(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インピーダンス整合手段を介して高周波電源から処理室内に高周波のバイアス電圧を印加し、プラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記インピーダンス整合手段に高周波電力検出手段と可変範囲調整手段を設け、
前記高周波電力検出手段は、前記高周波電源から前記処理室内に供給される進行波電力を検出し、
前記可変範囲調整手段は、前記インピーダンス整合手段に備えられているバリアブルコンデンサの静電容量を変化させてインピーダンス整合をとる際、前記バリアブルコンデンサの静電容量を変化させる範囲を前記進行波電力の大きさに応じて予め区分けされた複数の許容可変範囲のうちから前記高周波電力検出手段により検出された進行波電力に応じて選択された許容可変範囲内でだけ前記静電容量の調整が行われるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを生成させて処理を行なう方式のプラズマ処理装置に係り、特に、高周波電力の供給に整合装置を用いたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造には、通常、エッチング装置が欠かせないが、このときプラズマを利用したエッチング装置が従来から広く利用されている。
【０００３】
そして、このエッチング装置の一例にＥＣＲ(電子サイクロトロン共鳴)方式のエッチング装置があるが、このＥＣＲ方式では磁場を印加した真空容器中でプラズマを発生させるようになっている。
【０００４】
このためチャンバと呼ばれる真空容器の中に、電極板の上に誘電体膜を積層したウェハステージを設け、このウェハステージに試料となる半導体ウェハを静電吸着させるため、電極板に直流のバイアス電圧を印加すると共に、試料に入射するイオンを加速するため、電極板に高周波のバイアス電圧を印加するようになっている。
【０００５】
ところで、このときの静電吸着方式としては、モノポール型と呼ばれる構成が従来から一般に知られている。そこで、このモノポール型の構成の一例について、図３の従来技術により説明すると、これは、図示のように、電極板１１に誘電体膜１２が積層されたウェハステージ１をエッチング処理室となるチャンバ４内に設置し、その上で、一方の端子が接地されている直流電源２を電極板１１に接続して電極板１１と半導体ウェハ３の間に電位差を与え、これによりクーロン力を発生させ、誘電体膜１２上に半導体ウェハ３を吸着保持するのである。
【０００６】
また、このとき電極板１１には、チャンバ４内にプラズマ５を生成させるための高周波のバイアス電圧も印加される。このため所定の周波数の高周波電源６が用いられているが、このとき電力の供給が効率良く得られるようにするためには、高周波電源６からウェハステージ１側を見たときのインピーダンス、すなわち負荷インピーダンスＸL と、電源自体のインピーダンス、すなわち電源インピーダンスＸP を整合させる必要があり、このためインピーダンス整合手段として整合器７が設けてある。
【０００７】
しかしながら、このときの負荷インピーダンスＸL は、整合器７自体がもつインピーダンスとウェハステージ１のインピーダンス、チャンバ４内に発生させる半導体ウェハ処理用のプラズマ５のインピーダンスなどの合成で与えられるものとなるため、予め想定しておくことは困難である。
【０００８】
そこで、この図３の例では、整合器７として、図示のように、インピーダンス素子として２個のバリアブルコンデンサ８、９と１個のコイル１０を備えたものを用い、バリアブルコンデンサ８、９の静電容量(キャパシタンス)を変えることにより、負荷インピーダンスＸL が変わったときでも、当該負荷インピーダンスＸL と電源インピーダンスＸP に常に正しい整合が与えられるように、整合状態が調整できるようになっている。
【０００９】
このときコイル１０のインダクタンスを可変にしても良いが、しかし大電力に耐えるバリアブルインダクタンス素子は汎用されていないので、コスト高になる。そこで、固定インダクタンスのもを用いるのが通例である。
【００１０】
ところで、近年、このようなエッチング装置においては、そのエッチングレート向上のため、バイアスのための高周波電力を大電力化する傾向にあり、このため、例えば１０ｋＷもの大電力の印加も珍しくなくなっているが、ここで上記した従来技術における整合器７の場合、高周波の整合がとれる範囲は、前記２個のバリアブルコンデンサ８、９の可変容量範囲に限られるのは勿論であるが、このとき大電力を印加した場合でもバリアブルコンデンサの電流と電圧が許容範囲を超えることがないようにするため、更にバリアブルコンデンサ８、９の可変範囲を狭めて設定している。
【００１１】
ここで大電力印加時はプラズマ密度が高いので、整合範囲は狭くても充分であり、従って、従来技術の場合、特にデメリットとはなっていない。
【００１２】
一方、静電容量の可変範囲が広い場合、大電流で高電圧に耐えるバリアブルコンデンサは大型で極めて高価になってしまう。
【００１３】
なお、この種の装置について、特に大電力に関連するものとしては、例えば特許文献１の開示を挙げることができる。
【特許文献１】特開２００５−３４０７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来技術は、プラズマ処理装置における高周波電力の制御範囲を拡大する点に配慮がされておらず、小電力印加時でのインピーダンス整合に問題があった。
