JP5141519B2 - Plasma processing apparatus and method of operating plasma processing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、高周波電力により処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより被処理体に対してエッチング等の処理を施すプラズマ処理装置に関し、特にこのプラズマ処理装置の装置の状態を変更する技術に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that converts a processing gas into plasma by high-frequency power and performs processing such as etching on the object to be processed by the plasma, and particularly relates to a technique for changing the state of the apparatus of the plasma processing apparatus.
半導体デバイスや液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイ(FPD:Flat Panel Display)の製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板といった被処理体にエッチング処理を施すプラズマエッチング装置や、成膜処理を施すプラズマCVD装置等のプラズマ処理装置などが利用されている。 In the manufacturing process of a flat panel display (FPD) such as a semiconductor device or a liquid crystal display device, a plasma etching apparatus for performing an etching process on a target object such as a semiconductor wafer or a glass substrate, or a plasma CVD process for performing a film forming process. A plasma processing apparatus such as an apparatus is used.
例えば平行平板型の電極に高周波電力を印加して、この電極間に形成される容量結合プラズマにより被処理体のエッチングを行うエッチング装置には、上下に対向して設けられた電極の一方側、例えば被処理体の載置台を兼用する下部側の電極(下部電極)にプラズマ形成用(以下、ソース用という)の高周波電源を接続してカソード電極とすると共に、この下部電極にバイアス用の高周波電源を接続したものが知られている。バイアス用の高周波電源はプラズマ中のイオンを被処理体側に引き込んでエッチングの異方性を確保したり、異常放電の発生を防止したりするための電力を供給する役割を果たしている。 For example, in an etching apparatus that applies high-frequency power to parallel plate-type electrodes and etches an object to be processed by capacitively-coupled plasma formed between the electrodes, one side of the electrodes that are vertically opposed to each other, For example, a high-frequency power source for plasma formation (hereinafter referred to as a source) is connected to a lower electrode (lower electrode) that also serves as a mounting table for an object to be used as a cathode electrode, and a high-frequency bias is applied to the lower electrode. What connected the power supply is known. The high-frequency power source for bias plays a role of supplying electric power for attracting ions in the plasma toward the object to be processed to ensure etching anisotropy and to prevent abnormal discharge.
このようなエッチング処理装置の起動にあたっては、上述の各高周波電源から下部電極に高周波電力の供給を開始することにより平行平板型の電極間にプラズマが形成されるが、この際に大電力が短時間で印加されると、例えば高周波電源と下部電極との間に設けた整合回路によるマッチングが取れなくなり、下部電極側から各高周波電源へ向かって向かう反射波が発生する。この反射波は安定したプラズマを形成する際の障害となってエッチング装置の起動に長時間を費やしてしまう要因となることから、例えばソース側やバイアス側の高周波電源からの電力供給を複数段階に分割して、徐々に電力を印加することにより起動時に発生する反射波を小さく抑える技術が知られている(例えば特許文献1参照)。 In starting up such an etching processing apparatus, plasma is formed between parallel plate electrodes by starting the supply of high-frequency power from the above-described high-frequency power sources to the lower electrode. When applied over time, for example, matching by a matching circuit provided between the high-frequency power source and the lower electrode cannot be achieved, and a reflected wave is generated from the lower electrode side toward each high-frequency power source. This reflected wave becomes an obstacle to forming a stable plasma and causes a long time to start up the etching apparatus. For example, power supply from a high frequency power source on the source side or bias side is performed in multiple stages. A technique is known in which a reflected wave generated at the time of startup is reduced by dividing and gradually applying power (see, for example, Patent Document 1).
図10は、ソース側、バイアス側の各高周波電源から下部電極に電力を印加する従来のシーケンスの一例を模式的に表したものであり、本例では反射波の影響を抑えるためソース側、バイアス側各々の高周波電源からの電力供給を例えば2段階に分けて行っている。図10(a)、図10(c)はエッチング処理装置全体の動作制御を統括する上位コンピュータ(制御部)から送信される起動信号(ON/OFF信号)を各高周波電源にて受信するタイミングを示している。また図10(b)、図10(d)は各高周波電源から下部電極に供給される高周波電力(各図中、実線で表してある)及び、下部電極側から各高周波電源へ向けて伝播する反射波の電力(同、破線で示してある)の各電力値の経時変化を示している。図10(a)〜図10(d)の各図の横軸は時間を示している。 FIG. 10 schematically shows an example of a conventional sequence in which power is applied to the lower electrode from each of the source-side and bias-side high-frequency power supplies. In this example, the source-side and bias-side are controlled in order to suppress the influence of reflected waves. The power supply from each of the high-frequency power sources on the side is performed, for example, in two stages. 10 (a) and 10 (c) show timings at which each high-frequency power supply receives an activation signal (ON / OFF signal) transmitted from a host computer (control unit) that controls operation control of the entire etching processing apparatus. Show. 10 (b) and 10 (d) show the high-frequency power supplied to the lower electrode from each high-frequency power source (represented by a solid line in each figure) and propagate from the lower electrode side toward each high-frequency power source. The time-dependent change of each power value of the power of the reflected wave (shown by a broken line) is shown. The horizontal axis of each figure of Fig.10 (a)-FIG.10 (d) has shown time.
従来の電力供給シーケンスによれば、各高周波電源は時刻T1に制御部より起動信号を受信すると、ソース側の高周波電源については下部電極への電力の印加を開始せずに待機する一方、バイアス側の高周波電源はプロセス時の電力値よりも低い予め定めた電力値(以下、第1段回目の電力という)となるまで徐々に印加電力を上げていく。この際、バイアス側の高周波電源には、電極側にて発生した反射波が伝播してくるが、高周波電力の印加を段階的に行っていることにより反射波の持つ電力も比較的小さいため、反射波は整合回路の作用により短い場合には例えば1秒〜2秒程度で減衰する。 According to the conventional power supply sequence, while the high frequency power source receives the activation signal from the control unit at time T 1, the high-frequency power supply source side to wait without starting the application of power to the lower electrode, the bias The high-frequency power supply on the side gradually increases the applied power until it reaches a predetermined power value (hereinafter referred to as first-stage power) lower than the power value during the process. At this time, the reflected wave generated on the electrode side propagates to the high frequency power source on the bias side, but the power of the reflected wave is relatively small due to the stepwise application of the high frequency power, If the reflected wave is short due to the action of the matching circuit, it is attenuated in about 1 second to 2 seconds, for example.
そして、バイアス側の高周波電源からの印加電力が第1段回目の電力に達し、既述の時刻T1から予め定めた時間が経過してバイアス側の反射波が十分に減衰したと予想される時刻T2にて、今度はソース側の高周波電源より第1段回目の電力の印加を開始する。このときには、既に電力供給を開始しているバイアス側を含め、ソース側、バイアス側の双方の高周波電源に反射波が伝播してくるが、これらの反射波についても整合回路の作用によりやがて減衰する。 The applied power from the high frequency power source of bias side reaches the first stage round of power is expected to reflected wave bias side with time determined in advance from the time T 1 of the aforementioned is sufficiently attenuated at time T 2, in turn starts the application of the first stage time of the power from the high frequency power source side. At this time, the reflected wave propagates to both the source side and the bias side of the high-frequency power source including the bias side where power supply has already started. These reflected waves are eventually attenuated by the action of the matching circuit. .
このようにして反射波が十分に減衰するマッチング完了までの時間間隔を予め設定しておき、例えば高周波電力の印加開始時刻T1から各々の設定時間が経過した時刻T2〜T4にて、例えばバイアス側にて第1段回目の電力を印加(時刻T1)→ソース側にて第1段回目の電力を印加(時刻T2)→バイアス側にてプロセス時の電力を印加(時刻T3)→ソース側にてプロセス時の電力を印加(時刻T4)と、バイアス側とソース側との高周波電力を交互に段階的に増大させことにより、反射波の影響を抑え、且つ、できるだけ短時間でエッチング処理装置を起動する電力供給シーケンスが採用されていた。 In this way, the time interval until the matching is completed in which the reflected wave is sufficiently attenuated is set in advance. For example, at times T 2 to T 4 when the set times have elapsed from the application start time T 1 of the high frequency power, For example, the first stage power is applied on the bias side (time T 1 ) → the first stage power is applied on the source side (time T 2 ) → the process power is applied on the bias side (time T 1 ). 3 ) → Apply process power on the source side (time T 4 ), and increase the high frequency power on the bias side and the source side alternately in steps, thereby suppressing the influence of the reflected wave and as much as possible. A power supply sequence for starting the etching processing apparatus in a short time has been adopted.
