JPH01257331A - マイクロ波整合装置とマイクロ波整合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、たとえばＥＣＲプラズマ処理装置のように
マイクロ波を利用したＩＩ、詳しくは、マイクロ波発生
器と、管状に形成され前記マイクロ波発生器から発振さ
れたマイクロ波を伝達する導波管と、この導波管と結合
されてマイクロ波が導入される空間を形成するマイクロ
波容器と、前記導波管に配置され前記マイクロ波容器か
ら反射されてマイクロ波発生器へ戻るマイクロ波電力が
最小となるように調整される整合器と、前記マイクロ波
発生器と整合器との間に配され前記マイクロ波発生器へ
戻る反射電力を計測するマイクロ波モニタとを備え、前
記マイクロ波容器からの反射電力が最小となるように調
整される前記整合器の可動調整部が電気的に駆動可能に
構成されるとともにこの調整駆動が前記マイクロ波モニ
タによって計測された反射電力を用いて自動的になされ
るマイクロ波装置における前記整合器の整合状態を制御
する方法と装置とに関する。

〔従来の技術〕

マイクロ波によって被加工物を加熱する、あるいはマイ
クロ波によってガスなどを加熱゛してその加熱されたガ
スによって被加工物を加工する装置においては、加熱さ
れるガスあるいは被加工物がマイクロ波の負荷となるが
、負荷の条件を変えた場合には整合を取り直す必要が生
じてくる。また加工中に負荷の状態が変化した場合、マ
イクロ波と負荷のインピーダンスマツチングの状態が変
化し、マイクロ波の反射が増え、一定の加工ができなく
なる。例えばマイクロ波によって励起されたプラズマを
用いる装置、例えばＥＣＲプラズマＣＶＤ／工、チング
装置において薄膜の加工を行う際に薄膜の加工特性たと
えば加工速度などは投入されたマイクロ波電力に依存し
、整合の状態は各プロセス条件たとえばガス種、ガス圧
力などに大きく依存して変化するため、負荷に注入され
るマイクロ波電力が変化しプロセス条件を変えて膜の加
工を行う場合などに整合がとれなくなり、質の良い膜の
加工ができなくなることもあった。そのため常にマイク
ロ波の反射状態を監視し整合をとる必要があったが、こ
の整合を手動で行う場合には、速やかに整合させること
が困難であると同時に、膜を加工している最中に条件が
変化して整合がずれたような場合には調整しても最適条
件で膜加工を行うことができないという欠点があった。

