JP2000299198A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32192—Microwave generated discharge
- H01J37/32266—Means for controlling power transmitted to the plasma
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロ波により処理ガスをプラズマ化しそ
のプラズマにより被処理基板に対して成膜やエッチング
などの処理を行うにあたり、プラズマ中の電子密度を適
切な値にコントロ−ルして安定した処理を行うこと。 【解決手段】 導波管３５に反射係数計測部５を設け
て、プラズマ電源部４からプラズマに向かう進行波とプ
ラズマで反射される反射波を検出し、その検出信号に基
づいて反射係数の振幅Γ0 と位相θとを求め、振幅Γ0
及び位相θの変化に基づいて例えばマイクロ波電源部４
の出力電力を制御する。
のプラズマにより被処理基板に対して成膜やエッチング
などの処理を行うにあたり、プラズマ中の電子密度を適
切な値にコントロ−ルして安定した処理を行うこと。 【解決手段】 導波管３５に反射係数計測部５を設け
て、プラズマ電源部４からプラズマに向かう進行波とプ
ラズマで反射される反射波を検出し、その検出信号に基
づいて反射係数の振幅Γ0 と位相θとを求め、振幅Γ0
及び位相θの変化に基づいて例えばマイクロ波電源部４
の出力電力を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波などの
高周波のエネルギ−によりプラズマを発生させ、そのプ
ラズマにより半導体ウエハなどの被処理基板に対して処
理を施すプラズマ処理装置に関する。
高周波のエネルギ−によりプラズマを発生させ、そのプ
ラズマにより半導体ウエハなどの被処理基板に対して処
理を施すプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造工程の中に、半導
体ウエハ（以下ウエハという）に対してプラズマを用い
て処理を行う工程がある。このようなプラズマ処理を行
うための装置として図１１に示すようなマイクロ波プラ
ズマ処理装置が知られている。この装置は、ウエハＷの
載置台９１を備えた真空室９の天井部に平面スロットア
ンテナ９２を設け、マイクロ波電源部９３からマイクロ
波を導波管９４を介して前記アンテナ９２に導き、この
アンテナ９２から真空室９内にマイクロ波を供給して、
ガス供給部９５からの処理ガスをプラズマ化し、そのプ
ラズマにより例えばウエハＷの表面に成膜あるいはエッ
チング処理を施すように構成されている。９６は石英製
の窓である。
体ウエハ（以下ウエハという）に対してプラズマを用い
て処理を行う工程がある。このようなプラズマ処理を行
うための装置として図１１に示すようなマイクロ波プラ
ズマ処理装置が知られている。この装置は、ウエハＷの
載置台９１を備えた真空室９の天井部に平面スロットア
ンテナ９２を設け、マイクロ波電源部９３からマイクロ
波を導波管９４を介して前記アンテナ９２に導き、この
アンテナ９２から真空室９内にマイクロ波を供給して、
ガス供給部９５からの処理ガスをプラズマ化し、そのプ
ラズマにより例えばウエハＷの表面に成膜あるいはエッ
チング処理を施すように構成されている。９６は石英製
の窓である。
【０００３】また導波管９４の途中には負荷整合器９７
が設けられており、プラズマからの反射波を抑えるよう
に負荷整合器９７からプラズマに至るまでのインピ−ダ
ンスと、マイクロ波電源９３に至るまでのインピ−ダン
スとが同じになるように調整を行っている。
が設けられており、プラズマからの反射波を抑えるよう
に負荷整合器９７からプラズマに至るまでのインピ−ダ
ンスと、マイクロ波電源９３に至るまでのインピ−ダン
スとが同じになるように調整を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところでウエハＷの処
理に影響を及ぼす因子の一つとして、プラズマ中の電子
密度が挙げられる。即ち、負イオンを発生しないガスの
場合には電子密度はプラズマ密度とほぼ等しくなり、ま
た負イオンが発生するガスの場合には、電子密度が減少
すると負イオン密度が増大するので、安定した処理を行
うには、いずれにおいても処理中に電子密度を一定にし
ておくことが望ましい。しかしながら電子密度の把握は
困難であるため、電子密度をコントロ−ルすることは容
易ではない。
理に影響を及ぼす因子の一つとして、プラズマ中の電子
密度が挙げられる。即ち、負イオンを発生しないガスの
場合には電子密度はプラズマ密度とほぼ等しくなり、ま
た負イオンが発生するガスの場合には、電子密度が減少
すると負イオン密度が増大するので、安定した処理を行
うには、いずれにおいても処理中に電子密度を一定にし
ておくことが望ましい。しかしながら電子密度の把握は
困難であるため、電子密度をコントロ−ルすることは容
易ではない。
【０００５】一方プラズマの状態は、マイクロ波の電力
や真空室９内の圧力などにより変わるため、上述のよう
に負荷整合器９７によりインピ−ダンスを設定しておい
ても、プラズマの状態によっては、プラズマで反射して
マイクロ波電源部９３に戻る反射波が多くなり、これが
例えば誘電損や銅損となって熱になり、マイクロ波のプ
ラズマへの利用効率が低くなる。
や真空室９内の圧力などにより変わるため、上述のよう
に負荷整合器９７によりインピ−ダンスを設定しておい
ても、プラズマの状態によっては、プラズマで反射して
マイクロ波電源部９３に戻る反射波が多くなり、これが