ところがFPD用のガラス基板を被処理体とするエッチング処理などにおいては、近年のガラス基板の大型化から例えば長辺が2mにもなる被処理体を処理する必要が生じており、被処理体の載置台を兼用する下部電極についても非常に大型化してきている。 However, in an etching process using a glass substrate for FPD as an object to be processed, it is necessary to process an object to be processed having a long side as long as 2 m due to the recent increase in size of the glass substrate. The size of the lower electrode, which also serves as a mounting table, has become very large.
下部電極が大型化するとプラズマの形成される空間も大きくなることから、プラズマ形成等に必要な電力の増大に伴って反射波のもつ電力も大きくなり、極端な場合にはマッチングの完了までに10秒以上の時間を必要とする場合も生じてきている。このため、既述のように例えば数秒ごとに印加電力を上げる電力供給シーケンスでは、例えば図10(b)、図10(d)の時刻T4に示すように、前のステップにて発生した反射波が減衰する前に次のステップの電力供給が開始されてしまい、反射波がエッチング装置の回路内を重畳的に伝播してなかなか減衰せず、安定したプラズマを形成できないといった問題が生じている。 When the size of the lower electrode is increased, the space in which the plasma is formed increases, so that the power of the reflected wave increases as the power required for plasma formation and the like increases. In some cases, more than a second is required. Therefore, in the power supply sequence to increase the applied power for example every few seconds as described above, for example, FIG. 10 (b), the as shown at time T 4 in FIG. 10 (d), the reflection that occurred in the previous step The power supply of the next step is started before the wave is attenuated, and the reflected wave propagates in the circuit of the etching apparatus in a superimposed manner, so that it is difficult to form a stable plasma. .
このようなトラブルを回避するためには、時刻T2〜T4の間隔をこれまでよりも長くとってマッチングの時間を十分に確保することも考えられる。ところがマッチングに必要な時間は一定ではなく、下部電極が大型化した場合であっても例えば1秒〜2秒程度でマッチングが完了する場合もあり、供給電力を上げるステップの間隔を一律に長くするとマッチングが完了しているにも拘らず、次のステップへ進めない待ち時間(図10(d)にΔt1、Δt2と表示してある)が増えてエッチング処理装置の起動時間が不必要に長時間化してしまうおそれが高い。 In order to avoid such a trouble, it is also conceivable to ensure a sufficient matching time by setting the interval between the times T 2 to T 4 longer than before. However, the time required for matching is not constant, and even when the lower electrode is enlarged, matching may be completed in about 1 second to 2 seconds, for example. Despite the completion of matching, the waiting time for not proceeding to the next step (indicated as Δt 1 and Δt 2 in FIG. 10D) increases, and the startup time of the etching processing apparatus becomes unnecessary. There is a high risk of prolonged use.
そこで例えば特許文献2、特許文献3には、反射波の電力を電力計などで監視して、その値が予め定めたしきい値よりも小さくなったことを確認してから次のステップの電力を印加する技術が記載されている。
Therefore, for example, in
このように特許文献1〜特許文献3には、高周波電力を段階的に印加する技術や高周波電力の印加によって発生した反射波を監視しながら次のステップの高周波電力を印加する技術が個別的に記載されている。しかしながら例えば図10に示したようにソース側、バイアス側の高周波電力を段階的に印加していく場合における最適な電力供給シーケンスやこのシーケンスに適した装置構成についてはなんら開示されていない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定且つ短時間で装置の状態を変更可能(プラズマの立ち上げまたはプラズマの状態を変更することが可能)なプラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の運転方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to perform plasma processing that can change the state of the apparatus stably and in a short time (it is possible to start plasma or change the state of plasma ). An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for operating a plasma processing apparatus.
本発明に係るプラズマ処理装置は、処理容器内に高周波を出力する複数の高周波電源を有し、プラズマにより前記処理容器内の被処理体に対して処理を行い、プラズマを立ち上げるためまたはプラズマの状態を変更するためにこれら複数の高周波電源の出力電力をそれぞれ段階的に変化させるプラズマ処理装置において、
各高周波電源毎に設けられ、高周波電源と当該高周波電源の出力を制御する電力制御部と当該高周波電源に反射される反射波の電力値を計測する反射波計測手段とを含む高周波電源ユニットと、
各高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になったか否かを判断する手段と、
一の高周波電源以外の他の高周波電源の出力電力を一の段階から他の段階に変化させ、当該変化に基づいて発生した当該他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になった後、予め設定した時間経過したときに前記一の高周波電源の出力電力を変化させるためのタイミング信号を前記電力制御部に与える手段と、を備えたことを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to the present invention includes a plurality of high-frequency power source for outputting a high frequency in the processing chamber, the plasma by then process the object to be processed in the processing chamber, or for a plasma to launch plasma In the plasma processing apparatus that changes the output power of each of the plurality of high-frequency power supplies in stages to change the state,
A high-frequency power supply unit that is provided for each high-frequency power supply and includes a high-frequency power supply, a power control unit that controls the output of the high-frequency power supply, and a reflected wave measurement unit that measures a power value of a reflected wave reflected by the high-frequency power supply;
Means for determining whether or not the measured power value of the reflected wave of each high-frequency power source is equal to or lower than a threshold value;
Change the output power of other high-frequency power supply other than one high-frequency power supply from one stage to another, and the measured power value of the reflected wave of the other high-frequency power supply generated based on the change is below the threshold value after becoming, characterized in that a timing signal for changing the output power of the one of the high-frequency power source when the elapsed preset time and means for providing to the power control unit.
また前記タイミング信号は、他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になったことの条件と前記一の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下である条件との両条件が成立した後、予め設定した時間経過したときに生成されることが好ましい。 The timing signal includes a condition that the measured power value of the reflected wave of the other high-frequency power source is less than or equal to a threshold value, and a condition that the measured power value of the reflected wave of the one high-frequency power source is less than or equal to the threshold value. It is preferable that the time period is generated when a preset time elapses after the two conditions are satisfied.
さらには、各高周波電源ユニットの間に接続され、各高周波電源ユニット同士の間で反射波の計測電力値またはその計測電力値がしきい値以下であることの判断信号からなる反射波情報の伝送を直接行うための信号伝送路が設けられ、前記タイミング信号を前記電力制御部に与える手段は、各高周波電源ユニットに設けられ、前記信号伝送路から送られた他の高周波電源の反射波情報に基づいて前記タイミング信号を生成する手段を含んでいるとよい。さらには前記タイミング信号を前記電力制御部に与える手段は、自己の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になったか否かを判断する手段と、この手段における判断結果と前記信号伝送路から送られた他の高周波電源の反射波情報とに基づいて前記タイミング信号を生成する手段を含んでいることが好ましい。
そして、高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になったか否かを判断する手段と、前記タイミング信号を生成する手段とは、論理回路により構成することが好適である。
Furthermore, the reflected wave information is transmitted between the high-frequency power supply units, and the measured power value of the reflected wave between the high-frequency power supply units or a determination signal indicating that the measured power value is equal to or less than a threshold value. A signal transmission path is provided for directly performing, and means for supplying the timing signal to the power control unit is provided in each high-frequency power supply unit, and the reflected wave information of other high-frequency power supplies sent from the signal transmission path. Means for generating the timing signal on the basis thereof may be included. Further, the means for giving the timing signal to the power control unit is means for determining whether or not the measured power value of the reflected wave of its own high-frequency power source is equal to or lower than a threshold value, the determination result in this means, and the signal It is preferable to include means for generating the timing signal based on the reflected wave information of another high frequency power source sent from the transmission line.
Preferably, the means for determining whether or not the measured power value of the reflected wave of the high frequency power source is equal to or less than the threshold value and the means for generating the timing signal are configured by a logic circuit.