このため、本願出願人と同一出願人による出＠：特願昭
６２−２５７５５０号明細書においては整合操作の自動
化が提案されている。これは整合器の可動調整部を電気
的に駆動可能に構成し、マイクロ波モニタにより計測し
た反射電力を制御入力として前記整合器を反射電力が最
小となるように自動制御するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、整合操作を自動的に行う場合にも、最終
整合状態に到達するに要する時間は、マイクロ波装置の
運転開始時点における可動調整部の位置により必ずしも
短くなかった。たとえば、整合器の可動調整部を構成す
る可動棒すなわちスタブがマイクロ波の進行方向にマイ
クロ波の波長と関連した一定の間隔をおいて３本整列し
て配され、この３本のスタブを導波管を貫いて順次マイ
クロ波の進行方向に垂直に進退させてマイクロ波定在波
の電界等位相面（Ｅ面）と磁界等位相面（Ｈ面）とを移
動させ、マイクロ波発生器に戻ってくる反射電力を最小
値に調整するスリー・スタブ・チューナの場合には、ま
ず最初の１本を反射電力が極小値をとるように導波管内
への挿入長さを調整した後、次の１本を調整して反射電
力がさらに小さい極小値を探し、さらに次の１本を調整
して前記第２の極小値よりさらに小さい極小値を探す操
作が行われるが、この調整操作の開始時点における可動
調整部の位置によっては、このような一連の操作を数サ
イクル繰り返して行わなければ最終整合状態に到達せず
、このため最終整合状態に到達するまでに比較的時間を
要し、最適条件下の膜加工が妨げられるという欠点があ
った。この発明の目的は、マイクロ波とその負荷との整
合をとる際にその整合操作を自動化することによって負
荷を変化させても最適な加工条件への整合が短時間に可
能となる整合方法と整合装置の構成とを提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明によれば、マイ
クロ波発生器と、管状に形成され前記マイクロ波発生器
から発振されたマイクロ波を伝達する導波管と、この導
波管と結合されてマイクロ波が導入される空間を形成す
るマイクロ波容器と、前記導波管に配置され前記マイク
ロ波容器から反射されてマイクロ波発生器へ戻るマイク
ロ波電力が最小となるように調整される整合器と、前記
マイクロ波発生器と整合器との間に配され前記マイクロ
波発生器へ戻る反射電力を計測するマイクロ波モニタと
を備え、前記マイクロ波容器からの反射電力が最小とな
るように調整される前記整合器の可動調整部が電気的に
駆動可能に構成されるとともにこの！Ｐｌ整駆動駆動記
マイクロ波モニタによって計測された反射電力を用いて
自動的になされるマイクロ波装置における前記整合器の
整合状態を制御する方法を、該装置の運転条件の変化に
対する前記可動調整部の最適整合位置の変化をあらかじ
め求めておき、運転開始時の運転条件に対する最適整合
位置から装置の運転が開始されるとともにこの位置を中
心にして整合器が制御される方法とするものとするとと
もに、整合器の整合状態をＩ！１１１１する整合装置の
構成を、マイクロ波装置を構成する機能ブロックごとに
該ブロックの運転を制御する専用コントローラと、該そ
れぞれの専用コントローラを介して前記機能ブロックの
運転を統括管理するコンピュータとを備えるとともに、
該コンピュータはマイクロ波容器内で進行させるプロセ
スの条件に対応する導波管内マイクロ波定在波のＥ面と
Ｈ面との最適位置データを検索してこれを格納するとと
もに該位置データをプロセス系機能ブロックの運転を制
御する専用コントローラに転送する手段を備え、該位置
データを転送されるプロセス系専用コントローラは該転
送された位置データに基づいて整合器の可動調整部を駆
動する手段を備えたものとして、この専用コントローラ
による整合器の可動調整部の駆動を、マイクロ波容器内
で進行させるプロセスの開始前に該プロセスの条件に対
応する導波管内マイクロ波定在波のＥ面とＨ面との最適
位置データを前記専用コントローラに転送しプロセス開
始前に先行プロセスの終了につづいて行なって完了させ
るものとする。

〔作用〕

マイクロ波装置として、例えばＥＣＲプラズマを発生さ
せてウェーハに膜形成を行わせあるいはエツチングを施
すＥＣＲプラズマ処理装置を対象とした場合には、プラ
ズマ処理に先立ち、プラズマを発生させるための準備１
例えばプラズマ生成室としてのマイクロ波容器を真空に
する、ウェーハをプラズマ生成室あるいはプラズマ生成
室と連通ずる処理室に搬入、設置する、プラズマ原料ガ
スをプラズマ生成室に導入する、などのいわゆる前処理
と、プラズマ処理後のプラズマ生成室の洗浄などのいわ
ゆる後処理とが必ず存在し、プラズマ処理を含むこれら
の処理は、マイクロ波装置を構成する複数の機能ブロッ
クすなわちプロセス系機能ブロックｉｌｌ送系機能ブロ
ック、真空系機能ブロックにより分担して行われる。従
ってマイクロ波整合装置を前述のように構成し、プラズ
マ処理すなわちプロセスの開始前に先行プロセスの終了
につづいて整合器を最適加工条件が得られるように制御
することにより、ＥＣＲプラズマ処理装置の最適加工条
件下での自動運転が可能になり、かつプロセスの再現性
向上を図ることができる。

〔実施例〕

第１図に本発明の整合方法を可能ならしめる。

整合器の自動調整のためのフローチャートの一実施例を
示し、第２図にこのフローチャートによって運転が制御
されるマイクロ波装置の構成例を示す。

第２図に示されるマイクロ波装置は、マイクロ波容器を
ＥＣＲプラズマ生成室３とする乾式薄膜加工装置であり
、４はプラズマ原料ガス導入管路。

６は励磁用ソレノイド、１２は反応ガス導入管路。

９は処理室、１０は処理を行う基ｖｉ１１を載置する基
板台、　１７はマイクロ波発生器である。この装置の導
波管１の途中に配置された整合器１５中の可動部分は、
外部から電気による調整駆動ができるように構成され、
マイクロ波モニタ１６により計測されたマイクロ波の反
射電力を制御人力として取り込んだコントローラ１８の
出力信号により、反射電力が最小となるように調整駆動
される。なお、この構成例においてはプラズマの発光ス
ペクトルを検知する光センサ１９が処理室９の壁面を貫
いて配置され、この光センサにより検知された光学量を
コントローラ１８へ入力される制御信号の１つとするこ
とにより、プラズマが生成されているときだけ整合器の
制御が行われるようにすることもできる。