【００１５】
すなわち小電力使用時は、プラズマ密度が低く、整合範囲を広くとる必要があるが、このとき従来技術では、上記したように、大電力印加時を考慮して、バリアブルコンデンサの可変範囲が狭く設定してあるため、バリアブルコンデンサの許容電流、許容電圧には問題がないにも関わらず、整合がとれないという問題が発生してしまうのである。
【００１６】
ここで、上記した問題点について、図４を用いて詳しく説明すると、この図４は、実際に大電力と小電力の高周波電力を印加した場合に、整合器７のバリアブルコンデンサ８、９による整合がとれた状態を示した特性図で、このとき横軸が、図示のようにバリアブルコンデンサ８の可変範囲で、縦軸がバリアブルコンデンサ９の可変範囲を示している。
【００１７】
従来技術の場合、上記のように、大電力印加時を考慮して、バリアブルコンデンサの許容電流、許容電圧を超えないよう、各バリアブルコンデンサの可変範囲を狭めて設定している。
【００１８】
具体的には、図示のように、バリアブルコンデンサ８は可変範囲の１０％以下には行かないように設定し、このとき更にバリアブルコンデンサ８の可変範囲が１０％〜２０％の間では、バリアブルコンデンサ９が可変範囲の２０％以下に行かないように、バリアブルコンデンサ８、９の可変範囲を設定しており、このため、従来技術では、大電力時は可変範囲内で整合がとれているが、小電力時には、バリアブルコンデンサの許容電流と許容電圧に問題がないにも関わらず、整合がとれないという問題が生じてしまうのである。
【００１９】
また、可変範囲が広く大電流で高電圧に耐えるバリアブルコンデンサは、大型にならざるを得ず、極めて高価なものになってしまう。
【００２０】
ここで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小電力から大電力まで整合が取れるようにしたプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的は、インピーダンス整合手段を介して高周波電源から処理室内に高周波のバイアス電圧を印加し、プラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記インピーダンス整合手段に高周波電力検出手段と可変範囲調整手段を設け、前記高周波電力検出手段は、前記高周波電源から前記処理室内に供給される進行波電力を検出し、前記可変範囲調整手段は、前記インピーダンス整合手段に備えられているバリアブルコンデンサの静電容量を変化させてインピーダンス整合をとる際、前記バリアブルコンデンサの静電容量を変化させる範囲を前記進行波電力の大きさに応じて予め区分けされた複数の許容可変範囲のうちから前記高周波電力検出手段により検出された進行波電力に応じて選択された許容可変範囲内でだけ前記静電容量の調整が行われるようにして達成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、バリアブルコンデンサの許容限界を超えることなく、小電力から大電力まで整合範囲を広くとることができる。
【００２３】
また、この結果、本発明によれば、これまで小電力用と大電力用に分けて各々製作していた整合器が標準化できるため、プラズマ処理装置の低コスト化に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置について、図示の実施の形態を用いて詳細に説明する。
【００２５】
ここで、図１は、本発明の一実施形態で、この図において、ウェハステージ１、直流電源２、エッチング処理室となるチャンバ４、プラズマ５、高周波電源６、２個のバリアブルコンデンサ８、９、コイル１０、電極板１１、誘電体膜１２は、それぞれ図３で説明した従来技術によるプラズマ処理装置と同じである。
【００２６】
そして、この図１の実施形態が、図３の従来技術と異なる点は、インピーダンス整合手段として、図３の従来技術における整合器７に代え、整合器７Ａが設けられている点にある。
【００２７】
そして、この整合器７Ａには、図示の通り、高周波電力検出手段１３と可変範囲調整手段１４が備えられている。
【００２８】
しかし、この整合器７Ａにおいても、その整合回路本体はバリアブルコンデンサ８、９とコイル１０で構成されているものであり、従って、この図１の実施形態が、図３に示した従来技術と異なる点は、主として整合器７Ａによる整合動作にあり、その他の部分による動作は、図３の従来技術と変わりはないものである。
【００２９】
そこで、以下、整合器７Ａの構成と動作に重点をおいて説明し、その他については、詳しい説明は省略する。
【００３０】
まず、高周波電力検出手段１３は、高周波電源６とバリアブルコンデンサ８の間に接続されることにより、高周波電源６から、バリアブルコンデンサ８、９とコイル１０からなる整合回路本体を介してウェハステージ１の電極板１１に供給される高周波の進行波電力を検出する働きをする。
【００３１】
次に、可変範囲調整手段１４は、高周波電力検出手段１３から供給される進行波電力に基づいて、バリアブルコンデンサ８、９の静電容量を変え、電源負荷インピーダンスが変わったときでも、負荷インピーダンスＸL と電源インピーダンスＸP に常に正しい整合が与えられるように調整する。
【００３２】
