JP2002541677A - プラズマを安定させる方法と装置 - Google Patents
プラズマを安定させる方法と装置Info
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Abstract
(57)【要約】
室内の加工物を加工する。この加工においては、前記室内にプラズマを発生させ、少なくとも、第一の組のプロセスパラメータを有する第一のステップと第二の組のプロセスパラメータを有する第二のステップとの間で、プロセスパラメータを周期的に調節することにより、前記加工物を処理し、前記第一のステップと第二のステップとの間の過渡時に前記プラズマを安定させる。これらのステップは、周期的なエッチングおよび蒸着ステップから成ることができる。プラズマを安定させる一つの可能な手段は、ステップの種類またはステップにかかる時間に応じていろいろなやり方で制御できる整合ユニットにより、プラズマにエネルギーを供給する電源のインピーダンスをプラズマのインピーダンスに整合させることによるものである。もう一つの可能性は、第一のステップと第二のステップとの間の室圧力の変化を防ぐかまたは十分に小さくすることである。
Description
【０００１】 本発明は、室内で発生させられたプラズマが、ステップとステップとの間の過
渡時、特に、またもっぱらというわけではないが、加工物処理の周期的工程にお
けるステップとステップとの間の過渡時に安定させられる、加工物を加工する方
法と装置に関する。
渡時、特に、またもっぱらというわけではないが、加工物処理の周期的工程にお
けるステップとステップとの間の過渡時に安定させられる、加工物を加工する方
法と装置に関する。
【０００２】 ウェーハその他の加工物のプラズマ加工においては、いくつかのプラズマパラ
メータを、二つ以上の状態の間で周期的に変える必要がありうる。状態間で、た
とえばガス圧力または放電パワーを急激に変える必要のために、プラズマの不安
定性がもたらされることがあり、あるいはプラズマが消えてしまうことさえあり
うる。
メータを、二つ以上の状態の間で周期的に変える必要がありうる。状態間で、た
とえばガス圧力または放電パワーを急激に変える必要のために、プラズマの不安
定性がもたらされることがあり、あるいはプラズマが消えてしまうことさえあり
うる。
【０００３】 大きなアスペクト比の溝のために非等方性の大きなエッチングを実現するため
の一つの特定方法においては、エッチングステップが蒸着ステップと交互に行わ
れる切替法が使用される。そのような方法は、ＷＯ−Ａ−９４／１４１８７号、
ＥＰ−Ａ−０８２２５８２号、およびＥＰ−Ａ−０８２２５８４号明細書に開示
されている。深溝シリコンエッチングングの場合、不動態化層を、蒸着ステップ
中に、ウェーハのすべての表面（溝を含む）上に、蒸着することができる。エッ
チングステップの初期部分中に、不動態化層を、イオン衝撃により溝の底から優
先的に除去する必要がある。そうすれば、エッチングステップの残りの部分にお
いて、シリコンを溝の底から実質的に化学的な方法により除去することができる
。交互になされる蒸着ステップとエッチングステップにより、大アスペクト比の
溝をエッチングすることができるが、これは、ほとんど等方的なエッチングをも
たらす、エッチングステップのみの使用の場合と対照的である。この周期的方法
における、エッチングステップから蒸着ステップへの切替え、またはその逆にお
いては、一つのプロセスガスまたはガス混合物が遮断されるかまたは流量が減少
させられ、第二のガスの供給が開始されるかまたは流量が増大させられる。一つ
のステップから他のステップへの切替え時に、プラズマの不安定性または消滅が
もたらされうる。
の一つの特定方法においては、エッチングステップが蒸着ステップと交互に行わ
れる切替法が使用される。そのような方法は、ＷＯ−Ａ−９４／１４１８７号、
ＥＰ−Ａ−０８２２５８２号、およびＥＰ−Ａ−０８２２５８４号明細書に開示
されている。深溝シリコンエッチングングの場合、不動態化層を、蒸着ステップ
中に、ウェーハのすべての表面（溝を含む）上に、蒸着することができる。エッ
チングステップの初期部分中に、不動態化層を、イオン衝撃により溝の底から優
先的に除去する必要がある。そうすれば、エッチングステップの残りの部分にお
いて、シリコンを溝の底から実質的に化学的な方法により除去することができる
。交互になされる蒸着ステップとエッチングステップにより、大アスペクト比の
溝をエッチングすることができるが、これは、ほとんど等方的なエッチングをも
たらす、エッチングステップのみの使用の場合と対照的である。この周期的方法
における、エッチングステップから蒸着ステップへの切替え、またはその逆にお
いては、一つのプロセスガスまたはガス混合物が遮断されるかまたは流量が減少
させられ、第二のガスの供給が開始されるかまたは流量が増大させられる。一つ
のステップから他のステップへの切替え時に、プラズマの不安定性または消滅が
もたらされうる。
【０００４】 本発明は、各過渡時のプラズマの安定性を改善する方法を開示する。
【０００５】 本発明の第一側面によれば、室内の加工物を加工する方法であって、 （ａ）前記室内にプラズマを発生させ、 （ｂ）少なくとも、第一の組のプロセスパラメータを有する第一のステップ
と第二の組のプロセスパラメータを有する第二のステップとの間で、プロセスパ
ラメータを周期的に調節することにより、前記加工物を処理し、 （ｃ）前記第一のステップと第二のステップとの間の過渡時に前記プラズマ
を安定させる、 ことから成ることを特徴とする方法、が提供される。
と第二の組のプロセスパラメータを有する第二のステップとの間で、プロセスパ
ラメータを周期的に調節することにより、前記加工物を処理し、 （ｃ）前記第一のステップと第二のステップとの間の過渡時に前記プラズマ
を安定させる、 ことから成ることを特徴とする方法、が提供される。
【０００６】 任意の適当な加工物、たとえば一般にシリコンから成りうるウェーハを使用す
ることができる。
ることができる。
【０００７】 もちろん、加工物の処理において二つよりも多くのステップを使用することが
できる。周期工程を使用する場合、好ましくは、プラズマを各周期ステップの間
で安定させる。この方法は、特に、加工物を交互になされるエッチングステップ
と蒸着ステップとを周期的に実施することによって処理する場合に使用すること
ができる。
できる。周期工程を使用する場合、好ましくは、プラズマを各周期ステップの間
で安定させる。この方法は、特に、加工物を交互になされるエッチングステップ
と蒸着ステップとを周期的に実施することによって処理する場合に使用すること
ができる。
【０００８】 この方法は、さらに、プラズマに電力を供給することを含む。たとえば、ＲＦ
電力をプラズに誘導結合させることができる。
電力をプラズに誘導結合させることができる。
【０００９】 一つの実施形態においては、整合ユニットによって、プラズマのインピーダン
スを、該プラズマにエネルギーを供給する電源のインピーダンスに整合させるこ
とによって、プラズマが安定させられる。インピーダンスを整合させるこの方法
は当業者には周知である。
スを、該プラズマにエネルギーを供給する電源のインピーダンスに整合させるこ
とによって、プラズマが安定させられる。インピーダンスを整合させるこの方法
は当業者には周知である。
【００１０】 整合ユニットは、一つの誘導負荷に対して、二つ以上の可変コンデンサー、ま
た場合によっては追加の固定コンデンサーを有することができる。あるいは、適
当な固定キャパシタンスとともに可変誘導子を使用することができる。
た場合によっては追加の固定コンデンサーを有することができる。あるいは、適
当な固定キャパシタンスとともに可変誘導子を使用することができる。
【００１１】 整合ユニットは、手操作によりまたは電気的に調節することができるが、任意
の適当な調節方法を使用することができる。好ましくは、プラズマが発生したと
き、加工物の処理時間の少なくとも一部にわたって、プラズマのインピーダンス
を電源のインピーダンスに自動的に整合させる。整合ユニットは、第一のステッ
プと第二のステップとの間の、あるいは二つよりも多くの処理ステップが使用さ
れる場合にはすべてのステップの間の、過渡の瞬間またはこれよりも少し前に作
動するように、予設定することができる。たとえば、エッチング／蒸着切替法の
場合、整合ユニットは、この周期工程において、エッチングステップと蒸着ステ
ップとの間、または蒸着ステップとエッチングステップとの間の、過渡時または
それより少し前に予設定することができる。そのような実施形態の場合、室の圧
力および／または他のパラメータが安定したときに、自動整合をふたたび作動可
能とすることができる。一つの実施形態においては、自動整合を、過渡時または