また他の発明に係るプラズマ処理装置の運転方法は、処理容器内に高周波を出力する複数の高周波電源を有し、プラズマにより前記処理容器内の被処理体に対して処理を行い、プラズマを立ち上げるためまたはプラズマの状態を変更するためにこれら複数の高周波電源の出力電力をそれぞれ段階的に変化させるプラズマ処理装置の運転方法において、
各高周波電源の反射波の電力値を計測する工程と、
一の高周波電源以外の他の高周波電源の出力電力を一の段階から他の段階に変化させ、当該変化に基づいて発生した当該他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下であるか否かを判断する工程と、
前記他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になったと判断された後、予め設定した時間経過したときに前記一の高周波電源の出力電力を変化させる工程と、を含むことを特徴とする。
The method of operating a plasma processing apparatus according to another invention includes a plurality of high-frequency power source for outputting a high frequency in the processing vessel, then process target object in the processing chamber by the plasma, up the plasma In the operation method of the plasma processing apparatus for changing the output power of each of the plurality of high-frequency power supplies stepwise in order to increase or change the plasma state,
Measuring the power value of the reflected wave of each high-frequency power supply;
The output power of another high frequency power supply other than one high frequency power supply is changed from one stage to another stage, and the measured power value of the reflected wave of the other high frequency power supply generated based on the change is below the threshold value. Determining whether or not there is,
And changing the output power of the one high-frequency power source when a preset time has elapsed after it has been determined that the measured power value of the reflected wave of the other high-frequency power source has fallen below a threshold value. It is characterized by.
またこのとき、前記一の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下であるか否かを判断する工程を備え、
前記一の高周波電源の出力電力を変化させる工程は、前記他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になったことの条件と前記一の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下である条件との両条件が成立した後、予め設定した時間経過したときに行われることが好ましい。
Also, at this time, comprising a step of determining whether or not the measured power value of the reflected wave of the one high-frequency power supply is below a threshold value,
The step of changing the output power of the one high-frequency power source includes the condition that the measured power value of the reflected wave of the other high-frequency power source is equal to or lower than a threshold value and the measured power value of the reflected wave of the one high-frequency power source. Preferably, this is performed when a preset time has elapsed after both conditions, i.e., the condition that is less than or equal to the threshold value, are satisfied.
本発明によれば、装置の状態の変更時に複数の高周波電源の出力電力を段階的に変化させるプラズマ処理装置において、出力電力を変化させる一の高周波電源について、他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になった後、予め設定した時間経過したときに当該一の高周波電源の出力電力を変化させるようにしているため、例えば予め設定した時間の経過を待って次のステップの高周波電力を印加する方法と比較して、反射波が十分減衰しないうちに次のステップが実行され反射波がエッチング装置の回路内を重畳的に伝播して装置の状態を変更できないといった事態の発生を防止してプラズマ処理装置の状態を安定的に変更することができる一方、反射波が早く減衰した場合には無駄な待ち時間を生じることなく迅速に次のステップを実行して迅速な装置の状態の変更を実現できる。 According to the present invention, in a plasma processing apparatus that changes the output power of a plurality of high-frequency power supplies in stages when the state of the apparatus is changed, the reflected wave of another high-frequency power supply is measured for one high-frequency power supply that changes the output power. Since the output power of the one high-frequency power supply is changed when a preset time has elapsed after the power value becomes equal to or lower than the threshold value, for example, the next step is waited for the preset time to elapse. Compared with the method of applying high-frequency power, the next step is executed before the reflected wave is sufficiently attenuated, and the reflected wave propagates in the circuit of the etching apparatus in a superimposed manner so that the state of the apparatus cannot be changed. While it is possible to prevent the occurrence and stably change the state of the plasma processing apparatus, when the reflected wave decays quickly, the next scan can be performed quickly without causing unnecessary waiting time. Tsu running up can realize the change of state of rapid equipment.
また前記一の高周波電源について、他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になったことを判断する手法は、高周波電源ユニット間に設けられた信号伝送路から直接送られた他の高周波電源の反射波情報に基づいて行うようにすることにより、高周波電源の出力電力を変更するタイミングの遅れを抑えることができ、この場合論理回路により各判断を行うことにより、反射波の電力がしきい値より小さくなった後、より迅速に出力電力の制御動作を開始することができる。 In addition, for the one high-frequency power source, the method for determining that the measured power value of the reflected wave of the other high-frequency power source is equal to or lower than the threshold value was directly sent from the signal transmission path provided between the high-frequency power source units. By making it based on the reflected wave information of other high-frequency power supplies, it is possible to suppress delays in the timing of changing the output power of the high-frequency power supplies. After the power becomes smaller than the threshold value, the output power control operation can be started more quickly.
本発明を、液晶ディスプレイ用の基板Sをエッチングするエッチング処理装置1の装置の状態の変更の一例であるエッチング処理装置1の起動に適用した実施の形態について以下に説明する。図1は本実施の形態に係るエッチング処理装置1の全体構成を示している。エッチング処理装置1は例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる処理容器10を備えている。処理容器10は、例えば長辺が2m以上の大型の角型基板Sを処理することが可能なように、例えば水平断面の一辺が3.5m、他辺が3.0m程度の大きさの角筒形状に形成されている。
An embodiment in which the present invention is applied to activation of an
この処理容器10内の底面側中央部には下部電極41が設けられており、下部電極41は図示しない搬送手段により外部から搬送される基板Sを載置する載置台としての機能を兼ね備えている。下部電極41の下部には絶縁体42が設けられており、この絶縁体42により下部電極41は、処理容器10から電気的に十分浮いた状態になっている。図中43は下部電極41の支持部である。また処理容器10の下部には開口部44が設けられ、この開口部44の外側に接地筐体をなすマッチングボックス16が設けられている。
A lower electrode 41 is provided in the central portion on the bottom side in the
マッチングボックス16内には、各々一端側が例えば同軸ケーブルを介してプラズマ形成用(ソース用)の高周波電源ユニット2及びバイアス印加用の高周波電源ユニット3に接続された整合回路161、162が設けられており、これら整合回路161、162の他端側は下部電極41に接続されている。整合回路161、162はプラズマのインピーダンスに合わせて下部電極41と各高周波電源2、3間におけるインピーダンス調整(マッチング)を行い、エッチング処理装置1の回路内に発生した反射波を減衰させる役割を果たす。
