好ましい。 Then, it is preferable to connect the output terminal of the second DC power source 104 to the input terminal of the first matching unit 100. これによって、第2の直流電源104を見掛け上50Ω系の回路に接続することができる。 This can be connected to the circuit on the 50Ω system apparent to the second DC power source 104. そして、第2の直流電源104より第2直流電圧−B DCを可変インダクタ150,152を介してサセプタ12にスムースに印加できるとともに、負荷インピーダンスの変動により第1の整合器100の出力端子側で高周波電圧が揺れても、第2の直流電源104はその影響を受けずに出力を安定に保つことができる。 Then, it is possible to apply smoothly to the susceptor 12 from the second DC power source 104 and the second DC voltage -B DC through the variable inductor 150 and 152, at the output terminal side of the first matching unit 100 by the variation of the load impedance even shaking a high frequency voltage, the second DC power source 104 can keep the output without affected stably.

[サセプタに対する直流電圧印加に関する第2の実施例] Second Embodiment regarding the DC voltage application to the susceptor]

上記の実施形態においては、主制御部84の一部を構成する直流電圧制御部144が、第1の高周波給電部108で得られるV pp測定値MV ppや反射波パワー測定値MP rさらには進行波パワー測定値MP fに応じて第2の直流電源(可変直流電源)104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを可変に制御するようになっていた。 In the above embodiment, the DC voltage control unit 144 constituting a part of the main control unit 84, the first high-frequency power supply portion V pp measurement MV pp obtained and at 108 reflected wave power measurement MP r more second DC power supply (variable DC power source) 104 of the output voltage has become a (second DC voltage) -B DC is variably controlled according to the traveling wave power measured value MP f.

別(第2)の実施例として、第1高周波LFのパワーP LF 、第2高周波HFのパワーP HFおよび第2直流電圧−B DCをパラメータとして、それら3つのパラメータの選択された各組み合わせ[P LF ,P HF ,−B DC ]毎に半導体ウエハW回りで異常放電が発生するか否かをプラズマプロセスの模擬実験により検査して、その検査結果のデータをたとえばテーブル形式でデータベース化する。 Another way of example of a (second), the power P LF of the first high-frequency LF, the power P HF and second DC voltage -B DC of the second high-frequency HF as a parameter, the selected combination of these three parameters [ P LF, P HF, whether -B DC] abnormal discharge in the semiconductor wafer W around each is generated and examined by simulation of the plasma process, a database of data of the test results for example in a table form. そして、実際のプロセスでは、第1高周波LFのパワーP LFおよび第2高周波HFのパワーP HFの所与の設定値に対して、模擬実験で異常放電を起こさなかったときの第2直流電圧−B DCの値またはその近似値を第2の直流電源104に対する設定値または指令値とする方法も可能である。 Then, in the actual process, the second DC voltage when for a given set value of the power P HF of the power P LF and second high frequency HF of the first high-frequency LF, did not cause abnormal discharge in simulated - how to values or approximations thereof B DC set value or command value for the second DC power source 104 are also possible.

この場合は、図7に示すように、キーボードやディスプレイ等が備わっている操作パネル160と主制御部84とのマン・マシン・インタフェースを介してオペレータがデータベース構築のための実験を行う。 In this case, as shown in FIG. 7, the operator performs experiments for database construction through a man-machine interface with the control panel 160 to a keyboard and display, is equipped with main control unit 84.

先ず、サセプタ12に対して第2直流電圧−B DCの印加を行わずに(スイッチ106をオフ状態に保持して)、第1高周波LFのパワーP LFおよび第2高周波HFのパワーP HFをパラメータとして、それら2つのパラメータの選択的な各組み合わせ[P LF ,P HF ]毎にプラズマプロセスの第1模擬実験を行い、電圧測定器164を用いて自己バイアス−V dcを測定する。 First, without application of the second DC voltage -B DC against susceptor 12 (holding the switch 106 in the OFF state), the power P HF of the power P LF and second high frequency HF of the first high-frequency LF as a parameter, they selective each combination of the two parameters [P LF, P HF] each performing a first simulation of the plasma process, to measure the self-bias -V dc by using the voltage measuring instrument 164. この場合、電圧測定器164がフォーカスリング36の電位を自己バイアス−V dcの値として一点鎖線165で示すように直接測定してもよいが、着脱可能な治具の接続導体166を介してフォーカスリング36とサセプタ12とを接続(短絡)し、電圧測定器164がサセプタ12の電位を自己バイアス−V dcの値として測定することもできる。 Focus in this case, may be directly measured as illustrated by the voltage measuring device 164 is the focus ring 36 of the potential self bias -V dc one-dot chain line as the value 165, through the connection conductor 166 of the removable jig ring 36 and connects the susceptor 12 (short-circuit), the voltage measuring device 164 can measure the potential of the susceptor 12 as the value of self-bias -V dc.

たとえば、第1高周波LFのパワーP LFを100V,200V,500V,1000V,2500V,4800V,5800Vの7通りに選び、第2高周波HFのパワーP HFを100V,300V,500V,1700V,2400Vの6通りに選んで、各組み合わせ[P LF ,P HF ]の第1模擬実験で得られた自己バイアス−V dcの測定値をたとえば図8に示すようなテーブル形式でデータベース化する。 For example, the power P LF of the first high-frequency LF select 100V, 200V, 500V, 1000V, 2500V, 4800V, the seven patterns of 5800V, the power P HF of the second high-frequency HF 100V, 300V, 500V, 1700V , the 2400 V 6 Elect street, each combination [P LF, P HF] a database of measurements for example, in a table format as shown in FIG. 8 self-bias -V dc obtained in the first simulation experiment.

図8において、i行j列のセルに記入されている“−a i,j ”は、第2高周波HFのパワーP HFが上からi番目の値(たとえば3番目の値は500V)に選択され、かつ第1高周波LFのパワーP LFが左からj番目の値(たとえば4番目の値は1000V)に選択された場合に取得された自己バイアス−V dcの測定値を表わす。 8 selection, i row j are entered into the cell of column "-a i, j" is the power P HF from the top i-th value of the second high frequency HF (e.g. third value 500V) is, and represent a measure of self-bias -V dc power P LF is j-th value from the left (e.g. fourth value is to 1000V) is acquired when it is selected in the first high-frequency LF.

次に、第1高周波LFのパワーP LFおよび第2高周波HFのパワーP HFに第3のパラメータとして第2直流電圧−B DC (−B DC =−b 1 ,−b 2 ,−b 3・・)を加えて、それら3つのパラメータの選択的な各組み合わせ[P LF ,P HF ,−B DC ]毎にプラズマプロセスの第2模擬実験を行い、半導体ウエハW回りで異常放電(またはそれに相当する現象)が発生した否かを検査して、その検査結果をたとえば図9A,図9B,図9Cに示すようなテーブル形式でデータベース化する。 Next, as a third parameter to the power P HF of the power P LF and second high frequency HF of the first high-frequency LF second DC voltage -B DC (-B DC = -b 1 , -b 2, -b 3 · -) was added, selective each combination of these three parameters [P LF, P HF, -B DC] performing a second simulation of the plasma process for each abnormal discharge (or its equivalent in the semiconductor wafer W around phenomenon of) is then checks that occurred, the test results for example Figures 9A, 9B, a database of a table format as shown in FIG. 9C.

図9A,図9B,図9Cにおいて、i行j列のセルに記入されている“a i,j −b k ”は、第2高周波HFのパワーP HFが上からi番目の値(たとえば3番目の値は500V)に選択され、第1高周波LFのパワーP LFが左からj番目の値(たとえば4番目の値は1000V)に選択された場合に取得され、かつ第2直流電圧−B DCが−b kの値に選択された場合のバルクプラズマとサセプタ12間の電位差(推定値)δVである。 Figure 9A, in FIG. 9B, FIG. 9C, i row j are entered into the cell of column "a i, j -b k" is, i-th value (e.g. 3 from above the power P HF of the second high-frequency HF is th value is selected to 500V), j-th value (e.g. 4-th value power P LF from the left of the first high-frequency LF is acquired when it is selected to 1000V), and a second DC voltage -B DC bulk plasma and a potential difference between the susceptor 12 when it is selected to the value of -b k (estimated value) is .DELTA.V. そして、テーブルのセル内に“♯”の記号が付いている場合は、当該セルの条件の下で異常放電(またはそれに相当する現象)が検出されたことを表わしている。 Then, if marked with symbol "♯" in the cell of the table, abnormal discharge under the condition of the cell (or a phenomenon corresponding to it) represents that it is detected. 一般に、“♯”の記号が付く場合(異常放電またはそれに相当する現象が生ずる場合)の電位差δVは、押し並べてある値(しきい値)V thを超えている。 In general, the potential difference δV when "♯" symbol stick (if phenomenon of abnormal discharge or its equivalent occurs) is beyond the Oshinabete certain value (threshold) V th.

