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JP2010238730A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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JP2010238730A
JP2010238730A JP2009082170A JP2009082170A JP2010238730A JP 2010238730 A JP2010238730 A JP 2010238730A JP 2009082170 A JP2009082170 A JP 2009082170A JP 2009082170 A JP2009082170 A JP 2009082170A JP 2010238730 A JP2010238730 A JP 2010238730A
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power
plasma
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high frequency
plasma processing
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JP2009082170A
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Japanese (ja)
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Yohei Yamazawa
陽平 山澤
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve stability and reproducibility of a plasma process by stably and smoothly performing a matching operation of a matcher even when RF power fed to plasma is varied over a wide range (in particular, when a lower power range is selected) or when impedance of the plasma varies large. <P>SOLUTION: In a capacity coupling type plasma etching device, a high-frequency power source 28 is electrically connected to a susceptor 12 mounted with a semiconductor wafer W in a chamber 10 through a matching unit 30 and a feed rod 32. A portion of the RF power is branched to and absorbed by an RF power branch absorption unit 44 halfway on the feed rod 32 or behind a matcher in the matching unit 30 to reduce variation in apparent load impedance viewed from the matcher. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、高周波を利用して被処理基板にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理技術に係り、特に処理容器内で生成されるプラズマに対して高周波電源からの高周波をインピーダンス整合状態で供給する高周波給電部の改善に関する。   The present invention relates to a plasma processing technique for performing plasma processing on a substrate to be processed using a high frequency, and in particular, a high frequency for supplying a high frequency from a high frequency power source in an impedance matching state to plasma generated in a processing container. It relates to the improvement of the power feeding section.

半導体デバイスやFPD(Flat Panel Display)の製造プロセスには、プラズマを利用してエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理を行うプラズマ処理装置が多く使われている。概して、プラズマ処理装置は、真空チャンバ(処理容器)の中または外に高周波電極を設けて高周波給電部より該高周波電極に高周波を印加する。高周波給電部には、高周波を出力する電源だけでなく、高周波電源のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合(マッチング)をとるための整合器も備え付けられる。高周波電源は通常50Ωの純抵抗出力になるように設計されるため、整合器も含めた負荷側のインピーダンスが50Ωになるように、整合器内のインピーダンスが設定ないし調節される(たとえば特許文献1参照)。   In a manufacturing process of a semiconductor device or an FPD (Flat Panel Display), a plasma processing apparatus that performs processing such as etching, deposition, oxidation, and sputtering using plasma is often used. In general, in a plasma processing apparatus, a high frequency electrode is provided in or outside a vacuum chamber (processing container), and a high frequency is applied to the high frequency electrode from a high frequency power supply unit. The high-frequency power supply unit is provided with not only a power source that outputs a high frequency, but also a matching unit for matching between the impedance of the high-frequency power source and the impedance on the load side. Since the high frequency power supply is normally designed to have a pure resistance output of 50Ω, the impedance in the matching device is set or adjusted so that the impedance on the load side including the matching device becomes 50Ω (for example, Patent Document 1). reference).

一般に、この種の整合器は、1個または複数個の可変コンデンサまたは可変インダクタンスコイル等の可変リアクタンス素子を含み、ステップモータ等により可変範囲内の各ステップ位置またはポジションを選択することで整合器内のインピーダンスひいては負荷インピーダンスを可変調整できるように構成されている。そして、プラズマ処理中には、圧力変動などによってプラズマのインピーダンスが変わると、それら可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変調整して自動的に負荷インピーダンスを補正して整合ポイント(50Ω)に合わせるようになっている。このオートマッチングを行うため、負荷インピーダンスを測定する回路や、負荷インピーダンスの測定値を整合ポイント(50Ω)に一致させるようにステップモータを通じて各可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変制御するコントローラ等が用いられる。   In general, this type of matching device includes one or a plurality of variable reactance elements such as a variable capacitor or a variable inductance coil, and each step position or position within a variable range is selected by a step motor or the like, so that the inside of the matching device. The load impedance and the load impedance can be variably adjusted. During plasma processing, if the impedance of the plasma changes due to pressure fluctuations, etc., the impedance position of these variable reactance elements is variably adjusted to automatically correct the load impedance to match the matching point (50Ω). It has become. In order to perform this automatic matching, a circuit that measures load impedance, a controller that variably controls the impedance position of each variable reactance element through a step motor so that the measured value of load impedance matches the matching point (50Ω), etc. are used. It is done.

特開平11−61456号公報JP-A-11-61456

高周波励起型のプラズマ処理装置において、RFパワーは、プラズマプロセスの主要なパラメータの一つであり、プロセスの種類・内容あるいは他の条件に応じて広範囲に選択される。特に、プラズマエッチングは、被エッチング材の材質によってRFパワーの投入量が大きく異なり、数10W程度のRFパワーを設定するレシピから数kW程度のRFパワーを設定するレシピまで、一台のプラズマエッチング装置でこなすようになってきている。   In a high frequency excitation type plasma processing apparatus, the RF power is one of the main parameters of the plasma process, and is selected in a wide range according to the type / content of the process or other conditions. In particular, the amount of RF power input varies greatly depending on the material of the material to be etched, and a single plasma etching apparatus ranging from a recipe for setting RF power of about several tens of watts to a recipe for setting RF power of about several kW. It ’s getting better.

しかしながら、プラズマ処理装置に使用される通常の高周波電源は、RF出力特性のダイナミックレンジに限度があり、数kWの定格出力で数10W程度の低パワーを精度良く出力するのは難しく、ばらつきを生じやすい。一方で、そのような数10W程度の低パワーで着火ないし生成されるプラズマは、概して安定性がよくなく、プラズマのインピーダンスが高く、しかも大きく変動しやすいという性質がある。このため、整合器がスムースに追従できなくなって、高周波電源にパワーを反射させることや、ハンチングを起こして長時間マッチング・ポイントが決まらないといったことが問題となっている。   However, a normal high frequency power source used in a plasma processing apparatus has a limited dynamic range of RF output characteristics, and it is difficult to accurately output a low power of about several tens of watts at a rated output of several kW, resulting in variations. Cheap. On the other hand, plasmas that are ignited or generated with such a low power of about several tens of watts generally have poor stability, high plasma impedance, and large fluctuations. For this reason, the matching unit cannot smoothly follow, causing problems such as reflecting power to the high-frequency power supply and causing hunting to determine a matching point for a long time.

本発明は、従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、高周波電源から処理容器内のプラズマへ高周波を供給するためのインピーダンス整合機能を有する高周波給電部において、プラズマに投入するRFパワーを広範囲に変えても(特に低パワー領域を選択したときでも)、あるいはプラズマのインピーダンスが大きく変動しても、整合器のマッチング動作を安定かつスムースに行い、プラズマプロセスの安定性・再現性を向上させるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and is an RF power input to plasma in a high-frequency power feeding unit having an impedance matching function for supplying a high frequency from a high-frequency power source to plasma in a processing container. Even if the range is changed over a wide range (especially when the low power range is selected) or even when the impedance of the plasma fluctuates significantly, the matching operation of the matching unit is performed stably and smoothly, improving the stability and reproducibility of the plasma process. An object of the present invention is to provide an improved plasma processing apparatus.

上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、所望のプラズマプロセスが行われる処理容器の中または外に設けられた高周波電極に高周波電源より整合器を介して所定周波数の高周波を印加し、前記整合器により前記高周波電源とその負荷との間でインピーダンスの整合をとるプラズマ処理装置であって、前記整合器より出力される前記高周波の電力の一部を前記高周波電極の前段で分岐させて吸収するRFパワー分岐吸収部を有する。   In order to achieve the above object, the plasma processing apparatus of the present invention applies a high frequency of a predetermined frequency from a high frequency power source to a high frequency electrode provided inside or outside a processing vessel in which a desired plasma process is performed via a matching unit. A plasma processing apparatus that applies impedance and matches impedance between the high-frequency power source and its load by the matching unit, wherein a part of the high-frequency power output from the matching unit is disposed in front of the high-frequency electrode. An RF power branching / absorbing part for branching and absorbing is provided.

上記の構成においては、所望のプラズマプロセスを行うために、特にプラズマに投入すべきRFパワーが小さいときは、RFパワー分岐吸収部を働かせ、高周波電極の前段でRFパワーの一部を分岐させ吸収させる。これにより、整合器から見える見掛け上の負荷インピーダンスの変動幅が大幅に低減し、整合器はハンチングを起こさずにマッチング動作を安定かつスムースに行うことができる。また、RFパワーの反射が少ないので、高周波電源のRF出力動作も安定化する。   In the above configuration, in order to perform a desired plasma process, particularly when the RF power to be applied to the plasma is small, the RF power branching / absorbing unit is operated, and a part of the RF power is branched and absorbed at the front stage of the high-frequency electrode. Let Thereby, the fluctuation range of the apparent load impedance seen from the matching unit is greatly reduced, and the matching unit can perform the matching operation stably and smoothly without causing hunting. In addition, since the reflection of the RF power is small, the RF output operation of the high frequency power supply is also stabilized.

さらに、高周波電源は、プラズマへ投入する分とRFパワー分岐吸収部に吸収させる分とを足し合わせたRFパワーを出力する。このことにより、高周波電源の低パワー領域におけるRF出力特性のばらつきを補償することが可能であり、ひいてはプラズマ投入RFパワーの装置機差を低減し、プロセスの再現性を向上させることができる。   Further, the high frequency power source outputs RF power that is the sum of the amount that is input to the plasma and the amount that is absorbed by the RF power branching absorption unit. As a result, it is possible to compensate for variations in RF output characteristics in the low power region of the high frequency power supply, thereby reducing the apparatus difference in plasma input RF power and improving process reproducibility.

本発明の好適な一態様においては、RFパワー分岐吸収部が、整合器の出力端子と接地部材との間に電気的に直列に接続されるコンデンサおよび抵抗器を有する。ここで、コンデンサは、高周波給電ラインからRFパワーを引き込むのに寄与し、高周波電極とその周囲の接地部材との間に存在する浮遊容量よりも大きなキャパシタンス(好ましくは200pF〜1000pF)を有してよい。抵抗器はプラズマ投入RFパワーの安定化に寄与し、好ましくは0.1Ω〜10Ωの抵抗値を有してよい。   In a preferred aspect of the present invention, the RF power branch absorber includes a capacitor and a resistor electrically connected in series between the output terminal of the matching unit and the ground member. Here, the capacitor contributes to drawing RF power from the high-frequency power supply line, and has a capacitance (preferably 200 pF to 1000 pF) larger than the stray capacitance existing between the high-frequency electrode and the surrounding ground member. Good. The resistor contributes to stabilization of plasma input RF power, and preferably has a resistance value of 0.1Ω to 10Ω.

別の好適な一態様においては、RFパワー分岐吸収部が、整合器の出力端子と接地部材との間でコンデンサおよび抵抗器と電気的に直列に接続されるスイッチを有し、プラズマプロセスのレシピに応じてスイッチの開閉状態を制御する。プロセスの種類・内容あるいは他の条件に応じてプラズマ投入RFパワーが広範囲に選択される場合は、スイッチによりRFパワー分岐吸収部の使用/不使用を任意に切り換えてよい。   In another preferred embodiment, the RF power branch absorber has a switch electrically connected in series with a capacitor and a resistor between the output terminal of the matching device and the ground member, and is a recipe for a plasma process. The switch open / close state is controlled according to When the plasma input RF power is selected in a wide range according to the type / content of the process or other conditions, the use / non-use of the RF power branch absorption unit may be arbitrarily switched by a switch.

別の好適な一態様においては、一端が高周波電極の背面に結合され、他端が整合器の出力端子に電気的に接続される高周波給電棒と、この高周波給電棒の周りを取り囲む電気的に接地された筒状の外導体とが備えられ、RFパワー分岐吸収部が高周波給電棒と外導体との間に設けられる。   In another preferred embodiment, a high-frequency power supply rod having one end coupled to the back surface of the high-frequency electrode and the other end electrically connected to the output terminal of the matching device, and an electric power surrounding the high-frequency power supply rod A grounded cylindrical outer conductor is provided, and an RF power branch absorbing portion is provided between the high-frequency power feeding rod and the outer conductor.

この場合、RFパワー分岐吸収部の好ましい一形態として、抵抗器が、高周波給電棒と一定のギャップ空間を隔てて外導体の内壁に結合され、もしくは外導体と一定のギャップ空間を隔てて高周波給電棒の外周面に結合されるリング形の抵抗体からなり、コンデンサが該ギャップ空間を埋めるリング形の誘電体を有する。リング形誘電体は、該ギャップ空間に挿抜可能に挿入されてよく、ギャップ空間を埋める第1の位置(オン位置)と、ギャップ空間から抜け出て退避する第2の位置(オフ位置)との間で移動可能に構成されてよい。   In this case, as a preferred form of the RF power branching absorption section, a resistor is coupled to the inner wall of the outer conductor with a certain gap space from the high-frequency feeding rod, or a high-frequency power feeding with a certain gap space from the outer conductor. The capacitor has a ring-shaped dielectric that fills the gap space. The ring-shaped dielectric may be inserted in the gap space so as to be insertable / removable. Between the first position (on position) where the gap space is filled and the second position (off position) where the gap is removed from the gap space and retracted. It may be configured to be movable.

