JPH0864393A - Plasma processing device - Google Patents
Plasma processing deviceInfo
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- JPH0864393A JPH0864393A JP6224064A JP22406494A JPH0864393A JP H0864393 A JPH0864393 A JP H0864393A JP 6224064 A JP6224064 A JP 6224064A JP 22406494 A JP22406494 A JP 22406494A JP H0864393 A JPH0864393 A JP H0864393A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はプラズマを利用して、
半導体のエッチング、CVD(化学的気相成長方法)等
を行なう装置においてプラズマの空間的な偏りを抑える
ようにした改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION This invention utilizes plasma to
The present invention relates to an improvement in a device that performs semiconductor etching, CVD (chemical vapor deposition method), or the like so as to suppress spatial bias of plasma.
【0002】[0002]
【従来の技術】ここでプラズマ処理装置というのは、真
空チャンバと、3以上の上部電極と、一つの下部電極
と、それぞれの高周波電源を有する装置である。上部電
極には位相が等しい量だけ異なる高周波電圧を印加し
て、電界ベクトルが回転するような高周波電界を発生さ
せ、下部電極には被処理物を置いて、異なる高周波を加
えて自己バイアスを発生させ、被処理物にプラズマを接
触させて、エッチングや薄膜形成を行なうものである。2. Description of the Related Art A plasma processing apparatus is an apparatus having a vacuum chamber, three or more upper electrodes, one lower electrode, and a high frequency power source for each. Applying high-frequency voltages whose phase is equal to each other to the upper electrode to generate a high-frequency electric field that rotates the electric field vector, place a workpiece on the lower electrode and apply different high-frequency waves to generate self-bias. Then, plasma is brought into contact with the object to be processed to perform etching or thin film formation.
【0003】図1はプラズマ処理装置の原理構成図であ
る。真空チャンバ1の内部下方には、水平の下部電極2
がある。下部電極2の下には、絶縁体3があって、真空
チャンバ1に対して絶縁されている。下部電極2の上に
試料(被処理物)4が乗せてある。下部電極2には、高
周波電源11、マッチングボックス10が接続されてい
る。高周波電源11はf2の高周波を発生する。マッチ
ングボックス10は、下部電極2と電源11のインピー
ダンス整合をさせるためにある。下部電極の高周波は数
MHz〜数十MHzの程度である。FIG. 1 is a principle block diagram of a plasma processing apparatus. A horizontal lower electrode 2 is provided below the inside of the vacuum chamber 1.
There is. An insulator 3 is provided below the lower electrode 2 and is insulated from the vacuum chamber 1. A sample (object to be processed) 4 is placed on the lower electrode 2. A high frequency power supply 11 and a matching box 10 are connected to the lower electrode 2. The high frequency power supply 11 generates a high frequency of f2. The matching box 10 is provided for impedance matching between the lower electrode 2 and the power supply 11. The high frequency of the lower electrode is on the order of several MHz to several tens of MHz.
【0004】この例では3枚の上部電極5a、5b、5
cがある。上部電極5a、5b、5cには、それぞれマ
ッチングボックス6a、6b、6c、高周波増幅器7
a、7b、7c、移相器8a、8b、8cがつながれて
いる。これらは一つの発振器9に接続されている。発振
器9で発振した高周波f1は数十MHz〜百MHzの程
度である。これを移相器8が360/nの位相の変化を
与えている。例えば上部電極5が3個あれば、120度
ずつの位相の差を作りだしている。これが高周波増幅器
7a、7b、7cによって増幅し、それぞれをマッチン
グボックス6a、6b、6cを通して上部電極5a、5
b、5cに与えている。In this example, three upper electrodes 5a, 5b, 5
There is c. Matching boxes 6a, 6b, 6c and a high frequency amplifier 7 are provided on the upper electrodes 5a, 5b, 5c, respectively.
a, 7b, 7c and phase shifters 8a, 8b, 8c are connected. These are connected to one oscillator 9. The high frequency f1 oscillated by the oscillator 9 is on the order of several tens of MHz to 100 MHz. The phase shifter 8 gives a phase change of 360 / n. For example, if there are three upper electrodes 5, a phase difference of 120 degrees is created. This is amplified by the high frequency amplifiers 7a, 7b and 7c, and passed through the matching boxes 6a, 6b and 6c respectively to the upper electrodes 5a and 5a.
It is given to b and 5c.
