JPH10154697A - プラズマ処理装置及びその管理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置及びその管理方法Info
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Abstract
プラズマ処理による被処理物の処理数量が増加するに従
ってエッチングレート及び下地及びマスク材の選択比が
変動する現象を極力低減し、かつ適切なベルジャ洗浄時
期を感知することができるようにすることを目的とす
る。 【解決手段】 プラズマ処理装置は、処理室12と、該
処理室内でプラズマを発生させるためのプラズマ発生用
の電源18と、バイアス用の電源24と、被処理物に印
加しているバイアス電圧を検出する検出手段38と、検
出されたバイアス電圧と設定電圧とを比較して、比較し
た結果に応じてプラズマ発生用の電源の出力電力を変化
させる電源制御手段40とを備えた構成とする。
Description
びその管理方法に関する。より詳しくは、本発明はプラ
ズマにより成膜やエッチングの処理を行うのに適したプ
ラズマ処理装置及びその管理方法に関する。
を形成する際や、ウエハ上の膜をエッチング(スパッタ
エッチングを含む)する際に、プラズマを用いて処理を
行うことが多い。成膜やエッチングを連続処理する場合
には、処理すべきウエハの数が増加しても常に最初と同
じプラズマを作り、同様の条件で処理できるようにする
ことにより、再現性のよい成膜やエッチングを達成する
ことができる。
生装置としては、主として平行平板型、ECR型、ヘリ
コン型、ICP(誘導結合)型などがあり、近年高密度
プラズマの必要性からECR型、ヘリコン型、ICP
(誘導結合)型が多く使用されるようになってきてい
る。例えばエッチングで一般的に使用されるICP型の
プラズマ処理装置は、処理室を備え、処理室はエッチン
グガスで満たされる。処理室の一部は石英等の透明な不
導体の円筒板で形成され、この部分はベルジャと呼ばれ
る。ベルジャの回りにはコイル状に巻かれたアンテナが
配置され、このアンテナは処理室内でプラズマを発生さ
せるためのプラズマ発生用の高周波電源に接続される。
プラズマ発生用の高周波電源から投入される電力を以下
ソースパワーと言う。
ると、誘導作用により処理室内にプラズマが発生する。
処理室内には、ウエハを保持するステージがあり、ステ
ージはブロッキングコンデンサを介してウエハバイアス
電源に交流的に接続されている。バイアス電源の電力を
以下バイアスパワーと言う。ウエハへのバイアスはエッ
チングにおいて高エッチングレートを得るため、あるい
は異方性のエッチングを行うために必要なものである。
こうしてウエハにバイアスをかけることにより、プラズ
マで発生したイオンをウエハに垂直に引き込むことがで
き、異方性エッチングを実施し、またバイアスパワーの
大きさにより、エッチングレート、板地及びマスク材の
選択比を決定する。
装置等を用い、エッチングガス流量、処理室内圧力、ス
テージ位置、バイアスパワー、及びソースパワーを処理
されるウエハ毎に同じになるようにして、常に同様のエ
ッチングレート、下地及びマスク材の選択比を得るよう
にしている。
マ処理装置においてエッチングを行う場合、ウエハ処理
枚数が増加するに従って、エッチングレート及び下地及
びマスク材の選択比が変動する場合がある。この原因の
一つは、ベルジャの汚れが発生することによる。従っ
て、適当な時期にベルジャの洗浄を行えば、初期のエッ
チングレート及び下地及びマスク材の選択比を回復する
ことができる。
料、エッチング(スパッタ)されたマスク材、エッチン
グされた下地材料の再付着や、プラズマで生成したラジ
カルのデポジション等があげられる。ベルジャが汚れる
と、特にICP装置のようにベルジャ外部から電力を投
入してプラズマを発生させるプラズマ処理装置の場合、
電力の投入をベルジャの汚れが妨げ、処理室内で同じプ
ラズマを持続して発生させるのが困難になる。特に汚れ
が導電性の物質によるものだと、汚れによる電力消費が
大きくなり、エッチングレート及び下地及びマスク材の
選択比の変動は大きくなる。
処理ウエハ枚数で管理されるのが一般的である。この管
理方法だと、マージンを広くとって早めの洗浄を行わな
ければならず、ベルジャが汚れていなくて洗浄する必要
がない場合でも洗浄を行うことになる。特開昭58─2
00529号公報は、一対の対向する電極を有するプラ
ズマCVD装置を開示している。このプラズマCVD装
置はプラズマの状態を検出するプローブを有し、プロー
ブはプラズマの電位を検出するように一対の対向する電
極の間に挿入されている。この公報によると、プローブ
