JPS60206028A - プラズマ制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、プラズマ処理装置に係シ、特に安定したプラ
ズマ會得るために好適なプラズマ制御装置に関する。

〔発明の背景〕

プラズマ処理装置、例えば半導体製造工程中のウェハ等
のパターンを形成するドライエツチング装置では、エツ
チング処理中の放電を安定に持続させることがウェハの
製品歩留シ向上のために不可欠である。

従来技術によるドライエツチング装置は、第１図に示す
ように、ウェハ１を搭載する下部電極２及び上部電極３
を含み、図示しない排気系によシ０５〜５０Ｆ、程度の
圧力で一定になる様に真空排気されると共に、一定粒量
のエツチングガスが流入される処理室４と、高周波電力
全供給する高周波電源５と、高周波電源５からの電力を
整合する整合回路６と高周波電源５と処理室４との間の
高周波電力を測定する電力計１４全備えている。

前記整合回路６は、例えば第１図のように可変コイル６
ａと可変コンデンサ６ｂ、６ｃで構成され、エツチング
全行う際に高周波電力がプラズマで動部よく消費される
高周波電源５から整合回路６を通して処理室４へ向かう
電力（進行波出力）に対して、処理室４から整合回路６
全通して高周波電源５へ戻る電力（反射波出力）を、で
きるだけ小さくするように可変コイル６α、可変コンデ
ンサ６ｂ、　６Ｃ’（ｉ’自動的に調整して、インピー
ダンス整合を行う機構（オートマツチング機能）を有し
ている。

ところで、エツチング中、処理室４内のプラズマのイン
ピーダンスは変動しているがこのインピーダンスの変動
は、エツチングによって発生する反応生成物の発生箇所
、種類、量、流れ等が、エツチング過程において変化す
るために生じる。このインピーダンス変動に対して、前
記整合回路６はプラズマで効出よく電力を消費するため
に、インピーダンスのオートマツチング全行なっている
。その方法は、整合回路６自身の持つインピーダンスと
プラズマ−インピーダンスとの合成インピーダンスを電
源５がら整合回路６や処理室４へ接続される線路の公称
インピーダンスと等しくする方法をとっている。

すなわち従来のエツチング装置では、整合回路６で整合
回路６のインピーダンスとプラズマインピーダンスの両
方を一緒にして、系全体でインピーダンス整合を行なっ
ているので、系全体で消費される電力全一定にしている
が、プラズマで消費される電力を一定にしているわけで
はなかった。

エツチングプロセスの再現性を上げるという点から言え
ば、プラズマで消費される電カケー足にすることが重要
である。

プラズマで消費される電力を一定にする方法の一つに、
高周波電源５の供給電力を変化させる方法がある。しか
しこの方法は供給電力を変化させるため、系全体のイン
ピーダンスが変わりインピータ“ンス整合をとシ直す必
要があり、放電中のンーラメマを安定にするのは難しい
。

これに対し、放電中のプラズマインピーダンスそのもの
を一定にすることができれば、インピーダンスの整合条
件が変わることがないのでプラズマの安定化が図シやす
ｂｏ そこで、放電中のプラズマインピーダンスの変化を常時
モニタし、その変化音できるだけ小さくして放電全安定
化するようにしたプラズマ制御装置の出現が要求された
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記従来技術の問題点全除去すること
であシ、エツチング中、時々刻々変化するプラズマイン
ピーダンス全常時モニターすると共に、それ全ガス供給
系にフィードバックし、プラズマインピーダンスを一定
にさせて、プラズマの放電を安定化させるプラズマ制御
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記した目的を達成するため、本発明によるプラズマ制
御装置は処理室内のプラズマインピーダンスを、外部回
路、例えば整合回路の電位差及び位相の変化から読み取
る演算制御手段と、そこから得られたプラズマインピー
ダンス全表示する手段を備え、常時プラズマインピーダ
ンスの変動をモニタすることができるようにしたこと全
特徴としている。更に、前記プラズマインヒーダンス演
算手段からの信号によシ、処理室に供給するが２流量全
加減する手段をコントロールし、エツチング中のプラズ
マインピーダンス會一定にして放電を安定させることが
できるようにしたことを特徴としている。また、前記プ
ラズマインピーダンス演算制御手段から得られるプラズ
マインピーダンスとあらかじめ設定したプラズマインピ
ーダンス許容値とを比較する比較器と、その許容値全外
れた場合に処理室に供給する電力全切断する手段金偏え
、異常放電においてただちに放電全停止させることがで
きるようにしたことを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例全第２図によシ説明する。