Matching
また処理容器10の側壁には排気路14が接続されており、この排気路14には真空ポンプ15が接続されている。さらに処理容器10の側壁には、外部と処理容器10との間で基板Sを搬入出するための搬送口11及びこの搬送口11を開閉するためのゲートバルブ12が設けられている。
An
下部電極41の上方には、当該下部電極41と対向するように上部電極51が設けられており、この上部電極51は処理容器10内の処理空間13にエッチング処理用の処理ガスを供給するガスシャワーヘッドとしての機能を兼ね備えている。上部電極51は処理容器10天井部の開口部56の縁部に沿って設けられた絶縁体52を介して当該処理容器10の天井面に固定され、導電路57及び導電性カバー58を介して処理容器10と電気的に接続されている。また、処理容器10は接地されている。
An upper electrode 51 is provided above the lower electrode 41 so as to face the lower electrode 41, and the upper electrode 51 supplies a processing gas for etching processing to the
上部電極51内には、下部電極41上の基板Sの載置面へ向けて開口するガス孔55を備えたガス供給路59が形成されており、このガス供給路59はガス供給路53を介して処理ガス供給部54に接続され、当該処理ガス供給部54からの処理ガスを処理空間13内に供給することができる。
In the upper electrode 51, a
以上に説明した構成を備えたエッチング処理装置1の各高周波電源ユニット2、3は、起動時における反射波の影響によってプラズマの形成に障害が発生することを防止するため、高周波電源ユニット2、3内に設けられた高周波電源21、31の出力側(負荷側)から当該高周波電源21、31に反射して戻ってくる反射波の発生状況を監視しながら高周波電力の出力を段階的に増大させる機能を備えている。以下、図2〜図4を参照しながらその詳細を説明する。
Each of the high frequency
図2は、ソース用高周波電源ユニット2及びバイアス用高周波電源ユニット3の構成を示すブロック図である。ソース用高周波電源ユニット2は例えば13.56MHz、10kWの高周波を出力する高周波電源21と、処理容器10側(下部電極41)への高周波電力の供給を制御する電力制御部211と、高周波電源21の負荷側で発生する反射波を監視しながら立ち上げ時の段階的な出力増大のためのタイミング信号を電力制御部211に与えるタイミング信号生成部22と、通信ボード23と、を備えている。一方、バイアス用高周波電源ユニット3は例えば3.2MHz、5kWの高周波を出力する高周波電源31と、処理容器10側(下部電極41)への高周波電力の供給を制御する電力制御部311と、高周波電源31の負荷側で発生する反射波を監視しながら立ち上げ時の段階的な出力増大のためのタイミング信号を電力制御部311に与えるタイミング信号生成部32と、通信ボード33と、を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the source high-frequency
通信ボード23、33の第1のポート231、331は、各々後述する制御部100の制御ボード101に接続されていて、制御部100からの起動信号(ON/OFF信号)を受信したり、処理容器10へ向けて供給される電力(以下、進行波と言う)の電力値、及び反射波の電力値の計測結果を各高周波電源21、31から制御部100へ向けて送信したりすることができるようになっている。
The
さらにソース用高周波電源ユニット2の第2のポート232はバイアス用高周波電源ユニット3の第2のポート332と信号伝送路を介して接続されていて、ソース用高周波電源ユニット2の高周波電源21内で計測された反射波の電力値をバイアス用高周波電源ユニット3のタイミング信号生成部32へと送信することができるようになっている。一方、バイアス用高周波電源ユニット3の第3のポート333はソース用高周波電源ユニット2の第3のポート233と信号伝送路を介して接続されておりバイアス用高周波電源ユニット3の高周波電源31内にて計測された反射波の電力値をソース用高周波電源ユニット2のタイミング信号生成部22へと送信することができるようになっている。このように各電源ユニット2、3は、相手側の電源ユニット3、2にて計測された反射波を互いに監視することができるようになっている。
Further, the
また各高周波電源ユニット2、3内においては、ソース用高周波電源ユニット2側の高周波電源21とタイミング信号生成部22、バイアス用高周波電源ユニット3側の高周波電源31とタイミング信号生成部32とが互いに接続されていて、自己の電源ユニット2、3へ向けて伝播してきた反射波を各々タイミング信号生成部22、32にて監視することができるようになっている。各タイミング信号生成部22、32は、自己及び相手側の双方の電源ユニット2、3へ向けて伝播してきた反射波の監視結果に基づいて後述のタイミング信号を生成して各電力制御部211、311へ向けて出力する一方、電力制御部211、311はこのタイミング信号に基づいて高周波電源21、31へ向けて制御信号を出力し、当該高周波電源21、31の出力を段階的に増大させることができる。
In each of the high frequency
図3及び図4は各高周波電源ユニット2、3内の内部構成を示す構成図である。先ず図3のソース用高周波電源ユニット2について説明すると、タイミング信号生成部22は自己の高周波電力の反射波及びバイアス側電力の反射波に基づいて高周波電力の出力を段階的に大きくするためのタイミング信号を生成するためのものである。224はコンパレータであり、自己の反射波電力計214にて計測された反射波の電力値が予め設定したしきい値(第1のしきい値、例えば本例では後述の反射波電力計214の検出下限界)を越えたときに論理「1」を出力する。225は否定回路であり、コンパレータ224の出力を反転させた信号A2を後段のワンショットマルチバイブレータ(以下、OMVという)223に与える。
3 and 4 are configuration diagrams showing the internal configuration in each of the high-frequency
また221はコンパレータであり、バイアス用高周波電源ユニット3側にて計測され、送信された反射波の電力値が予め設定したしきい値(第2のしきい値、例えば本例では後述の反射波電力計314の検出下限界)を越えているときに論理「1」を出力する。222はパルス出力回路であり、コンパレータ221の出力が「1」から「0」にたち下がったときに予め設定した長さのパルス信号A1を出力する。このパルス出力回路222は例えば微分回路とOMVとを組み合わせて構成される。
223はOMVであり、両入力端の論理がいずれも「1」になったとき、つまりパルス出力回路222の出力信号A1及び否定回路225の出力信号A2が「1」になったときに、タイミング信号であるパルス信号A3を電力制御部211に供給するためのものである。従って、タイミング信号生成部22は自己の高周波電力の反射波の電力値が第1のしきい値以下であり、且つ、バイアス側の高周波電力の電力値が一旦増大してその後、第2のしきい値よりも小さくなったときに電力制御部211にタイミング信号を出力するようになっている。
電力制御部211は、制御部100からの起動信号(ON/OFF信号)及びタイミング信号生成部22側からのタイミング信号に基づいて高周波電源21の出力を制御する役割を果たす。高周波電源21は、下部電極41と上部電極51との間に高周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化(活性化)させるための高周波電力を出力する高周波電源本体212と、高周波電源本体212から処理容器10側(下部電極41)へ供給される進行波及び処理容器10側からソース用高周波電源ユニット2へ向けて伝播してきた反射波を各々反射波電力計214、進行波電力計215に向けて取り出す方向性結合器213と、を備えている。
The
電力制御部211は制御部100側からのON/OFF信号がONとなっており、且つ、タイミング信号生成部22よりタイミング信号であるパルス信号A3を受信した時点から予め設定した待機時間Δt0が経過した時刻にて、高周波電力の出力を予め設定した電力値まで増大させるよう高周波電源21をコントロールする。電力制御部211は例えばOMV223からのパルス信号A3を受信した回数をインクリメントして記憶する機能を備えており、パルス信号A3の受信回数に応じて高周波電源本体212の出力が決定される。また高周波電源本体212の出力増大の速度は予め設定されている。
In the
これらの機能により、例えば本例におけるソース用高周波電源ユニット2の高周波電源21は、2段階のステップに分けて高周波電力を増大させることができ、パルス信号A3を1回目に受信した時点から既述の待機時間が経過した後、例えば1秒ないし2秒かけて0kW→5kW(第1段回目の電力)までソース側から印加する高周波電力の出力を増大させ、パルス信号A3を2回目に受信した時点から待機時間の経過後、同様の時間内で5kW→10kW(プロセス時の電力)まで出力を増大させるように構成されている。
With these functions, for example, the high-
反射波電力計214、進行波電力計215は各々方向性結合器213にて取り出された進行波並びに反射波の電力値を計測する役割を果たし、反射波電力計214にて計測された反射波の電力値(反射波情報に相当する)は、自己のタイミング信号生成部22、バイアス用高周波電源ユニット3側のタイミング信号生成部32、並びに制御部100の3箇所へ向けてリアルタイムで出力される。一方、進行波電力計215にて計測された進行波の電力値は制御部100へ向けてリアルタイムで出力される。
The reflected
ここで実施の形態に係るエッチング処理装置1の全体の作用について説明する前に、タイミング信号生成部22の動作と電力制御部211の動作とについて、ソース側、バイアス側の各高周波電源ユニット2、3から下部電極41に高周波電力を印加するシーケンスの一例を模式的に示す図7(a)〜図7(d)を用いて簡単に述べる。各図の指示内容は背景技術にて説明した図10(a)〜図10(d)と同様である。
Before describing the overall operation of the
今、各高周波電源ユニット2、3にて計測された進行波、反射波の電力値が図7に示した時刻T2’の手前であって、バイアス側の反射波の電力値が既述の第2のしきい値よりも大きな値であるとする。このとき、図7(b)に示すようにソース側には高周波電力は印加されていないため、ソース用高周波電源ユニット2側の高周波電源21にて計測される進行波、反射波共に電力値はゼロである。このため、コンパレータ224の出力は「0」であるからOMV223の他方側の入力信号A2は「1」である。このときコンパレータ221に入力され反射波の電力値は上述のように第2のしきい値を越えているためパルス出力回路222からはパルスが出力されず、従ってOMV223の一方側の入力信号A1は「0」である。
Now, the power values of the traveling wave and the reflected wave measured by each of the high frequency
そして図7(d)に示すようにバイアス用高周波電源ユニット3側で発生した反射波が減衰し、タイミング信号生成部22のコンパレータ221に入力される電力値が第2のしきい値を下回ると、コンパレータ221の出力が「1」から「0」へと変化し、パルス出力回路222内の微分回路にてこの変化が検知され、パルス出力回路222からOMV223へパルス信号が出力される。
Then, as shown in FIG. 7D, when the reflected wave generated on the bias high-frequency
このためOMV223の一方の入力信号A1が「1」になり、OMV223の入力条件(アンド条件)が成立してOMV223から第1回目のタイミング信号であるパルス信号A3が出力される。この結果、電力制御部211は予め設定された待機時間t0の経過後の時刻T2’より高周波電源21の出力を0kW→5kW(第1段回目の電力)まで増大させる動作を行う。
Therefore, one input signal A1 of the
次に、図7に示した時刻T4’の手前のタイミングにて、ソース側、バイアス側の各々で発生した反射波が第1、第2のしきい値を下回るタイミングを検知して、高周波電源21の出力を増大させる動作について説明する。この場合には、既に高周波電源21よりソース側にプロセス時の電力よりも小さい第1段回目の電力が印加されていることから、時刻T3’においてバイアス側の高周波電源31の出力が増大したことにより反射波がソース側にも発生し、この反射波の電力値が反射波電力計214にて計測されてコンパレータ224へと入力されている。
