JPH03263828A - プラズマ処理方法及び装置 - 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〕 本発明は、プラズマ処理技術に関し、特に半導体集積回
路装置の製造工程で行われるプラズマ処理技術に適用し
て有効な技術に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のマイクロ波プラズマ装置において、その装置を構
成するマイクロ波発振装置においては、その立ち上げ時
あるいはメンテナンス時に、マグネトロンに高電圧を印
加してマイクロ波を発生した後、作業者が装置に設置さ
れている反射波電力メータを観測して、その測定値が入
射波電力の１／１０以下となるように、スタブ整合器を
手動で調整しながら、出力設定つまみを徐々に増加し、
所定のマイクロ波電力がプラズマ生成基（以下、負荷と
もいう）側に印加されるように操作していた。

ところで、インピーダンスが定まらない負荷へマイクロ
波電力を有効に送り込み、かつプラズマ放電の安定性を
良好にするには、マイクロ波発生源と負荷とのインピー
ダンス整合が必要である。

上記マイクロ波発振装置においては、反射波電力が零（
０）となるように、作業者がスタブ整合器を手動で調整
し、だいたいのインピーダンス整合点を設定するように
なっている。しかし、作業者が反射波電力メータを観測
しながら手動でインピーダンス整合点を調整するのでは
、充分な調整精度が得られず、調整の度にその値が若干
具なり、プラズマ処理の再現性が良好といえない。さら
に、プラズマ処理毎または処理中に、例えばプラズマ生
成室内における汚れ等の経時変化やガス流量や圧力等の
処理条件あるいはガスの種類等の処理雰囲気の変動によ
り、負荷のインピーダンスが変動するが、人手調整では
、その変動に追従してインピーダンス整合点を設定する
ことは不可能であり、プラズマ放電が不安定となってし
まう。

そこで、その整合動作を自動的に行うようにするために
、マイクロ波オートマツチング装置を用いることが考え
られる。このマイクロ波オートマツチング装置を使用す
る場合においては、４本のスタブを自動的に動作させな
から導波管内に設けられた４探針形の検出器によって定
在波の状態を検出し、定在波がなくなった状態、すなわ
ちインピーダンス整合点に設定された段階でスタブの動
作を停止するように構成される。例えばスタブは２本で
１組となって構成され、２本のスタブが１個のモータに
よって“つるべ運動する″ように構成することができる
。スタブの動作は予めパターン化され、例えば次のよう
に構成される。すなわち、まず、どちらか一方の組のス
タブを動作させながら所定時間毎に定在波の状態を検出
器により検出する。その動作中に定在波がなくなればそ
の動作を停止するが、その組のスタブを最大まで動作さ
せても定在波がなくならない場合には、その組のスタブ
を導波管から抜き出しながら他方の組のスタブを自動的
に動作させて定在波の状態を検出する。このような動作
を定在波がなくなるまで続けてインピーダンス整合点を
自動的に探索することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記したように、負荷のインピーダンスは、
例えば経時変化等により処理毎あるいは処理中に変化し
てしまう。したがって、インピーダンス整合点は一つで
はなく、負荷のインピーダンス値の変化に対応して複数
存在することになる。

すなわち、本発明者の検討によれば、インピーダンス整
合時のプラズマ安定モードは、負荷のインピーダンスの
違いによって複数存在することが見い出された。

ところが、上記の自動インピーダンス整合技術を使用す
る場合においては、インピーダンス整合をとることしか
考慮されないので、複数存在するプラズマ安定モードの
うちの所定のプラズマ安定モードを選択することはでき
ず、処理毎、処理装置毎あるいは処理中に、負荷のイン
ピーダンスおよびプラズマ安定モードが変化してしまい
、プラズマ放電の安定性および処理プロセスの再現性が
得られない問題があった。特に、処理中に、負荷のイン
ピーダンスが変動し、例えばいずれもインピーダンス整
合状態であっても、その時の負荷のインピーダンスが非
線形的に移動し合うノ＼ンチング現象が発生してしまい
、プラズマ放電の安定性および処理プロセスの再現性が
得られない問題があった０ また、処理条件や処理雰囲気等の異なる複数の処理ステ
ップを一貫して行う多段階プラズマ処理等においては、
各ステップ毎に最適なプラズマ安定モードが存在するが
、従来技術では、インピーダンス整合はとれても各ステ
ップに最適なプラズマ安定モードを選択することはでき
ないので、多段階プラズマ処理を一貫して良好に行うこ
とができない問題があった。

