WO2010018786A1 - プラズマ制御装置 - Google Patents

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WO2010018786A1
WO2010018786A1 PCT/JP2009/063994 JP2009063994W WO2010018786A1 WO 2010018786 A1 WO2010018786 A1 WO 2010018786A1 JP 2009063994 W JP2009063994 W JP 2009063994W WO 2010018786 A1 WO2010018786 A1 WO 2010018786A1
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利泰 速水
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住友精密工業株式会社
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    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H01L21/30655—Plasma etching; Reactive-ion etching comprising alternated and repeated etching and passivation steps, e.g. Bosch process

Definitions

  • the present invention relates to a plasma control apparatus that supplies high-frequency power to an etching apparatus that performs etching using plasma.
  • etching apparatus As the etching apparatus, a chamber filled with an etching gas, an antenna that converts the etching gas filled in the chamber into plasma, and a base that is placed in the chamber and on which a material to be etched made of silicon is placed.
  • An etching apparatus provided is known (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-12555).
  • the etching gas filled in the chamber is turned into plasma, and a potential difference is generated between the plasma and the base.
  • a potential difference is generated between the plasma and the base, the plasma radicals chemically react with the material to be etched placed on the base, or plasma ions collide with the material to be etched.
  • the material is etched.
  • etching rate The etching amount per unit time (hereinafter referred to as “etching rate”) in such an etching apparatus has a correlation with the potential difference between the plasma and the base. Since the plasma generated as described above has a substantially constant potential, the etching rate is controlled by controlling the potential difference between the base and the ground (hereinafter referred to as “applied high-frequency voltage” or “Vpp voltage”). Is possible.
  • Vpp voltage applied high-frequency voltage
  • As a control method for controlling the etching rate by controlling the Vpp voltage there are the following two control methods. In the first control method, the high frequency power supplied to the base (hereinafter sometimes referred to as “Pf power”) is maintained at a constant power value, so that it is substantially the same as the target voltage corresponding to the target etching rate.
  • the second control method is a Vpp control that maintains the Vpp voltage at substantially the same voltage value as the target voltage by controlling the Pf power so that the difference between the Vpp voltage and the target voltage is small (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-2006). -131954).
  • the relationship between the Pf power and the Vpp voltage changes due to an increase in deposits attached to an etching apparatus (for example, a chamber or the like) during etching.
  • the Vpp voltage decreases with the increase of such deposits. Therefore, in the Pf control for maintaining the Pf power at a constant power value, the amount of deposits attached to the etching apparatus increases with time from the start of etching, so that the Vpp voltage decreases with time and the etching rate increases with time. There is a problem that it decreases.
  • the relationship between the Pf power and the Vpp voltage is as follows: high-frequency power supplied to the antenna, plasma generation status, impedance matching status between the power supply unit that supplies Pf power to the base and the plasma, the type of etching gas, and the etching gas Varies depending on multiple factors such as pressure.
  • the plasma generation state and the impedance matching state between the power supply unit for supplying the Pf power to the base and the plasma are not stable, so Pf power and Vpp
  • the relationship with the voltage is easily changed.
  • the relationship between the Pf power and the Vpp voltage is a relationship in which the Vpp voltage increases as the Pf power increases.
  • the Vpp voltage may decrease when the Pf power increases.
  • the Vpp voltage usually increases as the Pf power increases, in the Vpp control, the Pf power is decreased in a state where the Vpp voltage is larger than the target voltage.
  • the Vpp voltage may increase and the Vpp voltage may overshoot. There is. Further, immediately after the start of etching, the Vpp voltage is very small with respect to the target voltage.
  • Vpp control is a control (hereinafter referred to as “delay control”) that slowly decreases the difference between the Vpp voltage and the target voltage so that the Vpp voltage slowly increases immediately after the start of etching. It is conceivable to adopt it. However, when the increase in the Vpp voltage immediately after the start of etching becomes slow, there is a problem that the etching rate immediately after the start of etching is lowered and the etching rate in the whole etching is lowered.
  • the present invention is capable of performing etching at a high etching rate by suppressing a decrease in etching rate over time and a decrease in etching rate immediately after the start of etching, and plasma that can suppress overshoot of Pf power and Vpp voltage.
  • An object is to provide a control device.
  • the present invention is a plasma control apparatus that supplies high-frequency power to an etching apparatus that performs etching using plasma, and the etching apparatus etches a mounted material to be etched by generating a potential difference with the plasma.
  • the plasma control device includes a power supply unit that supplies high-frequency power to the base, and an applied high-frequency voltage that is applied to the base by supplying the high-frequency power to a voltage value that is substantially the same as a target voltage.
  • a control unit that outputs a first control signal corresponding to the power value of the high-frequency power to be output, and a first control signal output from the control unit equal to or greater than a second control signal that corresponds to a first threshold value, When a second control signal is input to the power supply unit and the first control signal output from the control unit is less than the second control signal, the first control signal is input to the power supply unit.
  • the power supply unit provides a plasma control apparatus and outputs the high-frequency power corresponding to the second control signal or the first control signal is input from the limiter.
  • the plasma control apparatus includes a power supply unit, a control unit, and a limiter.
  • the power supply unit supplies Pf power to the base.
  • the control unit outputs a first control signal corresponding to the power value of the Pf power that sets the Vpp voltage applied to the base by the supply of the Pf power to substantially the same voltage value as the target voltage.
  • substantially the same voltage value means a voltage value within a range of 97.5% to 102.5% with respect to the target voltage.
  • the power supply unit When the second control signal is input from the limiter, the power supply unit outputs Pf power corresponding to the second control signal (first threshold value).
  • first threshold value the power value of the Pf power that makes the Vpp voltage approximately the same voltage value as the target voltage
  • the power supply unit sets the Pf power to the first threshold value. Pf control is performed to maintain the power value corresponding to.
  • the power supply unit when the first control signal is input from the limiter, the power supply unit outputs Pf power corresponding to the first control signal. In other words, when the first control signal is less than the first threshold value, the power supply unit performs Vpp control for controlling the Pf power so that the power value corresponds to the first control signal.
  • FIG. 1A is a graph showing the relationship between the first control signal (the power value of Pf power that makes the Vpp voltage approximately the same voltage value as the target voltage) and the difference obtained by subtracting the target voltage from the Vpp voltage. As shown in FIG. 1A, when the difference increases, that is, when the Vpp voltage increases, the first control signal decreases.
  • the Vpp voltage is zero. Therefore, when a power value smaller than the first control signal P0 corresponding to the difference when the Vpp voltage is 0 is set as the first threshold Th1, the first control signal immediately after the start of etching is the first threshold. Th1 or more. For this reason, Pf control is performed immediately after the start of etching.
  • the Vpp voltage can be increased sharply as much as when the etching rate is controlled only by Pf control. For this reason, the fall of the etching rate immediately after the start of etching can be suppressed.
  • Pf power is maintained at the first threshold Th1 by Pf control immediately after the start of etching.
  • first threshold Th1 a predetermined power value included in the range between the first control signal P0 corresponding to the difference when the Vpp voltage is 0 and the reference Pf power (hereinafter referred to as “reference Pf power”). It is assumed that “slightly large value” is set.
  • Reference Pf power refers to Pf power supplied to the base of an etching apparatus to which no deposit is attached when the Vpp voltage is stable at a voltage value substantially equal to the target voltage.
  • the Pf power when a value slightly larger than the reference Pf power is set as the first threshold Th1, the Pf power is maintained at a value slightly larger than the reference Pf power by the Pf control immediately after the start of etching.
  • the relationship between the Pf power and the Vpp power is usually a relationship in which the Vpp voltage increases as the Pf power increases.
  • the Vpp voltage becomes larger than the target voltage (see Vpp1 in FIG. 1B).
  • the difference obtained by subtracting the target voltage from the Vpp voltage becomes larger than the difference when the Vpp voltage is the target voltage (ie, 0) ( 1 (see V1 in FIG. 1A), the first control signal becomes smaller than the reference Pf power (see P1 in FIG. 1A).
  • the first threshold value Th1 when the first threshold value Th1 is set to a value slightly larger than the reference Pf power, the first control signal can be less than the first threshold value Th1. Therefore, when the first threshold value Th1 is set to a value slightly larger than the reference Pf power, the etching rate control method is switched from Pf control to Vpp control.
  • Vpp control since the Vpp voltage is controlled to be substantially the same as the target voltage, the Vpp voltage does not decrease even if the relationship between the Vpp voltage and the Pf power changes. Therefore, after switching from Pf control to Vpp control, the etching rate decreases with time due to the increase in deposits attached to the etching apparatus over time, as in the case where the etching rate is controlled only by Vpp control. It is suppressed.
