JPH10242121A - プラズマ処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマを利用した装置において、ＲＦ電力を
一定にした場合、プラズマ処理中のプラズマ状態の変化
によりＶｐｐ電圧が大きく変化する。また、Ｖｐｐ電圧
一定で制御すると、ＲＦ電力の過不足供給となってしま
い、処理の再現性が悪くなる。 【解決手段】エッチング処理の進行状況に応じて、高周
波電力供給源のフィードバック因子をＲＦ電力とＶｐｐ
電圧とを切り替え、プラズマに一定のＲＦ電力を供給し
てＶｐｐの変化を行わせるＲＦ一定制御とＶｐｐ電圧を
一定にするＶｐｐ一定制御とを切り替えてプラズマ処理
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理方法お
よび装置に係り、特に半導体素子等の試料をエッチング
するのに好適なプラズマ処理方法および装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｖｐｐ電圧を一定に制御して処理
する方法としては、例えは、特開平５−２３４９５５号
公報または特開平８−１９９３７８号公報等に記載のよ
うに、Ｖｐｐ電圧を一定に保つように電源を制御し、試
料のエッチング速度を常時一定に保つことができるよう
にしたものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】サブミクロン対応の半
導体製造用のプラズマにおいては、ＲＦ電力を一定にし
た場合、例えば、異なる被エッチング膜を積層した被処
理物において積層膜によっては、エッチング処理の進行
にともない被処理物の処理中にＶｐｐ電圧が大きく変化
するものがある。また、被エッチング膜の均一なエッチ
ング処理または残留物除去のために追加エッチング（ま
たはオーバーエッチング）処理を行う場合に、エッチン
グ処理中と異なったＶｐｐ電圧を必要とすることがあ
る。

【０００４】このような場合に、高周波電源の出力であ
るＲＦ電力をＶｐｐ電圧が一定になるように制御を行う
と、処理状態によってはＲＦ電力の過剰供給または供給
不足となってしまい、エッチング性能、特に形状制御が
できなくなるという課題があった。

【０００５】特開平８−１９９３７８号公報において
は、Ｖｐｐ電圧を一定に保つために処理室の磁場を制御
するようになっているが、磁場を変化させることにより
プラズマが安定しないという問題がある。また、特開平
８−１９９３７８号公報では追加エッチング処理中など
プラズマの状態が変化した場合でもＶｐｐを一定にして
しまうため、ＲＦ電力の過不足が発生するという問題が
ある。

【０００６】本発明の目的は、プラズマ用いた処理装置
において、プラズマ処理過程においてプラズマ状態が変
わる場合やプラズマ処理による経時変化または処理装置
の機差等があっても再現性の良いプラズマ処理を行うこ
とのできるプラズマ処理方法および装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、真空室内に
プラズマを発生させるとともに、試料が保持された試料
台にプラズマの発生とは独立に高周波電力を印加して試
料を処理するプラズマ処理装置において、高周波電力を
供給する高周波電源のフィードバック制御のフィードバ
ック因子を、高周波電源が出力した高周波電力（ＲＦ電
力）と高周波電力によって生じる高周波ピークツウピー
ク電圧（Ｖｐｐ電圧）とし、ＲＦ電力とＶｐｐ電圧との
うちいずれか一方を選択可能なフィードバック切替手段
と、フィードバック切替手段を制御する制御手段とを具
備した装置とし、真空室内にプラズマを発生させるとと
もに、試料が保持された試料台にプラズマの発生とは独
立に高周波電力を印加して試料を処理するプラズマ処理
方法において、プラズマ処理中の高周波電力を供給する
高周波電源のフィードバック制御を、高周波電力（ＲＦ
電力）と高周波電力によって生じる高周波ピークツウピ
ーク電圧（Ｖｐｐ電圧）とを任意に切り替えそれぞれを
一定にするよう制御し、試料をプラズマ処理する方法と
することにより、達成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、プラズマ処理の進行状
況に応じて、高周波電源のフィードバック制御における
フィードバック因子を、ＲＦ電力またはＶｐｐ電圧のど
ちらかに切り替え、プラズマに一定のＲＦ電力を供給さ
せたり、Ｖｐｐ電圧を一定にしたりすることで実現され
る。以下、フィードバック要因をＲＦ電力にした場合の
制御をＲＦ一定制御、Ｖｐｐ電圧にした場合をＶｐｐ一
定制御という。

【０００９】プラズマ処理、例えば、エッチング処理に
おける追加エッチング処理時間のばらつきを低減し、エ
ッチング形状のばらつきを低減する場合の、フィードバ
ック因子の切替例について次に示す。 （１）プラズマを発生させた初期状態においてはプラズ
マが安定していない。このような場合にＶｐｐ一定制御
にすると、プラズマが不安定なためＲＦ電力が大きく変
化する。これを防止するために、ＲＦ一定制御に切り替
え、一定のＲＦ電力をプラズマに供給するように設定す
る。こうすることにより、エッチング初期時に過不足な
くＲＦ電力を供給することができる。 （２）プラズマを発生してしばらくするとプラズマが安
定になる。このとき、エッチングが進行するにしたがい
徐々にプラズマインピーダンスが変化する。プラズマイ
ンピーダンスが徐々に変化したときに、ＲＦ一定制御に
しておくと、プラズマインピーダンスの変化に応じてＶ
ｐｐ電圧が変動する。このため、エッチング速度がＶｐ
ｐ電圧に比例して変化する。Ｖｐｐ電圧が変化すること
により、エッチング速度がばらつき、エッチング時間が
変化する。残留物除去のための追加エッチング処理時間
がエッチング時間に対する割合で決定される場合、エッ
チング時間が変化すると追加エッチング処理時間に変化
が生じてしまい、再現性のよいエッチング形状を得るこ
とができなくなる。ここで、フィードバック因子をＶｐ
ｐ一定制御に切り替えることによりエッチング速度を一
定にすることがでる。これにより、エッチング時間や追
加エッチング時間も一定にすることができる。