RFパワー分岐吸収部において、抵抗器を可変抵抗器で構成し、あるいはコンデンサを可変コンデンサで構成することも可能である。この場合、プラズマプロセスのレシピに応じて、あるいはRFパワーまたはプラズマインピーダンス等の測定値情報に基づいて、可変抵抗器の抵抗値あるいは可変コンデンサのキャパシタンスを可変してよい。   In the RF power branch absorption unit, the resistor may be configured by a variable resistor, or the capacitor may be configured by a variable capacitor. In this case, the resistance value of the variable resistor or the capacitance of the variable capacitor may be varied according to the recipe of the plasma process or based on measurement value information such as RF power or plasma impedance.

さらには、RFパワー分岐吸収部が、整合器の出力端子と接地部材との間で電気的に互いに並列に接続される複数の抵抗と、それら複数の抵抗とそれぞれ直列に接続される複数の選択用スイッチとを有し、プラズマプロセスのレシピに応じてそれら複数の選択用スイッチのそれぞれの開閉状態を制御する構成も好適に採ることができる。   Furthermore, the RF power branch absorber is electrically connected in parallel with each other between the output terminal of the matching unit and the ground member, and the plurality of selections are respectively connected in series with the resistors. It is also possible to suitably adopt a configuration in which each of the plurality of selection switches is controlled according to a plasma process recipe.

あるいは、RFパワー分岐吸収部が、整合器の出力端子と接地部材との間で電気的に互いに並列に接続される複数のコンデンサと、それら複数のコンデンサとそれぞれ直列に接続される複数の選択用スイッチとを有し、プラズマプロセスのレシピに応じてそれら複数の選択用スイッチのそれぞれの開閉状態を制御するも好適に採ることができる。   Alternatively, the RF power branch absorber is electrically connected in parallel with each other between the output terminal of the matching unit and the ground member, and the plurality of capacitors are connected in series with the capacitors. It is also possible to preferably employ a switch and control the open / closed state of each of the plurality of selection switches according to the plasma process recipe.

また、好適な一態様においては、処理容器内に高周波電極と平行に向き合う対向電極が設けられ、高周波電極と対向電極との間で高周波放電により処理ガスのプラズマを生成するために、高周波電源からの高周波が整合器を介して高周波電極に印加される構成が採られる。   In a preferred embodiment, a counter electrode facing the high-frequency electrode is provided in the processing container in parallel, and a plasma of the processing gas is generated between the high-frequency electrode and the counter electrode by high-frequency discharge. The high frequency is applied to the high frequency electrode via the matching unit.

別の好適な一態様においては、高周波電極上に被処理基板が載置され、処理容器内で生成される処理ガスのプラズマから基板へのイオンの引き込みを制御するために、高周波電源からの高周波が整合器を介して高周波電極に印加される構成が採られる。   In another preferred embodiment, a substrate to be processed is placed on the high-frequency electrode, and a high-frequency power from a high-frequency power source is used to control the drawing of ions from the plasma of the processing gas generated in the processing container into the substrate. Is applied to the high-frequency electrode through a matching unit.

本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、高周波電源から処理容器内のプラズマへ高周波を供給するためのインピーダンス整合機能を有する高周波給電部において、プラズマに投入するRFパワーを広範囲に変えても(特に低パワー領域を選択したときでも)、あるいはプラズマのインピーダンスが大きく変動しても、整合器のマッチング動作を安定かつスムースに行い、プラズマプロセスの安定性・再現性を向上させることができる。   According to the plasma processing apparatus of the present invention, the RF power input to the plasma in the high frequency power supply unit having the impedance matching function for supplying the high frequency from the high frequency power source to the plasma in the processing container by the above configuration and operation. Even if the range is changed over a wide range (especially when the low power range is selected) or even when the impedance of the plasma fluctuates significantly, the matching operation of the matching unit is performed stably and smoothly, improving the stability and reproducibility of the plasma process. Can be improved.

本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in one Embodiment of this invention. 図1のプラズマ処理装置の高周波給電部に組み込まれるRFパワー分岐吸収部の一実施例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically one Example of RF power branch absorption part integrated in the high frequency electric power feeding part of the plasma processing apparatus of FIG. 実施形態における高周波給電部の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of the high frequency electric power feeding part in embodiment. プラズマ・シース容量を一定の範囲で変化させたときのチャンバ内負荷インピーダンスおよび合成負荷インピーダンスのリアクタンスの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the reactance of the load impedance in a chamber when a plasma sheath capacity | capacitance is changed in a fixed range, and a synthetic | combination load impedance. プラズマ・シース容量を一定の範囲で変化させたときのチャンバ内負荷インピーダンスおよび合成負荷インピーダンスのレジスタンスの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the resistance of the load impedance in a chamber when a plasma sheath capacity | capacitance is changed in a fixed range, and synthetic | combination load impedance. 高周波電源におけるRF出力特性のばらつきの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the dispersion | variation in the RF output characteristic in a high frequency power supply. 従来型の装置構成で2つの高周波電源を個別に用いた場合のそれぞれのプラズマ投入パワーを対比して示す図である。It is a figure which compares and shows each plasma injection power at the time of using two high frequency power supplies separately with the conventional apparatus structure. 実施形態の装置構成で2つの高周波電源を個別に用いた場合のそれぞれのプラズマ投入パワーを対比して示す図である。It is a figure which compares and shows each plasma injection power at the time of using two high frequency power supplies separately with the apparatus structure of embodiment. RFパワー分岐吸収部のコンデンサ容量に対するパワー吸収率の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the power absorption factor with respect to the capacitor | condenser capacity | capacitance of RF power branch absorption part. 第2の実施例によるRFパワー分岐吸収部を含む高周波給電部の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the high frequency electric power feeding part containing the RF power branching absorption part by a 2nd Example. 第3の実施例によるRFパワー分岐吸収部を含む高周波給電部の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the high frequency electric power feeding part containing the RF power branching absorption part by a 3rd Example. 第4の実施例におけるRFパワー分岐吸収部の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the RF power branch absorption part in a 4th Example. 第4の実施例の一変形例によるRFパワー分岐吸収部の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the RF power branching absorption part by one modification of a 4th Example. 第5の実施例による下部2周波印加方式のプラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the whole structure of the plasma processing apparatus of the lower 2 frequency application system by 5th Example. 第5の実施例によるRFパワー分岐吸収部を備える高周波給電部の要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of a high frequency electric power feeding part provided with the RF power branching absorption part by a 5th Example. 第6の実施例において高周波給電部にRFパワー分岐吸収部と直列挿入型の短絡スイッチ付き抵抗器とを備える構成を模式的に示す断面図である。In a 6th Example, it is sectional drawing which shows typically the structure which equips a high frequency electric power feeding part with RF power branching absorption part and a resistor with a short circuit switch of a serial insertion type. 第6の実施例における高周波給電部の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of the high frequency electric power feeding part in a 6th Example.

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、カソードカップルの容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ(処理容器)10を有している。チャンバ10は保安接地されている。   FIG. 1 shows the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The plasma processing apparatus is configured as a cathode-coupled capacitively coupled plasma etching apparatus, and has a cylindrical chamber (processing vessel) 10 made of metal such as aluminum or stainless steel. The chamber 10 is grounded for safety.

チャンバ10内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハWを載置する円板状のサセプタ12が下部電極として水平に設置されている。このサセプタ12は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ10の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部14により非接地で支持されている。この筒状支持部14の外周に沿ってチャンバ10の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部16とチャンバ10の内壁との間に環状の排気路18が形成され、この排気路18の底に排気口20が設けられている。この排気口20には排気管22を介して排気装置24が接続されている。排気装置24は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ10内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ10の側壁には、半導体ウエハWの搬入出口を開閉するゲートバルブ26が取り付けられている。   In the chamber 10, a disk-shaped susceptor 12 on which, for example, a semiconductor wafer W is placed as a substrate to be processed is horizontally installed as a lower electrode. The susceptor 12 is made of aluminum, for example, and is supported ungrounded by an insulating cylindrical support 14 made of ceramic, for example, extending vertically upward from the bottom of the chamber 10. An annular exhaust path 18 is formed between the conductive cylindrical support section 16 extending vertically upward from the bottom of the chamber 10 along the outer periphery of the cylindrical support section 14 and the inner wall of the chamber 10. An exhaust port 20 is provided at the bottom. An exhaust device 24 is connected to the exhaust port 20 via an exhaust pipe 22. The exhaust device 24 includes a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can reduce the processing space in the chamber 10 to a desired degree of vacuum. A gate valve 26 that opens and closes the loading / unloading port of the semiconductor wafer W is attached to the side wall of the chamber 10.

サセプタ12には、高周波電源28がマッチングユニット30および給電棒32を介して電気的に接続されている。給電棒32は、その周りを電気的に接地された円筒形の導体カバーまたは外導体33で囲まれている。高周波電源28は、チャンバ10内で高周波放電による処理ガスのプラズマを生成するのに適した所定周波数たとえば13.56MHzの高周波をプロセスに応じて所望のRFパワー(たとえば0W〜3kWの可変範囲)で出力する。マッチングユニット30には、高周波電源28の内部インピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器34(図3、図5)が収容されている。   A high frequency power supply 28 is electrically connected to the susceptor 12 via a matching unit 30 and a power feed rod 32. The feed rod 32 is surrounded by a cylindrical conductor cover or outer conductor 33 that is electrically grounded. The high frequency power supply 28 generates a high frequency of, for example, 13.56 MHz suitable for generating plasma of a processing gas by high frequency discharge in the chamber 10 with a desired RF power (for example, a variable range of 0 W to 3 kW) according to the process. Output. The matching unit 30 accommodates a matching unit 34 (FIGS. 3 and 5) for matching between the internal impedance of the high frequency power supply 28 and the impedance on the load side.

給電棒32の途中には、整合器34より出力される高周波のパワーの一部をサセプタ12の前段で分岐させて吸収するRFパワー分岐吸収部44が設けられている。このRFパワー分岐吸収部44の構成および作用は後述する。   In the middle of the power feed rod 32, an RF power branch absorption unit 44 is provided that branches and absorbs a part of the high-frequency power output from the matching unit 34 before the susceptor 12. The configuration and operation of the RF power branch absorption unit 44 will be described later.

サセプタ12は半導体ウエハWよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ12の主面つまり上面は、半径方向で、ウエハWと略同形状(円形)かつ略同サイズの中心領域つまりウエハ載置部と、このウエハ載置部の外側に延在する環状の周辺部とに区画されており、ウエハ載置部の上には処理対象の半導体ウエハWが載置され、環状周辺部の上に半導体ウエハWの口径よりも僅かに大きな内径を有するフォーカスリング36が取り付けられる。このフォーカスリング36は、半導体ウエハWの被エッチング材に応じて、たとえばSi,SiC,C,SiO2の中のいずれかの材質で構成されている。   The susceptor 12 has a diameter or diameter that is slightly larger than that of the semiconductor wafer W. The main surface or upper surface of the susceptor 12 is a central region having the same shape (circular) and substantially the same size as the wafer W in the radial direction, that is, the wafer mounting portion, and an annular periphery extending outside the wafer mounting portion. A semiconductor wafer W to be processed is placed on the wafer placement portion, and a focus ring 36 having an inner diameter slightly larger than the diameter of the semiconductor wafer W is placed on the annular peripheral portion. It is attached. The focus ring 36 is made of, for example, any one of Si, SiC, C, and SiO 2 depending on the material to be etched of the semiconductor wafer W.

サセプタ12上面のウエハ載置部には、ウエハ吸着用の静電チャック38が設けられている。この静電チャック38は、膜状または板状の誘電体38aの中にシート状またはメッシュ状のDC電極38bを封入しており、サセプタ12の上面に一体形成または一体固着されている。DC電極38bは、チャンバ10の外に配置される直流電源40に配線およびスイッチ42を介して電気的に接続されている。直流電源40からの高圧の直流電圧がDC電極38bに印加されることにより、クーロン力で半導体ウエハWを静電チャック38上に吸着保持できるようになっている。   An electrostatic chuck 38 for wafer adsorption is provided on the wafer mounting portion on the upper surface of the susceptor 12. The electrostatic chuck 38 encloses a sheet-like or mesh-like DC electrode 38b in a film-like or plate-like dielectric 38a, and is integrally formed or integrally fixed to the upper surface of the susceptor 12. The DC electrode 38 b is electrically connected to a DC power supply 40 disposed outside the chamber 10 through wiring and a switch 42. By applying a high DC voltage from the DC power supply 40 to the DC electrode 38b, the semiconductor wafer W can be attracted and held on the electrostatic chuck 38 by Coulomb force.

