TW202130227A - 電漿處理系統及電漿點火支援方法 - Google Patents

電漿處理系統及電漿點火支援方法 Download PDF

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Abstract

本發明之課題為使電漿穩定點火。 依本發明，電漿處理系統的控制裝置執行收集程序、第1確認程序、第2確認程序、及點火程序。在收集程序，針對電力供給部與電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整變數的各自之值，收集顯示電力供給部與電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值。在第1確認程序，相對於從各個變數所對應的點到阻抗最充分匹配的狀態之測定值所對應的點也就是匹配點的向量，將測定值的變化之斜率為最大的變數之值所對應的通過點加以確認。在第2確認程序，將在包含通過點及匹配點的直線上，比通過點更遠離匹配點的點確認作為控制的開始點。在點火程序，沿著直線從開始點朝向匹配點，控制各個變數，藉此在電漿處理裝置內使電漿點火。

Description

電漿處理系統及電漿點火支援方法
本發明係關於電漿處理系統及電漿點火支援方法。
近年的半導體之製造過程中，採用了藉由電漿將基板加工的電漿處理裝置。在電漿處理裝置，對於處理容器內供給處理氣體，將處理容器內調整到規定的壓力。然後，藉由對於處理容器內供給高頻功率，而使處理氣體電漿化，藉由電漿對於處理容器內所收納的基板施行蝕刻等電漿處理。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-153274號公報
[發明所欲解決的課題]
本發明提供可將電漿穩定點火的電漿處理系統及電漿點火支援方法。 [用於解決課題的手段]
依照本發明的一態樣之電漿處理系統具備電漿處理裝置及控制裝置。電漿處理裝置，具有收納基板的處理容器，並藉由在處理容器內產生電漿而對基板進行電漿處理。控制裝置，控制電漿處理裝置。又，控制裝置執行：收集程序；第1確認程序；第2確認程序；及點火程序。在收集程序，針對對於電漿供給高頻功率的電力供給部與電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整變數的各自之值，收集顯示電力供給部與電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值。在第1確認程序，將相對於從各個變數所對應的點到阻抗最充分匹配的狀態之測定值所對應的點也就是匹配點的向量，測定值的變化之斜率為最大的變數之值所對應的點加以確認作為通過點。在第2確認程序，將在包含通過點及匹配點的直線上，比通過點更遠離匹配點的點加以確認作為控制的開始點。在點火程序，控制各個變數，使得測定值沿著直線從開始點朝向匹配點變化，藉此在電漿處理裝置內使電漿點火。 [發明效果]
依照本發明的各個面面及實施形態，可將電漿穩定點火。
以下，針對所揭露的電漿處理系統及電漿點火支援方法之實施形態，基於圖示詳細說明。又，本發明並不限定於以下的實施形態所揭露的電漿處理系統及電漿點火支援方法。
另外，在電力供給部及電漿被產生的處理空間之間，來自電力供給部的高頻功率被高效率供給到處理空間內的電漿，以這種方式設置匹配電路。匹配電路以電力供給部的輸出阻抗、及處理空間內的電漿之阻抗匹配的方式動作。又，以下，將在處理空間內電漿被產生記載為電漿點火。
在電漿點火的過程中，電漿的阻抗會變化。因此，在電漿的點火之過程中，匹配電路動作的話，有在電漿尚未點火的狀態下匹配動作進行，在電漿不點火的狀態下匹配電路會穩定的情況。又，在電漿的點火之過程中，匹配電路動作的話，即使電漿暫時點火，也有由於匹配動作而使電漿再次熄滅的情形。如此一來，電漿的點火及匹配動作同時進行的話，難以將電漿穩定點火。
因此，本發明提供可使電漿穩定點火的技術。
[電漿處理系統1的構成] 圖1為顯示本發明的一實施形態之電漿處理系統1的一例之圖。電漿處理系統1具備電漿處理裝置100及控制裝置200。電漿處理裝置100藉由對於對向的2個電極之至少一方供給的高頻功率，而激發在電極間滯留的處理氣體。藉此，電漿處理裝置100在處理容器室內產生電漿，藉由已產生的電漿而對於半導體晶圓W施行蝕刻等電漿處理。在本實施形態，電漿處理裝置100為使用電容耦合電漿（CCP）的電漿處理裝置。
電漿處理裝置100具有例如藉由鋁等金屬形成為筒狀（例如圓筒狀）、並且收納基板的一例也就是半導體晶圓W的處理容器102。處理容器102被接地。又，電漿處理系統103的形狀不限於圓筒狀，例如可為角筒狀（例如箱狀）。
在處理容器102內，設置載置半導體晶圓W的載置台110。載置台110藉由鋁等形成為略柱狀（例如圓柱狀）。又，載置台110的形狀不限於圓柱狀，例如可為角柱狀（例如多角柱狀）。又，雖然無圖示，但在載置台110設置將半導體晶圓W藉由静電力吸附保持的静電吸盤或調整半導體晶圓W的溫度之溫度調整結構等。