【0005】例えば3個の電極があると、sinωt、
sin(ωt+π/3)、sin(ωt+2π/3)の
電圧がそれぞれの電極に印加される。これらの電圧は、
回転対称位置にある電極に加えられて、ほぼ回転する電
界が発生する。これによりチャンバ内に導入されたガス
が励起されてプラズマに転化する。上部電極5の組はこ
のようにガスを回転する交番電界によって励起して、プ
ラズマを発生する。For example, if there are three electrodes, sin ωt,
The voltages of sin (ωt + π / 3) and sin (ωt + 2π / 3) are applied to the respective electrodes. These voltages are
An almost rotating electric field is generated by being applied to the electrodes in the rotationally symmetrical position. As a result, the gas introduced into the chamber is excited and converted into plasma. The set of upper electrodes 5 is excited by the alternating electric field rotating the gas in this way to generate plasma.
【0006】一方、下部電極2には別異の高周波f2が
印加される。これはチャンバとの間に縦方向の交番電界
を発生する。下部電極の作用によっても、ガスが励起さ
れる。また下部電極の作用によって自己バイアスが発生
し、下部電極は負電圧になる。これにより正イオンが引
きつけられ、被処理物(試料4)に当たる。ガスの種類
や圧力により、エッチングまたは薄膜形成する事ができ
る。On the other hand, a different high frequency f2 is applied to the lower electrode 2. This creates an alternating vertical electric field with the chamber. The gas is also excited by the action of the lower electrode. Moreover, self-bias is generated by the action of the lower electrode, and the lower electrode becomes a negative voltage. As a result, positive ions are attracted and hit the object to be processed (sample 4). Etching or thin film formation can be performed depending on the type and pressure of gas.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】3枚以上の上部電極に
は、予め設定された位相差、振幅の高周波電力が供給さ
れる。上部電極の実行的なインピーダンスが等しく一定
である時はこれで良い。バランス良く与えられた電力に
よって、上部電極の中心に強い回転する電界が発生す
る。しかし、上部電極の実行的なインピーダンスは時に
よって変動する。すると同じ振幅の電圧を加えていて
も、実行的に上部電極に入力される電力は変化する。イ
ンピーダンス整合条件から外れてくるので、電極とケー
ブルの間での反射が増える。これは空間的な電力入力の
ばらつきである。しかしこれ以外にも時間的な電力の入
力のばらつきが有り得る。するとプラズマの密度が空間
的、時間的に変動する。High frequency power having a preset phase difference and amplitude is supplied to three or more upper electrodes. This is sufficient when the effective impedance of the top electrode is equal and constant. A strong rotating electric field is generated at the center of the upper electrode by a well-balanced electric power. However, the effective impedance of the top electrode varies from time to time. Then, even if a voltage with the same amplitude is applied, the power actually input to the upper electrode changes. Since it deviates from the impedance matching condition, reflection between the electrode and the cable increases. This is a spatial power input variation. However, in addition to this, there may be temporal variations in the input of electric power. Then, the plasma density varies spatially and temporally.
【0008】プラズマの試料への衝突により、エッチン
グやCVDを行なうのがプラズマ処理装置であるから、
プラズマの時間的空間的な揺らぎは、エッチング性能に
強く影響する。エッチングの速度が空間的、時間的に変
わるので、試料の面内においてエッチング速度が変動す
る。するとエッチングの厚みが不均一になる。微細加工
の手段としてエッチングを用いているので、僅かなエッ
チング不均一であっても、素子の性能のばらつきを引き
起こす。Since the plasma processing apparatus performs etching and CVD by collision of plasma with the sample,
The temporal and spatial fluctuations of plasma strongly affect the etching performance. Since the etching rate changes spatially and temporally, the etching rate changes in the plane of the sample. Then, the etching thickness becomes uneven. Since etching is used as a means for fine processing, even slight etching non-uniformity causes variations in device performance.