さらに、上記のようなスタブの自動動作では、負荷のイ
ンピーダンスの急激、かつ微妙な変動に対して高速、か
つ高精度に対応することができないので、プラズマ放電
の安定性およびプロセスの再現性が得られない問題があ
った。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その
目的は、プラズマ放電の安定性およびプロセスの再現性
を向上させることのできる技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、多段階プロセスにおけるプラズマ
処理を一貫して良好に行うことのできる技術を提供する
ことにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、明
細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

すなわち、請求項１記載の発明は、プラズマ処理の立ち
上げ時に、またはプラズマ処理中に、与えられたマイク
ロ波に対して発生する電界定在波の振幅を検出して、電
圧定在波の振幅と位相を算出し、さらにその値に基づい
て負荷のインピーダンス値を算出し、その算出値に基づ
いてマイクロ波発生源側とプラズマ生成室側とのインピ
ーダンスを整合するとともに、前記算出値を予め設定さ
れた目標値に近づけるように、プラズマモード選択手段
を制御することにより、複数存在するインピーダンス整
合点のそれぞれのプラズマ安定モードのうち、所定のプ
ラズマ安定モードを自動的に選択するプラズマ処理方法
とするものである。

〔作用〕

上記した請求項１記載の発明によれば、例えば一つのプ
ラズマ処理に際して常に一つのプラズマ安定モードを選
択するように目標値を設定することにより、処理毎、装
置毎あるいは処理中に、貫して同一のプラズマ安定モー
ドでプラズマ処理を行うことができるので、処理毎ある
いは装置毎の特性のバラツキや処理中における負荷のイ
ンピーダンス変動およびハンチング現象等を防止するこ
とができる。

また、例えば多段階プラズマ処理等においては、各ステ
ップ毎に最適なプラズマ安定モードを選択するように目
標値を設定することにより、各ステップに最適なプラズ
マを生成することができるので、多段階プラズマ処理を
一貫して良好に行うことができる。

さらに、例えば負荷のインピーダンス値と、算出された
負荷のインピーダンス値を目標値にするために最適なプ
ラズマモード選択手段の制御指令との相関表を作成して
おき、その相関表に基づいてプラズマモード選択手段を
制御することにより、プラズマ処理の立ち上げに際して
は、所定のプラズマ安定モードを高速で設定することが
でき、また、プラズマ処理中においては、負荷のインピ
ーダンスの急激、かつ微妙な変動等に高速、かつ高精度
に対応することができる。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の要
部構成図、第２図はこのプラズマ処理装置のスタブ整合
器を示す説明図である。

以下、本実施例１のプラズマ処理装置を第１図および第
２図により説明する。

第１図に示す本実施例１のプラズマ処理装置１は、例え
ばＥＣＲプラズマ・ドライエツチング装置である。

プラズマ処理装置１は、高圧電源２と、マイクロ波発生
源３と、アイソレータ４と、方向性結合器５と、導波管
６と、パワーモニタ（検出器）７ａと、スタブ整合器（
プラズマモード選択手段〉８と、プラズマ生成室９と、
石英等からＩヨるベルジャ１０と、第一、第二電磁コイ
ル（プラズマモード選択手段）ｌｌａ、ｌｌｂと、励磁
用電源１２と、パーソナルコンピュータ（コントロール
部；以下、単にコンピュータという〉　１３と、下部ス
テージ１４と、バイアス用高周波電源１５とを有してお
り、下部ステージ１４上には、例えばサブミクロンの設
計ルールの半導体集積回路が形成されるシリコン（Ｓｉ
）からなる半導体ウエノ＼（被処理物）１６が載置され
ている。

マイクロ波発生源３には、図示しないマグネトロンが設
置されている。マグネトロンは、高圧電源２から高電圧
が印加されると、例えば２゜４５０にのマイクロ波を発
生するようになっている。マイクロ波発生源３から発生
したマイクロ波は、導波管６を通じてプラズマ生成室９
内へ伝搬されるようになっている。

導波管６内にはパワーモニタ７ａとスタブ整合器８とが
設置されている。

パワーモニタ７ａは、例えば電圧定在波の振幅等の定在
波量を検出するための検出部であり、マイクロ波の導波
管内波長をλｇとすると、例えばλｇ／４．λｇ／６．
λｇ／８おきに配置された少なくとも３本の探針（図示
せず）によって構成されている。また、パワーモニタ７
ａは、コンピュータ１３と電気的に接続されており、検
出された定在波信号等をコンピュータ１３に伝送するよ
うになっている。