在處理容器102的上部，經由絕緣構件106，例如設置藉由二氧化矽等導電體而形成為板狀的上部電極104。絕緣構件106例如藉由陶瓷等而形成為環狀，可被設置在上部電極104的外周。上部電極104以與載置台110對向的方式，設置在載置台110的上方。將由處理容器102及上部電極104所包圍的空間定義為處理室161。
在處理容器102的側壁，形成有氣體導入口121，對於氣體導入口121，經由配管123，連接氣體供給結構120。氣體供給結構120具有氣體供給源122、流量控制器124、及閥126。氣體供給源122為CF4 氣體等處理氣體的供給源。流量控制器124控制從氣體供給源122供給到處理室161內的處理氣體之流量。閥126控制從氣體供給源122朝向處理室161內的處理氣體之供給及供給停止。
在圖1，為了簡化說明，以氣體供給結構120將單一種類的處理氣體供給到處理容器102內的方式呈現，但氣體供給結構120不限於供給單一種類的處理氣體，可供給多個種類的處理氣體。又，在圖1，從氣體供給結構120供給的處理氣體從在氣體供給結構120的側壁所設置的氣體導入口121供給到處理室161內，但作為其他範例，可從上部電極104的略中央對於處理室161內供給處理氣體。又，上部電極104可具有蓮蓬頭構造。
對於處理容器102的底部，連接排氣管132，對於排氣管132，連接具有真空泵浦等的排氣裝置130。可藉由排氣裝置130，排出處理室161內的氣體，將處理室161內的壓力控制在期望的壓力。
在處理容器102的側壁，形成開口134，開口134藉由閘閥136而開閉。搬入半導體晶圓W時，閘閥136被開啟，藉由無圖示的搬送臂等搬送結構，半導體晶圓W被搬入處理室161內，而載置到載置台110上。然後，搬送結構從處理室161內退出之後，閘閥136被關閉，進行對半導體晶圓W的處理。
又，在處理容器102的側壁，設置由石英等所形成的窗108。對於窗108，連接測定在處理室161內所產生的電漿之發光強度的測定裝置170。藉由測定裝置170而測定的電漿之發光強度的資訊朝向控制裝置200輸出。藉由測定裝置170而測定的電漿之發光強度的資訊為顯示電力供給部與電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值之一例。
對於上部電極104，經由匹配器152而連接高頻電源150。高頻電源150為電力供給部的一例。高頻電源150將預定的頻率（例如60MHz）之高頻功率供給到上部電極104。從高頻電源150輸出的高頻功率之大小由控制裝置200所控制。又，供給到上部電極104的高頻功率之頻率不限於60MHz，可為13.56MHz、27MHz、或者100MHz等。又，高頻電源150可經由匹配器152而連接到載置台110。此時，載置台110可作為下部電極使用。
圖2為顯示匹配器152的構成之一例的圖。匹配器152具有可控制電容的VC1（可變電容器）及VC2。VC1在高頻電源150與上部電極104之間串聯連接，VC2在高頻電源150與接地電位（GND電位）之間與高頻電源150並聯連接。VC1及VC2以高頻電源150的輸出阻抗、及處理室161內的電漿之阻抗匹配的方式動作。VC1及VC2的電容藉由控制裝置200受到控制。又，匹配器152將顯示與從高頻電源150供給到上部電極104的高頻功率相對之反射波的功率之大小的資訊朝向控制裝置200輸出。
藉由供給到上部電極104的高頻功率，而在上部電極104與載置台110之間產生電位差。然後，藉由已產生的電位差而使處理室161內存在的電子加速，再與供給到處理室161內的處理氣體碰撞，藉此激發供給到處理室161內的處理氣體，使處理室161內的處理氣體電漿化。然後，藉由電漿所包含的離子或活性種，而對於載置台110上的半導體晶圓W，施行蝕刻等規定的處理。
控制裝置200具有記憶體、處理器、及輸入輸出介面等。在記憶體，儲存配方等資料或程式等。處理器讀出記憶體所儲存的程式予以執行。然後，處理器基於記憶體所儲存的配方等資料，而經由輸入輸出介面，控制電漿處理裝置100的各部。
[控制變數與電漿之間的關係] 圖3為顯示控制變數與電漿的發光強度之間的關係之一例的圖。在圖3的範例，匹配器152所包含的VC1之控制量及VC2的控制量被使用作為控制變數的一例。VC1及VC2的控制量係指固定子的電極與旋轉子的電極重疊的面積所對應的量，並且為將電極板的電容之值為最低的狀態之控制量設為0%、電容之值為最高的狀態之控制量設為100%時的控制量。控制變數為高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整變數之一例。
例如如同圖3所示，配合VC1的控制量與VC2的控制量之組合，電漿的發光強度會不同。圖3顯示，電漿的發光強度愈高，來自高頻電源150的高頻功率愈高效率地供給到電漿，高頻電源150與電漿之間的阻抗愈能夠匹配。其中，最大點PM 為高頻電源150與電漿之間的阻抗最充分匹配的狀態之電漿的發光強度所對應的點。最大點PM 為匹配點的一例。