なお、第2模擬実験では、電圧測定器164による自己バイアス−V dcの測定は行われない。 In the second simulation, the measurement of the self-bias -V dc by the voltage measuring device 164 is not performed. 代わりに、第1の直流電源44より静電チャック38の内部電極42に至る第1の直流電圧給電部内に設けられる電流計168を通じて電流"ESC I"の波形(瞬時値)をモニタリングする。 Alternatively, monitoring the waveform (instantaneous value) of the current "ESC I" through the first DC voltage meter 168 provided in the feeding portion extending from the first DC power supply 44 to the internal electrode 42 of the electrostatic chuck 38. そして、電流"ESC I"の波形に上記比較例(図5)のような異常があるか否かによって、異常放電の有無を間接的に判定する。 Then, the abnormality is there not as current "ESC I" the comparative example in the waveform (FIG. 5), indirectly determines the presence or absence of abnormal discharge.

上記データベースまたはデータテーブル(図8,図9A〜図9C)は、主制御部84内のメモリまたは外部の記憶部162に蓄積または保存される。 The database or data table (FIG. 8, FIG 9A~ Figure 9C) is stored or saved in memory or an external storage unit 162 in the main control unit 84. そして、実際のプラズマプロセスでは、主制御部84が、第1高周波LFおよび第2高周波HFのパワーP LF ,P HFに関するプロセス条件(レシピ情報)に応じて、上記データベース(テーブル)を参照して、異常放電の可能性が無い第2直流電圧−B DCの値を選択し、第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧−B DC )をその選択した値になるように制御する。 Then, in the actual plasma process, the main control unit 84, the power P LF of the first high-frequency LF and the second high frequency HF, depending on the process condition (recipe information) about the P HF, by referring to the database (table) , select the value of the abnormality probability of discharge is not a second DC voltage -B DC, controlled so as to become an output voltage of the second DC power supply 104 (second DC voltage -B DC) to the selected value .

[サセプタに対する直流電圧印加に関する第3の実施例] Third Embodiment relates to a DC voltage application to the susceptor]

図10および図11に、本発明のプラズマ処理装置においてサセプタ12に第2直流電圧−B DCを印加する技法の更に別(第3)の実施例を示す。 10 and 11 show a further embodiment of a separate (third) technique for applying a second DC voltage -B DC to the susceptor 12 in the plasma processing apparatus of the present invention.

この実施例は、サセプタ12上の半導体ウエハWの表面に発生する自己バイアス−V dcをin-situでモニタリングして、第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを自己バイアス−V dcに追従するようにフィードバック方式でリアルタイムに制御することを特徴としている。 This embodiment is a self-bias -V dc generated on the surface of the semiconductor wafer W on the susceptor 12 and monitored by in-situ, the output voltage of the second DC power supply 104 (second DC voltage) -B DC It is characterized by controlling in real time feedback system to follow the self-bias -V dc.

具体的には、チャンバ10内でプラズマが生成されている時にバルクプラズマとサセプタ12上の半導体ウエハW(およびフォーカスリング36)との間に発生する自己バイアス−V dcをin-situでモニタリングするために、フォーカスリング36と誘電体35を介して対向するリング状の電極板170をサセプタ12の上面に配置する。 Specifically, monitoring the self-bias -V dc generated between the bulk plasma and the susceptor 12 on the semiconductor wafer W (and the focus ring 36) when being generated plasma in the chamber 10 by in-situ in order to place the ring-shaped electrode plate 170 to face each other with a focus ring 36 and the dielectric 35 on the upper surface of the susceptor 12. この電極板170は、たとえばセラミックからなる絶縁体172によってサセプタ12から電気的に絶縁されており、サセプタ12を貫通するたとえば棒状の導体174と外付けのコンデンサ176とを介して接地電位部材(図示せず)に接続されている。 The electrode plate 170 is electrically and insulated, a ground potential member (FIG via the conductor 174 for example rod-like through the external capacitor 176 to the susceptor 12 from the susceptor 12 by an insulator 172, for example made of ceramic It is connected to the Shimese not). なお、棒状の導体174も絶縁体172によってサセプタ12から電気的に絶縁されている。 Incidentally, are electrically insulated from the susceptor 12 by a conductor 174 also insulator 172 of the rod-shaped.

半導体ウエハWおよびフォーカスリング36の表面に自己バイアス−V dcが発生している時、つまりチャンバ10内でプラズマが生成されている時は、半導体ウエハWおよびフォーカスリング36の表面が自己バイアス−V dcに等しい負の電位になる。 When self-bias -V dc is generated on the surface of the semiconductor wafer W and the focus ring 36, i.e. when a plasma is generated in the chamber 10, the surface of the semiconductor wafer W and the focus ring 36 is self-biasing -V a negative potential equal to dc. 一般にフォーカスリング36はSiのように単一物質からなる物体であるため、フォーカスリング36全体が電極板を構成する。 In general for the focus ring 36 is a body made of a single material as Si, the entire focus ring 36 constituting the electrode plate. つまり、誘電体35を挟んでフォーカスリング36と電極板170との間にコンデンサ180が形成される。 In other words, the capacitor 180 is formed between the focus ring 36 and the electrode plate 170 to sandwich the dielectric 35. これにより、自己バイアス−V dcに等しいフォーカスリング36の表面の電位が直列接続されている2つのコンデンサ180,176によって分圧され、両コンデンサ180,176間の接続点(ノード)NBに自己バイアス−V dcに比例した分圧電圧−V NBが得られる。 Thus, divided by the self-bias -V 2 two capacitors 180,176 which potential is connected in series on the surface of the dc equal the focus ring 36, the self-bias to the connection point (node) NB between both capacitors 180,176 divided voltage -V NB proportional to -V dc is obtained. すなわち、コンデンサ180,176の静電容量をC 180 ,C 176とすると、ノードNBに得られる分圧電圧−V NBは次の式(1)で表わされる。 That is, when the capacitance of the capacitor 180,176 and C 180, C 176, the divided voltage -V NB obtained at node NB is expressed by the following equation (1).
−V NB =−V dc *C 180 /(C 180 +C 176 ) ・・・(1) -V NB = -V dc * C 180 / (C 180 + C 176) ··· (1)

自己バイアス測定回路182は、ノードNBに得られる分圧電圧−V NBを読み取り、上記の式(1)から自己バイアス−V dcの測定値−MV dcを逆算して求める。 Self-bias measurement circuit 182 reads the divided voltage -V NB obtained at node NB, obtained by back calculation measurements -MV dc self-bias -V dc from the above equation (1). 直流電圧制御部144は、自己バイアス測定回路182からの自己バイアス測定値−MV dcに基づいて第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧−B DC )を制御し、たとえば−B DC =−H*MV dcとなるように制御する。 DC voltage control unit 144 controls the second output voltage of the DC power supply 104 based on the self-bias measurements -MV dc from self-bias measurement circuit 182 (second DC voltage -B DC), for example, -B DC = controlled to be -H * MV dc. ここで、Hは係数であり、たとえばH=1である。 Here, H is a coefficient, for example H = 1.

あるいは、上記第2の実施例によるデータテーブル(図8,図9A〜図9C)が備わっている場合は、直流電圧制御部144(主制御部84)において第2直流電圧−B DCと自己バイアス−V dcとの電位差δVが上記しきい値V thを超えないように第2直流電圧−B DCの値を制御または選定してもよい。 Alternatively, the second embodiment the data table (FIG. 8, FIG 9A~ view 9C) according to the case has internal, the second DC voltage -B DC self-bias at the DC voltage control unit 144 (main controller 84) potential difference δV and -V dc may control or select the value of the second DC voltage -B DC so as not to exceed the threshold V th.

このように、この実施例では、サセプタ12上の半導体ウエハWの表面に発生する自己バイアス−V dcをin-situでモニタリングして、第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを自己バイアス−V dcの現時値に一致または追従するようにフィードバック方式でリアルタイムに制御するので、自己バイアス−V dcが如何様に変動しても、あるいは静電チャック38の内部電極に第1直流電圧A DCが如何様に(任意のタイミングおよび任意の電圧値で)印加されても、半導体ウエハWとサセプタ12との間の電位差が常に小さな値に保たれるので、半導体ウエハW回りでの異常放電を確実に防止することができる。 Thus, in this embodiment, the self-bias -V dc generated on the surface of the semiconductor wafer W on the susceptor 12 and monitored by in-situ, the output voltage of the second DC power source 104 (second DC voltage) the -B DC and controls in real time feedback system to match or follow the present time value of self-bias -V dc, internal electrodes of the even self-bias -V dc fluctuates in any way or the electrostatic chuck 38, to be the first direct-current voltage a DC is applied (at any time and any voltage value) in any way, the potential difference between the semiconductor wafer W and the susceptor 12 is always kept to a small value, a semiconductor wafer abnormal discharge in W around can be reliably prevented.