ところで、本発明者の検討によれば、プラズマ生成室９
側に同じマイクロ波電力を供給しても負荷のインピーダ
ンス値の違いによって全く異なるプラズマ安定モードが
存在すること、および負荷のインピーダンス値は、スタ
ブ整合器または電磁コイルによって調整できることが見
い出された。

そこで、本実施例１のプラズマ処理装置１におけるスタ
ブ整合器８においては、マイクロ波発生源３側と負荷と
のインピーダンスを整合する機能を備えるとともに、コ
ンピュータ１３と電気的に接続されて、プラズマ放電後
のプラズマ処理装置１の立ち上げ時に、コンピュータ１
３から伝送された制御信号に基づいて負荷のインピーダ
ンス値を所定値に設定し、複数存在するプラズマ安定モ
ードのうち、所定のプラズマ安定モードを自動的に選択
する機能を備えている。

スタブ整合器８は、第２図に示すように、例えば３本の
スタブ８ａ＋　〜８ａｓ　と、各スタブ８ａ〜８ａｓ　
毎に配置されたパルスモータ８ｂ＋　〜８ｔ）ｓ　　と
から構成されている。

パワーモニタ７ａより負荷側に設けられたスタブ整合器
８は、上記パワーモニタ７ａを構成する探針から、例え
ばパワーモニタ７ａヘスタブによる乱れが生じない程度
に離れた位置に配置されている。また、各スタブ８ａ＋
　〜８ａ３　は、導波管６内に、例えばλｇ／６あるい
はλｇ／４．λｇ／８おきに配置されている。そして、
各スタブ８ａ、〜８ａ３の挿入、抜き出し動作は、各パ
ルスモータ８ｔｚ　〜８ｂ３　によって独立して制御さ
れるようになっている。

パルスモータ８ｂ１〜８ｂ３　は、コンピュータ１３と
電気的に接続されており、コンピュータ１３によって、
その動作が制御されるようになっている。

一方、プラズマ処理装置１のベルジャ１０の近傍には、
第一、第二電磁コイルｌｌａ、ｌｌｂが設置されている
。

第一、第二電磁コイルｌｌａ、ｌｌｂは、電界に対して
直交する磁場を半導体ウェハ１６の上方に形成し、電子
を半導体ウェハ１６の上面近傍に閉じ込めてイオン化効
率を向上させる機能を備えている。

第一、第二電磁コイル１］、ａ、１１ｂの各々は、励磁
用電源１２に独立して電気的に接続されている。すなわ
ち、第一、第二電磁コイルｌｌａ、１１ｂには、励磁用
電源１２から独立して電流が供給されるようになってい
る。励磁用電源１２は、コンピュータ１３に電気的に接
続されている。そして、本実施例１のプラズマ処理装置
１における第一、第二電磁コイルｌｌａ、ｌｌｂは、プ
ラズマ放電後のプラズマ処理装置１の立ち上げ時に、コ
ンピュータ１３から伝送された制御信号に基づいて負荷
のインピーダンス値を所定値に設定し、複数存在するプ
ラズマ安定モードのうち、所定のプラズマ安定モードを
自動的に選択できるようになっている。

コンピュータ１３は、プラズマ放電後のプラズマ処理装
置１の立ち上げ時に、パワーモニタ７ａによって検出さ
れた定在波量等に基づいて、例えば電圧定在波の振幅と
位相とを算出し、さらにその値に基づいて負荷のインピ
ーダンス値を算出し、その算出値と予めコンピュータ１
３の記憶部１３ａに記憶された負荷のインピーダンスの
目標値とを比較してその算出値が目標値の許容範囲を超
えている場合には、その算出値が目標値に近づくように
、スタブ整合器８または第一、第二電磁コイルｌ】ａ、
ｌｌｂに制御信号を伝送し、所定のプラズマ処理が一貫
して同一のプラズマ安定モードで行われるように自動制
御するようになっている。

記憶部１３ａに予め記憶された目標値には、所定のプラ
ズマ処理に際して、その処理を行うのに最も適したプラ
ズマ安定モードを選択するための負荷のインピーダンス
値が設定されている。

また、記憶部１３ａには、予め設定された負荷のインピ
ーダンス値と、その値に対応する制御指令とを記した相
関表が目標値とともに記憶されている。制御指令には、
負荷のインピーダンス値が算出された段階で、その算出
値を最も速く目標値に近づけるために、どのようにスタ
ブ整合器８または第一、第二電磁コイルｌｌａ、ｌｌｂ
を制御すべきか、例えば何番のスタブを何ｍｍ挿入すれ
ば良いか、あるいは何番の電磁コイルに何アンペア（Ａ
）の励磁電流を流せば良いか等の指令が記憶されている
。