【0009】上部電極の状態変化によるエッチング不均
一、膜形成の不均一をなくすことが本発明の目的であ
る。特に速い状態変動にも良く追随して、時間的空間的
に常に安定したプラズマ処理を行なうことのできる装置
を提供する事が本発明の他の目的である。It is an object of the present invention to eliminate uneven etching and uneven film formation due to changes in the state of the upper electrode. It is another object of the present invention to provide an apparatus capable of performing stable plasma processing temporally and spatially at all times, by following a particularly rapid state change.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、上部電極の状
態変化を監視するために、常時、全ての上部電極のイン
ピーダンスZ、プラズマに流れ込む電流i、プラズマに
与えられる実効電力Pを計測する。そしてこの結果に基
づき、移相器、増幅器のパラメータを変更する。移相器
に与えられた制御信号は、隣接する上部電極の電力の位
相の差Φを調整する。増幅器に与えられる信号は、増幅
率を変えることにより、電極毎の電力Pを調整するので
ある。監視対象はZ、i、Pである。制御対象はP、Φ
である。The present invention constantly measures the impedance Z of all the upper electrodes, the current i flowing into the plasma, and the effective power P given to the plasma in order to monitor the state change of the upper electrodes. . Then, based on this result, the parameters of the phase shifter and the amplifier are changed. The control signal provided to the phase shifter adjusts the phase difference Φ of the power of the adjacent upper electrodes. The signal supplied to the amplifier adjusts the power P for each electrode by changing the amplification factor. The monitoring targets are Z, i, and P. Control target is P, Φ
Is.
【0011】通常の制御系においては、監視対象と制御
の対象は同じ物理量である。本発明においても各上部電
極毎に電力Pを監視し、これを適正な値になるように制
御している。高周波電力Pは観測対象であり制御対象で
ある。しかし、隣接電極間の位相差Φは制御対象になっ
ているが、監視対象ではない。この点に注意すべきであ
る。In a normal control system, the monitored object and the controlled object are the same physical quantity. Also in the present invention, the electric power P is monitored for each upper electrode and controlled so as to have an appropriate value. The high frequency power P is an observation target and a control target. However, the phase difference Φ between adjacent electrodes is a control target, but is not a monitoring target. This should be noted.
【0012】ただし電力Pは、監視対象でかつ制御対象
であるといっても通常の制御系のように事態は単純でな
い。制御できる電力は入射電力Wである。しかし実際に
は電極からプラズマへ電力が進行する時に一部の電力は
反射される。これはインピーダンスの変化によるもので
ある。実効的にプラズマに入るのは、入射パワーWから
反射パワーUを差し引いた(W−U)が実効電力であ
る。これはZi2 /2によって計算できる。であるか
ら、監視している電力と、制御する電力は実は異なるの
である。However, even though the power P is both a monitoring target and a control target, the situation is not as simple as in a normal control system. The power that can be controlled is the incident power W. However, in reality, a part of the power is reflected when the power progresses from the electrode to the plasma. This is due to the change in impedance. What effectively enters the plasma is the effective power obtained by subtracting the reflected power U from the incident power W (W−U). This can be calculated by Zi 2/2. Therefore, the monitored power and the controlled power are actually different.
【0013】[0013]
【作用】本発明は、各上部電極は供給される高周波電力
P、流れ込む電流i、インピーダンスZを観測し、各電
極に与える電力P,位相差Φを制御する。これによっ
て、常にプラズマの密度の空間的な揺らぎを抑制するこ
とができる。制御変数は、PとΦである。観測対象は
P、i、Zである。ただし電力Pは、電流の2乗にイン
ピーダンスを掛けたものとして計算する。制御変数とし
ての電力は増幅器の増幅率を加減して変化させることが
できる。According to the present invention, each upper electrode observes the supplied high frequency power P, the flowing current i, and the impedance Z, and controls the power P and the phase difference Φ applied to each electrode. As a result, the spatial fluctuation of the plasma density can be suppressed at all times. The control variables are P and Φ. The observation targets are P, i, and Z. However, the power P is calculated by multiplying the square of the current by the impedance. The power as a control variable can be changed by adjusting the amplification factor of the amplifier.
【0014】例えば3つの上部電極があるとする。これ
によって生成されたプラズマに空間的な不均一がある
と、プラズマに流れ込む電流や、インピーダンスの揺ら
ぎになる。或は電力の揺らぎになる。直接にプラズマの
密度の空間的揺らぎを観測する代わりに、電極のP、
i、Zを監視してプラズマの状態を知ることができる。
反対に、プラズマの密度の空間的な揺らぎは、上部電極
に与える電力、位相差により矯正することができる。For example, assume that there are three upper electrodes. If there is spatial nonuniformity in the plasma generated by this, the current flowing into the plasma and impedance fluctuations will occur. Or it becomes fluctuation of electric power. Instead of directly observing the spatial fluctuation of the plasma density, the P of the electrode,
The state of plasma can be known by monitoring i and Z.