以下、第１図に示すフローチャートを参照しつつ本発明
の整合方法を説明する。

あらかじめ加工を行う条件たとえばマイクロ波容器への
投入電力、ガス徨、ガス圧力などを設定し、この設定さ
れた加工条件のもとてマイクロ波発生器へ戻る反射電力
が整合器における可動調整部の位置によりどのように変
化するかを求め、反　　゛耐電力が最小となる可動調整
部の位置を求める。

このように反射電力が最小となる位置を加工条件を変え
て多数求め、これらの位置を各加工条件に対する整合条
件として記録し、あるいはマイクロコンピュータ等に記
憶させ、加工を行う場合には、その加工条件に対する整
合条件を前記の記録あるいはマイクロコンピュータの記
憶から求め、加工を開始する以前にこの記録に従って整
合器を調整しておき、その後に加工を開始する。加工を
開始した後でマイクロ波モニタにより計測された反射電
力を用いたフィードバック制御により最適の整合条件に
おいて加工を行い、整合状態があらかじめ設定された条
件、例えば反射電力が設定値Ｐ、よりも小さくなった場
合にフィードバックによる整合器の可動調整部の移動を
停止し、反射電力があらかじめ設定した値Ｐ０よりも上
回った場合にフィードバックによる整合器の可動調整部
の移動を再開するようにすることによって、加工の最初
から最適の整合条件で加工が可能となり、もし加工の途
中で整合がずれても、整合を速やかに取り直すことが可
能となり、良質な加工が可能となる。また、反射電力が
あらかじめ設定した値Ｐ、を下回った時に、整合器の可
動調整部の移動を停止する事によってフィードバック制
御によるふらつきから加工系を保護することができ、反
射電力が設定値Ｐ０を上回った時に整合器の制御を再開
することによって反射電力を常に設定値Ｐ０　　よりも
小さなものとしておくことができ、良質な加工が可能と
なる。

第３図に、第２図に示されるマイクロ波装置すなわちＥ
ＣＲプラズマ処理装置における整合器１５を制御する。

コントローラ１８を包含するマイクロ波整合装置構成の
一実施例を示す０図において、１０１はコンピュータで
あり、グラフィックＣＲＴ／　Ｋ　Ｅ　Ｙ２Ｏ２，プリ
ンタ１１０．補助記憶装置１１１が接続されている。　
１０２，１０３．１０４は、マイクロ波装置を構成する
機能ブロックである。プロセス系装置１０６、搬送系装
置１０７．真空系装置１０８をそれぞれ制御する専用コ
ントローラであり、これらは高速の通信回線１０５によ
り接続され、お互いにデータ転送を行っている。コンピ
ュータ上でプロセスデータ　（機能ブロックを構成する
各機器の状態を定義したデータとその状態を保持する時
間のデータ）を作成するが、このデータは第４図に示す
ように構成され、プロセスＮｏ、により管理され補助記
憶装置内に格納される。また、このプロセスデータを組
合せて装置を運転する手順を指示する運転データは、第
５図に示すように構成され同様に補助記憶装置内に格納
される。専用コントローラ１０２゜１０３、１０４とコ
ンピュータ１０１　とは通信回線１０５により接続され
、それぞれ自分自身が持つデータは他のコントローラに
常時サイクリックに転送されている。前記運転データは
前処理、プラズマ処理および後処理に関するデータを含
み、これらのデータに基づいて処理を操り返すことによ
りウェーハの膜形成を連続的に実行する。まず、コンピ
ュータはプロセスデータを補助記憶装置１１１から全て
読み出し、その状態データを全てチエツクする。

