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JP6512962B2 - Plasma processing system - Google Patents

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JP6512962B2 JP2015128277A JP2015128277A JP6512962B2 JP 6512962 B2 JP6512962 B2 JP 6512962B2 JP 2015128277 A JP2015128277 A JP 2015128277A JP 2015128277 A JP2015128277 A JP 2015128277A JP 6512962 B2 JP6512962 B2 JP 6512962B2
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Description

本発明は、被処理体にプラズマ処理を施す技術に係り、特にプラズマ処理に用いられる高周波のパワーを一定周波数のパルスで変調するパルス変調方式のプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a technology for performing plasma processing on an object to be processed, and more particularly to a pulse modulation type plasma processing apparatus that modulates high frequency power used for plasma processing with a pulse of a constant frequency.

一般に、プラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器内で処理ガスのプラズマを生成し、プラズマに含まれるラジカルやイオンの気相反応あるいは表面反応によって、処理容器内に配置される被処理体上に薄膜を堆積させ、あるいは被処理体表面の素材または薄膜を削るなどの微細加工を行うようにしている。   In general, a plasma processing apparatus generates a plasma of a processing gas in a processing chamber capable of vacuum evacuation, and is disposed on a processing target object disposed in the processing container by a gas phase reaction or surface reaction of radicals or ions contained in the plasma. The thin film is deposited on the surface of the substrate, or the material or the thin film on the surface of the object to be treated is scraped.

容量結合型のプラズマ処理装置においては、処理容器内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理体(半導体ウエハ、ガラス基板等)を載置し、上部電極もしくは下部電極にプラズマの生成に適した周波数(通常13.56MHz以上)の高周波を印加する。この高周波の印加により上部および下部電極間で電子が高周波電界により加速され、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマが発生するようになっている。また、被処理体を載置する下部電極に低い周波数(通常13.56MHz以下)の高周波を印加し、下部電極上に発生する負のバイアス電圧またはシース電圧によりプラズマ中のイオンを加速して基板に引き込むRFバイアス法も多く用いられている。RFバイアス法により、プラズマからイオンを加速して被処理体の表面に衝突させて、表面反応、異方性エッチングあるいは膜の改質等を促進することができる。   In the capacitive coupling type plasma processing apparatus, the upper electrode and the lower electrode are disposed in parallel in the processing container, the object to be treated (semiconductor wafer, glass substrate, etc.) is placed on the lower electrode, or the upper electrode or A high frequency of frequency (usually 13.56 MHz or more) suitable for plasma generation is applied to the lower electrode. By the application of the high frequency, electrons are accelerated by the high frequency electric field between the upper and lower electrodes, and plasma is generated by the collision ionization of the electrons and the processing gas. In addition, a high frequency of low frequency (usually 13.56 MHz or less) is applied to the lower electrode on which the object to be processed is placed, and ions in the plasma are accelerated by the negative bias voltage or sheath voltage generated on the lower electrode. Many RF bias methods are used. By the RF bias method, ions can be accelerated from the plasma and collide with the surface of the object to promote surface reaction, anisotropic etching, film modification, and the like.

近年では、ドライエッチングの歩留まりや加工精度を向上させるために、たとえばチャージングダメージ(電荷蓄積によるゲート酸化膜の破壊)を防止し、あるいはマイクロローディング効果(パターンの幾何学的構造やパターン密度の局所的な差異に基づくエッチング速度のばらつき)を抑制するために、プラズマ生成用の高周波および/またはバイアス用の高周波を一定周波数のパルスで変調する技術が普及している。   In recent years, in order to improve the yield and processing accuracy of dry etching, for example, charging damage (destruction of gate oxide film due to charge accumulation) is prevented or microloading effect (geometric structure of pattern or locality of pattern density) Technology has been widely used to modulate high frequency waves for generating plasma and / or high frequency waves for bias with pulses of a constant frequency in order to suppress the variation in the etching rate).

一般に、この種のパルス変調では、変調パルスのデューティ比に応じて、パルス・オンの期間中は変調を受ける高周波のパワーを所定レベルのオン状態とし、パルス・オフの期間中は当該高周波のパワーを零レベルのオフ状態とする。したがって、たとえばプラズマ生成用の高周波のパワーをパルス変調する場合、パルス・オン期間中はプラズマが発生してエッチングが進行し、パルス・オフ期間中はプラズマが消滅してエッチングが一時停止する。この場合、プラズマ生成用高周波の伝送ライン上に設けられる整合器は、各サイクルのパルス・オン期間中に負荷インピーダンスを測定し、負荷インピーダンス測定値が整合ポイント(通常50Ω)に一致または近似するように、整合回路に設けられる可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変に制御する。   Generally, in this type of pulse modulation, depending on the duty ratio of the modulation pulse, the power of the high frequency wave to be modulated is made to be a predetermined level during the pulse on period, and the power of the high frequency is in the pulse off period. To the zero level off state. Therefore, for example, in the case of pulse-modulating the power of high frequency waves for plasma generation, plasma is generated and etching progresses during the pulse on period, and the plasma disappears and the etching is suspended during the pulse off period. In this case, the matcher provided on the plasma generation high-frequency transmission line measures the load impedance during the pulse-on period of each cycle so that the load impedance measurement matches or approximates the match point (usually 50Ω). And variably control the reactance of the variable reactance element provided in the matching circuit.

特開2012−9544号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-9544 特開2013−33856号公報JP, 2013-33856, A

上記のような容量結合型プラズマ処理装置におけるパルス変調の一形態として、変調パルスのデューティ比に応じて、パルス・オン期間中は当該高周波のパワーを一定のレベルつまりハイレベルに制御し、パルス・オフ期間中は当該高周波のパワーをハイレベルより低い一定のロウレベルに制御する方法がある。ここで、ロウレベルは、プラズマ生成状態を維持するのに必要な最も低いレベルより高い値に選ばれる。   As one form of pulse modulation in the above-described capacitive coupling type plasma processing apparatus, the power of the high frequency is controlled to a constant level, that is, a high level during the pulse-on period according to the duty ratio of the modulation pulse. There is a method of controlling the power of the high frequency to a constant low level lower than the high level during the off period. Here, the low level is chosen to be higher than the lowest level required to maintain the plasma generation state.