例えば誘電損や銅損となって熱になり、マイクロ波のプ
ラズマへの利用効率が低くなる。
【０００６】本発明は、このような背景の下になされた
ものであり、その目的は、電源部からの高周波（マイク
ロ波やＲＦなどを含む）について反射係数を検出するこ
とにより、プラズマ中の電子密度を監視することにあ
る。
ものであり、その目的は、電源部からの高周波（マイク
ロ波やＲＦなどを含む）について反射係数を検出するこ
とにより、プラズマ中の電子密度を監視することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、高周波電源部
から導波路を通じて真空容器内に高周波を供給し、真空
容器内に供給された処理ガスを前記高周波のエネルギ−
によってプラズマ化し、そのプラズマにより、真空容器
内の載置台に載置された被処理基板に対して処理を行う
プラズマ処理装置において、前記導波路に、反射係数を
計測するための反射係数計測部を設けたことを特徴とす
る。この場合前記反射係数計測部は、例えば高周波電源
部からプラズマに向かう進行波とプラズマから高周波電
源部に戻る反射波とを検出し、これら検出信号に基づい
て反射係数の振幅及び位相を求めるものである。
から導波路を通じて真空容器内に高周波を供給し、真空
容器内に供給された処理ガスを前記高周波のエネルギ−
によってプラズマ化し、そのプラズマにより、真空容器
内の載置台に載置された被処理基板に対して処理を行う
プラズマ処理装置において、前記導波路に、反射係数を
計測するための反射係数計測部を設けたことを特徴とす
る。この場合前記反射係数計測部は、例えば高周波電源
部からプラズマに向かう進行波とプラズマから高周波電
源部に戻る反射波とを検出し、これら検出信号に基づい
て反射係数の振幅及び位相を求めるものである。
【０００８】本発明では反射係数計測部で計測された反
射係数の振幅及び位相に基づいてプラズマの電子密度に
影響を及ぼす要素を制御する制御部を設けてもよい。こ
こでいう要素とは、例えば高周波電源部の出力電力、真
空容器内の圧力、処理ガスの流量（成膜ガスやエッチン
グガスの流量、あるいはそれらガスとキャリアガスとの
流量比など）、載置台に印加するバイアス電力などが挙
げられる。さらに本発明では、導波路から送られた高周
波を真空容器内に供給する高周波供給部と、この高周波
供給部の位置を調整してこの高周波供給部と真空容器内
の空間との距離を変えるための位置調整部と、を備え、
制御部はこの位置調整部を介して高周波供給部の相対位
置を制御するようにしてもよい。
射係数の振幅及び位相に基づいてプラズマの電子密度に
影響を及ぼす要素を制御する制御部を設けてもよい。こ
こでいう要素とは、例えば高周波電源部の出力電力、真
空容器内の圧力、処理ガスの流量（成膜ガスやエッチン
グガスの流量、あるいはそれらガスとキャリアガスとの
流量比など）、載置台に印加するバイアス電力などが挙
げられる。さらに本発明では、導波路から送られた高周
波を真空容器内に供給する高周波供給部と、この高周波
供給部の位置を調整してこの高周波供給部と真空容器内
の空間との距離を変えるための位置調整部と、を備え、
制御部はこの位置調整部を介して高周波供給部の相対位
置を制御するようにしてもよい。
【０００９】また本発明では、反射係数検出手段で求め
た反射係数の振幅及び位相のデ−タを記憶する記憶手段
を備え、記憶されたデ−タに基づいて、後続の被処理基
板の処理時に所定の処理が遂行されるように前記要素を
制御するようにしてもよいし、あるいは反射係数検出手
段で求めた反射係数の振幅及び位相に基づいてプラズマ
処理装置に異常が発生しているか否かを判定して異常が
発生していると判定したときには警報を発生するように
してもよい。
た反射係数の振幅及び位相のデ−タを記憶する記憶手段
を備え、記憶されたデ−タに基づいて、後続の被処理基
板の処理時に所定の処理が遂行されるように前記要素を
制御するようにしてもよいし、あるいは反射係数検出手
段で求めた反射係数の振幅及び位相に基づいてプラズマ
処理装置に異常が発生しているか否かを判定して異常が
発生していると判定したときには警報を発生するように
してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係るプラズマ処理
装置の実施の形態の全体構成を示す図である。１は真空
室であり、この真空室１の底部にはウエハＷの載置台２
が設けられている。この載置台２には例えば１３、５６
ＭＨｚの高周波電源部２１に接続されたバイアス印加用
の電極２２が埋設されると共に、図示しない温度調整部
が設けられている。真空室１の天井部には誘電体例えば
石英よりなる窓１１が配置されており、この窓１１の上
方には、例えば図２で示すように多数のスロット３１が
形成された面状のアンテナ（平面スロットアンテナ）３
２が当該窓１１に対向するように設けられている。
装置の実施の形態の全体構成を示す図である。１は真空
室であり、この真空室１の底部にはウエハＷの載置台２
が設けられている。この載置台２には例えば１３、５６
ＭＨｚの高周波電源部２１に接続されたバイアス印加用
の電極２２が埋設されると共に、図示しない温度調整部
が設けられている。真空室１の天井部には誘電体例えば
石英よりなる窓１１が配置されており、この窓１１の上
方には、例えば図２で示すように多数のスロット３１が
形成された面状のアンテナ（平面スロットアンテナ）３
２が当該窓１１に対向するように設けられている。
【００１１】前記アンテナ３２の中央部には導波路であ
る同軸の導波管３３の軸部３３ａの一端部が接続されて
いる。同軸の導波管３３の外管３３ｂの下端部は外側に
直角に折り曲げられて広げられ更に下側に屈曲して偏平
