(57)【要約】【課題】  簡易な装置構成を有し、制御が容易で、且つ良好な再現性を有するプラズマ発生装置を提供する。【解決手段】  プラズマ発生装置１００は、チャンバ４０内に配設される一対の電極４２，４３と、一対の電極４２，４３間に高周波電源を印加する高周波電源装置１１とを備える。また、電極４２，４３間に印加される電圧のピーク間振幅値と、電極４２，４３間に印加される電圧と電極４２，４３間を流れる電流との間の位相差とを検出する電圧／位相差検出装置４１と、電圧／位相差検出装置４１で測定された電圧のピーク間振幅値が、設定されたピーク間振幅値となるように、高周波電源装置１１の出力電圧をフィードバック制御する電圧制御装置１２と、電圧／位相差検出装置４１で測定された位相差が、所定の位相差設定値となるように制御する位相調節器３０とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に配設される一対の電極と、該一対の電極間に高周波電源を印加する高周波電源装置とを備えるプラズマ発生装置において、
前記電極間に印加される電圧のピーク間振幅値と、前記電極間に印加される電圧と前記電極間を流れる電流との間の位相差とを検出する電圧／位相差検出装置と、
前記電圧／位相差検出装置で測定された電圧のピーク間振幅値が、設定されたピーク間振幅値となるように、前記高周波電源装置の出力電圧を制御する電圧制御装置と、
前記電圧／位相差検出装置で測定された位相差が、所定の位相差設定値となるように制御する位相調節器とを備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記位相調節器は、前記高周波電源と前記電圧／位相差検出装置との間に接続される可変インピダンス装置を備え、前記電圧／位相差検出装置で測定された位相差が、前記所定の位相差設定値となるように前記可変インピダンス装置を制御する、請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記高周波電源装置と前記可変インピダンス装置との間に接続され、前記高周波電源装置の内部インピダンスと前記高周波電源装置の負荷インピダンスとを整合させるインピダンス整合器を更に備える、請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記所定の位相差設定値に基づいてプラズマ密度を制御する、請求項１〜３の何れかに記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング装置等に用いられるプラズマ発生装置に関し、特に、簡易な装置構成を有し、制御が容易で、且つ良好な再現性を有するプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチング装置は、半導体装置の製造に際して、導電膜や絶縁膜のパターン形成に広く用いられている。図２に従来のプラズマエッチング装置に用いられるプラズマ発生装置の一例を示す。プラズマ発生装置１０１は、高周波電力を出力する高周波電源部１１０と、被処理物のエッチングが行われるチャンバ１３０と、高周波電源部１１０とチャンバ１３０との間に設けられた整合器１２０とを備える。
【０００３】
高周波電源部１１０は、内部インピダンスＺｉを有し、一端が接地され、他端から高周波電力を出力する高周波電源装置１１１と、高周波電源装置１１１が出力する電力を制御する電力制御装置１１２とを備える。電力制御装置１１２は、電力検出装置１３１で測定された電力を信号線１３４を介して受信し、電力検出装置１３１で測定された電力が所定の電力設定値となるように、高周波電源装置１１１の出力電力をフィードバック制御する。
【０００４】
整合器１２０は、電圧電流検出装置１２１と、可変インピダンス装置１２２とを備える。可変インピダンス装置１２２は、例えば、電源線に直列に接続された直列可変コンデンサ１２２Ａ、及び電源線と接地線との間に接続された並列可変コンデンサ１２２Ｂを備える。電圧電流検出装置１２１は、電源線の電圧、電流、及びこれらの間の位相差を検出し、高周波電源装置１１１の内部インピダンスＺｉと負荷インピダンスとが整合するように、信号線１２３を介して可変インピダンス装置１２２のインピダンスを調節する。
【０００５】
チャンバ１３０は、電力検出装置１３１、上部電極１３２、及び下部電極１３３を備え、これら電極１３２、１３３間でプラズマ１３５を発生させる。電力検出装置１３１は、整合器１２０の下流側の電源線に接続され、プラズマ電力を検出し、その情報を信号線１３４を介して電力制御装置１１２に送信する。電力制御装置１１２は、電力検出装置１３１が測定したプラズマ電力が設定された電力になるように、その出力を制御し、この制御された電力の値で、プラズマエッチングを行うことが出来る。
【０００６】
上記構成を有するプラズマ発生装置１０１では、電力検出装置１３１で測定された電力が設定値となるように、高周波電源装置１１１の出力電力をフィードバック制御するので、チャンバ１３０に供給されるプラズマ電力を一定に制御することが出来る。しかし、このようにプラズマ電力を一定に制御すると、エッチング処理の進行に伴って電極間電圧が大きく変化することがある。例えば、異なる材料から成る膜を積層した積層膜をエッチングする場合に、このような問題が生じ、エッチング速度の変化によって、被エッチング材料にチャージングダメージが発生する等という問題があった。