なお、バイアス用高周波電源１５は、半導体ウェハ１６
に高周波バイアス電圧を印加することにより、イオンエ
ネルギーを独立して制御し、エツチング速度やエツチン
グ形状等を制御するための電源である。

次に、本実施例１のプラズマ処理方法を説明する。なお
、本実施例１においては、例えば酸素（０２）プラズマ
を用いた場合について説明する。

まず、プラズマ生成室９内に、例えば０２ガスを１５０
　ｍｆ！／ｍ］ｎ程度導入し、ロータリーホンプ（図示
せず）によりプラズマ生成室９内の圧力を、例えば１．
６　Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒ程度とする。この際、半導体
ウェハ１６と下部ステージ１４との間に、例えばウェハ
冷却用のヘリウム（Ｈｅ）を７−／ｍｉｎ程度導入する
。

この状態で高圧電源２からマイクロ波発生源３のマグネ
トロンに、例えば８５０Ｗ程度の電力を供給して、例え
ば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させ、このマイク
ロ波を導波管６を通じてプラズマ生成室９に伝搬し、プ
ラズマ生成室９内にプラズマを生成する。この時の第一
、第二電磁コイル１１ａ、１１ｂの励磁電流は、各々、
例えば２５Ａ、ＩＯＡとする。

このようなプラズマ処理装置１の立ち上げ時に、パワー
モニタ７ａは、定在波信号等を検出し、その信号をコン
ピュータ１３に伝送する。コンピュータ１３は、伝送さ
れた定在波信号に基づいて、例えば電圧定在波の振幅と
位相とを算出し、さらにその値に基づいて負荷のインピ
ーダンス値を算出するとともに、例えば本実施例１にお
いては、その算出値に基づいて反射波が零（０）となる
ように、スタブ整合器８に制御信号を伝送する。この際
の各スタブ８ａ＋　　〜８ａ、の挿入量は、各々、例え
ば９．９７ｍｍ、　　１０．３０ｍｍ、　　Ｏｍｍであ
る。

ここで、単に反射波を零（０〉にするようにスタブ整合
器８を制御しただけでは、目標以外の他のインピーダン
ス整合点で整合がとれてしまう場合もあるので、本実施
例１においては、以下のようにする。すなわち、まず、
コンピュータ１３は、負荷のインピーダンスの算出値と
、記憶部１３ａに予め設定された負荷のインピーダンス
の目標値とを比較し、その算出値が目標値の許容範囲を
超える場合には、その算出値が目標値に近づくように、
例えば第一、第二電磁コイル１１ａ、１１ｂを制御する
。その制御の方法として、コンピュータ１３は、まず、
予め記憶部１３ａに記憶された負荷のインピーダンス値
と電磁コイルの制御指令との相関表を参照し、負荷のイ
ンピーダンスの算出値を最も速く目標値に設定するため
の制御指令を探索し、それを制御信号として励磁用電源
１２に伝送する。

励磁用電源１２は、コンピュータ１３から伝送された制
御信号に基づいて第一、第二電磁コイル１１ａ、ｌｌｂ
に所定の励磁電流を流し、磁場を制御して負荷のインピ
ーダンス値を目標値に自動設定する。ここで、例えばプ
ラズマ処理に際して一貫して発光強度の強いプラズマ安
定モードとなるように目標値を設定した場合、励磁用電
源１２は、コンピュータ１３からの制御信号に基づいて
第一１第二電磁コイルｌｌａ、ｌｌｂに、各々、例えば
２５Ａ、９Ａの励磁電流を流す。また、例えばプラズマ
処理に際して一貫して発光強度の弱いプラズマ安定モー
ドとプ；るように目標値を設定した場合、励磁用電源１
２は、コンピュータ１３からの制御信号に基づいて第一
、第二電磁コイル１１ａ、１１ｂに、各々、例えば１６
．５Ａ、９Ａの励磁電流を流す。

このようにしてインピーダンス整合点および所定のプラ
ズマ安定モードを設定した後、プラズマ処理が一貫して
同一のプラズマ安定モードで行われるように、スタブ整
合器８および第一、第二電磁コイルｌｌａ、ｌｌｂの設
定値を固定してプラズマ処理を続ける。