このようなハイ(High)/ロウ(Low)のパルス変調方式においては、パルス・オフ期間中も処理容器内にはプラズマの電子およびイオンさらにはラジカルが消滅せずにそれぞれ一定量存在する。このことを利用し、当該高周波のパワーのロウレベルおよび他のプロセスパラメータを適切な値に設定して、被処理体表面に対する電子、イオンおよび/またはラジカルの化学的または物理的な作用を制御することにより、ある種のエッチングプロセスにおいて所定のエッチング特性を向上させる効果が期待されている。   In such a high / low pulse modulation system, a certain amount of electrons and ions of plasma and radicals remain in the processing container during the pulse-off period without disappearing. Taking advantage of this, control the chemical or physical action of electrons, ions and / or radicals on the surface of the object by setting the low level of the high frequency power and other process parameters to appropriate values. Thus, the effect of improving predetermined etching characteristics in a certain etching process is expected.

しかしながら、ハイ/ロウのパルス変調方式においては、変調パルスの周波数を高い値(通常1kHz以上)に設定すると、整合器における可変リアクタンス素子の可変制御が変調パルスに追従できなくなる。このため、プラズマプロセスに支配的に寄与するパルス・ハイ期間だけで整合をとり、副次的なパルス・ロウ期間を整合の対象から外さなければならなくなる。そうすると、整合が全くとれないパルス・ロウ期間中は、高周波給電ライン上に大きな反射波が発生する。このことによって、高周波のパワーを予め設定したロウレベルに安定かつ正確に保つ制御が難しくなり、ひいてはハイ/ロウのパルス変調方式におけるプロセス上の期待効果が薄くなるとともに、高周波電源等の負担も大きくなる。   However, in the high / low pulse modulation method, when the frequency of the modulation pulse is set to a high value (usually 1 kHz or more), variable control of the variable reactance element in the matching unit can not follow the modulation pulse. For this reason, it is necessary to align only in the pulse high period which mainly contributes to the plasma process, and to exclude the secondary pulse low period from the target of the alignment. Then, a large reflected wave is generated on the high frequency feed line during the pulse low period in which the matching can not be achieved at all. This makes it difficult to control the high frequency power to be stable and accurate at a preset low level, which in turn reduces the expected effects of the process in the high / low pulse modulation method and increases the load on the high frequency power supply etc. .

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するものであり、プラズマ処理に用いられる高周波のパワーを変調パルスのデューティ比に応じてハイレベルとロウレベルとの間で交互に(特に高速に)切り替えるパルス変調方式を効率よく期待通りに活用できるプラズマ処理装置を提供する。   The present invention solves the problems of the prior art as described above, and alternately switches between high level and low level power of high frequency power used for plasma processing according to the duty ratio of modulation pulse (especially at high speed) The present invention provides a plasma processing apparatus capable of efficiently utilizing a pulse modulation method to be switched as expected.

本発明のプラズマ処理装置は、被処理体を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器内で処理ガスの高周波放電によるプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記処理容器内の前記被処理体に所望の処理を施すプラズマ処理装置であって、第1の高周波を出力する第1の高周波電源と、一定のデューティ比で交互に繰り返す第1および第2の期間において、前記第1の期間では前記第1の高周波のパワーがハイレベルになり、前記第2の期間では前記第1の高周波のパワーが前記ハイレベルより低いロウレベルになるように、前記第1の高周波電源の出力を一定周波数の変調パルスで変調する第1の高周波パワー変調部と、前記第1の高周波電源より出力される前記第1の高周波を前記処理容器の中または周囲に配置される第1の電極まで伝送するための第1の高周波給電ラインと、前記第1の高周波給電ライン上で前記第1の高周波電源より見える負荷のインピーダンスを測定し、前記第1の期間における負荷インピーダンスの測定値と前記第2の期間における負荷インピーダンスの測定値とを所望の重みで加重平均して得られる加重平均測定値を前記第1の高周波電源の出力インピーダンスに整合させる第1の整合器とを有する。   The plasma processing apparatus of the present invention generates a plasma by high frequency discharge of processing gas in a vacuum-evacuable processing container that accommodates the object to be processed in and out, and the object to be processed in the processing container under the plasma. Plasma processing apparatus which performs desired processing in the first period, and in the first period and the second period alternately repeating the first high frequency power source outputting the first high frequency and the constant duty ratio, in the first period The output of the first high frequency power supply is set to a constant frequency so that the power of the first high frequency becomes high level and the power of the first high frequency becomes low level lower than the high level in the second period. A first high frequency power modulation unit that modulates with a modulation pulse, and a first electrode disposed in or around the processing container for the first high frequency output from the first high frequency power supply Measuring the impedance of the load seen from the first high frequency power supply on the first high frequency power supply line for transmission at the first frequency, and the measured value of the load impedance in the first period, and And a first matching device for matching a weighted average measurement value obtained by weighted averaging the load impedance measurement values in the second period with a desired weight to the output impedance of the first high frequency power supply.

上記の装置構成においては、加重平均の重み変数の値を調整することにより、パルス・ハイ期間における反射波パワーとパルス・ロウにおける反射波パワーとのバランスを任意に制御することができる。このことにより、ハイ・ロウ期間における反射波のパワーを任意に減らし、そのぶんロードパワーを高めの任意に値に設定してプロセス上の要求に応えることができる。また、反射波から高周波電源を保護するためのサーキュレータ等の負担や高周波電源自体の反射波耐量を軽減し、高周波電源周りでハードウェアの小型簡易化や消費電力の効率化等を図ることもできる。   In the above-described apparatus configuration, the balance between the reflected wave power in the pulse high period and the reflected wave power in the pulse low can be arbitrarily controlled by adjusting the value of the weighted variable of the weighted average. By this, the power of the reflected wave in the high / low period can be arbitrarily reduced, and the load power can be set to a higher value arbitrarily to meet the process requirement. In addition, the burden of a circulator or the like for protecting the high frequency power source from reflected waves and the ability to withstand reflected waves of the high frequency power source itself can be reduced, and hardware simplification and power consumption efficiency can be achieved around the high frequency power source. .

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、プラズマ処理に用いられる高周波のパワーを変調パルスのデューティ比に応じてハイレベルとロウレベルとの間で交互に(特に高速に)切り替えるパルス変調方式を効率よく期待通りに実現することができる。   According to the plasma processing apparatus of the present invention, the high frequency power used for plasma processing alternates between the high level and the low level according to the duty ratio of the modulation pulse (especially at high speed) by the above configuration and operation. ) The pulse modulation method to be switched can be realized efficiently as expected.