ここで、プラズマ発生プロセスデータのみを抽出し、そ
のプラズマ条件でのＥ面とＥ面の最適位置データが登録
されているかのチエツクを行い、登録されていない場合
にはオペレータにそのむねを通知する。登録がある場合
にはそのＥｉａＨの位置データをテーブルに格納する。

これを順次行い、すべてのプラズマ条件での最適位置デ
ータを検索し、テーブルに格納する。チエツク終了後、
実際の運転データをコントローラに転送開始する。

コンピュータ１０１からのキー操作で上述のＥとＨの位
置データによってプロセス系装置１０６の各機器を制御
し、目的とするプラズマ発生状態を作り、この状態での
マイクロ波導入口での反射が最小になる位置を専用コン
トローラ１０２が検索する。

このデータは通信回線１０５を通じてコンピュータ１０
１に転送され第７図のように、プラズマ条件とそのとき
のＥとＨの位置データを格納する。

ここで、データ転送方法について説明する。第６図に示
すように、コンピュータ１０１の通信領域にプロセスデ
ータ領域１１２．１１３を用意している。

また、この領域にデータを書き込んだことをコントロー
ラに対して通知する情報１１４−１，１１４−２も用意
している。更に、コントローラ側にはデータ領域が空い
ているか否かをコンピュータに通知するための情＠１１
１５，１１６がコントローラのデータ領域に用意されて
いる。まず、コンピュータは前記運転データを補助記憶
装置から読み出し、さらにその中に登録されているプロ
セスデータを読み出す。

そこで、空き情報領域１１５．１１６をみて空いている
方の領域へプロセスデータを書き込む、このとき、書き
込み完了時にその書き込んだ領域に対応する完了情報１
１４−Ｌ、Ｌｉ２−２を同時に設定する。

一方、コントローラ側は、プロセスデータが書き込まれ
たことを確認したらば現在の機器の状態とそのプロセス
データに定義されている機器の状態との比較を行い、遷
移（状態移行）可能かどうかのチエツクを行う。可能で
あれば、その状態になるように接続されている機器へ指
令を出力する。

また、不可能であれば、その返答を通信領域１１７を介
してコンピュータに通知する０次に、プロセスデータ内
に格納されている保持時間経過後、次に送られてくるプ
ロセスデータに対して同様のチ　・ニックを行い処理を
する。ここで、現在のプロセスデータ領域の空き情＄１
（１１５または１１６）をコンピュータに対して通知す
る。コンピュータは上記と同様の処理を行い、もう一方
の領域１１２または１１３ヘプロセスデータを書き込む
。コントローラは現在実行中の状態と送られてきたプロ
セスデータとのインターロックチエツクを前回のプロセ
スデータ実行中に行う、これにより、前回プロセスデー
タがタイムアツプ（保持時間経過済み）したらば、すぐ
に次プロセスデータの状態に遷移させることができる。

これにより、装置は状態を変化させながら運転される。

この運転とは別に、コンピュータは実行開始と同時に、
最初のプラズマ発生条件でのＥ（！：Ｈの最適位置デー
タをコントローラ側に転送する。プロセス制御用コント
ローラ１０２は、自動運転とは非同期にＥとＨの位置を
目的の最適位置まで移動する。従って実際にプラズマを
発生するプロセスを実行する前にはすでに、最適位置へ
移動しており、即座にマツチングがとれる。