[サセプタに対する直流電圧印加に関する第4の実施例] Fourth embodiment concerning the DC voltage application to the susceptor]

図10および図11につき、本発明のプラズマ処理装置においてサセプタ12に第2直流電圧−B DCを印加する技法の更に別(第4)の実施例を説明する。 For 10 and 11, illustrating a further embodiment of a separate (fourth) technique for applying a second DC voltage -B DC to the susceptor 12 in the plasma processing apparatus of the present invention.

図10に示すように、このプラズマ処理装置においては、サセプタ12と平行に向かい合って上部電極(対向電極)を兼ねるシャワーヘッド70がリング状の絶縁体184を介してチャンバ10の天井に取り付けられている。 As shown in FIG. 10, in this plasma processing apparatus, the shower head 70 serving as a top electrode in parallel to face the susceptor 12 (counter electrode) is attached to the ceiling of the chamber 10 via a ring-shaped insulator 184 there. そして、上部電極70に負極性の好ましくは可変の直流電圧−E DCを印加するための直流電源186が備えられる。 The negative polarity of preferably the upper electrode 70 is a DC power source 186 for applying a variable DC voltage -E DC provided. この直流電源部186の出力端子は、スイッチ188、フィルタ回路190および直流給電ライン192を介して上部電極70に電気的に接続される。 The output terminal of the DC power source unit 186, the switch 188 is electrically connected to the upper electrode 70 via the filter circuit 190 and a DC power supply line 192. フィルタ回路190は、直流電源186からの直流電圧−E DCをスルーで上部電極70に印加する一方で、サセプタ12から処理空間Sおよび上部電極70を通って直流給電ライン192に入ってきた高周波を接地ラインへ流して直流電源186側へは流さないように構成されている。 Filter circuit 190, while applying a DC voltage -E DC from the DC power supply 186 to the upper electrode 70 through a high-frequency coming into direct current power supply line 192 through the processing space S and the upper electrode 70 from the susceptor 12 flowed to the ground line is configured so as not to flow the to the DC power supply 186 side. また、チャンバ10内で処理空間PSに面する適当な箇所に、たとえばSi,SiC等の導電性材料からなるDCグランドパーツ(図示せず)が取り付けられている。 Further, a suitable location facing the processing space PS within the chamber 10, for example Si, (not shown) DC ground component made of a conductive material such as SiC are attached. このDCグランドパーツは、接地ライン(図示せず)を介して常時接地されている。 The DC ground component is grounded at all times through the ground line (not shown).

このプラズマ処理装置において、イオン引き込み用の第1高周波LFの周波数はたとえば3.2MHzに選ばれ、プラズマ生成用の第2高周波HFの周波数はたとえば40.68MHzに選ばれる。 In this plasma processing apparatus, the frequency of the first high-frequency LF for ion attraction is selected, for example 3.2 MHz, the frequency of the second high-frequency HF for plasma generation is selected, for example 40.68 MHz. この場合は、図11に示すように、第1の整合器100は2つの可変コンデンサ194,196からなるL型の整合回路を好適に有し、第2の整合器102も2つの可変コンデンサ198,200からなるL型の整合回路を好適に有する。 In this case, as shown in FIG. 11, the first matching unit 100 is preferably has an L-type matching circuit consisting of two variable capacitors 194 and 196, second matching unit 102 also two variable capacitors 198 , preferably having an L-type matching circuit consisting of 200.

このように、第2高周波HFの周波数が40.68MHz程度あるいはそれ以下の場合は、サセプタ12上の高周波電圧の電圧振幅において第2高周波HFの電圧振幅V ppも無視できなくなる。 Thus, if the frequency is 40.68MHz about or less second high frequency HF, also can not be ignored voltage amplitude V pp of the second high-frequency HF in the voltage amplitude of the RF voltage on the susceptor 12. そこで、この実施例では、サセプタ12上の高周波電圧の電圧振幅V ppをモニタリングする上記第1の実施例(図2)の一変形例として、第1の高周波給電部108内で得られる第1高周波LFの電圧振幅V pp (LF)だけでなく、第2の高周波給電部110内で得られる第2高周波HFの電圧振幅V pp (HF)をもモニタリングし、直流電圧制御部144が両高周波LF,HF双方の電圧振幅V pp (LF),V pp (HF)に基づいて第2の直流電源104を制御するようにしている。 Therefore, in this embodiment, as a modification of the first embodiment for monitoring the voltage amplitude V pp of the high-frequency voltage on the susceptor 12 (FIG. 2), the obtained in the first high-frequency power supply portion 108 1 not only the high-frequency LF voltage amplitude V pp (LF), a second voltage-monitoring also the amplitude V pp (HF) of the second high-frequency HF obtained by the RF supply section 110. DC voltage controller 144 is both high frequency LF, HF both the voltage amplitude V pp (LF), so as to control the second DC power supply 104 based on the V pp (HF).

ハードウェア的には、図11に示すように、ローパス・フィルタ130と給電棒34との間の高周波伝送路上に2周波対応型のV pp測定部202が設けられる。 The hardware, as shown in FIG. 11, V pp measuring unit 202 of the two-frequency-responsive to the high frequency transmission path between the low pass filter 130 and the feed bar 34 is provided. このV pp測定部202は、たとえばスーパーヘテロダイン方式のフィルタ回路を用いて第1高周波LFおよび第2高周波HFの電圧振幅V pp (LF),V pp (HF)を弁別して測定し、それらの測定値MV pp (LF),MV pp (HF)を直流電圧制御部144に与える。 The V pp measuring unit 202, for example, super using the filter circuit of the heterodyne first frequency LF and voltage amplitude V pp of the second high frequency HF (LF), measured by discriminating the V pp (HF), measurement of their give values MV pp (LF), MV pp the (HF) in the DC voltage control unit 144.

なお、上記第1の実施例と同様に、第1および第2の高周波給電部108,110内にRFパワーモニタ(図示せず)をそれぞれ設け、第1高周波LFに係る進行波パワー測定値MP f (LF)および反射波パワー測定値MP r (LF)と第2高周波HFに係る進行波パワー測定値MP f (HF)および反射波パワー測定値MP r (HF)とを直流電圧制御部144に与えることも可能である。 Incidentally, as in the first embodiment, respectively provided an RF power monitor (not shown) in the first and second high-frequency power supply unit 108, a traveling wave power measurement MP according to the first high-frequency LF f (LF) and the reflected wave power measurement MP r (LF) and the second high-frequency traveling waves according to the HF power measurements MP f (HF) and the reflected wave power measurement MP r (HF) and a DC voltage control unit 144 it is also possible to give in. その場合、直流電圧制御部144は、V pp測定部202からのRF電圧振幅測定値MV pp (LF),MV PP (HF)と、両RFパワーモニタからの反射波パワー測定値MP r (LF),MP r (HF)とに応じて第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを制御することができる。 In that case, the DC voltage controller 144, RF voltage amplitude measurement from V pp measuring unit 202 MV pp (LF), MV PP (HF) and the reflected wave power measurement MP r (LF from both RF power monitor ), it is possible to control the second output voltage of the DC power source 104 (second DC voltage) -B DC in accordance with the MP r (HF). あるいは、直流電圧制御部144は、V pp測定部202からのRF電圧振幅測定値MV pp (LF),MV pp (HF)と、両パワーモニタからの反射波パワー測定値MP r (LF),MP r (HF)および進行波パワー測定値MP f (HF),MP f (HF)とに応じて第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを制御することもできる。 Alternatively, the DC voltage control unit 144, V pp RF voltage amplitude measurements MV pp from the measurement unit 202 (LF), and MV pp (HF), the reflected wave power measurements from both the power monitor MP r (LF), MP r (HF) and a traveling wave power measured value MP f (HF), it is also possible to control the output voltage (second DC voltage) -B DC of the second DC power source 104 in response to the MP f (HF) .

[サセプタに対する直流電圧印加に関する第5の実施例] Fifth embodiment relating DC voltage application to the susceptor]

図12〜図14につき、本発明のプラズマ処理装置においてサセプタ12に第2直流電圧−B DCを印加する技法の更に別(第5)の実施例を説明する。 Per 12 to 14, illustrating a further embodiment of another (fifth) technique for applying a second DC voltage -B DC to the susceptor 12 in the plasma processing apparatus of the present invention.