例如將圖3的沿著通過最大點PM 之直線L的方向之電漿的發光強度之分布以圖示呈現的話，則成為例如如同圖4及圖5所示。圖4及圖5為顯示變數的調整方法之一例的圖。例如如同圖4所示，與沿著直線L的方向之控制變數的變化量相對之電漿的發光強度之變化量（也就是發光強度的變化之斜率）會由於控制變數的值而不同。
在此，從發光強度的變化之斜率平緩的方向，朝向發光強度最大的最大點PM ，沿著直線L而使控制變數受到控制時，例如如同圖4的實線箭頭所示，電漿的發光強度會變化。此時，朝向最大點PM ，沿著直線L而使控制變數受到控制的過程中，即使電漿點火，也會有由於控制的過衝等，而如圖4的虛線箭頭所示，發光強度急遽減少的情況。藉此，有已點火的電漿熄滅的情況。
另外，例如如同圖5所示，從發光強度的變化之斜率陡斜的方向朝向最大點PM 沿著直線L使控制變數受到控制時，例如如同圖5的實線箭頭所示，電漿的發光強度會變化。此時，朝向最大點PM 沿著直線L使控制變數受到控制的過程中，電漿會點火，藉由控制的過衝等，而如圖5的虛線箭頭所示，發光強度會減少。然而，通過最大點PM 之後，發光強度會緩慢減少。因此，電漿熄滅之前，可對控制變數進行微調整，而可使電漿的發光強度再次接近最大點PM 。藉此，可使電漿穩定點火。
因此，在控制變數與電漿的發光強度之間的關係，確認發光強度的變化之斜率陡斜的控制變數之控制方向，沿著已確認的控制方向，朝向發光強度為最大的最大點PM 而使控制變數受到控制為較佳。
[控制方向的決定方法] 為了決定控制變數的控制方向，首先，在電漿已點火的狀態，一邊變更控制變數，一邊測定各個控制變數的值之電漿的發光強度。然後，例如如同圖6所示，已收集的發光強度之測定值被繪製在以各個控制變數作為軸的座標上。圖6為用於說明控制方向的決定方法之一例的圖。在圖6的範例，匹配器152所包含的VC1之控制量及VC2的控制量被使用作為控制變數的一例。
接著，將在座標上所繪製之發光強度的測定值之中，發光強度的測定值為最大的控制變數之組合所對應的點確認作為最大點PM 。
接著，將相對於以各個控制變數的組合所對應的點（測定點P）為起點、以最大點PM 為終點的向量V，發光強度的測定值之變化的斜率為最大的測定點P確認作為通過點PP 。通過點PP 在朝向最大點PM 的方向為發光強度的變化之斜率最陡斜的點。
接著，將以通過點PP 為起點、以最大點PM 為終點的向量VP 加以確認。向量VP 的方向為控制變數的控制方向。
又，測定點P之發光強度的測定值之變化的斜率，作為最大點PM 之發光強度與測定點P之發光強度之間的差分及向量V的大小之比率而算出。測定點P之發光強度的測定值之變化的斜率係可將發光強度的測定值視為控制變數的函數時，作為朝向向量V所示的方向之方向微分值而算出。又，欲確認的通過點PP 必須在向量VP 所示的方向，從通過點PP 到最大點PM 為止的向量VP 上，發光強度的測定值呈嚴格遞增。因此，在向量VP 所示的方向，於從通過點PP 到最大點PM 為止的向量VP 上的至少一部分上發光強度的測定值減少的情況，不被確認作為通過點PP 。
接著，將包含已確認的向量V之直線L1 加以確認。然後，在直線L1 上，將比通過點PP 更遠離最大點PM 的點、並且電漿未點火的區域內之控制變數的組合所對應的點確認作為控制的開始點PS 。又，較理想為開始點PS 在從開始點PS 到通過點PP 為止的直線L1 上，發光強度的測定值不變化，或者嚴格遞增。
[點火控制] 在使用電漿的實際過程中，以沿著直線L1 從開始點PS 朝向最大點PM ，電漿的發光強度變化的方式，各個控制變數受到控制。此時，例如如同圖7所示，與從高頻電源150供給到上部電極104的高頻功率相對之反射波的功率之大小被測定。圖7為顯示反射波之功率的變化之一例的圖。
接著，在反射波之功率減少的斜率為最大的時間點tp 之控制變數之值的組合所對應的點，被確認作為限制點PL 。然後，電漿實際點火之後，例如如同圖8所示，在將各個控制變數作為軸的座標上，將通過限制點PL 而與直線L1 正交的直線確認作為限制線L2 。圖8為用於說明限制點PL 及限制線L2 的一例之圖。然後，使用比限制線L2 更靠近最大點PM 側的控制變數之值調整電漿。藉此，在點火後的控制變數之調整，由於不使用比限制線L2 更靠近開始點PS 側的控制變數之值，故可抑制電漿的熄滅。
藉此，在使用電漿的實際過程中，例如如同圖9所示，以電漿的發光強度變化之方式，控制各個控制變數。圖9為用於說明過程執行時的控制變數之控制的一例之圖。
首先，以沿著直線L1 從開始點PS 朝向最大點PM ，電漿的發光強度變化之方式，控制各個控制變數。然後，基於反射波之功率的變化，將限制點PL 加以確認，而檢測出電漿的點火。電漿點火之後，使用比限制點PL 更靠近最大點PM 側的控制變數之值（範圍ΔL所包含的控制變數之值）而調整電漿。在範圍ΔL，電漿的發光強度之變化平緩，故即使控制的過衝或多或少產生，電漿熄滅的疑慮也少。因此，可在點火後的控制變數之調整，抑制電漿的熄滅。