サセプタ12の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室46が設けられている。この冷媒室46には、チラーユニット(図示せず)より配管48,50を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。そして、サセプタ12を通じて半導体ウエハWの温度を制御するために、伝熱ガス供給部(図示せず)からの伝熱用のガスたとえばHeガスが、ガス供給管52およびサセプタ12内部のガス通路54を介して静電チャック38と半導体ウエハWとの間に供給される。   Inside the susceptor 12, for example, an annular refrigerant chamber 46 extending in the circumferential direction is provided. A refrigerant having a predetermined temperature, such as cooling water, is circulated and supplied to the refrigerant chamber 46 through pipes 48 and 50 from a chiller unit (not shown). In order to control the temperature of the semiconductor wafer W through the susceptor 12, a heat transfer gas such as He gas from a heat transfer gas supply unit (not shown) is supplied from the gas supply pipe 52 and the gas passage 54 inside the susceptor 12. Is supplied between the electrostatic chuck 38 and the semiconductor wafer W.

チャンバ10の天井には、サセプタ12と平行に向かい合って平行平板の上部電極を兼ねるシャワーヘッド56がチャンバ10に直付け(アノード接地)で設けられている。このシャワーヘッド56は、サセプタ12と向かい合う電極板58と、この電極板58をその背後(上)から着脱可能に支持する電極支持体60とを有し、電極支持体60の内部にガス室62を設け、このガス室62からサセプタ12側に貫通する多数のガス吐出孔64を電極支持体60および電極板58に形成している。電極板58とサセプタ12とに挟まれた空間がプラズマ生成空間ないし処理空間となる。ガス室62の上部に設けられるガス導入口62aには、処理ガス供給部65からのガス供給管66が接続されている。電極板58はたとえばSi、SiCあるいはCからなり、電極支持体60はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。   On the ceiling of the chamber 10, a shower head 56 that is parallel to the susceptor 12 and also serves as a parallel plate upper electrode is provided directly attached to the chamber 10 (anode grounding). The shower head 56 includes an electrode plate 58 that faces the susceptor 12 and an electrode support 60 that detachably supports the electrode plate 58 from the back (upper) thereof. A gas chamber 62 is provided inside the electrode support 60. A number of gas discharge holes 64 penetrating from the gas chamber 62 toward the susceptor 12 are formed in the electrode support 60 and the electrode plate 58. A space between the electrode plate 58 and the susceptor 12 is a plasma generation space or a processing space. A gas supply pipe 66 from the processing gas supply unit 65 is connected to a gas introduction port 62 a provided in the upper part of the gas chamber 62. The electrode plate 58 is made of, for example, Si, SiC, or C, and the electrode support 60 is made of, for example, anodized aluminum.

制御部68は、たとえばマイクロコンピュータからなり、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置24、高周波電源28、マッチングユニット30、静電チャック38用のスイッチ42、チラーユニット(図示せず)、伝熱ガス供給部(図示せず)および処理ガス供給部65等の個々の動作及び装置全体の動作(シーケンス)を制御する。   The control unit 68 is composed of, for example, a microcomputer. Each unit in the plasma etching apparatus, for example, the exhaust device 24, the high frequency power supply 28, the matching unit 30, the switch 42 for the electrostatic chuck 38, a chiller unit (not shown), heat transfer, and the like. Individual operations of the gas supply unit (not shown), the processing gas supply unit 65, and the like, and the operation (sequence) of the entire apparatus are controlled.

このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ26を開状態にして加工対象の半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入して、静電チャック38の上に載置する。そして、処理ガス供給部65よりエッチングガス(一般に混合ガス)を所定の流量および流量比でチャンバ10内に導入し、排気装置24によりチャンバ10内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源28をオンにして高周波(13.56MHz)を所定のRFパワーで出力させ、この高周波をマッチングユニット30内の整合器34,給電棒32を介してサセプタ12に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック38と半導体ウエハWとの間の接触界面に伝熱ガス(Heガス)を供給するとともに、スイッチ42をオンにして静電チャック38の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。シャワーヘッド56より吐出されたエッチングガスは両電極12,56間で高周波放電してプラズマ化し、このプラズマPRで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハW表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。   In order to perform etching in this plasma etching apparatus, first, the gate valve 26 is opened, and the semiconductor wafer W to be processed is loaded into the chamber 10 and placed on the electrostatic chuck 38. Then, an etching gas (generally a mixed gas) is introduced into the chamber 10 from the processing gas supply unit 65 at a predetermined flow rate and flow rate ratio, and the pressure in the chamber 10 is set to a set value by the exhaust device 24. Further, the high frequency power supply 28 is turned on to output a high frequency (13.56 MHz) at a predetermined RF power, and this high frequency is applied to the susceptor 12 via the matching unit 34 and the power supply rod 32 in the matching unit 30. Further, the heat transfer gas (He gas) is supplied from the heat transfer gas supply unit to the contact interface between the electrostatic chuck 38 and the semiconductor wafer W, and the switch 42 is turned on to turn on the electrostatic chucking force of the electrostatic chuck 38. The heat transfer gas is confined in the contact interface. The etching gas discharged from the shower head 56 is plasma generated by high-frequency discharge between the electrodes 12 and 56, and the film to be processed on the surface of the semiconductor wafer W is etched into a desired pattern by radicals and ions generated by the plasma PR. The

このプラズマエッチングにおいてプラズマPRに投入されるRFパワーは、プロセスの種類・内容に応じて異なり、特に被エッチング膜の材質によって大きく異なる。たとえば、SiO2のような硬い膜のエッチングでは通常数kWの高いRFパワーが投入されるのに対して、ポリシリコンや銅等の軟らかい膜のエッチングで投入されるRFパワーは格段に低くて数10W以下のときもある。この実施形態のプラズマ処理装置は、RFパワーが広範囲で異なる多種多様なプラズマプロセスに一台で対応できるようになっている。 In this plasma etching, the RF power applied to the plasma PR varies depending on the type and content of the process, and varies greatly depending on the material of the film to be etched. For example, in the case of etching a hard film such as SiO 2 , a high RF power of several kW is normally input, whereas the RF power input in the etching of a soft film such as polysilicon or copper is remarkably low and several Sometimes it is less than 10W. The plasma processing apparatus of this embodiment can cope with a wide variety of plasma processes with different RF powers in a single unit.

次に、このプラズマエッチング装置における主要な特徴部分である高周波給電部の構成および作用を説明する。   Next, the configuration and operation of the high-frequency power feeding unit, which is a main characteristic part of the plasma etching apparatus, will be described.

図2に、このプラズマエッチング装置の高周波給電部において給電棒32に取り付けられるRFパワー分岐吸収部44の一実施例を示す。   FIG. 2 shows an embodiment of the RF power branching absorption unit 44 attached to the power supply rod 32 in the high frequency power supply unit of the plasma etching apparatus.

このRFパワー分岐吸収部44は、給電棒32と一定のギャップ空間Gを隔てて外導体33の内壁に結合または接続されるリング形の抵抗体70と、該ギャップ空間Gに挿抜可能に挿入されるスイッチ兼用のリング形誘電体72とを有している。   The RF power branch absorbing portion 44 is inserted into the gap space G so as to be insertable / removable, and a ring-shaped resistor 70 coupled or connected to the inner wall of the outer conductor 33 with a certain gap space G from the feed rod 32. And a ring-shaped dielectric 72 also serving as a switch.

リング形抵抗体70は、好ましくは、温度特性または温度係数に優れ、かつインダクタンス成分の小さい高周波用の固定抵抗体(たとえばセラミック焼結体含有の固定抵抗器)からなり、後述する理由からその抵抗値は0.1Ω〜10Ωの範囲内に選ばれている。スイッチ兼用のリング形誘電体72は、たとえばテフロン(登録商標)またはセラミックスからなり、給電棒32に摺動可能に嵌められ、ギャップ空間Gを埋める第1の位置(オン位置)と、ギャップ空間Gから抜け出て退避する第2の位置(オフ位置)との間で移動可能に構成されている。   The ring-shaped resistor 70 is preferably composed of a high-frequency fixed resistor (for example, a fixed resistor containing a ceramic sintered body) that is excellent in temperature characteristics or temperature coefficient and has a small inductance component. The value is selected within the range of 0.1Ω to 10Ω. The ring-shaped dielectric 72 also serving as a switch is made of, for example, Teflon (registered trademark) or ceramics. The ring-shaped dielectric 72 is slidably fitted to the power supply rod 32, and fills the gap space G with a first position (on position). It is configured to be movable between a second position (off position) where it escapes from and retracts.

リング形誘電体72が上記第1の位置に在ってギャップ空間Gを埋めているときは、給電棒32とリング形抵抗体70とがリング形誘電体72を介して容量結合される。この容量結合またはコンデンサC72のキャパシタンスは、リング形抵抗体70の面積、ギャップ空間Gの距離間隔およびリング形誘電体72の誘電率によって任意に選定可能であり、後述するチャンバ内負荷インピーダンスに含まれるRF電極浮遊容量CFLよりも大きな値が好ましい。リング形誘電体72が上記第2の位置に在ってギャップ空間Gの外に退避しているときは、給電棒32とリング形抵抗体70との間に容量結合のコンデンサC72は形成されず、両者(32,70)は電気的に分断される。リング形誘電体72のスイッチ操作は、手動で行ってもよく、あるいはアクチエータ(図示せず)を用いてもよい。 When the ring-shaped dielectric 72 is in the first position and fills the gap space G, the power feed rod 32 and the ring-shaped resistor 70 are capacitively coupled via the ring-shaped dielectric 72. The capacitance of the capacitive coupling or the capacitor C 72 can be arbitrarily selected according to the area of the ring-shaped resistor 70, the distance interval of the gap space G, and the dielectric constant of the ring-shaped dielectric 72, and is included in the in-chamber load impedance described later. A value larger than the RF electrode stray capacitance CFL is preferable. When the ring-shaped dielectric 72 is in the second position and is retracted out of the gap space G, a capacitively coupled capacitor C 72 is formed between the power supply rod 32 and the ring-shaped resistor 70. Instead, both (32, 70) are electrically separated. The switch operation of the ring-shaped dielectric 72 may be performed manually, or an actuator (not shown) may be used.

図3に、このプラズマエッチング装置における高周波給電部の等価回路、特にRFパワー分岐吸収部44およびチャンバ内負荷の等価回路を示す。   FIG. 3 shows an equivalent circuit of the high-frequency power feeding unit in this plasma etching apparatus, particularly an equivalent circuit of the RF power branching absorption unit 44 and the load in the chamber.

上記のように、このプラズマエッチング装置において、チャンバ10内でプラズマエッチングが行われるときは、平行に向かい合う両電極12,56の間でエッチングガスの高周波放電によるプラズマPRが生成される。このプラズマPRは、物理的には、電子とイオンが同数または中性状態で混在するバルクプラズマ部と、両電極12,56近傍の空間電荷層いわゆるシース部とからなり、電気的には、良好な導体とみなせるバルクプラズマ部の抵抗(以下、「プラズマ抵抗」と称する。)RPRと、コンデンサとみなせるシース部のキャパシタCPRとが直列に接続された回路として表される。 As described above, in this plasma etching apparatus, when plasma etching is performed in the chamber 10, plasma PR is generated between the electrodes 12 and 56 facing in parallel by high-frequency discharge of the etching gas. This plasma PR is physically composed of a bulk plasma portion where electrons and ions are mixed in the same number or in a neutral state and a space charge layer so-called sheath portion in the vicinity of both electrodes 12 and 56, and is electrically good. It is represented as a circuit in which a resistance (hereinafter referred to as “plasma resistance”) R PR of a bulk plasma portion that can be regarded as a conductive conductor and a capacitor C PR of a sheath portion that can be regarded as a capacitor are connected in series.

ここで、プラズマ抵抗RPRの値は通常0.1Ω〜10Ωであり、シース・キャパシタCPRの値は通常50pF〜500pFであり、処理ガスの種類、ガス圧、RFパワー等に依存して変動する。 Here, the value of the plasma resistance R PR is usually 0.1Ω to 10Ω, and the value of the sheath capacitor C PR is usually 50 pF to 500 pF, and varies depending on the type of processing gas, gas pressure, RF power, and the like. To do.

チャンバ10内には、サセプタ12とその周囲の接地部材すなわち導電性筒状支持部16およびチャンバ10との間の浮遊容量つまりRF電極浮遊容量CFLも存在する。このRF電極浮遊容量CFLは、サセプタ12周りのハードウェア的な構造で決まり、通常100pF〜200pFのキャパシタンスを有する。さらに、給電棒32のインダクタンスL32も通常100nH以下の値で負荷回路に含まれる。 In the chamber 10, there is also a stray capacitance between the susceptor 12 and the surrounding ground member, that is, the conductive cylindrical support portion 16 and the chamber 10, that is, a RF electrode stray capacitance C FL . The RF electrode stray capacitance C FL is determined by a hardware structure around the susceptor 12 and usually has a capacitance of 100 pF to 200 pF. Further, the inductance L 32 of the feed bar 32 is also included in the load circuit in normal 100nH following values.