本発明の一実施形態における2周波重畳方式の容量結合型プラズマ処理装置の構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a dual frequency superimposed capacitive coupling type plasma processing apparatus in an embodiment of the present invention. プラズマ生成用の高周波に対してハイ/ロウのパルス変調をかける場合の各部の波形の典型的な組み合わせを示す波形図である。It is a wave form diagram showing a typical combination of a waveform of each part in the case of performing pulse modulation of high / low to a high frequency for plasma generation. プラズマ生成用の高周波電源および整合器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 high frequency power supply for plasma production, and a matching device. 図3の整合器に備えられるインピーダンスセンサの一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one structural example of the impedance sensor with which the matching device of FIG. 3 is equipped. 上記インピーダンスセンサの別の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows another structural example of the said impedance sensor. 実施形態において加重平均演算の重み変数KをK=1に選んだときの整合作用を示すスミスチャート図である。FIG. 7 is a Smith chart diagram showing the matching operation when the weight variable K of the weighted average operation is selected as K = 1 in the embodiment. 加重平均演算の重み変数Kを0.5<K<1に選んだときの整合作用を示すスミスチャート図である。It is a Smith chart figure which shows a matching effect when the weight variable K of a weighted-average calculation is selected to 0.5 <K <1. K=1に選んだときの各部の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of each part when it selects to K = 1. 0.5<K<1に選んだときの各部の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of each part when it selects to 0.5 <K <1. 図3の高周波出力制御部内の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure in the high frequency output control part of FIG. 図7のRFパワーモニタおよび電源制御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 RF power monitor of FIG. 7, and a power supply control part. 実施例におけるHARCプロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the HARC process in an Example. 実施例の第1実験で得られた一プロセス特性(エッチング量)のパルス・オフ期間依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the pulse off period dependency of one process characteristic (etching amount) obtained by the 1st experiment of an Example. 第1実験で得られた一プロセス特性(ネッキングCD)のパルス・オフ期間依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the pulse-off period dependence of one process characteristic (necking CD) obtained by 1st experiment. 第1実験で得られた一プロセス特性(中間OxボーイングCD)のパルス・オフ期間依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the pulse off period dependence of one process characteristic (intermediate Ox Boeing CD) obtained by the 1st experiment. 第1実験で得られた一プロセス特性(選択比)のパルス・オフ期間依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the pulse-off period dependence of one process characteristic (selection ratio) obtained by the 1st experiment. 第1実験で得られた一プロセス特性(アスペクト比変化率)のパルス・オフ期間依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the pulse off period dependency of one process characteristic (aspect ratio change rate) obtained by the 1st experiment. 実施例の第2実験で得られた一プロセス特性(エッチング量)の上部DC電圧依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the upper DC voltage dependence of one process characteristic (etching amount) obtained by the 2nd experiment of an Example. 第2実験で得られた一プロセス特性(ネッキングCD)の上部DC電圧依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the upper DC voltage dependence of one process characteristic (necking CD) obtained by 2nd experiment. 第2実験で得られた一プロセス特性(中間OxボーイングCD)の上部DC電圧依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the upper DC voltage dependence of one process characteristic (intermediate Ox Boeing CD) obtained by the 2nd experiment. 第2実験で得られた一プロセス特性(選択比)の上部DC電圧依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the upper DC voltage dependence of one process characteristic (selectivity) obtained by the 2nd experiment. 第2実験で得られた一プロセス特性(アスペクト比変化率)の上部DC電圧依存性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the upper DC voltage dependence of one process characteristic (aspect ratio change rate) obtained by the 2nd experiment. 高周波電源において設定可能なロードパワーと反射波パワーとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the load power which can be set in a high frequency electric-power, and reflected wave power. プラズマ生成用の高周波およびイオン引き込み用の高周波の双方に対してオン/オフのパルス変調をかける場合に上部電極内部の異常放電が発生する仕組みを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanism in which the abnormal discharge inside the upper electrode generate | occur | produces, when performing pulse modulation of ON / OFF with respect to both the high frequency for plasma production, and the high frequency for ion drawing-in. プラズマ生成用の高周波に対してハイ/ロウのパルス変調をかけ、イオン引き込み用の高周波に対してオン/オフのパルス変調をかける場合に上部電極内部の異常放電が発生しない仕組みを説明するための図である。In order to explain the mechanism that abnormal discharge inside the upper electrode does not occur when applying high / low pulse modulation to high frequency for plasma generation and on / off pulse modulation to high frequency for ion attraction FIG. 図1のプラズマ処理装置において、上部電極内部の異常放電が発生するときに得られるモニタ情報の一例を示す図である。FIG. 7 is a view showing an example of monitor information obtained when abnormal discharge occurs in the upper electrode in the plasma processing apparatus of FIG. 1; 図1のプラズマ処理装置において、上部電極内部の異常放電が発生しないときに得られるモニタ情報の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of monitor information obtained when abnormal discharge does not occur inside the upper electrode in the plasma processing apparatus of FIG. 1. 図1のプラズマ処理装置において、上部電極内部の異常放電の発生の有無について行った一実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of one experiment conducted about the presence or absence of generation | occurrence | production of the abnormal discharge inside the upper electrode in the plasma processing apparatus of FIG.

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。

[プラズマ処理装置の構成]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

[Configuration of plasma processing apparatus]

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、下部2高周波重畳印加方式の容量結合型(平行平板型)プラズマエッチング装置として構成されており、たとえば表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されたアルミニウムからなる円筒形の真空チャンバ(処理容器)10を有している。チャンバ10は接地されている。   FIG. 1 shows the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. This plasma processing apparatus is configured as a capacitively coupled (parallel plate type) plasma etching apparatus of lower two high frequency superposition application type, for example, a cylindrical vacuum chamber made of aluminum whose surface is alumite treated (anodized). (Processing container) 10 is provided. The chamber 10 is grounded.

チャンバ10の底部には、セラミックなどの絶縁板12を介して円柱状のサセプタ支持台14が配置され、このサセプタ支持台14の上にたとえばアルミニウムからなるサセプタ16が設けられている。サセプタ16は下部電極を構成し、この上に被処理体としてたとえば半導体ウエハWが載置される。   A cylindrical susceptor support 14 is disposed on the bottom of the chamber 10 via an insulating plate 12 made of ceramic or the like, and a susceptor 16 made of, for example, aluminum is provided on the susceptor support 14. The susceptor 16 constitutes a lower electrode, on which a semiconductor wafer W, for example, is placed as an object to be processed.