によって検出されたプラズマの電圧に基づいてソースパ
ワーを制御することができる。しかしながら、プラズマ
の電圧をプローブによって検出しようとしても、プラズ
マの発生領域は常時一定ではないので、プローブがプラ
ズマと確実に接触するようにすることは難しい。また、
プラズマの電圧の変動は比較的に小さく、プラズマの電
圧の変化はプラズマの状態の変化をよくあらわすための
ファクターとなるとは言えない。また、プラズマの中に
プローブを配置すると、プローブによってプラズマが乱
され、あるいはプローブにデポジットが付着するので好
ましくない。
理物の処理数量が増加するに従って処理状態が変動する
現象を極力低減し、かつ適切なベルジャ洗浄時期を感知
することができるようにしたプラズマ処理装置及びその
管理方法を提供することである。
理装置は、処理室と、該処理室内でプラズマを発生させ
るためのプラズマ発生用の電源と、バイアス用の電源
と、バイアス電圧を検出する検出手段と、検出されたバ
イアス電圧と設定電圧とを比較して、比較した結果に応
じてプラズマ発生用の電源の出力電力を変化させる電源
制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
増加するに従って、ベルジャが汚れていくと、プラズマ
発生用の電源から投入されるソースパワーが同じであっ
ても、処理室内のプラズマに与えられる電界は小さくな
り、プラズマの密度は低下する。この結果、同じバイア
スパワーであっても、バイアス電圧が変動する。バイア
ス電圧が変動すると、エッチングレート及び下地及びマ
スク材の選択比が変動する。
圧を検出し、検出されたバイアス電圧と設定電圧とを比
較して、比較した結果に応じてプラズマ発生用の電源の
出力電力を変化させるようにしている。すなわち、ソー
スパワーを調節することにより、バイアス電圧の変動を
小さくし、エッチング処理の場合には、エッチングレー
ト及び下地及びマスク材の選択比が変動する現象を極力
低減する。
処理物が半導体ウエハであり、該プラズマ処理装置がエ
ッチング装置として使用されることを特徴とする。請求
項3に記載のプラズマ処理装置は、被エッチング材料、
マスク材料、及び下地材料の少なくとも一つが、Pt,
Ir,Ru,RuO, Cuの中から選ばれたもので
ある。これらの材料は蒸気圧が低く、ベルジャが汚れに
くいものである。
イアス電圧を検出する検出手段が該処理室内で被処理物
を保持する保持部材に設けられた電極からなり、該電極
と被処理物とを電気的に接続することによりバイアス電
圧を検出することを特徴とする。請求項5に記載のプラ
ズマ処理装置は、該保持部材は被処理物を載置するステ
ージであり、被処理物を該ステージに載置することで前
記電極と被処理物の裏面との電気的接続が可能となるこ
とを特徴とする。
処理室内で被処理物を保持する保持部材にプローブの通
路が設けられ、バイアス電圧を検出する検出手段が該プ
ローブの通路に挿入されたプローブからなり、該プロー
ブと被処理物とを電気的に接続することによりバイアス
電圧を検出することを特徴とする。請求項7に記載のプ
ラズマ処理装置は、該保持部材は被処理物を載置するス
テージであり、被処理物を該ステージに載置することで
前記プローブと被処理物の裏面との電気的接続が可能と
なることを特徴とする。
ステージは静電チャックを含むことを特徴とする。そし
て、本発明によるプラズマ処理装置の管理方法は、請求
項1に記載のプラズマ処理装置において、プラズマ発生
用の電源の出力電力の変化をモニターし、該プラズマ発
生用の電源の出力電力と設定値とを比較し、比較した結
果に基づいてプラズマ処理装置の洗浄時期を管理するこ
とを特徴とするものである。この管理方法によれば、使
用状態をモニターしながら適切なベルジャ洗浄時期を感
知して装置の洗浄時期を管理することができる。
ズマ処理装置を示し、この例のプラズマ処理装置はエッ
チングに使用されるICP型のプラズマ処理装置であ
る。プラズマ処理装置10は処理室12を備える。処理
室12はエッチングガスで満たされる。処理室12の一
部は石英や窒化アルミ等の透明な不導体の円筒板で形成
され、この部分はベルジャ14と呼ばれる。
たアンテナ16が配置される。このアンテナ16は処理
室12内でプラズマを発生させるためのプラズマ発生用
の高周波電源18に接続される。インピーダンスを整合
させるためのマッチング回路20がアンテナ16とプラ
ズマ発生用の高周波電源18との間に配置される。プラ
ズマ発生用の高周波電源18は、例えば13.56MH
zの高周波電力(ソースパワー)を供給する。
16を介してソースパワーが投入されると、誘導作用に
より処理室12内にプラズマ22が発生する。これがI
CP(誘導結合プラズマ)型のプラズマ処理装置10の