以下、プラズマ抵抗RPR、シース・キャパシタCPR、RF電極浮遊容量CFLおよび給電棒インダクタンスL32からなるインピーダンスをチャンバ内負荷インピーダンスZ10と称する。 Hereinafter, an impedance composed of the plasma resistance R PR , the sheath capacitor C PR , the RF electrode stray capacitance C FL and the feed rod inductance L 32 will be referred to as an in-chamber load impedance Z 10 .

図3に示すように、RFパワー分岐吸収部44は、マッチングユニット30(図1、図2)に収容される整合器34から見てプラズマPRと電気的に並列に接続可能となっている。RFパワー分岐吸収部44において、抵抗R70およびコンデンサC72は、それぞれリング形抵抗体70およびリング形誘電体72(図2)によって与えられ、直列RC回路のインピーダンスZ44を形成する。スイッチS72は、リング形誘電体72が上記第1の位置に在るときにオン状態になり、リング形誘電体72が上記第2の位置に在るときはオフ状態になる。 As shown in FIG. 3, the RF power branching / absorbing unit 44 can be electrically connected in parallel with the plasma PR when viewed from the matching unit 34 accommodated in the matching unit 30 (FIGS. 1 and 2). In the RF power branch absorber 44, the resistor R 70 and the capacitor C 72 are provided by the ring resistor 70 and the ring dielectric 72 (FIG. 2), respectively, and form the impedance Z 44 of the series RC circuit. Switch S 72 is turned on when the ring shaped dielectric 72 is in the first position, it turned off when the ring-shaped dielectric 72 is in the second position.

スイッチS72をオンにすると、チャンバ内負荷インピーダンスZ10とRFパワー分岐吸収部44のインピーダンスZ44とからなる合成負荷インピーダンスZ10/44が、整合器34から見える見掛け上の負荷インピーダンスになる。スイッチS72をオフにすると、RFパワー分岐吸収部44が高周波給電系統の負荷から離脱して、チャンバ内負荷インピーダンスZ10が整合器34から見える見掛け上かつ実質上の負荷インピーダンスになる。 When the switch S 72 is turned on, the combined load impedance Z 10/44 composed of the in-chamber load impedance Z 10 and the impedance Z 44 of the RF power branching absorption unit 44 becomes an apparent load impedance seen from the matching unit 34. Turning off the switch S 72, the RF power branching absorbing portion 44 disengaged from the load of the high-frequency power supply system, the chamber in the load impedance Z 10 is the load impedance apparent on and substantially visible from the matching unit 34.

なお、この高周波給電部において、給電棒32、サセプタ(下部電極)12、シャワーヘッド(上部電極)56等の抵抗成分は、通常数10mΩ以下であり、等価回路では無視できる。高周波電源28と整合器34とは50Ωの特性インピーダンスを有する電気ケーブル29で接続されている。   In this high-frequency power supply section, resistance components such as the power supply rod 32, the susceptor (lower electrode) 12, and the shower head (upper electrode) 56 are usually several tens mΩ or less and can be ignored in an equivalent circuit. The high frequency power supply 28 and the matching unit 34 are connected by an electric cable 29 having a characteristic impedance of 50Ω.

このプラズマエッチング装置において、RFパワー分岐吸収部44は、プラズマプロセスが行われる際に、プラズマPRの抵抗RPRあるいはシース・キャパシタCPRが大きく変動する場面で(特にプラズマ投入RFパワーの小さい場合に)有用であり、その第1の機能または役目は、高周波給電系統の負荷の中でプラズマPRと並列に接続されることによって、整合器34から見える見掛け上の負荷インピーダンスの変動を抑制してマッチング動作の安定化を図ることである。 In this plasma etching apparatus, the RF power branching / absorbing unit 44 is used when the resistance R PR of the plasma PR or the sheath capacitor C PR fluctuates greatly when the plasma process is performed (particularly when the plasma input RF power is small). The first function or role is useful in that it is connected in parallel with the plasma PR in the load of the high-frequency power supply system, thereby suppressing the fluctuation of the apparent load impedance seen from the matching unit 34 and matching. This is to stabilize the operation.

図4に、シース・キャパシタCPRのキャパシタンス(プラズマ・シース容量)を50pF〜500pFの範囲で変化させたときのチャンバ内負荷インピーダンスZ10のリアクタンス(虚数成分)X10の変化および合成負荷インピーダンスZ10/44のリアクタンス(虚数成分)X10/44の変化をそれぞれ点線および実線で示す。ただし、チャンバ内負荷においてRF電極浮遊容量CFL=150pF、給電棒インダクタンス成分L32=90nH、RFパワー分岐吸収部44においてコンデンサC72=400pF、抵抗R70=1Ωとしている。また、プラズマ抵抗RPRを1Ω(一定)と仮定している。 4, a sheath capacitor C PR capacitance change and combined load reactance (imaginary component) X 10 of the chamber in the load impedance Z 10 when the (plasma sheath capacitance) was changed in the range of 50pF~500pF impedance Z The change of 10/44 reactance (imaginary component) X 10/44 is indicated by a dotted line and a solid line, respectively. However, the RF electrode stray capacitance C FL = 150 pF, the feed rod inductance component L 32 = 90 nH in the chamber load, the capacitor C 72 = 400 pF, and the resistance R 70 = 1Ω in the RF power branching absorber 44. The plasma resistance R PR is assumed to be 1Ω (constant).

図4に示すように、CPR=50pF〜500pFの変化に対して、チャンバ内負荷インピーダンスZ10のリアクタンスX10は約−51Ω〜約−11Ωの大きな幅で変化するのに対して、合成負荷インピーダンスZ10/44のリアクタンスX10/44は約−18Ω〜−7Ωの小さな幅で変化する。このように、RFパワー分岐吸収部44を高周波給電系統の負荷に加えることによって、整合器34から見える見掛け上の負荷リアクタンスの変動幅を約1/4に低減する効果が得られる。 As shown in FIG. 4, with respect to the change in C PR = 50pF~500pF, the reactance X 10 of the chamber in the load impedance Z 10 relative to changes in the large width of about -51Ω~ about -11Omu, combined load The reactance X 10/44 of the impedance Z 10/44 varies with a small width of about −18Ω to −7Ω. In this way, by adding the RF power branch absorption unit 44 to the load of the high-frequency power feeding system, an effect of reducing the apparent load reactance fluctuation range seen from the matching unit 34 to about ¼ can be obtained.

図5に、プラズマ抵抗RPRの抵抗値(プラズマ・レジスタンス)を0.5Ω〜5Ωの範囲で変化させたときのチャンバ内負荷インピーダンスZ10のレジスタンス(実数成分)R10の変化および合成負荷インピーダンスZ10/44のレジスタンス(実数成分)R10/44の変化をそれぞれ点線および実線で示す。ただし、上記と同様に、チャンバ内負荷においてRF電極浮遊容量CFL=150pF、給電棒インダクタンスL32=90nH、RFパワー分岐吸収部44においてコンデンサC72=400pF、抵抗R70=1Ωとしている。また、シース・キャパシタCPRの容量を100pF(一定)と仮定している。 5, the chamber changes and combined load impedance of the resistance (real component) R 10 of the load impedance Z 10 when the resistance value of the plasma resistance R PR (the plasma resistance) varied from 0.5Ω~5Ω The change of the resistance (real number component) R 10/44 of Z 10/44 is shown by a dotted line and a solid line, respectively. However, in the same manner as described above, the RF electrode stray capacitance C FL = 150 pF, the feed rod inductance L 32 = 90 nH at the in-chamber load, the capacitor C 72 = 400 pF, and the resistance R 70 = 1Ω at the RF power branch absorber 44. Also, it is assumed the volume of the sheath capacitor C PR and 100 pF (constant).

図5に示すように、RPR=0.5Ω〜5Ωの変化に対して、チャンバ内負荷インピーダンスZ10のレジスタンスR10は約0.07Ω〜約−0.8Ωの大きな幅で変化するのに対して、合成負荷インピーダンスZ10/44のレジスタンスR10/44は約−0.34Ω〜−0.48Ωの小さな幅で変化する。このように、RFパワー分岐吸収部44を高周波給電系統の負荷に加えることによって、整合器34から見える見掛け上の負荷レジスタンスの変動幅を約1/5に低減する効果が得られる。 As shown in FIG. 5, the resistance R 10 of the in-chamber load impedance Z 10 varies in a large range of about 0.07Ω to about −0.8Ω for a change of R PR = 0.5Ω to 5Ω. In contrast, the resistance R 10/44 of the combined load impedance Z 10/44 varies with a small width of about −0.34Ω to −0.48Ω. In this manner, by adding the RF power branching absorption unit 44 to the load of the high-frequency power feeding system, an effect of reducing the apparent load resistance fluctuation range seen from the matching unit 34 to about 1/5 can be obtained.

一般に、プラズマ投入RFパワーの低いプロセスでは、プラズマのインピーダンスが高いうえ、大きく変動しやすく、特にプラズマ着火直後は不安定に大きく変動する。整合器34から見える負荷リアクタンスあるいは負荷レジスタンスの変動が大きくて、整合器34がそれに追従できなくなると、整合器34の入口でRFパワーが反射され、そのぶんプラズマPRにはRFパワーがスムースに入り難くなってプラズマプロセスが不安定になる。また、RFパワーの反射が一定の限度を超えると、高周波電源28側で保護機能が働いてRF出力を下げ、または止めることもあり、それによってプラズマプロセスが不所望に中断する。   In general, in a process with low plasma input RF power, the plasma impedance is high and easily fluctuates. In particular, immediately after plasma ignition, it fluctuates unstably. When the fluctuation of the load reactance or the load resistance visible from the matching unit 34 is large and the matching unit 34 cannot follow it, the RF power is reflected at the entrance of the matching unit 34, and the RF power enters the plasma PR smoothly. It becomes difficult and the plasma process becomes unstable. Further, when the reflection of RF power exceeds a certain limit, a protection function works on the high frequency power supply 28 side to lower or stop the RF output, thereby undesirably interrupting the plasma process.

しかるに、この実施形態では、RFパワー分岐吸収部44を高周給電系統の負荷に加え、負荷に供給されるRFパワーの一部または大部分をRFパワー分岐吸収部44に吸収させることによって、上記のように整合器34から見える見掛け上の負荷インピーダンスの変動幅を大幅に低減することが可能であり、これにより整合器34が追従しやすくなって、RFパワーの反射が少なくなり、プラズマPRにはRFパワーがスムースに供給され、プラズマプロセスが安定化する。また、RFパワーの反射が少ないので、高周波電源28のRF出力動作も安定化する。   However, in this embodiment, the RF power branch absorption unit 44 is added to the load of the high-frequency power feeding system, and the RF power branch absorption unit 44 absorbs a part or most of the RF power supplied to the load. Thus, the fluctuation range of the apparent load impedance that can be seen from the matching unit 34 can be significantly reduced. This makes it easier for the matching unit 34 to follow, and the reflection of the RF power is reduced. RF power is supplied smoothly and the plasma process is stabilized. Further, since the reflection of the RF power is small, the RF output operation of the high frequency power supply 28 is also stabilized.

このように、プラズマPRのインピーダンス(RPR,CPR)が大きく変動しても、その手前でRFパワーを吸収するRFパワー分岐吸収部44の存在により、プラズマPR側のインピーダンス変動が後方に隠れ、整合器34から見える見掛け上の負荷インピーダンスZ10/44は大して変動しない。これによって、整合器34はハンチングを起こさずにマッチング動作を安定かつスムースに行うことができる。 In this way, even if the impedance (R PR , C PR ) of the plasma PR fluctuates greatly, the impedance fluctuation on the plasma PR side is hidden behind due to the presence of the RF power branching absorption unit 44 that absorbs the RF power before that. The apparent load impedance Z 10/44 visible from the matching unit 34 does not vary much. Thereby, the matching unit 34 can perform the matching operation stably and smoothly without causing hunting.

さらに、RFパワー分岐吸収部44を備え付けることにより、以下に示すように、プラズマ投入RFパワーが小さい場合でも高周波電源のRF出力特性のばらつきを補償してプラズマプロセスの再現性を向上させる効果も得られる。   Further, by providing the RF power branching absorption section 44, as shown below, even when the plasma input RF power is small, the effect of improving the reproducibility of the plasma process by compensating for the variation in the RF output characteristics of the high frequency power source is also obtained. It is done.

図6に、図1のプラズマエッチング装置用の高周波電源28として使用可能な2台の高周波電源A,BのRF出力特性の一例を示す。図6の(a)に示すように、0V〜2000Wのマクロなレンジで見ると、高周波電源A,BのRF出力特性はいずれも原点(0,0)を通る傾き45度の理想特性であるように見える。しかし、図6の(b)に示すように、0V〜100Wの低パワー領域を拡大して見ると、高周波電源A,BのRF出力特性は理想特性から+側にそれぞれ約12W、約5Wもずれていることがわかる。   FIG. 6 shows an example of RF output characteristics of two high frequency power supplies A and B that can be used as the high frequency power supply 28 for the plasma etching apparatus of FIG. As shown in FIG. 6A, when viewed in a macro range of 0 V to 2000 W, the RF output characteristics of the high frequency power supplies A and B are both ideal characteristics with an inclination of 45 degrees passing through the origin (0, 0). looks like. However, as shown in FIG. 6B, when the low power region of 0 V to 100 W is enlarged, the RF output characteristics of the high frequency power supplies A and B are about 12 W and about 5 W on the positive side from the ideal characteristics, respectively. You can see that it is shifted.