つぎに、プラズマ発生プロセス終了と同時に、コンピュ
ータは次プラズマ発生プロセスのＥとＨの位置データを
コントローラ側に転送し、コントローラは後処理開始か
ら次の前処理終了までの間に移動を行う。このタイムチ
ャートを第８図に示す。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、マイクロ波導入
口における整合器の整合状態を制御する方法を、該装置
の運転条件の変化に対する整合器の可動調整部の最適整
合位置の変化をあらかじめ求めておき、運転開始時の運
転条件に対する最適整合位置から装置の運転が開始され
るとともにこの位置を中心にして整合器が制御される方
法としたので、加工の途中で整合がずれても整合を速や
かに取り直すことが可能になり、最適条件下での加工が
非最適条件下の加工を含むことなく可能となる。また、
整合器の整合状態を制御する装置を、マイクロ波装置を
構成する機能ブロックごとに該ブロックの運転を制御す
る専用コントローラと、該それぞれの専用コントローラ
を介して前記機能中 ブロックの運転を統括管理するコンピュータを用いて構
成し、コンピュータから専用コントローラへ導波管内Ｅ
面、Ｈ面の最適位置データを転送する手段を備えしめた
ので、最適加工条件下でのプロセス進行の自動化および
プロセス再現性の向上が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるマイクロ波整合方法を可能ならし
める制御のための一実施例によるフローチャート、第２
図は第１図のフローチャートによって運転が制御される
マイクロ波装置の構成例を示す説明図、第３図は本発明
によるマイクロ波整合装置構成の一実施例を示すブロッ
クダイアダラム、第４図および第５図はそれぞれプロセ
スデータおよび運転データの構成図、第６図はコンピュ
ータとコントローラとの間のデータ通信のためのデータ
領域の説明図、第７図は導波管内Ｅ面、Ｈ面の最適位置
データの構成図、第８図は導波管内Ｅ面、Ｈ面の最適位
１への移動時点を示す説明図である。 ｌ：導波管、３：プラズマ生成室（マイクロ波容器）、
１５：整合器、１６：マイクロ波モニタ、１７：マイク
ロ波発生器、１８ｊコントローラ、１０１：コンピュー
タ、１０２，１０３，１０４　　：コントローラ、１０
６＝プロセス系装置、１０７：ｉｌｌｌｌ送置装置０８
：第１図 第２■ 第３図 第４図 第５図 酌鈍埋　　　　プラズマ　　　　佃　　　　　第ｍ　　
　　　プラズマ　　　羨幻庁“プロｔス　　　フ℃セλ
　　　　ブＤＴ！λ　　　　プロピλ　　　プロＴ：λ
　　　力こス第８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波発生器と、管状に形成され前記マイク
   ロ波発生器から発振されたマイクロ波を伝達する導波管
   と、この導波管と結合されてマイクロ波が導入される空
   間を形成するマイクロ波容器と、前記導波管に配置され
   前記マイクロ波容器から反射されてマイクロ波発生器へ
   戻るマイクロ波電力が最小となるように調整される整合
   器と、前記マイクロ波発生器と整合器との間に配され前
   記マイクロ波発生器へ戻る反射電力を計測するマイクロ
   波モニタとを備え、前記マイクロ波容器からの反射電力
   が最小となるように調整される前記整合器の可動調整部
   が電気的に駆動可能に構成されるとともにこの調整駆動
   が前記マイクロ波モニタによって計測された反射電力を
   用いて自動的になされるマイクロ波装置における前記整
   合器の整合状態を制御する方法であって、該装置の運転
   条件の変化に対する前記可動調整部の最適整合位置の変
   化をあらかじめ求めておき、運転開始時の運転条件に対
   する最適整合位置から装置の運転が開始されるとともに
   この位置を中心にして整合器が制御されることを特徴と
   するマイクロ波整合方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載のマイクロ波装置に
   おける整合器の整合状態を制御する装置であって、マイ
   クロ波装置を構成する機能ブロックごとに該ブロックの
   運転を制御する専用コントローラと、該それぞれの専用
   コントローラを介して前記機能ブロックの運転を統括管
   理するコンピュータとを備えるとともに、該コンピュー
   タはマイクロ波容器内で進行させるプロセスの条件に対
   応する導波管内マイクロ波定在波のＥ面とＨ面との最適
   位置データを検索してこれを格納するとともに該位置デ
   ータをプロセス系機能ブロックの運転を制御する専用コ
   ントローラに転送する手段を備え、該位置データを転送
   されるプロセス系専用コントローラは該転送された位置
   データに基づいて整合器の可動調整部を駆動する手段を
   備えていることを特徴とするマイクロ波整合装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項に記載のマイクロ波整合装
   置を用いたマイクロ波整合方法であって、プロセス系機
   能ブロックの運転を制御する専用コントローラによる整
   合器の可動調整部の駆動を、マイクロ波容器内で進行さ
   せるプロセスの開始前に該プロセスの条件に対応する導
   波管内マイクロ波定在波のＥ面とＨ面との最適位置デー
   タを前記専用コントローラに転送しプロセス開始前に先
   行プロセスの終了につづいて行なって完了させることを
   特徴とするマイクロ波整合方法。