On the contrary, the spatial fluctuation of the plasma density can be corrected by the power and phase difference applied to the upper electrode.
【0015】空間的な揺らぎが持続性のあるものである
場合は、このような手段によってプラズマ密度を平均化
する事ができる。これは明かである。そうではなくて、
空間的揺らぎが時間的にも変動する場合はどうであろう
か?この場合も、本発明は空間的な揺らぎを抑制でき
る。監視対象はP、i、Zであって、計測に時間がかか
らない。また制御変数もP、Φであってこれも直ちに変
化させることができる。観測系、制御系の応答が迅速で
あるから、高速のプラズマの揺らぎであったとしてもこ
れを正すことができる。When the spatial fluctuation is persistent, the plasma density can be averaged by such means. This is clear. Instead,
What if the spatial fluctuations also change in time? Also in this case, the present invention can suppress spatial fluctuations. The objects to be monitored are P, i, and Z, and the measurement does not take time. The control variables are also P and Φ, which can be changed immediately. Since the response of the observation system and the control system is quick, it is possible to correct this even if it is a fast plasma fluctuation.
【0016】[0016]
【実施例】図2は本発明のプラズマ処理装置の構成を示
す。上部電極、下部電極の構成、電源等は図1のものと
ほぼ同じである。違うのは、電極に与えられる電力、出
力インピーダンス及び電流を測定する手段が設けられ、
これらの測定結果に基づいて、各上部電極の電力、位相
を調整する機構があることである。真空チャンバ1は真
空に引くことのできる空間である。全体が金属でできて
おり、内面は絶縁物によって覆われる。真空チャンバ1
の内部下方には、水平の下部電極2がある。下部電極2
は絶縁体3によって、真空チャンバ1とは絶縁されてい
る。下部電極2の上に試料(被処理物)4が乗せてあ
る。FIG. 2 shows the structure of a plasma processing apparatus according to the present invention. The configuration of the upper electrode and the lower electrode, the power supply, etc. are almost the same as those in FIG. The difference is that the means for measuring the power applied to the electrodes, the output impedance and the current are provided.
Based on these measurement results, there is a mechanism to adjust the power and phase of each upper electrode. The vacuum chamber 1 is a space that can be evacuated. It is made entirely of metal and its inner surface is covered by an insulator. Vacuum chamber 1
A horizontal lower electrode 2 is located below the inside of the. Lower electrode 2
Is insulated from the vacuum chamber 1 by the insulator 3. A sample (object to be processed) 4 is placed on the lower electrode 2.
【0017】下部電極2には、マッチングボックス1
0、高周波電源11が接続されている。高周波電源はf
2の高周波を発生する。マッチングボックス10は、下
部電極2と電源11のインピーダンス整合をさせるため
にある。下部電極の高周波f2は数MHz〜数十MHz
の程度である。真空チャンバ1の上方にn枚(nは3以
上)の上部電極設けられる。この例では3枚の上部電極
5がある。これを5a、5b、5cとする。上部電極5
には、それぞれマッチングボックス6a、6b、6c、
高周波増幅器7a、7b、7c、移相器8a、8b、8
cがつながれている。これらは一つの発振器9に接続さ
れている。発振器9で発振した高周波f1は、数十MH
z〜百MHzの程度である。これに移相器8a、8b、
8cが360/nずつの位相の変化Φを与えている。The lower electrode 2 has a matching box 1
0, the high frequency power supply 11 is connected. High frequency power supply is f
Generates two high frequencies. The matching box 10 is provided for impedance matching between the lower electrode 2 and the power supply 11. The high frequency f2 of the lower electrode is several MHz to several tens of MHz
Is the degree of. Above the vacuum chamber 1, n (n is 3 or more) upper electrodes are provided. In this example, there are three upper electrodes 5. These are designated as 5a, 5b, and 5c. Upper electrode 5
In the matching boxes 6a, 6b, 6c,
High frequency amplifiers 7a, 7b, 7c, phase shifters 8a, 8b, 8
c is connected. These are connected to one oscillator 9. The high frequency f1 oscillated by the oscillator 9 is several tens MH
It is on the order of z to 100 MHz. Phase shifters 8a, 8b,
8c gives a phase change Φ of 360 / n.