又，在圖8例示的直線L1 上，比開始點PS 更靠近限制點PL 的點PS ’作為開始點PS 予以更新。藉此，接著使電漿點火時，可縮短從控制開始到電漿的點火為止所需要的時間。
[資料收集處理] 圖10為顯示資料收集處理的一例之流程圖。在圖10例示的資料收集處理，針對控制變數的每個組合，測定電漿的發光強度，從已測定的電漿之發光強度的分布，確認最大點PM 、通過點PP 、及開始點PS 。圖10例示的資料收集處理藉由控制裝置200控制電漿處理裝置100的各部而實現。
首先，在預定的VC1之控制量及VC2之控制量，於處理室161內產生電漿（S10）。
接著，控制裝置200在預定的VC1的控制量之值中，選擇1個未選擇的控制量之值（S11）。在步驟S11，控制裝置200在從0%到100%的VC1的控制量之值中，例如在1%的步驟，依序選擇VC1的控制量之值。
接著，控制裝置200在預定的VC2的控制量之值中，選擇1個未選擇的控制量之值（S12）。在步驟S12，控制裝置200在從0%到100%的VC2的控制量之值中，例如在1%的步驟，依序選擇VC2的控制量之值。
接著，測定裝置170測定處理室161內的電漿之發光強度（S13）。控制裝置200將藉由測定裝置170而測定的電漿之發光強度的資訊，與在步驟S11所選擇的控制量、及在步驟S12所選擇的控制量建立對應，而保存在記憶體。
接著，控制裝置200判定在預定的VC2的控制量之值中，是否已選擇所有的控制量之值（S14）。有未選擇的控制量之值時（S14：否），控制裝置200再次執行步驟S12所示的處理。
另外，已選擇所有的控制量之值時（S14：是），控制裝置200判定在預定的VC1的控制量之值中，是否已選擇所有的控制量之值（S15）。有未選擇的控制量之值時（S15：否），控制裝置200再次執行步驟S11所示的處理。從步驟S10到S15為止的處理為收集程序的一例。
另外，已選擇所有的控制量之值時（S15：是），控制裝置200使用已收集的資料，確認通過點PP （S16）。例如，控制裝置200就電漿的發光強度，在控制變數（VC1的控制量及VC2的控制量）的關係，相對於以各個控制變數所對應的點作為起點、以最大點PM 作為終點的向量V，算出發光強度的測定值之變化的斜率。然後，控制裝置200將相對於已算出的向量V，發光強度的測定值之變化的斜率為最大的控制變數之值的組合所對應的點確認作為通過點PP 。步驟S16為第1確認程序的一例。
接著，控制裝置200使用已確認的通過點PP ，確認開始點PS （S17）。例如，控制裝置200在包含從通過點PP 到最大點PM 的向量VP 之直線L1 上，將比通過點PP 更遠離最大點PM 的點確認作為控制的開始點PS 。步驟S17為第2確認程序的一例。然後，本流程圖所示的資料收集處理會結束。
[點火支援處理] 圖11為顯示點火支援處理的一例之流程圖。圖11例示的點火支援處理藉由控制裝置200控制電漿處理裝置100的各部而實現。又，圖11例示的點火支援處理開始之前，在載置台110上載置半導體晶圓W，對處理室161內供給處理氣體，處理室161內被調整為預定的壓力。
首先，控制裝置200控制高頻電源150及匹配器152，將VC1的控制量及VC2的控制量設定為開始點PS 所對應的值（S20）。然後，控制裝置200會判定在處理室161內電漿是否已點火（S21）。在本實施形態，控制裝置200在從匹配器152輸出的反射波之功率的大小減少為預定的閾值以下時，判定為在處理室161內電漿已點火。步驟S21為測定程序的一例。
又，控制裝置200可在從測定裝置170輸出的發光強度增加為預定的閾值以上時，判定在處理室161內電漿已點火。又，控制裝置200可在從匹配器152輸出的反射波之功率的大小減少為預定的閾值以下，並且從測定裝置170輸出的發光強度增加為預定的閾值以上時，判定在處理室161內電漿已點火。
在處理室161內電漿未點火時（S21：否），控制裝置200例如如同圖8所說明，以沿著直線L1 朝向最大點PM 電漿的發光強度變化的方式，將VC1的控制量及VC2的控制量變更規定量（S22）。然後，再次執行步驟S21所示的處理。步驟S22為點火程序的一例。
另外，在處理室161內電漿已點火時（S21：是），控制裝置200基於從匹配器152輸出的反射波之功率的大小之履歷，確認限制點PL （S23）。控制裝置200例如如同圖7及圖8所說明，將反射波之功率減少的斜率為最大的VC1的控制量及VC2的控制量之值的組合所對應的點確認作為限制點PL 。步驟S23為第3確認程序的一例。
然後，控制裝置200例如如同圖8所說明，將通過限制點PL 而與直線L1 正交的直線確認作為限制線L2 （S24）。然後，控制裝置200將比開始點PS 更靠近限制點PL 的點PS ’作為新的開始點PS 予以更新（S25）。步驟S25為更新程序的一例。