な円筒部３４を成している。同軸の導波管３３の他端部
の側面には導波路である矩形状の導波管３５の一端部が
接続されており、この矩形状の導波管３５の他端部には
例えばマイクロ波電源部４が設けられている。
る同軸の導波管３３の軸部３３ａの一端部が接続されて
いる。同軸の導波管３３の外管３３ｂの下端部は外側に
直角に折り曲げられて広げられ更に下側に屈曲して偏平
な円筒部３４を成している。同軸の導波管３３の他端部
の側面には導波路である矩形状の導波管３５の一端部が
接続されており、この矩形状の導波管３５の他端部には
例えばマイクロ波電源部４が設けられている。
【００１２】前記導波管３５の途中にはマイクロ波電源
部４側から順に負荷整合器４１及び反射係数計測部５が
配置されている。負荷整合器４１は、既述したようにプ
ラズマ側とマイクロ波電源部４側とのインピ−ダンスを
整合するためのものである。なお反射係数計測部５につ
いては後述する。
部４側から順に負荷整合器４１及び反射係数計測部５が
配置されている。負荷整合器４１は、既述したようにプ
ラズマ側とマイクロ波電源部４側とのインピ−ダンスを
整合するためのものである。なお反射係数計測部５につ
いては後述する。
【００１３】前記真空室１の例えば側壁には処理ガスを
供給するためのガス供給部１２が設けられており、例え
ば成膜ガスであるＳｉＨ4 ガス及びキャリアガスである
Ａｒガスを夫々例えばマスフロ−からなる流量調整部Ｆ
１、Ｆ２により流量を調整して真空室１内に供給するよ
うに構成されている。ガス供給部としては、例えば窓１
１の下面に石英等誘電体製のシャワ−ヘッドを設け、こ
こから処理ガスを供給するものであってもよい。また真
空室１の底部には、図示しない真空排気手段により真空
排気するための排気管１３が接続されており、その途中
には例えばバタフライバルブの開度を調整して真空室１
内の圧力を調整する圧力調整部１４が設けられている。
供給するためのガス供給部１２が設けられており、例え
ば成膜ガスであるＳｉＨ4 ガス及びキャリアガスである
Ａｒガスを夫々例えばマスフロ−からなる流量調整部Ｆ
１、Ｆ２により流量を調整して真空室１内に供給するよ
うに構成されている。ガス供給部としては、例えば窓１
１の下面に石英等誘電体製のシャワ−ヘッドを設け、こ
こから処理ガスを供給するものであってもよい。また真
空室１の底部には、図示しない真空排気手段により真空
排気するための排気管１３が接続されており、その途中
には例えばバタフライバルブの開度を調整して真空室１
内の圧力を調整する圧力調整部１４が設けられている。
【００１４】ここで前記反射係数計測部５について説明
する。反射係数計測部５は電圧の反射係数を検出するた
めのものであり、この反射係数とはマイクロ波電源部４
から向かう電波を進行波、プラズマで反射されてマイク
ロ波電源部４に戻る電波を反射波とすると、進行波に対
してどのくらい反射波が存在するかという指標になるも
のである。反射係数をΓとすると次の（１）式のように
複素数で表される。
する。反射係数計測部５は電圧の反射係数を検出するた
めのものであり、この反射係数とはマイクロ波電源部４
から向かう電波を進行波、プラズマで反射されてマイク
ロ波電源部４に戻る電波を反射波とすると、進行波に対
してどのくらい反射波が存在するかという指標になるも
のである。反射係数をΓとすると次の（１）式のように
複素数で表される。
【００１５】Γ＝Γ0 ・ｅｊθ……（１） ただしΓ0 は反射係数の絶対値、θは反射係数の位相、
ｊは虚数単位であり、ベクトルで表示すると図３に示す
ように表される。進行波及び反射波の電圧の絶対値を夫
々Ｖｆ、ＶｒとするとΓo はＶｒ／Ｖｆで表される。
ｊは虚数単位であり、ベクトルで表示すると図３に示す
ように表される。進行波及び反射波の電圧の絶対値を夫
々Ｖｆ、ＶｒとするとΓo はＶｒ／Ｖｆで表される。
【００１６】反射係数計測部５は、図４に示すように導
波管３５に介装された方向性結合器５１を備えており、
反射波及び進行波の各電力信号を取り出す。反射波の電
力信号は、分配器５２にて分配され、分配された一方の
信号は検波器５３及び位相シフタ−５４に送られる。位
相シフタ−５４は電力信号の位相を９０度進めてミキサ
−６１に送る。分配器５２にて分配された他方の信号は
ミキサ−６２に送られる。また進行波の電力信号は、分
配器５５にて分配され、分配された一方の信号は検波器
５６及びミキサ−６２に送られる。分配器５５にて分配
された他方の信号はミキサ−６１に送られる。
波管３５に介装された方向性結合器５１を備えており、
反射波及び進行波の各電力信号を取り出す。反射波の電
力信号は、分配器５２にて分配され、分配された一方の
信号は検波器５３及び位相シフタ−５４に送られる。位
相シフタ−５４は電力信号の位相を９０度進めてミキサ
−６１に送る。分配器５２にて分配された他方の信号は
ミキサ−６２に送られる。また進行波の電力信号は、分
配器５５にて分配され、分配された一方の信号は検波器
５６及びミキサ−６２に送られる。分配器５５にて分配
された他方の信号はミキサ−６１に送られる。
【００１７】前記検波器５３からは反射波の振幅Ｖｒ
が、また前記検波器５６からは進行波の振幅Ｖｆが夫々
取り出され、演算部６３はこれらＶｒ及びＶｆを取り込
んで演算し、反射係数の振幅Γo であるＶｒ／Ｖｆを出
力する。またミキサ−６１、６２は夫々反射係数の位相
θに対してｓｉｎθ及びｃｏｓθを出力し、演算部６４
はｓｉｎθ及びｃｏｓθを取り込んで演算し、位相θを
出力する。
が、また前記検波器５６からは進行波の振幅Ｖｆが夫々
取り出され、演算部６３はこれらＶｒ及びＶｆを取り込
んで演算し、反射係数の振幅Γo であるＶｒ／Ｖｆを出