【００１０】上記のように、初期段階はＲＦ一定制御、
エッチング処理中はＶｐｐ一定制御に切り替えることで
エッチング形状制御を行うことができるようになる。そ
の他の事象として、試料を何枚も連続して処理すると、
デポジションなのど影響でプラズマの状態が変化するこ
とがある。このため、エッチング処理をＲＦ一定制御の
みで行うと、プラズマの状態変化に応じてＶｐｐ電圧が
変化し、エッチング速度に変化が生じてしまう。このよ
うな場合に対しても、Ｖｐｐ一定制御にすることで常に
エッチング速度を一定にでき、エッチング形状制御が可
能となる。

【００１１】以上のようにフィードバック要因をＲＦ電
力からＶｐｐ電圧に切り替える場合、Ｖｐｐ電圧の連続
性を保つことを行う。Ｖｐｐ電圧の連続性を保つために
以下の方法をとる。 （１）ＲＦ一定制御からＶｐｐ一定制御に切り替える直
前のＶｐｐ電圧を記憶しておく。 （２）記憶しておいたＶｐｐ電圧に相当する値を前記出
力設定信号に出力する。この出力の設定と、時をほぼ同
じくしてＲＦ一定制御からＶｐｐ一定制御に切り替え
る。このように制御することでＶｐｐ電圧の連続性を確
保することができる。また、フィードバック要因をＶｐ
ｐ電圧からＲＦ電力に切り替える際にも、ＲＦ電力の連
続性を確保することが上記と同様な手法で行え、ＲＦ電
力の連続性を保つために以下の方法をとる。 （１）Ｖｐｐ一定制御からＲＦ一定制御に切り替える直
前のＲＦ電力を記憶しておく。 （２）記憶しておいたＲＦ電力に相当する値を前記出力
設定信号に出力する。この出力の設定と、時をほぼ同じ
くしてＶｐｐ一定制御からＲＦ一定制御に切り替える。
これにより、ＲＦ電力の連続性を確保することができ
る。

【００１２】プラズマの明滅などプラズマが変動する場
合では、Ｖｐｐ一定制御を行うとＲＦ電力がプラズマの
明滅に同期して変化する。このようなＲＦ電力の変化が
好ましくないときには以下の方法で対応する。プラズマ
処理をＲＦ一定制御で行い、エッチング処理中におい
て、あらかじめ定められたＶｐｐ電圧の許容範囲に入っ
ているかどうかを監視し、範囲内に入らない場合にはフ
ィードバック因子の切り替えを行ってＶｐｐ電圧を一定
範囲内に制御する方法がある。

【００１３】はじめに目標となるＶｐｐ電圧値と、目標
に対して許容される下限と上限のＶｐｐ電圧を設定す
る。以下、目標となるＶｐｐ電圧値を目標Ｖｐｐ電圧
値、許容される下限から上限までのＶｐｐ電圧範囲をＶ
ｐｐ電圧不感帯という。実際には、エッチングを行う条
件を決定する際に、目標Ｖｐｐ電圧値にするためのＲＦ
電力とＶｐｐ電圧不感帯を求めておく。実際に試料をエ
ッチング処理する場合、ＲＦ一定制御でエッチングを行
う。エッチングの処理条件としては目標Ｖｐｐ電圧値を
得ることのできるＲＦ電力を出力するように設定してお
く。エッチング処理中には常時Ｖｐｐ電圧を監視し、前
記Ｖｐｐ電圧不感帯内にあるかどうかを判定する。も
し、Ｖｐｐ電圧がＶｐｐ電圧不感帯内から外れた場合に
は、目標Ｖｐｐ電圧値、または、Ｖｐｐ不感帯上下限値
となるように高周波電力発生源への出力設定信号を変更
し、同時にＲＦ一定制御からＶｐｐ一定制御に切り替え
る。この方法によれば、ＲＦ一定制御において、何らか
の原因でプラズマの状態が変化することで、Ｖｐｐ電圧
においてＶｐｐ電圧不感帯を越える変化が生じても、Ｒ
Ｆ一定制御からＶｐｐ一定制御に切り替えることでＶｐ
ｐ電圧を許容範囲から外れることのないようにすること
ができる。

【００１４】以上はＶｐｐ電圧を一定範囲内に制御する
方法について述べたが、同様にＲＦ電力に対するＲＦ電
力不感帯を設定し、ＲＦ電力を許容範囲内に制御するこ
ともできる。

【００１５】また、このようなＲＦ電力の変化が好まし
くない場合の別の制御方法として次の方法もある。はじ
めにＲＦ一定制御でエッチング処理を行う。処理開始か
ら、あらかじめ定められた一定時間が経過したときのＶ
ｐｐ電圧値を読みとる。このＶｐｐ電圧を目標Ｖｐｐ電
圧値に設定する。制御装置には、この目標Ｖｐｐ電圧値
に対して、あらかじめ定められたプラス側とマイナス側
のＶｐｐ許容偏差電圧を設定しておく。制御装置は、Ｖ
ｐｐ許容偏差電圧と目標Ｖｐｐ電圧からＶｐｐ電圧不感
帯を決定する。それ以後は、前記と同様に、制御装置４
１によってエッチング処理中のＶｐｐ電圧が、新たに設
定されたＶｐｐ電圧不感帯内にあるかどうかの判定を行
う。ＲＦ電力についても同様に処理開始から一定時間経
過したときのＲＦ電力を読みとりＲＦ電力不感帯の設
定、判定を行うことができる。