接著，控制裝置200執行電漿的穩定控制（S26）。在步驟S26，比限制線L2S 更靠近最大點PM 側的點所對應的VC1的控制量及VC2的控制量之值，以高頻電源150與電漿之間的阻抗進一步匹配的方式，調整VC1的控制量及VC2的控制量。具體而言，以從匹配器152輸出的反射波之功率的大小變小的方式，調整VC1的控制量及VC2的控制量。又，VC1的控制量之調整與VC2的控制量之調整可同時進行，也可交互進行，也可僅任一方進行。步驟S26為穩定控制程序的一例。
接著，控制裝置200基於記憶體所儲存的配方，而判定對半導體晶圓W進行的電漿處理是否已結束（S27）。電漿處理未結束時（S27：否），再次執行步驟S26所示的處理。
另外，電漿處理已結束時（S27：是），控制裝置200停止高頻功率的供給。然後，處理後的半導體晶圓W從處理室161內搬出，本流程圖所示的點火支援處理結束。
又，在圖11的範例，更新開始點PS 的程序（S25）在確認限制線L2 的程序（S24）與執行電漿的穩定控制的程序（S26）之間執行，但揭露的技術並不限於此。例如，更新開始點PS 的程序（S25）可在電漿處理已結束（S27：是）之後執行。又，更新開始點PS 的程序（S25）可在對下一個半導體晶圓W開始點火支援處理之前執行，也可在將VC1的控制量及VC2的控制量設定為開始點PS 所對應之值的程序（S20）之前一刻執行。
[硬體] 控制裝置200藉由例如如同圖12所示的構成之電腦90而實現。圖12為顯示實現控制裝置200的功能之電腦90的一例之圖。電腦90具備CPU（Central Processing Unit，中央處理單元）91、RAM（Random Access Memory，隨機存取記憶體）92、ROM（Read Only Memory，唯讀記憶體）93、輔助記憶裝置94、通訊I/F（介面）95、輸入輸出I/F96、及媒體I/F97。
CPU91基於ROM93或者輔助記憶裝置94所儲存的程式而動作，進行各部的控制。ROM93儲存在電腦90啟動時藉由CPU91而執行的啟動程式或依附於電腦90的硬體之程式等。
輔助記憶裝置94為例如HDD（Hard Disk Drive，硬式磁碟機）或者SSD（Solid State Drive，固態硬碟機）等，儲存藉由CPU91而執行的程式及藉由該程式而被使用的資料等。CPU91將該程式從輔助記憶裝置94讀出而載入RAM92上，然後執行已載入的程式。
通訊I/F95經由LAN（Local Area Network，區域網路）等通訊線路而與電漿處理裝置100之間進行通訊。通訊I/F95經由通訊線路而從電漿處理裝置100接收資料再朝向CPU91傳送，然後將CPU91所產生的資料經由通訊線路朝向電漿處理裝置100傳送。
CPU91經由輸入輸出I/F96，而控制鍵盤等輸入裝置及顯示器等輸出裝置。CPU91經由輸入輸出I/F96，而取得從輸入裝置輸入的訊號再朝向CPU91傳送。又，CPU91將已產生的資料，經由輸入輸出I/F96而朝向輸出裝置輸出。
媒體I/F97讀取記錄媒體98所儲存的程式或資料，再儲存到輔助記憶裝置94。記錄媒體98為例如DVD（Digital Versatile Disc，數位化多功能光碟）、PD（Phase change rewritable Disk，相變化可覆寫型光碟）等光學記錄媒體、MO（Magneto-Optical disk，磁光碟）等光磁性記錄媒體、磁帶媒體、磁性記錄媒體、或半導體記憶體等。在輔助記憶裝置94，儲存過程的配方、在資料收集處理所收集的資料、最大點PM 、通過點PP 、直線L1 、開始點PS 、限制點PL 、及限制線L2 等資訊。
電腦90的CPU91將載入RAM92上的程式從記錄媒體98讀取再儲存到輔助記憶裝置94，作為其他範例，可從其他的裝置，經由通訊線路而取得程式再儲存到輔助記憶裝置94。
以上，說明一實施形態。如上述，本實施形態之電漿處理系統1具備電漿處理裝置100及控制裝置200。電漿處理裝置100具有收納半導體晶圓W的處理容器102，藉由在處理容器102內產生電漿而對半導體晶圓W施行電漿處理。控制裝置200控制電漿處理裝置100。又，控制裝置200執行收集程序、第1確認程序、第2確認程序、及點火程序。在收集程序，針對對於電漿供給高頻功率的高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整變數的各自之值，收集顯示高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值。在第1確認程序，相對於從各個變數所對應的點到阻抗最充份匹配的狀態之測定值所對應的點也就是最大點PM 的向量V，將測定值的變化之斜率為最大的變數之值所對應的點確認作為通過點PP 。在第2確認程序，於包含通過點PP 及最大點PM 的直線L1 上，將比通過點PP 更遠離最大點PM 的點確認作為控制的開始點PS 。在點火程序，以沿著直線L1 從開始點PS 朝向最大點PM ，測定值變化的方式，控制各個變數，藉此在電漿處理裝置100內使電漿點火。藉此，可使電漿穩定點火。