図1のプラズマエッチング装置において、RFパワー分岐吸収部44を省き、上記高周波電源A,Bをそれぞれ個別に高周波電源28に用いる装置構成を考える。かかる装置構成つまり従来型の装置構成において、たとえば50W近傍の低いRFパワー設定値でプラズマプロセスを行うとすると、両高周波電源A,BのRF出力特性に上記のようなばらつきがあるために、図7Aに示すように、実際にプラズマに投入されるRFパワーが、高周波電源Aを用いる従来型の装置構成では約52Wであるのに対して、高周波電源Bを用いる従来型の装置構成では約46Wであり、約13%の機差が生じる。プラズマ投入RFパワーの機差がこの程度の大きさになると、プロセスの再現性に影響が出る。なお、図7Aのシミュレーションでは、電源出力の設定値を40Wとしている。   In the plasma etching apparatus of FIG. 1, an apparatus configuration in which the RF power branch absorption unit 44 is omitted and the high frequency power supplies A and B are individually used for the high frequency power supply 28 is considered. In such a device configuration, that is, a conventional device configuration, if the plasma process is performed with a low RF power setting value near 50 W, for example, the RF output characteristics of both the high-frequency power supplies A and B have the above-described variations. As shown in FIG. 7A, the RF power actually applied to the plasma is about 52 W in the conventional apparatus configuration using the high-frequency power source A, whereas it is about 46 W in the conventional apparatus configuration using the high-frequency power source B. And a machine difference of about 13% occurs. When the difference in the RF power applied to the plasma becomes this large, the process reproducibility is affected. In the simulation of FIG. 7A, the set value of the power output is 40W.

これに対して、RFパワー分岐吸収部44を有する図1のプラズマエッチング装置で上記高周波電源A,Bをそれぞれ個別に高周波電源28に用いる構成(実施形態の装置構成)において、上記と同じレシピ(RFパワー設定値=50W)のプラズマプロセスを行うと、図7Bに示すように、高周波電源A,Bをそれぞれ用いる装置のいずれも実際にプラズマに投入されるRFパワーは50W近辺であり、機差を約0.6%まで低減することができる。なお、図7Bのシミュレーションは、電源出力の設定値を610Wとしている。   On the other hand, in the configuration (apparatus configuration of the embodiment) in which the high frequency power sources A and B are individually used for the high frequency power source 28 in the plasma etching apparatus of FIG. When the plasma process of RF power set value = 50 W) is performed, as shown in FIG. 7B, the RF power actually applied to the plasma in each of the apparatuses using the high-frequency power sources A and B is around 50 W. Can be reduced to about 0.6%. In the simulation of FIG. 7B, the set value of the power supply output is set to 610W.

このように、実施形態の装置構成では、プラズマに50WのRFパワーを投入するために、高周波電源28(A,B)に610WのRFパワーを出力させ、その差分(560W)の大部分(約90%)をRFパワー分岐吸収部44に吸収させるようにしている。   As described above, in the apparatus configuration of the embodiment, in order to input the RF power of 50 W to the plasma, the RF power 28 (A, B) outputs the RF power of 610 W, and most of the difference (about 560 W) (about 90%) is absorbed by the RF power branching absorption unit 44.

図8に、RFパワー分岐吸収部44においてコンデンサC72のキャパシタンス(静電容量)とRFパワー吸収率との関係(特性)を示す。なお、抵抗R70=1Ωとしている。図示のように、C72=25pF〜1000pFの範囲で略対数関数の特性を示し、200pFで約75%、300pFで約85%、500pFで約92%、600pFで約96%であり、800pFで約100%に飽和する。上記のようにRFパワー分岐吸収部44にRFパワーをたくさん吸収させるほど、マッチング動作の安定化およびプラズマ投入RFパワーの機差低減の効果が大きくなるが、プラズマPRに対する正味のRFパワー投入効率が低下する。 FIG. 8 shows a relationship (characteristic) between the capacitance (capacitance) of the capacitor C 72 and the RF power absorption rate in the RF power branching absorption unit 44. Note that the resistance R 70 = 1Ω. As shown in the figure, the characteristic of the logarithmic function is shown in the range of C 72 = 25 pF to 1000 pF, about 75% at 200 pF, about 85% at 300 pF, about 92% at 500 pF, about 96% at 600 pF, and about 96% at 800 pF. Saturates to about 100%. As described above, the more RF power is absorbed by the RF power branching / absorbing unit 44, the greater the effect of stabilizing the matching operation and reducing the mechanical difference of the plasma input RF power. However, the net RF power input efficiency with respect to the plasma PR increases. descend.

すなわち、コンデンサC72のキャパシタンスが小さいとRFパワー分岐吸収部におけるRFパワー吸収率が小さく、コンデンサC72のキャパシタンスが大きいと今度はチャンバ10に対する投入効率が悪化する。 That is, if the capacitance of the capacitor C 72 is small, the RF power absorption rate in the RF power branching absorption unit is small, and if the capacitance of the capacitor C 72 is large, the charging efficiency to the chamber 10 is deteriorated.

RFパワー吸収率を考えれば、コンデンサC72のキャパシタンスは、シースキャパシタCPR(50〜500pF)の2倍に相当する100〜1000pFのうち、RF電極浮遊容量CFL(最大約200pF)より大きい200〜1000pFが好ましい。さらに、チャンバ10に対するRFパワーの投入効率を考えて、コンデンサC72のキャパシタンスは、300pF〜500pFが最も好ましいといえる。 Considering the RF power absorption rate, the capacitance of the capacitor C 72 is 200 larger than the RF electrode stray capacitance C FL (about 200 pF at maximum) out of 100 to 1000 pF corresponding to twice the sheath capacitor C PR (50 to 500 pF). ˜1000 pF is preferred. Furthermore, considering the RF power input efficiency to the chamber 10, the capacitance of the capacitor C 72 is most preferably 300 pF to 500 pF.

上記のように、RFパワー分岐吸収部44を備え付けることにより、RFパワーの小さいプラズマプロセスにおいて、プラズマPRに投入される正味のRFパワーよりも多くのRFパワーを使用ないし消費することにはなるが、整合器34のマッチング動作あるいは高周波電源28のRF出力を安定化させて、同一レシピのプラズマプロセスを実施する複数のプラズマエッチング装置間の機差(ばらつき)を低減することが可能であり、これによってプラズマプロセスの再現性・信頼性を大きく向上させることができる。   As described above, the provision of the RF power branching / absorbing unit 44 uses or consumes more RF power than the net RF power input to the plasma PR in the plasma process with low RF power. It is possible to stabilize the matching operation of the matching unit 34 or the RF output of the high frequency power supply 28 to reduce the machine difference (variation) between a plurality of plasma etching apparatuses that perform the plasma process of the same recipe. This can greatly improve the reproducibility and reliability of the plasma process.

なお、RFパワー分岐吸収部44で消費される正味の電力つまり実効電力は、抵抗R70の抵抗値に依存する。RFパワー分岐吸収部44のインピーダンスZ44はコンデンサC72のリアクタンスが支配的であり、RFパワー分岐吸収部44を流れる分岐電流はコンデンサC72のキャパシタンスに依存する。したがって、抵抗R70の抵抗値が高いほどRFパワー分岐吸収部44の消費電力は多くなり、抵抗R70の抵抗値が低いほどRFパワー分岐吸収部44の消費電力は少なくなる。もっとも、抵抗R70の抵抗値が極度に低いと、合成負荷インピーダンスZ10/44のレジスタンスR10/44が小さくなりすぎて、高周波給電部の負荷へのRFパワー伝送効率が顕著にかつ不定に低下し、プラズマプロセスが不安定になる。したがって、抵抗R70の抵抗値が低すぎるのは良くなく、最適な値に選定されてよい。 Incidentally, the net power, i.e. the effective power consumed by the RF power branching absorbing portion 44 is dependent on the resistance value of the resistor R 70. The impedance Z 44 of the RF power branch absorber 44 is dominated by the reactance of the capacitor C 72 , and the branch current flowing through the RF power branch absorber 44 depends on the capacitance of the capacitor C 72 . Therefore, the higher the resistance value of the resistor R 70, the higher the power consumption of the RF power branch absorbing unit 44, and the lower the resistance value of the resistor R 70 , the lower the power consumption of the RF power branch absorbing unit 44. However, if the resistance value of the resistor R 70 is extremely low, the resistance R 10/44 of the combined load impedance Z 10/44 becomes too small, and the RF power transmission efficiency to the load of the high-frequency power feeding section becomes remarkably and indefinite. And the plasma process becomes unstable. Therefore, it is not good that the resistance value of the resistor R 70 is too low, and an optimum value may be selected.

この実施形態では、RFパワー分岐吸収部44の抵抗R70が固定抵抗であり、その抵抗値を任意に可変することができない。したがって、抵抗R70の抵抗値は、RFパワーの消費効率と伝送効率とを両立させる観点から、プラズマ負荷抵抗と同じ0.1Ω〜10Ωの範囲内で選定されるのが好ましい。 In this embodiment, the resistor R 70 of the RF power branching absorber 44 is a fixed resistor, and the resistance value cannot be arbitrarily varied. Therefore, the resistance value of the resistor R 70 is preferably selected within the range of 0.1Ω to 10Ω, which is the same as the plasma load resistance, from the viewpoint of achieving both RF power consumption efficiency and transmission efficiency.

また、プロセスレシピで指定されるRFパワーが決して低くはないときは、たとえば100W以上であるときは、スイッチS72をオフ(開)状態にしてRFパワー分岐吸収部44をプラズマ負荷回路から電気的に取り外しておくのが好ましい。 Further, when the RF power specified in the process recipe is never low, for example, when the power is 100 W or more, the switch S 72 is turned off (opened) to electrically connect the RF power branch absorption unit 44 from the plasma load circuit. It is preferable to remove it.

上述した第1の実施例は、高周波給電部において給電棒32の途中にRFパワー分岐吸収部44を取り付けるものであった。しかしながら、第2の実施例として、図9に示すように、マッチングユニット30の中に整合器34と一緒に上記RFパワー分岐吸収部44と同様の機能を有するRFパワー分岐吸収部74を組み込むことも可能であり、この場合も等価回路は上記第1実施例のもの(図3)と同じになる。   In the first embodiment described above, the RF power branching absorption part 44 is attached in the middle of the power feeding rod 32 in the high frequency power feeding part. However, as a second embodiment, as shown in FIG. 9, an RF power branch absorption unit 74 having the same function as the RF power branch absorption unit 44 is incorporated in the matching unit 30 together with the matching unit 34. In this case, the equivalent circuit is the same as that of the first embodiment (FIG. 3).

図9の高周波給電部において、高周波電源28は、一定周波数の正弦波を発振出力する発振器76と、この発振器76より出力された高周波のパワーを制御部68の制御により可変の増幅率で増幅するパワーアンプ78とを備えている。   9, the high frequency power supply 28 amplifies an oscillator 76 that oscillates and outputs a sine wave having a constant frequency, and amplifies the high frequency power output from the oscillator 76 with a variable amplification factor under the control of the control unit 68. And a power amplifier 78.

整合器34は、少なくとも1つの可変リアクタンス素子を含む整合回路80と、この整合回路80の各可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを個別に可変制御するためのコントローラ82と、整合回路80を含めた負荷インピーダンスを測定する機能を有するRFセンサ84とを有している。   The matching unit 34 includes a matching circuit 80 including at least one variable reactance element, a controller 82 for variably controlling the impedance position of each variable reactance element of the matching circuit 80, and a load including the matching circuit 80. And an RF sensor 84 having a function of measuring impedance.

図示の例では、整合回路80が2つの可変コンデンサC1,C2と1つのインダクタンスコイルL1とからなるT形回路として構成され、コントローラ82がステップモータ86,88を通じて可変コンデンサC1,C2のインピーダンス・ポジションを可変制御するようになっている。RFセンサ84は、その位置から見た負荷側のインピーダンスあるいは反射波のパワーを測定する。コントローラ82は、制御部68から各種の設定値やコマンドを受け取るとともに、RFセンサ84の出力信号を受け取り、負荷インピーダンス測定値が整合インピーダンス(50Ω)になるように、あるいは反射波パワーの測定値が最小になるように、ステップモータ86,88を通じて可変コンデンサC1,C2のインピーダンス・ポジションを可変制御する。 In the illustrated example, the matching circuit 80 is configured as a T-shaped circuit including two variable capacitors C 1 and C 2 and one inductance coil L 1, and the controller 82 passes through the step motors 86 and 88 and the variable capacitors C 1 and C are connected. The impedance position of 2 is variably controlled. The RF sensor 84 measures the load-side impedance or reflected wave power viewed from the position. The controller 82 receives various setting values and commands from the control unit 68 and also receives the output signal of the RF sensor 84 so that the load impedance measurement value becomes the matching impedance (50Ω), or the reflected wave power measurement value is The impedance positions of the variable capacitors C 1 and C 2 are variably controlled through the step motors 86 and 88 so as to be minimized.