  • this is an etching method in which an etching process for etching a material to be etched and a protective film forming process for forming a protective film on the surface of the material to be etched exposed by the etching process are alternately repeated at short intervals.
  • the time required for one etching process is short.
  • the etching rate in the entire etching process is greatly reduced due to a decrease in the etching rate immediately after the start of etching.
  • the plasma control apparatus can suppress a decrease in the etching rate immediately after the start of etching. Therefore, the plasma control apparatus according to the present invention is suitable for a plasma control apparatus that supplies high-frequency power to an etching apparatus that performs an etching method in which an etching process and a protective film formation process are alternately repeated at short intervals as described above. It is. That is, an etching apparatus using the plasma control apparatus according to the present invention includes an etching process for etching the material to be etched, and a protective film forming process for forming a protective film on the surface of the material to be etched exposed by the etching process. An apparatus for etching the material to be etched by alternately repeating the above is preferable.
  • the later the etching process is, the higher the possibility that the first control signal does not become less than the first threshold value Th1 by Pf control immediately after the start of etching.
  • the etching rate control method will not be switched from Pf control to Vpp control.
  • a power value that is as large as possible should be adopted as the first threshold Th1 within a range smaller than the first control signal P0 corresponding to the difference when the Vpp voltage is 0. .
  • the plasma control device when the high-frequency power output from the power supply unit continues for a predetermined time or more after being equal to or less than the first threshold and equal to or more than a second threshold, the alarm part which emits is provided.
  • the Pf control In the Pf control, the Pf power is maintained at the power value corresponding to the first threshold Th1. For this reason, the Pf power during the Pf control is the same as the first threshold value Th1.
  • the Vpp control is performed when the Pf power (corresponding to the first control signal) that makes the Vpp voltage substantially the same as the target voltage is less than the first threshold Th1.
  • the Pf power In the Vpp control, the Pf power is controlled so that the Pf power becomes the first control signal. For this reason, Pf electric power at the time of Vpp control is less than 1st threshold value Th1. As the amount of deposits adhering to the etching apparatus increases, the Pf power required to keep the Vpp voltage constant increases.
  • the plasma control apparatus according to the present invention includes the alarm unit described above, an alarm is issued only when Vpp control is performed in an environment where a large amount of deposits adhere to the etching apparatus. For this reason, if the plasma control apparatus according to the present invention includes the alarm unit described above, it is possible to prompt the operator to perform regular maintenance of the etching apparatus (for example, cleaning of the etching apparatus, etc.) with good timing.
  • the present invention provides a plasma control apparatus that can perform etching at a high etching rate by suppressing a decrease in etching rate over time and a decrease in etching rate immediately after the start of etching, and can suppress an overshoot of Pf power and Vpp voltage. Can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a graph showing a relationship between the first control signal and the Vpp voltage and a graph showing a relationship between the Pf power and the Vpp voltage.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a plasma control device, an etching device, and a controller.
  • FIG. 3 shows a specific example of a control circuit that can constitute a control unit and a limiter circuit that can constitute a limiter.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an etching method for etching a material to be etched by alternately performing an etching process and a protective film forming process.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a graph showing a relationship between the first control signal and the Vpp voltage and a graph showing a relationship between the Pf power and the Vpp voltage.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a plasma control device, an etching device, and a controller.
  • FIG. 3 shows a specific example of a control circuit that can constitute a control unit and a
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the magnitude of the applied high-frequency voltage when the etching process is performed with the plasma control apparatus according to the embodiment, the magnitude of the applied high-frequency voltage when the etching process is performed with Pf control, and a delay control. It is a figure showing the graph which shows the magnitude
  • FIG. 6 is a graph showing the amount of deposits attached to the etching apparatus and the magnitude of the Pf power when the Vpp voltage is maintained constant.
  • FIG. 2 shows a plasma control apparatus 10 according to the present embodiment, an etching apparatus 20 to which Pf power is supplied from the plasma control apparatus 10 according to the present embodiment, a controller 30 for controlling the plasma control apparatus 10 and the etching apparatus 20, and the like.
  • FIG. 2 shows a plasma control apparatus 10 according to the present embodiment, an etching apparatus 20 to which Pf power is supplied from the plasma control apparatus 10 according to the present embodiment, a controller 30 for controlling the plasma control apparatus 10 and the etching apparatus 20, and the like.
  • the etching apparatus 20 includes a chamber 21, an antenna 22, a base 23, an exhaust device 24, and a gas supply device 25.
  • the chamber 21 has a closed space filled with gas inside.
  • the closed space includes a plasma generation chamber 21a and a reaction chamber 21b provided below the plasma generation chamber 21a.
  • the antenna 22 is formed in a coil shape and arranged so as to be wound around the upper portion of the chamber 21.
  • the antenna 22 is connected to a source power supply unit 26 that supplies high-frequency power to the antenna 22 via a source matching unit 27.
  • the source matching unit 27 performs impedance matching between the antenna 22 and the source power source unit 26.
  • the base 23 is disposed in the closed space of the chamber 21 and the material to be etched 4 is placed thereon.
  • An example of the material to be etched 4 is silicon.
  • the exhaust device 24 exhausts gas from the enclosed space of the chamber 21 and depressurizes the enclosed space of the chamber 21 by the exhaust.
  • the exhaust device 24 includes an exhaust pipe 24a connected to the side wall of the reaction chamber 21b of the chamber 21, a vacuum pump 24b connected to the exhaust pipe 24a, and a flow rate adjusting mechanism 24c that adjusts the flow rate of gas flowing through the exhaust pipe 24a. With. The amount of gas exhausted from the closed space of the chamber 21 is adjusted by the flow rate adjusting mechanism 24c.
  • the gas supply device 25 supplies an etching gas and a protective film forming gas to the closed space of the chamber 21.
  • the gas supply device 25 includes a supply pipe 25a connected to the ceiling of the plasma generation chamber 21a of the chamber 21, flow rate adjustment mechanisms 25b and 25c, and a gas cylinder 25d connected to the supply pipe 25a via the flow rate adjustment mechanism 25b. And a gas cylinder 25e connected to the supply pipe 25a through the flow rate adjusting mechanism 25c.
  • the amount of gas supplied from the gas cylinders 25d and 25e to the closed space of the chamber 21 is adjusted by the flow rate adjusting mechanisms 25b and 25c.
  • the gas cylinder 25d is filled with an etching gas
  • the gas cylinder 25e is filled with a protective film forming gas.
  • the etching gas for example, SF 6 gas can be used
  • the protective film forming gas for example, C 4 F 8 gas can be used.
  • the plasma control apparatus 10 includes a power supply unit 11, a matching unit 12, a control unit 13, and a limiter unit 14.
  • the power supply unit 11 supplies Pf power to the base 23 of the etching apparatus 20.
  • the matching unit 12 connects the power source unit 11 and the base 23 and performs impedance matching between the power source unit 11 and the plasma generated in the closed space of the chamber 21.
  • the control unit 13 is a first control signal corresponding to a power value of Pf power that makes the Vpp voltage applied to the base 23 substantially the same voltage value as the target voltage by supplying the Pf power from the power supply unit 11 to the base 23. Pf1 is output.
  • the Vpp voltage is a potential between the base 23 and the ground, and is measured by the matching unit 12.
  • An actual measurement voltage signal Vpp corresponding to the Vpp voltage is input from the matching unit 12 to the control unit 13.
  • a target voltage signal Vppsetpt corresponding to the target voltage is input from the controller 30 to the control unit 13.
  • the control unit 13 obtains the first control signal Pf1 based on the actual measurement voltage signal Vpp input from the matching unit 12 and the target voltage signal Vppsetpt input from the controller 30.
  • the limiter 14 inputs the second control signal Pf2 to the power supply unit 11 when the first control signal Pf1 output from the control unit 13 is equal to or higher than the second control signal Pf2 corresponding to the first threshold value. Further, the limiter 14 inputs the first control signal Pf1 to the power supply unit 11 when the first control signal Pf1 output from the control unit 13 is less than the second control signal Pf2.
  • the first threshold value is obtained when the Vpp voltage is stabilized at a voltage value substantially equal to the target voltage immediately after removing the deposits attached to the etching apparatus 20 by cleaning the etching apparatus 20. The value is slightly larger than the measured value of the Pf power supplied to the base.
  • the second control signal Pf2 corresponding to the first threshold value is input from the controller 30 to the limiter 14.
  • the control unit 13 can be composed of a control circuit 13a having a differential amplifier 13b
  • the limiter 14 can be composed of a limiter circuit 14a.
