JP7175239B2 - 制御方法、プラズマ処理装置、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
プラズマ生成用の高周波電力であるソースパワーとイオン引き込み用の高周波電力であるバイアスパワーの、異なる2つ周波数の高周波電力を処理容器内に印加すると、IMD(Intermodulation distortion:相互変調歪)が反射波パワーとして発生する場合がある。
まず、一実施形態に係るプラズマ処理装置1の一例について、図1を参照しながら説明する。図1は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す図である。
制御部200の具体的構成について、図2Aを参照して説明する。制御部200は、プロセッサ100、信号発生回路102、方向性結合器105,108、反射検出器111、オシロスコープ112を有する。
次に、一実施形態におけるHFの電力の供給タイミングについて、図4を参照しながら説明する。図4は、一実施形態に係るHFの電力の供給タイミングの一例を示す図である。
次に、基準電気状態の一周期内の位相に同期してHFの電力のオン・オフ又はHigh・Lowを制御する効果の一例について、図5~図7を参照して説明する。図5のグラフは、一実施形態に係るLFの位相とプラズマ密度Neと自己バイアスの絶対値|Vdc|との関係の一例を示す図である。図6及び図7は、一実施形態に係る反射波パワーの一例を示す図である。
次に、一実施形態の変形例1~変形例4に係る制御方法について、図8~図11を参照して説明する。図8は、一実施形態の変形例1に係る制御方法を説明するための図である。図9は、一実施形態の変形例2に係る制御方法を説明するための図である。図10は、一実施形態の変形例3に係る制御方法を説明するための図である。図11は、一実施形態の変形例4に係る制御方法を説明するための図である。
上記に説明した実施形態では、基準電気状態の一周期内の位相と同期してHFの電力をパルス変調(図3のHF AM変調参照)しようとすると、LFの周波数と同じ周波数でパルス変調させるHF電源が必要となり、コストが高くなる場合がある。
変形例2に係るプラズマ処理装置1には、図9(a)に示すように、第1の高周波電源48及び第2の高周波電源90に接続される給電ライン又は下部電極に、インピーダンス変化回路300が取り付けられる。インピーダンス変化回路300は、プラズマ側の負荷インピーダンスとインピーダンス変化回路300のインピーダンスの合成インピーダンスが一定になるようにインピーダンスを変化させるように機能する。又は、インピーダンス変化回路300は、整合器88から見たインピーダンスの変化を抑えるように、LFの位相に応じてインピーダンスを変化させる。これにより、反射波パワーを抑え、IMDの発生を低減できる。インピーダンス変化回路300は、LFの位相(又はインピーダンス)、LFのVdc又は反射波パワー等に応じて、インピーダンスを基準電気状態の一周期内で変化させ、これによりIMDを抑える。
変形例3では、図10(a)に示すように、処理容器10の上部に電磁石350が設けられている。電磁石350の位置は、図10(a)の位置に限られず、処理容器10の一部であればよく、例えば処理容器10の内部であってもよい。制御部200は、基準電気状態の位相(又はインピーダンス)、LFの位相、バイアスパワーが印加される電極電位、LF Vdc又はHFの反射波パワー等に応じて電磁石350の強弱を制御することで磁場の特性を変化させる。例えば図10(b)に示すように、シースが厚くなるLF Vdcが負のときに磁場を強くし、シースが薄くなるLF Vdcが正のときに磁場を弱く又は無くしてインピーダンスZの変化を小さくする。これにより、IMDの発生をより抑制できる。なお、電磁石350は、マルチポール電磁石や固定磁石を用いることができ、磁場を発生させる磁場発生部の一例である。変形例3に示した電磁石350による制御は、変形例1の付加回路250又は変形例2のインピーダンス変化回路300による制御と併用してもよい。