その少しまえに作動禁止にする。予設定値は、周期工程における同じ種類の先行
ステップから決定することができる。
の適当な調節方法を使用することができる。好ましくは、プラズマが発生したと
き、加工物の処理時間の少なくとも一部にわたって、プラズマのインピーダンス
を電源のインピーダンスに自動的に整合させる。整合ユニットは、第一のステッ
プと第二のステップとの間の、あるいは二つよりも多くの処理ステップが使用さ
れる場合にはすべてのステップの間の、過渡の瞬間またはこれよりも少し前に作
動するように、予設定することができる。たとえば、エッチング／蒸着切替法の
場合、整合ユニットは、この周期工程において、エッチングステップと蒸着ステ
ップとの間、または蒸着ステップとエッチングステップとの間の、過渡時または
それより少し前に予設定することができる。そのような実施形態の場合、室の圧
力および／または他のパラメータが安定したときに、自動整合をふたたび作動可
能とすることができる。一つの実施形態においては、自動整合を、過渡時または
その少しまえに作動禁止にする。予設定値は、周期工程における同じ種類の先行
ステップから決定することができる。
【００１２】 整合ユニットはモーターによって駆動することができる。一つの実施形態にお
いては、以下で詳しく述べるように、制御信号が前記モーターの駆動のために使
用され、また、インピーダンス変化を迅速に追跡して“オーバーシュート”を最
小限に抑えるかまたは排除するために修正することができる。
いては、以下で詳しく述べるように、制御信号が前記モーターの駆動のために使
用され、また、インピーダンス変化を迅速に追跡して“オーバーシュート”を最
小限に抑えるかまたは排除するために修正することができる。
【００１３】 一つの実施形態においては、前記整合ユニットは、同じ種類の後続ステップの
ための設定初期値を有するコンデンサーを有し、前記初期値が工程全体にわたっ
て勾配を付与されるかまたは別様に調節される。一つの特定ケースにおいては、
一つの種類のステップに対する前記初期値を、同じ種類の先行ステップの終了時
に自動整合から得られる値から得ることができる。
ための設定初期値を有するコンデンサーを有し、前記初期値が工程全体にわたっ
て勾配を付与されるかまたは別様に調節される。一つの特定ケースにおいては、
一つの種類のステップに対する前記初期値を、同じ種類の先行ステップの終了時
に自動整合から得られる値から得ることができる。
【００１４】 前記整合ユニットのコンデンサーは、直接指令または自動制御回路によって、
ステップのそれぞれに対して異なる値に調節することができ、かつ／または電源
の周波数を変えることができる。プラズマへの電力の整合を実現するための電源
周波数調節を使用して、整合ユニットコンデンサー値の調節の必要を少なくする
かまたは排除することができる。一般に、周波数制御は短い時間尺度で実現され
るので、自動調節は、機械的にコンデンサー値を調節する場合よりもずっと速く
行うことができる。しかし、状況によっては、ステップのそれぞれに対する周波
数の予設定値を所望の値とすることができる。
ステップのそれぞれに対して異なる値に調節することができ、かつ／または電源
の周波数を変えることができる。プラズマへの電力の整合を実現するための電源
周波数調節を使用して、整合ユニットコンデンサー値の調節の必要を少なくする
かまたは排除することができる。一般に、周波数制御は短い時間尺度で実現され
るので、自動調節は、機械的にコンデンサー値を調節する場合よりもずっと速く
行うことができる。しかし、状況によっては、ステップのそれぞれに対する周波
数の予設定値を所望の値とすることができる。
【００１５】 この産業分野で標準的な１３．５６ＭＨｚ電源の場合、必要な周波数可変性は
、一般に、＜＋／−０．５ＭＨｚであるが、極端な場合には、＋／−１．０であ
る。ここでの一つの実施形態は、エッチングステップと蒸着ステップとの間で変
わらない、整合ユニットコンデンサーの固定位置と、電源からのＲＦ電力の周波
数の、予設定または自動調節周波数とを有する。もう一つの実施形態においては
、エッチングおよび蒸着ステップに対するそれぞれの適当な設定値に整合ユニッ
トコンデンサー位置を固定し、そのあと、電源からのＲＦ電力の周波数を予設定
するかまたは自動調節する。
、一般に、＜＋／−０．５ＭＨｚであるが、極端な場合には、＋／−１．０であ
る。ここでの一つの実施形態は、エッチングステップと蒸着ステップとの間で変
わらない、整合ユニットコンデンサーの固定位置と、電源からのＲＦ電力の周波
数の、予設定または自動調節周波数とを有する。もう一つの実施形態においては
、エッチングおよび蒸着ステップに対するそれぞれの適当な設定値に整合ユニッ
トコンデンサー位置を固定し、そのあと、電源からのＲＦ電力の周波数を予設定
するかまたは自動調節する。
【００１６】 前述の整合ユニットに代わるもの、または該ユニットに付加するものとして、
プラズマを、第一のステップと第二のステップとの間に室内の圧力の変動を実質
的に防止または減少させることにより、安定させることができる。これを、周期
的エッチング／蒸着工程において使用する場合、該工程中、エッチングガスが遮
断されるかまたは流量が減少させられる前に、蒸着ガスを供給するかまたは該ガ
スの流量を増大させることができ、また、蒸着ガスが遮断されるかまたは該ガス
の流量が減少させられる前に、エッチングガスを供給するかまたは該ガスの流量
を増大させることができる。
プラズマを、第一のステップと第二のステップとの間に室内の圧力の変動を実質
的に防止または減少させることにより、安定させることができる。これを、周期
的エッチング／蒸着工程において使用する場合、該工程中、エッチングガスが遮
断されるかまたは流量が減少させられる前に、蒸着ガスを供給するかまたは該ガ
スの流量を増大させることができ、また、蒸着ガスが遮断されるかまたは該ガス
の流量が減少させられる前に、エッチングガスを供給するかまたは該ガスの流量
を増大させることができる。
【００１７】 たとえば、エッチングステップから蒸着ステップへの過渡、または蒸着ステッ
プからエッチングステップへの過渡が生じる場合、二種類のガスを、過渡時に同
時に加工室に流入させることができる。さらに、エッチングまたは蒸着ガスのど
ちらかが切替法工程の全体またはその相当の部分にわたって流れるようにするこ
とができる。たとえば、蒸着ガスを、蒸着ステップに加えてエッチングステップ
全体においても、ただし大部分の場合ずっと小さな流量で、流しつづけることが
でき、一方エッチングガスはエッチングステップ中にのみ流れることが許容され
るようにする。あるいは、エッチングガスを、エッチングステップに加えて蒸着
ステップ全体においても、ただし普通はずっと小さな流量で、流しつづけること
ができ、一方蒸着ガスは蒸着ステップ中にのみ流れることが許容されるようにす
る。
プからエッチングステップへの過渡が生じる場合、二種類のガスを、過渡時に同
時に加工室に流入させることができる。さらに、エッチングまたは蒸着ガスのど
ちらかが切替法工程の全体またはその相当の部分にわたって流れるようにするこ
とができる。たとえば、蒸着ガスを、蒸着ステップに加えてエッチングステップ
全体においても、ただし大部分の場合ずっと小さな流量で、流しつづけることが
でき、一方エッチングガスはエッチングステップ中にのみ流れることが許容され
るようにする。あるいは、エッチングガスを、エッチングステップに加えて蒸着
ステップ全体においても、ただし普通はずっと小さな流量で、流しつづけること
ができ、一方蒸着ガスは蒸着ステップ中にのみ流れることが許容されるようにす
る。
【００１８】 もう一つの可能性は、ある特定の加工結果の実現に必要な場合に、エッチング
ガスと蒸着ガスがともに同時かつ連続的に流れることが許容されるようにするこ
とである。しかし、それぞれのガスの流量は、一般にステップのそれぞれに対し
て変化させられる。通常、エッチングガスの流量は、エッチングステップ中、蒸
着ガスの流量よりもずっと大きく、また蒸着ガスの流量は、蒸着ステップ中、エ
ッチングガスの流量よりもずっと大きい。したがって、依然として、明確なエッ
チングステップと蒸着ステップとが維持される。
ガスと蒸着ガスがともに同時かつ連続的に流れることが許容されるようにするこ
とである。しかし、それぞれのガスの流量は、一般にステップのそれぞれに対し
て変化させられる。通常、エッチングガスの流量は、エッチングステップ中、蒸
着ガスの流量よりもずっと大きく、また蒸着ガスの流量は、蒸着ステップ中、エ
ッチングガスの流量よりもずっと大きい。したがって、依然として、明確なエッ
チングステップと蒸着ステップとが維持される。
【００１９】 エッチングステップへの蒸着ガスの供給および／または蒸着ステップへのエッ