又，在上述的實施形態，第1確認程序之測定值的變化之斜率為將最大點PM 之測定值與變數所對應的點之測定值的差除以向量V的大小所得之值。藉此，可算出朝向最大點PM 的方向之測定值的變化之斜率。
又，在上述的實施形態，第1確認程序之測定值的變化之斜率在將測定值視為變數的函數時，為朝向向量V所示的方向之方向微分值。藉此，可算出朝向最大點PM 的方向之測定值的變化之斜率。
又，在上述的實施形態，顯示高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值為電漿的發光強度。藉此，可精確推定高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配狀態。
又，在上述的實施形態，控制裝置200在電漿點火之後，執行穩定控制程序，調整各個變數的值，使高頻電源150與電漿之間的阻抗進一步匹配。藉此，可進一步精確匹配高頻電源150與電漿之間的阻抗。
又，在上述的實施形態，控制裝置200進一步執行測定程序、及第3確認程序。在測定程序，於點火程序，測定來自上部電極104的高頻功率之反射波之功率。在第3確認程序，將反射波之功率減少的斜率為最大的變數之值所對應的點確認作為限制點PL 。在穩定控制程序，使用比通過限制點PL 而與直線L1 正交的直線L2S 更靠近最大點PM 側的多數之變數之值而調整。藉此，可抑制電漿的熄滅。
又，在上述的實施形態，控制裝置200進一步執行更新程序，在直線L1 上將比開始點PS 更靠近限制點PL 的點PS ’作為新的開始點PS 予以更新。藉此，接著使電漿點火時，可縮短從控制開始到電漿的點火為止所需要的時間。
又，在上述的實施形態，高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整變數可為多數之變數。此時，在收集程序，針對高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整的多數之變數的各自之值的組合，收集顯示高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值。又，在第1確認程序，相對於從多數之變數的各者所對應的點到最大點PM 的向量V，將測定值的變化之斜率為最大的變數之值的組合所對應的點確認作為通過點PP 。藉此，可使用更適合實際的系統之變數，而使電漿穩定點火。
又，在上述的實施形態，多數之變數包含在對於電漿處理裝置100內供給高頻功率的上部電極104與高頻電源150之間連接的匹配器152所包含之VC1的控制量與VC2的控制量之中至少一方。藉此，可輕易調整高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配。
[其他] 又，揭露的技術不限於上述的實施例，只要在該要旨的範圍內，即可進行各種變形。
例如，在上述的實施形態，作為顯示高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值，使用電漿的發光強度。然而，揭露的技術不限於此。例如，作為顯示高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值，可使用與從高頻電源150對於電漿供給的高頻功率相對之反射波的功率之大小、從高頻電源150對於電漿供給的高頻功率與反射波之功率之間的比、或者高頻功率的Vpp 與Vdc 之間的比等。或者，從包含上述數值與電漿的發光強度之群組所選擇的1個值或者2個以上的值之組合可被使用作為顯示高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值。又，高頻功率的Vpp 為電壓波形的最大值與最小值之差，高頻功率的Vpp 為重疊於高頻功率的直流偏壓電壓。
又，在上述的實施形態，作為高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整變數之一例，已使用匹配器152內的VC1之控制量與VC2之控制量，但揭露的技術不限於此。例如，在圖2的範例，於匹配器152內設置2個可變電容器（VC1及VC2），但可使用線圈構成的可變阻抗（VL）取代至少一方的可變電容器。又，在圖2的範例，VC2連接到高頻電源150與VC1之間的節點與接地電位之間，但VC2可在VC1與上部電極104之間的節點與接地電位之間被連接，額外的可變電容器VC3可被連接到VC1與上部電極104之間的節點。
又，在上述的實施形態，高頻電源150將預定的單一頻率也就是高頻功率供給到上部電極104，但揭露的技術不限於此。例如，高頻電源150可將相對於基本頻率（例如60MHz）為±2~20%左右並且經調變的頻率之高頻功率供給到上部電極104。此時，控制裝置200以高頻電源150的輸出阻抗、與處理室161內的電漿之阻抗匹配的方式，調變從高頻電源150輸出的高頻功率之頻率。作為阻抗的匹配相關的可調整變數，例如可使用將相對於基本頻率可調變的頻率以百分比[%]顯示之高頻功率的頻率相關的控制量。