シースの厚さが変わると、見かけ上の静電容量が変わり、HFの共振周波数が変化する。整合器88は、処理容器10内のインダクタンス(例えば給電棒等)及びコンダクタンス(例えばシース等)のすべてのL成分とC成分とを合算して、HFの周波数で共振するように機能し、整合を取る。
以上に説明したように、一実施形態に係る平行平板型のプラズマ処理装置1の制御方法は、バイアスパワーを、ウェハWを載置する下部電極に供給する工程と、バイアスパワーよりも高い周波数を有するソースパワーを下部電極又は上部電極に印加することでプラズマ処理空間に供給する工程とを含む。該制御方法では、ソースパワーは、第1の状態と第2の状態とを有し、第1の状態と第2の状態とをバイアスパワーの高周波の周期に同期する信号、又はバイアスパワーの給電系で測定された電圧、電流又は電磁界のいずれかを示す基準電気状態の一周期内の位相と同期して交互に印加する第1制御工程を含む。
次に、一実施形態の変形例5-1~5-4に係るプラズマ処理装置1の制御方法について説明する。変形例5-1~5-4では、ソースパワー及び/又はバイアスパワーを間欠的に停止する制御を行う。図13A~図13Dは、一実施形態の変形例5-1~5-4に係る制御方法を示すタイミングチャートである。
以上に説明したように、変形例5-1~変形例5-4に係る制御方法では、ラジカルとイオンの質と量を制御できる。具体的には、HFをオフするとプラズマ中のイオンはほぼ消滅するが、ラジカルは寿命が長いため、ある程度の時間消滅せずに存在する。よって、例えばHFをオフする間、ラジカルを均一に拡散させることができる。また、HFをオフ又はLowに制御する間、プラズマ中のイオンとラジカルとの比を変えることができる。これにより、ラジカルとイオンの量を制御できる。
次に、一実施形態の変形例6に係る制御方法について、図14を参照して説明する。図14は、一実施形態の変形例6に係る制御方法を示すタイミングチャートである。
次に、一実施形態の変形例7-1~変形例7-4に係る制御方法について、図15A~図15Dを参照して説明する。図15Aは、一実施形態の変形例7-1に係る制御方法を示すタイミングチャートである。図15Bは、一実施形態の変形例7-2に係る制御方法を示すタイミングチャートである。図15Cは、一実施形態の変形例7-3に係る制御方法を示すタイミングチャートである。図15Dは、一実施形態の変形例7-4に係る制御方法を示すタイミングチャートである。
まず、図17を参照して、一実施形態の変形例8に係る制御方法について説明する。図17は、一実施形態の変形例8に係る制御方法を説明するためのタイミングチャートである。一実施形態の変形例8に係る制御方法では、LFの一周期内を複数に分割した各位相に同期してHFの周波数を変える。そして、そのときのHFの反射波パワーをモニターし、モニター結果からそれぞれの位相においてHFの反射波パワーが少なくなるように第2の高周波電源90のHFの周波数が制御される。そして、この第2の高周波電源90から出力するHFの新たな周波数を見出すシーケンスを、プロセス前、プロセス中等に所定時間毎に実施し、その結果に基づき第2の高周波電源90が制御するHFの周波数を決定する。
次に、図18を参照して、一実施形態の変形例9に係る制御方法について説明する。図18は、一実施形態の変形例9に係る制御方法を説明するためのタイミングチャートである。一実施形態の変形例9に係る制御方法では、変形例8と同様に、第2の高周波電源90がLFの一周期内の各位相に同期してHFの周波数を制御することに加えて、第2の高周波電源90が出力するソースパワーの値も制御する。
次に、図19を参照して、一実施形態の変形例10に係る制御方法について説明する。図19は、一実施形態の変形例10に係る制御方法を説明するためのタイミングチャートである。
次に、図20を参照して、一実施形態の変形例11に係る制御方法について説明する。図20は、一実施形態の変形例11に係る制御方法を説明するためのタイミングチャートである。
変形例12では、HFの電圧の第1の状態が、2つ以上の電圧値を繰り返すパルス状の電圧値をとる。図21の例では、HFの電圧の第1の状態は、正の電圧値と0の電圧値とを繰り返す。ただし、これに限られず、3つの電圧値を繰り返す等、2つ以上の電圧値を繰り返してもよい。