チングガスの供給は、輪郭と側壁粗さの制御を助ける。一般に、このガスの混合
はプラズマインピーダンスの過渡変化を小さくする。過渡変化を小さくするのに
十分な蒸着ガスをエッチングステップに供給する（また、その逆を行う）ことが
できない場合には、過渡時にのみより大きな流量のガスを流入させることができ
る。
チングガスの供給は、輪郭と側壁粗さの制御を助ける。一般に、このガスの混合
はプラズマインピーダンスの過渡変化を小さくする。過渡変化を小さくするのに
十分な蒸着ガスをエッチングステップに供給する（また、その逆を行う）ことが
できない場合には、過渡時にのみより大きな流量のガスを流入させることができ
る。
【００２０】 プラズマは、別のガスを室に供給することによって安定させることができる。
この“緩衝”ガスは、たとえば、第一のステップから第二のステップに変わると
きの圧力変動を小さくする。たとえば、周期的エッチング／蒸着工程の場合、こ
の緩衝ガスは、エッチングステップと蒸着のステップとの間の過渡またはその逆
の過渡における圧力の変化を小さくする。このガスは高速動作制御器によって室
に供給することができる。この“緩衝”ガスは、任意の適当なガスとすることが
できるが、一般には、希ガス（たとえば、ヘリウムまたはアルゴン）、酸素、ま
たは窒素、またはこれらの混合物である。好ましい“緩衝”ガスはヘリウムであ
る。
この“緩衝”ガスは、たとえば、第一のステップから第二のステップに変わると
きの圧力変動を小さくする。たとえば、周期的エッチング／蒸着工程の場合、こ
の緩衝ガスは、エッチングステップと蒸着のステップとの間の過渡またはその逆
の過渡における圧力の変化を小さくする。このガスは高速動作制御器によって室
に供給することができる。この“緩衝”ガスは、任意の適当なガスとすることが
できるが、一般には、希ガス（たとえば、ヘリウムまたはアルゴン）、酸素、ま
たは窒素、またはこれらの混合物である。好ましい“緩衝”ガスはヘリウムであ
る。
【００２１】 本発明の方法は、さらに、室内の圧力をモニターし、またそれによってガスの
流量を調節することを含むことができる。一つの実施形態においては、工程全体
において、少なくともある程度のガスの流れが存在する。一つの実施形態におい
ては、このガスを、加工物処理の少なくとも一種類のステップ全体にわたって供
給することができる。
流量を調節することを含むことができる。一つの実施形態においては、工程全体
において、少なくともある程度のガスの流れが存在する。一つの実施形態におい
ては、このガスを、加工物処理の少なくとも一種類のステップ全体にわたって供
給することができる。
【００２２】 室内の全圧は特定ステップ時に勾配が与えられるようにすることができる。
【００２３】 さらに、または代替的に、室内の圧力変動を小さくする別の手段を備えること
ができる。たとえば、室には、可撓性部材たとえば軟質隔膜によって加工室の主
要部から分離された部分（一つの実施形態においては、側室の形とすることがで
きる）を備えることができる。好ましくは、この分離された部分は、加工室の主
要部に比して大きな容積を有する。したがって、隔膜は加工室の主要部内での圧
力変動を調節するためにある程度湾曲することができる。
ができる。たとえば、室には、可撓性部材たとえば軟質隔膜によって加工室の主
要部から分離された部分（一つの実施形態においては、側室の形とすることがで
きる）を備えることができる。好ましくは、この分離された部分は、加工室の主
要部に比して大きな容積を有する。したがって、隔膜は加工室の主要部内での圧
力変動を調節するためにある程度湾曲することができる。
【００２４】 本発明の第二の側面によれば、プラズマ加工装置であって、室を有し、該室が
、加工物のための支持体、前記室内にプラズマを発生させる手段、第一のステッ
プと第二のステップとの間でプロセスパラメータを周期的に調節する手段、およ
び前記第一のステップと前記第二のステップとの間の過渡時に前記プラズマを安
定させる手段、から成ることを特徴とする装置、が提供される。
、加工物のための支持体、前記室内にプラズマを発生させる手段、第一のステッ
プと第二のステップとの間でプロセスパラメータを周期的に調節する手段、およ
び前記第一のステップと前記第二のステップとの間の過渡時に前記プラズマを安
定させる手段、から成ることを特徴とする装置、が提供される。
【００２５】 前記安定させる手段は、プラズマのインピーダンスを、プラズマに電力を供給
する電源のインピーダンスに整合させるための整合ユニットを有することができ
る。
する電源のインピーダンスに整合させるための整合ユニットを有することができ
る。
【００２６】 あるいは、またはさらに、前記安定させる手段は、前記第一のステップと前記
第二のステップとの間で、ＲＦ電源周波数を変化させる手段、または前記室内の
圧力の変動を低下させる手段たとえば前記室にガスを供給する手段、を有するこ
とができる。このガスは前記の“緩衝”ガスである。
第二のステップとの間で、ＲＦ電源周波数を変化させる手段、または前記室内の
圧力の変動を低下させる手段たとえば前記室にガスを供給する手段、を有するこ
とができる。このガスは前記の“緩衝”ガスである。
【００２７】 以上、本発明を明確に示したが、本発明は、前述の特徴または以下の説明で示
す特徴のすべての発明的組合せを含む、と理解すべきである。
す特徴のすべての発明的組合せを含む、と理解すべきである。
【００２８】 本発明はいろいろなやり方で実施することができる。以下では、添付の図面を
参照しつつ、例として特定実施形態について述べる。
参照しつつ、例として特定実施形態について述べる。
【００２９】 図１には、代表的なエッチング／蒸着周期工程中の、蒸着ガスおよびエッチン
グガスの流量ならびに室圧力を示す。エッチングステップから蒸着ステップへの
切替えまたはその逆において、プロセスガスが切替えられる。すなわち、第一の
ガスを制御する質量流量制御器または代替手段（たとえば、加工室のまわりでの
ガス流の方向を変える作動装置）のスイッチが切られ、第二のガスを制御する質
量流量制御器のスイッチが入れられる。各プロセスガスのスイッチのオンまたは
オフは、かなり短い時間尺度で行うことができ、あるいは一つまたは他の動作は
より長い時間尺度で、もっとゆっくり行うことができる。一つのプロセスガスの
流量が減少しつつあり、他のプロセスガスの流量が増大しつつあるような、両方
のプロセスガスが同時に加工室に供給されつつある時間はあってもなくても良い
。二つのガスの必要な流量レベルはまったく異なったものであることができ、ま
たそれぞれのステップにおける加工室の必要圧力は著しく異なったものであるこ
とができる。
グガスの流量ならびに室圧力を示す。エッチングステップから蒸着ステップへの
切替えまたはその逆において、プロセスガスが切替えられる。すなわち、第一の
ガスを制御する質量流量制御器または代替手段（たとえば、加工室のまわりでの
ガス流の方向を変える作動装置）のスイッチが切られ、第二のガスを制御する質
量流量制御器のスイッチが入れられる。各プロセスガスのスイッチのオンまたは
オフは、かなり短い時間尺度で行うことができ、あるいは一つまたは他の動作は
より長い時間尺度で、もっとゆっくり行うことができる。一つのプロセスガスの
流量が減少しつつあり、他のプロセスガスの流量が増大しつつあるような、両方
のプロセスガスが同時に加工室に供給されつつある時間はあってもなくても良い
。二つのガスの必要な流量レベルはまったく異なったものであることができ、ま
たそれぞれのステップにおける加工室の必要圧力は著しく異なったものであるこ
とができる。
【００３０】 高周波電力がプラズマに誘導結合されるプラズマ加工装置の場合、ある種の形
の整合ユニットを使用して、ＲＦ電源のインピーダンスをプラズマのインピーダ
ンスに整合させることができる。前記のそれぞれのステップのための異なったガ
スおよび異なった室充填圧力においては、プラズマインピーダンスは異なると考
えられる。したがって、整合ユニットの設定値を、一つのステップから次のステ
ップへの切替え時に、変える必要がある。通常、この圧力変化はゆっくりではな
く急激であり、時定数は、整合回路網が、ある比率の供給電力の反射を生じる中
間インピーダンス“不整合”なしで、応答する能力よりも小さい。
の整合ユニットを使用して、ＲＦ電源のインピーダンスをプラズマのインピーダ
ンスに整合させることができる。前記のそれぞれのステップのための異なったガ
スおよび異なった室充填圧力においては、プラズマインピーダンスは異なると考
えられる。したがって、整合ユニットの設定値を、一つのステップから次のステ
ップへの切替え時に、変える必要がある。通常、この圧力変化はゆっくりではな