サセプタ16の上面には半導体ウエハWを保持するための静電チャック18が設けられている。この静電チャック18は導電膜からなる電極20を一対の絶縁層または絶縁シートの間に挟み込んだものであり、電極20にはスイッチ22を介して直流電源24が電気的に接続されている。直流電源24からの直流電圧により、半導体ウエハWを静電吸着力で静電チャック18に保持できるようになっている。静電チャック18の周囲でサセプタ16の上面には、エッチングの均一性を向上させるためのたとえばシリコンからなるフォーカスリング26が配置されている。サセプタ16およびサセプタ支持台14の側面にはたとえば石英からなる円筒状の内壁部材28が貼り付けられている。   An electrostatic chuck 18 for holding the semiconductor wafer W is provided on the upper surface of the susceptor 16. The electrostatic chuck 18 sandwiches an electrode 20 made of a conductive film between a pair of insulating layers or insulating sheets, and a DC power source 24 is electrically connected to the electrode 20 through a switch 22. The semiconductor wafer W can be held on the electrostatic chuck 18 by the electrostatic attraction force by the DC voltage from the DC power supply 24. A focus ring 26 made of, for example, silicon is disposed on the upper surface of the susceptor 16 around the electrostatic chuck 18 to improve etching uniformity. A cylindrical inner wall member 28 made of, for example, quartz is attached to the side surfaces of the susceptor 16 and the susceptor support 14.

サセプタ支持台14の内部には、たとえば円周方向に延びる冷媒室30が設けられている。この冷媒室30には、外付けのチラーユニット(図示せず)より配管32a,32bを介して所定温度の冷媒たとえば冷却水(cw)が循環供給される。冷媒の温度によってサセプタ16上の半導体ウエハWの処理温度を制御できるようになっている。さらに、伝熱ガス供給機構(図示せず)からの伝熱ガスたとえばHeガスが、ガス供給ライン34を介して静電チャック18の上面と半導体ウエハWの裏面との間に供給される。   Inside the susceptor support 14, for example, a coolant chamber 30 extending in the circumferential direction is provided. A refrigerant having a predetermined temperature, for example, cooling water (cw) is circulated and supplied to the refrigerant chamber 30 from an external chiller unit (not shown) via the pipes 32a and 32b. The processing temperature of the semiconductor wafer W on the susceptor 16 can be controlled by the temperature of the refrigerant. Furthermore, a heat transfer gas such as He gas from a heat transfer gas supply mechanism (not shown) is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 18 and the back surface of the semiconductor wafer W via the gas supply line 34.

サセプタ16には、高周波電源36,38がそれぞれ整合器40,42および共通の給電導体(たとえば給電棒)44を介して電気的に接続されている。一方の高周波電源36は、プラズマの生成に適した一定の周波数fHF(たとえば40MHz)の高周波HFを出力する。他方の高周波電源38は、プラズマからサセプタ16上の半導体ウエハWへのイオンの引き込みに適した一定の周波数fLF(たとえば12.88MHz)の高周波LFを出力する。 The susceptor 16 is electrically connected to high frequency power supplies 36 and 38 via matching units 40 and 42 and a common feed conductor (for example, feed rod) 44. One high frequency power supply 36 outputs high frequency HF of a constant frequency f HF (for example, 40 MHz) suitable for generating a plasma. The other high frequency power supply 38 outputs a high frequency LF of a constant frequency f LF (for example, 12.88 MHz) suitable for attracting ions from the plasma to the semiconductor wafer W on the susceptor 16.

このように、整合器40および給電棒44は、高周波電源36よりプラズマ生成用の高周波HFをサセプタ16まで伝送する高周波給電ライン(高周波伝送路)43の一部を構成する。一方、整合器42および給電棒44は、高周波電源38よりイオン引き込み用の高周波LFをサセプタ16まで伝送する高周波給電ライン(高周波伝送路)45の一部を構成している。   As described above, the matching unit 40 and the feed rod 44 constitute a part of the high frequency feed line (high frequency transmission line) 43 for transmitting the high frequency HF for plasma generation from the high frequency power source 36 to the susceptor 16. On the other hand, the matching unit 42 and the feed rod 44 constitute a part of a high frequency feed line (high frequency transmission line) 45 for transmitting the high frequency LF for ion attraction from the high frequency power supply 38 to the susceptor 16.

チャンバ10の天井には、サセプタ16と平行に向かいあって上部電極46が設けられている。この上部電極46は、多数のガス噴出孔48aを有するたとえばSi、SiCなどのシリコン含有材質からなる電極板48と、この電極板48を着脱可能に支持する導電材料たとえば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体50とで構成されている。この上部電極46とサセプタ16との間に処理空間またはプラズマ生成空間PAが形成されている。   An upper electrode 46 is provided on the ceiling of the chamber 10 so as to face in parallel with the susceptor 16. The upper electrode 46 includes an electrode plate 48 having a large number of gas injection holes 48a and made of a silicon-containing material such as Si or SiC, and a conductive material for detachably supporting the electrode plate 48, such as aluminum whose surface is alumite treated And an electrode support 50 consisting of A processing space or plasma generation space PA is formed between the upper electrode 46 and the susceptor 16.

電極支持体50は、その内部にガスバッファ室52を有するとともに、その下面にガスバッファ室52から電極板48のガス噴出孔48aに連通する多数のガス通気孔50aを有している。ガスバッファ室52にはガス供給管54を介して処理ガス供給源56が接続されている。処理ガス供給源56には、マスフローコントローラ(MFC)58および開閉バルブ60が設けられている。処理ガス供給源56より所定の処理ガス(エッチングガス)がガスバッファ室52に導入されると、電極板48のガス噴出孔48aよりサセプタ16上の半導体ウエハWに向けてプラズマ生成空間PAに処理ガスがシャワー状に噴出されるようになっている。このように、上部電極46は、プラズマ生成空間PAに処理ガスを供給するためのシャワーヘッドを兼ねている。   The electrode support 50 has a gas buffer chamber 52 inside, and a large number of gas vents 50 a communicating with the gas injection holes 48 a of the electrode plate 48 from the gas buffer chamber 52 on the lower surface thereof. A processing gas supply source 56 is connected to the gas buffer chamber 52 via a gas supply pipe 54. The processing gas supply source 56 is provided with a mass flow controller (MFC) 58 and an on-off valve 60. When a predetermined processing gas (etching gas) is introduced into the gas buffer chamber 52 from the processing gas supply source 56, the plasma generation space PA is processed toward the semiconductor wafer W on the susceptor 16 from the gas ejection holes 48a of the electrode plate 48. Gas is spouted like a shower. Thus, the upper electrode 46 doubles as a shower head for supplying the processing gas to the plasma generation space PA.