  • An actual measurement voltage signal Vpp corresponding to the Vpp voltage measured by the matching unit 12 and a target voltage signal Vppsetpt corresponding to the target voltage are input to the differential amplifier 13b constituting the control circuit 13a.
  • the differential amplifier 13b outputs a first control signal Pf1 corresponding to the power value of Pf power that sets the Vpp voltage to substantially the same voltage value as the target voltage.
  • the first control signal Pf1 output from the differential amplifier 13b and the second control signal Pf2 corresponding to the first threshold value are input to the limiter circuit 14a.
  • the limiter circuit 14a outputs the second control signal Pf2 to the power supply unit 11 when the first control signal Pf1 is greater than or equal to the second control signal Pf2, and when the first control signal Pf1 is less than the second control signal Pf2, The first control signal Pf1 is output to the power supply unit 11.
  • the controller 30 includes a supply flow rate control unit 31, an exhaust flow rate control unit 32, a base power control unit 33, a coil power control unit 34, and a threshold setting unit 35.
  • the supply flow rate control unit 31 controls the flow rate adjustment mechanisms 25 b and 25 c of the gas supply device 25 to control the supply amount of gas supplied from the gas cylinders 25 d and 25 e to the closed space of the chamber 21.
  • the exhaust flow rate control unit 32 controls the flow rate adjusting mechanism 24 c of the exhaust device 24 to control the exhaust amount of gas exhausted from the closed space of the chamber 21 by the vacuum pump 24 b.
  • the base power control unit 33 instructs the power supply unit 11 of the plasma control apparatus 10 to supply Pf power and monitors the power value of the Pf power.
  • the coil power control unit 34 instructs the source power supply unit 26 to supply high-frequency power to the antenna 22 and monitors the power value of the Pf power.
  • the threshold value setting unit 35 inputs the second control signal Pf2 corresponding to the first threshold value to the limiter 14 and the target voltage signal Vppseptt corresponding to the target voltage to the control unit 13.
  • the threshold value setting unit 35 stores a function indicating the relationship between the first threshold value and the second control signal Pf2. Further, the threshold value setting unit 35 can convert, for example, the first threshold value input by the operator using a keyboard or the like into the second control signal Pf2 and input it to the limiter 14. Similarly, the threshold setting unit 35 stores a function indicating the relationship between the target voltage and the target voltage signal Vppsetpt. Further, the threshold setting unit 35 can convert a target voltage input by an operator using a keyboard or the like into a target voltage signal Vppsetpt and input the target voltage signal Vppsetpt to the control unit 13, for example.
  • the etching method described here is a method for etching the material to be etched 4 by alternately repeating the etching process and the protective film forming process.
  • a mask 41 is formed on a portion other than the portion to be etched on the material to be etched 4 placed on the base 23.
  • a protective film forming process is performed on the material to be etched 4 on which the mask 41 is formed.
  • the supply flow rate control unit 31 of the controller 30 adjusts the flow rate adjusting mechanism 25b so that the protective film forming gas is supplied to the closed space of the chamber 21 from the gas cylinder 25e filled with the protective film forming gas. , 25c.
  • the exhaust flow rate control unit 32 of the controller 30 controls the flow rate adjustment mechanism 24c of the exhaust device 24 in order to keep the closed space of the chamber 21 at a predetermined pressure.
  • the coil power control unit 34 of the controller 30 instructs the source power supply unit 26 to supply high-frequency power to the antenna 22.
  • the protective film forming gas filled in the closed space of the chamber 21 is turned into plasma.
  • FIG. 4B by forming the protective film forming gas into plasma, a polymer is generated from the radicals of the protective film forming gas, and the polymer is deposited on the surface of the material 4 to be etched.
  • a protective film 42 is formed on the surface of the material to be etched 4 by the deposition of the polymer.
  • the supply flow rate control unit 31 of the controller 30 controls the flow rate adjusting mechanisms 25 b and 25 c so that the etching gas is supplied from the gas cylinder 25 d filled with the etching gas to the closed space of the chamber 21.
  • the exhaust flow rate control unit 32 of the controller 30 exhausts the protective film forming gas from the closed space of the chamber 21 and keeps the pressure of the etching gas in the closed space of the chamber 21 at a predetermined pressure value.
  • the flow rate adjusting mechanism 24c of the exhaust device 24 is controlled.
  • the coil power control unit 34 of the controller 30 instructs the power supply unit 26 for the source to supply high-frequency power to the antenna 22.
  • the etching gas filled in the closed space of the chamber 21 is turned into plasma as described above.
  • the base power control unit 33 of the controller 30 instructs the power supply unit 11 of the plasma control unit 10 to supply Pf power to the base 23.
  • Pf power is supplied to the base 23.
  • a potential difference is generated between the plasma and the base 23.
  • plasma radicals chemically react with the material to be etched 4, or plasma ions collide with the protective film 42 and the material to be etched 4.
  • FIG. 4 (c) the radicals chemically react with the material to be etched 4, or ions collide with the protective film 42 and the material to be etched 4, so that the unmasked portion of the material to be etched 4.
  • the protective film 42 is removed and the material to be etched 4 is etched.
  • the protective film forming step is performed again, and as shown in FIG. 4D, the protective film 42 is formed on the surface of the material to be etched 4 exposed by the etching step.
  • the etching process is performed again, and the etched portion is further etched as shown in FIG.
  • the protective film 42 is removed and etched at the bottom 43 of the hole having a large ion irradiation amount.
  • the removal of the protective film 42 is performed on the side surface portion 44 of the hole with a small ion irradiation amount. Since etching is performed only at the bottom 43 of the hole in this way, in the etching method in which the etching process and the protective film forming process are alternately repeated, the direction orthogonal to the direction of digging down (the horizontal direction in FIG. 4F) It is possible to dig deeper into the etching material without expanding the hole.
  • Vpp voltage when the etching process described above is performed by the plasma control apparatus 10 according to the present embodiment, the Vpp voltage when performed by the conventional Pf control, and the conventional Vpp employing delay control.
  • An etching process performed by the plasma control apparatus 10 according to the present embodiment will be described while comparing the Vpp voltage when the control is performed.
  • 5A and 5D show the Vpp voltage when the etching process is performed by the conventional Pf control.
  • FIGS. 5B and 5E show the Vpp voltage when the etching process performed by the conventional Vpp control employing delay control is performed.
  • 5C and 5F show the Vpp voltage when the etching process is performed by the plasma control apparatus 10 according to the present embodiment.
  • 5A, 5B, and 5C show the Vpp voltage at the time of the etching process (corresponding to FIG. 4B) performed immediately after the etching apparatus 20 is cleaned.
  • 5D, 5E, and 5F show the Vpp voltage at the time of the etching process performed in the state where the deposit is attached to the etching apparatus 20.
  • FIG. 1A is a graph showing the relationship between the first control signal (the power value of Pf power that makes the Vpp voltage approximately the same voltage value as the target voltage) and the difference obtained by subtracting the target voltage from the Vpp voltage.
  • the first control signal decreases.
  • the first threshold value Th1 is slightly larger than the reference Pf power, that is, between the first control signal P0 corresponding to the difference when the Vpp voltage is 0 and the reference Pf power.
  • a predetermined power value included in the range is set. Immediately after the start of etching, the Vpp voltage is zero.
  • the first control signal Pf1 immediately after the start of etching is equal to or higher than the second control signal Pf2 corresponding to the first threshold value Th1.
  • the second control signal Pf ⁇ b> 2 is input from the limiter 14 to the power supply unit 11 immediately after the start of etching.
  • the power supply unit 11 When the second control signal Pf2 is input, the power supply unit 11 outputs Pf power corresponding to the second control signal Pf2. In other words, when the first control signal Pf1 is greater than or equal to the first threshold value, the power supply unit 11 performs Pf control that maintains the Pf power at a power value corresponding to the first threshold value.
  • the relationship between the Pf power and the Vpp power is usually a relationship in which the Vpp voltage increases as the Pf power increases.
  • the Vpp voltage becomes larger than the target voltage.
  • the difference obtained by subtracting the target voltage from the Vpp voltage is larger than the difference when the Vpp voltage is the target voltage (that is, 0). (See V1 in FIG.
  • the first control signal Pf1 becomes smaller than the reference Pf power (see P1 in FIG. 1A).
  • the first control signal Pf1 becomes less than the second threshold value Pf2
  • the first control signal Pf1 is input from the limiter 14 to the power supply unit 11.
  • the power supply unit 11 When the first control signal Pf1 is input, the power supply unit 11 outputs Pf power corresponding to the first control signal Pf1. In other words, when the first control signal Pf1 is less than the first threshold value, the power supply unit 11 performs Vpp control for controlling the Pf power so that the Pf power becomes the first control signal.
