JPS60208835A - プラズマ処理装置 - 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り、処理を安定に行な
うことのできるプラズマ処理装置に関する。

〔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、高周
波電源の発振出力を安定して処理室に供給し、再現性の
あるプラズマ処理を行なうことが歩留向上のために不可
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５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ヨｔ）０．５〜５０Ｐα程
度の圧力になる様に真空排気されると共に一定流量のエ
ツチングガスが流入される処理室１と、高周波電力を供
給する高周波電力供給回路４と、該高周波電力供給回路
４の電力を設定する放電電力設定回路７と、前記高周波
電力供給回路４からの電力を整合する整合回路６と、前
記高周波電力供給回路４と、処理室１との間の高周波電
力を測定する電力測定回路８とを備えている。前記放電
電力設定回路７は、例えば第１因のように可変抵抗器７
αと直流電源７ｂの組み合わせで構成され、放電開始時
点であらかじめ高周波電力供給回路４に放電電力の設定
値を電圧で指示する。また、前記整合回路゛６は、例え
ば第１図のように可変コイル６αと可変コンデンサ６４
，６ｃで構成され、エツチングを行なう際に高周波電力
がプラズマで効率よく消費されるよ５＆Ｃ１放電電力設
定回路７の設定電力の値により、高周波電力供給回路４
から処理室１へ向かう電力（進行波出力）に対して処理
室１から高周波電力供給回路４へ戻る電力（反射波出力
）を小さくして進行波出力から反射波出力を差し引いた
電力が最大になるよう可変コイル６α、可変コンデンサ
６ｂ、６Ｃを自動的に調整してインピーダンス整合を行
なう機能、いわゆるオートマツチング機能を有している
。

しかしながら、前記高周波電力供給回路４からプラズマ
に供給される電力は、設定電力に対してインピーダンス
整合がなされ、放電の安定化が図られているものの、実
際のエツチングでは時間変化している。

この様子を第２因を用いて説明する。第２図はエツチン
グガスとして四環化炭１Ａｃｔ’ｉ、を導入し、圧力８
Ｐαでウェハ上のＭ膜をエツチングした場合のプラズマ
で消費される電力の変化を示したものである。高周波電
力の設定値は３ｏ。

Ｗであるが、時間に対してプラズマで消費される電力は
大きく変動している。放電開始から４０秒位まではイン
ピーダンス整合がされる間の変動であるが、特に、それ
以降２分位まではＭの表面酸化膜が除去される間であり
、設定値の３００Ｗより低い値を示している。また表面
酸化膜除去後もプラズマで消費される電力は変動を続け
、インピーダンス整合後の全放電時間に対して３００Ｗ
±３０Ｗという具合に変動率は±１０％にもおよんでい
る。この変動の要因は、主にエツチングによって発生す
る反応生成物の発生箇所１種類、量、流れ等によると考
えられる。このインピーダンス変動な子側することは非
常に難しいことである。現状ではとにかくインピーダン
ス整合を自動的に行なってプラズマで消費される電力を
安定化させようとしているが、整合回路６はすでに述べ
たようにコイルとコンデンサという回路素子の組み合わ
せで構成されており、整合はあくまでもこれら回路素子
の値の組み合わせで実現するため、これら回路素子の値
を変化させる駆動装置の応答性が早くとも、実際にイン
ピーダンス整合がなされるのはプラズマのインピーダン
スが変動してから数秒遅れてはじめて実現するという具
合に、プラズマインピーダンスの時々刻々の変化に即応
出来ない状態にある。

今後は処理能方向上という点でエツチングの高速化が要
求され、高速エツチングによって発生する反応生成物は
、単位時間当り今以上に大量になる一方、全体のエツチ
ング時間は短くなるので、インピーダンスの変動を同じ
時間内で比較すると、今よりはるかに大きくなる。