なお、プラズマ処理に際しては、バイアス用高周波電源
１５に、例えば３０Ｗ程度の電力を供給することにより
、イオンエネルギーを独立して制御し、エツチング速度
やエツチング形状等を制御する。

このように本実施例１によれば、以下の効果を得ること
が可能となる。

（１）、プラズマ処理の立ち上げ時に、パワーモニタ７
ａによって検出された検出信号に基づいて負荷のインピ
ーダンス値を算出し、その算出値に基づいてマイクロ波
発生源３側と負荷とのインピーダンスを整合するととも
に、その算出値を、予め設定された常に一つのプラズマ
安定モードを選択する目標値に近づけるように、第一、
第二電磁コイルｌｌａ、ｌｌｂを制御して、複数存在す
るプラズマ安定モードのうち、所定のプラズマ安定モー
ドを自動的に選択することにより、プラズマ処理に際し
て、与えられたマイクロ波に対して発生する負荷のイン
ピーダンス値を常に一定領域に保つことができるので、
処理毎あるいは装置毎の特性のバラツキ等を防止するこ
とが可能となる。

Ｃ２）、負荷のインピーダンス値と、電磁コイルの制御
指令との相関表を予め作成しておき、その相関表基づい
て第一、第二電磁コイル］］、ａ、ｌｌｂを制御するこ
とにより、負荷のインピーダンス値を目標値に高速で設
定することが可能となる。

（３）、上記（１）、　（２）により、プラズマ放電の
安定性およびプロセスの再現性を大幅に向上させること
が可能となる。

（４）、上記（１）〜（３）により、プラズマ処理にお
けるサブミクロン加工精度が大幅に向上するので、サブ
ミクロン構造の半導体集積回路装置の信頼性および歩留
りを向上させることが可能となる。

〔実施例２〕 ところで、前記実施例１においては、所定のプラズマ安
定モードを第一、第二電磁コイル１ｌａ１１ｂによって
自動的に選択した場合について説明したが、これに限定
されるものではない。例えば、前記実施例１で用いた第
１図、第２図により説明すると、例えば所定のプラズマ
安定モードをスタブ整合器８によって自動的に選択して
も良い。

そして、この場合、プラズマ放電直後の負荷のインピー
ダンス値が初めから目標値に近くなるように、プラズマ
放電の前にスタブ整合器８を予め自動設定しておいても
良い。

すなわち、本実施例２においてコンピュータ１３は、例
えばプラズマ処理装置１の電源投入と同時に、プラズマ
放電直後の負荷のインピーダンス値が初めから目標値に
近くなるように、スタブ整合器８を自動設定する。

例えば発光強度の強いプラズマ安定モードとなるように
目標値を設定した場合は、スタブ８ａ＋のみを所定量だ
け挿入する。また、例えば発光強度の弱いプラズマ安定
モードとなるように目標値を設定した場合は、スタブ８
ａ３のみを所定量だけ挿入する。ここで、本実施例２に
おいては、第第二電磁コイルｌｌａ、ｌｌｂの励磁電流
を、各々、例えば２５Ａ、ＩＯＡに固定する。

次いで、プラズマ放電を開始すると、パワーモニタ７ａ
は、定在波量等を検出し、その信号をコンピュータ１３
に伝送する。コンピュータ１３では、その信号から負荷
のインピーダンス値を算出する。コンピュータ１３は、
その算出値に基づいて、例えば反射波が零（０）となる
ように、かつその算出値と目標値とを比較してその算出
値が目標値の許容範囲を超えている場合には、その算出
値が目標値に近づくように、前記した相関表を参照して
、スタブ整合器８に制御信号を伝送する。

スタブ整合器８は、コンピュータ１３から伝送された制
御信号に基づいて、マイクロ波発生源３側と負荷とのイ
ンピーダンスを整合するとともに、スタブ８ａ＋　〜８
ａｉを動作させて負荷のインピーダンス値を目標値に自
動設定する。この際、プラズマ放電前に、放電直後の負
荷のインピーダンス値が目標値に近くなるようにスタブ
整合器８をある程度設定しであるので、放電直後の負荷
のインピーダンス値を高速で目標値に設定することがで
きる。

ここで、例えば発光強度の強いプラズマ安定モードとな
るように目標値を設定した場合は、スタブ８ａ＋　〜８
ａｓを、各々、例えば１５ｍｍ、Ｏｍｍ。

ＯＮとする。また、例えば発光強度の弱いプラズマ安定
モードとなるように目標値を設定した場合は、スタブ８
ａ＋　〜８ａｉ　を、各々、例えばＱｍｍ。

０ｍｍ１５ｍｍとする。

このようにしてインピーダンス整合点および所定のプラ
ズマ安定モードを自動設定した後、プラズマ処理を一貫
して同一のプラズマ安定モードで行うように、スタブ整
合器８および第一、第二電磁コイルｌｌａ、ｌｌｂの設
定値を固定してプラズマ処理を続ける。