【0018】例えば上部電極が3個あれば、移相器8は
120度ずつの位相の差を作りだしている。これを高周
波増幅器7a、7b、7cによって増幅し、それぞれを
マッチングボックス6a、6b、6cを通して上部電極
5a、5b、5cに与えている。例えば3個の電極があ
ると、Asin(ωt+Φ1 )、Bsin(ωt+
Φ2)、Csin(ωt+Φ3 )の電圧がそれぞれの電
極に印加される。For example, if there are three upper electrodes, the phase shifter 8 creates a phase difference of 120 degrees. This is amplified by the high frequency amplifiers 7a, 7b and 7c, and each is given to the upper electrodes 5a, 5b and 5c through the matching boxes 6a, 6b and 6c. For example, if there are three electrodes, Asin (ωt + Φ 1 ) and Bsin (ωt +
The voltages of Φ 2 ) and Csin (ωt + Φ 3 ) are applied to the respective electrodes.
【0019】これらの電圧は、回転対称位置にある電極
に加えられる。これは、ほぼ上部電極の中心の回りに回
転する電界を発生する。またプラズマに電圧を印加する
ので、プラズマのインピーダンスで決まる電流が電極か
らプラズマに流れる。これによりチャンバ内に導入され
たガスが励起されてプラズマに転化する。上部電極5は
このようにガスを交番電界によって励起して、プラズマ
を発生する。一方、下部電極は別異の高周波f2が印加
される。これはチャンバとの間に縦方向の交番電界を発
生する。下部電極の作用により、ガスが励起され、自己
バイアスが発生し、下部電極は負電圧になる。これによ
り正イオンが引きつけられ、被処理物に当たる。ガスの
種類や圧力により、エッチングまたは薄膜形成する事が
できる。These voltages are applied to the electrodes in rotationally symmetrical positions. This produces an electric field that rotates about the center of the upper electrode. Moreover, since a voltage is applied to the plasma, a current determined by the impedance of the plasma flows from the electrode to the plasma. As a result, the gas introduced into the chamber is excited and converted into plasma. The upper electrode 5 thus excites the gas by the alternating electric field to generate plasma. On the other hand, a different high frequency f2 is applied to the lower electrode. This creates an alternating vertical electric field with the chamber. By the action of the lower electrode, the gas is excited, self-bias is generated, and the lower electrode becomes a negative voltage. As a result, positive ions are attracted and hit the object to be processed. Etching or thin film formation can be performed depending on the type and pressure of gas.
【0020】本発明ではさらに、移相器8に対して位相
Φ1 、Φ2 、Φ3 を調整する手段を設ける。これは図3
のMPU13によって行なうことができる。増幅器7の
増幅率を調整する手段も設ける。これらは前記の電源か
ら、上部電極へ与えるAsin(ωt+Φ1 )、Bsi
n(ωt+Φ2 )、Csin(ωt+Φ3 )などの電圧
信号の位相Φ1 、Φ2 、Φ3 と、振幅A、B、Cを制御
するということである。振幅の2乗が電力に比例するの
で、振幅を規定すると電力を加減することになる。しか
しプラズマの実効インピーダンスが変化するので、増幅
器の電圧振幅によりプラズマに流入する電力が一義的に
決まるわけではない。The present invention further includes means for adjusting the phases Φ 1 , Φ 2 , Φ 3 for the phase shifter 8. This is Figure 3
Can be performed by the MPU 13. Means for adjusting the amplification factor of the amplifier 7 is also provided. These are Asin (ωt + Φ 1 ), Bsi applied to the upper electrode from the power source.
This means controlling the phases Φ 1 , Φ 2 , Φ 3 and the amplitudes A, B, C of voltage signals such as n (ωt + Φ 2 ) and Csin (ωt + Φ 3 ). Since the square of the amplitude is proportional to the power, if the amplitude is specified, the power will be adjusted. However, since the effective impedance of the plasma changes, the voltage amplitude of the amplifier does not uniquely determine the power flowing into the plasma.
【0021】本発明はさらに観測系を設ける。これは、
マッチングボックス6の出力インピーダンスZa、Z
b、Zcを監視するものである。これがプラズマのイン
ピーダンスである。プラズマに流入する電流ia、i
b、icはカレントトランス12a、12b、12cに
よって監視する。これは、マッチングボックス6と、個
々の上部電極5の間に設けてある。さらに、電力を直接
に求める装置を設けている。これにより、各上部電極の
パワーPa、Pb、Pcを求める。The present invention further provides an observation system. this is,
Output impedance Za, Z of the matching box 6
b and Zc are monitored. This is the plasma impedance. The current ia, i flowing into the plasma
b and ic are monitored by the current transformers 12a, 12b and 12c. This is provided between the matching box 6 and the individual upper electrodes 5. Further, a device for directly requesting electric power is provided. Thereby, the power Pa, Pb, Pc of each upper electrode is obtained.