この実施例は、可変リアクタンス素子の選択可能なポジションの値とプラズマインピーダンスの値とをデータベース上で対応づけて管理するマッピングテーブルを備え、このマッピングテーブルより現時の整合ポジションに対応するプラズマインピーダンスの値を取得し、その取得したプラズマインピーダンスの値とプラズマに供給しているRFパワーの値とからサセプタ12上の高周波電圧の振幅V PPを計算によって求め、V PP計算値に応じて第2直流電圧−B DCを制御することを特徴とする。 This embodiment includes a mapping table that associates manages the values ​​of the plasma impedance selectable positions of the variable reactance element in the database, the value of plasma impedance corresponding to matching positions present time from the mapping table acquires, determined by calculation amplitude V PP of the high-frequency voltage on the susceptor 12 from the value of the RF power being supplied to the values and the plasma of the obtained plasma impedance, the second DC voltage in response to the V PP calculated and controlling the -B DC.

図12に示すように、この実施例において、イオン引き込み系の第1の高周波給電部108に設けられる第1の整合器100は、可変コンデンサ112,114およびコイル116からなるL型の整合回路と、インピーダンスセンサ210と、可変コンデンサ112,114のポジション(バリコン・ステップ)PC 1 ,PC 2をそれぞれステップモータ(M)212,214を介して可変に制御するマッチングコントローラ216を有している。 As shown in FIG. 12, in this embodiment, the first matching unit 100 provided in the first high-frequency power supply portion 108 of the ion attraction system, the L-type matching circuit consisting of variable capacitors 112, 114 and coils 116 , an impedance sensor 210, and a matching controller 216 for variably controlled via a position (variable condenser steps) PC 1, each step motor PC 2 (M) 212, 214 of the variable capacitor 112, 114. ここで、マッチングコントローラ216とステップモータ(M)212,214は、オートマッチング機構を構成している。 Here, the matching controller 216 and the step motor (M) 212, 214 constitute an auto-matching mechanism.

インピーダンスセンサ210は、第1の高周波電源28側から見える負荷側のインピーダンス、つまりチャンバ10内の負荷(主にプラズマ)のインピーダンスと整合回路[112,114,116]のインピーダンスとが合成された負荷インピーダンスZ Lを測定する。 Impedance sensor 210, load impedance seen from the first RF power supply 28 side, i.e. the load in the chamber 10 (mainly plasma) load and the impedance of the impedance of the matching circuit [112, 114, 116] was synthesized to measure the impedance Z L. マッチングコントローラ216は、マイクロコンピュータ(CPU)を有しており、インピーダンスセンサ210より出力される負荷インピーダンスZ Lの測定値MZ Lが第1の高周波電源28の出力インピーダンスに相当する整合ポイントZ S (通常50Ω)に一致または近似するように、ステップモータ(M)212,214の回転制御を通じて可変コンデンサ112,114のポジション(バリコン・ステップ)PC 1 ,PC 2を可変に制御する。 Matching controller 216 has a microcomputer (CPU), matching point Z S corresponding to the output impedance of the measurement value MZ L of the load impedance Z L which is output from the impedance sensor 210 first high frequency power supply 28 ( to match or approximate to the normal 50 [Omega), position of the variable capacitor 112, 114 (variable condenser steps) PC 1, the PC 2 is variably controlled through the rotation control of the stepping motor (M) 212, 214.

ここで、可変コンデンサ112,114において静電容量C 1 ,C 2とポジション(バリコン・ステップ)PC 1 ,PC 2との間には、それぞれ線形的な対応関係がある。 Here, between the capacitances C 1, C 2 and position (variable condenser steps) PC 1, PC 2 in the variable capacitor 112 and 114, linear response relationship, respectively. マッチングコントローラ216は、ステップモータ(M)212,214の回転制御を通じて可変コンデンサ112,114の現時のポジションPC 1 ,PC 2を常時把握している。 Matching controller 216, and constantly monitors the position PC 1, PC 2 of the present time of the variable capacitor 112 through the rotation control of the stepping motor (M) 212, 214.

さらに、第1の整合器100には、図13に示すように、可変コンデンサ112,114の選択可能な全てのポジションPC 1 (P 11 ,P 21・・・P m1 ),PC 2 (P 12 ,P 22・・・P n2 )の組み合わせと、各組み合わせ[P i1 ,P j2 ]に対応する整合時のプラズマインピーダンスZ P (R ij +jX ij )の値とをデータベース上で対応づけて管理するマッピングテーブルが、マッチングコントローラ216内のCPUによってアクセス可能なメモリ218に格納されている。 Further, the first matching unit 100, as shown in FIG. 13, position PC 1 all selectable variable capacitor 112,114 (P 1 C 1, P 2 C 1 ··· P m C 1) , PC 2 (P 1 C 2 , P 2 C 2 ··· P n C 2) and combination of each combination [P i C 1, P j C 2] at corresponding matching to the plasma impedance Z P (R ij + jX ij) mapping table and the value managing correspondence on database is stored in memory accessible 218 by the CPU in the matching controller 216.

そして、整合状態における可変コンデンサ112,114の現時のポジションつまり整合ポジションがそれぞれP i1 ,P j2であるときは、このマッピングテーブルより、その組み合わせ[P i1 ,P j2 ]に対応するプラズマインピーダンスZ P (R ij +jX ij )の実数部の値[R ij ]および虚数部の値[X ij ]が読み出される。 Then, when the present time position clogging alignment position of the variable capacitor 112, 114 in the matching state is P i C 1, P j C 2 respectively, from the mapping table, the combination [P i C 1, P j C 2 ] real part of the value of the corresponding plasma impedance Z P (R ij + jX ij ) to [R ij] and the value of the imaginary part [X ij] is read out.

図14のスミスチャートについて、整合器100の整合作用を説明する。 The Smith chart of Figure 14, illustrating the alignment action of the matching unit 100. 今、可変コンデンサ112,114のポジションがそれぞれP i1 ,P j2に調整されているときに、整合状態が確立されている、つまりインピーダンスセンサ210より得られる負荷インピーダンスZ Lの測定値MZ Lが整合ポイントZ S (50Ω)に一致または近似している、と仮定する。 Now, when the position of the variable capacitor 112, 114 is adjusted to P i C 1, P j C 2 respectively, the matching state has been established, i.e. the measured value of the load impedance Z L obtained from the impedance sensor 210 MZ L is equal or close to the matching point Z S (50Ω), and assumed.

この場合、チャンバ10内のプラズマからインピーダンスセンサ210の出力端子に至るまでのインピーダンスの軌跡をスミスチャート上で解析すると、スタートポイントのプラズマインピーダンスZ P (R ij +jX ij )から第1の整合器100内で3つの円弧の軌跡QL、QC 2 、QC 1を経て整合ポイントZ S (50Ω)に辿りつく。 In this case, when analyzing the locus of the impedance of the plasma within the chamber 10 up to the output terminal of the impedance sensor 210 on the Smith chart, the first matching unit from the start point of the plasma impedance Z P (R ij + jX ij ) 100 three arc path QL in the inner, reach the matching point through QC 2, QC 1 Z S ( 50Ω).

ここで、1番目の軌跡QL(Z P →Z 1 )は、整合回路100の最後段にプラズマ負荷と直列に接続されているコイル116の誘導性リアクタンスによるものであり、図示のインピーダンスチャート上で右回り(時計回り)に移動する。 Here, the first trajectory QL (Z P → Z 1) is due to the inductive reactance of the coil 116 which is connected to the plasma load in series to the last stage of the matching circuit 100, on the impedance chart shown It moves to the right (clockwise). コイル116が固定インダクタであるから、この軌跡QL(Z P →Z 1 )の移動量は常に一定である。 Since coil 116 is fixed inductor, the amount of movement of the locus QL (Z P → Z 1) it is always constant.

2番目の軌跡QC 2 (Z 1 →Z 2 )は、コイル116よりも前段にプラズマ負荷と直列に接続されている可変コンデンサ114の容量性リアクタンスによるものであり、インピーダンスチャート上で左回り(反時計回り)に移動する。 The second trajectory QC 2 (Z 1 → Z 2 ) is due to the capacitive reactance of the variable capacitor 114 connected to the previous stage to the plasma load in series than the coil 116, counterclockwise (counterclockwise on the impedance chart to move in a clockwise direction). 可変コンデンサ114の静電容量C 2またはポジションPC 2に応じて、この軌跡QC 2 (Z 1 →Z 2 )の移動量は変化する。 Depending on the electrostatic capacitance C 2 or position PC 2 of the variable capacitor 114, the amount of movement of the locus QC 2 (Z 1 → Z 2 ) is changed.

そして、3番目の軌跡QC 1 (Z 2 →Z S )は、可変コンデンサ114よりも前段にプラズマ負荷と並列に接続されている可変コンデンサ112の容量性リアクタンスによるものであり、アドミタンスチャート(図示せず)上で右回り(時計回り)に移動する。 The third trajectory QC 1 (Z 2 → Z S ) is by capacitive reactance of the variable capacitor 112 than the variable capacitor 114 is connected in parallel with the plasma load in front, admittance chart (shown It moves to the right (clockwise) on not). 可変コンデンサ112の静電容量C 1またはポジションPC 1に応じて、この軌跡QC 1 (Z 2 →Z S )の移動量は変化する。 Depending on the capacitance C 1 or position PC 1 of the variable capacitor 112, the amount of movement of the locus QC 1 (Z 2 → Z S ) is changed.