プラズマインピーダンスが変動するとプラズマで消費さ
れる電力が不安定になり、エツチングの再現性が悪（な
り、結果的にウニへの製品歩留の低下につながる。そこ
で、放電中、プラズマインピーダンスが変化しても、プ
ラズマで消費される電力が安定しているプラズマ処理装
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を除去すること
であり、プラズマインピーダンスが変化してもプラズマ
で消費される電力を安定的に供給し、処理を安定化でき
るプラズマ処理装貧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処
理装置は、高周波電力供給回路の出力を測定する測定手
段と、電力設定手段により設定した設定値と前記測定手
段により測定した測定値とを比較する比較手段と、該比
較手段の比較結果に応じて測定手段による測定値が一定
になるように、かつ測定値の変化割合に対して電力供給
手段の設定値を制御する制御手段を設け・ることを特徴
とする特 〔発明の実施例〕 以下本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第３図は、本発明の一実施例によるプラズマ処理装置で
あり、第４図は第３１要部の出力波形である。

図に示すプラズマ処理装置は、ウェハ５を搭載する下部
電極２．接地された上部電極３を含む処理室１と高周波
電力供給回路４と、該高周波電力供給回路４からの高周
波電力を整合する整合回路６と、前記高周波電力供給回
路４と処理室１との間の高周波電力を測定する電力測定
回路８と、プラズマで消費される電力を安定化させる制
御系の中枢をなすコンピュータ１２と。

前記電力測定回路８の測定値を４４λ変換してコンピュ
ータ１２に入力する／Ｄ変換器１１と、コンピュータ１
２の指令を例Ａ変換して高周波電力供給回路４に入力す
る例Ａ変換器１０と、コンピュータ１２とｈ変換器１０
とを接続するスイッチ１４と、コンピュータ１２の指令
により、スイッチ１４の開閉のタイミングを制御するタ
イミング回路１３とを備えている。

この様ＫＩＩ成されたプラズマ処理装置において、処理
室１は、図示されていないガス供給系からエツチングガ
スが供給され、図示されてい々い排気系により一定の圧
力に保たれている。

コンピュータ１２で放電の電力を設定し、放電開始のタ
イミングで、スイッチ１４を閉じ、放電電力設定値をち
つ変換器１０で”／ｉ変換して高周波電力供給回路４に
入力する。高周波電力供給回路から発生した高周波電力
は、電力測定回路８整合回路６を通して処理室１内の下
部電極２に印加され、下部電極２と上部電極３０間にプ
ラズマが形成され、ウェハ５の表面がエツチングされる
。このとき、電力測定回路８は進行波出力と反射波出力
とを測定して整合回路６に入力しインピーダンス整合を
とる一方、プラズマで消費される電力（進行波出力と反
射波出力との差）をＡ７．変換器１１を通して、コンビ
ーータ１２のクロック信号ＣＩのタイミングで逐次ＶＤ
変換しコンビーータ１２に入力する。コンピュータ１２
は前記放電電力設定値と、プラズマで消費される電力（
第４図（α））を比較し、プラズマで消費される電力が
所望の放電電力より高い場合は放電電力設定値を下げ、
逆にプラズマで消費される電力が所望の放電電力より低
い場合は放電電力設定値を上けてちり変換器１０に出力
する。このときコンピュータ１２はクロック信号ＣＫの
タイミングで毎回放電電力設定値を変えてやる訳である
が、実際のプラズマで消費される電力の変動な６変換器
１１を通して読んだ後に単に放電電力設定値を変えてや
るだけではプラズマインピーダンスの変動に常に遅れて
応答するだけで。