又，作為其他的高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整變數，可使用處理氣體的種類、處理氣體的壓力、處理氣體的流量、處理室161內的壓力、及半導體晶圓W的溫度等。又，電漿點火時所用的變數、及電漿點火之後的電漿之穩定控制所用的變數可相同，也可不同。
又，在上述的實施形態，藉由多數之變數的調整，而進行高頻電源150與電漿之間的阻抗之匹配，但揭露的技術不限於此，可藉由1種變數的調整而進行匹配。例如、VC2的控制量或其他變數固定，僅藉由VC1的控制量，而進行一連串的控制。
又，在上述的實施形態，基於藉由資料收集處理而收集的資料所確認的最大點PM 被使用作為高頻電源150與電漿之間的阻抗最充分匹配的狀態所對應的點，但揭露的技術不限於此。例如，在電漿已點火之後的穩定控制，可藉由高頻電源150與電漿之間的阻抗實際上最充分匹配的點PM ’而更新最大點PM 。最大點PM 已更新時，使用已更新的最大點PM ，而更新向量VP 、直線L1 、及開始點PS 。藉此，可基於沿著實際上過程進行的環境之測定值，而控制電漿的點火。
或者，最大點PM 已更新時，能夠以終點與更新後的最大點PM 一致的方式將向量VP 平行移動，藉此更新向量VP 的起點也就是通過點PP 。此時，使用更新後的最大點PM 及通過點PP ，而更新直線L1 及開始點PS 。
又，在上述的實施形態，作為電漿源的一例，說明使用電容耦合電漿（CCP）進行處理的電漿處理系統1，但電漿源不限於此。作為電容耦合電漿以外的電漿源，可舉出例如感應耦合型電漿（ICP）、微波激發表面波電漿（SWP）、電子加速器共振電漿（ECP）、及螺旋波激發電漿（HWP）等。也就是說，不限於如同電容耦合電漿（CCP）般使用高頻電源及電極的電漿源，即使在如同使用高頻電源及天線的感應耦合型電漿（ICP）或使用微波電源及導波管的微波激發表面波電漿（SWP）般具有電漿產生用電源與電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整變數之電漿源，也可進行同樣的控制。
又，應視為本次揭露的實施形態在所有方面皆為例示而非僅限於此。實際上，上述的實施形態以多樣的形態具體呈現。又，上述的實施形態在不脫離附加的發明申請專利範圍及其主旨的情況下，能夠以各種形態省略、置換、變更。
W:半導體晶圓 1:電漿處理系統 100:電漿處理裝置 102:處理容器 104:上部電極 106:絕緣構件 108:窗 110:載置台 120:氣體供給結構 121:氣體導入口 122:氣體供給源 123:配管 124:流量控制器 126:閥 130:排氣裝置 132:排氣管 134:開口 136:閘閥 150:高頻電源 152:匹配器 161:處理室 170:測定裝置 200:控制裝置 90:電腦 91:CPU 92:RAM 93:ROM 94:輔助記憶裝置 95:通訊I/F 96:輸入輸出I/F 97:媒體I/F 98:記錄媒體 L1:直線 P:測定點 PM:最大點 PP:通過點 PS:開始點 V:向量 VP:向量
[圖1]圖1為顯示本發明的一實施形態之電漿處理系統的一例之圖。 [圖2]圖2為顯示匹配器的構成之一例的圖。 [圖3]圖3為顯示控制變數與電漿的發光強度之間的關係之一例的圖。 [圖4]圖4為顯示變數的調整方法之一例的圖。 [圖5]圖5為顯示變數的調整方法之一例的圖。 [圖6]圖6為用於說明控制方向的決定方法之一例的圖。 [圖7]圖7為顯示反射波的功率之變化的一例之圖。 [圖8]圖8為用於說明限制點及限制線的一例之圖。 [圖9]圖9為用於說明過程執行時的控制變數之控制的一例之圖。 [圖10]圖10為顯示資料收集處理的一例之流程圖。 [圖11]圖11為顯示點火支援處理的一例之流程圖。 [圖12]圖12為顯示實現控制裝置的功能之電腦的一例之圖。
L1:直線
P:測定點
PM:最大點
PP:通過點
PS:開始點
V:向量
VP:向量

Claims (14)

  1. 一種電漿處理系統，其特徵為：具備： 電漿處理裝置，具有收納基板的處理容器，並藉由在處理容器內產生電漿而對該基板進行電漿處理；及 控制裝置，控制該電漿處理裝置， 該控制裝置執行： 收集程序，針對對於該電漿供給高頻功率的電力供給部與該電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整變數的各自之值，收集顯示該電力供給部與該電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值； 第1確認程序，將相對於從各個該變數所對應的點到該阻抗最充分匹配的狀態之測定值所對應的點也就是匹配點的向量，該測定值的變化之斜率為最大的該變數之值所對應的點加以確認作為通過點； 第2確認程序，將在包含該通過點及該匹配點的直線上，比該通過點更遠離該匹配點的點加以確認作為控制的開始點；及 點火程序，控制各個該變數，使得該測定值沿著該直線從該開始點朝向該匹配點變化，藉此在該電漿處理裝置內使電漿點火。