  • the plasma control apparatus 10 can suppress the etching rate from decreasing with time due to the increase in deposits attached to the etching apparatus 20 over time. .
  • the plasma control apparatus 10 can perform etching at a high etching rate by suppressing the decrease in the etching rate over time and the decrease in the etching rate immediately after the start of etching, and the Pf power. And overshoot of the Vpp voltage can be suppressed.
  • the later the etching process is, the higher the possibility that the first control signal does not become less than the first threshold value Th1 by Pf control immediately after the start of etching.
  • the etching rate control method will not be switched from Pf control to Vpp control.
  • a power value that is as large as possible may be employed as the first threshold Th1 within a range smaller than the first control signal when the Vpp voltage is zero.
  • the possibility that the first control signal becomes less than the first threshold Th1 can be increased.
  • the etching rate control method can be more reliably switched from Pf control to Vpp control in the etching process in the later order.
  • the plasma control apparatus 10 issues an alarm that issues an alarm when the Pf power output from the power supply unit 11 continues below a first threshold value and above a second threshold value for a predetermined time or more.
  • the unit 15 may be provided.
  • the alarm unit 15 monitors the Pf power value output from the power supply unit 11.
  • the alarm unit 15 receives the third control signal Pf3 corresponding to the second threshold value via the controller 30.
  • the Pf control In the Pf control, the Pf power is maintained at the power value corresponding to the first threshold Th1. For this reason, the Pf power during the Pf control is the same as the first threshold value Th1.
  • the Vpp control is performed when the Pf power (corresponding to the first control signal) that makes the Vpp voltage substantially the same as the target voltage is less than the first threshold Th1.
  • the Pf power In the Vpp control, the Pf power is controlled so that the Pf power becomes the first control signal. For this reason, Pf electric power at the time of Vpp control is less than 1st threshold value Th1. As the amount of deposits adhering to the etching apparatus 20 increases, the Pf power necessary for maintaining the Vpp voltage constant increases.
  • the plasma control apparatus 10 includes the alarm unit 15, an alarm is issued only when Vpp control is performed in an environment where a large amount of deposits adhere to the etching apparatus 20. For this reason, if the plasma control device includes the alarm unit 15, it is possible to prompt the operator to perform regular maintenance of the etching device 20 (for example, cleaning of the etching device 20, etc.) with good timing.
  • the base power control unit 33 of the controller 30 may have a function of issuing an alarm.
  • software that issues an alarm when the Pf power is equal to or lower than the first threshold value and equal to or higher than the second threshold value Th2 continues for a predetermined time or longer is introduced into the base power control unit 33, and the threshold value setting unit 35 is configured to input the first threshold value and the second threshold value Th2 to the base power supply unit 33.
  • the base power control unit 33 can be provided with a function of issuing an alarm.

Abstract

　Ｐｆ電力及び基台に供給するＶｐｐ電力のオーバーシュートが抑制される共に、高いエッチングレートでエッチングすることができるプラズマ制御装置を提供する。本発明のプラズマ制御装置１０は、基台２３にＰｆ電力を供給する電源部１１と、Ｐｆ電力の供給によって基台２３に印加されるＶｐｐ電圧を目標電圧と略同じ電圧値にするＰｆ電力の電力値に相当する第１制御信号Ｐｆ１を出力する制御部１３と、制御部１３から出力された第１制御信号Ｐｆ１が第１しきい値に相当する第２制御信号Ｐｆ２以上の場合は、該第２制御信号Ｐｆ２を電源部１１に入力し、制御部１３から出力された第１制御信号Ｐｆ１が第２制御信号Ｐｆ２未満の場合は、第１制御信号Ｐｆ１を電源部１１に入力するリミッター１４とを備え、電源部１１は、入力された第１制御信号Ｐｆ１又は第２制御信号Ｐｆ２に対応するＰｆ電力を出力することを特徴とする。

Description

プラズマ制御装置
　本発明は、プラズマによってエッチングを行うエッチング装置に高周波電力を供給するプラズマ制御装置に関する。