この実施例では、マッチングユニット30内に整合器34と一緒にRFパワー分岐吸収部74を収容している。このRFパワー分岐吸収部74は、整合器34の出力端子またはノードNとマッチングユニット30内の接地部材(図示せず)との間に直列に接続された固定抵抗器R74、固定コンデンサC74およびスイッチS74を有している。 In this embodiment, an RF power branch absorption unit 74 is accommodated in the matching unit 30 together with the matching unit 34. The RF power branch absorption unit 74 includes a fixed resistor R 74 and a fixed capacitor C 74 connected in series between the output terminal or node N of the matching unit 34 and a ground member (not shown) in the matching unit 30. and a switch S 74.

固定抵抗器R74は、上記した第1実施例の固定抵抗器R70と同様に、好ましくは高周波特性の優れた固定抵抗器であり、その抵抗値は好ましくは0.1Ω〜10Ωの範囲内に選ばれてよい。固定コンデンサC74は、たとえばセラミックコンデンサからなり、そのキャパシタンスは好ましくは200pF〜1000pFの範囲内に選ばれてよく、最も好ましくは300pF〜500pFに選ばれてよい。スイッチS74は、制御部68の制御の下でオン/オフ可能な電子式または電動式のスイッチからなり、たとえばリレースイッチでよい。高周波電源28より出力される高周波は、スイッチS74がオフ状態のときはRFパワー分岐吸収部74を素通りしてプラズマPR側へ伝送され、スイッチS74がオン状態のときはノードNで二手に分かれ、一部がRFパワー分岐吸収部74に分岐して吸収され、残りがチャンバ10内のプラズマPR側へ送られるようになっている。 The fixed resistor R 74 is preferably a fixed resistor having excellent high-frequency characteristics, like the fixed resistor R 70 of the first embodiment described above, and its resistance value is preferably in the range of 0.1Ω to 10Ω. May be chosen. The fixed capacitor C 74 is made of, for example, a ceramic capacitor, and the capacitance thereof may preferably be selected within the range of 200 pF to 1000 pF, and most preferably 300 pF to 500 pF. The switch S74 is an electronic or electric switch that can be turned on / off under the control of the control unit 68, and may be a relay switch, for example. The high frequency output from the high frequency power supply 28 is transmitted to the plasma PR side through the RF power branching absorption unit 74 when the switch S74 is in the off state, and secondarily at the node N when the switch S74 is in the on state. Divided, a part branches to the RF power branch absorption part 74 and is absorbed, and the rest is sent to the plasma PR side in the chamber 10.

さらに、この実施例では、固定抵抗器R74の温度特性を良くするために、固定抵抗器R74の温度を一定に保つ温調器90を設ける。この温調器90は、たとえば固定抵抗器R74と熱的に結合された水冷式あるいは空冷式の冷却器からなり、スイッチS74をオン状態に保持する期間つまり固定抵抗器R74を通電させる期間中だけ作動するように制御部68により制御されてよい。 Further, in this embodiment, in order to improve the temperature characteristics of the fixed resistors R 74, provided temperature controller 90 to maintain the temperature of the fixed resistor R 74 constant. The temperature controller 90 is, for example, a fixed resistor R 74 and thermally coupled water-cooled or air-cooled condenser, energizing period clogging fixed resistor R 74 to hold the switch S 74 to the ON state It may be controlled by the control unit 68 so as to operate only during the period.

この実施例においても、マッチングユニット30内にRFパワー分岐吸収部74を備え付けているので、プロセスレシピで非常に低いRFパワーが設定された場合は、制御部68の制御の下でスイッチS74をオン状態にして、RFパワー分岐吸収部74を負荷の一部に加えてよい。これによって、上述した第1実施例と同様に、プラズマPRのインピーダンスが大きく変動しても整合器34がマッチング動作を安定に行えるとともに、同一レシピのプラズマプロセスを実施する同一機種の複数のプラズマエッチング装置間でプラズマ投入RFパワー量の機差(ばらつき)を低減し、プラズマプロセスの再現性・信頼性を改善することができる。 Also in this embodiment, since the RF power branch absorption unit 74 is provided in the matching unit 30, the switch S 74 is controlled under the control of the control unit 68 when a very low RF power is set in the process recipe. The RF power branch absorber 74 may be added to a part of the load in the on state. As a result, as in the first embodiment described above, the matching unit 34 can stably perform the matching operation even when the impedance of the plasma PR fluctuates greatly, and a plurality of plasma etchings of the same model that performs the plasma process of the same recipe. It is possible to reduce the machine difference (variation) in the plasma input RF power amount between apparatuses and improve the reproducibility and reliability of the plasma process.

さらに、この実施例においては、温調器90によってRFパワー分岐吸収部74の固定抵抗器R74を一定温度に保つことができるので、自己発熱あるいは周囲温度の影響を極力少なくしてその温度特性を良くし、合成負荷インピーダンスのレジスタンスやプラズマ投入RFパワーの精度を向上させることができる。 Further, the temperature characteristic in this embodiment, since the fixed resistor R 74 of the RF power branching absorbing portion 74 by temperature controller 90 can be kept at a constant temperature, and minimize the effect of self-heating or ambient temperature It is possible to improve the resistance of the combined load impedance and the accuracy of the plasma input RF power.

図10に、第3の実施例による高周波給電部の構成を示す。この第3の実施例は、マッチングユニット30内にインピーダンス可変型のRFパワー分岐吸収部92を備え付けることと、RFパワー測定用のセンサ94あるいはプラズマインピーダンス測定用のRFセンサ96を設ける構成を特徴とする。その他の部分は、上述した第2の実施例と同じである。   FIG. 10 shows the configuration of the high-frequency power feeding unit according to the third embodiment. The third embodiment is characterized in that the matching unit 30 is provided with a variable impedance type RF power branching and absorbing section 92, and an RF power measurement sensor 94 or a plasma impedance measurement RF sensor 96 is provided. To do. Other parts are the same as those of the second embodiment described above.

インピーダンス可変型のRFパワー分岐吸収部92は、整合器34の出力端子とマッチングユニット30内の接地部材(図示せず)との間に直列に接続された可変抵抗器R92、可変コンデンサC92およびスイッチS92を有している。 The variable impedance type RF power branch absorption unit 92 includes a variable resistor R 92 and a variable capacitor C 92 connected in series between the output terminal of the matching unit 34 and a ground member (not shown) in the matching unit 30. And a switch S92 .

可変抵抗器R92は、制御部68の制御の下でステップモータ98の駆動により好ましくは0.1Ω〜10Ωを含む範囲内で抵抗値を連続的に可変できるようになっている。可変コンデンサC92は、制御部68の制御の下でステップモータ100の駆動により好ましくは200pF〜1000pF(300pF〜500pF)を含む範囲内でキャパシタンスを連続的に可変できるようになっている。スイッチS92は、制御部68の制御の下でオン/オフするようになっている。 The variable resistor R 92 can continuously vary the resistance value within the range including 0.1Ω to 10Ω by driving the step motor 98 under the control of the control unit 68. The variable capacitor C 92 can continuously vary the capacitance within the range including 200 pF to 1000 pF (300 pF to 500 pF) by driving the step motor 100 under the control of the control unit 68. The switch S 92 is turned on / off under the control of the control unit 68.

RFパワー測定用センサ94は、たとえば電圧センサおよび演算回路を有し、ノードNの電圧を測定して、その電圧測定値とRFパワー分岐吸収部92のインピーダンス(既定値)とからRFパワー分岐吸収部92に吸収されるRFパワーの測定値を演算し、その演算結果を制御部68に与える。RFパワー測定用センサ94は、いわゆるVIプローブと呼ばれる市販のパワーセンサを用いて、実際にプラズマPRへ投入されているRFパワーを直接モニタすることも可能である。   The RF power measurement sensor 94 includes, for example, a voltage sensor and an arithmetic circuit, measures the voltage at the node N, and absorbs RF power branching from the voltage measurement value and the impedance (predetermined value) of the RF power branching absorption unit 92. The measured value of the RF power absorbed by the unit 92 is calculated, and the calculation result is given to the control unit 68. The RF power measurement sensor 94 can directly monitor the RF power actually supplied to the plasma PR using a commercially available power sensor called a so-called VI probe.

制御部68は、RFパワー測定用センサ94からの測定値情報に基づいて、RFパワー分岐吸収部92に吸収されるRFパワーをモニタすることができるとともに、高周波電源28に出力させているRFパワーからRFパワー分岐吸収部92に吸収されているRFパワーを差し引くことでプラズマPRへ投入されているRFパワーをモニタすることも可能であり、さらには高周波電源28のRF出力を可変し、あるいは可変抵抗器R92の抵抗値および/または可変コンデンサC92のキャパシタンスを可変してもよい。 The control unit 68 can monitor the RF power absorbed by the RF power branch absorption unit 92 based on the measurement value information from the RF power measurement sensor 94 and also outputs the RF power to the high frequency power supply 28. It is also possible to monitor the RF power input to the plasma PR by subtracting the RF power absorbed by the RF power branching absorption unit 92 from the RF power, and further, the RF output of the high frequency power supply 28 can be changed or changed. The resistance value of the resistor R 92 and / or the capacitance of the variable capacitor C 92 may be varied.

RFセンサ96は、その位置から見たチャンバ内負荷のインピーダンスを測定する。制御部68は、RFセンサ96からのチャンバ内負荷インピーダンス情報を基に、たとえばRFパワー分岐吸収部92の接続(オン)/分離(オフ)を切り替えてよく、さらには高周波電源28のRF出力を可変し、あるいは可変抵抗器R92の抵抗値および/または可変コンデンサC92のキャパシタンスを可変してもよい。 The RF sensor 96 measures the impedance of the load in the chamber viewed from the position. The control unit 68 may switch, for example, connection (on) / separation (off) of the RF power branch absorption unit 92 based on the in-chamber load impedance information from the RF sensor 96, and further, the RF output of the high frequency power supply 28 may be switched. The resistance value of the variable resistor R 92 and / or the capacitance of the variable capacitor C 92 may be varied.

第4の実施例として、上記インピーダンス可変型のRFパワー分岐吸収部92の代わりに、マッチングユニット30内で整合器34(図示せず)の出力端子またはノードNと接地部材(図示せず)との間に、図11に示すように、固定抵抗R(i)、固定コンデンサC(i)およびスイッチS(i)からなるRFパワー分岐吸収直列回路RCS(i)を並列にn個(i=1〜n)接続するRFパワー分岐吸収並列回路網102を設ける構成も可能である。 As a fourth embodiment, instead of the impedance variable RF power branching and absorbing unit 92, an output terminal or node N of a matching unit 34 (not shown) and a grounding member (not shown) in the matching unit 30 between, as shown in FIG. 11, the fixed resistance R (i), a fixed capacitor C (i) and the switch S (i) n pieces in parallel RF power branching absorption series circuit RCS (i) consisting of (i = 1 to n) A configuration in which an RF power branching absorption parallel network 102 to be connected is provided is also possible.

このRFパワー分岐吸収並列回路網102においては、n個のスイッチS(1),S(2),・・,S(n)のオン/オフ状態を選択することにより、この回路網102の合成インピーダンスを2n−1通りに選ぶことができる。 In this RF power branching absorption parallel network 102, by selecting the on / off state of n switches S (1) , S (2) ,. The impedance can be selected in 2 n −1 ways.

図12に、別の変形例を示す。このRFパワー分岐吸収並列回路網104は、1つの固定コンデンサC(0)に対して互いに並列なn個の固定抵抗R(i)〜R(n)を選択スイッチS(i)〜S(n)を介して選択的に接続可能としている。スイッチS(0)は、高周波伝送路の負荷の一部としてこのRFパワー分岐吸収並列回路網104の使用/不使用を選択するために用いられる。 FIG. 12 shows another modification. This RF power branching absorption parallel network 104 selects n fixed resistors R (i) to R (n) parallel to one fixed capacitor C (0 ) and selects switches S (i) to S (n ) Can be connected selectively. The switch S (0) is used to select use / non-use of the RF power branching absorption parallel network 104 as a part of the load of the high-frequency transmission line.

さらに、別の変形例として、図12の固定コンデンサC(0)とn個の固定抵抗R(i)〜R(n)とを置き換える構成、つまり図示省略するが1個の固定抵抗R(0)とn個の固定コンデンサC(i)〜C(n)とからなるRFパワー分岐吸収並列回路網104の構成も可能である。 Furthermore, as another modification, a configuration in which the fixed capacitor C (0) and n fixed resistors R (i) to R (n) in FIG. 12 are replaced, that is, although not shown, one fixed resistor R (0 ) And n fixed capacitors C (i) to C (n) may be configured as an RF power branching absorption parallel network 104.

