JP7278466B2 - プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
電磁波供給部202Aは、電磁波を誘電体窓210から処理室201内に照射する導波管221と、プラズマを生成するための第1の高周波電力を整合器222Bを介して電磁波発生器222Cに供給する高周波電源222A(第1の高周波電源)とを備える。制御装置207は、高周波電源222A,整合器222B,および電磁波発生器222Cを制御して、電磁波発生器222Cが出力する電磁波をパルス状に変調する。なお、実施例1では、例えば2.45GHzのマイクロ波の電磁波が使用される。
次に、上述した供給電力の周期パターンについて説明する。
図2は、高周波電源203の出力設定の一例を説明する図である。
・期間A:供給電力400Wを100μ秒の期間でプラズマ負荷に出力する。
・期間B:供給電力250Wを200μ秒の期間で出力する。
・期間C:供給電力30Wを400μ秒の期間で出力する。
・期間D:供給電力200Wを250μ秒の期間で出力する。
・期間E:650μ秒のオフ期間
この周期パターンでは、期間A~Eの内で、期間Aが供給電力の出力レベルの大きい期間になる。
デューティ比(%)=供給電力の出力時間(秒)÷繰り返し周期(秒)×100 (1)
この周期パターンでは、期間A~Eの内で、期間Cが供給電力のデューティ比の大きい期間になる。なお、期間Eについては、供給電力がオフのため、供給電力のデューティ比は算出されない。
平均電力(W)=供給電力の設定値(W)×出力時間(秒)×周波数(Hz) (2)
この周期パターンでは、期間A~Eの内で、期間Bと期間Dとにおいて平均電力は最大かつ略等しくなる。そのため、平均電力レベルが高い期間候補は、期間Bおよび期間Dになる。
続いて、整合器204のモード設定について説明する。
図3は、整合器204に設定可能な複数のモードについて説明する図である。
以下、図3を参照して個々のモードについて順に説明する。
図3に示す第1モードでは、整合器204は、供給電力の出力レベルの大きい期間Aに合わせてインピーダンス整合を行う。それ以外の期間B~Dでは、インピーダンスは整合しないため、プラズマ負荷から高周波電源203に向かって反射波電力が発生する。しかしながら、供給電力の出力レベルの大きな期間Aにおいて大きな反射波電力が生じないため、反射波電力のピーク値は低く抑えられる。その作用により、第1モードは、インピーダンス不整合の影響を軽減する。
図3に示す第2モードでは、整合器204は、供給電力のデューティ比の大きい期間Cに合わせてインピーダンス整合を行う。それ以外の期間A~B、Dでは、インピーダンスは整合しないため、プラズマ負荷から高周波電源203に向かって反射波電力が発生する。しかしながら、出力時間の長い期間Cにおいて反射波電力が生じないため、反射波電力の影響する時間は短く抑えられる。その作用により、第2モードは、インピーダンス不整合の影響を軽減する。
ただし、平均電力の出力レベルの大きな期間候補が複数存在する場合は、期間候補の内で、供給電力の出力レベルの大きな期間に合わせてインピーダンス整合を行う。
図3に示す第3Aモードでは、整合器204は、平均電力の出力レベルの大きい期間B、Dの内で、供給電力の出力レベルの大きな期間Bに合わせてインピーダンス整合を行う。それ以外の期間A、C~Dでは、インピーダンスは整合しないため、プラズマ負荷から高周波電源203に向かって反射波電力が発生する。
しかしながら、平均電力の出力レベルが大きく、かつ供給電力の出力レベルが大きな期間Bにおいて大きな反射波電力が生じない。そのため、反射波電力の平均電力やピーク値は低く抑えられる。その作用により、第3Aモードは、インピーダンス不整合の影響を軽減する。
ただし、平均電力の出力レベルの大きな期間候補が複数存在する場合は、期間候補の内で、供給電力のデューティ比の大きな期間に合わせてインピーダンス整合を行う。
図3に示す第3Bモードでは、整合器204は、平均電力の出力レベルの大きい期間B、Dの内で、供給電力のデューティ比のより大きな期間Dに合わせてインピーダンス整合を行う。それ以外の期間A~Cでは、インピーダンスは整合しないため、プラズマ負荷から高周波電源203に向かって反射波電力が発生する。
しかしながら、平均電力の出力レベルが大きく、かつ供給電力のデューティ比が大きな期間Dにおいて大きな反射波電力が生じない。そのため、反射波電力の平均電力や影響する時間は低く抑えられる。その作用により、第3Bモードは、インピーダンス不整合の影響を軽減する。
すなわち、第3モードは、変調された高周波電力と期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基にインピーダンス整合する期間を規定するモード。例えば、平均電力の出力レベルの大きな期間(例えば平均出力レベルが最大の期間)に合わせてインピーダンス整合を行うモードである。
そのため、反射波電力の平均電力や影響する時間は低く抑えられる。その作用により、第3モードは、インピーダンス不整合の影響を軽減する。
次に、制御装置207の動作について説明する。
図4は、制御装置207によるモードの自動選択を説明するフローチャートである。
ここでは、同図に示すステップ番号の順に説明する。
ステップS03: 制御装置207は、「供給電力の2倍値」が保護電力値を超える期間が1つだけか否かを判定する。