そして、これにより、高周波電源６からウエハステージ１に効率良く高周波電力が供給されるようになる。
【００３３】
ところで、このように整合をとり、高周波電力が効率良く供給されるようになるまでの動作は従来技術の場合と同じである。
【００３４】
しかし、このとき可変範囲調整手段１４は、更にバリアブルコンデンサ８、９各々の静電容量の可変範囲を、高周波電源６からウエハステージ１に供給される高周波電力に応じて切換える働きをする。そして、これにより、各バリアブルコンデンサ８、９の静電容量の調整が、バリアブルコンデンサ８、９の各々の許容電流と許容電圧を超えない範囲で行われるように構成してある点で従来技術とは異なり、従って、これが、この実施形態の特徴である。
【００３５】
具体的に説明すると、まず、可変範囲調整手段１４は、パルスモータなどの回転駆動機構と、この回転駆動機構を制御するための制御部を備え、高周波電力検出手段１３から供給される進行波電力により、バリアブルコンデンサ８、９の静電容量を変化させ、負荷インピーダンスＸL と電源インピーダンスＸP の整合を取る。
【００３６】
このとき整合が取れたか否かは、検出されてくる進行波電力の変化により知ることができる。従って、上記の制御部は、高周波電力検出手段１３から供給される進行波電力が最大値を示したとき、回転駆動機構によるバリアブルコンデンサ８、９の駆動を停止させるように制御することになる。
【００３７】
このとき、上記した制御部はＣＰＵを備え、そのメモリに、バリアブルコンデンサ８、９の静電容量の可変範囲について、進行波電力の大きさに応じて幾つかに区分した許容可変範囲が予め設定してある。そして、制御部のＣＰＵは、負荷インピーダンスＸL と電源インピーダンスＸP の整合を取るため、可変範囲調整手段１４がバリアブルコンデンサ８、９の静電容量を変化させる際、そのときの進行波電力に応じて設定してある許容可変範囲内でだけ静電容量の調整が行われるように制御するのである。
【００３８】
このとき上記したメモリに格納されるバリアブルコンデンサ８、９の許容可変範囲の区分について示したのが図２である。
【００３９】
この図２では、一例として、高周波電源６から供給される高周波電力の最大値が１００００Ｗで、従って上記した許容可変範囲が１００００Ｗ以下、９０００Ｗ以下、７０００Ｗ以下、６０００Ｗ以下、５０００Ｗ以下、それに４０００Ｗ以下の６種に区分した場合が示されている。
【００４０】
そして、まず、淡いグレイで示した１００００Ｗ以下の区分では、横軸のバリアブルコンデンサ８の許容可変範囲については２０％で、縦軸のバリアブルコンデンサ９の許容可変範囲についても２０％になっている。これは、図４の実測による特性図において、大電力時整合位置が含まれている範囲と同じになっていることが判る。
【００４１】
次に、９０００Ｗ以下の区分では、上記した１００００Ｗ以下の区分に、更に横ハッチングで示した区分が付加され、これによりバリアブルコンデンサ９の許容可変範囲については、更に１０％までが含まれることが判る。
【００４２】
以下、同様に、７０００Ｗ以下の区分では、上記した１００００Ｗ以下の区分と９０００Ｗ以下の区分に更に縦ハッチングで示した区分が付加され、６０００Ｗ以下の区分では、同じく更に斜めハッチングで示した区分が付加され、５０００Ｗ以下の区分では、同じく更に斜めクロスハッチングで示した区分が付加されることになる。
【００４３】
そして、４０００Ｗ以下の区分では、同じく更に細かなクロスハッチングで示した区分が付加され、従って、この場合、許容可変範囲はバリアブルコンデンサ８、９の可変範囲の全域に広がり、結果として、可変範囲には制限が無くなっていることが判る。
【００４４】
従って、この実施形態によれば、高周波電力が大電力になったときはバリアブルコンデンサ８、９の静電容量の可変範囲に制限が加えられるので、電流と電圧が許容範囲を超えるが抑えられ、この結果、バリアブルコンデンサ８、９として大電流仕様且つ高耐圧仕様のものを用いなくても済み、他方、小電力時には、上記可変範囲の制限が緩められ、或いは制限が外されてしまうので、図４で説明したように、小電力時でも整合を取ることができ、この結果、小電力から大電力まで整合範囲を広くとることができ、コストパーフォーマンスに優れたプラズマ処理装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施の形態を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における印加可能電力と静電容量の関係を示す特性図である。
【図３】従来技術によるプラズマ処理装置の一例を示すブロック構成図である。
【図４】プラズマ処理装置における整合状態の一例を示す特性図である
【符号の説明】
【００４６】
１：ウエハステージ
２：直流電源
３：半導体ウエハ
４：チャンバ
５：プラズマ
６：高周波電源
７：整合器(従来技術における整合器)
７Ａ：整合器(本発明の実施形態における整合器)
８：バリアブルコンデンサ
９：バリアブルコンデンサ
１０：コイル
１１：電極板
１２：誘電体膜
１３：高周波電力検出手段
１４：可変範囲調整手段
ＸL ：負荷インピーダンス
ＸP ：電源インピーダンス
【図１】
0005049727.tif 000002
【図２】
0005049727.tif 000003
【図３】
0005049727.tif 000004
【図４】
0005049727.tif 000005