図13および図14に、下部RF2周波印加方式を採る容量結合型プラズマエッチング装置に本発明を適用した実施例を示す。図中、上述したプラズマエッチング装置(図1〜図12)のものと同様の構成および機能を有する部分には同一の参照符号を附している。   FIG. 13 and FIG. 14 show an embodiment in which the present invention is applied to a capacitively coupled plasma etching apparatus adopting a lower RF two-frequency application method. In the drawing, parts having the same configuration and function as those of the above-described plasma etching apparatus (FIGS. 1 to 12) are denoted by the same reference numerals.

このプラズマエッチング装置は、プラズマ生成により適した比較的高い周波数たとえば60MHzの第1高周波HFを出力する第1の高周波電源106Hと、プラズマからサセプタ12上の半導体ウエハWへのイオンの引き込みに適した比較的低い周波数たとえば3.2MHzの第2高周波LFを出力する第2の高周波電源106Lとを備えており、両高周波電源106H,106Lよりそれぞれ出力される第1および第2高周波HF,LFをマッチングユニット30および給電棒32を介してサセプタ12に印加するようにしている。   This plasma etching apparatus is suitable for a first high frequency power supply 106H that outputs a first high frequency HF of a relatively high frequency, for example, 60 MHz, suitable for plasma generation, and for drawing ions from the plasma into the semiconductor wafer W on the susceptor 12. And a second high-frequency power source 106L that outputs a second high-frequency LF of a relatively low frequency, for example, 3.2 MHz, and the first and second high-frequency HF and LF output from both the high-frequency power sources 106H and 106L, respectively. The voltage is applied to the susceptor 12 via the unit 30 and the power feed rod 32.

このプラズマエッチング装置においても、図13に示すように、給電棒32の途中に第1の実施例と同様のRFパワー分岐吸収部44を取り付けることができる。あるいは、図14に示すように、マッチングユニット30内にたとえば第2実施例と同様のRFパワー分岐吸収部74H,74Lを組み込むことも可能である。   Also in this plasma etching apparatus, as shown in FIG. 13, the same RF power branch absorption part 44 as that of the first embodiment can be attached in the middle of the power feed rod 32. Alternatively, as shown in FIG. 14, for example, RF power branching absorbers 74 </ b> H and 74 </ b> L similar to those in the second embodiment can be incorporated in the matching unit 30.

図14の構成例において、プラズマ生成用の第1高周波電源106Hの出力端子は、第1整合器34Hおよび第1RFパワー分岐吸収部74Hを介して給電棒32に接続される。イオン引き込み制御用の第2高周波電源106Lの出力端子は、第2整合器34Lおよび第2RFパワー分岐吸収部74Lを介して給電棒32に接続される。第1および第2整合器34H、34Lは、上記した整合器34(図9、図10)と同様の構成・機能を有するものでよい。   In the configuration example of FIG. 14, the output terminal of the first high-frequency power source 106H for plasma generation is connected to the power feed rod 32 via the first matching unit 34H and the first RF power branching absorption unit 74H. The output terminal of the second high-frequency power source 106L for controlling the ion attraction is connected to the power feed rod 32 via the second matching unit 34L and the second RF power branch absorption unit 74L. The first and second matching units 34H and 34L may have the same configuration and function as the matching unit 34 (FIGS. 9 and 10) described above.

上述したように、本発明において、適度なインピーダンスを有するRFパワー分岐吸収部をチャンバ内負荷に対して並列に挿入接続する技術は、ポリシリコンや銅等の軟らかい膜のエッチングのようなプラズマ投入RFパワーの低いプラズマプロセスで大なる作用効果を発揮する。   As described above, in the present invention, a technique for inserting and connecting an RF power branching absorption section having an appropriate impedance in parallel with a load in the chamber is a plasma input RF such as etching of a soft film such as polysilicon or copper. Great effect in low power plasma process.

ところが、同一のプラズマエッチング装置において、そのような低RFパワー領域を用いるプロセスレシピだけでなく、RFパワーの非常に高い(たとえば数kWの)プロセスレシピが選択されることもある。プラズマ投入RFパワーが高いときは、上記のようにRFパワー分岐吸収部を高周波伝送系の負荷回路から切り離してよいが、それでもまだ不十分な場合がある。   However, in the same plasma etching apparatus, not only a process recipe using such a low RF power region but also a process recipe having a very high RF power (for example, several kW) may be selected. When the plasma input RF power is high, the RF power branch absorption section may be disconnected from the load circuit of the high-frequency transmission system as described above, but it may still be insufficient.

すなわち、プラズマ投入RFパワーが高いときは、プラズマ抵抗PRPが低いときである。しかし、プラズマ抵抗PRPが相当低い領域(通常1Ω以下)になると、プラズマ負荷に対するRFパワー伝送効率が整合器の機差(ばらつき)を伴って急激に低下し、プロセスの再現性が悪くなる。 That is, the plasma input RF power is high when the plasma resistance P RP is low. However, when the plasma resistance P RP is in a considerably low region (usually 1Ω or less), the RF power transmission efficiency with respect to the plasma load is drastically reduced with the difference (variation) of the matching unit, and the process reproducibility is deteriorated.

そこで、この実施例では、高周波給電部に、上記第1〜第5実施例による並列挿入型のRFパワー分岐吸収部44(74,92,102,104)に加えて、直列挿入型の短絡スイッチ付き抵抗器35(図15、図16)を備える構成としている。   Therefore, in this embodiment, in addition to the parallel insertion type RF power branch absorption section 44 (74, 92, 102, 104) according to the first to fifth embodiments, a series insertion type short-circuit switch is added to the high frequency power feeding section. It is set as the structure provided with the attached resistor 35 (FIG. 15, FIG. 16).

この短絡スイッチ付き抵抗器35は、高周波伝送路に沿って2つに分割された給電棒32(1),32(2)の間に挿入接続される固定抵抗器(または固定抵抗体)R35と、この固定抵抗器R35の半径方向外側で給電棒32(1),32(2)に摺動可能に取り付けられる短絡スイッチ用の筒状導体S35とを有している。 The resistor 35 with the short-circuit switch is a fixed resistor (or fixed resistor) R 35 inserted and connected between the feeding rods 32 (1) and 32 (2) divided into two along the high-frequency transmission path. When, and a the fixed resistor radially outwardly at the feed rod R 35 32 (1), 32 tubular conductor S 35 for short-circuiting switch which is slidably mounted (2).

固定抵抗器R35は、好ましくは、温度特性または温度係数に優れ、かつインダクタンス成分の小さい高周波用の固定抵抗器(たとえばセラミック焼結体含有の固定抵抗器)からなり、その抵抗値は好ましくは0.1Ω〜10Ωの範囲内に選ばれている。筒状導体S35は、導電率の高い金属たとえば銅からなり、固定抵抗器R35を跨いで給電棒32(1),32(2)の双方に接続する第1の位置(図の実線で示す位置)と、給電棒32(1),32(2)のいずれか一方のみに接続する第2の位置(図の仮想線で示す位置)との間で移動可能に構成されている。 The fixed resistor R 35 is preferably composed of a high-frequency fixed resistor (for example, a fixed resistor containing a ceramic sintered body) having excellent temperature characteristics or temperature coefficient and having a small inductance component, and its resistance value is preferably It is selected within the range of 0.1Ω to 10Ω. Tubular conductor S 35 is made higher metal e.g. copper conductivity, feed bar 32 across the fixed resistor R 35 (1), a first position connecting to both 32 (2) (a solid line in FIG. And a second position (a position indicated by an imaginary line in the drawing) connected to only one of the power supply rods 32 (1) and 32 (2).

筒状導体S35が第1の位置に切り換えられているときは、給電棒32(1),32(2)の間が筒状導体S35を介して短絡状態となり、固定抵抗器R35に高周波は殆ど流れない。筒状導体S35が第2の位置に切り換えられているときは、筒状導体S35が実質的にフローティング状態となり、代わりに固定抵抗器R35が通電して高周波の全部を通すようになっている。筒状導体S35のスイッチ操作は、手動で行ってもよく、あるいはアクチエータを用いてもよい。筒状導体S35と給電棒32(1),32(2)との間に電気伝導度を高くし、摺動摩擦を少なくするための導電性部材(図示せず)を設けてもよい。 When the tubular conductor S 35 is switched to the first position, the feed bar 32 (1), 32 (2) between is short-circuited through the tubular conductor S 35, the fixed resistor R 35 Almost no high frequency flows. When the cylindrical conductor S35 is switched to the second position, the cylindrical conductor S35 is substantially in a floating state, and instead the fixed resistor R35 is energized to pass all of the high frequency. ing. Switch operation of the tubular conductor S 35 may be performed manually, or may be used actuator. A conductive member (not shown) may be provided between the cylindrical conductor S35 and the power feed rods 32 (1) and 32 (2) to increase electrical conductivity and reduce sliding friction.

RFパワー分岐吸収部44においては、図15に示すように、給電棒32と外導体33との間でリング形抵抗体R70およびリング形誘電体C72の配置位置を半径方向で置き換える構成も可能である。図15の構成では、リング形抵抗体R70が外導体33と一定のギャップ空間Gを隔てて下部給電棒32(1)の外周面に結合され、リング形誘電体C72がスイッチS70を兼ねて該ギャップ空間Gに挿抜可能に挿入されるようになっている。 As shown in FIG. 15, the RF power branching and absorbing portion 44 has a configuration in which the arrangement positions of the ring resistor R 70 and the ring dielectric C 72 are replaced in the radial direction between the feed rod 32 and the outer conductor 33. Is possible. In the configuration of FIG. 15, the ring-shaped resistor R 70 is coupled to the outer peripheral surface of the lower feed rod 32 (1) with a certain gap space G from the outer conductor 33, and the ring-shaped dielectric C 72 connects the switch S 70 . In addition, it is inserted into the gap space G so as to be insertable / removable.

通常、RFパワー分岐吸収部44および短絡スイッチ付き抵抗器35の両者は、プロセスレシピに応じて選択的に使用されてよい。たとえば、プラズマ投入RFパワー(設定値)が100W以下のプロセスでは、RFパワー分岐吸収部44において遮断スイッチS72をオンに切り換えて固定抵抗器R70およびコンデンサC72をチャンバ内負荷に対して並列に挿入接続するとともに、短絡スイッチ付き抵抗器35において短絡スイッチS35をオンに切り換えて固定抵抗器R35を高周波伝送ラインから外してよい。この場合の作用は上述した実施形態と全く同じである。 Usually, both the RF power branch absorber 44 and the resistor 35 with the short-circuit switch may be selectively used according to the process recipe. For example, the following process plasma applied RF power (setting value) is 100W, the fixed resistors R 70 and capacitor C 72 and switches on-off switch S 72 in RF power branching absorbing portion 44 parallel to the chamber load a is inserted connecting the fixed resistor R 35 is switched to select the short-circuit switch S 35 in the short-circuit switch with the resistor 35 may be removed from the high-frequency transmission line. The operation in this case is exactly the same as in the above-described embodiment.

また、プラズマ投入RFパワー(設定値)がたとえば数kW以上で、プラズマ抵抗RPRの値が1Ωよりも低くなるようなプロセスでは、短絡スイッチ付き抵抗器35において短絡スイッチS35をオフに切り換えて固定抵抗器R35をプラズマPRに対して直列に挿入接続するとともに、RFパワー分岐吸収部44において遮断スイッチS72をオフに切り換えて固定抵抗器R70およびコンデンサC72を高周波伝送ラインから外してよい。 Further, in a process in which the plasma input RF power (set value) is, for example, several kW or more and the value of the plasma resistance R PR is lower than 1Ω, the short-circuit switch S 35 is switched off in the resistor 35 with the short-circuit switch. The fixed resistor R 35 is inserted and connected in series with the plasma PR, and the cutoff switch S 72 is switched off in the RF power branch absorption unit 44 to remove the fixed resistor R 70 and the capacitor C 72 from the high-frequency transmission line. Good.

このように高周波伝送ライン上に抵抗器35を直列に挿入接続することにより、整合器34から見た見かけ上の負荷レジスタンスを増大させる効果が得られ、それによって整合器34のマッチング動作およびRF伝送特性を安定化することが可能となる。この場合も、同一レシピのプラズマプロセスを実施する複数のプラズマエッチング装置間の機差(ばらつき)を大幅に低減することが可能であり、これによってプラズマプロセスの再現性・信頼性を大きく向上させることができる。   Thus, by inserting and connecting the resistor 35 in series on the high-frequency transmission line, an effect of increasing the apparent load resistance seen from the matching unit 34 is obtained, whereby the matching operation of the matching unit 34 and the RF transmission are obtained. It becomes possible to stabilize the characteristics. In this case as well, it is possible to greatly reduce machine differences (variations) between a plurality of plasma etching apparatuses that perform the plasma process of the same recipe, thereby greatly improving the reproducibility and reliability of the plasma process. Can do.