【０００７】
上記問題に対して、特許文献１では、高周波電源のフィードバック制御におけるフィードバック信号を、プラズマ電力と電極間電圧との間で切り替えるプラズマ処理装置を提案している。なお、チャンバの電極間に印加される電圧（ピーク間振幅値）を一定に制御するプラズマ発生装置に関しては、特許文献２及び３にも記載がある。
【特許文献１】特開平１０−２４２１２１号公報（段落０００７）
【特許文献２】特開平８−１９９３７８号公報（段落０００９）
【特許文献３】特開２００１−３２０７７号公報（段落０００７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、特許文献１に記載のプラズマ処理装置では、切替手段によって、エッチング処理の進行状況等に応じて、フィードバック制御をプラズマ電力と電極間電圧との間で切り替えることにより、エッチング速度を保つように制御している。これによって、チャージングダメージを抑制し、チャンバ間差の少ない、即ち再現性の良好なプラズマエッチングを得ることとしている。
【０００９】
しかし、同特許文献のプラズマ発生装置では、プラズマ電力と電極間電圧との間で切り替える制御が煩雑であり、且つ、制御切替えのタイミングの判断が困難であった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑み、簡易な装置構成を有し、制御が容易で、且つ良好な再現性を有するプラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係るプラズマ発生装置は、チャンバ内に配設される一対の電極と、該一対の電極間に高周波電源を印加する高周波電源装置とを備えるプラズマ発生装置において、
前記電極間に印加される電圧のピーク間振幅値（Ｖpp）と、前記電極間に印加される電圧と前記電極間を流れる電流との間の位相差とを検出する電圧／位相差検出装置と、
前記電圧／位相差検出装置で測定された電圧のピーク間振幅値が、設定されたピーク間振幅値となるように、前記高周波電源装置の出力電圧を制御する電圧制御装置と、
前記電圧／位相差検出装置で測定された位相差が、所定の位相差設定値となるように制御する位相調節器とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るプラズマ発生装置によれば、電圧制御装置及び位相調節器の制御によって、プラズマ電力が良好に制御された高周波電力を電極間のＶppを一定に保ちつつ電極に供給することが出来る。従って、エッチング速度を一定に保つことにより、良好な再現性を得ることが出来る。また、本発明に係るプラズマ発生装置によれば、電圧制御装置及び位相調節器によってプラズマ電力及び電極間のＶppの制御を同時に行うので、制御をプラズマ電力及び電極間のＶppとの間で切り替える必要がなく、制御が容易で、簡易な装置構成を有している。
【００１３】
従来、電極間電圧を制御する場合、プラズマ電力との同時制御は行われていないので、プラズマ電力はチャンバ内などのインピダンスによって左右される。従って、プラズマ電力を高い精度で制御することが出来なかった。しかし、本発明によれば、電圧／位相差検出装置を介した電圧制御装置及び位相調節器の制御によって、電極間電圧及び電極間に流す電流との間の位相差の同時制御を行うので、電極間電圧を高い精度で制御できると共に、プラズマ電力を高い精度で制御することが出来る。
【００１４】
本発明の好適な実施態様では、前記位相調節器は、前記高周波電源と前記電圧／位相差検出装置との間に接続される可変インピダンス装置を備え、前記電圧／位相差検出装置で測定された位相差が、前記所定の位相差設定値となるように前記可変インピダンス装置を制御する。これによって、良好な位相差の制御が可能になると共に、可変インピダンス装置が備える電気素子や電源線が、電極で反射されて高周波電源装置側に進行する高周波電力の反射波を熱などに変えて吸収するので、反射波に起因する高周波電源装置の発熱を抑制することが出来る。
【００１５】
本発明の好適な実施態様では、前記高周波電源装置と前記可変インピダンス装置との間に接続され、前記高周波電源装置の内部インピダンスと前記高周波電源装置の負荷インピダンスとを整合させるインピダンス整合器を更に備える。これによって、良好なインピダンス整合が得られる。更に、本発明の好適な実施態様では、前記所定の位相差設定値を可変とし、これに基づいてプラズマ密度を可変に制御する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明に係る実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１に、本発明の実施形態例に係るプラズマ発生装置の構成を示す。プラズマ発生装置１００は、高周波電力を出力する高周波電源部１０と、プラズマエッチングを行う反応器として機能するチャンバ４０とを備える。また、高周波電源部１０とチャンバ４０内の上部電極４２との間に接続され、上流側に設けられた整合器２０と、下流側に設けられた位相調節器３０とを備える。
【００１７】