  2. 如請求項1的電漿處理系統，其中 在該第1確認程序，該測定值的變化之斜率為 在該匹配點之該測定值與在該變數所對應的點之該測定值的差除以該向量的大小所得之值。
  3. 如請求項1的電漿處理系統，其中 在該第1確認程序，該測定值的變化之斜率為 將該測定值視為該變數的函數時，朝向該向量所示方向的方向微分值。
  4. 如請求項1至3中任一項的電漿處理系統，其中 顯示該電力供給部與該電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值，為由以下項目構成之群組中所選擇的1個值或2個以上的值之組合：該電漿的發光強度、對於從該電力供給部供給到該電漿的高頻功率之反射波的功率之大小、從該電力供給部供給到該電漿之高頻功率與該反射波的功率之間的比、及該高頻功率的Vpp 與Vdc 之間的比。
  5. 如請求項1至4中任一項的電漿處理系統，其中 於該電漿點火之後，執行穩定控制程序，調整各個該變數之值，以使該電力供給部與該電漿之間的阻抗進一步匹配。
  6. 如請求項5的電漿處理系統，其中 該控制裝置進一步執行： 測定程序，在該點火程序，測定來自對於該電漿處理裝置內供給高頻功率的導體之該高頻功率的反射波之功率；及 第3確認程序，將該反射波的功率減少之斜率為最大的該變數之值所對應的點加以確認作為限制點， 在該穩定控制程序，使用比通過該限制點而與該直線正交的直線更靠近該匹配點側的該變數之值進行調整。
  7. 如請求項6的電漿處理系統，其中 該控制裝置進一步執行： 更新程序，在該直線上，將比該開始點更靠近該限制點的點，予以更新作為新的開始點。
  8. 如請求項1至7中任一項的電漿處理系統，其中 該變數為多數之變數， 在該收集程序，針對對於該電漿供給高頻功率的電力供給部與該電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整之該多數之變數的各自之值的組合，收集顯示該電力供給部與該電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值， 在該第1確認程序，將相對於從各個該多數之變數所對應的點到該匹配點的向量，該測定值的變化之斜率為最大的該變數之值的組合所對應的點，加以確認作為該通過點。
  9. 如請求項1~8中任一項的電漿處理系統，其中 該變數包含至少以下其中之一：在對於該電漿處理裝置內供給高頻功率的導體與高頻電源之間連接的匹配器所包含的可變電容器之控制量、及該高頻功率的頻率相關的控制量。
  10. 一種電漿點火支援方法，其特徵為：包含： 收集程序，在電漿處理裝置，針對對於電漿供給高頻功率的電力供給部與該電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整變數的各自之值，收集顯示該電力供給部與該電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值； 第1確認程序，相對於從與各個該變數所對應的點到與該阻抗最充分匹配的狀態之測定值所對應的點也就是匹配點的向量，將該測定值的變化之斜率為最大的該變數之值所對應的點確認作為通過點； 第2確認程序，在包含該通過點及該匹配點的直線上，將比該通過點更遠離該匹配點的點確認作為控制的開始點；及 點火程序，控制各個該變數，使得該測定值沿著該直線從該開始點朝向該匹配點變化，藉此方式而在該電漿處理裝置內使電漿點火。
  11. 如請求項10的電漿點火支援方法，其中 更執行穩定控制程序，於該電漿點火之後，調整各個該變數的值，使得該電力供給部與該電漿之間的阻抗進一步匹配。
  12. 如請求項11的電漿點火支援方法，其中 進一步執行： 測定程序，在該點火程序，測定來自對於該電漿處理裝置內供給高頻功率的導體之該高頻功率的反射波之功率；及 第3確認程序，將該反射波的功率減少之斜率為最大的該變數之值所對應的點確認作為限制點， 在該穩定控制程序，利用比通過該限制點而與該直線正交的直線更靠近該匹配點側的該變數之值進行調整。
  13. 如請求項12的電漿點火支援方法，其中 進一步執行更新程序，在該直線上，將比該開始點更靠近該限制點的點，予以更新作為新的開始點。
  14. 如請求項10至13中任一項的電漿點火支援方法，其中 該變數為多數之變數， 在該收集程序，針對對於該電漿供給高頻功率的電力供給部與該電漿之間的阻抗之匹配相關的可調整該多數之變數的各自之值的組合，收集顯示該電力供給部與該電漿之間的阻抗之匹配狀態的測定值， 在該第1確認程序，相對於從與各個該多數之變數對應的點到該匹配點的向量，將該測定值的變化之斜率為最大的該變數之值的組合所對應的點確認作為該通過點。
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