原理である。すなわち、アンテナ16に高周波電流が流
れると高周波磁場が生成され、誘導電界が発生する。こ
の誘導電界により電子が駆動され、プラズマ22が生成
維持される。この誘導電界により電子が駆動される機構
は、アンテナ16がトランスの一次コイルに、プラズマ
が2次コイルに相当する。
イアス用の高周波電源24を含む。高周波電源24は、
例えば100KHzから13.56MHzの高周波電力
(バイアスパワー)を供給する。処理室12内には、被
処理物であるウエハ26を保持するためのステージ28
が配置されている。実施例においては、ステージ28は
静電チャック30を含む。静電チャック30は誘電体と
チャック電極30aとからなる。バイアス用の高周波電
源24はインピーダンスを整合させるためのマッチング
回路32を介してチャック電極30aに接続され、ウエ
ハ26にバイアス電圧を与える。また、静電チャック3
0用の電源34がローパスフィルタ36を介してチャッ
ク電極30aに接続される。
物であるウエハ26に印加しているバイアス電圧を検出
する検出手段38と、検出されたバイアス電圧と設定電
圧とを比較して、比較した結果に応じてプラズマ発生用
の電源18の出力電力を変化させる電源制御手段40と
を含む。図2及び図4に示されるように、プラズマ22
はベルジャ14内で群れて形成されており、プラズマ2
2と静電チャック30によって保持されたウエハ26と
の間には間隙44が形成され、この間隙44はシースと
呼ばれる。プラズマ22と静電チャック30とシース4
4によってシースコンデンサ44(図4)が形成され
る。また、静電チャック30とウエハ26とによってブ
ロッキングコンデンサ46(図4)が形成される。な
お、静電チャック30を使用しない場合には、バイアス
回路にブロッキングコンデンサを挿入する。
ラズマ22へいたるバイアス回路を示す図である。バイ
アス回路には、プラズマ22のインピーダンスRと、シ
ースコンデンサ44と、ブロッキングコンデンサ46と
が配置されることになる。ウエハ26は、シースコンデ
ンサ44と、ブロッキングコンデンサ46との間にあ
る。バイアス用の高周波電源24の電圧Vppは、プラ
ズマ22のインピーダンスRにかかる電圧VR 、シース
コンデンサ44にかかる電圧Vcs、ブロッキングコン
デンサ46にかかる電圧Vcbの和になる。
に小さいので、Vpp=Vcs+Vcbとみなすことが
できる。ウエハ26に印加しているバイアス電圧は、シ
ースコンデンサ46の容量とブロッキングコンデンサ3
4の容量との比によって決定される。図5はプラズマ発
生用の高周波電源18のソースパワーを示し、図6はバ
イアス用の高周波電源24の電圧を示す図である。図6
において、バイアス用の高周波電源24のバイアス電圧
Vppに対して、ウエハ26にかかるセルフバイアス電
圧はVsで示されている。このセルフバイアス電圧Vs
は上記したようにして変化する。
て説明する。上記したようにしてプラズマ22が生成
し、エッチングが行なわれるにつれて、ベルジャ16が
汚れると、アンテナ16から同じ高周波磁界が発生して
も、プラズマ22がアンテナ16から感じる磁界は弱く
なり、同じソースパワーであっても、プラズマ22に与
えられる電界は小さくなる。このため、プラズマ22の
密度が小さくなる。つまり、図3の相互インダクタンス
が小さくなるのと同じになる。
のであると、シールド効果も加わって、さらにプラズマ
22に発生する電流は小さくなる。この結果、プラズマ
22の密度が小さくなる。プラズマ22の密度が小さく
なると、同じパイアスパワーであるならば、ウエハ26
には大きなバイアス電圧が印加されることになる。図4
を参照して説明したように、プラズマ22のインピーダ
ンスは小さいので、バイアス用の高周波電源24のバイ
アス電圧Vppはほとんどシースコンデンサ46の容量
とブロッキングコンデンサ34の容量に印加され、これ
らのコンデンサで分圧される。プラズマ22の密度が小
さくなると、シース42が広がってシースコンデンサ4
6の容量が小さくなる。そこで、シースコンデンサ46
の容量とブロッキングコンデンサ34の容量に印加され
る電圧比が変わり、ブロッキングコンデンサ34の容量
に印加される電圧Vcbが大きくなる。
るに従ってエッチングレート及び下地及びマスク材の選
択比が低下するが、ウエハ26に印加しているバイアス
電圧(好ましくはVcb)を検出し、検出されたバイア
ス電圧と設定電圧とを比較して、比較した結果に応じて
プラズマ発生用の電源18の出力電力を変化させること
により、エッチングレート及び下地及びマスク材の選択
比の低下を緩和することができる。
ス50cc/min、Cl2 ガス75cc/minを流