【００１６】Ｖｐｐ一定制御の場合、プラズマが変化し
た場合はＲＦ電力を変化させることでＶｐｐ電圧を一定
に制御する。このとき、何らかの原因でプラズマが大き
く変化して、予想以上または予想を下回るＲＦ電力を供
給してＶｐｐ電圧を一定にすることがある。これらの予
想を越える変化を検知することで、プラズマ処理の異常
を判定し、異常なプラズマ処理を未然に防止することが
できる。前記と同様にエッチングを行う条件を決定する
際に、あらかじめ正常とみなせるＶｐｐ電圧範囲もしく
はＲＦ電力範囲を決定する。この正常とみなせるＶｐｐ
電圧範囲をＶｐｐ電圧正常範囲とする。ＲＦ一定制御で
エッチングを行う場合、エッチングの処理中に常時Ｖｐ
ｐ電圧を監視し、前記Ｖｐｐ電圧正常範囲内にあるかど
うかを判定する。もし、Ｖｐｐ電圧がＶｐｐ電圧正常範
囲内から外れた場合には、Ｖｐｐ電圧に異常があること
の警報を発する。この警報によりエッチング処理に異常
が生じたことを知ることができる。以上はＲＦ一定制御
におけるＶｐｐ電圧正常範囲について述べたが、同様に
Ｖｐｐ一定制御においてもＲＦ電力正常範囲を設定し、
ＲＦ電力の異常に関して警報を発することもできる。

【００１７】次に、フィードバック因子の切り替え方法
について述べる。高周波電力発生源に対しては、外部よ
り制御したいＲＦ電力およびＶｐｐ電圧を設定する出力
設定信号と、フィードバック因子を切り替えフィードバ
ック切替信号を供給する。出力設定信号は１つの信号で
ＲＦ電力とＶｐｐ電圧の両方を設定する可能としてお
き、出力設定信号がＲＦ電力を設定しているのか、Ｖｐ
ｐ電圧を意味しているのかの判断はフィードバック切替
信号で判断する。フィードバック切り替えの別の方法と
して、出力設定信号に対して、あらかじめ定められたし
きい値を設けておく方法がある。このしきい値に対して
出力設定信号の大小の判定結果をフィードバック切替信
号として使用する。この方法によれば、フィードバック
切替信号を設けることなく出力設定信号のみでフィード
バック因子を切り替えることができる。このしきい値は
電流でも電圧でもよい。また、しきい値は出力設定信号
の出力できる範囲内であればどんな値を設定してもよ
い。特に、このしきい値を０Ｖにすることで、出力設定
信号の電圧の極性を判定することでＶｐｐ一定制御とＲ
Ｆ一定制御の切り替えができる。また、出力設定信号が
しきい値付近に設定された場合、ノイズなどの影響でフ
ィードバック因子の切り替えが頻繁に発生する。この現
象に対しては、しきい値にヒステリシスを持たせること
で頻繁な切り替えを防止できる。また、高周波電力発生
源の電源投入時にフィードバック因子の切り替えをＶｐ
ｐ一定制御かＲＦ一定制御のどちから一方となる初期設
定を行うこともフィードバック因子の切り替えの頻繁な
切り替え動作を防止することに対して有効である。

【００１８】以下、本発明のプラズマ処理装置の一実施
例を図１により説明する。真空処理室１ａ内に試料台１
が配置され、試料台１にはプラズマ処理、この場合、エ
ッチング処理されるウエハ２が設置されている。高周波
電力発生源としてＲＦ電源１１があり、ＲＦ電源１１の
出力には発生した高周波電力の入射波電力ＲＦを検出す
るＲＦ検出器１２が接続されている。ＲＦ検出器１２
は、高周波電力を効率よく試料台に供給するため、マッ
チングＢＯＸ１４を介して試料台１に接続されている。
試料台１には高周波電力により生じた高周波電圧のピー
クツウピーク電圧を検出するＶｐｐ検出器１３が接続さ
れている。ＲＦ電源１１は誤差アンプ３１から出力制御
信号１０４が入力され、出力制御信号１０４に比例して
ＲＦ電源１１は高周波電力を発生する。誤差アンプ３１
には制御装置４１から出力設定信号１０１と、フィード
バック切替器２１で選択されたフィードバック信号１０
３が入力される。誤差アンプ３１は出力設定信号１０１
とフィードバック信号１０３を比較し、出力設定信号１
０１とフィードバック信号１０３の誤差が無くなるよう
に出力制御信号１０４を出力する。フィードバック切替
器２１には、ＲＦ検出器１２の出力がＲＦ検出信号増幅
器２２で増幅された出力と、Ｖｐｐ検出器１３の出力が
Ｖｐｐ検出信号増幅器２３で増幅された出力が接続され
ている。また、フィードバック切替器２１は、制御装置
４１からの制御方式切替信号１０２によってＲＦ検出信
号増幅器２２またはＶｐｐ検出信号増幅器２３の出力の
どちらかが選択されてフィードバック信号１０３として
出力する。制御装置４１は誤差アンプ３１に出力設定信
号１０１と制御方式切替信号１０２を出力する。また、
ＲＦ検出器１２の出力がＲＦ検出信号増幅器２４で増
幅されたＲＦモニタ信号１０５と、Ｖｐｐ検出器１３の
出力がＶｐｐ検出信号増幅器２５で増幅されたＶｐｐモ
ニタ信号１０６が入力され、常時これらの信号を記憶す
ることができるようにプログラムされている。また、制
御装置４１には前記のＲＦ電力目標値・ＲＦ電力不感帯
・ＲＦ電力正常範囲・ Ｖｐｐ電力目標値・Ｖｐｐ電力
不感帯・Ｖｐｐ電力正常範囲を複数個設定・記憶するこ
とができるようにプログラムされている。エッチング処
理中には制御装置４１から出力設定信号１０１・制御方
式１０２を出力し、ＲＦモニタ信号１０５・Ｖｐｐモニ
タ信号１０６を常時記憶する。