Next, at the timing before time T 4 ′ shown in FIG. 7, the timing at which the reflected waves generated on the source side and the bias side fall below the first and second threshold values is detected, and the high frequency An operation for increasing the output of the
この反射波の電力値が第1のしきい値を越えている間は、OMV223の他方の入力信号A2は「0」の状態となっており、当該電力値が第1のしきい値を下回ると前記入力信号A2が「1」になる。一方、バイアス側の反射波の電力値が第2のしきい値を下回ったタイミングにて既述のようにOMV223の入力条件が成立しOMV223から第2回目のタイミング信号であるパルス信号A3が電力制御部211に出力される。
While the power value of the reflected wave exceeds the first threshold value, the other input signal A2 of the
この結果、電力制御部211は待機時間Δt0の経過後、時刻T4’より高周波電源21の出力を5kW→10kW(プロセス時の電力)まで増大させる動作を行う。
As a result, after the elapse of the standby time Δt 0 , the
ところで例えば図7(b)及び図7(d)の時刻T3’の後に発生した反射波の電力値の経時変化を見ても分かるように、一般には出力を増大させた高周波電源側(本例ではバイアス側の高周波電源31)に発生する反射波の方が減衰するまでに長い時間を要し、出力を増大させていない相手側(本例ではソース側の高周波電源21)に発生する反射波の方が比較的短い時間で減衰する。この場合には図3に示すタイミング信号生成部22は、先ずソース側の反射波の電力値が第1のしきい値を下回って否定回路225からの出力信号が「1」となっており、これに続いてバイアス側の反射波の電力値が第2のしきい値を下回ってパルス出力回路222からパルス信号が出力され、この結果、OMV223の両入力信号A1、A2が「1」となり電力制御部211へパルス信号A3が出力される。
By the way, for example, as can be seen from the time-dependent change in the power value of the reflected wave generated after time T 3 ′ in FIGS. In the example, the reflected wave generated in the bias-side high-frequency power supply 31) takes a longer time to attenuate, and the reflection generated in the counterpart side (in this example, the source-side high-frequency power supply 21) whose output is not increased. The wave decays in a relatively short time. In this case, in the timing
このように、信号A2→パルス信号A1の順にOMV223に信号が入力される場合には、各反射波が減衰するタイミングが互いに大きくずれたとしても、OMV223は後から減衰したバイアス側の反射波がしきい値を下回ったタイミングを把握して電力制御部211を作動させることができる。
As described above, when signals are input to the
これに対して図7(b)及び図7(d)に示した例とは反対に、出力を増大させた高周波電源側(本例ではバイアス側の高周波電源31)に発生する反射波の減衰よりも、出力を増大させていない相手側(本例ではソース側の高周波電源21)に発生する反射波の減衰のタイミングが遅れるという事態が起こった場合について考える。この場合には、パルス出力回路222より出力されるパルス信号A1の時間幅が短く設定されていると、例えばバイアス側の反射波の減衰を検知してパルス出力回路222からパルス信号A1が出力されこのパルス信号のレベルが立ち下がった(パルス信号が消失した)後に、ソース側の反射波の減衰が検知されて否定回路225側の信号A2が「1」になると、OMV223の入力条件が成立しなくなる。
On the other hand, contrary to the example shown in FIGS. 7B and 7D, the attenuation of the reflected wave generated on the high-frequency power source side (in this example, the bias-side high-frequency power source 31) whose output is increased. Consider a case where a situation occurs in which the timing of attenuation of the reflected wave generated on the other side (in this example, the high
そこで実施の形態に係るパルス出力回路222は、既述のように所定の時間幅、例えば数秒程度の時間幅を有するパルス信号A1を出力するように構成されており、例え出力を増大させていない高周波電源(例えば時刻T3’の後のタイミングにおいてはソース側の高周波電源21)に発生する反射波が、出力を増大させた高周波電源(本例ではバイアス側の高周波電源31)よりも後に減衰した場合であっても、一方の入力信号A1が「1」の状態を一定時間継続していることにより、後から減衰したソース側の反射波がしきい値を下回ったタイミングを把握して電力制御部211を作動させることが可能となっている。
Therefore, the
なお、2つの反射波の減衰するタイミングが大きく異なってしまい、パルス出力回路222から出力されるパルス信号A1の持つ時間幅よりも遅いタイミングにて否定回路225の出力が「1」となるような場合には、例えば上位側の制御部100にて予め設定した時間が経過しても下部電極41に印加される電力が増大しないことを検知してこれをオペレータに通報したり、ソース用高周波電源ユニット2、バイアス用高周波電源ユニット3からの電力の印加動作を再度やり直したりするようにするとよい。
また、パルス出力回路222から出力される信号A1は、バイアス側の反射波の電力値が第2のしきい値を下回ったことを検知して「1」となるステップ信号を出力するように構成してもよいが、この場合には例えば各高周波電源21、31の出力を上げるタイミング(時刻T1’〜時刻T4’の各時刻)にてパルス出力回路222からの出力をリセットする動作が必要となる。
Note that the timing at which the two reflected waves attenuate greatly differs, and the output of the
The signal A1 output from the
以上、各高周波電源21、31にて発生する反射波をソース用高周波電源ユニット2側にて監視し、その電力値が予め設定したしきい値(第1のしきい値、第2のしきい値)を下回った時点で当該ソース用高周波電源ユニット2側の高周波電源21より印加される高周波電力の出力を増大させる回路の構成及びその動作についての説明を行ったが、図4に示したバイアス用高周波電源ユニット3側のタイミング信号生成部32及び高周波電源31の構成及び動作についても既述のソース用高周波電源ユニット2側のタイミング信号生成部32とほぼ同様となっている。
As described above, the reflected wave generated by each of the high
即ち、自己の反射波電力計314にて計測された反射波は、コンパレータ324で予め設定されたしきい値(第3のしきい値)を越えたか否かが検出され、否定回路325で反転されて信号B2がOMV323に与えられる。またソース用高周波電源ユニット2側にて計測され、送信された反射波の電力値が予め設定されたしきい値(第4のしきい値)以下の値に減衰したら、パルス出力回路322より予め設定した長さのパルス信号B1がOMV323に出力される。OMV323は両入力端の論理がいずれも「1」になったときに、タイミング信号であるパルス信号B3を電力制御部311に供給する。従って、タイミング信号生成部32は自己の高周波電力の反射波の電力値が第3のしきい値以下であり、且つ、ソース側の高周波電力の反射波が一旦増大してその後、第4のしきい値よりも小さくなったときに電力制御部311にタイミング信号が出力されるようになっている。
That is, whether or not the reflected wave measured by its own reflected
また電力制御部311も既述のものと同様に、制御部100側からのON/OFF信号がONであり、且つ、タイミング信号生成部32よりタイミング信号であるパルス信号B3を受信した時点から予め設定した待機時間Δt0が経過した時刻にて、高周波電源31の出力を予め設定した電力値まで増大させる。電力制御部311がOMV323からのパルス信号B3を受信した回数をインクリメントして記憶する機能や、パルス信号B3の受信回数に応じて高周波電源31の出力を例えば0kW→2.5kW(第1段回目の電力)、2.5kW→5kW(プロセス時の電力)と増大させるように構成されている点も既述の通りである。
Similarly to the above-described one, the
ここでバイアス用高周波電源ユニット3の起動開始直後においては、高周波電源31、21のいずれからも高周波電力が出力されていないことから、反射波は発生していないためOMV323はタイミング信号を生成することができない。そこでOMV323と電力制御部311との間にはOR回路327を介してOMV326が接続されており、このOMV326が制御部100からの起動信号がONとなったタイミングで当該信号をパルス信号B4に変換し、このパルス信号B4を1回目のタイミング信号として電力制御部311へと出力し、高周波電源31の出力増大を開始する構成となっている。この点においてバイアス側高周波電源ユニット3は、既に高周波電力が印加されており、OMV223からタイミング信号(パルス信号A3)を出力可能な状態で起動するソース用高周波電源ユニット2とは構成が異なっている。
そのほか、高周波電源31が高周波電源本体312、方向性結合器313、並びに反射波電力計314、進行波電力計315を備える点は、既述のソース用高周波電源ユニット2側の高周波電源21と同様である。
Here, immediately after the start of the activation of the bias high-frequency
In addition, the high-
また以上に説明した例においては、タイミング信号A3(B3)が電力制御部211(311)に出力され、続いて電力制御部211(311)にて予め設定した時間経過後に電力増大のための制御動作が行われるが、例えばOMV223(323)の後段にパルス信号の出力を前記予め設定した時間だけ遅延させる遅延回路を設け、この遅延回路から出力されたパルス信号をタイミング信号A3(B3)としてもよい。この場合には、タイミング信号A3(B3)が電力制御部211(311)に入力された後、直ちに電力増大のための制御動作が行われることになる。 In the example described above, the timing signal A3 (B3) is output to the power control unit 211 (311), and then the control for increasing the power is performed after the time set in advance by the power control unit 211 (311). For example, a delay circuit that delays the output of the pulse signal by the preset time is provided at the subsequent stage of the OMV 223 (323), and the pulse signal output from the delay circuit is also used as the timing signal A3 (B3). Good. In this case, after the timing signal A3 (B3) is input to the power control unit 211 (311), a control operation for increasing the power is performed immediately.