し、処理室12内を、圧力5mTorrとし、初期ソー
スパワー300W、パイアスパワーVpp520W一定
の条件で、レジストマスクをしてPtのエッチングを行
った。ソースパワーの制御は、バイアス用の高周波電源
24の電圧Vppを測定し、Vppの値を最初1600
Vに設定し、ベルジャ14の汚れによりVppが150
0Vに低下したところでソースパワーを5Wずつし増加
し、それでVppの値が1600Vになるようにした。
このようにして、バイアス電圧がほぼ1600Vになる
ようにしつつ、この制御を下記の表のように繰り返し
た。
エッチングレート、及びPtとレジストのエッチングレ
ートの比(選択比)を示す。Ptのエッチングレートは
丸点でプロットされており、選択比は四角点でプロット
されている。ウエハ26の処理枚数が増加するにつれ
て、Ptのエッチングレート及び選択比は変化している
が、その変化の割合はソースパワーを一定にした従来の
場合と比較してかなり小さくなった。
ることにより、常に同じプラズマ22を発生させること
ができ、バイアスパワーをほぼ一定にすることで、安定
したPtのエッチングを行うことができた。このような
制御をしないで従来のようにソースパワーを一定にした
条件では、15枚処理程度の時点でベルジャ洗浄が必要
になっていた。
ら、プラズマ発生用の高周波電源18の出力電力(ソー
スパワー)をモニターし、ソースパワーと設定値とを比
較し、比較した結果に基づいて装置の洗浄時期を管理す
るようにしている。実施例においては、ソースパワーは
300Wから次第に増加していき、ソースパワーが38
0Wになったときに装置を洗浄するように規定してい
る。このようにすることにより、適切な洗浄時期を感知
することができ、洗浄を過早な時期に行う必要がなくな
り、装置のスループットを向上することができる。
る。プラズマ処理装置10の基本的な構成は図1の実施
例の構成とほぼ同じである。この例では、ステージ28
上のウエハ26のバイアス電圧を直接に測定する第1の
電圧検出手段38aと、マッチング回路32の出口に配
置された第2の電圧検出手段38bとが設けられてい
る。
例を示す図である。第1の電圧検出手段38aは、ウエ
ハ26の保持手段であるステージ28の静電チャック3
0に設けられた電極50からなり、この電極50とウエ
ハ26とを電気的に接続することによりバイアス電圧を
検出するようになっている。そして、電極50は静電チ
ャック30の表面に設けられ、ウエハ26をステージ2
8に載置することで電極50とウエハ26の裏面との電
気的接続が可能となっている。52は電極50から電源
制御手段40へ延びるリード線、54はチャック電極3
0aからバイアス用の高周波電源24へ延びるリード線
である。第2の電圧検出手段38bはリード線54の適
切な部位に接続される。
の具体例を示す図である。ウエハ26の保持手段である
ステージ28の静電チャック30にプローブの通路56
が設けられ、第1の電圧検出手段38aはプローブの通
路56に挿入されたプローブ58からなる。プローブ5
8とウエハ26とを電気的に接続することによりバイア
ス電圧を検出するようになっている。この場合にも、ウ
エハ26をステージ28に載置することでプローブ58
とウエハ26の裏面との電気的接続が可能となってい
る。
ーは変化させず、一定とした条件で、第1及び第2の電
圧検出手段38a、38bによってバイアス電圧の変化
を測定した。Arガス50cc/min、Cl2 ガス7
5cc/min、圧力5mTorr、ソースパワー30
00W一定、バイアスパワーVpp2000W一定の条
件で、レジストマスクをしてPtのエッチングを行っ
た。この試験において下記の結果が得られた。
2の密度は非常に大きくなっている。ウエハ26の処理
枚数が増加するにつれて、測定されたバイアス電圧は変
化している。そして、上記結果から、第1の電圧検出手
段38aで測定したバイアス電圧の変化はかなり大きい
が、第2の電圧検出手段38bで測定したバイアス電圧
の変化は比較的に小さい。従って、本発明の適用におい
ては、第1の電圧検出手段38aによりウエハ26に近
い部位のバイアス電位、電圧を測定して、その測定値に
基いてソースパワーをフィードバック制御するのがよい
ことが分かる。
図9の構成と同様の条件で試験を行い、下記の結果が得
られた。この場合にも、第1の電圧検出手段38aを使
用した方が好ましい。 処理枚数 第1の電圧検出手段38a 第2の電圧検出手段38b 5枚目 1210V 4100V 10枚目 1315 4180 15枚目 1505 4150 20枚目 1630 4130 25枚目 1815 4190 30枚目 1970 4220 35枚目 2120 4230 40枚目 2200 4400