【００１９】図１の装置構成において、ＲＦ一定制御で
エッチング処理を行った場合のＶｐｐ電圧の時間変化の
一例を図２に示す。図２の実線２０１は１枚目の試料を
処理したときのＶｐｐ電圧の時間変化で、時間Ｔ０にエ
ッチングを開始し、時間Ｔ１１がエッチング終点時間
で、時間Ｔ１１から時間Ｔ１２が追加エッチング処理処
理である。破線２０２は例えば２５枚目の試料を処理し
たときのＶｐｐ電圧の時間変化で、時間Ｔ０にエッチン
グを開始し、時間Ｔ２１がエッチング終点時間で、時間
Ｔ２１から時間Ｔ２２が追加エッチング処理処理であ
る。図２に示すように１枚目に比べて２５枚目のＶｐｐ
電圧が低下しており、エッチング時間が長くなってい
る。エッチング時間が長くことにより１枚目と２５枚目
でエッチング形状に差が生じてしまう。なお、エッチン
グ終点時間Ｔ１１・Ｔ２１とエッチング完了時間Ｔ１２
・Ｔ２２は発光分光法などの終点判定方法で制御装置４
１が決定する時間である。

【００２０】次に、図２のようなＶｐｐ電圧の変化をす
る場合と同様な試料を、エッチング処理開始時はＲＦ一
定制御、その後はＶｐｐ一定制御、追加エッチング処理
時間はＲＦ一定制御とした場合の例を図３に示す。図３
の時間Ｔ０はエッチング開始時間、時間Ｔ３１は制御装
置４１にあらかじめ設定されているエッチング処理初期
時間で、エッチング処理進行には影響のない期間となる
時間が選定されている。時間Ｔ４１はエッチング終点時
間、時間Ｔ５１はエッチング完了時間であり、時間Ｔ４
１と時間Ｔ５１の判定も制御装置４１が行う。図３
（ａ）では１枚目の試料のＶｐｐ電圧の時間変化を実線
２０３に、２５枚目の時間変化を破線２０４に示し、時
間Ｔ３１から時間Ｔ５１は実線２０３と破線２０４はほ
ぼ重なっている。図３（ｂ）では１枚目の試料のＲＦ電
力の時間変化を実線２０５に、２５枚目の時間変化を破
線２０６に示し、時間Ｔ０から時間Ｔ３１は実線２０５
と破線２０６は重なっている。図３（ｃ）では１枚目の
出力設定信号１０１の設定値の時間変化を実線２０７ａ
・２０７ｂ・２０７ｃに、２５枚目の時間変化を破線２
０８ａ・２０８ｂ・２０８ｃに示す。時間Ｔ０から時間
Ｔ３１の期間においては実線２０７ａと破線２０８ａは
重なっている。時間Ｔ３１から時間Ｔ４１の期間におい
ては実線２０７ｂと破線２０８ｂは重なっている。時間
Ｔ４１から時間Ｔ５１の期間においては実線２０７ｃと
破線２０８ｃは重なっていない。また、Ｖｐｐ電圧とＲ
Ｆ電力はＶｐｐモニタ信号１０６とＲＦモニタ信号１０
５で常時、制御装置４１で記憶されている。

【００２１】試料の１枚目において、まず制御装置４１
から制御方式信号１０２でＲＦ一定制御に切り替え、出
力設定信号１０１で所定のＲＦ電力が出力される信号を
出力、すなわち、放電開始時の目標ＲＦ電圧値に対応し
た出力値で出力する。これにより、ＲＦ電源１１からは
目標ＲＦ電力値の電力が試料台に印加され、時間Ｔ０か
ら所定のエッチング処理が開始される。よって、図３
（ｃ）に示すように時間Ｔ０から時間Ｔ３１の期間の出
力設定信号１０１は実線２０７ａのようになる。制御装
置４１は、時間Ｔ３１の直前のＶｐｐ電圧値Ｖｐｐａを
読みとり、このときのＶｐｐ電圧値ＶｐｐａでＶｐｐ一
定制御を行うように出力設定信号１０１の出力をＶｐｐ
電圧値Ｖｐｐａに対応する出力値に変化させ、同時に制
御方式切替信号１０２でＲＦ一定制御からＶｐｐ一定制
御に切り替える。このとき、Ｖｐｐ電圧値Ｖｐｐａを制
御装置４１に記憶しておく。これにより、ＲＦ電源１１
からはＶｐｐ電圧値がＶｐｐａとなる電力が試料台に印
加され、時間Ｔ３１からＶｐｐ電圧を一定にしたエッチ
ング処理が始まる。よって、図３（ｃ）に示すように時
間Ｔ３１から時間Ｔ４１の期間の出力設定信号１０１は
実線２０７ｂのようになる。その後、制御装置４１がエ
ッチング終点時間Ｔ４１を判定する。Ｔ４１の判定と同
時に、制御装置４１はＰＦモニタ信号１０５を読みと
り、このときのＲＦ電力値ＲＦａでＲＦ一定制御を行う
ように出力設定信号１０１の出力をＲＦ一定制御の目標
ＲＦ電力値に対応した出力値に変化させ、同時に制御方
式切替信号１０２でＶｐｐ一定制御からＲＦ一定制御に
切り替える。これにより、ＲＦ電源１１からはＲＦ電力
値ＲＦａの電力が試料台に印加され、時間Ｔ４１から追
加のエッチング処理が開始される。よって、図３（ｃ）
に示すように時間Ｔ４１から時間Ｔ５１の期間の出力設
定信号１０１は実線２０７ｃのようになる。なお、この
場合の追加エッチングは、エッチング時の残渣を除去す
るためにプラズマ中のイオンの入射エネルギを高めるよ
うにＲＦ電力をエッチング中と同様に高くしている。な
お、追加エッチングにおいて、ダメージを少なくしてオ
ーバーエッチングするときにはＲＦ電力を低く設定すれ
ば良い。その後、時間Ｔ３１からＴ４１の所要時間に対
してあらかじめ定められた割合の時間として時間Ｔ４１
から時間５１の期間、追加エッチング処理を行い、時間
Ｔ５１にエッチング処理を完了する。