く急激であり、時定数は、整合回路網が、ある比率の供給電力の反射を生じる中
間インピーダンス“不整合”なしで、応答する能力よりも小さい。
【００３１】 異なるステップの間でのプロセスガスと室圧力の変化に加えて、各ステップに
必要なプラズマとラジカルの密度（したがって、放電パワー）が異なっているこ
とが多いと考えられる。これは、多ステップ工程の異なるステップ間のプラズマ
インピーダンスの違いをさらに大きくしうるもう一つの要因である。
必要なプラズマとラジカルの密度（したがって、放電パワー）が異なっているこ
とが多いと考えられる。これは、多ステップ工程の異なるステップ間のプラズマ
インピーダンスの違いをさらに大きくしうるもう一つの要因である。
【００３２】 多ステップ工程において最大の全体エッチング速度を実現するためには、各ス
テップのはじめから終りまで電源インピーダンスをプラズマインピーダンスに整
合させることが望ましい。一つのステップから次のステップに切替えたあと、プ
ラズマが不安定になり、それぞれのステップの相当の部分にわたって正しく整合
していない場合、加工に非常に有害でありうる。一つのステップから次のステッ
プへの過渡時にプラズマが消えてしまう極端な場合、プラズマが再発生するまで
、エッチングまたは蒸着工程時間が失われ、それぞれ必要なものよりも小さなエ
ッチング深さまたは薄い蒸着層がもたらされる。これらはどちらも溝輪郭に大き
なひずみを生じうるものであり、したがって精密に釣合いをとった切替え過程が
必要である。
テップのはじめから終りまで電源インピーダンスをプラズマインピーダンスに整
合させることが望ましい。一つのステップから次のステップに切替えたあと、プ
ラズマが不安定になり、それぞれのステップの相当の部分にわたって正しく整合
していない場合、加工に非常に有害でありうる。一つのステップから次のステッ
プへの過渡時にプラズマが消えてしまう極端な場合、プラズマが再発生するまで
、エッチングまたは蒸着工程時間が失われ、それぞれ必要なものよりも小さなエ
ッチング深さまたは薄い蒸着層がもたらされる。これらはどちらも溝輪郭に大き
なひずみを生じうるものであり、したがって精密に釣合いをとった切替え過程が
必要である。
【００３３】 本発明の二つの特定実施形態は以下の通りである。 １）一つのステップから次のステップへの過渡時、好ましくは直後に、整合ユニ
ットを制御して、プラズマインピーダンスが電源インピーダンスに正しく整合し
ていない時間を最小限に抑える。 ２）室への緩衝ガスの供給量を制御して、加工室圧力したがってプラズマインピ
ーダンスの全体的変動が小さくなるようにする。
ットを制御して、プラズマインピーダンスが電源インピーダンスに正しく整合し
ていない時間を最小限に抑える。 ２）室への緩衝ガスの供給量を制御して、加工室圧力したがってプラズマインピ
ーダンスの全体的変動が小さくなるようにする。
【００３４】 これらは別々に使用することができ、あるいは両方を同時に使用することがで
きる。
きる。
【００３５】 １）整合ユニット制御 前述のように、整合ユニットの機能は、プラズマのインピーダンスを電源のイ
ンピーダンスに整合させることである。電源のインピーダンスは通常５０オーム
という値に固定してある。誘導負荷のために使用される整合ユニットは通常二つ
以上の可変コンデンサーを有し、また場合によっては追加の固定コンデンサーを
有する。あるいは、適当な固定キャパシタンスを有する可変誘導子を使用するこ
とができる。
ンピーダンスに整合させることである。電源のインピーダンスは通常５０オーム
という値に固定してある。誘導負荷のために使用される整合ユニットは通常二つ
以上の可変コンデンサーを有し、また場合によっては追加の固定コンデンサーを
有する。あるいは、適当な固定キャパシタンスを有する可変誘導子を使用するこ
とができる。
【００３６】 整合ユニットは、そのもっとも簡単な形態の場合、手操作で調節して、プラズ
マのインピーダンスと電源のインピーダンスとの間の最善の整合が得られるよう
なものとすることができる。しかし、この方法は、プラズマ負荷のインピーダン
スがプラズマの発生と定常運転との間で著しく変化する場合、すなわちプラズマ
が発生する前にはアンテナだけのインピーダンスとなり、発生後にはインピーダ
ンスがアンテナとプラズマを合わせたもののそれになる場合、使用が困難であり
うる。切替法の場合、通常、インピーダンス整合要素を必要な速度で手操作制御
するのは不可能であろう。
マのインピーダンスと電源のインピーダンスとの間の最善の整合が得られるよう
なものとすることができる。しかし、この方法は、プラズマ負荷のインピーダン
スがプラズマの発生と定常運転との間で著しく変化する場合、すなわちプラズマ
が発生する前にはアンテナだけのインピーダンスとなり、発生後にはインピーダ
ンスがアンテナとプラズマを合わせたもののそれになる場合、使用が困難であり
うる。切替法の場合、通常、インピーダンス整合要素を必要な速度で手操作制御
するのは不可能であろう。
【００３７】 可変コンデンサーを使用する代替整合ユニットでは、通常、小型の電動機を使
用し、これらのそれぞれが一つ以上のコンデンサーを駆動する。一つの実施形態
を図５に示す。ＤＣまたはＡＣモーターを使用することができ、サーボ電位差計
によりコンデンサー設定値へのフィードバックを行う。あるいは、ステッパー（
ｓｔｅｐｐｅｒ）モーター／割送り装置から成る構成を使用することができる。
適当な制御回路により、プラズマが発生する前に、各コンデンサーの設定値を選
択点に合わせることができる。
用し、これらのそれぞれが一つ以上のコンデンサーを駆動する。一つの実施形態
を図５に示す。ＤＣまたはＡＣモーターを使用することができ、サーボ電位差計
によりコンデンサー設定値へのフィードバックを行う。あるいは、ステッパー（
ｓｔｅｐｐｅｒ）モーター／割送り装置から成る構成を使用することができる。
適当な制御回路により、プラズマが発生する前に、各コンデンサーの設定値を選
択点に合わせることができる。
【００３８】 プラズマが発生すると、プラズマのインピーダンスの実数部分と虚数部分とに
関する誤差信号を検出することができ、この信号が増幅されて、プラズマのイン
ピーダンスの電源のインピーダンスへの安定整合を実現するためにコンデンサー
の設定値を制御するのに使用される。この自動整合により、簡単なエッチングま
たは蒸着工程の場合、条件が工程中相当の範囲にわたって変化する場合でも、工
程時間の全体にわたって電力がプラズマに効率的に結合することが保証される。
関する誤差信号を検出することができ、この信号が増幅されて、プラズマのイン
ピーダンスの電源のインピーダンスへの安定整合を実現するためにコンデンサー
の設定値を制御するのに使用される。この自動整合により、簡単なエッチングま
たは蒸着工程の場合、条件が工程中相当の範囲にわたって変化する場合でも、工
程時間の全体にわたって電力がプラズマに効率的に結合することが保証される。
【００３９】 切替法の場合、切替えは数秒間隔で行われうるが、より大きなまたは小さな間
隔を使用することができる。自動整合は各ステップ中にプラズマインピーダンス
の変化を追跡することができなければならないが、しかし一つのステップから次
のステップへの切替え時には、インピーダンスの変化は約１秒またはそれよりも
さらに短い時間で急激に変化しうる。この急激なインピーダンス変化は、たとえ
ば、一つのプロセスガスが遮断され、かつ第二のガスがその安定レベルに到達す
るのに時間がかかるときの急激な圧力低下によるものでありうる。さらに、プラ
ズマによるガス分裂により、圧力増大がもたらされ、この効果は、プラズマに供
給される電力が増大するにつれてますます顕著になる。切替法においてガスが変
化したときのプラズマによるガス分裂の程度の違いは、一定のＲＦ電力供給の場
合でも、圧力変化を引き起しうる。自動整合は、圧力低下によるインピーダンス
変化を追跡しようとするが、インピーダンスがほとんどすぐに逆戻りするのを見
出すだけである。変化を十分速く追跡できないために、第二のステップに割当て
られた時間のかなりの部分が経過するまで、補正できないインピーダンス不整合
が起りうる。これはあきらかに望ましい状況ではない。
隔を使用することができる。自動整合は各ステップ中にプラズマインピーダンス
の変化を追跡することができなければならないが、しかし一つのステップから次
のステップへの切替え時には、インピーダンスの変化は約１秒またはそれよりも
さらに短い時間で急激に変化しうる。この急激なインピーダンス変化は、たとえ
ば、一つのプロセスガスが遮断され、かつ第二のガスがその安定レベルに到達す
るのに時間がかかるときの急激な圧力低下によるものでありうる。さらに、プラ
ズマによるガス分裂により、圧力増大がもたらされ、この効果は、プラズマに供