バイアスパワーは、サイン波形又はパルス波形のパワーであってもよいし、テイラード波形のパワーであってもよい。つまり、バイアスの電圧又は電流は、サイン波形であってもよいし、LFパルス波形であってもよいし、図22に示すテイラード波形でもよい。テイラード波形では、図22に示すHFが第2の状態のときにバイアスのパワーを変調してもよいし、第1の状態のときにバイアスのパワーを変調してもよい。
10…処理容器
16…載置台(下部電極)
34…上部電極
47…給電棒
46…整合器
48…第1の高周波電源
50…可変直流電源
66…処理ガス供給源
84…排気装置
88…整合器
89…給電棒
90…第2の高周波電源
91…GNDブロック
100…プロセッサ
102…信号発生回路
105,108…方向性結合器
111…反射検出器
112…オシロスコープ
200…制御部
250…付加回路
300…インピーダンス変化回路
350…電磁石
Claims (29)
- 載置台を有するプラズマ処理装置の制御方法であって、
(a)第1の周波数でバイアスパワーを、前記プラズマ処理装置に配置され、被処理体を支持する前記載置台に供給する工程であって、バイアス波形の1周期は平均電位を有し、該平均電位はバイアス電位の前記1周期の時間積分を該1周期の時間長で除して得られた値であり、かつ、該バイアス波形の1周期は、該平均電位を超える電位を有する第1セクションと、該平均電位以下の電位を有する第2セクションとからなる、該工程と、
(b)前記第1の周波数よりも高い第2の周波数でソースパワーを前記載置台に供給する工程と、を有し、
前記(b)の工程は、前記バイアス波形の前記第2セクションの第1部分で前記第2の周波数を増加させ、前記第1部分よりも後の第2部分で前記第2の周波数を減少させるように、前記第2セクション全体にわたって前記第2の周波数を変化させることを含み、前記バイアスパワーによって生じる相互変調歪を抑制するように前記第2の周波数を制御する、制御方法。 - 前記第2の周波数を変化させることは、前記バイアス波形の前記第2セクション全体にわたって前記第2の周波数を連続的に変化させることを含む、請求項1に記載の制御方法。
- 前記(a)の工程において前記バイアス波形は高周波波形である、請求項1または2に記載の制御方法。
- 前記(b)の工程において、前記ソースパワーは周波数可変電源により供給されることを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の制御方法。
- 前記(b)の工程は、第1の状態および第2の状態を有する前記ソースパワーを供給することを含み、前記第1の状態は、前記第2の状態とは異なるソース高周波波形の周波数又は電圧レベルのうちの少なくとも1つを有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の制御方法。
- 前記(b)の工程において、前記第1の状態の間、前記バイアス波形の少なくとも1つの周期の間、固定周波数で前記ソースパワーが供給され、
前記第2の状態の間、前記バイアス波形の少なくとも別の周期の間、変化する周波数で前記ソースパワーが供給される、請求項5に記載の制御方法。 - 前記(b)の工程は、更に、
前記第1の状態の間、前記ソース高周波波形を前記バイアス波形の1周期の第1部分で振幅変調し、
前記第2の状態の間、前記ソース高周波波形を前記バイアス波形の1周期の第2部分で振幅変調し、
前記第1の状態の間の前記ソース高周波波形のピーク電圧は、前記第2の状態の間の前記ソース高周波波形のピーク電圧よりも大きい、請求項5に記載の制御方法。 - 前記第2の状態の間、前記ソース高周波波形の前記ピーク電圧は0Vである、請求項7に記載の制御方法。
- 前記第2セクションの前記第2の周波数は、前記第1セクションの前記第2の周波数とは異なる他の周波数である、請求項1~8のいずれか一項に記載の制御方法。
- 前記第1セクションは、前記バイアス波形の1周期におけるピーク電圧を含み、