次にエッチング処理装置1の全体構成の説明に戻ると、既述の制御部100は例えば図示しないCPUとメモリとを備えたコンピュータとして構成されており、メモリには、各高周波電源ユニット2、3に起動信号(ON/OFF信号)を出力したり、これら高周波電源ユニット2、3からの進行波、反射波の電力値を監視したりする既述の動作に加え、当該エッチング処理装置1の全体の動作の統括制御、即ち、処理容器10内に基板Sを搬入し、下部電極41上に載置された基板Sにエッチング処理を施してから搬出するまでの動作に係わる制御などについてのステップ(命令)群が組まれたプログラムが記憶されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカードなどの記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
Next, returning to the description of the overall configuration of the
続いてこのエッチング処理装置1の作用について図5、図6の流れ図並びに図7(a)〜図7(d)を参照しながら説明する。先ずオペレータがガス種、処理容器10内の圧力、各高周波電力ユニット2、3から供給されるプロセス時の電力などの処理条件を不図示の入力画面から入力する。そしてゲートバルブ12を開き、例えば表面にレジストがパターニングされ、その下層に金属膜が形成された基板Sを、不図示の外部の搬送アームにより処理容器10内に搬入し、当該搬送アームと不図示の昇降ピンとの協働作用により、この基板Sを下部電極41に載置する。続いてゲートバルブ12を閉じ、ガスシャワーヘッドを兼用する上部電極51から処理容器10内に処理ガスを供給しながら処理容器10内を真空引きし、処理空間13内を設定した圧力とする。
Next, the operation of the
然る後、図5の流れ図に示すように制御部100、バイアス用高周波電源ユニット3及びソース用高周波電源ユニット2にて電力の供給動作をスタートする。まず制御部100は、図7(a)、図7(c)に示すように、時刻T1’にてソース用高周波電源ユニット2とバイアス用高周波電源ユニット3とをONとする起動信号を送信し(ステップS101)、電力供給に係る動作を終了する(エンド)。以下、下部電極41にソース電力及びバイアス電力を印加する動作は、ソース用高周波電源ユニット2及びバイアス用高周波電源ユニット3にて制御部100の制御から独立して実行される。
Thereafter, as shown in the flowchart of FIG. 5, the power supply operation is started by the
各高周波電源ユニット2、3にて、「ON」の状態の起動信号を受信すると(ステップS201、S301)、当該ON信号及び図4に示したOMV326の作用により電力制御部311が作動して、まずバイアス側の高周波電源31から下部電極41に、プロセス時の電力よりも低い第1段階目の電力を印加する動作が直ちに開始される(ステップS302)。負荷側に高周波電力が印加されたことにより、当該高周波電源31には反射波が発生し、図7(d)に示すように反射波の電力は、印加する電力の増大に合わせて増えていく。そして高周波電源31より印加される電力は第1段階目の電力の設定値となった段階で一定となる一方、反射波の電力は整合回路162によるマッチングによって徐々に低下していく。
When each of the high frequency
この間、バイアス用高周波電源ユニット3側で計測された反射波の電力値は、ソース用高周波電源ユニット2へとリアルタイムで送信されており(ステップS303)、ソース用高周波電源ユニット2においては、この電力値を受信して(ステップS202)、当該電力値が第2のしきい値以下となるまでバイアス用高周波電源ユニット3側の反射波を監視する(ステップS203;NO)。
During this time, the power value of the reflected wave measured on the bias high-frequency
そして、この反射波の電力値が一旦増大してその後、第2のしきい値よりも小さくなったことが既述のパルス出力回路222の作用により検知されると(ステップS203;YES)、タイミング信号が生成され、待機時間Δt0が経過した後の時刻T2’において電力制御部211が作動し、ソース側の高周波電源21よりプロセス時の電力よりも低い第1段階目の電力が下部電極41に印加される(ステップS204)。
When it is detected by the action of the
この結果、図7(b)、図7(d)に示すようにソース側、バイアス側の双方の高周波電源21、31に向けて負荷側から反射波が伝播する。このときバイアス側においては自己の側に伝播してきた反射波の電力値が計測され(ステップS304)、またソース側においては、当該ソース側で計測された反射波の電力値がバイアス側へ向けて出力される(ステップS205)。
As a result, as shown in FIGS. 7B and 7D, reflected waves propagate from the load side toward the high-
バイアス側では自己の反射波についての電力値の計測結果(図6、ステップS304)、及びソース側からの受信した反射波の電力値(ステップS305)が各々第3のしきい値、第4のしきい値以下の値となるまでこれらの値を監視する(ステップS306;NO)。そして、バイアス側の反射波の電力値が第3のしきい値以下となり、ソース側より受信した反射波の電力値が一旦増大してその後、第4のしきい値以下となったら(ステップS306;YES)、タイミング信号が生成され、待機時間Δt0が経過した後の時刻T3’において電力制御部311が作動し、バイアス側の高周波電源31よりプロセス時の電力が下部電極41に印加される(ステップS307)。
On the bias side, the measurement result of the power value for the reflected wave of itself (FIG. 6, step S304) and the power value of the reflected wave received from the source side (step S305) are the third threshold value and the fourth threshold value, respectively. These values are monitored until the value becomes equal to or less than the threshold value (step S306; NO). Then, when the power value of the reflected wave on the bias side becomes equal to or lower than the third threshold value, and the power value of the reflected wave received from the source side once increases and then becomes lower than the fourth threshold value (step S306). YES), a timing signal is generated, and the
以下、この電力の印加動作でソース側、バイアス側双方に発生した反射波の電力値をリアルタイムで計測(ステップS206)、送受信して(ステップS308、S207)監視し(ステップS208;NO)、各々の電力値が第1、第2のしきい値以下となったら(ステップS208;YES)、タイミング信号が生成され、待機時間Δt0が経過した後の時刻T4’にて今度はソース側の高周波電源21よりプロセス時の電力が下部電極41に印加されて(ステップS209)、電力供給に関する起動動作を終える(エンド)。この結果、処理空間13内に安定したプラズマが形成されて基板Sのエッチング処理が開始されることとなる。
Hereinafter, the power value of the reflected wave generated on both the source side and the bias side in this power application operation is measured in real time (step S206), transmitted and received (steps S308 and S207), and monitored (step S208; NO), respectively. Is equal to or lower than the first and second threshold values (step S208; YES), a timing signal is generated, and at time T 4 ′ after the standby time Δt 0 has elapsed, this time, Power during the process is applied from the high-
本実施の形態によれば以下の効果がある。プラズマの立ち上げ時に複数の高周波電源21、31の出力電力を順番に段階的に大きくするエッチング処理装置1において、出力電力を1段階大きくする順番が回ってきた一の高周波電源21、31について、少なくとも他の高周波電源31、21の反射波の電力値がしきい値以下になった後、待機時間が経過したときに当該一の高周波電源21、31の出力電力を1段階大きくするようにしているため、例えば予め設定した時間の経過を待って次のステップの高周波電力を印加する方法と比較して、反射波が十分減衰しないうちに次のステップが実行され反射波がエッチング装置の回路内を重畳的に伝播してプラズマを形成できないといった事態の発生を防止してエッチング処理装置1を安定的に起動することができる一方、反射波が早く減衰した場合には無駄な待ち時間を生じることなく迅速に次のステップを実行して迅速な起動を実現できる。
The present embodiment has the following effects. In the
そして本例では他の高周波電源31、21の反射波がしきい値以下となったことと、当該一の高周波電源21、31である自己側において計測された高周波電力の反射波がしきい値以下となったこととの両条件が成立してから出力電力を1段階大きくするようにしているため、反射波が減衰するタイミングが入れ替わるような場合においても安定してエッチング処理装置1を起動することができる。
In this example, the reflected waves of the other high-