　前記のエッチング装置として、エッチングガスが充填されるチャンバと、チャンバに充填されたエッチングガスをプラズマ化するアンテナと、チャンバ内に配置され、シリコン製の被エッチング材が載置される基台とを備えたエッチング装置が知られている（日本国特開２００７－１２５５５号）。かかるエッチング装置において、アンテナ及び基台に高周波電力が供給されると、チャンバに充填されたエッチングガスがプラズマ化され、プラズマと基台との間に電位差が生じる。プラズマと基台との間に電位差が生じると、プラズマのラジカルが基台に載置された被エッチング材と化学反応したり、プラズマのイオンが被エッチング材に衝突したりすることにより、被エッチング材がエッチングされる。
　このようなエッチング装置における単位時間当たりのエッチング量（以下、「エッチングレート」という）は、プラズマと基台との間の電位差と相関関係がある。上述のように発生したプラズマは略一定の電位を有するため、基台とグランドとの間の電位差（以下、「印加高周波電圧」又は「Ｖｐｐ電圧」という）を制御することにより、エッチングレートを制御することが可能である。Ｖｐｐ電圧を制御することによりエッチングレートを制御する制御方法として、下記の２つの制御方法が挙げられる。１つ目の制御方法は、基台に供給する高周波電力（以下、「Ｐｆ電力」という場合がある）を一定の電力値に維持することで、目標のエッチングレートに対応する目標電圧と略同じ電圧値にＶｐｐ電圧を維持するＰｆ制御である。２つ目の制御方法は、Ｖｐｐ電圧と目標電圧との差が小さくなるようにＰｆ電力を制御することにより、目標電圧と略同じ電圧値にＶｐｐ電圧を維持するＶｐｐ制御（日本国特開２００６－１３１９５４号）である。
　Ｐｆ電力とＶｐｐ電圧との関係は、エッチングを行っている時にエッチング装置（例えば、チャンバ等）に付着する付着物の増加などによって変化する。Ｐｆ電力を一定に維持している場合は、このような付着物の増加に伴って、Ｖｐｐ電圧が低下する。よって、Ｐｆ電力を一定の電力値に維持するＰｆ制御においては、エッチング開始時からエッチング装置に付着する付着物が経時的に増加することによって、Ｖｐｐ電圧が経時的に低下し、エッチングレートが経時的に低下するという問題がある。
　また、Ｐｆ電力とＶｐｐ電圧との関係は、アンテナに供給する高周波電力、プラズマの発生状況、基台にＰｆ電力を供給する電源部とプラズマとのインピーダンスの整合状況、エッチングガスの種類、エッチングガスの圧力などの複数の要因によって変化する。アンテナ及び基台に高周波電力を供給し始めるエッチング開始直後においては、プラズマの発生状況、基台にＰｆ電力を供給する電源部とプラズマとのインピーダンスの整合状況などが安定しないため、Ｐｆ電力とＶｐｐ電圧との関係は変化し易い状態にある。通常、Ｐｆ電力とＶｐｐ電圧との関係は、Ｐｆ電力が増加するとＶｐｐ電圧が増加する関係である。しかし、エッチング開始直後においては、上述のように、プラズマの発生状況等が安定しないため、Ｐｆ電力が増加するとＶｐｐ電圧が減少する時がある。上述のように、通常、Ｐｆ電力が増加するとＶｐｐ電圧が増加するため、Ｖｐｐ制御では、Ｖｐｐ電圧が目標電圧より大きい状態において、Ｐｆ電力を減少させる。しかし、Ｐｆ電力を減少させている時に、Ｐｆ電力とＶｐｐ電圧との関係が、Ｐｆ電力が増加するとＶｐｐ電圧が減少する関係に変化すると、Ｖｐｐ電圧が増加して、Ｖｐｐ電圧がオーバーシュートする恐れがある。また、エッチング開始直後においては、Ｖｐｐ電圧が目標電圧に対して非常に小さい。Ｖｐｐ制御では、Ｖｐｐ電圧が目標電圧に対して非常に小さい場合は、Ｖｐｐ電圧を目標電圧と略同じ電圧値になるようにＰｆ電力を大幅に増加させる。このため、Ｐｆ電力がオーバーシュートする恐れがある。Ｖｐｐ電圧又はＰｆ電力がオーバーシュートすると、Ｐｆ電力を供給する電源部等がダメージを受ける。
　このようなオーバーシュートを抑制するため、Ｖｐｐ電圧がエッチング開始直後において緩慢に増加するように、Ｖｐｐ電圧と目標電圧との差を緩慢に減少させる制御（以下、「遅延制御」という）をＶｐｐ制御に採用することが考えられる。しかし、エッチング開始直後におけるＶｐｐ電圧の増加が緩慢になると、エッチング開始直後におけるエッチングレートが低下し、エッチング全体におけるエッチングレートが低下するという問題がある。
　そこで、本発明は、経時的なエッチングレートの低下及びエッチング開始直後のエッチングレートの低下の抑制により高いエッチングレートでエッチングすることが可能であると共に、Ｐｆ電力及びＶｐｐ電圧のオーバーシュートを抑制できるプラズマ制御装置を提供することを目的とする。
　本発明は、プラズマによってエッチングを行うエッチング装置に高周波電力を供給するプラズマ制御装置であって、前記エッチング装置は、プラズマとの間に電位差が生じることで、載置された被エッチング材がエッチングされる基台を備え、前記プラズマ制御装置は、前記基台に高周波電力を供給する電源部と、前記高周波電力の供給によって前記基台に印加される印加高周波電圧を目標電圧と略同じ電圧値にする高周波電力の電力値に相当する第１制御信号を出力する制御部と、前記制御部から出力された第１制御信号が第１しきい値に相当する第２制御信号以上の場合は、該第２制御信号を前記電源部に入力し、前記制御部から出力された第１制御信号が前記第２制御信号未満の場合は、前記第１制御信号を前記電源部に入力するリミッターとを備え、前記電源部は、リミッターから入力された第２制御信号又は第１制御信号に対応する前記高周波電力を出力することを特徴とするプラズマ制御装置を提供する。
　本発明に係るプラズマ制御装置は、電源部と、制御部と、リミッターとを備える。電源部は、基台にＰｆ電力を供給する。制御部は、Ｐｆ電力の供給によって基台に印加されるＶｐｐ電圧を目標電圧と略同じ電圧値にするＰｆ電力の電力値に相当する第１制御信号を出力する。尚、略同じ電圧値とは、目標電圧に対して９７．５％乃至１０２．５％の範囲内の電圧値を意味する。リミッターは、制御部から出力された第１制御信号が第１しきい値に相当する第２制御信号以上の場合は、該第２制御信号を電源部に入力し、制御部から出力された第１制御信号が第２制御信号未満の場合は、第１制御信号を電源部に入力する。
　電源部は、リミッターから第２制御信号が入力されると、第２制御信号（第１しきい値）に対応するＰｆ電力を出力する。換言すれば、電源部は、第１制御信号（Ｖｐｐ電圧を目標電圧と略同じ電圧値にするＰｆ電力の電力値）が第１しきい値以上の場合は、Ｐｆ電力を第１しきい値に対応する電力値に維持するＰｆ制御を行う。
　一方、電源部は、リミッターから第１制御信号が入力されると、第１制御信号に対応するＰｆ電力を出力する。換言すれば、電源部は、第１制御信号が第１しきい値未満の場合は、第１制御信号に対応する電力値になるようにＰｆ電力を制御するＶｐｐ制御を行う。
　図１（ａ）は、第１制御信号（Ｖｐｐ電圧を目標電圧と略同じ電圧値にするＰｆ電力の電力値）と、Ｖｐｐ電圧から目標電圧を引いた差分との関係を示すグラフである。図１（ａ）に示すように、該差分が大きくなると、即ち、Ｖｐｐ電圧が大きくなると、第１制御信号が小さくなる。
　エッチング開始直後においては、Ｖｐｐ電圧が０である。このため、Ｖｐｐ電圧が０である場合の差分に対応する第１制御信号Ｐ０よりも小さい電力値を第１しきい値Ｔｈ１として設定すると、エッチング開始直後の第１制御信号が第１しきい値Ｔｈ１以上となる。このため、エッチング開始直後において、Ｐｆ制御が行われる。
　エッチング開始直後においてＰｆ制御が行われると、Ｐｆ制御のみによってエッチングレートを制御する場合と同程度に、Ｖｐｐ電圧を急峻に増加させることが可能である。このため、エッチング開始直後におけるエッチングレートの低下を抑制することができる。
　エッチング開始直後のＰｆ制御により、Ｐｆ電力が第１しきい値Ｔｈ１に維持される。第１しきい値Ｔｈ１として、Ｖｐｐ電圧が０である場合の差分に対応する第１制御信号Ｐ０と、参考Ｐｆ電力との間の範囲に含まれる所定の電力値（以下、「参考Ｐｆ電力より若干大きい値」という）を設定したとする。参考Ｐｆ電力とは、Ｖｐｐ電圧が目標電圧と略同じ電圧値で安定しているときに付着物が付着していないエッチング装置の基台に供給されているＰｆ電力をいう。このように、第１しきい値Ｔｈ１として参考Ｐｆ電力より若干大きい値を設定すると、エッチング開始直後のＰｆ制御により、Ｐｆ電力が、参考Ｐｆ電力より若干大きい値に維持される。図１（ｂ）に示すように、Ｐｆ電力とＶｐｐ電力との関係は、通常、Ｐｆ電力が増加するとＶｐｐ電圧が増加する関係である。このため、Ｐｆ電力が、参考Ｐｆ電力より若干大きい値（第１しきい値Ｔｈ１）に維持されるとき、Ｖｐｐ電圧は目標電圧よりも大きくなる（図）１（ｂ）のＶｐｐ１参照）。Ｖｐｐ電圧が目標電圧よりも大きくなると、図１（ａ）に示すように、Ｖｐｐ電圧から目標電圧を引いた差分が、Ｖｐｐ電圧が目標電圧のときの差分（即ち、０）よりも大きくなり（図１（ａ）のＶ１参照）、第１制御信号が参考Ｐｆ電力よりも小さくなる（図１（ａ）のＰ１参照）。このように、第１しきい値Ｔｈ１として参考Ｐｆ電力より若干大きい値を設定すると、第１制御信号が第１しきい値Ｔｈ１未満となることが可能である。このため、第１しきい値Ｔｈ１として参考Ｐｆ電力より若干大きい値を設定すると、エッチングレートの制御方法がＰｆ制御からＶｐｐ制御に切り替わる。