給される電力が増大するにつれてますます顕著になる。切替法においてガスが変
化したときのプラズマによるガス分裂の程度の違いは、一定のＲＦ電力供給の場
合でも、圧力変化を引き起しうる。自動整合は、圧力低下によるインピーダンス
変化を追跡しようとするが、インピーダンスがほとんどすぐに逆戻りするのを見
出すだけである。変化を十分速く追跡できないために、第二のステップに割当て
られた時間のかなりの部分が経過するまで、補正できないインピーダンス不整合
が起りうる。これはあきらかに望ましい状況ではない。
【００４０】 したがって、本発明は、一つの実施形態において、整合ユニット設定値を一つ
のステップから次のステップへの切替えの瞬間またはその少し前に、予設定し、
そのあと室圧力および／または他の適当なパラメータが安定したときに、自動整
合システムを作動可能とするものを開示する。
のステップから次のステップへの切替えの瞬間またはその少し前に、予設定し、
そのあと室圧力および／または他の適当なパラメータが安定したときに、自動整
合システムを作動可能とするものを開示する。
【００４１】 詳しくいうと、蒸着ステップ、後続のエッチングステップ、さらなる蒸着ステ
ップ、さらなるエッチングステップという具合にシーケンスの多数の繰り返しを
含む二工程プロセスにおいて、プラズマがはじめに発生させられると仮定し、説
明はシーケンスの任意の段階に関するものであるとする。蒸着ステップへの切替
えが行われると、整合ユニットの設定値は、蒸着ステップでの安定なプラズマ動
作に必要なものに近い所定値まで駆動される。室圧力または他の関連パラメータ
が安定するのに要する時間に関係するある時間ののち、自動整合装置は作動可能
とされ、プラズマインピーダンスの追跡が可能となる。蒸着ステップの終りに到
達すると、自動整合は作動禁止とされ、整合ユニット設定値がエッチングステッ
プに必要な値に設定される。ふたたび、室圧力または他のパラメータが安定する
のに必要な時間にもとづく予設定時間ののち、自動整合は再度作動可能とされる
。次に、エッチングプラズマインピーダンスがエッチングステップの終りまで自
動整合装置によって追跡され、エッチングステップの終りに、自動整合はふたた
び作動禁止とされ、整合ユニットの設定値が蒸着ステップに必要な値まで駆動さ
れる。この動作シーケンスを図２に示す。
ップ、さらなるエッチングステップという具合にシーケンスの多数の繰り返しを
含む二工程プロセスにおいて、プラズマがはじめに発生させられると仮定し、説
明はシーケンスの任意の段階に関するものであるとする。蒸着ステップへの切替
えが行われると、整合ユニットの設定値は、蒸着ステップでの安定なプラズマ動
作に必要なものに近い所定値まで駆動される。室圧力または他の関連パラメータ
が安定するのに要する時間に関係するある時間ののち、自動整合装置は作動可能
とされ、プラズマインピーダンスの追跡が可能となる。蒸着ステップの終りに到
達すると、自動整合は作動禁止とされ、整合ユニット設定値がエッチングステッ
プに必要な値に設定される。ふたたび、室圧力または他のパラメータが安定する
のに必要な時間にもとづく予設定時間ののち、自動整合は再度作動可能とされる
。次に、エッチングプラズマインピーダンスがエッチングステップの終りまで自
動整合装置によって追跡され、エッチングステップの終りに、自動整合はふたた
び作動禁止とされ、整合ユニットの設定値が蒸着ステップに必要な値まで駆動さ
れる。この動作シーケンスを図２に示す。
【００４２】 エッチングおよび蒸着ステップの大部分において自動整合装置を作動可能とす
るが、一つのステップから次のステップへの切替え時に該装置を作動禁止とする
方法により、それぞれの工程において各ステップのより大きな部分をより有効に
使用することができ、またこの方法はステップ間の滑らかな遷移を確実にするの
に役立つ。この方法は、それだけで使用することができ、あるいは、他の方法、
たとえば一つのステップから次のステップへの切替え時に圧力変化を小さくする
ための緩衝ガスの導入、とともに使用することができる。
るが、一つのステップから次のステップへの切替え時に該装置を作動禁止とする
方法により、それぞれの工程において各ステップのより大きな部分をより有効に
使用することができ、またこの方法はステップ間の滑らかな遷移を確実にするの
に役立つ。この方法は、それだけで使用することができ、あるいは、他の方法、
たとえば一つのステップから次のステップへの切替え時に圧力変化を小さくする
ための緩衝ガスの導入、とともに使用することができる。
【００４３】 自動整合は各ステップの終りに作動禁止とすることができると述べた。しかし
、一つの実施形態においては、自動整合をステップの終りの少し前に作動禁止と
し、整合ユニット設定値を次のステップに必要な値に予設定するのに十分な時間
を与えるようにするのが有利でありうる。次のステップで必要な設定値が現在の
ステップで使用されているものと著しく異なる場合には、特にそうである。
、一つの実施形態においては、自動整合をステップの終りの少し前に作動禁止と
し、整合ユニット設定値を次のステップに必要な値に予設定するのに十分な時間
を与えるようにするのが有利でありうる。次のステップで必要な設定値が現在の
ステップで使用されているものと著しく異なる場合には、特にそうである。
【００４４】 整合ユニットの設定において、基準は通常、図６に示すような、複素インピー
ダンスの実数部分と虚数部分とを電源インピーダンスに整合させるのに使用され
る、整合ユニットの可変コンデンサーの設定位置である。自動設定により、整合
ユニットは、検出された誤差信号と簡単な制御ループとを使用して複素プラズマ
インピーダンスの二つの成分を自動的に補正することができる。コンデンサーの
動作にはある程度の相互作用があるが、前記インピーダンスの実数部分の整合に
一つ以上のコンデンサーを使用することができ、また前記インピーダンスの虚数
部分の整合に一つ以上のコンデンサーを使用することができる、と考えられる。
ダンスの実数部分と虚数部分とを電源インピーダンスに整合させるのに使用され
る、整合ユニットの可変コンデンサーの設定位置である。自動設定により、整合
ユニットは、検出された誤差信号と簡単な制御ループとを使用して複素プラズマ
インピーダンスの二つの成分を自動的に補正することができる。コンデンサーの
動作にはある程度の相互作用があるが、前記インピーダンスの実数部分の整合に
一つ以上のコンデンサーを使用することができ、また前記インピーダンスの虚数
部分の整合に一つ以上のコンデンサーを使用することができる、と考えられる。
【００４５】 前記の本発明の実施形態において、切替法工程におけるいろいろな時点での自
動整合の作動可能および作動禁止において、この作動可能と作動禁止とは複素イ
ンピーダンスの一方または両方の成分に対する動作に使用することができる。し
たがって、特定切替え工程中、たとえばインピーダンスの実数部分に関するコン
デンサーが全体にわたって自動整合制御下にとどまるようにし、一方インピーダ
ンスの虚数部分に関するコンデンサーに対する自動整合を作動可能および作動禁
止とするのが適当であると考えられる。
動整合の作動可能および作動禁止において、この作動可能と作動禁止とは複素イ
ンピーダンスの一方または両方の成分に対する動作に使用することができる。し
たがって、特定切替え工程中、たとえばインピーダンスの実数部分に関するコン
デンサーが全体にわたって自動整合制御下にとどまるようにし、一方インピーダ
ンスの虚数部分に関するコンデンサーに対する自動整合を作動可能および作動禁
止とするのが適当であると考えられる。
【００４６】 整合ユニットコンデンサーの設定値は、自動整合モードにない場合、同じ種類
の先行ステップから採ることができる。たとえば、周期的エッチング／蒸着工程
の場合、エッチングステップ開始時に使用する設定値は先行エッチングステップ
中の自動整合期の終り近くで記録されたものとすることができる。これにより、
システムにさらに適応要素をつけ加えることができる。
の先行ステップから採ることができる。たとえば、周期的エッチング／蒸着工程
の場合、エッチングステップ開始時に使用する設定値は先行エッチングステップ
中の自動整合期の終り近くで記録されたものとすることができる。これにより、
システムにさらに適応要素をつけ加えることができる。
【００４７】 図３は、整合ユニットのコンデンサーの値が切替法工程中にどのように変化し
うるかを示す。（ａ）は前述の非適応初期設定であり、（ｂ）は前述の適応初期
設定である。図３（ａ）の場合、コンデンサーは各蒸着ステップの初期段階にお
いて固定値に設定される。また、コンデンサーは各エッチングステップの初期段
階において第二の固定値に設定される。各ステップの残りにおいて、整合ユニッ