【0022】このように、インピーダンスZと、電流
i、電力Pを各上部電極について測定する。この後、イ
ンピーダンスに電流の2乗を掛けると、実効電力が求め
られる。実効電力によりプラズマの空間的な乱れが判明
する。図3は、制御系を示す。これはMPU13の作用
を表わしたものである。インピーダンスの絶対値も用い
られるし、電流の絶対値も計算に利用される。さらにこ
こでは、これらのパラメータの比較をしている。In this way, the impedance Z, the current i and the power P are measured for each upper electrode. After that, the effective power is obtained by multiplying the impedance by the square of the current. The effective power reveals the spatial turbulence of the plasma. FIG. 3 shows a control system. This represents the action of MPU13. The absolute value of the impedance is used, and the absolute value of the current is also used in the calculation. Furthermore, here, a comparison of these parameters is made.
【0023】インピーダンスZa、Zb、Zcは、差動
増幅器によってそれらの差が求められる。この結果がさ
らにコンパレータによって、ある一定値と比較される。
一定値以上であると、Hレベルが出力される。一定値以
下であるとLレベルが出力される。これがMPUのP
A 、PA 、PA に入力される。電流ia、ib、ic
は、差動増幅器によってそれらの差が求められる。この
結果がさらにコンパレータによって、一定値と比較され
る。一定値以上ならH、以下ならLとなる。これがMP
UのPB 、PB 、PB に入力される。The difference between impedances Za, Zb, and Zc is obtained by a differential amplifier. This result is further compared with a certain value by the comparator.
When it is equal to or higher than a certain value, the H level is output. If it is below a certain value, the L level is output. This is P of MPU
Input to A , P A and P A. Current ia, ib, ic
, Their difference is determined by a differential amplifier. This result is further compared with a constant value by a comparator. If the value is equal to or greater than a certain value, the value is H. This is MP
It is input to P B , P B , and P B of U.
【0024】これらの結果は、1又は0である。インピ
ーダンスの相違や電流の相違がある範囲内であれば、現
状を変更しないのである。これらの差異がある値以上で
ある場合のみ調整を行なう。さらにMPUはインピーダ
ンスと電流の2乗を計算している。n2 とあるのは、入
力の2乗を計算する乗算器である。XYとあるのは乗算
器である。各電極での電力を計算すると、これらの差を
求める。これらの差も、ある一定値以上かどうかを調べ
るようになっている。これらの結果が、MUPのPC 、
PC 、PC に入力される。These results are 1 or 0. If the difference in impedance or the difference in current is within the range, the current situation is not changed. Adjustments are made only if these differences are greater than a certain value. Further, the MPU calculates the impedance and the square of the current. n 2 is a multiplier that calculates the square of the input. XY is a multiplier. These differences are determined by calculating the power at each electrode. These differences are also checked to see if they are above a certain value. These results are the P C of MUP,
Input to P C and P C.
【0025】電力についても同様の差動増幅と、コンパ
レータ回路による処理を行なう。これの結果を、MPU
13のPD 、PD 、PD に入力する。MUP13は、こ
れらの測定の結果に基づいて、高周波増幅器7に増幅率
を変更するための信号を送る。これだけで電極間のバラ
ンスがとれない場合は、さらに移相器8へ、位相を変え
るための信号fa 、fb 、fc を送る。これらの手段に
より、上部電極によって発生するプラズマは中心対称の
均一性を持つものとなる。例えば次のように制御する。With respect to electric power, similar differential amplification and processing by a comparator circuit are performed. The result of this is MPU
Input to 13 P D , P D , and P D. The MUP 13 sends a signal for changing the amplification factor to the high frequency amplifier 7 based on the results of these measurements. If this alone is not balanced between the electrodes, further to the phase shifter 8, and sends the signal f a, f b, f c for changing the phase. By these means, the plasma generated by the upper electrode has centrosymmetric homogeneity. For example, control is performed as follows.