【００２２】２５枚目の試料は図２で示したようにＶｐ
ｐ電圧が低下する傾向にある。このように図２で示した
傾向にある２５枚目の試料の場合について次に示す。時
間Ｔ０からエッチングを開始するが、図３（ａ）に示す
ようにＶｐｐ電圧は破線２０４のように低めになる。時
間Ｔ３１において、制御装置４１はＶｐｐ電圧値Ｖｐｐ
ａとなるようにＶｐｐ一定制御に切り替える。時間Ｔ３
１以降はＶｐｐ電圧がＶｐｐａとなるようにＲＦ電力が
制御されるため、図３（ｂ）に示すようにＲＦ電力は実
線２０５より大きめの破線２０６のように変化する。時
間Ｔ３１から時間Ｔ４１ではＶｐｐ電圧が１枚目も２５
枚目も同じであるため、エッチングの進行は１枚目も２
５枚目も同じとなり、２５枚目のエッチング終点時間は
１枚目と同じ時間Ｔ４１となる。また、図３（ｃ）に示
すように出力設定信号１０１は、時間Ｔ０から時間Ｔ３
１のＲＦ一定制御では２５枚目は１枚目と同じ設定値、
すなわち実線２０７ａと同じ破線２０８ａが出力され、
時間Ｔ３１から時間Ｔ４１のＶｐｐ一定制御では２５枚
目は１枚目と同じ設定値、すなわち、実線２０７ｂと同
じ破線２０８ｂが出力される。このため、実線２０７ａ
と破線２０８ａ、および、実線２０７ｂと破線２０８ｂ
は、図３（ｃ）では重なる。

【００２３】時間Ｔ４１では１枚目と同様に、制御装置
４１がＲＦモニタ信号１０５を読みとり、このときのＲ
Ｆ電力値ＲＦｂでＲＦ一定制御を行うように出力設定信
号１０１の出力を変化させ、同時に制御方式切替信号１
０２でＶｐｐ一定制御からＲＦ一定制御に切り替える。
これにより、ＲＦ電源１１からはＲＦ電力値ＲＦｂの電
力が試料台に印加され、時間Ｔ４１から追加のエッチン
グ処理が開始される。よって、図３（ｃ）に示すように
時間Ｔ４１から時間Ｔ５１の期間の出力設定信号１０１
は破線２０８ｃのようになる。なお、この場合、破線２
０８ｃは２５枚目の処理のものであるため、１枚目と同
様の条件で追加エッチング処理するために１枚目の処理
のＲＦ電力値ＲＦａよりもＲＦ電力値ＲＦｂを高くする
必要があり、２５枚目の処理の出力設定信号１０１は破
線２０８ｃで示したように実線２０７ｃより高めの設定
信号が出力される。その後、時間Ｔ３１からＴ４１の所
要時間に対してあらかじめ定められた割合の時間として
時間Ｔ４１から時間５１の期間、追加エッチング処理を
行い、時間Ｔ５１にエッチング処理を完了する。２５枚
目の追加エッチング処理時間は、Ｖｐｐ一定制御によ
り、時間Ｔ３１から時間Ｔ４１が１枚目と同じであり、
したがって、追加エッチング処理時間である時間Ｔ４１
から時間Ｔ５１の期間も１枚目と同じとなる。

【００２４】次に、図２のようなＶｐｐ電圧の変化をす
る場合と同様な試料を、ＲＦ一定制御で処理を行い、Ｖ
ｐｐ電圧不感帯から外れるＶｐｐ電圧となったときにＶ
ｐｐ一定制御に切り替える例を図４に示す。図４の時間
Ｔ０はエッチング開始時間、時間Ｔ３１は制御装置４１
にあらかじめ設定されているエッチング処理初期時間
で、エッチング処理進行には影響のない期間となる時間
が選定されている。時間Ｔ６１は１枚目の試料のエッチ
ング終点時間、時間Ｔ６２は１枚目の試料のエッチング
完了時間、時間Ｔ７１は２５枚目の試料のエッチング終
点時間、時間Ｔ７２は２５枚目の試料のエッチング完了
時間、時間Ｔ７０は２５枚目の試料がＶｐｐ電圧不感帯
を越えた時間であり、各時間の判定は制御装置４１が行
う。