力する。またミキサ−６１、６２は夫々反射係数の位相
θに対してｓｉｎθ及びｃｏｓθを出力し、演算部６４
はｓｉｎθ及びｃｏｓθを取り込んで演算し、位相θを
出力する。
【００１８】そして図１に示すように演算部６３及び６
４からの演算結果は制御部７に入力される。制御部７は
この演算結果に基づいて、この例ではマイクロ波電源部
４の出力電力を制御するように構成される。この制御の
具体的手法については後述する。なお負荷整合器４１の
部位におけるマイクロ波は乱れやすいことから、反射係
数計測部５は負荷整合器４１よりも下流側に設けること
が好ましい。
４からの演算結果は制御部７に入力される。制御部７は
この演算結果に基づいて、この例ではマイクロ波電源部
４の出力電力を制御するように構成される。この制御の
具体的手法については後述する。なお負荷整合器４１の
部位におけるマイクロ波は乱れやすいことから、反射係
数計測部５は負荷整合器４１よりも下流側に設けること
が好ましい。
【００１９】次に上述実施の形態の作用について、被処
理基板上にポリシリコン膜を形成する場合を例にとって
説明する。先ず図示しないゲ−トバルブを開いて図示し
ない搬送ア−ムによりウエハＷを載置台２上に載置す
る。次いで前記ゲ−トバルブを閉じた後、真空容器１内
を排気して所定の真空度例えば１０-6Ｔｏｒｒまで真空
引きし、ガス供給部１２から成膜ガスである例えばＳｉ
Ｈ4 ガス及びキャリアガスである例えばＡｒガスを真空
容器１内に供給する。そしてマイクロ波電源部４から例
えば２．４５ＧＨｚ、２．５ｋｗのマイクロ波を出力す
ると共に、バイアス電源部２１から載置台２に例えば１
３．５６ＭＨｚ、１．５ｋｗのバイアス電力を印加す
る。
理基板上にポリシリコン膜を形成する場合を例にとって
説明する。先ず図示しないゲ−トバルブを開いて図示し
ない搬送ア−ムによりウエハＷを載置台２上に載置す
る。次いで前記ゲ−トバルブを閉じた後、真空容器１内
を排気して所定の真空度例えば１０-6Ｔｏｒｒまで真空
引きし、ガス供給部１２から成膜ガスである例えばＳｉ
Ｈ4 ガス及びキャリアガスである例えばＡｒガスを真空
容器１内に供給する。そしてマイクロ波電源部４から例
えば２．４５ＧＨｚ、２．５ｋｗのマイクロ波を出力す
ると共に、バイアス電源部２１から載置台２に例えば１
３．５６ＭＨｚ、１．５ｋｗのバイアス電力を印加す
る。
【００２０】マイクロ波電源部４からのマイクロ波は導
波管３５、３３を介して円筒部３４内に伝播され、アン
テナ３２のスロット３１を通って真空容器１内に供給さ
れ、このマイクロ波により処理ガスがプラズマ化され
る。そしてＳｉＨ4 ガスが電離して生成された活性種が
ウエハＷ表面に付着してポリシリコン膜が成膜される。
この間、反射係数計測部５は、反射係数の振幅Γ0 と位
相θとを検出して制御部７に入力している。そしてプラ
ズマ中の電子密度が処理を行うのに適切な値のときに反
射が小さくなるようにアンテナ３１を選定しており、反
射が大きくなるということは、プラズマ中の電子密度が
所定の大きさから外れているということである。電子密
度が所定の大きさから外れれば、反射係数の振幅Γ0 が
大きくなるが、この振幅Γ0 のみを監視していたので
は、電子密度が変化していることは把握できても、それ
が大きくなっているのか小さくなっているのかが分から
ない。
波管３５、３３を介して円筒部３４内に伝播され、アン
テナ３２のスロット３１を通って真空容器１内に供給さ
れ、このマイクロ波により処理ガスがプラズマ化され
る。そしてＳｉＨ4 ガスが電離して生成された活性種が
ウエハＷ表面に付着してポリシリコン膜が成膜される。
この間、反射係数計測部５は、反射係数の振幅Γ0 と位
相θとを検出して制御部７に入力している。そしてプラ
ズマ中の電子密度が処理を行うのに適切な値のときに反
射が小さくなるようにアンテナ３１を選定しており、反
射が大きくなるということは、プラズマ中の電子密度が
所定の大きさから外れているということである。電子密
度が所定の大きさから外れれば、反射係数の振幅Γ0 が
大きくなるが、この振幅Γ0 のみを監視していたので
は、電子密度が変化していることは把握できても、それ
が大きくなっているのか小さくなっているのかが分から
ない。
【００２１】そこでこの実施の形態では反射係数の位相
θも監視することにより、電子密度の変化の方向を把握
できるようにしている。即ちプラズマ中の電子密度が大
きくなると電流が流れやすくなるためプラズマのレジス
タンス成分が小さくなり、反射波の位相が進行波に対し
て変化する。つまりこの場合反射係数の振幅Γ0 が大き
くなると共に位相θが小さくなる方向に変化する。制御
部７は、ある時点例えばプラズマを生成して、最初に反
射係数が安定（変化巾が小さくなった）した時点あるい
は、プラズマが発生した後、定められた時間（１〜５
秒）経過した時点における振幅Γ0 及び位相θの値と現
在の振幅Γ0 及び位相θの値とを比較して、その比較結
果（変化分）に応じてマイクロ波電源部４の出力が減少
するようにコントロ−ルする。マイクロ波の電力が減少
すれば、電子密度が小さくなり、このため振幅Γ0 が小
さくなると共に反射係数の位相θの進み方が小さくな
る。
θも監視することにより、電子密度の変化の方向を把握
できるようにしている。即ちプラズマ中の電子密度が大
きくなると電流が流れやすくなるためプラズマのレジス
タンス成分が小さくなり、反射波の位相が進行波に対し
て変化する。つまりこの場合反射係数の振幅Γ0 が大き
くなると共に位相θが小さくなる方向に変化する。制御
部７は、ある時点例えばプラズマを生成して、最初に反
射係数が安定（変化巾が小さくなった）した時点あるい