装置の構成は、ウェハ１全搭載する下部電極２に接地さ
れた上部電極５を含む処理室４゜そして高周波電源５か
ら処理室４へ供給する高周波電力のインピーダンス整合
を行う整合回路６゜また、処理室４内のインピーダンス
を整合回路６内のコイル両端の電位差から算出する演算
、制御部７゜整合回路６からの各データ金与えられたク
ロックＢによって、演算制御部７に転送するデータサン
プリング回路１５、演算Ｏ制御部７からの信号とインピ
ーダンス変動許容値Ａ？比較する比較器８と演算制御部
７からの信号によって高周波電源５　ｆＯＮ　−ＯＦＦ
するスイッチ９と、エツチングガス１０の流量を加減す
るため、バルブ１１’ｉｉ開閉する流量制御器１２と、
処理室４内のインピーダンスを常時モニターするだめの
表示器１３とから成っている。

次に、このように構成されたプラズマ処理装置の動作説
明金する。

処理室４はパルプ１１會通してエツチングガス１０が供
給され、図示しない排気系によって、一定圧力になるよ
うに制御されている。

高周波電源５から高周波電力全、整合回路６全通して処
理室４の下部電極２に印加し、下部電極２と上部電極３
０間に、１ラズＹｆ形成する。

整合回路６の役目は例えば第２図に示すように、コイル
６α、バリコン６ｈ、ｌ、ｃで構成されておシ、整合回
路６と電力計１４によって、高周波電力が動車よく処理
室に供給されるようにインピーダンス整合を行なうこと
である。

以上は、第１図と同じであるが、本実施例では整合回路
６において下部電極２とコイル６ａとの間の電位Ｔ／ａ
及びコイル６αとバリコン６ｈとの間の電位ＩＪと、コ
イル６ａのインダクタンスＬの値が外部に取り出せるよ
うになっている。これらのＶ（ｘ、　Ｆ、６．　Ｌの値
は、データサンプリング回路１５ツクロツクＢＶｃよシ
、−延時間でサンプリングされ、位相検出器７α１演算
器７ｈ、制御器７ｃで構成された演算制御部７に送られ
る。演算制御部７では、プラズマインピーダンスを、次
の式で計算する。

すなわち、プラズマインピーダンスｆ　ＺＰ＝Ｒｐ＋ｗ
＝２πｆ （ｆは電淵５の発振周波数で、常に一定）そして、この
様にして計算したプラズマインピータンスの抵抗成分Ｒ
Ｐとりアクタンス成分ｘｐを表示器１３に表示する。

この様な、データのサンプリングから演算、嫂示奢くり
返すことによって、エツチング過程におけるプラズマの
インビーダンスケ常時モニタすることができる。

次に、上記プラズマインピーダンスのモニタによって放
電を安定化させる動作につめて説明する。

エツチング過程においては、反応生成物が発生し、供給
するエツチングガスと、反応生成物の発生割合に応じて
処理室４内の放電状態が除々に変化する。そこで、エツ
チングが活発に行なわれて反応生成物が多く発生すると
きには、供給するエツチングガス１０の流量管多くし、
逆にエツチングの初期や、終了の時期は、供給するエツ
チングガス１０の流量を少なくするようにして、エツチ
ング過程において、放電状態’（ｒ　一定に保つように
する。これは、前記プラズマインピーダンスのモニタに
よって、その値の変化から次のように行なうことができ
る。すなわち、プラズマインピーダンスを算出する演算
制御部７から、流量制御器１２に指令を与え、インピー
ダンス変動を小さくするようにエツチングガス１０の流
量全コントロールすることによって、プラズマで消費さ
れる電力を一定にするのである。