したがって、整合器100においてオートマッチング動作が正常に機能している時は、スミスチャート上で、整合ポイントZ S (50Ω)をスタートポイントとして、その時の可変コンデンサ112,114の整合ポジションPC 1 ,PC 2の値にそれぞれ応じた可変量の軌跡QC 1 ,QC 2およびコイル116の固定インダクタンスに応じた固定量の軌跡QLを逆方向に順次辿ることで、その時のプラズマインピーダンスZ P (R ij +jX ij )を割り出すことができる。 Therefore, when the automatic matching operation is functioning properly in matcher 100, on the Smith chart, the matching point Z S the (50 [Omega) as a starting point, the matching position PC 1 of the variable capacitor 112 at that time, PC by sequentially tracing that a fixed amount of trajectory QL in accordance with the fixed inductance of the second trajectory QC 1 variable amounts corresponding respectively to the values, QC 2 and the coil 116 in the opposite direction, at the time the plasma impedance Z P (R ij + jX ij ) it is possible to determine the.

もっとも、プラズマ処理装置に用いられている整合器の殆どは、出荷前に、プラズマ負荷を擬したインピーダンス可変のロードシミュレータを用いて、オートマッチングの試験(シミュレーション)を受ける。 However, most of the matching unit used in the plasma processing apparatus, prior to shipment, using an impedance variable load simulator Gishi the plasma load, take the test auto-matching (simulation). この試験の中で、可変コンデンサまたはバリコンC 1 ,C 2の選択可能な全てのポジションPC 1 ,PC 2の組み合わせ[PC 1 ,PC 2 ]について整合状態が得られるときのロードシミュレータのインピーダンスZの値(R+jX)を読み取ることで、上記のようなマッピングテーブル(図13)を構築している。 In this test, a variable capacitor or variable capacitor C 1, C 2 selectable all positions PC 1, PC 2 in combination [PC 1, PC 2] for the load simulator of the impedance Z when the matching state is obtained by reading the value (R + jX), we are building above-described mapping table (FIG. 13). したがって、この種のマッピングテーブルは、各々の整合器毎に固有のデータベースである。 Therefore, this kind of mapping table is a specific database for each respective matcher.

通常のオートマッチング動作において、マッチングコントローラ216は、マッピングテーブルを参照することで、現時の負荷インピーダンスZ Lのスミスチャート上の位置を確認し、可変コンデンサ112,114のポジションPC 1 ,PC 2に対する次の最適な制御値を決定するようにしている。 Following the normal automatic matching operation, the matching controller 216 refers to the mapping table, check the position on the Smith chart of the load impedance Z L of the present time, for the position PC 1, PC 2 of the variable capacitor 112, 114 and so as to determine the optimum control values. これによって、オートマッチング機能の機差を少なくしている。 This is to reduce the instrumental error of the automatic matching function.

この実施例では、主制御部82の機能の一部として、整合器100の外(または中)にV pp演算部220が設けられている。 In this embodiment, it is as a part of the function of the main control unit 82, V pp calculation unit 220 outside (or inside) of the matching unit 100 is provided. このV pp演算部220は、整合器100のマッチングコントローラ216を通じて、あるいはメモリ218に直接アクセスして、マッピングテーブルより可変コンデンサ112,114の現時の整合ポジションPC 1 ,PC 2に対応するプラズマインピーダンスZ Pの値(R,X)を取得し、そのプラズマインピーダンスZ Pの値(R,X)とRFパワーモニタ148より得られる第1高周波LFのパワーPの測定値(通常は正味のプラズマ投入パワーとして進行波パワーの測定値MP f )とから次の式(1)を演算して、第1高周波LFの電圧振幅V PP (ピーク対ピーク値)を求める。 The V pp calculation unit 220, through a matching controller 216 of matching device 100, or by direct access to the memory 218, the matching position PC 1 of the present time of the variable capacitor 112, 114 from the mapping table, corresponding to the PC 2 plasma impedance Z P values (R, X) to get the value of the plasma impedance Z P (R, X) and the measured value of the power P of the first high-frequency LF obtained from the RF power monitor 148 (normally as a plasma input power net since the traveling wave power measured value MP f) and of calculating the following equation (1), obtaining the voltage amplitude V PP of the first high-frequency LF (peak-to-peak value).
PP ={8P(R+X 2 /R)} 1/2・・・・(1) V PP = {8P (R + X 2 / R)} 1/2 ···· (1)

直流電圧制御部144は、V pp演算部220より得られる第1高周波LFの電圧振幅V PPの計算値CV PPに応じて、第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを制御する。 DC voltage control unit 144, V pp in accordance with the calculated value CV PP of the voltage amplitude V PP of the first high-frequency LF obtained from calculation unit 220, the output voltage of the second DC power source 104 (second DC voltage) -B to control the DC. この場合、上述した第1の実施例と同様に、−B DC =−K*CV PPとなるように制御してよい(Kは係数:0<K<1)。 In this case, as in the first embodiment described above, -B DC = -K * CV PP may be controlled so that (K-Factor: 0 <K <1). あるいは、RF反射波パワーP rを考慮して、−B DC =−(K*MV pp −J*MP r )または−B DC =−(K−D*MP r )*MV ppとなるように制御してもよい(J,Dは係数)。 Alternatively, in view of the RF reflected wave power P r, -B DC = - ( K * MV pp -J * MP r) or -B DC = - (K-D * MP r) * such that the MV pp It may be controlled (J, D is a coefficient). さらには、RF進行波パワーP fも考慮に入れて、−B DC =−K*MV pp *E*(MP f −MP r )/MP fとなるように制御してもよい(Eは係数)。 Furthermore, taking into consideration RF traveling wave power P f, -B DC = -K * MV pp * E * (MP f -MP r) / MP may be controlled to be f (E coefficients ).

上記の演算式(1)は、次のようにして導出される。 The above arithmetic expression (1) is derived as follows. プラズマに供給されるRFパワーをP,プラズマのインピーダンスをZ(R+jX)、整合器の出力側のRF電圧(実効値)をV、RF電流(実効値)をIとすると、高周波給電部108の高周波伝送路上では、次の式(2)が成立する。 The RF power supplied to the plasma P, and plasma impedance Z (R + jX), matching device on the output side of the RF voltage (effective value) V, the RF current (effective value) and I, the RF supply section 108 the high frequency transmission line, the following equation (2) is satisfied.
P=IVcosθ=I 2 Zcosθ=I 2 R ・・・・(2) P = IVcosθ = I 2 Zcosθ = I 2 R ···· (2)
ここで、cosθ=R/(R 2 +X 21/2・・・・(3) Here, cosθ = R / (R 2 + X 2) 1/2 ···· (3)

式(2)は、次の式(4)に変形できる。 Equation (2) can be transformed to the following equation (4).
V=I*R/cosθ=(P/R) 1/2・R/cosθ V = I * R / cosθ = (P / R) 1/2 · R / cosθ ・・・・(4) ... (4)

式(3),(4)より、次の式(5)が得られる。 Equation (3) and (4), the following equation (5) is obtained.
V={P(R 2 +X 2 )/R} 1/2 =P(R+X 2 /R)} 1/2・・・・(5) V = {P (R 2 + X 2) / R} 1/2 = P (R + X 2 / R)} 1/2 ···· (5)

pp (ピーク対ピーク値)はV(実効値)の2・2 1/2倍であるから、次のように式(5)から演算式(1)が得られる。 Since V pp (peak-to-peak value) is 2 · 2 1/2 times the V (rms), arithmetic expressions from equation (5) as follows (1) is obtained.
PP =2・2 1/2 V={8P(R+X 2 /R)} 1/2・・・・(1) V PP = 2 · 2 1/2 V = {8P (R + X 2 / R)} 1/2 ···· (1)

この実施例においては、第1の整合器100に備わる固有のマッピングテーブルより取得されるプラズマインピーダンスの値を用いて、第1高周波LFの電圧振幅V PPの値を計算によって求め、電圧振幅V PPの計算値CV PPに応じて、第2の直流電源104より自己バイアス−V dcに応じた負極性の第2直流電圧−B dcをサセプタ12に印加するようにしている。 In this embodiment, using the value of plasma impedance which is obtained from a unique mapping table provided in the first matching unit 100 obtains by calculation the value of the voltage amplitude V PP of the first high-frequency LF, the voltage amplitude V PP depending on the calculated value CV PP, it has a second DC voltage -B dc negative polarity corresponding to the self-bias -V dc than the second DC power source 104 to be applied to the susceptor 12. したがって、第1の高周波給電部108の高周波伝送路上で第1高周波LFの電圧振幅V PPを直接測定するV PP測定部148は不要である。 Therefore, V PP measuring unit 148 for measuring the voltage amplitude V PP of the first high-frequency LF at a high frequency transmission line of the first high-frequency power supply unit 108 directly is not required.