　Ｖｐｐ制御では、Ｖｐｐ電圧が目標電圧と略同じとなるように制御されるので、Ｖｐｐ電圧とＰｆ電力との関係が変化しても、Ｖｐｐ電圧が低下することがない。よって、Ｐｆ制御からＶｐｐ制御に切り替った後は、Ｖｐｐ制御のみによってエッチングレートを制御する場合と同様に、エッチング装置に付着する付着物の経時的な増加によって生じるエッチングレートの経時的な低下が抑制される。
　ところで、近年、下記のようなエッチング方法が提案されている。即ち、被エッチング材をエッチングするエッチング工程と、エッチング工程によって露出した被エッチング材の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程とを短い間隔で交互に繰り返し行うエッチング方法である。しかし、このようなエッチング方法では、エッチング工程と保護膜形成工程とが短い間隔で切り替えられるため、１回のエッチング工程に要する時間が短い。時間の短いエッチング工程においては、エッチング開始直後のエッチングレートの低下により、エッチング工程全体におけるエッチングレートが大幅に低下する。
　本発明に係るプラズマ制御装置は、エッチング開始直後におけるエッチングレートの低下を抑制することができる。このため、本発明に係るプラズマ制御装置は、上述のようにエッチング工程と保護膜形成工程とを短い間隔で交互に繰り返し行うエッチング方法を実行するエッチング装置に高周波電力を供給するプラズマ制御装置に好適である。即ち、本発明に係るプラズマ制御装置が用いられるエッチング装置としては、前記被エッチング材をエッチングするエッチング工程と、前記エッチング工程によって露出した前記被エッチング材の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程とを交互に繰り返し行うことによって、前記被エッチング材をエッチングする装置が好ましい。
　尚、エッチング工程が行われる度にエッチング装置に付着物が付着する。よって、エッチング工程が繰り返し行われる場合においては、順序が後のエッチング工程ほど、エッチング装置に大量の付着物が付着した環境下で行われる。前述のように、Ｐｆ電力を一定に維持している場合は、エッチング装置に付着する付着物の増加に伴って、Ｖｐｐ電圧が低下する。このため、順序が後のエッチング工程では、Ｐｆ制御時のＶｐｐ電圧が小さくなる。図１（ａ）に示すように、Ｖｐｐ電圧が大きくなると、第１制御信号が小さくなる。このため、順序が後のエッチング工程ほど、エッチング開始直後のＰｆ制御により、第１制御信号が第１しきい値Ｔｈ１未満にならない可能性が高くなる。ひいては、エッチングレートの制御方法がＰｆ制御からＶｐｐ制御に切り替らない可能性が高くなる。このような問題を改善するために、第１しきい値Ｔｈ１として、Ｖｐｐ電圧が０である場合の差分に対応する第１制御信号Ｐ０よりも小さい範囲において、できるだけ大きい電力値を採用すればよい。これにより、Ｖｐｐ電圧があまり大きくならなくても、第１制御信号が第１しきい値Ｔｈ１未満になる可能性を高めることができる。このように、第１しきい値Ｔｈ１としてより大きい値を設定することで、順序が後のエッチング工程において、より確実に、エッチングレートの制御方法をＰｆ制御からＶｐｐ制御に切り替えることができる。
　また、好ましくは、本発明に係るプラズマ制御装置は、前記電源部が出力する前記高周波電力が、前記第１しきい値以下で第２しきい値以上であることが所定時間以上続くと、警報を発する警報部を備える。
　Ｐｆ制御では、第１しきい値Ｔｈ１に対応する電力値にＰｆ電力が維持される。このため、Ｐｆ制御時のＰｆ電力は、第１しきい値Ｔｈ１と同じである。一方、Ｖｐｐ制御は、Ｖｐｐ電圧を目標電圧と略同じ電圧値にするＰｆ電力（第１制御信号に相当）が第１しきい値Ｔｈ１未満の場合に行わる。Ｖｐｐ制御では、Ｐｆ電力が第１制御信号になるようにＰｆ電力が制御される。このため、Ｖｐｐ制御時のＰｆ電力は、第１しきい値Ｔｈ１未満である。エッチング装置に付着する付着物が増加すると、Ｖｐｐ電圧を一定に維持するために必要なＰｆ電力が大きくなる。このため、エッチング装置に付着する付着物が増加すると、Ｖｐｐ制御時におけるＰｆ電力が大きくなる。以上のことから、本発明に係るプラズマ制御装置が上述の警報部を備えると、エッチング装置に大量の付着物が付着した環境下でＶｐｐ制御が行われる場合にのみ警報が発せられる。このため、本発明に係るプラズマ制御装置が上述の警報部を備えれば、オペレータにエッチング装置の定期的なメンテナンス（例えば、エッチング装置の洗浄等）をタイミング良く促すことができる。
　本発明は、経時的なエッチングレートの低下及びエッチング開始直後のエッチングレートの低下の抑制により高いエッチングレートでエッチングすることが可能であると共に、Ｐｆ電力及びＶｐｐ電圧のオーバーシュートを抑制できるプラズマ制御装置を提供することができる。
図１は、第１制御信号とＶｐｐ電圧との関係を示すグラフと、Ｐｆ電力とＶｐｐ電圧との関係とを示すグラフを表す図である。 図２は、プラズマ制御装置とエッチング装置とコントローラとを示す模式図である。 図３は、制御部を構成することが可能な制御回路、及び、リミッターを構成することが可能なリミッター回路の具体例を示す。 図４は、エッチング工程及び保護膜形成工程を交互に繰り返し行うことによって、被エッチング材をエッチングするエッチング方法を説明するための図である。 図５は、実施形態に係るプラズマ制御装置でエッチング工程を行った場合の印加高周波電圧の大きさと、Ｐｆ制御でエッチング工程を行った場合の印加高周波電圧の大きさと、遅延制御を採用した従来のＶｐｐ制御でエッチング工程を行った場合の印加高周波電圧の大きさを示すグラフを表す図である。 図６は、Ｖｐｐ電圧を一定に維持しているときの、エッチング装置への付着物の付着量とＰｆ電力の大きさを示すグラフである。
　図２は、本実施形態に係るプラズマ制御装置１０と、本実施形態に係るプラズマ制御装置１０からＰｆ電力が供給されるエッチング装置２０と、プラズマ制御装置１０及びエッチング装置２０を制御するコントローラ３０等の模式図である。
　図２に示すように、エッチング装置２０は、チャンバ２１と、アンテナ２２と、基台２３と、排気装置２４と、ガス供給装置２５とを備えている。
　チャンバ２１は、ガスが充填される閉塞空間を内側に有している。該閉塞空間は、プラズマ生成室２１ａと該プラズマ生成室２１ａの下側に設けられる反応室２１ｂとから構成されている。
　アンテナ２２は、コイル状に形成され、チャンバ２１上部に巻きかけられるように配置されている。アンテナ２２は、ソース用の整合部２７を介して、該アンテナ２２に高周波電力を供給するソース用の電源部２６に接続されている。ソース用の整合部２７は、アンテナ２２とソース用の電源部２６とのインピーダンス整合を行う。ソース用の電源部２６から高周波電力がアンテナ２２に供給されると、チャンバ２１の閉塞空間に磁界が形成される。形成された磁界によって誘起される電界によりチャンバ２１の閉塞空間に充填されたガスがプラズマ化される。
　基台２３は、チャンバ２１の閉塞空間に配置され、被エッチング材４が載置される。被エッチング材４の材質として、シリコンを挙げることができる。
　排気装置２４は、チャンバ２１の閉塞空間からガスを排気し、該排気によりチャンバ２１の閉塞空間を減圧する。排気装置２４は、チャンバ２１の反応室２１ｂの側壁に接続された排気管２４ａと、排気管２４ａに接続された真空ポンプ２４ｂと、排気管２４ａを流通するガスの流量を調整する流量調整機構２４ｃとを備える。チャンバ２１の閉塞空間からのガスの排気量は、流量調整機構２４ｃによって調整される。
　ガス供給装置２５は、エッチングガス及び保護膜形成ガスをチャンバ２１の閉塞空間に供給する。ガス供給装置２５は、チャンバ２１のプラズマ生成室２１ａの天井部に接続される供給管２５ａと、流量調整機構２５ｂ、２５ｃと、流量調整機構２５ｂを介して供給管２５ａに接続されるガスボンベ２５ｄと、流量調整機構２５ｃを介して供給管２５ａに接続されるガスボンベ２５ｅとを備える。ガスボンベ２５ｄ、２５ｅからチャンバ２１の閉塞空間に供給されるガス供給量は、流量調整機構２５ｂ、２５ｃによって調整される。ガスボンベ２５ｄには、エッチングガスが充填され、ガスボンベ２５ｅには、保護膜形成ガスが充填されている。エッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６ガスを用いることができ、保護膜形成ガスとしては、例えば、Ｃ４Ｆ８ガスを用いることができる。