【００２５】図４（ａ）では１枚目の試料のＶｐｐ電圧
の時間変化を実線２１１に、２５枚目の時間変化を破線
２１２に示す。図４（ｂ）では１枚目の試料のＲＦ電力
の時間変化を実線２１３に、２５枚目の時間変化を破線
２１４に示し、時間Ｔ０から時間Ｔ７０は実線２１３と
破線２１４は重なっている。図４（ｃ）では１枚目の出
力設定信号１０１の設定値の時間変化を実線２１５ａ・
２１５ｂ・２１５ｃに、２５枚目の時間変化を破線２１
６ａ・２１６ｂ・２１６ｃに示しす。時間Ｔ０から時間
Ｔ７０の期間においては実線２１５ａと破線２１６ａは
重なっている。時間Ｔ７０から時間Ｔ７１の期間におい
ては実線２１５ｂと破線２１６ｂは重なっていない。時
間Ｔ７１から時間Ｔ７２の期間においては実線２１５ｃ
と破線２１６ｃは重なっていない。また、Ｖｐｐ電圧と
ＲＦ電力はＶｐｐモニタ信号１０６とＲＦモニタ信号１
０５で常時、制御装置４１で記憶されている。 さら
に、制御装置４１にはＶｐｐ電圧不感帯の下限としてＶ
ｐｐｌ、上限としてＶｐｐｈが設定されている。制御装
置４１は、Ｖｐｐ電圧不感帯の判定をプラズマが不安定
な初期である時間Ｔ０から時間Ｔ３１の期間は行わず、
時間Ｔ３１からエッチング終点時間（時間Ｔ６１）まで
の期間にのみ判定を行う。

【００２６】１枚目の試料は時間Ｔ３１から時間Ｔ６１
までの期間のＶｐｐ電圧がＶｐｐ電圧不感帯内にあるた
め、エッチング処理開始からエッチング終点までＲＦ一
定制御となり、追加エッチングとなる時間Ｔ６１から時
間Ｔ６２のエッチング完了まではＲＦ一定制御を行うの
で、１枚目の処理は全てＲＦ一定制御となる。この場合
の追加エッチングにおけるＶｐｐ電圧はＶｐｐ電圧不感
帯の上限Ｖｐｐｈを越えるがこの間は、不感帯の判定は
行われないので、時間Ｔ０から時間Ｔ６２の期間の出力
設定信号１０１は、実線２１５ａと実線２１５ｂと実線
２１５ｃは全て同一の設定値となる。

【００２７】２５枚目の試料は図２で示したようにＶｐ
ｐ電圧が低下する傾向にある。このように図２で示した
傾向にある２５枚目の試料の場合について次に示す。２
５枚目の試料では、時間Ｔ７０でＶｐｐ電圧不感帯の下
限Ｖｐｐｌに到達する。なお、時間Ｔ０から時間Ｔ７０
の期間のＲＦ一定制御では２５枚目は１枚目と同じ設定
値が出力される。このため、実線２１５ａと破線２１６
ａは同レベル値であり、図４（ｃ）では重なる。このと
き、制御装置４１はＶｐｐ電圧ＶｐｐｌでＶｐｐ一定制
御を行うように出力設定信号１０１の出力を変化させ、
同時に制御方式切替信号１０２でＲＦ一定制御からＶｐ
ｐ一定制御に切り替える。よって、時間Ｔ７０から時間
Ｔ７１の期間の出力設定信号１０１はＶｐｐ制御に対応
した破線２１６ｂのようになる。その後、制御装置４１
がエッチング終点時間Ｔ７１を判定する。Ｔ７１の判定
と同時に、制御装置４１はＲＦモニタ信号１０５を読み
とり、このときのＲＦ電力ＲＦｃでＲＦ一定制御を行う
ように出力設定信号１０１の出力を変化させ、同時に制
御方式切替信号１０２でＶｐｐ一定制御からＲＦ一定制
御に切り替える。よって、時間Ｔ７１から時間Ｔ７２の
期間の出力設定信号１０１はＲＦ制御に対応した破線２
１６ｃのようになる。その後、時間Ｔ３１からＴ７１の
所要時間に対してあらかじめ定められた割合の時間とし
て時間Ｔ７１から時間７２の期間、追加エッチング処理
を行い、時間Ｔ７２にエッチング処理を完了する。な
お、この実施例ではＶｐｐ一定制御に切り替える際の出
力設定信号１０１の設定をＶｐｐ電圧不感帯の下限に設
定したが、その他の設定値としてＶｐｐ電圧不感帯の範
囲内のＶｐｐ電圧であればどんなＶｐｐ電圧を用いても
よい。

【００２８】次に、本発明のプラズマ処理装置の他の実
施例を図５により説明する。本図において図１と同符号
は同一部材を示し説明を省略する。図１の装置構成図で
はフィードバック切替器での切り替えは制御装置４１か
らの制御方式切替信号１０２で行われているが、この切
り替えは出力設定信号１０１の電圧レベルを判定して切
り替えることができる。図５はその一例を示したもので
ある。コンパレータ５０１のプラス側に出力設定信号１
０１に、マイナス側にはしきい値電圧５０２が接続され
ている。コンパレータ５０１の出力は、出力電圧設定信
号１０１がしきい値電圧より低ければコンパレータ５０
１の出力はＬレベル、高ければＨレベルになる。この出
力でフィードバック切替器２１を制御することで制御方
式切替信号１０２を用いる必要がなくなる。前記しきい
値電圧５０２は出力設定信号１０１の電圧レベル範囲内
で任意の値を設定してよい。

【００２９】また、しきい値電圧５０２を０Ｖとするこ
とで、例えば出力設定信号１０１をプラス側電圧にすれ
ばＶｐｐ一定制御、マイナス側にすればＰＦ一定制御に
することができる。すなわち、エッチング開始の初期は
ＰＦ一定制御で行い、この場合には、マイナスの出力設
定信号、例えば、ＲＦ１００Ｗに対応する設定電圧値と
して−１Ｖを出力設定信号１０１として制御装置から出
力する。これにより、コンパレータ５０１はＬレベルに
なって、フィードバック切替器２１をＲＦ検出信号増幅
器２２に接続するように切り替え、ＰＦ一定制御が行わ
れる。その後、プラズマが安定状態になりＶｐｐ一定制
御に移行するか、またはＶｐｐ電圧が許容範囲を越えよ
うとしたときにＶｐｐ一定制御に移行するよう制御装置
４１が判定し、制御装置４１からＶｐｐ一定制御のため
のプラス側の出力設定信号、例えば、２００Ｖｐｐに対
応する設定電圧値として＋１Ｖを出力設定信号１０１と
して制御装置から出力する。これにより、コンパレータ
５０１はＨレベルになって、フィードバック切替器２１
をＶｐｐ検出信号増幅器２３に接続するように切り替
え、Ｖｐｐ一定制御が行われる。