プラズマで消費される電力の安定化は不十分である。そ
こで次に詳述するタイミング回路１３と前記コンピュー
タ１２及びスイッチ１４との組み合わせが必要となって
くる。つまり次のように動作するのである。コンビーー
タ１２は、プラズマで消費される電力の変動から時々刻
々変化するプラズマインピーダンスの次の変動を常に予
測して放電電力設定値を例Ａ変換器１０に出力すべくセ
ットする。タイミング回路１３は、前記クロック信号Ｃ
Ｋを入力し、コンピュータ１２のプラズマインピーダン
スの次の変動の予測のもとに、プラズマで消費される電
力の変化の割合の大きい箇所はクロック信号ＣＫのタイ
ミング毎にスイッチ１４を閉じてコンピュータ１２のセ
ットする放電電力設定値をｈ変換器１０に出力し、プラ
ズマで消費される電力の変化の割合の小さい箇所はスイ
ッチ１４を閉じるのを数クロックに１度という具合に、
コンピュータ１２のセットする放電電力設定値を例Ａ変
換器１０に出力するように制御するのである。すなわち
タイミング回路１３はプラズマで消費される電力の変化
割合に対応してクロック信号ＣＫからスイッチ１４の開
閉を制御する非周期的タイミング作成の機能を持ってい
る。

このようにしてち１変換器１０に入力される波形は、第
４図（ｈ）のようになり、その結果プラズマインピーダ
ンスの次の変化を予測して放電電力設定値をセットし、
プラズマで消費される電力の変化割合に対応するタイミ
ングで実際の放電電力設定値を例Ａ変換器１０を通して
高周波電力供給回路４に出力することで最終的にプラズ
マで消費される電力は第４図（Ｃ）のように全放電時間
に対して３００Ｗ±３Ｗと変動率±１−程度となる。

つまり、従来のプラズマ処理装置においては整合回路６
でのみプラズマで消費される電力の安定化を図っている
ので、プラズマインピーダンスが変動してどんなに早く
とも数秒遅れてインピーダンスが整合され、その後プラ
ズマで消費される電力が安定化し、その変動率は±１０
９６程度にすぎなかったのに対し、本発明によるプラズ
マ処理装置では例えばクロック信号ＣＸの周期を１００
ｍｓｇｃとすれば、１０ＣｒｒＬＪｌｄＣごとのプラズ
マで消費される電力の変化を常に監視しながら次の変化
を予測して放電電力設定値を変えてやるので１００ｍｓ
ｇｃの応答性でプラズマで消費される電力が安定にでき
、変動率は±１％程度になる。

〔発明の効果〕

以上本発明のように、プラズマに供給される高周波電力
のプラズマで消費される電力を放電中フィードバックし
、プラズマで消費される電力の時間当りの変化率の太き
いところでは、短い間隔て設定値を時々刻々変化させる
一方、プラズマで消費される電力の横開当りの変化率の
小さいところでは、長い間隔で設定値を変化させるとい
う具合に、プラズマで消費される電力の変化割合に対応
して、プラスｉで消費される電“が一定になるよう次の
プラズマインピーダンスの変化を予測しながら設定値を
変化させてやることにより、プロセスの再現性向上と、
装置の安定稼動が図れ、クエハの製品歩留向上に効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１因は従来技術によるプラズマ処理装置を示す図、第
２図は第１図に示したプラズマ処理装ｒｌＫよるプラズ
マで消費される電力の変化を示す図、第３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、第４図は
第３１要部の出力波形を示す図である。 １・・・・・・・・・・・・処理室 ４・・・・・・・・・・・・高周波電力供給回路６・・
−・・・・・・・・整合回路 ７・・・・・・・・・・・・放電電力設定回路８・・・
・・・・・−・・電力測定回路１０・・−・・・・・Ｒ
イイ変換器 １１・・・・・・・・・夕り変換器 １２・・１・０．・・コンピュータ １３・・−・・・・・タイミング回路 １４・・・・・・・・・スイッチ 男１図 文龜晴間　（４Ｆ） 第３７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラズマ発生手段と、該プラズマ発生手段圧電力を供給
   する電力供給手段と、該電力供給手段の電力の出力値を
   設定する電力設定手段とを備えるプラズマ処理装置にお
   いて、前記電力供給手段から出力される電力を測定する
   測定手段と、該測定手段により測定した電力値と電力設
   定手段により設定した設定値とを比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較結果に応じてかつ前記測定手段
   により測定した電力値の変化割合に対応して電力設定手
   段の設定値を制御しプラズマ処理装置で消費される電力
   が一定になるように前記電力設定手段を制御する制御手
   段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。