また各高周波電源ユニット2、3には、反射波の電力値の送受信(伝送)を直接行うための信号伝送路が設けられており、タイミング信号生成部22、32が各高周波電源ユニット2、3に設けられていることから、これらの高周波電源ユニット2、3は制御部100を介さずに高周波電源21、31を直接制御してその出力を増大させることができる。通常、エッチング処理装置1の起動時には、制御部100は処理容器10内の圧力制御やエッチングガスの供給量制御などを並行して実行しており、負荷の高い状態となっている。このため、反射波の電力値がしきい値以下となったか否かの判断や、この判断結果に基づいて高周波電源21、31の出力を増大させる制御を制御部100側で行うと、これらの動作に遅延を生ずるおそれがある。この点、各高周波電源ユニット2、3は電力の供給動作に特化してこれらの判断や制御を実行することが可能であり、制御部100にかかる負担を軽減して迅速な起動動作を実現することができる。
Each high frequency
ここで図1に示したエッチング処理装置1においては、ソース側、バイアス側双方の高周波電力ユニット2、3を下部電極41に接続する、いわゆる下部二周波タイプのエッチング処理装置1を示したが、高周波電力ユニット2、3の接続方式はこれに限定されるものではなく、例えばソース用高周波電源ユニット2を上部電極51側に接続し、バイアス用高周波電源ユニット3を下部電極41に接続するいわゆる上下二周波タイプのエッチング処理装置1にも本発明は適用することができる。
Here, in the
またエッチング処理装置1に設ける高周波電源の数も2つに限定されるものではなく、3つ以上であってもよい。例えばプラズマ形成用の電力を大容量で印加するために例えばソース側として2つの高周波電源S1、S2を下部電極41に接続し、さらにバイアス側の高周波電源Bを下部電極41に接続して下部二周波型のエッチング処理装置1を構成する場合などが考えられる。
Further, the number of high-frequency power sources provided in the
この場合には、各高周波電源S1、S2、Bの出力を増大させるシーケンスは、例えば高周波電源B→高周波電源S1→高周波電源S2→高周波電源B→…、というように、3つの高周波電源S1、S2、Bの出力を順繰りに増大させてもよいし、高周波電源B→高周波電源S1とS2→高周波電源B→…というようにバイアス側、ソース側の出力を交互に増大させるようにしてもよい。いずれのシーケンスにおいても、出力電力を1段階大きくする順番が回ってきた一の高周波電源について、他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になった後、当該一の高周波電源の出力電力を1段階大きくするように構成することが可能である。 In this case, the sequence of increasing the output of each high frequency power source S1, S2, B is three high frequency power sources S1, for example, high frequency power source B → high frequency power source S1 → high frequency power source S2 → high frequency power source B →. The outputs of S2 and B may be increased sequentially, or the output on the bias side and the source side may be increased alternately, such as high frequency power supply B → high frequency power supply S1 and S2 → high frequency power supply B →. . In any sequence, after the measured power value of the reflected wave of the other high-frequency power supply becomes equal to or lower than the threshold value for one high-frequency power supply whose turn has been increased by one step, the one high-frequency power supply The output power can be increased by one step.
また図3、図4に示した各高周波電源ユニット2、3においては、自己の反射波の電力値と相手側の反射波の電力値との双方が予め設定したしきい値以下となった場合に限り各高周波電源21、31の出力電力を増大させる構成となっているが、例えば相手側の反射波のみが予め設定したしきい値以下となったことを検知して出力を増大させる構成としてもよい。
Further, in each of the high-frequency
これは例えば図7(b)及び図7(d)を用いて既に説明したように、出力を増大させた高周波電源側に発生する反射波の方が減衰するまでに長い時間を要し、出力を増大させていない他方側に発生する反射波の方が比較的短い時間で減衰することが一般的であり、当該他方側の出力を増大させるにあたっては、相手側、即ち出力を増大させた高周波電源側に発生する反射波の値を監視しておけば十分な場合も多いからである。 For example, as already described with reference to FIGS. 7B and 7D, it takes a long time for the reflected wave generated on the high-frequency power source side whose output is increased to attenuate, and the output In general, the reflected wave generated on the other side that does not increase is attenuated in a relatively short time, and in increasing the output on the other side, the other side, that is, the high frequency that increased the output This is because it is often sufficient to monitor the value of the reflected wave generated on the power supply side.
さらにまた反射波の電力値が予め設定したしきい値以下となったか否かを判断する手法は、図3、図4に示したハードウェア的な手法により論理回路を用いて行う場合に限定されず、例えば各高周波電源ユニット2、3にCPUを設けて、当該CPUにてソフトウェア的に判断を行うようにしてもよい。また、各高周波電源ユニット2、3にてこれらの判断を行う場合に限定されず、エッチング処理装置1全体の動作制御を行う制御部100にて反射波の電力値の計測結果を取得し、しきい値以下となったか否かの判断を行って各高周波電源21、31の出力を増大させてもよいことは勿論である。
Furthermore, the method for determining whether or not the power value of the reflected wave is equal to or lower than a preset threshold value is limited to the case where the hardware method shown in FIGS. 3 and 4 is used and a logic circuit is used. Instead, for example, a CPU may be provided in each of the high frequency
そしてこの判断は、図3、図4の実施の形態中に示したように、反射波の電力値の計測結果を反射波情報として相手側に送信して、これを受信した相手側にて、しきい値以下となったか否かを判断する方式に限定されるものではなく、反射波の電力値を計測した高周波電源21、31側にて当該電力値が相手側の出力を増大可能なしきい値以下となったか否かを判断し、相手側にはその電力値がしきい値以下となったことを示す判断信号を反射波情報として送信するようにしてもよい。
Then, as shown in the embodiment of FIG. 3 and FIG. 4, this determination is performed by transmitting the measurement result of the power value of the reflected wave to the other party as reflected wave information, and on the other party receiving this, It is not limited to the method of determining whether or not the threshold value has been reached, but the threshold at which the power value can increase the output of the other party on the high-
この他、複数の高周波電源を設けるプラズマ処理装置は、図1に示した並行平板型のものに限定されるものではなく、例えば誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma)型のエッチング装置の例えばらせん状コイルと下部電極とに夫々高周波電源を設けた場合などにおいても本発明は適用することができる。 In addition, the plasma processing apparatus provided with a plurality of high-frequency power sources is not limited to the parallel plate type shown in FIG. 1, and for example, an inductively coupled plasma type etching apparatus such as a spiral coil The present invention can also be applied to a case where a high frequency power source is provided for each of the upper electrode and the lower electrode.