また、電極支持体50の内部には冷媒たとえば冷却水を流す通路(図示せず)も設けられており、外部のチラーユニットにより冷媒を介して上部電極46の全体、特に電極板48を所定温度に温調するようになっている。さらに、上部電極46に対する温度制御をより安定化させるために、電極支持体50の内部または上面にたとえば抵抗発熱素子からなるヒータ(図示せず)を取り付ける構成も可能である。   In addition, a passage (not shown) through which a coolant such as cooling water flows is also provided inside the electrode support 50, and the entire upper electrode 46, in particular the electrode plate 48, has a predetermined temperature via the coolant by an external chiller unit. The temperature is adjusted to Furthermore, in order to further stabilize the temperature control on the upper electrode 46, a configuration (for example, a heater (not shown)) made of a resistive heating element may be attached to the inside or the top of the electrode support 50.

この実施形態では、上部電極46に負極性の直流電圧Vdcを印加するための直流電源部62を備える。このために、上部電極46はチャンバ10の上部にリング状の絶縁体64を介して電気的にフローティング状態で取り付けられている。リング状絶縁体64は、たとえばアルミナ(Al23)からなり、上部電極46の外周面とチャンバ10の側壁との間の隙間を気密に塞いでおり、上部電極46を非接地で物理的に支持している。 In this embodiment, a DC power supply unit 62 for applying a negative DC voltage V dc to the upper electrode 46 is provided. For this purpose, the upper electrode 46 is electrically floatingly attached to the top of the chamber 10 via the ring-shaped insulator 64. Ring insulator 64 is made of, for example, alumina (Al 2 O 3 ), and airtightly seals the gap between the outer peripheral surface of upper electrode 46 and the side wall of chamber 10, and upper electrode 46 is physically grounded. In favor of

直流電源部62は、出力電圧(絶対値)が異なる2つの直流電源66,68と、上部電極46に対して直流電源66,68を選択的に接続するスイッチ70とを有している。直流電源66は相対的に絶対値の大きい負極性の直流電圧Vdc1(たとえば−2000〜−1000V)を出力し、直流電源68は相対的に絶対値の小さな負極性の直流電圧Vdc2(たとえば−300〜0V)を出力する。スイッチ70は、主制御部72からの切換制御信号SWを受けて動作し、直流電源66を上部電極46に接続する第1のスイッチ位置と、直流電源68を上部電極46に接続する第2のスイッチ位置との間で切り換わるようになっている。さらに、スイッチ70は、上部電極46を直流電源66,68のいずれからも遮断する第3のスイッチ位置を有していてもよい。 The DC power supply unit 62 includes two DC power supplies 66 and 68 having different output voltages (absolute values), and a switch 70 for selectively connecting the DC power supplies 66 and 68 to the upper electrode 46. DC power supply 66 outputs a negative DC voltage V dc1 (for example, -2000 to -1000 V) having a relatively large absolute value, and DC power supply 68 a negative DC voltage V dc2 (for example, a relatively small absolute value) Output -300 to 0V). The switch 70 operates in response to the switching control signal SW from the main control unit 72, and connects the DC power supply 66 to the upper electrode 46 and the second switch position to connect the DC power supply 68 to the upper electrode 46. It switches between switch positions. Furthermore, the switch 70 may have a third switch position that disconnects the upper electrode 46 from either of the DC power supplies 66, 68.

スイッチ70と上部電極46との間で直流給電ライン74の途中に設けられるフィルタ回路76は、直流電源部62からの直流電圧Vdc1(Vdc2)をそのまま通して上部電極46に印加する一方で、サセプタ16から処理空間PAおよび上部電極46を通って直流給電ライン74に入ってきた高周波を接地ラインへ流して直流電源部62側へは流さないように構成されている。 The filter circuit 76 provided in the middle of the DC power supply line 74 between the switch 70 and the upper electrode 46 passes the DC voltage V dc1 (V dc2 ) from the DC power supply 62 as it is and applies it to the upper electrode 46 The high frequency coming from the susceptor 16 through the processing space PA and the upper electrode 46 and entering the DC feed line 74 is made to flow to the ground line and not to the DC power supply 62 side.

また、チャンバ10内でプラズマ生成空間PAに面する適当な箇所に、たとえばSi,SiC等の導電性材料からなるDCグランドパーツ(図示せず)が取り付けられている。このDCグランドパーツは、接地ライン(図示せず)を介して常時接地されている。   Further, a DC ground part (not shown) made of a conductive material such as Si, SiC or the like is attached to an appropriate position facing the plasma generation space PA in the chamber 10. The DC ground part is always grounded via a ground line (not shown).

サセプタ16およびサセプタ支持台14とチャンバ10の側壁との間に形成される環状の空間は排気空間となっており、この排気空間の底にはチャンバ10の排気口78が設けられている。この排気口78に排気管80を介して排気装置82が接続されている。排気装置82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の室内、特にプラズマ生成空間PAを所望の真空度まで減圧できるようになっている。また、チャンバ10の側壁には半導体ウエハWの搬入出口84を開閉するゲートバルブ86が取り付けられている。   An annular space formed between the susceptor 16 and the susceptor support 14 and the side wall of the chamber 10 is an exhaust space, and the exhaust port 78 of the chamber 10 is provided at the bottom of the exhaust space. An exhaust device 82 is connected to the exhaust port 78 via an exhaust pipe 80. The exhaust device 82 has a vacuum pump such as a turbo molecular pump so that the inside of the chamber 10, in particular, the plasma generation space PA can be depressurized to a desired degree of vacuum. Further, on the side wall of the chamber 10, a gate valve 86 for opening and closing the loading / unloading port 84 of the semiconductor wafer W is attached.

主制御部72は、1つまたは複数のマイクロコンピュータを含み、外部メモリまたは内部メモリに格納されるソフトウェア(プログラム)およびレシピ情報にしたがって、装置内の各部、特に高周波電源36,38、整合器40,42、MFC58、開閉バルブ60、直流電源部62、排気装置82等の個々の動作および装置全体の動作(シーケンス)を制御する。   The main control unit 72 includes one or more microcomputers, and in accordance with software (program) and recipe information stored in the external memory or the internal memory, the respective units in the apparatus, particularly the high frequency power supplies 36, 38, the matching unit 40. , 42, the MFC 58, the open / close valve 60, the DC power supply unit 62, the exhaust device 82 and the like, and control the operation (sequence) of the entire device.