は、プラズマが発生した後、定められた時間（１〜５
秒）経過した時点における振幅Γ0 及び位相θの値と現
在の振幅Γ0 及び位相θの値とを比較して、その比較結
果（変化分）に応じてマイクロ波電源部４の出力が減少
するようにコントロ−ルする。マイクロ波の電力が減少
すれば、電子密度が小さくなり、このため振幅Γ0 が小
さくなると共に反射係数の位相θの進み方が小さくな
る。
【００２２】また逆にプラズマ中の電子密度が小さくな
ると電流が流れにくくなるためプラズマのレジスタンス
成分が大きくなる。つまりこの場合反射係数の振幅Γ0
が大きくなると共に位相θが大きくなる方向に変化し、
制御部７は、この振幅Γ0 と位相θの変化分に応じてマ
イクロ波電源部４の出力が増加するようにコントロ−ル
する。マイクロ波の電力が増加すれば、電子密度が大き
くなり、このため振幅Γ0 が小さくなると共に反射係数
の位相の遅れ方が小さくなる。
ると電流が流れにくくなるためプラズマのレジスタンス
成分が大きくなる。つまりこの場合反射係数の振幅Γ0
が大きくなると共に位相θが大きくなる方向に変化し、
制御部７は、この振幅Γ0 と位相θの変化分に応じてマ
イクロ波電源部４の出力が増加するようにコントロ−ル
する。マイクロ波の電力が増加すれば、電子密度が大き
くなり、このため振幅Γ0 が小さくなると共に反射係数
の位相の遅れ方が小さくなる。
【００２３】このような実施の形態によれば、反射係数
の振幅Γ0 及び位相θを検出しているためプラズマ中の
電子密度の変化及びその方向（大きくなっているのか小
さくなっているのかということ）を把握することがで
き、その計測結果に応じてマイクロ波電源部４の出力を
コントロ−ルしているため、プラズマ中の電子密度が適
切な値に保持され、安定した成膜処理が行われる。また
反射波が少なくなるので電力エネルギ−のロスが抑えら
れ、効率のよいプラズマ処理を行うことができる。
の振幅Γ0 及び位相θを検出しているためプラズマ中の
電子密度の変化及びその方向（大きくなっているのか小
さくなっているのかということ）を把握することがで
き、その計測結果に応じてマイクロ波電源部４の出力を
コントロ−ルしているため、プラズマ中の電子密度が適
切な値に保持され、安定した成膜処理が行われる。また
反射波が少なくなるので電力エネルギ−のロスが抑えら
れ、効率のよいプラズマ処理を行うことができる。
【００２４】また本発明は、反射係数の計測結果に基づ
いてマイクロ波電源部４の出力をコントロ−ルすること
に限らず、プラズマ中の電子密度に影響を与える要素で
あればそれ以外の要素であってもよく、例えば圧力調整
部１４を介して真空容器１内の圧力を制御するようにし
てもよいし、流量調整部Ｆ１及び／またはＦ２を介して
ＳｉＨ4 ガスあるいはＡｒガスの少なくとも一方の流量
を調整してＳｉＨ4 ガス／Ａｒガスの流量比を制御する
ようにしてもよい。あるいはバイアス電源部２１を介し
てバイアス電力を制御してもよいし、これらを組み合わ
せてもよく、更にはマイクロ波電力の制御を組み合わせ
てもよい。
いてマイクロ波電源部４の出力をコントロ−ルすること
に限らず、プラズマ中の電子密度に影響を与える要素で
あればそれ以外の要素であってもよく、例えば圧力調整
部１４を介して真空容器１内の圧力を制御するようにし
てもよいし、流量調整部Ｆ１及び／またはＦ２を介して
ＳｉＨ4 ガスあるいはＡｒガスの少なくとも一方の流量
を調整してＳｉＨ4 ガス／Ａｒガスの流量比を制御する
ようにしてもよい。あるいはバイアス電源部２１を介し
てバイアス電力を制御してもよいし、これらを組み合わ
せてもよく、更にはマイクロ波電力の制御を組み合わせ
てもよい。
【００２５】この場合例えば前記位相θが小さくなりな
がら（反射波が進行波に対して進みながら）振幅Γ0 が
大きくなると、電子密度が大きくなっているので、圧力
については低くするように、前記流量比についてはＳｉ
Ｈ4 ガスの割合が減少するように、バイアス電力につい
ては小さくするように制御する。
がら（反射波が進行波に対して進みながら）振幅Γ0 が
大きくなると、電子密度が大きくなっているので、圧力
については低くするように、前記流量比についてはＳｉ
Ｈ4 ガスの割合が減少するように、バイアス電力につい
ては小さくするように制御する。
【００２６】更にまた図６に示すように反射係数の計測
結果に基づいて円筒部３４に固定された高周波供給部で
あるアンテナ３２の真空容器１内の空間に対する距離を
制御するようにしてもよい。図６において７３は円筒部
３４を昇降させてアンテナ３２の高さ（前記空間に対す
る相対位置）を制御する位置制御部であり、制御部７か
らの制御信号に基づいてアンテナ３２の高さを制御す
る。なお７４はマイクロ波が外部に漏洩しないようにす
るためにシールド部材例えば金属でできた蛇腹体である
ベローズ体、７５は円筒部７５をガイドするガイド部材
である。一般にアンテナから放射される電界は放射面か
ら離れるにつれてその強度が減少するため、電子密度が
たとえば大きくなればアンテナ３２を上昇させるように
位置制御部７３を制御する。
結果に基づいて円筒部３４に固定された高周波供給部で
あるアンテナ３２の真空容器１内の空間に対する距離を
制御するようにしてもよい。図６において７３は円筒部
３４を昇降させてアンテナ３２の高さ（前記空間に対す
る相対位置）を制御する位置制御部であり、制御部７か
らの制御信号に基づいてアンテナ３２の高さを制御す
る。なお７４はマイクロ波が外部に漏洩しないようにす
るためにシールド部材例えば金属でできた蛇腹体である
ベローズ体、７５は円筒部７５をガイドするガイド部材
である。一般にアンテナから放射される電界は放射面か