　プラズマ制御装置１０は、電源部１１と、整合部１２と、制御部１３と、リミッター部１４とを備える。電源部１１は、エッチング装置２０の基台２３にＰｆ電力を供給する。整合部１２は、電源部１１と基台２３とを接続し、電源部１１と、チャンバ２１の閉塞空間に生成されたプラズマとのインピーダンス整合を行う。
　制御部１３は、電源部１１から基台２３へのＰｆ電力の供給によって基台２３に印加されるＶｐｐ電圧を目標電圧と略同じ電圧値にするＰｆ電力の電力値に相当する第１制御信号Ｐｆ１を出力する。Ｖｐｐ電圧は、基台２３とグランドとの間の電位であり、整合部１２によって測定される。制御部１３には、Ｖｐｐ電圧に相当する実測電圧信号Ｖｐｐが整合部１２から入力される。更に、制御部１３には、目標電圧に相当する目標電圧信号Ｖｐｐｓｅｔｐｔがコントローラ３０から入力される。制御部１３は、整合部１２から入力された実測電圧信号Ｖｐｐと、コントローラ３０から入力された目標電圧信号Ｖｐｐｓｅｔｐｔとに基づいて、第１制御信号Ｐｆ１を得る。
　リミッター１４は、制御部１３から出力された第１制御信号Ｐｆ１が第１しきい値に相当する第２制御信号Ｐｆ２以上の場合は、該第２制御信号Ｐｆ２を電源部１１に入力する。また、リミッター１４は、制御部１３から出力された第１制御信号Ｐｆ１が第２制御信号Ｐｆ２未満の場合は、第１制御信号Ｐｆ１を電源部１１に入力する。本実施形態においては、第１しきい値は、エッチング装置２０の洗浄によりエッチング装置２０に付着した付着物を取り除いた直後において、Ｖｐｐ電圧が目標電圧と略同じ電圧値で安定しているときに、基台に供給されているＰｆ電力の測定値より若干大きい値とされている。このような第１しきい値に相当する第２制御信号Ｐｆ２は、コントローラ３０からリミッター１４に入力される。
　図３に示すように、制御部１３は差分アンプ１３ｂを有する制御回路１３ａで構成することができ、リミッター１４はリミッター回路１４ａで構成することができる。制御回路１３ａを構成する差分アンプ１３ｂには、整合部１２が測定したＶｐｐ電圧に相当する実測電圧信号Ｖｐｐと、目標電圧に相当する目標電圧信号Ｖｐｐｓｅｔｐｔとが入力される。差分アンプ１３ｂからは、Ｖｐｐ電圧を目標電圧と略同じ電圧値にするＰｆ電力の電力値に相当する第１制御信号Ｐｆ１が出力される。
　一方、リミッター回路１４ａには、差分アンプ１３ｂから出力された第１制御信号Ｐｆ１と、第１しきい値に相当する第２制御信号Ｐｆ２とが入力される。リミッター回路１４ａは、第１制御信号Ｐｆ１が第２制御信号Ｐｆ２以上の場合は、第２制御信号Ｐｆ２を電源部１１へ出力し、第１制御信号Ｐｆ１が第２制御信号Ｐｆ２未満の場合は、第１制御信号Ｐｆ１を電源部１１へ出力する。
　コントローラ３０は、供給流量制御部３１と、排気流量制御部３２と、基台電力制御部３３と、コイル電力制御部３４と、しきい値設定部３５とを備える。供給流量制御部３１は、ガス供給装置２５の流量調整機構２５ｂ、２５ｃを制御して、ガスボンベ２５ｄ、２５ｅからチャンバ２１の閉塞空間に供給されるガスの供給量を制御する。排気流量制御部３２は、排気装置２４の流量調整機構２４ｃを制御して、真空ポンプ２４ｂによってチャンバ２１の閉塞空間から排気されるガスの排気量を制御する。基台電力制御部３３は、Ｐｆ電力の供給をプラズマ制御装置１０の電源部１１に指示すると共に、Ｐｆ電力の電力値のモニターを行う。コイル電力制御部３４は、ソース用の電源部２６にアンテナ２２への高周波電力の供給を指示する共に、Ｐｆ電力の電力値のモニターを行う。しきい値設定部３５は、第１しきい値に相当する第２制御信号Ｐｆ２をリミッター１４に、目標電圧に相当する目標電圧信号Ｖｐｐｓeｔｐｔを制御部１３に入力する。しきい値設定部３５は、第１しきい値と第２制御信号Ｐｆ２との関係を示す関数を記憶している。また、しきい値設定部３５は、例えば、オペレータがキーボート等を使用して入力した第１しきい値を第２制御信号Ｐｆ２に変換して、リミッター１４に入力することができる。同様に、しきい値設定部３５は、目標電圧と目標電圧信号Ｖｐｐｓｅｔｐｔとの関係を示す関数を記憶している。また、しきい値設定部３５は、例えば、オペレータがキーボート等を使用して入力した目標電圧を目標電圧信号Ｖｐｐｓｅｔｐｔに変換して、制御部１３に入力することができる。
　次に、エッチング装置２０の基台２３に載置された被エッチング材４のエッチングについて説明する。ここで説明するエッチング方法は、エッチング工程と保護膜形成工程とを交互に繰り返し行うことによって被エッチング材４をエッチングする方法である。
　まず、エッチング方法の全体について説明する。図４（ａ）に示すように、基台２３に載置された被エッチング材４には、エッチングされる部分以外の部分にマスク４１が形成されている。このようにマスク４１が形成された被エッチング材４に対して、最初に、保護膜形成工程が行なわれる。
　保護膜形成工程を行う場合、コントローラ３０の供給流量制御部３１は、保護膜形成ガスが充填されたガスボンベ２５ｅからチャンバ２１の閉塞空間に保護膜形成ガスが供給されるように、流量調整機構２５ｂ、２５ｃを制御する。
　保護膜形成工程を行う場合、コントローラ３０の排気流量制御部３２は、チャンバ２１の閉塞空間を所定の圧力に保つために、排気装置２４の流量調整機構２４ｃを制御する。
　保護膜形成工程を行う場合、コントローラ３０のコイル電力制御部３４は、ソース用の電源部２６に対して高周波電力をアンテナ２２に供給することを指示する。ソース用の電源部２６から高周波電力がアンテナ２２に供給されると、チャンバ２１の閉塞空間に充填された保護膜形成ガスがプラズマ化される。図４（ｂ）に示すように、保護膜形成ガスをプラズマ化することで、保護膜形成ガスのラジカルから重合物が生成されて、該重合物が被エッチング材４の表面に堆積し、該重合物の堆積により被エッチング材４の表面に保護膜４２が形成される。
　保護膜４２が形成されると、エッチング工程が行われる。エッチング工程を行う場合、コントローラ３０の供給流量制御部３１は、エッチングガスが充填されたガスボンベ２５ｄからチャンバ２１の閉塞空間にエッチングガスが供給されるように、流量調整機構２５ｂ、２５ｃを制御する。
　エッチング工程を行う場合、コントローラ３０の排気流量制御部３２は、チャンバ２１の閉塞空間から保護膜形成ガスを排気すると共に、チャンバ２１の閉塞空間におけるエッチングガスの圧力を所定の圧力値に保つために、排気装置２４の流量調整機構２４ｃを制御する。
　エッチング工程を行う場合、コントローラ３０のコイル電力制御部３４は、ソース用の電源部２６に対して高周波電力をアンテナ２２に供給することを指示する。高周波電力がアンテナ２２に供給されると、上述のようにチャンバ２１の閉塞空間に充填されたエッチングガスがプラズマ化される。
　エッチング工程を行う場合、コントローラ３０の基台電力制御部３３は、プラズマ制御部１０の電源部１１にＰｆ電力を基台２３に供給するように指示する。Ｐｆ電力が基台２３に供給されると、プラズマと基台２３との間に電位差が生じる。該電位差が生じると、プラズマのラジカルが被エッチング材４と化学反応したり、プラズマのイオンが保護膜４２及び被エッチング材４と衝突したりする。図４（ｃ）に示すように、ラジカルが被エッチング材４と化学反応したり、イオンが保護膜４２及び被エッチング材４と衝突したりすることにより、被エッチング材４のマスクされていない部分において、保護膜４２が除去されると共に、被エッチング材４がエッチングされる。
　被エッチング材４がエッチングされると、再び保護膜形成工程が行われ、図４（ｄ）に示すように、エッチング工程によって露出した被エッチング材４の表面に保護膜４２が形成される。保護膜４２が形成されると、再びエッチング工程が行われ、図４（ｅ）に示すように、エッチングされた部分が更にエッチングされる。
　以上に説明した、エッチング工程においては、イオン照射量の多い穴の底部４３において保護膜４２の除去とエッチングが行われる。一方、イオン照射量の少ない穴の側面部４４においては、保護膜４２の除去のみが行われる。このように穴の底部４３においてのみエッチングが行われるため、エッチング工程と保護膜形成工程とを交互に繰り返し行うエッチング方法では、掘り下げる方向に対して直交する方向（図４（ｆ）においては左右方向）に穴を広げずに、エッチング材を深く掘り下げることができる。
　次に、以上において説明したエッチング工程を、本実施形態に係るプラズマ制御装置１０で行った場合のＶｐｐ電圧と、従来のＰｆ制御によって行った場合のＶｐｐ電圧と、遅延制御を採用した従来のＶｐｐ制御によって行った場合のＶｐｐ電圧とを比較しながら、本実施形態に係るプラズマ制御装置１０が行うエッチング工程について説明する。図５（ａ）及び（ｄ）は、従来のＰｆ制御によってエッチング工程を行った場合のＶｐｐ電圧を示す。図５（ｂ）及び（ｅ）は、遅延制御を採用した従来のＶｐｐ制御によって行ったエッチング工程を行った場合のＶｐｐ電圧を示す。図５（ｃ）及び（ｆ）は、本実施形態に係るプラズマ制御装置１０によってエッチング工程を行った場合のＶｐｐ電圧を示す。また、図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、エッチング装置２０の洗浄直後に行われるエッチング工程（図４（ｂ）に対応する）時のＶｐｐ電圧を示す。図５（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）は、エッチング装置２０に付着物が付着した状態で行われるエッチング工程時のＶｐｐ電圧を示す。