また、主制御部72は、キーボード等の入力装置や液晶ディスプレイ等の表示装置を含むマン・マシン・インタフェース用の操作パネル(図示せず)および各種プログラムやレシピ、設定値等の各種データを格納または蓄積する外部記憶装置(図示せず)等とも接続されている。この実施形態では、主制御部72が1つの制御ユニットとして示されているが、複数の制御ユニットが主制御部72の機能を並列的または階層的に分担する形態を採ってもよい。   The main control unit 72 also stores an operation panel (not shown) for a man-machine interface including an input device such as a keyboard and a display device such as a liquid crystal display, and various data such as various programs and recipes and setting values. Alternatively, it is also connected to an external storage device (not shown) or the like that stores data. In this embodiment, the main control unit 72 is shown as one control unit, but a plurality of control units may share the functions of the main control unit 72 in parallel or hierarchically.

この容量結合型プラズマエッチング装置における枚葉ドライエッチングの基本動作は次のようにして行われる。先ず、ゲートバルブ86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18の上に載置する。そして、処理ガス供給源56より処理ガスつまりエッチングガス(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82による真空排気でチャンバ10内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源36,38よりそれぞれ所定のパワーでプラズマ生成用の高周波HF(40MHz)およびイオン引き込み用の高周波LF(12.88MHz)を重畳してサセプタ16に印加する。また、直流電源24より直流電圧を静電チャック18の電極20に印加して、半導体ウエハWを静電チャック18上に固定する。上部電極46のシャワーヘッドより吐出されたエッチングガスは両電極46,16間の高周波電界の下で放電し、処理空間PA内にプラズマが生成される。このプラズマに含まれるラジカルやイオンによって半導体ウエハWの主面の被加工膜がエッチングされる。   The basic operation of single wafer dry etching in this capacitively coupled plasma etching apparatus is performed as follows. First, the gate valve 86 is opened, the semiconductor wafer W to be processed is loaded into the chamber 10 and mounted on the electrostatic chuck 18. Then, a processing gas, that is, an etching gas (generally a mixed gas) is introduced into the chamber 10 from the processing gas supply source 56 at a predetermined flow rate and flow ratio, and the pressure in the chamber 10 is set to a set value by evacuation using . Further, a high frequency power HF (40 MHz) for plasma generation and a high frequency power LF (12.88 MHz) for ion attraction are superimposed on predetermined power from the high frequency power supplies 36 and 38 and applied to the susceptor 16. Further, a DC voltage is applied from the DC power supply 24 to the electrode 20 of the electrostatic chuck 18 to fix the semiconductor wafer W on the electrostatic chuck 18. The etching gas discharged from the shower head of the upper electrode 46 is discharged under the high frequency electric field between the two electrodes 46 and 16 to generate plasma in the processing space PA. The film to be processed on the main surface of the semiconductor wafer W is etched by radicals or ions contained in the plasma.

このプラズマエッチング装置においては、高周波電源36より出力されるプラズマ生成用の高周波HFのパワーを、たとえば1kHz〜50kHzの範囲内で選ばれる一定の周波数fSおよび可変のデューティ比DSを有する変調パルスMSで変調する第1(プラズマ生成系)のパワー変調方式を所与のエッチングプロセスに用いることができる。 In this plasma etching apparatus, the power of the high frequency power HF for plasma generation output from the high frequency power supply 36 is, for example, a modulation pulse having a constant frequency f S and a variable duty ratio D S selected within the range of 1 kHz to 50 kHz. The first (plasma generation system) power modulation scheme modulated by MS can be used for a given etch process.

この第1のパワー変調方式には、オン/オフのパルス変調とハイ/ロウのパルス変調の2種類のモードがある。ここで、オン/オフのパルス変調は、変調パルスMSのデューティ比に応じて、パルス・オンの期間中はプラズマ生成用の高周波HFのパワーを所定レベルのオン状態とし、パルス・オフの期間中は高周波HFのパワーを零レベルのオフ状態とする。一方、ハイ/ロウのパルス変調は、変調パルスMSのデューティ比に応じて、パルス・オン期間中は高周波HFのパワーをハイレベルに制御し、パルス・オフ期間中は高周波HFのパワーをハイレベルより低いロウレベルに制御する。ただし、ロウレベルは、プラズマ生成状態を維持するのに必要な最も低いレベルより高い値に選ばれる。また、ロウレベルは、通常はハイレベルより明らかに低い値(1/2以下)に選ばれる。   The first power modulation method has two modes of on / off pulse modulation and high / low pulse modulation. Here, the on / off pulse modulation is performed during the pulse-off period by setting the power of high frequency HF for plasma generation to a predetermined level during the pulse-on period according to the duty ratio of the modulation pulse MS. Sets the high frequency HF power to the zero level off state. On the other hand, for high / low pulse modulation, the power of high frequency HF is controlled to high level during the pulse on period according to the duty ratio of the modulation pulse MS, and the power of high frequency HF is high level during the pulse off period. Control to a lower low level. However, the low level is chosen to be higher than the lowest level required to maintain the plasma generation state. Also, the low level is usually selected to a value (1/2 or less) that is clearly lower than the high level.

また、このプラズマエッチング装置においては、高周波電源38より出力されるイオン引き込み用の高周波LFのパワーを変調パルスMSで変調する第2(イオン引き込み系)のパワー変調方式を所与のエッチングプロセスに用いることも可能となっている。第1のパワー変調方式と同様に、第2のパワー変調方式もオン/オフのパルス変調とハイ/ロウのパルス変調の2種類のモードがある。   Further, in this plasma etching apparatus, a second (ion drawing system) power modulation method is used for a given etching process, in which the power of the high frequency power LF for ion attraction output from the high frequency power supply 38 is modulated by the modulation pulse MS. It is also possible. Similar to the first power modulation scheme, the second power modulation scheme also has two types of modes: on / off pulse modulation and high / low pulse modulation.

図2に、プラズマ生成系およびイオン引き込み系の双方でパルス変調が同期して同時に行われる場合の各部の波形の一例を示す。図示のように、変調パルスMSの周期TC、パルス・オン期間(第1の期間)Tonおよびパルス・オフ期間(第2の期間)Toffの間には、TC=Ton+Toffの関係がある。変調パルスMSの周波数をfSとすると、TC=1/fSであり、デューティ比DSはDS=Ton/(Ton+Toff)である。 FIG. 2 shows an example of the waveform of each part when pulse modulation is performed synchronously and simultaneously in both the plasma generation system and the ion attraction system. As illustrated, the period T C of the modulated pulse MS, the pulse-on period (first period) T on and pulse-off period between the (second period) T off, T C = T on + T off Relationship. Assuming that the frequency of the modulation pulse MS is f S , T C = 1 / f S and the duty ratio D S is D S = T on / (T on + T off ).