ら離れるにつれてその強度が減少するため、電子密度が
たとえば大きくなればアンテナ３２を上昇させるように
位置制御部７３を制御する。
【００２７】上述の例では、振幅Γ0 及び位相θについ
てある時点からの変化分を見て制御を行っているが、予
め設定した設定値と比較してその比較結果（偏差）に基
づいて制御を行ってもよい。
てある時点からの変化分を見て制御を行っているが、予
め設定した設定値と比較してその比較結果（偏差）に基
づいて制御を行ってもよい。
【００２８】以上において、プラズマ処理としてはポリ
シリコン膜の成膜に限らずＣＦ系のガス例えばＣ4 Ｆ8
ガスを用いてフッ素添加カ−ボン膜を成膜したり、ＣＦ
4 ガスを用いてエッチングを行う処理なども挙げること
ができ、この場合真空容器１内の壁面に付着した薄膜か
らラジカルが飛び出し、このラジカルに電子が付着し負
イオンになる。この結果電子密度が小さくなり、このよ
うな場合にも既述のようにマイクロ波電源部４などを制
御することにより電子密度を適切な値にすることがで
き、有効である。
シリコン膜の成膜に限らずＣＦ系のガス例えばＣ4 Ｆ8
ガスを用いてフッ素添加カ−ボン膜を成膜したり、ＣＦ
4 ガスを用いてエッチングを行う処理なども挙げること
ができ、この場合真空容器１内の壁面に付着した薄膜か
らラジカルが飛び出し、このラジカルに電子が付着し負
イオンになる。この結果電子密度が小さくなり、このよ
うな場合にも既述のようにマイクロ波電源部４などを制
御することにより電子密度を適切な値にすることがで
き、有効である。
【００２９】更に本発明は、反射係数計測部５の計測結
果に基づいて上述のような制御を行う代わりに、例えば
製品ウエハあるいはテストウエハについて処理を行って
いる間の計測結果（振幅Γ0 及び位相θ）の時系列デ−
タを図５に示すように記憶部７１に記憶しておき、後続
のウエハの処理を行う前にこのデ−タを解析し、その解
析結果を後続のウエハの処理時に反映させるようにして
もよい。例えば振幅Γ0 と位相θのデ−タに基づいてプ
ラズマ中の電子密度が予定している値よりも大きくなっ
ているとオペレ−タが判断した場合、例えばマイクロ波
電源部４の出力を小さくするといった調整をおこなって
もよいし、あるいはこの調整を制御部７により例えばウ
エハのロットの切り替わりに自動的に行ってもよい。
果に基づいて上述のような制御を行う代わりに、例えば
製品ウエハあるいはテストウエハについて処理を行って
いる間の計測結果（振幅Γ0 及び位相θ）の時系列デ−
タを図５に示すように記憶部７１に記憶しておき、後続
のウエハの処理を行う前にこのデ−タを解析し、その解
析結果を後続のウエハの処理時に反映させるようにして
もよい。例えば振幅Γ0 と位相θのデ−タに基づいてプ
ラズマ中の電子密度が予定している値よりも大きくなっ
ているとオペレ−タが判断した場合、例えばマイクロ波
電源部４の出力を小さくするといった調整をおこなって
もよいし、あるいはこの調整を制御部７により例えばウ
エハのロットの切り替わりに自動的に行ってもよい。
【００３０】そして記憶部７１に記憶されたデ−タに基
づいて装置の状態を把握することもできる。例えば真空
容器１の壁面の付着物が異常放電をしたり、アンテナが
熱歪みで変形したり、回路系にトラブルが起こってマイ
クロ波が異常になったりすると電子密度が変化するの
で、こうした事態を把握することができる。
づいて装置の状態を把握することもできる。例えば真空
容器１の壁面の付着物が異常放電をしたり、アンテナが
熱歪みで変形したり、回路系にトラブルが起こってマイ
クロ波が異常になったりすると電子密度が変化するの
で、こうした事態を把握することができる。
【００３１】更にまた本発明は、反射係数計測部５から
の計測結果を制御部７で監視し、振幅Γo 及び位相θの
変化分（例えばある時点の振幅Γ0 及び位相θを記憶し
ておいてその値からの変化分）がある一定値を越えたと
きに装置の異常と判定して警報を発するようにしてもよ
い。
の計測結果を制御部７で監視し、振幅Γo 及び位相θの
変化分（例えばある時点の振幅Γ0 及び位相θを記憶し
ておいてその値からの変化分）がある一定値を越えたと
きに装置の異常と判定して警報を発するようにしてもよ
い。
【００３２】また反射係数計測部５の計測結果は、アン
テナを設計する指針としても利用できる。例えば図７
は、図２に示すアンテナを用い、マイクロ波の電力を
０．５ｋｗから２．５ｋｗに上げていったときの反射係
数をスミスチャ−ドで表したものである。なおこの図に
おいて、水平な横軸に記載された数値は反射係数計測部
より下流のインピーダンスのレジスタンス成分の値であ
る。又、Γ0 ＝（ρ−１）／（ρ＋１）で表わされるρ
は電圧定在波比とも表わされるので、図中の水平な横軸
の目盛で１以上の点では、ρの値と等しい。また前記右
端の位置から横軸の上側及び下側に広がる曲線は同じイ
ンピーダンスのリアクタンス成分を表わしている。又、
Γ0は、同図中心部からの距離、θは水平な横軸からの
角度で定義される。この図から分かるように反射係数
は、マイクロ波電源部４の出力電力（マイクロ波のパワ
−）を大きくするにつれてρ＝１即ちΓ0＝０の点を中
心として時計方向に渦を巻く軌跡（図８参照）となって
おり、マッチングの取れたアンテナであることが分か
る。これに対して別の形状のアンテナでは、同様にマイ
クロ波の電力を上げていくと、図９及び図１０に示すよ
うに反射係数は下側から横軸に近づき再び下側に向かう
円弧軌跡を描きマッチングが取れていないことが分か
る。
テナを設計する指針としても利用できる。例えば図７
は、図２に示すアンテナを用い、マイクロ波の電力を
０．５ｋｗから２．５ｋｗに上げていったときの反射係