ステップS07: 次に、制御装置207は、第2閾値th2を超える平均電力の値が1つだけか否かを判定する。
実施例1は、次のような効果を奏する。
次に、実施例2について更に説明する。
実施例2のプラズマ処理装置である、ECR(Electron Cyclotron Resonance)方式のマイクロ波プラズマエッチング装置は、実施例1のマイクロ波プラズマエッチング装置100(図1参照)と同じ構成である。そこで、実施例2の構成については、実施例1の構成説明および図1を参照することとし、ここでの重複説明を省略する。
実施例2では、制御装置207が、高周波電源222Aと電磁波発生器222Cとの間の整合器222Bを用いて、インピーダンス整合を行う期間を制御する。
すなわち、制御装置207は、電磁波発生器(高周波電力)の変調に応じて、第1モード、第2モード、または第3モード(第3Aモード,第3Bモード)のいずれかによって規定される期間において、整合器222Bのインピーダンス整合を実施する。
なお、実施例2の具体的動作の流れは、インピーダンス整合の動作対象が、実施例1の『(第2の)高周波電源203、整合器204、および試料載置用電極215』から『(第1の)高周波電源222A、整合器222B、および電磁波発生器222C』に置き換わる点を除けば、実施例1の具体的動作の流れと同様である。
そこで説明を簡単にするため、実施例2の動作に関する説明としては、実施例1の動作に関する説明について動作対象の変更とそれに伴う必要な読み替えを行うこととし、ここでの重複説明を省略する。なお、閾値などの動作パラメータの具体的数値については、実験やシミュレーション演算によって設計可能である。
実施例2は、第1の高周波電源222Aについて、実施例1の上記効果(1)~(15)と同様の効果を得ることが可能になる。
なお、実施例1,2では、第1閾値th1、第2閾値th2、第3閾値th3、およびその他のパラメータについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。第1閾値th1、第2閾値th2、第3閾値th3、およびその他のパラメータは、プラズマ処理におけるガスや圧力などの条件に応じて、実験やシミュレーション演算などに基づいて最適値を設定すればよい。
202A…電磁波供給部、202B…ガス供給装置、203…第2の高周波電源、
204…整合器、205…直流電源、206…フィルタ、207…制御装置、
208…真空容器、209…シャワープレート、210…誘電体窓、
211…排気用開閉バルブ、212…排気速度可変バルブ、213…真空排気装置、
214…磁場発生コイル、215…試料載置用電極(試料台)、221…導波管、
222A…第1の高周波電源、222B…整合器、222C…電磁波発生器、
300…ウェハ
Claims (10)
- 電磁波発生器が出力する電磁波により試料がプラズマ処理される処理室と、
プラズマを生成するための第1の高周波電力を、整合器を介して前記電磁波発生器に供給する第1の高周波電源と、
前記試料が載置される試料台と、
第2の高周波電力を前記試料台に供給する第2の高周波電源と、
前記整合器を制御する制御装置と
を備え、
前記整合器は、前記第1の高周波電源と前記電磁波発生器との間でインピーダンス整合を行い、
前記制御装置は、
前記第1の高周波電力を複数の振幅値を有する周期パターンによって変調すると共に、当該周期パターンの内で前記複数の振幅値のいずれかを出力する期間ごとに、変調された前記第1の高周波電力の、出力値、デューティ比および平均電力値それぞれの所定値に対応して設けたモードのいずれかを選択し、選択した当該モードに基づいて前記整合器による前記インピーダンス整合を制御する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 電磁波発生器が出力する電磁波により試料がプラズマ処理される処理室と、
プラズマを生成するための第1の高周波電力を前記電磁波発生器に供給する第1の高周波電源と、
前記試料が載置される試料台と、
整合器を介して第2の高周波電力を前記試料台に供給する第2の高周波電源と、
前記整合器を制御する制御装置と
を備え、
前記整合器は、前記第2の高周波電源と前記試料台との間でインピーダンス整合を行い、
前記制御装置は、
前記第2の高周波電力を複数の振幅値を有する周期パターンによって変調すると共に、当該周期パターンの内で前記複数の振幅値のいずれかを出力する期間ごとに、変調された前記第2の高周波電力の、出力値、デューティ比および平均電力値それぞれの所定値に対応して設けたモードのいずれかを選択し、選択した当該モードに基づいて前記整合器による前記インピーダンス整合を制御する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 試料がプラズマ処理される処理室と、
プラズマを生成するための第1の高周波電力を、整合器を介して供給する第1の高周波電源と、
前記試料が載置される試料台と、
第2の高周波電力を前記試料台に供給する第2の高周波電源と、
複数の振幅値を有し周期的に繰り返す波形により前記第1の高周波電力が変調される場合、前記整合器により整合を行うための要件が規定されたモードに対応する期間に前記整合を行うように前記整合器を制御する制御装置と
を備え、