図示の例は、プラズマ生成用の高周波HFに対してはハイ/ロウのパルス変調をかけ、イオン引き込み用の高周波LFに対してはオン/オフのパルス変調をかける場合である。さらに、直流電源部62より上部電極46に印加される直流電圧Vdcを変調パルスMSに同期させることもできる。図示の例では、上部電極46に対して、パルス・オン期間Ton中は絶対値の小さい直流電圧Vdc2を印加し、パルス・オフ期間Toff中は絶対値の大きい直流電圧Vdc1を印加する。

[高周波電源及び整合器の構成]
In the illustrated example, high / low pulse modulation is applied to high frequency HF for plasma generation, and on / off pulse modulation is applied to high frequency LF for ion attraction. Furthermore, the DC voltage V dc applied to the upper electrode 46 from the DC power supply 62 can be synchronized with the modulation pulse MS. Applied in the illustrated example, to the upper electrode 46, the pulse-on period T during on applies a low DC voltage V dc2 absolute value, the pulse-off period during T off is a greater direct voltage V dc1 absolute value Do.

[Configuration of high frequency power supply and matching device]

図3に、この実施形態におけるプラズマ生成系の高周波電源36および整合器40の構成を示す。   FIG. 3 shows the configuration of the high frequency power supply 36 and the matching unit 40 of the plasma generation system in this embodiment.

高周波電源36は、一般には正弦波の波形を有するプラズマ生成に適した一定周波数(たとえば40MHz)の基本高周波を発生するRF発振器90Aと、このRF発振器90Aより出力される基本高周波のパワーを制御可能な利得または増幅率で増幅するパワーアンプ92Aと、主制御部72からの制御信号にしたがってRF発振器90Aおよびパワーアンプ92Aを直接制御する電源制御部94Aとを備えている。主制御部72から電源制御部94Aには、RFの出力モードを指示する制御信号や変調パルスMSだけでなく、通常の電源オン・オフやパワーインターロック関係等の制御信号およびパワー設定値等のデータも与えられる。プラズマ生成用の高周波HFに対してパルス変調(特にハイ/ロウのパルス変調)が行われるときは、主制御部72の制御の下で電源制御部94Aがパルス変調部を構成する。   The high frequency power supply 36 can control the power of the basic high frequency power output from the RF oscillator 90A and an RF oscillator 90A that generates a basic high frequency of a constant frequency (for example, 40 MHz) suitable for plasma generation having a sinusoidal waveform in general. And a power control unit 94A for directly controlling the RF oscillator 90A and the power amplifier 92A in accordance with a control signal from the main control unit 72. The main control unit 72 supplies the power control unit 94A with not only control signals instructing the output mode of RF and modulation pulses MS, but also control signals such as normal power on / off and power interlock relationship, power setting values, etc. Data is also given. When pulse modulation (especially high / low pulse modulation) is performed on the high frequency power HF for plasma generation, the power control unit 94A configures a pulse modulation unit under the control of the main control unit 72.

高周波電源36のユニット内には、RFパワーモニタ96Aも備わっている。このRFパワーモニタ96Aは、図示省略するが、方向性結合器、進行波パワーモニタ部および反射波パワーモニタ部を有している。ここで、方向性結合器は、高周波給電ライン43上を順方向に伝搬する進行波のパワーと逆方向に伝搬する反射波のパワーのそれぞれに対応する信号を取り出す。進行波パワーモニタ部は、方向性結合器により取り出された進行波パワー検出信号を基に、高周波給電ライン43上の進行波に含まれる進行波のパワーを表わす進行波パワー測定値信号を生成する。この進行波パワー測定値信号は、パワーフィードバック制御用に高周波電源36内の電源制御部94Aに与えられるとともに、モニタ表示用に主制御部72にも与えられる。反射波パワーモニタ部は、チャンバ10内のプラズマから高周波電源36に返ってくる反射波のパワーを測定する。反射波パワーモニタ部より得られる反射波パワー測定値は、モニタ表示用に主制御部72に与えられるとともに、パワーアンプ保護用のモニタ値として高周波電源36内の電源制御部94Aに与えられる。   An RF power monitor 96A is also provided in the high frequency power supply 36 unit. Although not shown, the RF power monitor 96A has a directional coupler, a traveling wave power monitor, and a reflected wave power monitor. Here, the directional coupler takes out a signal corresponding to each of the power of the traveling wave propagating in the forward direction on the high frequency feed line 43 and the power of the reflected wave propagating in the opposite direction. The traveling wave power monitor unit generates a traveling wave power measurement value signal representing the power of the traveling wave included in the traveling wave on the high frequency feed line 43 based on the traveling wave power detection signal extracted by the directional coupler. . This traveling wave power measurement value signal is supplied to the power supply control unit 94A in the high frequency power supply 36 for power feedback control, and is also supplied to the main control unit 72 for monitor display. The reflected wave power monitor unit measures the power of the reflected wave returned from the plasma in the chamber 10 to the high frequency power supply 36. The reflected wave power measurement value obtained from the reflected wave power monitor unit is given to the main control unit 72 for monitor display and also given to the power control unit 94A in the high frequency power supply 36 as a monitor value for protecting the power amplifier.

整合器40は、高周波給電ライン43に接続されている複数たとえば2つの制御可能なリアクタンス素子(たとえば可変コンデンサあるいは可変インダクタ)XH1,XH2を含む整合回路98Aと、リアクタンス素子XH1,XH2のリアクタンスをアクチエータたとえばモータ(M)100A,102Aを介して制御するマッチングコントローラ104Aと、高周波給電ライン43上で整合回路98Aのインピーダンスを含む負荷のインピーダンスを測定するインピーダンスセンサ106Aと、整合回路98Aの出力端子側で高周波給電ライン43上の高周波HFのピーク・ピーク値Vppを測定するVpp検出器107Aとを有している。インピーダンスセンサ106Aの内部の構成および作用、ならびにVpp検出器107Aの役割については、後に詳細に説明する。 Matching unit 40 includes matching circuit 98A including a plurality of, for example, two controllable reactance elements (for example, variable capacitors or variable inductors) X H1 and X H2 connected to high frequency feed line 43, and reactance elements X H1 and X H2. The matching controller 104A controls the reactance of the motor via an actuator such as a motor (M) 100A, 102A, the impedance sensor 106A measures the impedance of the load including the impedance of the matching circuit 98A on the high frequency feed line 43, and the matching circuit 98A. It has a V pp detector 107A for measuring the peak / peak value V pp of the high frequency HF on the high frequency feed line 43 at the output terminal side. The internal configuration and operation of the impedance sensor 106A and the role of the V pp detector 107A will be described in detail later.