なお、高周波伝送ライン上で短絡スイッチ付き抵抗器35をRFパワー分岐吸収部44の前段に配置する構成も可能である。また、短絡スイッチ付き抵抗器35を、RFパワー分岐吸収部74(92,102,104)と一緒に、または単独でマッチングユニット30に組み入れる構成も可能であり、その場合は抵抗器R35,容量C35、短絡用スイッチS35に市販の抵抗素子、コンデンサ、開閉スイッチをそれぞれ用いることができる。抵抗器R35に可変抵抗器や並列抵抗回路網を用いる構成等も可能である。 In addition, the structure which arrange | positions the resistor 35 with a short circuit switch in the front | former stage of the RF power branch absorption part 44 on the high frequency transmission line is also possible. In addition, it is possible to incorporate the resistor 35 with a short-circuit switch into the matching unit 30 together with the RF power branching absorption unit 74 (92, 102, 104), or in this case, the resistor R 35 , capacitance Commercially available resistor elements, capacitors, and open / close switches can be used for C 35 and the short-circuit switch S 35 , respectively. A configuration using a variable resistor or a parallel resistor network for the resistor R 35 is also possible.

他の実施形態Other embodiments

上記実施形態は、プラズマ処理装置の高周波給電系統においてサセプタ(高周波電極)12の前段で整合器と接地部材との間にスイッチ付きのRFパワー分岐吸収部74(92,102,104)を挿入接続する構成であった。しかし、別の実施形態として、遮断用スイッチS72(S74,S92,S(0),S(i))を省いて抵抗器R70(R74,R92,R(i))およびコンデンサC72(C74,C92,C(i))を高周波給電ラインに常時挿入接続している構成も可能である。特に、実施するプラズマプロセスの種類またはレシピが殆ど固定されていて、サセプタ投入RFパワーの設定値が常に数10W以下であることが分かっているときは、0.1Ω〜10Ωの抵抗値を有する抵抗器R70(R74,R92,R(i))および200pF〜1000pF(300pF〜500pF)のキャパシタンスを有するコンデンサC72(C74,C92,C(i))を遮断用スイッチを付けないで高周波給電ラインに常時挿入接続しておく構成を好適に採ることができる。 In the above-described embodiment, the RF power branch absorption unit 74 (92, 102, 104) with a switch is inserted and connected between the matching unit and the grounding member before the susceptor (high frequency electrode) 12 in the high frequency power supply system of the plasma processing apparatus. It was the composition to do. However, as another embodiment, cut-off switch S 72 (S 74, S 92 , S (0), S (i)) by omitting resistor R 70 (R 74, R 92 , R (i)) and A configuration in which the capacitor C 72 (C 74 , C 92 , C (i) ) is always inserted and connected to the high-frequency power supply line is also possible. In particular, when the type or recipe of the plasma process to be performed is almost fixed and it is known that the set value of the susceptor input RF power is always several tens of watts or less, a resistor having a resistance value of 0.1Ω to 10Ω. Instrument R 70 (R 74, R 92 , R (i)) and 200pF~1000pF capacitor C 72 with a capacitance of (300pF~500pF) (C 74, C 92, C (i)) without the cut-off switch to Thus, it is possible to suitably adopt a configuration in which the high frequency power supply line is always inserted and connected.

上記実施形態の容量結合型プラズマエッチング装置において、平行平板電極に高周波電源を接続する方式として、プラズマ生成用の高周波電源をシャワーヘッド(上部電極)に接続する方式にも本発明は適用可能である。   In the capacitively coupled plasma etching apparatus of the above embodiment, the present invention can also be applied to a method of connecting a high frequency power source for plasma generation to a shower head (upper electrode) as a method of connecting a high frequency power source to parallel plate electrodes. .

本発明は、容量結合型プラズマエッチング装置に限定されるものではなく、チャンバの上面または周囲にコイル型の高周波電極を配置して誘電磁界の下でプラズマを生成する誘導結合型プラズマ処理装置や、マイクロ波のパワーを用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置等にも適用可能であり、さらにはプラズマCVD、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、CD基板、プリント基板等も可能である。   The present invention is not limited to a capacitively coupled plasma etching apparatus, and an inductively coupled plasma processing apparatus that generates plasma under a dielectric magnetic field by arranging a coil-type high-frequency electrode on or around the upper surface of a chamber, The present invention can be applied to a microwave plasma processing apparatus or the like that generates plasma using microwave power, and can also be applied to other plasma processing apparatuses such as plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitridation, and sputtering. Further, the substrate to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates for flat panel displays, photomasks, CD substrates, printed substrates, and the like are also possible.

10 チャンバ(処理容器)
12 サセプタ(下部電極)
24 排気装置
28 高周波電源
30 マッチングユニット
32 給電棒
32(1) 第1給電棒
32(2) 第2給電棒
34,34H,34L 整合器
44,74,92,102,104 RFパワー分岐吸収部
56 シャワーヘッド(上部電極)
65 処理ガス供給部
68 制御部
70 リング形抵抗体
72 リング形誘電体
106H,106L 高周波電源
70,R74 固定抵抗器
92 可変抵抗器
(1)・・R(n) 固定抵抗
72,C74 固定コンデンサ
92 可変コンデンサ
(1)・・C(n) 固定コンデンサ
72,S74,S92,(0) 遮断用スイッチ
(1)・・S(n) 遮断/選択用スイッチ
10 chamber (processing vessel)
12 Susceptor (lower electrode)
24 exhaust device 28 high frequency power supply 30 matching unit 32 feeding rod 32 (1) first feeding rod 32 (2) second feeding rod 34, 34H, 34L matching device 44, 74, 92, 102, 104 RF power branch absorption unit 56 Shower head (upper electrode)
65 the processing gas supply unit 68 control unit 70 a ring-shaped resistor 72 ring-shaped dielectric 106H, 106L high-frequency power supply R 70, R 74 fixed resistor R 92 variable resistor R (1) ·· R (n ) fixed resistor C 72 , C 74 fixed capacitor C 92 variable capacitor C (1) · · C (n) fixed capacitor S 72 , S 74 , S 92, S (0) cutoff switch S (1) · · S (n) cutoff / selection Switch

Claims (15)

所望のプラズマプロセスが行われる処理容器の中または外に設けられた高周波電極に高周波電源より整合器を介して所定周波数の高周波を印加し、前記整合器により前記高周波電源とその負荷との間でインピーダンスの整合をとるプラズマ処理装置であって、
前記整合器より出力される前記高周波のパワーの一部を前記高周波電極の前段で分岐させて吸収するRFパワー分岐吸収部を有するプラズマ処理装置。
A high frequency of a predetermined frequency is applied from a high frequency power source to a high frequency electrode provided inside or outside a processing vessel in which a desired plasma process is performed, and between the high frequency power source and its load by the matching device. A plasma processing apparatus for matching impedance,
A plasma processing apparatus having an RF power branching and absorbing unit that divides and absorbs a part of the high-frequency power output from the matching unit at a front stage of the high-frequency electrode.
前記RFパワー分岐吸収部が、前記整合器の出力端子と接地部材との間に電気的に直列に接続されるコンデンサおよび抵抗器を有する、
請求項1に記載のプラズマ処理装置。
The RF power branch absorber includes a capacitor and a resistor electrically connected in series between the output terminal of the matching unit and a ground member.
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記抵抗器の抵抗値が0.1Ω〜10Ωである、請求項2に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein a resistance value of the resistor is 0.1Ω to 10Ω. 前記コンデンサのキャパシタンスが、前記高周波電極とその周囲の接地部材との間に存在する浮遊容量のキャパシタンスよりも大きい、
請求項2または請求項3に記載のプラズマ処理装置。
The capacitance of the capacitor is larger than the capacitance of the stray capacitance existing between the high-frequency electrode and the surrounding ground member.
The plasma processing apparatus of Claim 2 or Claim 3.
前記コンデンサのキャパシタンスが200pF〜1000pFである、請求項2〜4のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the capacitor has a capacitance of 200 pF to 1000 pF. 前記RFパワー分岐吸収部が、前記整合器の出力端子と接地部材との間で前記コンデンサおよび前記抵抗器と電気的に直列に接続されるスイッチを有し、前記プラズマプロセスのレシピに応じて前記スイッチの開閉状態を制御する、
請求項2〜5のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
The RF power branch absorption unit includes a switch electrically connected in series with the capacitor and the resistor between an output terminal of the matching unit and a grounding member, and according to a recipe of the plasma process, Control the open / close state of the switch,
The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 2-5.
一端が前記高周波電極の背面に結合され、他端が前記整合器の出力端子に電気的に接続される高周波給電棒と、この高周波給電棒の周りを取り囲む電気的に接地された筒状の外導体とを有し、
前記RFパワー分岐吸収部を前記高周波給電棒と前記外導体との間に設ける、
請求項1〜6のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
A high-frequency power supply rod having one end coupled to the back surface of the high-frequency electrode and the other end electrically connected to the output terminal of the matching unit, and an electrically grounded cylindrical outer surrounding the high-frequency power supply rod A conductor,
Providing the RF power branch absorbing portion between the high-frequency feed rod and the outer conductor;
The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 1-6.
前記抵抗器が、前記高周波給電棒と一定のギャップ空間を隔てて前記外導体の内壁に結合され、もしくは前記外導体と一定のギャップ空間を隔てて前記高周波給電棒の外周面に結合されるリング形の抵抗体からなり、
前記コンデンサが、前記ギャップ空間を埋めるリング形の誘電体を有する、
請求項7に記載のプラズマ処理装置。
The resistor is coupled to the inner wall of the outer conductor with a certain gap space from the high-frequency power feeding rod, or to the outer peripheral surface of the high-frequency power feeding rod with a certain gap space separated from the outer conductor. A resistor of shape,
The capacitor has a ring-shaped dielectric filling the gap space;
The plasma processing apparatus according to claim 7.
前記リング形誘電体が、前記ギャップ空間を埋める第1の位置と、前記ギャップ空間から抜け出て退避する第2の位置との間で移動可能である、
請求項8に記載のプラズマ処理装置。
The ring-shaped dielectric is movable between a first position that fills the gap space and a second position that exits and retracts from the gap space;
The plasma processing apparatus according to claim 8.
前記抵抗器が可変抵抗器である、請求項2〜7のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the resistor is a variable resistor. RFパワー分岐吸収部が、前記整合器の出力端子と接地部材との間で電気的に互いに並列に接続される複数の抵抗と、前記複数の抵抗とそれぞれ直列に接続される複数の選択用スイッチとを有し、
前記プラズマプロセスのレシピに応じて前記複数の選択用スイッチのそれぞれの開閉状態を制御する、
請求項1〜7のいずれか一項にプラズマ処理装置。
The RF power branching and absorption unit includes a plurality of resistors electrically connected in parallel between the output terminal of the matching unit and the ground member, and a plurality of selection switches connected in series with the plurality of resistors, respectively. And
Controlling the open / closed state of each of the plurality of selection switches according to the plasma process recipe;
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7.
前記コンデンサが可変コンデンサである、請求項2〜7、10、11のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to any one of claims 2 to 7, 10, and 11, wherein the capacitor is a variable capacitor. RFパワー分岐吸収部が、前記整合器の出力端子と接地部材との間で電気的に互いに並列に接続される複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサとそれぞれ直列に接続される複数の選択用スイッチとを有し、
前記プラズマプロセスのレシピに応じて前記複数の選択用スイッチのそれぞれの開閉状態を制御する、
請求項1〜7、10、11のいずれか一項にプラズマ処理装置。
The RF power branching absorption unit includes a plurality of capacitors electrically connected in parallel between the output terminal of the matching unit and the ground member, and a plurality of selection switches connected in series with the plurality of capacitors, respectively. And
Controlling the open / closed state of each of the plurality of selection switches according to the plasma process recipe;
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, 10, and 11.
前記処理容器内に前記高周波電極と平行に向き合う対向電極が設けられ、
前記高周波電極と前記対向電極との間で高周波放電により前記処理ガスのプラズマを生成するために、前記高周波電源からの前記高周波が前記整合器を介して前記高周波電極に印加される、
請求項1〜13のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
A counter electrode facing in parallel with the high-frequency electrode is provided in the processing container,
In order to generate plasma of the processing gas by high frequency discharge between the high frequency electrode and the counter electrode, the high frequency from the high frequency power source is applied to the high frequency electrode through the matching unit,
The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 1-13.
前記高周波電極上に被処理基板が載置され、
前記処理容器内で生成される前記処理ガスのプラズマから前記基板へのイオンの引き込みを制御するために、前記高周波電源からの前記高周波が前記整合器を介して前記高周波電極に印加される、
請求項1〜13のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
A substrate to be processed is placed on the high-frequency electrode,
The high frequency from the high frequency power source is applied to the high frequency electrode via the matching unit in order to control the drawing of ions from the plasma of the processing gas generated in the processing container into the substrate.
The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 1-13.
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