【0026】(1) PD =000の場合を考える。こ
れは3の電極に与えられるパワーが全部(ある許容範囲
で)一致しているということである。 (1−1)さらにPA =000であるとする。これはイ
ンピーダンスも等しいということを意味している。この
場合は、PB の内容によって、制御の方向が決まる。(1) Consider the case where P D = 000. This means that the powers applied to the three electrodes all match (within some tolerance). (1-1) Further, assume that P A = 000. This means that the impedances are also equal. In this case, the direction of control is determined by the content of P B.
【0027】PB =100の時(電流ia だけが他の電
流と異なる)位相Φ1 を調整する。 PB =110の時(電流ib だけが他の電流と違う)
位相Φ2 を調整する。 PB =010の時(電流ic だけが他の電流と異なる)
位相Φ3 を調整する。When P B = 100 (only the current i a differs from the other currents) the phase Φ 1 is adjusted. When P B = 110 (only the current i b is different from other currents)
Adjust the phase Φ 2 . When P B = 010 (only the current i c differs from other currents)
Adjust the phase Φ 3 .
【0028】(1−2) PA が000以外の時。これ
は3つの電極についてインピーダンスが違うということ
を意味する。この場合は電流のみによって実効電力を評
価することができない。Zi2 である実効電力を用いて
アンバランスの評価をする。(1-2) When P A is other than 000. This means that the three electrodes have different impedances. In this case, the effective power cannot be evaluated only by the current. The imbalance is evaluated using the effective power which is Zi 2 .
【0029】PC =100の時(Aだけが他の実効電力
と異なる)位相Φ1を調整する。 PC =110の時(Bだけが他の実効電力と違う) 位
相Φ2を調整する。 PC =010の時(Cだけが他の実効電力と異なる)位
相Φ3を調整する。The phase Φ1 is adjusted when P C = 100 (only A differs from other effective powers). When P C = 110 (only B is different from other effective power) Adjust the phase Φ2. Adjust phase Φ3 when P C = 010 (only C differs from other effective power).
【0030】以上の操作によって、上部電極の中心に関
する、プラズマの均一性を回復できるはずである。しか
しこれらの操作によって、やはりバランスを改善できな
い場合は、電力を変えてPD が=000でないようにす
る。The above operation should restore the uniformity of the plasma with respect to the center of the upper electrode. However, if the balance cannot be improved by these operations, the power is changed so that P D is not = 000.
【0031】(2)PD ≠000 PD =101 Φ1 を調整する。 PD =110 Φ2 を調整する PD =011 Φ3 を調整する。(2) Adjust P D ≠ 000 P D = 101 Φ 1 . Adjust P D = 110 Φ 2 Adjust P D = 011 Φ 3 .
【0032】このようにプラズマの状態を求めて、電極
に与える電力又は相互の位相差を変更して、常にバラン
スの取れたプラズマを生成するようにする。As described above, the state of plasma is obtained, and the electric power applied to the electrodes or the mutual phase difference is changed to always generate a well-balanced plasma.
【0033】[0033]
【発明の効果】従来の装置では、プラズマの強度の時間
的変動がある場合、プラズマをビユーポートから肉眼で
観察し、手動によって、電極間での電力の比率を変える
という方法でプラズマの揺らぎを減らしていた。しかし
狭いビューポートからプラズマを見てもその変動がよく
わからないし、手動による調整は時間がかかり、時間的
変動に追随できない。本発明は、電極へ送り込まれる電
力、プラズマに流れる電流、インピーダンスを電極毎に
測定し、プラズマの分布やパワーを実際に求めて、これ
に基づいてプラズマの状態を変更しようとする。実際に
プラズマの状態を知ることができるので、的確な制御を
行なうことができる。In the conventional apparatus, when there is a temporal change in plasma intensity, the plasma is visually observed from the viewport and the fluctuation of the plasma is reduced by manually changing the power ratio between the electrodes. Was there. However, even if the plasma is viewed from a narrow viewport, its fluctuation is not clearly understood, and manual adjustment takes time, and it cannot follow the temporal fluctuation. In the present invention, the electric power sent to the electrodes, the current flowing in the plasma, and the impedance are measured for each electrode, the distribution and the power of the plasma are actually obtained, and the state of the plasma is changed based on this. Since the state of the plasma can be actually known, accurate control can be performed.