数をスミスチャ−ドで表したものである。なおこの図に
おいて、水平な横軸に記載された数値は反射係数計測部
より下流のインピーダンスのレジスタンス成分の値であ
る。又、Γ0 ＝（ρ−１）／（ρ＋１）で表わされるρ
は電圧定在波比とも表わされるので、図中の水平な横軸
の目盛で１以上の点では、ρの値と等しい。また前記右
端の位置から横軸の上側及び下側に広がる曲線は同じイ
ンピーダンスのリアクタンス成分を表わしている。又、
Γ0は、同図中心部からの距離、θは水平な横軸からの
角度で定義される。この図から分かるように反射係数
は、マイクロ波電源部４の出力電力（マイクロ波のパワ
−）を大きくするにつれてρ＝１即ちΓ0＝０の点を中
心として時計方向に渦を巻く軌跡（図８参照）となって
おり、マッチングの取れたアンテナであることが分か
る。これに対して別の形状のアンテナでは、同様にマイ
クロ波の電力を上げていくと、図９及び図１０に示すよ
うに反射係数は下側から横軸に近づき再び下側に向かう
円弧軌跡を描きマッチングが取れていないことが分か
る。
【００３３】なお処理ガスをプラズマ化するための電源
部としてはマイクロ波電源部に限らずＲＦ電源部やＵＨ
Ｆ電源部でもよく、本明細書では、これらを高周波電源
部として扱っている。またプラズマを生成する手法は、
例えばマイクロ波と磁場とにより電子サイクロトロン共
鳴を起こして処理ガスをプラズマ化する方法でもよい。
部としてはマイクロ波電源部に限らずＲＦ電源部やＵＨ
Ｆ電源部でもよく、本明細書では、これらを高周波電源
部として扱っている。またプラズマを生成する手法は、
例えばマイクロ波と磁場とにより電子サイクロトロン共
鳴を起こして処理ガスをプラズマ化する方法でもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、導波路の
途中に反射係数計測部を設けて反射係数を計測している
ため、プラズマ中の電子密度を監視することができる。
途中に反射係数計測部を設けて反射係数を計測している
ため、プラズマ中の電子密度を監視することができる。
【００３５】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の実施の形態の全体
構成を示す縦断側面図である。
構成を示す縦断側面図である。
【図２】上記実施の形態で用いられるアンテナを示す平
面図である。
面図である。
【図３】反射係数を概念的に示す説明図である。
【図４】反射係数計測部の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図５】本発明のプラズマ処理装置の他の実施の形態の
要部を示すブロック図である。
要部を示すブロック図である。
【図６】本発明のプラズマ処理装置のさらに他の実施の
形態の要部を示すブロック図である。
形態の要部を示すブロック図である。
【図７】上記実施の形態で用いられるアンテナの特性を
示すスミスチャ−ドである。
示すスミスチャ−ドである。
【図８】図７のスミスチャードを模式的に示す説明図で
ある。
ある。
【図９】他のアンテナの特性を示すスミスチャ−ドであ
る。
る。
【図１０】図９のスミスチャードを模式的に示す説明図
である。
である。
【図１１】従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す説
明図である。
明図である。
１ 真空容器 １２ ガス供給部 Ｆ１、Ｆ２ 流量調整部 １４ 圧力調整部 ２ 載置台 ２１ バイアス電源部 ３２ アンテナ ３３ 導波管 ４ マイクロ波電源部 ４１ 負荷整合器 ５ 反射係数計測部 ７ 制御部 Ｗ ウエハＷ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ２３Ｃ 16/511 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (71)出願人 000166801 後藤 尚久 東京都八王子市城山手２−８−１ (72)発明者 石井 信雄 東京都港区赤坂五丁目３番６号 東京エレ クトロン株式会社内 (72)発明者 八坂 保能 京都府宇治市木幡須留５−107 (72)発明者 安藤 真 神奈川県川崎市幸区小倉１−１ Ｉ−312 (72)発明者 後藤 尚久 東京都八王子市城山手２−８−１ Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA16 EA01 FA01 JA03 JA05 JA09 JA16 KA20 KA39 KA41 4K057 DA16 DB06 DD01 DE08 DE14 DG13 DG15 DG20 DM29 DN01 5F004 AA16 BA16 BA20 BB13 BB18 BD04 BD07 CA02 CA03 CA09 CB01 DA01 5F045 AA09 AA10 AB03 AB07 AC01 AC07 AC16 AE09 BB16 DP04 EH07 EH11 EH17 EH20 GB08 GB17
Claims (10)
- 【請求項１】 高周波電源部から導波路を通じて真空容
器内に高周波を供給し、真空容器内に供給された処理ガ
スを前記高周波のエネルギ−によってプラズマ化し、そ
のプラズマにより、真空容器内の載置台に載置された被
処理基板に対して処理を行うプラズマ処理装置におい
て、 前記導波路に、反射係数を計測するための反射係数計測
部を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】 反射係数計測部は、高周波電源部からプ
ラズマに向かう進行波とプラズマから高周波電源部に戻