トが自動整合に切替えられ、コンデンサーが適当に駆動される。図３（ｂ）の場
合、各蒸着ステップの初期段階においてコンデンサーは先行蒸着ステップの終り
近くで記録された値に設定される。また、各エッチングステップの初期段階にお
いて、コンデンサーは先行エッチングステップの終り近くで記録された値に設定
される。各ステップの残りにおいて、整合ユニットは自動整合に切替えられ、コ
ンデンサーが適当に駆動される。
うるかを示す。（ａ）は前述の非適応初期設定であり、（ｂ）は前述の適応初期
設定である。図３（ａ）の場合、コンデンサーは各蒸着ステップの初期段階にお
いて固定値に設定される。また、コンデンサーは各エッチングステップの初期段
階において第二の固定値に設定される。各ステップの残りにおいて、整合ユニッ
トが自動整合に切替えられ、コンデンサーが適当に駆動される。図３（ｂ）の場
合、各蒸着ステップの初期段階においてコンデンサーは先行蒸着ステップの終り
近くで記録された値に設定される。また、各エッチングステップの初期段階にお
いて、コンデンサーは先行エッチングステップの終り近くで記録された値に設定
される。各ステップの残りにおいて、整合ユニットは自動整合に切替えられ、コ
ンデンサーが適当に駆動される。
【００４８】 過渡時にプラズマが消えてしまうのを防ぐために、プラズマに十分な電力を供
給する必要がある。これは、整合ユニットがプラズマインピーダンスの変化を十
分速く追跡して、ＲＦ電源から見たこのインピーダンスをＲＦ発生器が動作する
ように設計されている範囲内に保持するようにすることができる場合にのみ、可
能である。インピーダンスがこの範囲から出ると、ＲＦ発生器は必要な電力を供
給することができず、したがってプラズマが消滅しうる。整合ユニットの応答は
、コンデンサーを駆動するモーターに電力供給する増幅器のゲインを大きくする
だけで、スピードアップすることができる。しかし、これは整合ユニットが、必
要なインピーダンスをオーバーシュートしがちであるという欠点を有する。とい
うのは、モーターが、必要なインピーダンスの実数部分と虚数部分の不整合の程
度を表示する信号により、“開ループ”で駆動されるからである。
給する必要がある。これは、整合ユニットがプラズマインピーダンスの変化を十
分速く追跡して、ＲＦ電源から見たこのインピーダンスをＲＦ発生器が動作する
ように設計されている範囲内に保持するようにすることができる場合にのみ、可
能である。インピーダンスがこの範囲から出ると、ＲＦ発生器は必要な電力を供
給することができず、したがってプラズマが消滅しうる。整合ユニットの応答は
、コンデンサーを駆動するモーターに電力供給する増幅器のゲインを大きくする
だけで、スピードアップすることができる。しかし、これは整合ユニットが、必
要なインピーダンスをオーバーシュートしがちであるという欠点を有する。とい
うのは、モーターが、必要なインピーダンスの実数部分と虚数部分の不整合の程
度を表示する信号により、“開ループ”で駆動されるからである。
【００４９】 オーバーシュートを最小限に抑えるかまたは排除するために、モーター駆動信
号にフィードフォワード補正を加えることができる。この補正法により、予想要
素が与えられ、この予想要素を使用して駆動信号を修正し、インピーダンス変化
をオーバーシュートなしで速く追跡することができるようにすることができる。
この方法は、能動装置たとえば演算増幅器を抵抗およびコンデンサーとともに使
用して必要な補正回路を形成させることによって、アナログ形式で実施すること
ができる。より複雑かつ精密な方法を含む代替実施法は、記憶アルゴリズムを有
するマイクロ制御器（ｍｉｃｒｏ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）によって実施するこ
とができる。この制御器は、プラズマのインピーダンスに影響する各種パラメー
タたとえば圧力、電力、およびガス流量をモニターし、これらの情報を使用して
駆動出力を予想し、またスイッチによって設定されるかまたはＰＣからダウンロ
ードされる重みつき係数によって駆動出力を補正する。
号にフィードフォワード補正を加えることができる。この補正法により、予想要
素が与えられ、この予想要素を使用して駆動信号を修正し、インピーダンス変化
をオーバーシュートなしで速く追跡することができるようにすることができる。
この方法は、能動装置たとえば演算増幅器を抵抗およびコンデンサーとともに使
用して必要な補正回路を形成させることによって、アナログ形式で実施すること
ができる。より複雑かつ精密な方法を含む代替実施法は、記憶アルゴリズムを有
するマイクロ制御器（ｍｉｃｒｏ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）によって実施するこ
とができる。この制御器は、プラズマのインピーダンスに影響する各種パラメー
タたとえば圧力、電力、およびガス流量をモニターし、これらの情報を使用して
駆動出力を予想し、またスイッチによって設定されるかまたはＰＣからダウンロ
ードされる重みつき係数によって駆動出力を補正する。
【００５０】 これはシステムの複雑さを増大させるものであるが、同種の後続ステップたと
えばエッチングステップのために整合ユニットコンデンサーが設定されている値
に、工程全体において勾配をつけ、他のプロセスパラメータたとえば室圧力また
はプラズマに供給される電力の勾配を考慮した最善のあてはめを行うことががで
きる。
えばエッチングステップのために整合ユニットコンデンサーが設定されている値
に、工程全体において勾配をつけ、他のプロセスパラメータたとえば室圧力また
はプラズマに供給される電力の勾配を考慮した最善のあてはめを行うことががで
きる。
【００５１】 ２）緩衝ガスの供給 切替法工程中に、加工室内の圧力が相当量の大きさ変化することが防止される
ならば、一般にプラズマインピーダンスの変化は小さい。
ならば、一般にプラズマインピーダンスの変化は小さい。
【００５２】 エッチングステップから蒸着ステップへの過渡時、またはその逆の過渡時に、
一つのプロセスガスを供給する質量流量制御器のスイッチが切られ、他のプロセ
スガスを供給する質量流量制御器が作動させられる。それぞれ弁の閉鎖および解
放に関わる遅れを考慮した、スイッチ・オフおよびスイッチ・オンの信号のタイ
ミングの賢明な選択により、この過渡時の圧力変化を小さくすることができる。
これは、通常、第一のプロセスガスが遮断される少し前に第二のプロセスガスの
ためのスイッチをオンにし（なぜならば、質量流量制御器は完全閉鎖状態から流
量制御状態に変わるのに有限の時間を要するからである）、それによってこの重
なり時にエッチングガスと不動態化ガスとの混合が起るようにする。
一つのプロセスガスを供給する質量流量制御器のスイッチが切られ、他のプロセ
スガスを供給する質量流量制御器が作動させられる。それぞれ弁の閉鎖および解
放に関わる遅れを考慮した、スイッチ・オフおよびスイッチ・オンの信号のタイ
ミングの賢明な選択により、この過渡時の圧力変化を小さくすることができる。
これは、通常、第一のプロセスガスが遮断される少し前に第二のプロセスガスの
ためのスイッチをオンにし（なぜならば、質量流量制御器は完全閉鎖状態から流
量制御状態に変わるのに有限の時間を要するからである）、それによってこの重
なり時にエッチングガスと不動態化ガスとの混合が起るようにする。
【００５３】 それぞれの質量流量制御器のオン・オフ動作のタイミングの調節は、加工室の
圧力変化を小さくするのに有効であるが、それでもある程度の圧力変動が存在し
てプラズマインピーダンスに影響し、またプラズマの不安定性をもたらしうると
考えられる。プラズマによるガス分裂は圧力上昇をもたらす。この効果はプラズ
マに供給される電力が増大するにつれて、ますます顕著になる。この産業におい
ては、常により大きな工程速度が要求されており、この工程速度はプラズマに供
給される電力に関係しており、電力供給時のガス分裂（したがって、圧力増大）
がますます重大な意味を持つようになっている。ガス分裂の程度は使用するプロ
セスガスによって変化する。したがって、大電力切替法工程の場合、この要因だ
けによっても、重大な圧力変化が起る。本発明においては、高速動作流量制御器
その他の手段によって制御される、加工室への緩衝ガスの供給形式における圧力
変化を小さくする手段を備え、室圧力がある一定値付近に保たれるようにするこ
とができる。図７を参照されたい。この実施形態の場合、制御ループは、加工室
供給制御回路上に圧力モニターを有し、これが緩衝ガスの流量を調節して、加工
室に一定に近い全圧を与える。有効であるためには、明らかに、流量制御器は、
高速動作しなければならず、また全工程ガスマニホールド供給の場合と異なり、
加工室に直接供給することが必要になりうる。応答時間を最小にするためには、