【0034】また電力だけでなく、位相角も制御するの
で、微妙な調整が可能である。状態の監視回路も、制御
回路も速度の速いもので構成されるから、時間的に速い
プラズマの揺らぎにも迅速に応答して、変動を抑えるこ
とができる。Since not only the power but also the phase angle is controlled, delicate adjustment is possible. Since the state monitoring circuit and the control circuit are both configured to have a high speed, it is possible to quickly respond to fluctuations in plasma that are fast in time and suppress fluctuations.
【図1】上部電極と下部電極の組合せによってガスを励
起してプラズマとし、エッチング、膜形成に利用するプ
ラズマ処理装置の概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus in which gas is excited by a combination of an upper electrode and a lower electrode to generate plasma, which is used for etching and film formation.
【図2】状態変数を監視する機構とプラズマを制御する
機構を設けた本発明のプラズマ処理装置の概略構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus of the present invention provided with a mechanism for monitoring state variables and a mechanism for controlling plasma.
【図3】MPU(マイクロプロセッサ)への状態変数の
取り込みと制御変数の出力の有様を示す概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing how state variables are taken into an MPU (microprocessor) and control variables are output.
1 真空チャンバ 2 下部電極 3 絶縁体 4 試料 5 上部電極 6 マッチングボックス 7 高周波増幅器 8 移相器 9 高周波発振器 10 マッチングボックス 11 高周波電源 12 カレントトランス 13 MPU 1 Vacuum Chamber 2 Lower Electrode 3 Insulator 4 Sample 5 Upper Electrode 6 Matching Box 7 High Frequency Amplifier 8 Phase Shifter 9 High Frequency Oscillator 10 Matching Box 11 High Frequency Power Supply 12 Current Transformer 13 MPU
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3065 21/31 C ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/3065 21/31 C
Claims (1)
と、真空チャンバの内部下方に設けた下部電極と、真空
チャンバの内部上方に設けた3以上のn個の上部電極と
を含み、下部電極の上に試料を乗せて、下部電極には高
周波電力を印加し、上部電極には同一周波数で位相角が
2π/nだけ異なる電圧を印加することによりプラズマ
を発生させ被処理物をプラズマによって処理するように
したプラズマ処理装置において、各上部電極から見たプ
ラズマのインピーダンス、各上部電極からプラズマに流
れ込む電流、各上部電極に与えられる電力を監視し、こ
れらの値よりプラズマの空間的な揺らぎを求め、上部電
極間の位相差と、上部電極に与える電力を調整するよう
にしたことを特徴とするプラズマ処理装置。1. A vacuum chamber capable of being evacuated, a lower electrode provided below the inside of the vacuum chamber, and three or more n upper electrodes provided above the inside of the vacuum chamber. A sample is placed on top, high-frequency power is applied to the lower electrode, and voltages are applied to the upper electrode with the same frequency but different phase angles of 2π / n to generate plasma and treat the object to be processed with the plasma. In such a plasma processing apparatus, the impedance of the plasma seen from each upper electrode, the current flowing into the plasma from each upper electrode, the power applied to each upper electrode is monitored, and the spatial fluctuation of the plasma is determined from these values. A plasma processing apparatus characterized in that a phase difference between the upper electrodes and an electric power applied to the upper electrodes are adjusted.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6224064A JPH0864393A (en) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | Plasma processing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6224064A JPH0864393A (en) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | Plasma processing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0864393A true JPH0864393A (en) | 1996-03-08 |
Family
ID=16808009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6224064A Pending JPH0864393A (en) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | Plasma processing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0864393A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007266231A (en) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Tokyo Electron Ltd | Plasma treatment apparatus |
KR100915613B1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-09-07 | 삼성전자주식회사 | Pulse plasma matching system and method therefor |
JP2010157511A (en) * | 2003-01-16 | 2010-07-15 | Japan Science & Technology Agency | High-frequency power supply device and plasma generator |
-
1994
- 1994-08-24 JP JP6224064A patent/JPH0864393A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010157511A (en) * | 2003-01-16 | 2010-07-15 | Japan Science & Technology Agency | High-frequency power supply device and plasma generator |
JP2007266231A (en) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Tokyo Electron Ltd | Plasma treatment apparatus |
KR100915613B1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-09-07 | 삼성전자주식회사 | Pulse plasma matching system and method therefor |
US8222821B2 (en) | 2007-06-26 | 2012-07-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Pulse plasma matching systems and methods including impedance matching compensation |
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