る反射波とを検出し、これら検出信号に基づいて反射係
数の振幅及び位相を求めるものであることを特徴とする
請求項１記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項３】 反射係数計測部で計測された反射係数の
振幅及び位相に基づいてプラズマの電子密度に影響を及
ぼす要素を制御する制御部を設けたことを特徴とする請
求項２記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項４】 制御部は、前記要素である高周波電源部
の出力電力を制御することを特徴とする請求項３記載の
プラズマ処理装置。 - 【請求項５】 真空容器内の圧力を調整する圧力調整部
を備え、制御部は、圧力調整部を介して前記要素である
圧力を制御することを特徴とする請求項３または４記載
のプラズマ処理装置。 - 【請求項６】 処理ガスの流量を調整する流量調整部を
備え、制御部は、流量調整部を介して前記要素である流
量を制御することを特徴とする請求項３ないし５にいず
れか記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項７】 載置台に高周波バイアスを印加するバイ
アス電源部を備え、制御部は、バイアス電源部を介して
前記要素であるバイアス電力を制御することを特徴とす
る請求項３ないし６にいずれか記載のプラズマ処理装
置。 - 【請求項８】 導波路から送られた高周波を真空容器内
に供給する高周波供給部と、この高周波供給部の位置を
調整してこの高周波供給部と真空容器内の空間との距離
を変えるための位置調整部と、を備え、制御部はこの位
置調整部を介して高周波供給部の相対位置を制御するこ
とを特徴とする請求項３ないし７にいずれか記載のプラ
ズマ処理装置。 - 【請求項９】 反射係数検出手段で求めた反射係数の振
幅及び位相のデ−タを記憶する記憶手段を備え、記憶さ
れたデ−タに基づいて、後続の被処理基板の処理時に所
定の処理が遂行されるように前記要素を制御することを
特徴とする請求項３ないし８にいずれか記載のプラズマ
処理装置。 - 【請求項１０】 反射係数検出手段で求めた反射係数の
振幅及び位相に基づいてプラズマ処理装置に異常が発生
しているか否かを判定し異常が発生していると判定した
時には警報を出力することを特徴とする請求項３ないし
９にいずれか記載のプラズマ処理装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11326991A JP2000299198A (ja) | 1999-02-10 | 1999-11-17 | プラズマ処理装置 |
| US09/500,520 US6311638B1 (en) | 1999-02-10 | 2000-02-09 | Plasma processing method and apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3306699 | 1999-02-10 | ||
| JP11-33066 | 1999-02-10 | ||
| JP11326991A JP2000299198A (ja) | 1999-02-10 | 1999-11-17 | プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000299198A true JP2000299198A (ja) | 2000-10-24 |
Family
ID=26371703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11326991A Pending JP2000299198A (ja) | 1999-02-10 | 1999-11-17 | プラズマ処理装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6311638B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000299198A (ja) |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001076329A1 (en) * | 2000-03-30 | 2001-10-11 | Tokyo Electron Limited | Apparatus for plasma processing |
| JP2002294460A (ja) * | 2001-03-28 | 2002-10-09 | Tadahiro Omi | マイクロ波プラズマプロセス装置及びプラズマプロセス制御方法 |
| WO2002080250A1 (en) * | 2001-03-28 | 2002-10-10 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing device |
| WO2003030236A1 (en) * | 2001-09-27 | 2003-04-10 | Tokyo Electron Limited | Electromagnetic field supply device and plasma processing device |
| JP2003110315A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-11 | Tokyo Electron Ltd | 電磁界供給装置およびプラズマ処理装置 |
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