一般に、流量制御器は全時間にわたってある程度の緩衝ガスの流れを許容し、必
要に応じて流量を増大させる。緩衝ガスはヘリウムとすることができるが、他の
ガスも使用することができる。
圧力変化を小さくするのに有効であるが、それでもある程度の圧力変動が存在し
てプラズマインピーダンスに影響し、またプラズマの不安定性をもたらしうると
考えられる。プラズマによるガス分裂は圧力上昇をもたらす。この効果はプラズ
マに供給される電力が増大するにつれて、ますます顕著になる。この産業におい
ては、常により大きな工程速度が要求されており、この工程速度はプラズマに供
給される電力に関係しており、電力供給時のガス分裂（したがって、圧力増大）
がますます重大な意味を持つようになっている。ガス分裂の程度は使用するプロ
セスガスによって変化する。したがって、大電力切替法工程の場合、この要因だ
けによっても、重大な圧力変化が起る。本発明においては、高速動作流量制御器
その他の手段によって制御される、加工室への緩衝ガスの供給形式における圧力
変化を小さくする手段を備え、室圧力がある一定値付近に保たれるようにするこ
とができる。図７を参照されたい。この実施形態の場合、制御ループは、加工室
供給制御回路上に圧力モニターを有し、これが緩衝ガスの流量を調節して、加工
室に一定に近い全圧を与える。有効であるためには、明らかに、流量制御器は、
高速動作しなければならず、また全工程ガスマニホールド供給の場合と異なり、
加工室に直接供給することが必要になりうる。応答時間を最小にするためには、
一般に、流量制御器は全時間にわたってある程度の緩衝ガスの流れを許容し、必
要に応じて流量を増大させる。緩衝ガスはヘリウムとすることができるが、他の
ガスも使用することができる。
【００５４】 ここで見出すことができたところでは、それぞれのプロセスガスに対する圧力
要件の異なる、二つ以上のステップから成る切替法工程の一つ以上のステップの
はじめから終りまで相当の流量の緩衝ガスを許容し、加工室内の全圧が一定に近
くなるようにすることが望ましい。図４（ｂ）は、室圧力が緩衝ガスの供給がな
いときに図４（ａ）のように変化する場合に、緩衝ガスの流量がどのように制御
されるか、を示す。それぞれのステップ中の全圧の勾配をつけた上昇または下降
を使用して、次のステップへの滑らかな移行を実現することができ、それによっ
てプラズマインピーダンスがゆっくり変化して、この変化をＲＦ制御ユニットに
よって簡単に処理することができるようにする。これにより、また、一つのステ
ップから次のステップに切替わるときの、圧力変化の平滑化に加えて、発生する
プラズマインピーダンス変化の平滑化がなされる。
要件の異なる、二つ以上のステップから成る切替法工程の一つ以上のステップの
はじめから終りまで相当の流量の緩衝ガスを許容し、加工室内の全圧が一定に近
くなるようにすることが望ましい。図４（ｂ）は、室圧力が緩衝ガスの供給がな
いときに図４（ａ）のように変化する場合に、緩衝ガスの流量がどのように制御
されるか、を示す。それぞれのステップ中の全圧の勾配をつけた上昇または下降
を使用して、次のステップへの滑らかな移行を実現することができ、それによっ
てプラズマインピーダンスがゆっくり変化して、この変化をＲＦ制御ユニットに
よって簡単に処理することができるようにする。これにより、また、一つのステ
ップから次のステップに切替わるときの、圧力変化の平滑化に加えて、発生する
プラズマインピーダンス変化の平滑化がなされる。
【００５５】 緩衝ガスを加工室に供給するための制御システムの追加は、現行の制御システ
ムと両立するようになされなければならない。たとえば、室から出ていくガスの
流量を制限することによって室圧力を調節する現行の自動圧力制御システムの使
用においては、不調和が起る可能性があるが、そのような不調和は容易に処理す
ることができる。
ムと両立するようになされなければならない。たとえば、室から出ていくガスの
流量を制限することによって室圧力を調節する現行の自動圧力制御システムの使
用においては、不調和が起る可能性があるが、そのような不調和は容易に処理す
ることができる。
【００５６】 加工室の圧力変動を小さくするもう一つの手段として、加工室の第二の部分ま
たは加工室に取りつけられた側室を、柔軟な隔膜構造物によって主加工室から分
離することができる。加工室の主要部は、ウェーハ、支持手段、およびプラズマ
発生手段を収容する。圧力は隔膜構造物の両側で最初同じまたはほとんど同じで
あり、加工室の主要部の圧力上昇または低下により、隔膜がたわむ。このたわみ
は、主室の圧力が上昇したときには、主室の容積を増大させ、あるいは主室の圧
力が低下したときには、この容積を減少させるようなものである。加工室の主要
部の容積のこの増大または減少により、この室で起る圧力変動が小さくなる。
たは加工室に取りつけられた側室を、柔軟な隔膜構造物によって主加工室から分
離することができる。加工室の主要部は、ウェーハ、支持手段、およびプラズマ
発生手段を収容する。圧力は隔膜構造物の両側で最初同じまたはほとんど同じで
あり、加工室の主要部の圧力上昇または低下により、隔膜がたわむ。このたわみ
は、主室の圧力が上昇したときには、主室の容積を増大させ、あるいは主室の圧
力が低下したときには、この容積を減少させるようなものである。加工室の主要
部の容積のこの増大または減少により、この室で起る圧力変動が小さくなる。
【００５７】 もっとも効果的に圧力変動を最小限のものとするためには、加工室の第二の部
分または側室は、加工室の主要部の容積に比して、大きなものとしなければなら
ない。そのため、加工室の主要部の容積が大きいシステムの場合、この方法は実
施に移しにくいが、小さな加工室の場合には、実施できる可能性がある。
分または側室は、加工室の主要部の容積に比して、大きなものとしなければなら
ない。そのため、加工室の主要部の容積が大きいシステムの場合、この方法は実
施に移しにくいが、小さな加工室の場合には、実施できる可能性がある。
【図１】 切替法工程時の、エッチングガスおよび蒸着ガスの流量と室圧力との可能な変
化の様子を示す曲線である。
化の様子を示す曲線である。
【図２】 本発明による動作シーケンスの可能な実施のやり方を示す図である。
【図３（ａ）および（ｂ）】 切替法工程時の、整合ユニットのコンデンサー値の可能な変化の様子を示す図
である。
である。
【図４（ａ）および（ｂ）】 緩衝ガスの流量の室圧力に応じた可能な調節の様子を示す曲線である。
【図５】 整合ユニットの制御回路の模式ブロック図である。
【図６】 代表的な構成の整合ユニットの回路図である。
【図７】 代表的な構成のガス供給システムの模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｌ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ，Ｕ Ｓ (72)発明者 リア，レズリー，マイケル イギリス国 オックスフォードシャー オ ーエックス11 ９ジェイユー ディッドコ ット イースト ハッグボーン ニュー ロード 16ビー ヘデアウェー （番地な し) (72)発明者 グイバラ，エドワード イギリス国 カーディフ シーエフ４ ４ エルダブリュ ヒース イサン ロード ストリート 65 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA61 AA65 BC01 BC06 CA25 CA63 DA02 DA05 DA11 EB41 4K030 BB12 DA08 EA03 FA04 HA01 KA30 KA41 5F004 AA05 BA20 BB28 BD04 CA02 DA00 DA22 DA23 DA25 DA26 5F045 AA08 EH11 EH19 GB06 HA03
Claims (37)
- 【請求項１】 室内の加工物を加工する方法であって、 （ａ）前記室内にプラズマを発生させ、 （ｂ）少なくとも、第一の組のプロセスパラメータを有する第一のステップ
と第二の組のプロセスパラメータを有する第二のステップとの間で、プロセスパ
ラメータを周期的に調節することにより、前記加工物を処理し、 （ｃ）前記第一のステップと第二のステップとの間の過渡時に前記プラズマ
を安定させる、 ことから成ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記プラズマが各周期ステップの間で安定させられることを
特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記加工物が、交互になされるエッチングステップと蒸着ス
テップとを周期的に実施することによって処理されることを特徴とする請求項１