また、オートマッチング機能の機差を少なくするために整合器100に備わっている固有のマッピングテーブルを用いて、整合器100の整合ポジションから第1高周波LFの電圧振幅V PPの値を計算によって求めるので、測定ばらつきの少ない高精度な電圧振幅V PPのモニタリングを行うことが可能であり、ひいてはサセプタ12に印加する第2直流電圧−B DCについてもばらつきや機差の少ない制御を行うことができる。 Further, by using a unique mapping tables provided to the matching unit 100 in order to reduce the instrumental error of the automatic matching function is obtained by calculating the value of the voltage amplitude V PP of the first high-frequency LF from the matching position of the matching circuit 100 since, it is possible to perform the monitoring of the measurement with small variations precision voltage amplitude V PP, it is possible to perform fewer control variation and machine differences for the second direct-current voltage -B DC to turn applied to the susceptor 12 .

[サセプタに対する直流電圧印加に関する第6の実施例] Sixth embodiment relating DC voltage application to the susceptor]

上述した第5の実施例の一変形例(第6の実施例)として、整合器100がマッピングテーブル(218)を備えない場合でも、第1高周波LFの電圧振幅V PPの値を計算によって求める機能をV pp演算部220または整合器100の内部に備えることができる。 As a variant of the fifth embodiment described above (the sixth embodiment), even when the matching unit 100 is not provided with a mapping table (218), obtained by calculating the value of the voltage amplitude V PP of the first high-frequency LF function can be provided inside the V pp calculation unit 220 or the matching unit 100.

上述したように、整合器100内でマッチングコントローラ216は、ステップモータ(M)212,214の回転制御を通じて可変コンデンサ112,114の現時のポジションPC 1 ,PC 2を常時把握しており、可変コンデンサ112,114のポジションPC 1 ,PC 2から静電容量C 1 ,C 2を割り出すこともできる。 As described above, the matching controller 216 in the matching unit 100, and always grasp the position PC 1, PC 2 of the present time of the variable capacitor 112 through the rotation control of the stepping motor (M) 212, 214, variable capacitor 112, 114 position PC 1, the electrostatic capacitance C 1 from the PC 2, C 2 can also determine the. したがって、整合回路[112,114,116]のインピーダンスZ 100は、可変コンデンサ112,114のポジションPC 1 ,PC 2ないし静電容量C 1 ,C 2からたとえばマッチングコントローラ216内で随時割り出すことができる。 Accordingly, the matching circuit [112, 114, 116] of the impedance Z 100 may be determined at any time from the position PC 1, PC 2 or capacitances C 1, C 2 of the variable capacitor 112, 114 for example in the matching controller 216 .

一方、インピーダンスセンサ210によって測定される負荷インピーダンスZ Lは、プラズマインピーダンスZ Pと整合回路[112,114,116]のインピーダンスZ 100とが合成されたものである。 On the other hand, the load impedance Z L measured by the impedance sensor 210, in which the plasma impedance Z P and the impedance Z 100 of the matching circuit [112, 114, 116] were synthesized. つまり、次の式(6)が成立する。 In other words, the following equation (6) is established.
L =Z P +Z 100 Z L = Z P + Z 100
∴ Z P =Z L −Z 100・・・・(6) ∴ Z P = Z L -Z 100 ···· (6)

したがって、マッチングコントローラ216内で割り出される整合回路[112,114,116]のインピーダンスZ 100と、インピーダンスセンサ210より出力される負荷インピーダンスZ Lの測定値MZ Lとから、上記の式(6)を演算することにより、プラズマインピーダンスZ P (R+jX)を求めることができる。 Therefore, from the impedance Z 100 of the matching circuit [112, 114, 116] that is indexed in the matching controller 216, the measured value MZ L of the load impedance Z L which is output from the impedance sensor 210, the above equation (6) by computing, it is possible to obtain the plasma impedance Z P (R + jX).

pp演算部220は、上記のように計算によって得られたプラズマインピーダンスZ Pの値(R,X)とRFパワーモニタ148より得られる第1高周波LFのパワーPの測定値(通常は正味のプラズマ投入パワーとして進行波パワーの測定値MP f )とから、上記の式(1)を演算して、第1高周波LFの電圧振幅V PP (ピーク対ピーク値)を求める。 V pp calculation unit 220, the plasma impedance Z P obtained by calculation as described above the value (R, X) and the measured value of the power P of the first high-frequency LF obtained from the RF power monitor 148 (normally a net since the traveling wave measurements MP f power) and the plasma input power, by calculating the above equation (1), obtaining the voltage amplitude V PP of the first high-frequency LF (peak-to-peak value). 上記第5の実施例と同様に、直流電圧制御部144は、V pp演算部220より得られる第1高周波LFの電圧振幅V PPの計算値CV PPに応じて、第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを制御する。 Similar to the embodiment of the fifth, DC voltage control unit 144, according to the calculated value CV PP of the voltage amplitude V PP of the first high-frequency LF obtained from V pp calculation unit 220, a second DC power supply 104 controlling the output voltage (second DC voltage) -B DC.

[サセプタに対する直流電圧印加に関する第7の実施例] [Seventh embodiment relating DC voltage application to the susceptor]

図15につき、本発明のプラズマ処理装置においてサセプタ12に第2直流電圧−B DCを印加する技法の更に別(第7)の実施例を説明する。 Per 15, illustrating a further embodiment of another (seventh) technique for applying a second DC voltage -B DC to the susceptor 12 in the plasma processing apparatus of the present invention.

図15に示すように、この実施例は、第1の高周波給電部110の高周波伝送路上で整合器100の後段にインピーダンスセンサ222を設け、このインピーダンスセンサ222により負荷側のインピーダンスつまりプラズマインピーダンスZ P (R,X)を測定する。 As shown in FIG. 15, this embodiment, first the provided impedance sensor 222 downstream of the matching unit 100 at a high frequency transmission line of the high-frequency power supply unit 110, the impedance i.e. plasma impedance Z P of the load by the impedance sensor 222 (R, X) are measured. pp演算部220は、インピーダンスセンサ222より得られるプラズマインピーダンスZ Pの測定値MZ P (MR,MX)とRFパワーモニタ148より得られる第1高周波LFのパワーPの測定値(MP f )とから、上記の式(1)を演算して、第1高周波LFの電圧振幅V PP (ピーク対ピーク値)を求める。 V pp calculation unit 220, the measured value MZ P (MR, MX) of the plasma impedance Z P obtained from the impedance sensor 222 and the measurement value of the power P of the first high-frequency LF obtained from the RF power monitor 148 and (MP f) from calculates the above equation (1), obtaining the voltage amplitude V PP of the first high-frequency LF (peak-to-peak value). 直流電圧制御部144は、上記第5または第6の実施例と同様に、V pp演算部220より得られる第1高周波LFの電圧振幅V PPの計算値CV PPに応じて、第2の直流電源104の出力電圧(第2直流電圧)−B DCを制御する。 DC voltage control unit 144, similarly to the embodiment of the fifth or sixth, depending on the calculated value CV PP of the voltage amplitude V PP of the first high-frequency LF obtained from V pp calculation unit 220, a second DC controlling the output voltage (second DC voltage) -B DC power 104.

この実施例によれば、整合器100内のインピーダンスセンサ(210)やマッチングコントローラ(216)を用いなくても、サセプタ12に自己バイアス−V dcに応じた第2直流電圧−B DCを印加することができる。 According to this embodiment, even without using an impedance sensor (210) and a matching controller in matching unit 100 (216), applying a second DC voltage -B DC corresponding to the self-bias -V dc to the susceptor 12 be able to.

[他の実施形態又は変形例] Other embodiments or variations]

上記実施形態における容量結合型のプラズマ処理装置は、下部電極(サセプタ)42にプラズマ生成用の高周波HFおよびイオン引き込み用の高周波LFを重畳して印加する下部2周波印加方式であった。 Capacitively coupled plasma processing apparatus in the above-described embodiment has a lower dual frequency application method of applying by superposing a high-frequency LF for attracting high frequency HF and ions for plasma generation to the lower electrode (susceptor) 42. しかし、プラズマ生成用の高周波HFをシャワーヘッド(上部電極)70に印加し、イオン引き込み用の高周波LFをサセプタ(下部電極)12に印加する方式や、あるいはサセプタ(下部電極)12に1種類の高周波を印加するプラズマ処理装置にも本発明は適用可能である。 However, a high-frequency HF for plasma generation is applied to the showerhead (upper electrode) 70, method and applying a high frequency LF for ion attraction to the susceptor (lower electrode) 12, or the susceptor (lower electrode) 12 in one also the present invention to a plasma processing apparatus for applying a high frequency can be applied.