【００３０】さらに、出力設定信号１０１が０Ｖ付近に
設定される場合、ノイズなどでコンパレータ５０１の出
力が頻繁に変化してしまう。これを防止するため、コン
パレータ５０１に正帰還をかけてヒステリシスも持たせ
ればよい。また、このとき、電源投入時などの初期状態
時にコンパレータ５０１の出力が不定となるため、電源
投入時リセット回路を設け、電源投入時のフィードバッ
ク切り替え動作を確定することができる。

【００３１】以上、これら実施例によれば、エッチング
処理などのプラズマ処理過程において、Ｖｐｐ電圧とＲ
Ｆ電力の変動を任意に制御することができるため、エッ
チングの形状制御を再現性よく行うことができる。ま
た、同様にプラズマ処理による経時変化または処理装置
の機差等によってプラズマ状態が変わっても、Ｖｐｐ電
圧やＲＦ電力を任意の値で一定に制御できるので、複数
の試料に対して同一条件でプラズマ処理を行うことがで
き再現性の良いプラズマ処理が行える。

【００３２】また、出力設定信号１０１の電圧レベルを
判定することでフィードバック切り替えを信号の追加を
行うことなく実現できる。なお、本実施例では電子回路
のハードウエアでレベル判定を行っているが、これと同
一の機能をソフトウエアで行うことは容易に行える。

【００３３】なお、以上の実施例は、プラズマ発生源と
は別に試料を処理する試料台に印加される高周波電力発
生源について記載したが、同様な制御方法をプラズマ発
生用の高周波電力発生源や直流電力発生源に対しても実
施することができる。さらに、Ｖｐｐ電圧はプラズマの
シース電圧ＶＦとも関連している。よって、Ｖｐｐ一定
制御の代わりに、ＶＦ電圧を一定にするＶＦ一定制御と
ＲＦ一定制御の切り替えを行うことも容易に実現でき、
Ｖｐｐ一定制御はＶＦ一定制御を含む制御として定義で
きる。

【００３４】また、本実施例では、プラズマ処理として
エッチング処理について述べたが、プラズマＣＶＤ等の
プラズマを用いる処理においてもプラズマ発生時の不安
定状態から安定状態に移行する際に、同様な制御を行え
ば良く、エッチング処理に限定されるものではない。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ用いた処理装
置において、プラズマ処理過程においてプラズマ状態が
変わる場合やプラズマ処理による経時変化または処理装
置の機差等があっても、再現性の良いプラズマ処理を行
うことのできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施例を示す構
成図である。