または２に記載の方法。 - 【請求項４】 ＲＦ電力がプラズマに誘導結合されることを特徴とする請求
項１から３のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項５】 前記プラズマが、整合ユニットによって、該プラズマのイン
ピーダンスを、該プラズマにエネルギーを供給する電源のインピーダンスに整合
させることによって、安定させられることを特徴とする請求項１から４のいずれ
か１つに記載の方法。 - 【請求項６】 前記整合ユニットを手操作によりまたは電気的に調節するこ
とができることを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 前記プラズマのインピーダンスが、前記加工物の処理時間の
少なくとも一部にわたって、前記電源のインピーダンスに自動的に整合させられ
ることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記整合ユニットが、第一のステップと第二のステップとの
間の過渡の瞬間またはこれよりも少し前に作動するように、予設定されているこ
とを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項９】 自動整合が、前記室の圧力および／または他のパラメータが
安定したときに、作動可能とされることを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記自動整合が、過渡時またはこれよりも少し前に作動禁
止とされることを特徴とする請求項７から９のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項１１】 前記整合ユニットがモーターによって駆動されることを特
徴とする請求項５から１０のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項１２】 制御信号が前記モーターの駆動のために使用され、かつイ
ンピーダンス変化を迅速に追跡するために修正されることを特徴とする請求項１
１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記整合ユニットが、同じ種類の後続ステップのための設
定初期値を有するコンデンサーを有し、前記初期値が工程全体にわたって勾配を
付与されているかまたは別様に調節されていることを特徴とする請求項５から１
２のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項１４】 一つの種類のステップに対する前記初期値が、同じ種類の
先行ステップの終了時に自動整合から得られる値から得られることを特徴とする
請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 直接指令または自動制御回路によって、前記整合ユニット
のコンデンサーが、ステップのそれぞれに対して異なる値に調節され、かつ／ま
たは電源の周波数が変えられることを特徴とする請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１６】 プラズマへの電力の整合を実現するための、ステップのそ
れぞれに対する電源周波数調節または周波数予設定を使用して、整合ユニットコ
ンデンサー値の調節の必要を少なくするかまたは排除することを特徴とする請求
項１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 エッチングステップと蒸着ステップとの間で変わらない、
整合ユニットコンデンサーの固定位置と、前記電源からのＲＦ電力の、予設定ま
たは自動調節周波数とを有することを特徴とする請求項１５または１６に記載の
方法。 - 【請求項１８】 エッチングおよび蒸着ステップに対するそれぞれの適当な
設定値に整合ユニットコンデンサー位置を固定し、そのあと、電源からのＲＦ電
力の周波数を予設定するかまたは自動調節することを含むことを特徴とする請求
項１５または１６に記載の方法。 - 【請求項１９】 プラズマの安定化が、第一のステップと第二のステップと
の間に室内の圧力の変動を実質的に防止または減少させることにより、助長され
ることを特徴とする請求項１から１８のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項２０】 周期的エッチング／蒸着工程中、エッチングガスが遮断さ
れるかまたは流量が減少させられる前に、蒸着ガスを供給するかまたは該ガスの
流量を増大させ、また、蒸着ガスが遮断されるかまたは該ガスの流量が減少させ
られる前に、エッチングガスを供給するかまたは該ガスの流量を増大させること
を特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２１】 エッチングガスまたは蒸着ガスが、切替法工程の全体また
はその実質的部分にわたって、流れることが許容される請求項２０に記載の方法
。 - 【請求項２２】 蒸着ガスが蒸着ステップに加えてエッチングステップにお
いても、ただし普通はずっと小さな流量で、流れつづけ、一方エッチングガスは
エッチングステップ中にのみ流れることが許容されることを特徴とする請求項２
１に記載の方法。 - 【請求項２３】 エッチングガスがエッチングステップに加えて蒸着ステッ
プにおいても、ただし普通はずっと小さな流量で、流れつづけ、一方蒸着ガスは
蒸着ステップ中にのみ流れることが許容されることを特徴とする請求項２１に記
載の方法。 - 【請求項２４】 エッチングガスと蒸着ガスがともに同時かつ連続的に流れ
ることが許容されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。 - 【請求項２５】 それぞれのガスの流量が一般にそれぞれのステップにおい
て変化することを特徴とする請求項２０から２４のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項２６】 プラズマの安定化が、室に別のガスを供給することによっ
て助長されることを特徴とする請求項１から２５のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項２７】 前記別のガスが、高速動作流量制御器によって、室に供給
されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。 - 【請求項２８】 前記別のガスが、ヘリウム、アルゴン、もしくは他の希ガ
ス、酸素、または窒素、またはこれらの混合物から選択されることを特徴とする
請求項２６または２７に記載の方法。 - 【請求項２９】さらに、前記室内の圧力をモニターし、またそれによって前
記別のガスの流量を調節することを含む請求項２６から２８のいずれか１つに記
載の方法。 - 【請求項３０】 前記室内の全圧に、特定ステップ時に勾配が与えられるこ
とを特徴とする請求項１から２９のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項３１】 前記室に、可撓性部材によって該室の主要部から分離され
た部分が備えられていることを特徴とする請求項１９から３０のいずれか１つに
記載の方法。 - 【請求項３２】 前記分離された部分が、前記室の前記主要部に比して大き
な容積を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。 - 【請求項３３】 プラズマ加工装置であって、室を有し、該室が、加工物の
ための支持体、前記室内にプラズマを発生させる手段、第一のステップと第二の
ステップとの間でプロセスパラメータを周期的に調節する手段、および前記第一
のステップと前記第二のステップとの間の過渡時に前記プラズマを安定させる手
段、から成ることを特徴とする装置。 - 【請求項３４】 前記安定させる手段が、プラズマのインピーダンスを、プ
ラズマに電力を供給する電源のインピーダンスに整合させるための整合ユニット
を有することを特徴とする請求項３３に記載のプラズマ加工装置。 - 【請求項３５】 前記安定させる手段が、前記第一のステップと前記第二の
ステップとの間で、ＲＦ電源周波数を変化させる手段、または前記室内の圧力の
変動を低下させる手段を有することを特徴とする請求項３３または３２に記載の
プラズマ加工装置。 - 【請求項３６】 本明細書で添付の図面を参照して実質的に述べる、室内で
加工物を加工する方法。 - 【請求項３７】 本明細書で、実質的に、添付の図面を参照して述べ、また
添付の図面に示すプラズマ加工装置。
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