また、本発明は、容量結合型のプラズマエッチング装置に限定されず、マイクロ波プラズマエッチング装置や、誘導結合プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置等にも適用可能であり、さらにはプラズマCVD、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。 Further, the present invention is not limited to the capacitively coupled plasma etching apparatus, or a microwave plasma etching apparatus, an inductively coupled plasma etching apparatus, is also applicable to a helicon wave plasma etching apparatus or the like, plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitriding, is also applicable to other plasma processing apparatus such as sputtering.

本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ、有機EL、太陽電池用の各種基板や、フォトマスク、CD基板、プリント基板等も可能である。 The substrate to be processed in the present invention is not limited to semiconductor wafers, flat panel displays, organic EL, and various substrates for solar cells, photomasks, CD substrates, printed circuit board or the like is also possible.

10 チャンバ 12 サセプタ 28 第1の高周波電源 30 第2の高周波電源 32 マッチングユニット 36 フォーカスリング 38 静電チャック 42 (静電チャックの)内部電極 44 第1の直流電源 46 スイッチ 80 処理ガス供給部 84 主制御部 100 第1の整合器 102 第2の整合器 104 第2の直流電源 106 スイッチ 108 第1の高周波給電部 110 第2の高周波給電部 132 リレースイッチ 140 高周波遮断フィルタ 144 直流電圧制御部 146,202 V pp測定部 148 RFパワーモニタ 164 電圧計 168 電流計 170 電極板 176,180 コンデンサ 182 自己バイアス測定回路 10 chamber 12 susceptor 28 the first RF power supply 30 the second RF power supply 32 matching unit 36 ​​the focus ring 38 the electrostatic chuck 42 (the electrostatic chuck) internal electrodes 44 first DC power supply 46 switch 80 the processing gas supply unit 84 main controller 100 first matching unit 102 second matching unit 104 the second DC power source 106 switch 108 first high-frequency power supply portion 110 and the second high-frequency power supply unit 132 relay switch 140 high-frequency cutoff filter 144 DC voltage control unit 146, 202 V pp measuring unit 148 RF power monitor 164 voltmeter 168 ammeter 170 electrode plates 176, 180 the capacitor 182 self-bias measurement circuit

Claims (12)