また、前記プラズマインピーダンスのモニタとエツチン
グガス１０の流量の制御において、プラズマインピーダ
ンス変動がエツチングガス１０の流量を変化しても元に
もどらないくらいに大きくなった場合、すなわち、あら
かじめ設定したインピーダンス変動許容値Ａと演算結果
を比較器８によシ比較して、許容値Ａを満足していない
場合、演算制御部７は処理室４内て異常放電を生じてい
ると判断し、スイッチ９に高周波電源５の高周波電力を
切断する指令を出し、高周波電力の供給全停止し、処理
室４内やウェハ１への異常放電による影響奮回避する。

以上述べたように、本発明はプラズマインピーダンスを
常時モニターし、エツチング過程においてプラズマイン
ピーダンスを、処理室４内に流すエツチングガス流量を
コントロールすることによって常時一定にすれば、プラ
ズマで消費される電力も一定になシ、放電の安定化を図
ることができ、ウェハの製品歩留シ向上が実現できる。

また、インピーダンスのモニタにおいて、プラズマイン
ピーダンスの大きな変動が生じた場合は、高周波電源５
を切断すれば、装置やウェハへの影響を回避できる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、エツチング過程に
おいて時々刻々変動するプラズマインピーダンスを常に
モニターすることができる。

更に、インピーダンスの変動に対応して、処理室に供給
するガス流量全自動的に変化させれば、処理室内のイン
ピーダンスを常に一定に保つことができ、安定した放電
を得ることがてきる。

これによル、エツチング処理の安定化を図ることが可能
とな）、半導体製造工程のウェハ製品歩留シ向上が図れ
るという効果がある。また、インピーダンスの変動が、
あらかじめ設定した許容値ケオーバーするような異常を
生じた場合には、ただちに電源を自動的に切断すること
ができるので、異常放電による装置及びウェハへの影＊
１−防ぐことができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラズマ処理装置全示す図、第２図は本
発明によるプラズマ処理装置の一実施例を示す図である
。 ４・・・処理室　５・・・高周波電源 ６・・・整合回路　６ａ・・・可変コイル７・・・演算
・制御部　８・・・比較器９・・・スイッチ　１ｏ・・
・エツチングガス１１・、、　、（＃　）１２・・・流
量制御器１３・・・表示器　１４・・・電力計 １５・・・データサンプリング回路 Ａ・・・インピーダンス変動許容値 Ｂ・・・サンプリングクロック 代理人弼士高橋明夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔｙプラズマ発生手段、該プラズマ発生手段に電力を供
   給する電力供給手段と、プラズマ発生手段にガスを供給
   するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において
   、電力供給手段からプラズマ発生手段のインピーダンス
   を算出するためのデータ全サンプリングする手段と、サ
   ンプリングしたデータからインピーダンス全算出する手
   段と金設けたことを特徴とするプラズマ制御装置。 ２　プラズマ発生手段と、該プラズマ発生手段に電力を
   供給する電力供給手段と、プラズマ発生手段にガスを供
   給するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置におい
   て、電力供給手段から、プラズマ発生手段のインピーダ
   ンスを算出するためのデータ全サンプリングする手段と
   、サンプリングしたデータからインピーダンスを算出す
   る手段と、インピーダンス算出手段からの指令によシガ
   ス供給手段のエツチングガス流量を制御する、流量制御
   手段を設けたことを特徴とするプラズマ制御装置。 ３、　プラズマ発生手段と、該プラズマ発生手段に電力
   を供給する電力供給手段と、プラズマ発生手段にガス管
   供給するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置にお
   いて、電力供給手段からプラズマ発生手段のインピーダ
   ンス全算出するだめのデータをサンプリングする手段と
   、サンプリングしたデータからインピーダンスを算出す
   る手段と、インピーダンス算出手段によって算出された
   値と、あらかじめ設定したインピーダンス変動許容値を
   比べる比較手段と、比較手段からの指令によシ。 電力供給手段＠０Ｎ−ＯＦＦするスイッチング手段を設
   けたことを特徴とするプラズマ制御装置。