【図２】プラズマ処理装置においてＲＦ一定制御でプラ
ズマ処理したときのＶｐｐ電圧の変化を示す図である。

【図３】図１の装置におけるＲＦ一定制御・Ｖｐｐ一定
制御の切替例を示す図である。

【図４】図１の装置におけるＲＦ一定制御・Ｖｐｐ一定
制御の他の切替例を示す図である。

【図５】本発明のプラズマ処理装置の他の実施例を示す
構成図である。

【符号の説明】

１…試料台、２…試料、１１…ＲＦ電源、１２…ＲＦ検
出器、１３…Ｖｐｐ検出器、２１…フィードバック切替
器、３１…誤差アンプ、４１…制御装置、１０１…出力
設定信号、１０３…フィードバック信号、１０４…制御
出力信号、１０５…ＲＦモニタ信号、１０６…Ｖｐｐモ
ニタ信号、５０１…コンパレータ、５０２…しきい値電
圧。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 健二 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 吉開 元彦 山口県下松市大字東豊井794番地 日立テ クノエンジニアリング株式会社笠戸事業所 内 (72)発明者 下村 和弘 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 大平原 勇造 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 高橋 洋二 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空室内にプラズマを発生させるととも
   に、試料が保持された試料台に前記プラズマの発生とは
   独立に高周波電力を印加して前記試料を処理するプラズ
   マ処理方法において、前記プラズマ処理中の前記高周波
   電力を供給する高周波電源のフィードバック制御を、前
   記高周波電力（ＲＦ電力）と前記高周波電力によって生
   じる高周波ピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ電圧）とを任
   意に切り替えそれぞれを一定にするよう制御し、前記試
   料をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方
   法。
2. 【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
   て、前記フィードバック制御のフィードバック因子を前
   記ＲＦ電力から前記Ｖｐｐ電圧に切り替える際、切り替
   え直前の前記Ｖｐｐ電圧を記憶し、該Ｖｐｐ電圧となる
   ように前記高周波電源の出力設定を行い、また、同時に
   前記フィードバック因子を前記ＲＦ電力から前記Ｖｐｐ
   電圧に切り替えるプラズマ処理方法。
3. 【請求項３】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
   て、前記フィードバック制御のフィードバック因子を前
   記Ｖｐｐ電圧から前記ＲＦ電力に切り替える際、切り替
   え直前の前記ＲＦ電力を記憶し、該ＲＦ電力となるよう
   に前記高周波電源の出力設定を行い、また、同時に前記
   フィードバック因子を前記Ｖｐｐ電圧から前記ＲＦ電力
   に切り替えるプラズマ処理方法。
4. 【請求項４】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
   て、前記高周波電源をＲＦ電力一定制御する際、前記Ｒ
   Ｆ電力より生じた前記Ｖｐｐ電圧が、前記Ｖｐｐ電圧の
   許容範囲（Ｖｐｐ電圧不感帯）を越えたとき、前記高周
   波電源をＶｐｐ電圧一定制御に切り替えるプラズマ処理
   方法。
5. 【請求項５】請求項４記載のプラズマ処理方法におい
   て、前記Ｖｐｐ電圧が前記Ｖｐｐ電圧許容範囲内に入ら
   ないとき、前記プラズマ処理を異常と判断する信号を出
   力するプラズマ処理方法。
6. 【請求項６】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
   て、前記高周波電源をＶｐｐ電圧一定制御する際、前記
   ＲＦ電力が、前記ＲＦ電力の許容範囲（ＲＦ電圧不感
   帯）を越えたとき、前記高周波電源をＲＦ電力一定制御
   に切り替えるプラズマ処理方法。
7. 【請求項７】請求項６記載のプラズマ処理方法におい
   て、前記ＲＦ電力が前記ＲＦ電力許容範囲に入らないと
   き、前記プラズマ処理を異常と判断する信号を出力する
   プラズマ処理方法。
8. 【請求項８】プラズマ処理の進行状況に応じて、高周波
   電力供給源をフィードバック制御する際に、フィードバ
   ック因子のＲＦ電力とＶｐｐ電圧とを切り替え、プラズ
   マに一定のＲＦ電力を供給してＶｐｐの変化を行わせる
   ＲＦ一定制御とＶｐｐ電圧を一定にするＶｐｐ一定制御
   とをプラズマ処理中に切り替えて試料をプラズマ処理す
   ることを特徴とするプラズマ処理方法。
9. 【請求項９】エッチング開始初期時のプラズマの不安定
   時はＲＦ電圧一定制御を行い、前記プラズマが安定した
   後、Ｖｐｐ電圧一定制御に切り替え、前記エッチングの
   終点判定後のオーバーエッチング時はＲＦ電圧一定制御
   を行って試料をプラズマ処理することを特徴とするプラ
   ズマ処理方法。
10. 【請求項１０】エッチング開始初期時のプラズマの不安
    定時はＲＦ電力一定制御を行い、前記プラズマが安定し
    た後、Ｖｐｐ電圧があらかじめ定められた範囲から外れ
    た場合にＶｐｐ電圧一定制御に切り替え、前記エッチン
    グの終点判定後のオーバーエッチング時はＲＦ電圧一定
    制御を行って試料をプラズマ処理することを特徴とする
    プラズマ処理方法。
11. 【請求項１１】真空室内にプラズマを発生させるととも
    に、試料が保持された試料台に前記プラズマの発生とは
    独立に高周波電力を印加して前記試料を処理するプラズ
    マ処理装置において、前記高周波電力を供給する高周波
    電源のフィードバック制御のフィードバック因子を、前
    記高周波電源が出力した高周波電力（ＲＦ電力）と前記
    高周波電力によって生じる高周波ピークツウピーク電圧
    （Ｖｐｐ電圧）とし、前記ＲＦ電力と前記Ｖｐｐ電圧と
    のうちいずれか一方を選択可能なフィードバック切替手
    段と、前記フィードバック切替手段を制御する制御手段
    とを具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
12. 【請求項１２】請求項１１記載のプラズマ処理装置にお
    いて、前記制御手段はエッチング開始初期時のプラズマ
    不安定時と、前記プラズマが安定した後のエッチング中
    と、エッチング終点判定後のオーバーエッチング時に、
    前記フィードバック因子の前記ＲＦ電力と前記Ｖｐｐ電
    圧とを切り替え指示するプラズマ処理装置。
13. 【請求項１３】請求項１１記載のプラズマ処理装置にお
    いて、前記制御手段は前記ＲＦ電力により生じる前記Ｖ
    ｐｐ電圧が前記Ｖｐｐ電圧の許容範囲を越えたとき、前
    記フィードバック因子を前記ＲＦ電力から前記Ｖｐｐ電
    圧に切り替え指示するプラズマ処理装置。
14. 【請求項１４】請求項１１記載のプラズマ処理装置にお
    いて、前記制御手段は前記ＲＦ電力と前記Ｖｐｐ電圧と
    の切り替えに際し、前記フィードバック制御に用いられ
    る出力設定信号が前記ＲＦ電力制御用かまたは前記Ｖｐ
    ｐ電圧制御用かを設定する制御方式切り替え信号を前記
    フィードバック切替手段に出力し、前記フィードバック
    切替手段を制御するプラズマ処理装置。
15. 【請求項１５】請求項１１記載のプラズマ処理装置にお
    いて、前記制御手段は前記ＲＦ電力と前記Ｖｐｐ電圧と
    の切り替えに際し、前記フィードバック制御に用いられ
    る出力設定信号をしきい値と比較し、該比較によって得
    られた信号を前記フィードバック切替手段に出力し、す
    るプラズマ処理装置。
16. 【請求項１６】請求項１５記載のプラズマ処理装置にお
    いて、前記制御手段は前記しきい値を０Ｖとし、前記出
    力設定信号の電圧の極性によって前記フィードバック因
    子をＲＦ電力もしくはＶｐｐ電圧に切り替える信号を前
    記フィードバック切替手段に出力するプラズマ処理装
    置。
17. 【請求項１７】請求項１５記載のプラズマ処理装置にお
    いて、前記しきい値の判定にヒステリシス特性を持たせ
    たプラズマ処理装置。