  1. プラズマ処理が行われる処理容器と、 A processing chamber in which plasma processing is carried out,
    前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、 The susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber;
    前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、 A first high-frequency power supply unit for applying a first radio frequency to said susceptor,
    前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、 Wherein in order to hold the susceptor substrate to be processed by electrostatic force, and an electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor,
    前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部と を有し、 Have a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the self-bias generated between the plasma and the substrate to be processed on the susceptor,
    前記直流電圧印加部が、 The DC voltage applying unit,
    負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、 And the negative and the DC power supply that outputs a variable DC voltage,
    前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記第1高周波の電圧振幅を測定するRF電圧振幅測定部と、 A RF voltage amplitude measurement unit for measuring a voltage amplitude of the first frequency at a high frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit,
    前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記第1高周波の進行波および反射波のパワーを測定するRFパワー測定部と、 An RF power measurement unit for measuring the first frequency power of the traveling wave and the reflected wave in the high frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit,
    前記RF電圧振幅測定部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の測定値と前記RFパワー測定部より得られる前記第1高周波の進行波パワーの測定値および反射波パワーの測定値とに応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と Depending on the measured value of the RF voltage the first RF said first high-frequency traveling-wave measurements and the reflected wave power of the power of the measured values of the voltage amplitude to be obtained from the RF power measurement unit obtained from the amplitude measurement unit a DC voltage control unit that controls the output voltage of the DC power supply
    を有する、プラズマ処理装置。 The a plasma processing apparatus.
  2. プラズマ処理が行われる処理容器と、 A processing chamber in which plasma processing is carried out,
    前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、 The susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber;
    前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、 A first high-frequency power supply unit for applying a first radio frequency to said susceptor,
    前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、 Wherein in order to hold the susceptor substrate to be processed by electrostatic force, and an electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor,
    前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部と を有し、 Have a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the self-bias generated between the plasma and the substrate to be processed on the susceptor,
    前記第1高周波給電部が、 The first high-frequency power supply unit,
    前記第1高周波を所望のパワーで出力する第1高周波電源と、 A first high frequency power supply for outputting said first frequency at a desired power,
    前記第1高周波電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第1整合部とを有し、 And a first matching portion for matching the load impedance and the output impedance of the first RF power source,
    前記第1整合部が、 The first matching unit,
    前記第1高周波給電部の高周波伝送路上に設けられる可変リアクタンス素子を含む整合回路と、 A matching circuit including a variable reactance element provided in the high-frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit,
    前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記負荷インピーダンスを測定する負荷インピーダンス測定部と、 A load impedance measuring unit for measuring the load impedance at a high frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit,
    前記負荷インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値が前記第1高周波電源の出力インピーダンスに対応する所定の整合ポイントに一致または近似するように、前記可変リアクタンス素子のポジションを可変に制御するオートマッチング機構と、 Said load impedance measuring unit said obtained from such measurements of the load impedance is equal or close to a predetermined matching point corresponding to the output impedance of the first RF power source, an auto for variably controlling the position of the variable reactance element and the matching mechanism,
    前記可変リアクタンス素子の選択可能なポジションの値とプラズマインピーダンスの値とをデータベース上で対応づけて管理するマッピングテーブルと A mapping table for managing in association with the value of the variable reactance element selectable position values and plasma impedance on the database
    を有し、 Have,
    前記直流電圧印加部が、 The DC voltage applying unit,
    負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、 And the negative and the DC power supply that outputs a variable DC voltage,
    前記可変リアクタンス素子の現時の整合ポジションの値に対して前記マッピングテーブルより得られるプラズマインピーダンスの値と、前記第1高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第1高周波のパワーの値とから、前記第1高周波の電圧振幅を計算によって求めるRF電圧振幅演算部と、 From the value of plasma impedance obtained from the mapping table, and the value of the first frequency the is supplied to the plasma from the power supply unit the first high-frequency power to the value of the matching position of the present time of the variable reactance element, a RF voltage amplitude calculator for determining by calculation the voltage amplitude of the first frequency,
    前記RF電圧振幅演算部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と A DC voltage control unit that controls the output voltage of the DC power supply according to the calculated value of the voltage amplitude of the first RF obtained from the RF voltage amplitude calculator
    を有する、プラズマ処理装置。 The a plasma processing apparatus.
  3. プラズマ処理が行われる処理容器と、 A processing chamber in which plasma processing is carried out,
    前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、 The susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber;
    前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、 A first high-frequency power supply unit for applying a first radio frequency to said susceptor,
    前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、 Wherein in order to hold the susceptor substrate to be processed by electrostatic force, and an electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor,
    前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部と を有し、 Have a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the self-bias generated between the plasma and the substrate to be processed on the susceptor,
    前記第1高周波給電部が、 The first high-frequency power supply unit,
    前記第1高周波を所望のパワーで出力する第1高周波電源と、 A first high frequency power supply for outputting said first frequency at a desired power,
    前記第1高周波電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第1整合部と A first matching unit for matching the output impedance and load impedance of the first RF power supply
    を有し、 Have,
    前記第1整合部が、 The first matching unit,
    前記第1高周波給電部の高周波伝送路上に設けられるインピーダンス可変の整合回路と、 A matching circuit of a variable impedance provided in the high-frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit,
    前記第1高周波給電部の高周波伝送路上で前記負荷インピーダンスを測定する負荷インピーダンス測定部と、 A load impedance measuring unit for measuring the load impedance at a high frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit,
    前記負荷インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値が前記第1高周波電源の出力インピーダンスに対応する所定の整合ポイントに一致または近似するように、前記整合回路のインピーダンスを可変に制御するオートマッチング機構と The so measured value of the load impedance obtained from the load impedance measurement unit is equal or close to a predetermined matching point corresponding to the output impedance of the first RF power source, automatic matching for controlling the impedance of said matching circuit variably mechanism and
    を有し、 Have,
    前記直流電圧印加部が、 The DC voltage applying unit,
    負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、 And the negative and the DC power supply that outputs a variable DC voltage,
    前記負荷インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値と前記オートマッチング機構より得られる前記整合回路のインピーダンスの値とから、プラズマインピーダンスの値を計算によって求めるインピーダンス演算部と、 And a value of the impedance of the matching circuit the measured value of the load impedance obtained from the load impedance measuring unit and obtained from the auto-matching mechanism, and the impedance calculation unit for obtaining by calculation the value of plasma impedance,
    前記インピーダンス演算部より得られるプラズマインピーダンスの計算値と、前記第1高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第1高周波のパワーの値とから、前記第1高周波の電圧振幅を計算によって求めるRF電圧振幅演算部と、 RF obtaining a calculated value of plasma impedance obtained from the impedance computing section, and a value of the first high-frequency power being supplied to the plasma from the first high-frequency power supply unit, by calculation the voltage amplitude of the first frequency a voltage amplitude calculator,
    前記RF電圧振幅演算部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と A DC voltage control unit that controls the output voltage of the DC power supply according to the calculated value of the voltage amplitude of the first RF obtained from the RF voltage amplitude calculator
    を有する、プラズマ処理装置。 The a plasma processing apparatus.
  4. プラズマ処理が行われる処理容器と、 A processing chamber in which plasma processing is carried out,
    前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、 The susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber;
    前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、 A first high-frequency power supply unit for applying a first radio frequency to said susceptor,
    前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、 Wherein in order to hold the susceptor substrate to be processed by electrostatic force, and an electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor,
    前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部と を有し、 Have a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the self-bias generated between the plasma and the substrate to be processed on the susceptor,
    前記直流電圧印加部が、負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、 The DC voltage applying unit is a DC power supply that outputs a negative polarity and a variable DC voltage,
    前記第1高周波給電部の高周波伝送路上でプラズマインピーダンスを測定するプラズマインピーダンス測定部と、 And plasma impedance measuring unit for measuring the plasma impedance at a high frequency transmission line of said first high-frequency power supply unit,
    前記プラズマインピーダンス測定部より得られるプラズマインピーダンスの測定値と、前記第1高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第1高周波のパワーの値とから、前記第1高周波の電圧振幅を計算によって求めるRF電圧振幅演算部と、 Obtaining a measured value of plasma impedance obtained from the plasma impedance measuring section, and a value of the first high frequency power from the first high-frequency power supply portion is supplied to the plasma, by calculation the voltage amplitude of the first frequency a RF voltage amplitude calculation unit,
    前記RF電圧振幅演算部より得られる前記第1高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と A DC voltage control unit that controls the output voltage of the DC power supply according to the calculated value of the voltage amplitude of the first RF obtained from the RF voltage amplitude calculator
    を有する、プラズマ処理装置。 The a plasma processing apparatus.
  5. 前記RF電圧振幅演算部は、次の式(1)を演算する、請求項のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 The RF voltage amplitude calculator calculates the following equation (1), the plasma processing apparatus according to any one of claims 2-4.
    PP ={8P(R+X 2 /R)} 1/2・・・・(1) V PP = {8P (R + X 2 / R)} 1/2 ···· (1)
    但し、V PPは第1高周波の電圧振幅(ピーク対ピーク値)、Pは第1高周波のパワー、RおよびXはプラズマインピーダンスの実数部および虚数部である。 However, V PP voltage amplitude (peak-to-peak value) of the first high-frequency, P is the first high frequency power, R and X are the real and imaginary part of the plasma impedance.
  6. プラズマ処理が行われる処理容器と、 A processing chamber in which plasma processing is carried out,
    前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、 The susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber;
    前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、 A first high-frequency power supply unit for applying a first radio frequency to said susceptor,
    前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、 Wherein in order to hold the susceptor substrate to be processed by electrostatic force, and an electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor,
    前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部と を有し、 Have a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the self-bias generated between the plasma and the substrate to be processed on the susceptor,
    前記第1高周波給電部が、前記第1高周波を所望のパワーで出力する第1高周波電源と、前記第1高周波電源側のインピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第1整合部とを有し、 The first high-frequency power supply portion has a first high frequency power supply for outputting said first frequency at a desired power, and a first matching portion for matching the load impedance to the impedance of the first RF power supply side ,
    前記直流電圧印加部の出力端子が、前記第1整合部の整合回路の少なくとも一部を介して前記サセプタに接続される、プラズマ処理装置。 The output terminal of the DC voltage applying unit is connected to the susceptor through at least a portion of the matching circuit of the first matching unit, a plasma processing apparatus.
  7. プラズマ処理が行われる処理容器と、 A processing chamber in which plasma processing is carried out,
    前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、 The susceptor conductor for placing a substrate to be processed in the processing chamber;
    前記サセプタに第1高周波を印加する第1高周波給電部と、 A first high-frequency power supply unit for applying a first radio frequency to said susceptor,
    前記被処理基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、 Wherein in order to hold the susceptor substrate to be processed by electrostatic force, and an electrostatic chuck provided on a main surface of the susceptor,
    前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部と を有し、 Have a DC voltage applying unit for applying a negative DC voltage corresponding to the self-bias generated between the plasma and the substrate to be processed on the susceptor,
    前記直流電圧印加部の出力端子が、直流を通して高周波を遮断する第1フィルタ回路と前記第1高周波給電部の一部の区間とを介して前記サセプタに接続され、 The DC output terminal of the voltage applying unit is connected to the susceptor through a partial section of the first filter circuit and said first high-frequency power supply unit to cut off the high frequency through the direct current,
    前記サセプタを電気的に接地状態またはフローティング状態のいずれかに切り換えるために、一端が接地電位部材に接続され、他端が前記第1フィルタ回路および前記第1高周波給電部の一部の区間を介して前記サセプタに接続されるスイッチを有する、プラズマ処理装置。 To switch to one of the electrically grounded or floating state the susceptor, one end is connected to a ground potential member, through the other end of the first filter circuit and the partial section of the first high-frequency power supply unit a switch connected to said susceptor Te, the plasma processing apparatus.
  8. 前記スイッチは、前記サセプタに対して前記第1高周波給電部による前記第1高周波の印加と前記直流電圧印加部による前記直流電圧の印加とが開始される前に、前記サセプタをそれまでの接地状態からフローティング状態に切り換えるように動作する、請求項に記載のプラズマ処理装置。 The switch is grounded state of before the application of the DC voltage and the application of the first high-frequency by the first RF supply section according to the DC voltage applying unit is started with respect to the susceptor, the susceptor far It operates to switch to a floating state from the plasma processing apparatus according to claim 7.
  9. 処理容器内で導体のサセプタの主面に設けられている静電チャックの上に被処理基板を載置する工程と、 A step of mounting a substrate to be processed on the electrostatic chuck provided on a main surface of the conductor of the susceptor in a processing chamber,
    前記被処理基板が前記静電チャック上に載置された後の第1の時点で、前記サセプタを電気的に接地状態からフローティング状態に切り換える工程と、 In the first time after the target substrate is placed on the electrostatic chuck, a step of switching to a floating state said susceptor from electrically grounded,
    前記第1の時点より後の第2の時点から、前記処理容器内で処理ガスを励起してプラズマを生成する工程と、 From a second time point later than said first time point, generating a plasma by exciting a process gas in the processing chamber;
    前記第2の時点より後の第3の時点から、前記プラズマのイオンを前記被処理基板に引き込むのに適した周波数を有する第1の高周波を前記サセプタに印加する工程と、 A step of applying a third time point later than the second time point, the first high frequency having a frequency suitable for attracting ions of the plasma to the substrate to be processed on the susceptor,
    前記第2の時点より後で前記第3の時点と近接する第4の時点から、前記サセプタにプラズマと前記被処理基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する工程と、 From the fourth time point proximate and after the third time from the second time point, and applies a negative DC voltage corresponding to the self-bias generated between the plasma and the substrate to be processed on the susceptor and a step,
    前記サセプタ上で前記被処理基板を保持するために、前記第4の時点より後の第5の時点から、前記静電チャックの内部電極に正極性の直流電圧を印加する工程と を有するプラズマ処理方法。 To hold the substrate to be processed on the susceptor, the fifth time point later than the fourth time point, the plasma treatment and a step of applying a positive DC voltage to the internal electrode of the electrostatic chuck Method.
  10. 前記第5の時点より後の第6の時点から、前記サセプタおよび前記静電チャックに形成されているガス通路を介して前記被処理基板の裏面に伝熱用のガスを供給する工程を有する、請求項に記載のプラズマ処理方法。 From the sixth time point later than the time of the fifth, having a step of supplying a gas for heat transfer to the back surface of the substrate to be processed through the gas passage formed in the susceptor and the electrostatic chuck, the plasma processing method according to claim 9.
  11. 前記プラズマ生成工程は、前記処理ガスの放電に適した周波数を有する第2の高周波を前記サセプタに印加する工程を含む、請求項または請求項10に記載のプラズマ処理方法。 The plasma generating step comprises applying a second high frequency having a frequency suitable for discharge of the processing gas to the susceptor, plasma processing method according to claim 9 or claim 10.
  12. 前記第3の時点と前記第4の時点の時間差は1秒以内である、請求項11のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。 The time difference between the third time point and the fourth point in time is within 1 second, the plasma processing method according to any one of claims 9-11.
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