以上、本実施例２によれば、プラズマ放電の前に、放電
直後の負荷のインピーダンス値が初めから目標値に近く
なるように、スタブ整合器８を予め自動設定しておくこ
とにより、インピーダンス整合およびプラズマ安定モー
ドを高速で自動設定することが可能となる。

〔実施例３〕 ところで、前記実施例１，２においては、プラズマ処理
装置１の立ち上げ時に、所定のプラズマ安定モードを自
動的に選択し、安定したプラズマを生成した。そして、
その際のスタブ整合器８および第一、第二電磁コイルｌ
ｌａ、１．１ｔ）の設定値を固定した状態でプラズマ処
理を行った。

しかし、プラズマ処理によっては、その処理中に、例え
ばプラズマ生成室９内の汚れ等の経時変化やガス流量や
圧力等の処理条件の変化あるいはガスの種類等の処理雰
囲気の変化によって負荷のインピーダンス値が変動し、
プラズマ安定モードが非線形的に変動する場合がある。

そこで、本実施例３においては、プラズマ処理中におい
ても継続して所定のプラズマ安定モードを自動的に選択
するようにした。すなわち、例えば、前記実施例１で用
いた第１図、第２図により説明すると、パワーモニタ７
ａは、プラズマ処理中においても定在波信号等を検出し
続け、その信号をコンピュータ１３に伝送する。コンピ
ュータ１３では、その信号から負荷のインピーダンス値
を算出し、かつその時々の算出値と目標値とを比較して
、その算出値が目標値の許容範囲を超えた場合には、そ
の算出値が目標値に近づくように、前記した負荷インピ
ーダンス値と制御指令との相関表を参照して、スタブ整
合器８または第一、第二電磁コイル１１ａ、１１ｂを自
動的に制御し続ける。

以上、本実施例３によれば、以下の効果を得ることが可
能となる。

（１）、すなわち、プラズマ処理中に負荷のインピーダ
ンスが何らかの原因で急激に変動しても、その時々に応
じて負荷のインピーダンス値を目標値に近づくように、
スタブ整合器８や第一、第二電磁コイルＩｌａ、ｌｌｂ
を自動制御することにより、プラズマ処理中に負荷のイ
ンピーダンス値を常に一定領域に保つことができるので
、負荷のインピーダンスの変動やハンチング現象等を防
止することができ、プラズマ放電の安定性およびプロセ
スの再現性を大幅に向上させることが可能となる。

（２）、また、負荷のインピーダンス値と、電磁コイル
の制御指令との相関表を予め作成しておき、その相関表
に基づいて第一、第二電磁コイル１１ａ。

１１ｂを制御することにより、負荷のインピーダンスの
急激、かつ微妙な変動に対して高速、かつ高精度に対応
することが可能となる。

〔実施例４〕 ところで、前記実施例１〜３においては、プラズマ処理
を一貫して同一のプラズマ安定モードで行う場合につい
て説明した。しかし、例えば多段階プラズマエツチング
処理においては、各エツチングステップ毎に最適なプラ
ズマ安定モードが異なる場合がある。

例えばＴｉＷ／Ａｊ！−３ｉ−Ｃｕ／ＴｉＷの積層膜を
プラズマエツチング処理する場合、ＴｉＷは、通常、Ｓ
Ｆ、をベースとしたフッ素（Ｆ）系のガスによってエツ
チングし、そのエツチング処理においては、第一、第二
電磁コイル］、、１ａ、１１ｂの励磁電流を、各々、例
えば２５Ａ、９Ａとした時が最も安定なプラズマを生成
することができる。

一方、ＡＲ−３ｉ−Ｃｕ合金は、通常、ＢＣｆ＋ＣＩ７
等の塩素（Ｃｊｌり系のガスによってエツチングし、そ
のエツチング処理においては、第二電磁コイル１１ａ、
ｌｌｂの励磁電流を、各々、例えば（２５Ａ、ＩＩＡ）
、（２５Ａ、１０Ａ）あるいは（２５Ａ、９Ａ）とした
時が最も安定なプラズマを生成することができるが、そ
の中でも、２５Ａ、１．ＯＡの時が最も塩素の発光強度
が強く、エツチングレートの高いプラズマを生成するこ
とができる。