前記第2セクションは、前記バイアス波形の1周期における最小電圧を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の制御方法。 - 所定時間の後、前記第2の周波数を変化させ、
前記所定時間は、前記バイアス波形の1周期よりも長い時間帯に設定された高周波のパルス波形の一周期である、請求項1~10のいずれか一項に記載の制御方法。 - 所定時間の後、前記第2の周波数を変化させ、
前記所定時間は、前記バイアス波形の1周期である、請求項1~10のいずれか一項に記載の制御方法。 - ソース高周波波形の周波数のレベル及び電圧レベルの少なくともいずれか一方を、前記載置台に供給される前記バイアスパワーと前記ソースパワーとの双方により生じるインピーダンスの不整合による相互変調歪を抑制するように制御する、請求項1~12のいずれか一項に記載の制御方法。
- 前記(a)の工程は、前記バイアスパワーの一部を、固定又は可変DC電圧として供給することを含む、請求項1~13のいずれか一項に記載の制御方法。
- 前記(a)の工程は、前記固定又は可変DC電圧を、パルス化されたDC電圧波形として供給することを含む、請求項14に記載の制御方法。
- 前記パルス化されたDC電圧波形は、0Vの第1電圧レベルと0Vより大きい第2電圧レベルの状態でオン/オフ変調される、請求項15に記載の制御方法。
- 被処理体を支持するように構成された載置台と、
プラズマ処理空間にてプラズマを生成するように構成されたプラズマ生成ソースであって、バイアス波形の第1の周波数よりも高い第2の周波数でソースパワーを前記載置台に供給するように構成されたソース電源と、
前記第1の周波数でバイアスパワーを前記載置台に供給するように構成され、前記バイアス波形の1周期は平均電位を有し、該平均電位はバイアス電位の前記1周期の時間積分を該1周期の時間長で除して得られた値であり、かつ、該バイアス波形の1周期は、該平均電位を超える電位を有する第1セクションと、該平均電位以下の電位を有する第2セクションとからなる、バイアス電源と、
前記第1の周波数を有する前記バイアス波形の位相に対応して、所定時間前記第2の周波数を変化させるように構成された制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記バイアス波形の前記第2セクションの第1部分で前記第2の周波数を増加させ、前記第1部分よりも後の第2部分で前記第2の周波数を減少させるように、前記第2セクション全体にわたって前記第2の周波数を変化させるように構成され、かつ、前記バイアスパワーによって生じる相互変調歪を抑制するように前記第2の周波数を制御するプラズマ処理装置。 - 前記制御部は、前記第1の周波数の1周期において前記第2の周波数を連続的に変化させるように構成される、請求項17に記載のプラズマ処理装置。
- 前記バイアス電源は、高周波パワーとして前記バイアスパワーを供給するように構成される、請求項17又は18に記載のプラズマ処理装置。
- 被処理体を支持するように構成された載置台と、
プラズマ処理空間にてプラズマを生成するように構成されたプラズマ生成ソースであって、バイアス波形の第1の周波数よりも高い第2の周波数でソースパワーを前記載置台に供給するように構成されたソース電源と、
前記第1の周波数でバイアスパワーを前記載置台に供給するように構成され、前記バイアス波形の1周期は平均電位を有し、該平均電位はバイアス電位の前記1周期の時間積分を該1周期の時間長で除して得られた値であり、かつ、該バイアス波形の1周期は、該平均電位を超える電位を有する第1セクションと、該平均電位以下の電位を有する第2セクションとからなる、バイアス電源と、
前記バイアスパワーによって生じる相互変調歪を抑制するように、前記第1の周波数の位相に対応して、前記バイアス波形の前記第2セクションの第1部分で前記第2の周波数を増加させ、前記第1部分よりも後の第2部分で前記第2の周波数を減少させるように、前記第2セクション全体にわたって前記第2の周波数を変化させる手段と、