また上述の実施の形態においては、プラズマの立ち上げ時に一の高周波電源21、31について、少なくとも他の高周波電源31、21の反射波の電力値がしきい値以下になってから当該一の高周波電源21、31の出力電力を1段階大きくする例について説明したが、本発明の適用可能なケースはプラズマの立ち上げ時に限定されない。例えば、処理容器10内におけるプラズマ形成領域や、プラズマの電子温度、電子密度の調整など、エッチング処理装置1の状態を変更する目的で、例えば図8(a)、図8(b)に示すようにソース側、バイアス側の各高周波電源ユニット2、3の印加電力を第1のプロセス時の電力から、第2のプロセス時の電力まで例えば中間電力を挟んで段階的に立ち上げていく場合にも本発明は適用することができる。
Further, in the above-described embodiment, at the time of plasma start-up, at least one high-
また図8に示した例とは逆に例えば図9(a)、図9(b)に示すように、エッチング処理装置1の状態を変更する目的で、ソース側、バイアス側の各高周波電源ユニット2、3の印加電力を第1のプロセス時の電力から、第2のプロセス時の電力まで段階的に立ち下げていく場合、あるいは、一方は段階的に立ち上げて、他方は段階的に立ち下げる場合やなど、複数の高周波電源の出力電力を変化させる場合にも本発明は適用することができる。そして、この場合の運転状態の変更には、例えばエッチング処理装置1を停止する場合も含んでおり、この場合は図9に示した第2のプロセス時の電力はゼロとなる。
In contrast to the example shown in FIG. 8, for example, as shown in FIGS. 9A and 9B, for the purpose of changing the state of the
また、段階的な出力電力の変更(立ち上げや立ち下げ)は、各高周波電源31、21の出力の変更を順番に変更する場合に限定されるものではなく、例えば一方側を連続して2段階以上に分けて立ち上げ、然る後、他方側を連続して2段階以上に分けて立ち上げる場合などにも、双方の高周波電源31、21の反射波の電力値がしきい値以下になってから各段階の出力変更を実行するとよい。
Further, the stepwise change of the output power (starting up and shutting down) is not limited to changing the output of each of the high
さらにまた本発明の処理装置は、エッチング処理以外の例えばアッシングやCVD(Chemical Vapor Deposition)など、他の処理ガスを用いて被処理体に対して処理を行う処理に適用することができる。さらにまた被処理体としては角型の基板には限られず、FPD基板や太陽電池用の基板の他、例えば円形の半導体ウエハなどであってもよい。 Furthermore, the processing apparatus of the present invention can be applied to processing for processing an object to be processed using another processing gas such as ashing or CVD (Chemical Vapor Deposition) other than etching processing. Furthermore, the object to be processed is not limited to a square substrate, and may be, for example, a circular semiconductor wafer in addition to an FPD substrate or a solar cell substrate.
S FPD基板(基板)
1 エッチング処理装置
10 処理容器
16 マッチングボックス
100 制御部
101 制御ボード
161、162
整合回路
2 ソース用高周波電源ユニット
21 高周波電源
22 タイミング信号生成部
23 通信ボード
211 電力制御部
212 高周波電源本体
213 方向性結合器
214 反射波電力計
215 進行波電力計
221、224
コンパレータ
222 パルス出力回路
223 ワンショットマルチバイブレータ(OMV)
225 否定回路
3 バイアス用高周波電源ユニット
31 高周波電源
32 タイミング信号生成部
33 通信ボード
311 電力制御部
312 高周波電源本体
313 方向性結合器
314 反射波電力計
315 進行波電力計
321、324
コンパレータ
322 パルス出力回路
323、326
OMV
325 否定回路
327 OR回路
41 下部電極
51 上部電極
54 処理ガス供給部
S FPD substrate (substrate)
DESCRIPTION OF
225
OMV
325
Claims (9)
各高周波電源毎に設けられ、高周波電源と当該高周波電源の出力を制御する電力制御部と当該高周波電源に反射される反射波の電力値を計測する反射波計測手段とを含む高周波電源ユニットと、
各高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になったか否かを判断する手段と、
一の高周波電源以外の他の高周波電源の出力電力を一の段階から他の段階に変化させ、当該変化に基づいて発生した当該他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になった後、予め設定した時間経過したときに前記一の高周波電源の出力電力を変化させるためのタイミング信号を前記電力制御部に与える手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 A plurality of high-frequency power supplies that output high-frequency waves in the processing container, and the target object in the processing container is processed by plasma, and the plurality of these power- ups are used to start up the plasma or change the plasma state. in the plasma processing apparatus for each stepwise change the output power of the high frequency power source,
A high-frequency power supply unit that is provided for each high-frequency power supply and includes a high-frequency power supply, a power control unit that controls the output of the high-frequency power supply, and a reflected wave measurement unit that measures a power value of a reflected wave reflected by the high-frequency power supply;
Means for determining whether or not the measured power value of the reflected wave of each high-frequency power source is equal to or lower than a threshold value;
Change the output power of other high-frequency power supply other than one high-frequency power supply from one stage to another, and the measured power value of the reflected wave of the other high-frequency power supply generated based on the change is below the threshold value after becoming a plasma processing apparatus, wherein a timing signal for changing the output power of the one of the high-frequency power source when the elapsed preset time and means for providing to the power control unit.
前記タイミング信号を前記電力制御部に与える手段は、各高周波電源ユニットに設けられ、前記信号伝送路から送られた他の高周波電源の反射波情報に基づいて前記タイミング信号を生成する手段を含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。 Connected between the high-frequency power supply units, and directly transmits the reflected wave information consisting of the measured power value of the reflected wave or a determination signal indicating that the measured power value is below the threshold value between the high-frequency power supply units. A signal transmission path for
The means for giving the timing signal to the power control unit includes means for generating the timing signal based on the reflected wave information of another high frequency power supply provided in each high frequency power supply unit and sent from the signal transmission path. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
各高周波電源の反射波の電力値を計測する工程と、
一の高周波電源以外の他の高周波電源の出力電力を一の段階から他の段階に変化させ、当該変化に基づいて発生した当該他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下であるか否かを判断する工程と、
前記他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になったと判断された後、予め設定した時間経過したときに前記一の高周波電源の出力電力を変化させる工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。 A plurality of high-frequency power supplies that output high-frequency waves in the processing container, and the target object in the processing container is processed by plasma, and the plurality of these power- ups are used to start up the plasma or change the plasma state. method of operating a plasma processing apparatus for changing the output power in each stepwise high frequency power supply,
Measuring the power value of the reflected wave of each high-frequency power supply;
The output power of another high frequency power supply other than one high frequency power supply is changed from one stage to another stage, and the measured power value of the reflected wave of the other high frequency power supply generated based on the change is below the threshold value. Determining whether or not there is,
Include the steps of changing the output power of the one of the high-frequency power source when the measured power value of the reflected wave of said other high-frequency power source after it is determined that falls below the threshold value, passed the preset time A method for operating a plasma processing apparatus.
前記一の高周波電源の出力電力を変化させる工程は、前記他の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下になったことの条件と前記一の高周波電源の反射波の計測電力値がしきい値以下である条件との両条件が成立した後、予め設定した時間経過したときに行われることを特徴とする請求項7または8に記載のプラズマ処理装置の運転方法。 Determining whether or not the measured power value of the reflected wave of the one high-frequency power source is a threshold value or less,
The step of changing the output power of the one high-frequency power source includes the condition that the measured power value of the reflected wave of the other high-frequency power source is equal to or lower than a threshold value and the measured power value of the reflected wave of the one high-frequency power source. 9. The method of operating a plasma processing apparatus according to claim 7, wherein the operation is performed when a preset time has elapsed after both of the conditions, i.e., the condition is equal to or less than a threshold value, are satisfied.
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