ここで、仮にＡｌ−３ｉ−Ｃｕ合金に合わせて第一、第
二電磁コイル１１ａ、１．１ｂの設定値を２５Ａ、ＩＯ
Ａに設定して積層膜のプラズマエツチング処理を一貫し
て行うと、ＴｉＷのエツチング処理の際に、プラズマ放
電が不安定となるとともに、インピーダンス整合もとれ
なくなり、実効入射電力の再現性が得られなくなってし
まう。

そこで、本実施例４においては、多段階プラズマエツチ
ング処理に際して、ＴｉＷ−（Ａｆ−３ｉ−Ｃｕ合金）
→ＴｉＷの各エツチングステップ毎に、それに最適なプ
ラズマ安定モードが選択されるように目標値を予め設定
しておくようにした。

そして、コンピュータ１３は、パワーモニタ７ａによっ
て検出された定在波信号等に基づいて、負荷のインピー
ダンス値を算出し、その算出値と各エツチングステップ
毎に設定された負荷のインピーダンスの目標値とを比較
して、各エツチングステップ毎に、それに最適なプラズ
マが生成されるように、前記相関表を参照して、スタブ
整合器８または第一、第二電磁コイルｌｌａ、Ｉｌｂを
自動的に制御する。

以上、本実施例４によれば、以下の効果を得ることが可
能となる。

（１）、すなわち、例えば多段階プラズマエツチング処
理において、各エツチングステップ毎に最適なプラズマ
安定モードを選択するように目標値を予め設定しておく
ことにより、その処理に際し、各エツチングステップ毎
に最適なプラズマを生成することができるので、多段階
プラズマエツチング処理を一貫して良好に行うことが可
能となる。

〔２）、また、各ステップ毎に最適なプラズマ安定モー
ドを選択できるので、プロセスマージンを大きくするこ
とができ、プラズマ処理装置１の適用処理範囲を広くす
ることが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例１〜４に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々
変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施例１〜４においては、プラズマ安定モ
ードを選択するための目標値を負荷のインピーダンスと
した場合について説明したが、これに限定されるもので
はソ；＜、種々変更可能である。例えば本発明者の検討
によれば、プラズマ安定モードが変化すると、プラズマ
発光強度も変化することが見い出された。そこで、プラ
ズマ安定モードを選択するための目標値をプラズマ発光
強度値としても良い。この場合、第３図に示すように、
プラズマ処理装置１のベルジャ１０の外方に発光強度モ
ニタ（検出器）７ｂを設け、そのモニタ７ｂで検出され
た発光スペクトル等の信号をコンピュータ１３に伝送で
きるようにする。

また、本発明者の検討によれば、プラズマ安定モードが
変化すると、イオン電流も変化することが見い出された
。そこで、プラズマ安定モードを選択するための目標値
をイオン電流値としても良い。この場合、第４図に示す
ように、プラズマ処理装置１のベルジャ１０内にプロー
ブ等のイオン電流モニタ（検出器）７ｃを設置し、その
モニタ７Ｃで検出された信号をコンピュータ１３に伝送
できるようにする。

また、前記実施例１〜４においては、電磁コイルをベル
ジャの外周に設置したプラズマ処理装置に適用した場合
について説明したが、これに限定されるものではなく、
例えばＮ　ｆｒ：Ａコイルを下部ステージの下方に設置
したプラズマ処理装置に適用することも可能である。

また、前記実施例１〜３においては、プラズマガスを○
、としたが、これに限定されるものではなく、種々変更
可能である。

以上の説明では主として本発明者によってデよされた発
明をその背景となった利用分野であるＥＣＲプラズマ・
ドライエツチング技術に適用した場合について説明した
が、これに限定されず種々適用可能であり、例えばマイ
クロ波プラズマ処理技術、ＥＣＲプラズマ・アンンング
技術、ＥＣＲプラズマＣＶＤ技術、ＥＣＲプラズマ・ス
パッタリング技術等の他のプラズマ処理技術に適用する
ことが可能である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的？；ものに
よって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおり
である。

すなわち、請求項１記載の発明によれば、以下の効果を
得ることが可能となる。

（］）３例えば一つのプラズマ処理に際して常に一つの
プラズマ安定モードを選択するように目標値を設定する
ことにより、プラズマ処理毎、装置毎あるいはプラズマ
処理中に、同一のプラズマ安定モードでプラズマ処理を
行うことができるので、処理毎あるいは装置毎の特性バ
ラツキや処理中の負荷インピーダンスの変動およびハン
チング現象等を防止することができ、プラズマ放電の安
定性およびプロセスの再現性を大幅に向上させることが
できる。