プラズマ処理による被処理物の処理数量が増加するに従
って処理状態が変動する現象を極力低減し、特にエッチ
ング処理の場合にはエッチングレート及び下地及びマス
ク材の選択比が変動する現象を極力低減し、かつ適切な
ベルジャ洗浄時期を感知することができる。
図である。
す図である。
図である。
レート及び選択比を示す図である。
る。
ある。
す図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 処理室と、該処理室内でプラズマを発生
させるためのプラズマ発生用の電源と、バイアス用の電
源と、バイアス電圧を検出する検出手段と、検出された
バイアス電圧と設定電圧とを比較して、比較した結果に
応じてプラズマ発生用の電源の出力電力を変化させる電
源制御手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項2】 被処理物がウエハであり、該プラズマ処
理装置がエッチング装置として使用されることを特徴と
する請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項3】 被エッチング材料、マスク材料、及び下
地材料の少なくとも一つが、Pt, Ir,Ru,Ru
O, Cuの中から選ばれたものであることを特徴とす
る請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項4】 バイアス電圧を検出する検出手段が該処
理室内で被処理物を保持する保持部材に設けられた電極
からなり、該電極と被処理物とを電気的に接続すること
によりバイアス電圧を検出することを特徴とする請求項
1に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項5】 該保持部材は被処理物を載置するステー
ジであり、被処理物を該ステージに載置することで前記
電極と被処理物の裏面との電気的接続が可能としたこと
を特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項6】 該処理室内で被処理物を保持する保持部
材にプローブの通路が設けられ、バイアス電圧を検出す
る検出手段が該プローブの通路に挿入されたプローブか
らなり、該プローブと被処理物とを電気的に接続するこ
とによりバイアス電圧を検出することを特徴とする請求
項1に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項7】 該保持部材は被処理物を載置するステー
ジであり、被処理物を該ステージに載置することで前記
プローブと被処理物の裏面との電気的接続が可能となる
ことを特徴とする請求項6に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項8】 該ステージは静電チャックを含むことを
特徴とする請求項5又は7に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項9】 請求項1に記載のプラズマ処理装置にお
いて、プラズマ発生用の電源の出力電力の変化をモニタ
ーし、該プラズマ発生用の電源の出力電力と設定値とを
比較し、比較した結果に基づいてプラズマ処理装置の洗
浄時期を管理することを特徴とするプラズマ処理装置の
管理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8313509A JPH10154697A (ja) | 1996-11-25 | 1996-11-25 | プラズマ処理装置及びその管理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8313509A JPH10154697A (ja) | 1996-11-25 | 1996-11-25 | プラズマ処理装置及びその管理方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10154697A true JPH10154697A (ja) | 1998-06-09 |
Family
ID=18042175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8313509A Pending JPH10154697A (ja) | 1996-11-25 | 1996-11-25 | プラズマ処理装置及びその管理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10154697A (ja) |
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