　図１（ａ）は、第１制御信号（Ｖｐｐ電圧を目標電圧と略同じ電圧値にするＰｆ電力の電力値）と、Ｖｐｐ電圧から目標電圧を引いた差分との関係を示すグラフである。図１（ａ）に示すように、該差分が大きくなると、即ち、Ｖｐｐ電圧が大きくなると、第１制御信号が小さくなる。本実施形態では、第１しきい値Ｔｈ１として、参考Ｐｆ電力より若干大きい値、即ち、Ｖｐｐ電圧が０である場合の前記差分に対応する第１制御信号Ｐ０と、参考Ｐｆ電力との間の範囲に含まれる所定の電力値を設定している。エッチング開始直後においては、Ｖｐｐ電圧が０である。このため、エッチング開始直後における第１制御信号Ｐｆ１は、第１しきい値Ｔｈ１に相当する第２制御信号Ｐｆ２以上となる。このため、エッチング開始直後においては、リミッター１４から電源部１１に第２制御信号Ｐｆ２が入力される。
　電源部１１は、第２制御信号Ｐｆ２が入力されると、第２制御信号Ｐｆ２に対応するＰｆ電力を出力する。換言すれば、電源部１１は、第１制御信号Ｐｆ１が第１しきい値以上の場合は、Ｐｆ電力を第１しきい値に対応する電力値に維持するＰｆ制御を行う。
　このようにエッチング開始直後においてはＰｆ制御が行われるので、図５（ａ）及び（ｄ）に示すように、Ｐｆ制御のみによってエッチングレートを制御する場合と同程度に、Ｖｐｐ電圧を急峻に増加させることが可能である。このため、エッチング開始直後におけるエッチングレートの低下を抑制することができる。よって、本実施形態にかかるプラズマ制御装置１０は、エッチング開始直後におけるエッチングレートの低下が抑制されている。
　エッチング開始直後におけるＰｆ制御により、Ｐｆ電力が第１しきい値Ｔｈ１として設定された参考Ｐｆ電力より若干大きい値に維持される。図１（ｂ）に示すように、Ｐｆ電力とＶｐｐ電力との関係は、通常、Ｐｆ電力が増加するとＶｐｐ電圧が増加する関係である。Ｐｆ電力が、参考Ｐｆ電力より若干大きい値に維持されるとき、Ｖｐｐ電圧は目標電圧よりも大きくなる。Ｖｐｐ電圧が目標電圧よりも大きくなると、図１（ａ）に示すように、Ｖｐｐ電圧から目標電圧を引いた差分が、Ｖｐｐ電圧が目標電圧の場合の時の差分（即ち、０）よりも大きくなり（図１（ａ）のＶ１参照）、第１制御信号Ｐｆ１が参考Ｐｆ電力よりも小さくなる（図１（ａ）のＰ１参照）。第１制御信号Ｐｆ１が第２しきい値Ｐｆ２未満になると、リミッター１４から電源部１１に第１制御信号Ｐｆ１が入力される。
　電源部１１は、第１制御信号Ｐｆ１が入力されると、第１制御信号Ｐｆ１に対応するＰｆ電力を出力する。換言すれば、電源部１１は、第１制御信号Ｐｆ１が第１しきい値未満の場合は、第１制御信号にＰｆ電力がなるようにＰｆ電力を制御するＶｐｐ制御を行う。
　Ｖｐｐ制御では、Ｖｐｐ電圧が目標電圧と略同じとなるように制御されるので、Ｖｐｐ電圧とＰｆ電力との関係が変化しても、Ｖｐｐ電圧が低下することがない。よって、図５（ｄ）に示すように、本実施形態に係るプラズマ制御装置１０は、エッチング装置２０に付着する付着物の経時的な増加によって、エッチングレートが経時的に低下することを抑制できる。
　以上のように、本実施形態に係るプラズマ制御装置１０は、経時的なエッチングレートの低下及びエッチング開始直後のエッチングレートの低下の抑制により高いエッチングレートでエッチングすることが可能であると共に、Ｐｆ電力及びＶｐｐ電圧のオーバーシュートを抑制できる。
　尚、エッチング工程が行われる度にエッチング装置２０に付着物が付着する。よって、エッチング工程が繰り返し行われる場合においては、順序が後のエッチング工程ほど、エッチング装置２０に大量の付着物が付着した環境下で行われる。前述のように、Ｐｆ電力を一定に維持している場合は、エッチング装置２０に付着する付着物の増加に伴って、Ｖｐｐ電圧が低下する。このため、順序が後のエッチング工程では、Ｐｆ制御時のＶｐｐ電圧が小さくなる。図１（ａ）に示すように、Ｖｐｐ電圧から目標電圧を引いた差分が大きくなる（Ｖｐｐ電圧が大きくなる）と、第１制御信号が小さくなる。このため、順序が後のエッチング工程ほど、エッチング開始直後のＰｆ制御により、第１制御信号が第１しきい値Ｔｈ１未満にならない可能性が高くなる。ひいては、エッチングレートの制御方法がＰｆ制御からＶｐｐ制御に切り替らない可能性が高くなる。このような問題を改善するために、第１しきい値Ｔｈ１として、Ｖｐｐ電圧が０である場合の第１制御信号よりも小さい範囲において、できるだけ大きい電力値を採用すればよい。これにより、Ｖｐｐ電圧があまり大きくならなくても、第１制御信号が第１しきい値Ｔｈ１未満になる可能性を高めることができる。このように、第１しきい値Ｔｈ１としてより大きい値を設定することで、順序が後のエッチング工程において、より確実に、エッチングレートの制御方法をＰｆ制御からＶｐｐ制御に切り替えることができる。
　尚、本実施形態に係るプラズマ制御装置１０は、電源部１１が出力するＰｆ電力が、第１しきい値以下で第２しきい値以上であることが所定時間以上続くと、警報を発する警報部１５を備えてもよい。この警報部１５は、電源部１１から出力されるＰｆ電力値をモニターしている。また、警報部１５は、コントローラ３０を介して、第２しきい値に相当する第３制御信号Ｐｆ３が入力される。
　Ｐｆ制御では、第１しきい値Ｔｈ１に対応する電力値にＰｆ電力が維持される。このため、Ｐｆ制御時のＰｆ電力は、第１しきい値Ｔｈ１と同じである。一方、Ｖｐｐ制御は、Ｖｐｐ電圧を目標電圧と略同じ電圧値にするＰｆ電力（第１制御信号に相当）が第１しきい値Ｔｈ１未満の場合に行わる。Ｖｐｐ制御では、Ｐｆ電力が第１制御信号になるようにＰｆ電力が制御される。このため、Ｖｐｐ制御時のＰｆ電力は、第１しきい値Ｔｈ１未満である。エッチング装置２０に付着する付着物が増加すると、Ｖｐｐ電圧を一定に維持するために必要なＰｆ電力が大きくなる。このため、エッチング装置２０に付着する付着物が増加すると、Ｖｐｐ制御時におけるＰｆ電力が大きくなる。以上のことから、プラズマ制御装置１０が警報部１５を備えると、エッチング装置２０に大量の付着物が付着した環境下でＶｐｐ制御が行われる場合にのみ警報が発せられる。このため、プラズマ制御装置が警報部１５を備えれば、オペレータにエッチング装置２０の定期的なメンテナンス（例えば、エッチング装置２０の洗浄等）をタイミング良く促すことができる。
　また、警報を発する機能は、例えば、コントローラ３０の基台電力制御部３３が具備してもよい。例えば、基台電力制御部３３に、Ｐｆ電力が第１しきい値以下で第２しきい値Ｔｈ２以上であることが所定時間以上続くと警報を発するソフトウエアを導入し、しきい値設定部３５が第１しきい値と第２しきい値Ｔｈ２とを基台電力供給部３３に入力する構成とする。これにより、基台電力制御部３３が警報を発する機能を具備することができる。

Claims (3)

  1. 　プラズマによってエッチングを行うエッチング装置に高周波電力を供給するプラズマ制御装置であって、
    　前記エッチング装置は、
    　プラズマとの間に電位差が生じることで、載置された被エッチング材がエッチングされる基台を備え、
    　前記プラズマ制御装置は、
    　前記基台に高周波電力を供給する電源部と、
    　前記高周波電力の供給によって前記基台に印加される印加高周波電圧を目標電圧と略同じ電圧値にする高周波電力の電力値に相当する第１制御信号を出力する制御部と、
    　前記制御部から出力された第１制御信号が第１しきい値に相当する第２制御信号以上の場合は、該第２制御信号を前記電源部に入力し、前記制御部から出力された第１制御信号が前記第２制御信号未満の場合は、前記第１制御信号を前記電源部に入力するリミッターとを備え、
    　前記電源部は、リミッターから入力された第１制御信号又は第２制御信号に対応する前記高周波電力を出力することを特徴とするプラズマ制御装置。
  2. 　前記エッチング装置は、前記被エッチング材をエッチングするエッチング工程と、前記エッチング工程によって露出した前記被エッチング材の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程とを交互に繰り返し行うことによって、前記被エッチング材をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ制御装置。
  3. 　前記電源部が出力する前記高周波電力が、前記第１しきい値以下で第２しきい値以上であることが所定時間以上続くと、警報を発する警報部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ制御装置。
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