〔２）、例えば多段階プラズマ処理等においては、各ス
テップ毎に最適なプラズマ安定モードを選択するように
目標値を設定することにより、プラズマ処理に際して、
各ステップ毎に最適なプラズマを生成することができる
ので、多段階プラズマ処理を一貫して良好に行うことが
可能となる。

（３）　　例えば負荷のインピーダンス値と、算出され
た負荷のインピーダンス値を目標値にするために最適な
プラズマモード選択手段の制御指令との相関表を作成し
ておき、その相関表に基づいてプラズマモード選択手段
を制御することにより、プラズマ処理の立ち上げに際し
ては、所定のプラズマ安定モードを高速で設定すること
ができ、また、プラズマ処理中においては、負荷のイン
ピーダンスの急激、かつ微妙な変動等に高速、かつ高精
度に対応することができるので、プラズマ放電の安定性
およびプロセスの再現性を大幅に向上させることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の要
部構成図、 第２図はこのプラズマ処理装置のスタブ整合器を示す説
明図、 第３図および第４図は本発明の他の実施例であるプラズ
マ処理装置をそれぞれ示す要部構成図である。 １・・・プラズマ処理装置、２・・・高圧電源、３・・
・マイクロ波発生源、４・・・アイソレータ、５・・・
方向性結合器、６・・・導波管、７ａ・・・パワーモニ
タ（検出器）、７ｂ・・・発光強度モニタ（検出器）、
７Ｃ・・・イオン電流モニタ（検出器）、８・・・スタ
ブ整合器（プラズマモード選択手段）、８ａ、〜８ａｓ
　　・・・スタブ、８ｂＩ〜８ｂ３　・・・パルスモー
タ、９・・・プラズマ生成基、１０・・・ベルジャ、１
１ａ・・・第一電磁コイル（プラズマモード選択手段）
、１１ｂ・・・第二電磁コイル（プラズマモード選択手
段）、１２・・・励磁用電源、１３・・・コンピュータ
（コントロール部）、１３ａ・・・記憶部、１４・・・
下部ステージ、１５・・・バイアス用高周波電源、１６
・・・半導体ウェハ（被処理物）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．プラズマ処理の立ち上げ時に、またはプラズマ処理
   中に、与えられたマイクロ波に対して発生する定在波量
   を検出し、その検出信号に基づいて負荷のインピーダン
   ス値を算出し、その算出値に基づいてマイクロ波発生源
   側とプラズマ生成室側とのインピーダンスを整合すると
   ともに、前記算出値を予め設定された目標値に近づける
   ように、プラズマモード選択手段を制御することにより
   、複数存在するインピーダンス整合点のそれぞれのプラ
   ズマ安定モードのうち、所定のプラズマ安定モードを自
   動的に選択することを特徴とするプラズマ処理方法。
2. ２．マイクロ波発生源側から発生したマイクロ波を導波
   管を通じてプラズマ生成室側に伝搬し、前記プラズマ生
   成室内に収容された被処理物に対して所定のプラズマ処
   理を行うプラズマ処理装置であって、前記マイクロ波に
   対して発生する定在波量を検出する検出器と、前記マイ
   クロ波発生源側とプラズマ生成室側との複数のインピー
   ダンス整合点の各々に存在するプラズマ安定モードのう
   ち、所定のプラズマ安定モードを自動的に選択するプラ
   ズマモード選択手段と、前記所定のプラズマ安定モード
   を自動的に選択するために予め設定された目標値を記憶
   する記憶部と、前記検出器によって検出された信号に基
   づいて負荷のインピーダンス値を算出し、その算出値に
   基づいて前記マイクロ波発生源側とプラズマ生成室側と
   のインピーダンスを整合し、かつ前記算出値を前記目標
   値に近づけるように、前記プラズマモード選択手段を制
   御するコントロール部とを備えるプラズマ処理装置。
3. ３．前記目標値が、定在波量から算出された負荷のイン
   ピーダンス値である他、イオン電流値、プラズマ発光強
   度値であって、それにより所定のプラズマ安定モードを
   自動的に選択することを特徴とする請求項２記載のプラ
   ズマ処理装置。
4. ４．前記プラズマモード選択手段が、電磁コイルまたは
   スタブ整合器であることを特徴とする請求項２記載のプ
   ラズマ処理装置。