を有するプラズマ処理装置。 - 前記載置台は、静電チャックを含む、請求項17~20のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記請求項1~16のいずれか一項に記載の制御方法をプロセッサに実行させるプログラム。
- 前記請求項22に記載のプログラムを記憶する記憶媒体。
- 前記第1の周波数は、200kHz~13.56MHzの範囲内である、請求項1~16のいずれか一項に記載の制御方法。
- 前記第2の周波数の最小周波数は、少なくとも13.56MHzである、請求項1~16のいずれか一項に記載の制御方法。
- 載置台を有するプラズマ処理装置の制御方法であって、
前記プラズマ処理装置のプラズマ処理空間の上部または内部に電磁石を有し、
(a)第1の周波数でバイアスパワーを、前記プラズマ処理装置に配置され、被処理体を支持する前記載置台に供給する工程であって、バイアス波形の1周期は平均電位を有し、該平均電位はバイアス電位の前記1周期の時間積分を該1周期の時間長で除して得られた値であり、かつ、該バイアス波形の1周期は、該平均電位を超える電位を有する第1セクションと、該平均電位以下の電位を有する第2セクションとからなる、該工程と、
(b)前記第1の周波数よりも高い第2の周波数でソースパワーを前記載置台に供給する工程と、を有し、
前記(b)の工程は、前記バイアス波形の前記第2セクションの第1部分で前記第2の周波数を増加させ、前記第1部分よりも後の第2部分で前記第2の周波数を減少させるように、前記第2セクション全体にわたって前記第2の周波数を変化させることを含み、前記バイアスパワーによって生じる相互変調歪を抑制するように前記第2の周波数を制御し、
前記(b)の工程は、さらに、前記電磁石により、前記プラズマ処理空間において磁場を発生させることを含む、制御方法。 - 前記バイアスパワーの高周波の周期に同期する信号の位相、該バイアスパワーの給電系で測定された電圧、電流もしくは電磁界の位相、前記バイアス波形の位相、前記バイアスパワーが印加される電極電位、LF Vdc、またはソース高周波の反射波パワーに応じて、前記電磁石の制御により、前記プラズマ処理空間における前記磁場の特性を変化させる、請求項26に記載の制御方法。
- 被処理体を支持するように構成された載置台と、
プラズマ処理空間の上部または内部に配置された電磁石と、
前記プラズマ処理空間にてプラズマを生成するように構成されたプラズマ生成ソースであって、バイアス波形の第1の周波数よりも高い第2の周波数でソースパワーを前記載置台に供給するように構成されたソース電源と、
前記第1の周波数でバイアスパワーを前記載置台に供給するように構成され、前記バイアス波形の1周期は平均電位を有し、該平均電位はバイアス電位の前記1周期の時間積分を該1周期の時間長で除して得られた値であり、かつ、該バイアス波形の1周期は、該平均電位を超える電位を有する第1セクションと、該平均電位以下の電位を有する第2セクションとからなる、バイアス電源と、
前記第1の周波数を有する前記バイアス波形の位相に対応して、所定時間前記第2の周波数を変化させるように構成された制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記バイアス波形の前記第2セクションの第1部分で前記第2の周波数を増加させ、前記第1部分よりも後の第2部分で前記第2の周波数を減少させるように、前記第2セクション全体にわたって前記第2の周波数を変化させるように構成され、かつ、前記バイアスパワーによって生じる相互変調歪を抑制するように前記第2の周波数を制御し、かつ、前記プラズマ処理空間における磁場の制御の為に前記電磁石を制御する、プラズマ処理装置。 - 前記バイアスパワーの高周波の周期に同期する信号の位相、該バイアスパワーの給電系で測定された電圧、電流もしくは電磁界の位相、前記バイアス波形の位相、前記バイアスパワーが印加される電極電位、LF Vdc、またはソース高周波の反射波パワーに応じて、前記電磁石の制御により、前記プラズマ処理空間における前記磁場の特性を変化させる、請求項28に記載のプラズマ処理装置。
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