高周波電源部１０は、内部インピダンスＺｉを有し、一端が接地され、他端から高周波電力を出力する高周波電源装置１１と、高周波電源装置１１が出力する電圧を制御する電圧制御装置１２とを備える。電圧制御装置１２には、電極間電圧（Ｖpp値）の設定値が予め入力される。また、信号線４４を介して、電圧／位相差検出装置４１で測定されたＶpp値を受信し、電圧／位相差検出装置４１で測定されたＶpp値が設定値となるように、高周波電源装置１１の出力電圧をフィードバック制御する。
【００１８】
整合器２０は、電圧電流検出装置２１と、可変インピダンス装置２２とを備える。可変インピダンス装置２２は、例えば、電源線に直列に接続された直列可変コンデンサ２２Ａ、及び電源線と接地線との間に接続された並列可変コンデンサ２２Ｂを備える。電圧電流検出装置２１は、電源線の電圧、電流、及びこれらの間の位相差を検出し、高周波電源装置１１の内部インピダンスＺｉと負荷インピダンスとが整合するように、信号線２３を介して可変インピダンス装置２２のインピダンスを調節する。
【００１９】
位相調節器３０は、可変インピダンス装置３１と、信号線３３を介して可変インピダンス３１のインピダンスを制御する位相制御装置３２とを備える。可変インピダンス装置３１は、例えば、電源線と接地線との間に接続された可変コンデンサ３１Ａと、その下流側の電源線と接地線との間に接続された可変コイル３１Ｂとを備える。
【００２０】
位相制御装置３２には、位相差設定値が予め入力される。また、電圧／位相差検出装置４１で測定された、電極４２、４３間に印加される電圧と電流との間の位相差を、信号線４５を介して受信し、この位相差が位相差設定値となるように、可変インピダンス装置３１のインピダンスを制御する。この際に、位相差を０〜π／２の間で制御することによって、チャンバ４０に供給される電力を制御することが出来る。
【００２１】
チャンバ４０は、電圧／位相差検出装置４１、上部電極４２、及び下部電極４３を備え、これら電極４２、４３間でプラズマ４６を発生させる。電圧／位相差検出装置４１は、電極４２、４３間の電圧Ｖpp及び電圧と電流との間の位相差を測定し、電極４２、４３間のＶpp値の情報を信号線４４を介して電圧制御装置１２に送信すると共に、位相差の情報を信号線４５を介して位相制御器３１に送信する。上部電極４２には、電圧制御装置１２によって所定のＶpp値を有する電圧に制御され、且つ位相制御器３３の位相差の制御によって所定の電力に制御された高周波電力が供給される。これによって、電極４２、４３間に所定の電離エネルギーＥを有するＲＦを供給して、所定の密度を有するプラズマ４４を生成し、プラズマエッチングを行うことが出来る。
【００２２】
本実施形態例のプラズマ発生装置１００によれば、電圧制御装置１２及び位相制御装置３３の制御によって、プラズマ電力が良好に制御された高周波電力を、電極４２、４３間のＶppを一定に保ちつつ供給することが出来る。従って、エッチング速度を一定に保つことにより、良好な再現性を有するプラズマ発生装置１００を提供することが出来る。また、電力及びＶpp値の良好な制御性により、低い電離エネルギーＥで電離するプロセスガスを選択的に電離させることも出来る。
【００２３】
また、電圧制御装置１２及び位相制御装置３２によって電力及びＶpp値の制御を同時に行うので、フィードバック制御を電力及びＶpp値との間で切り替える必要がなく、制御が容易で、簡易な装置構成を有するプラズマ発生装置を提供することが出来る。
【００２４】
更に、位相調節器３０を設けたことにより、整合器２０に設けられた電気素子や電源線５０に加えて、位相調節器３０に設けられた電気素子や電源線５０が、上部電極４２で反射されて高周波電源装置１１側に進行する高周波電力の反射波を熱などに変えて吸収するので、反射波に起因する高周波電源装置１１の発熱を抑制することが出来る。これによって、高周波電源装置１１の良好な機能を維持することが出来る。尚、プラズマ発生装置１００の構成において、高周波電源装置１１の発熱等の影響が小さい場合には、整合器２０は省略しても構わない。また、位相調節器３０の構成は本実施形態例の構成に限定されず、直列回路、並列回路、Ｔ形回路、及びπ形回路などの回路、若しくはこれらの回路を組み合わせた回路を採用することが出来る。
【００２５】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明に係るプラズマ発生装置は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したプラズマ発生装置も、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態例に係るプラズマ発生装置の構成を示す図である。
【図２】従来のプラズマ発生装置の一例の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：高周波電源部
１１：高周波電源装置
１２：電圧制御装置
２０：整合器
２１：電圧電流検出装置
２２Ａ：直列可変コンデンサ
２２Ｂ：並列可変コンデンサ
３０：位相調節器
３１：可変インピダンス装置
３１Ａ：可変コンデンサ
３１Ｂ：可変コイル
３２：位相制御装置
３３：信号線
４０：チャンバ
４１：電圧／位相差検出装置
４２：上部電極
４３：下部電極
４４、４５：信号線
４６：プラズマ
１００：プラズマ発生装置
【図１】
2005116818.tif 000003
【図２】
2005116818.tif 000004