前記モードは、前記変調された前記第1の高周波電力の値を基に前記整合を行うための要件が規定された第1モードと、前記変調された前記第1の高周波電力のデューティ比を基に前記整合を行うための要件が規定された第2モードと、前記変調された前記第1の高周波電力と前記期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基に前記整合を行うための要件が規定された第3モードを具備し、
前記期間は、前記複数の振幅値のいずれかに対応する前記波形の各期間である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 試料がプラズマ処理される処理室と、
プラズマを生成するための第1の高周波電力を供給する第1の高周波電源と、
前記試料が載置される試料台と、
整合器を介して第2の高周波電力を前記試料台に供給する第2の高周波電源と、
複数の振幅値を有し周期的に繰り返す波形により前記第2の高周波電力が変調される場合、前記整合器により整合を行うための要件が規定されたモードに対応する期間に前記整合を行うように前記整合器を制御する制御装置と
を備え、
前記モードは、前記変調された前記第2の高周波電力の値を基に前記整合を行うための要件が規定された第1モードと、前記変調された前記第2の高周波電力のデューティ比を基に前記整合を行うための要件が規定された第2モードと、前記変調された前記第2の高周波電力と前記期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基に前記整合を行うための要件が規定された第3モードを具備し、
前記期間は、前記複数の振幅値のいずれかに対応する前記波形の各期間である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置において、
前記モードは、前記変調された前記第1または前記第2の高周波電力の値を基に前記インピーダンス整合を行うための要件が規定された第1モードを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置において、
前記モードは、前記変調された前記第1または前記第2の高周波電力のデューティ比を基に前記インピーダンス整合を行うための要件が規定された第2モードを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置において、
前記モードは、前記変調された前記第1または前記第2の高周波電力と前記期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基に前記インピーダンス整合を行うための要件が規定された第3モードをさらに具備することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項3、請求項4または請求項7のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記第3モードは、前記第3モードに対応する期間候補が複数の場合、前記変調された前記第1または前記第2の高周波電力の値を基に要件が規定された第3Aモードと、前記デューティ比を基に要件が規定された第3Bモードをさらに具備することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 複数の振幅値を有し周期的に繰り返す波形により変調され整合器を介して供給された高周波電力により生成されたプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理方法において、
前記整合器により整合を行うための要件が規定されたモードに対応する期間に前記整合を行い、
前記モードは、前記変調された高周波電力の値を基に前記整合を行うための要件が規定された第1モードと、前記変調された高周波電力のデューティ比を基に前記整合を行うための要件が規定された第2モードと、前記変調された高周波電力と前記期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基に前記整合を行うための要件が規定された第3モードを具備し、
前記期間は、前記複数の振幅値のいずれかに対応する前記波形の各期間であることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 複数の振幅値を有し周期的に繰り返す波形により変調された高周波電力を整合器を介して試料が載置された試料台に供給しながら前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記整合器により整合を行うための要件が規定されたモードに対応する期間に前記整合を行い、
前記モードは、前記変調された高周波電力の値を基に前記整合を行うための要件が規定された第1モードと、前記変調された高周波電力のデューティ比を基に前記整合を行うための要件が規定された第2モードと、前記変調された高周波電力と前記期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基に前記整合を行うための要件が規定された第3モードを具備し、
前記期間は、前記複数の振幅値のいずれかに対応する前記波形の各期間であることを特徴とするプラズマ処理方法。
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