イオン引き込み系の高周波電源38(図1)も、高周波LFの周波数が高周波HFの周波数と異なるだけで、上述したプラズマ生成系の高周波電源36と同様にRF発振器90B、パワーアンプ92B、電源制御部94B(図示せず)およびパワーモニタ96Bを備えている。また、整合器42も、プラズマ生成系の整合器40と同様に、整合回路98B、モータ(M)100B,102B、マッチングコントローラ104B、インピーダンスセンサ106BおよびVpp検出器107B(図示せず)を有している。

[インピーダンスセンサの構成]
The high-frequency power supply 38 (FIG. 1) of the ion pull-in system also has the RF oscillator 90B, the power amplifier 92B, and the power control unit in the same manner as the high-frequency power supply 36 of the plasma generation system described above A power supply 96B (not shown) and a power monitor 96B are provided. Further, the matching unit 42 also has the matching circuit 98B, the motors (M) 100B and 102B, the matching controller 104B, the impedance sensor 106B and the V pp detector 107B (not shown) as well as the matching unit 40 of the plasma generation system. doing.

[Configuration of impedance sensor]

図4Aに、プラズマ生成系の整合器40に備えられるインピーダンスセンサ106Aの一構成例を示す。このインピーダンスセンサ106Aは、RF電圧検出器110A、RF電流検出器112A、負荷インピーダンス瞬時値演算回路114A、算術平均値演算回路116A、加重平均値演算回路118Aおよび移動平均値演算回路120Aを有する。   FIG. 4A shows one configuration example of the impedance sensor 106A provided in the matching unit 40 of the plasma generation system. The impedance sensor 106A includes an RF voltage detector 110A, an RF current detector 112A, a load impedance instantaneous value calculation circuit 114A, an arithmetic average value calculation circuit 116A, a weighted average value calculation circuit 118A, and a moving average value calculation circuit 120A.

RF電圧検出器110AおよびRF電流検出器112Aは、高周波給電ライン43上で高周波HFの電圧および電流をそれぞれ検出する。負荷インピーダンス瞬時値演算回路114Aは、RF電圧検出器110AおよびRF電流検出器112Aよりそれぞれ得られる電圧検知信号JVおよび電流検知信号JIに基づいて高周波給電ライン43上の負荷インピーダンスZの瞬時値JZを演算する。負荷インピーダンス瞬時値演算回路114Aは、アナログ回路でも可能であるが、ディジタル回路で構成するのが好ましい。   The RF voltage detector 110A and the RF current detector 112A detect the voltage and current of the high frequency HF on the high frequency feed line 43, respectively. Load impedance instantaneous value calculation circuit 114A calculates instantaneous value JZ of load impedance Z on high frequency feed line 43 based on voltage detection signal JV and current detection signal JI obtained from RF voltage detector 110A and RF current detector 112A, respectively. Calculate The load impedance instantaneous value calculation circuit 114A may be an analog circuit, but is preferably configured by a digital circuit.

算術平均値演算回路116Aは、プラズマ生成用の高周波HFにハイ/ロウのパルス変調がかけられる場合は、変調パルスMSの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ton中に負荷インピーダンス瞬時値演算回路114Aより得られる負荷インピーダンスZの瞬時値JZを所定のサンプリング周波数fCでサンプリングして、パルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonを演算するととともに、パルス・オフ期間Toff中に負荷インピーダンス瞬時値演算回路114Aより得られる負荷インピーダンスZの瞬時値JZを上記サンプリング周波数fCでサンプリングして、パルス・オフ期間Toffにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZoffを演算する。 Arithmetic mean value calculating circuit 116A, when the pulse modulation of the high / low is subjected to high-frequency HF for plasma generation, modulation pulse in each cycle of the MS, the pulse-on period T load impedance in on the instantaneous value calculation circuit 114A the instantaneous value JZ more resulting load impedance Z by sampling at a predetermined sampling frequency f C, with the computing the arithmetic mean value aZ on the load impedance Z in the pulse-on period T on, the pulse-off period T off during load impedance instantaneous values instantaneous value JZ load impedance Z obtained from the arithmetic circuit 114A is sampled at the sampling frequency f C, calculates the arithmetic mean value aZ off of the load impedance Z in the pulse-off period T off to.

しかし、プラズマ生成用の高周波HFにオン/オフのパルス変調がかけられる場合、算術平均値演算回路116Aは、変調パルスMSの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ton中にのみ負荷インピーダンス瞬時値演算回路114Aより得られる負荷インピーダンスZの瞬時値JZを上記所定のサンプリング周波数fCでサンプリングして、パルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonを演算する。 However, if the pulse modulation of the on / off is subjected to high-frequency HF for plasma generation, the arithmetic mean value calculating circuit 116A in each cycle of the modulation pulses MS, the load impedance instantaneous value calculation only during the pulse-on period T on the instantaneous value JZ load impedance Z obtained from the circuit 114A is sampled at the predetermined sampling frequency f C, calculates the arithmetic mean value aZ on the load impedance Z in the pulse-on period T on.

主制御部72(図1)は、変調パルスMSに同期してサンプリング時間またはモニタ時間を指定するモニタ信号JSと、サンプリング用のクロックCK1とを算術平均値演算回路116Aに与える。ここで、モニタ信号JSは、プラズマ生成用の高周波HFにハイ/ロウのパルス変調がかけられる場合はパルス・オン期間Tonおよびパルス・オフ期間Toffの両方で後述するモニタ時間T1,T2をそれぞれ指定し、高周波HFにオン/オフのパルス変調がかけられる場合はパルス・オン期間Ton用のモニタ期間T1だけを指定する。算術平均値演算回路116Aは、数10MHzのサンプリングクロックCK1に同期して高速かつ多量の信号処理を要求されるため、FPGA(フィールドプログラマブル・ゲートアレイ)を好適に用いることができる。 The main control unit 72 (FIG. 1) provides a monitor signal JS to specify the sampling time or monitoring time in synchronism with the modulation pulses MS, and a clock CK 1 for sampling the arithmetic mean value calculating circuit 116A. Here, when high / low pulse modulation is applied to the high frequency HF for plasma generation, the monitor signal JS has monitor times T 1 and T 1 to be described later in both the pulse on period Ton and the pulse off period T off. 2 were respectively designated, when the pulse modulation on / off is subjected to high-frequency HF specifies only monitoring period T 1 of the pulse-on period T on. Arithmetic mean value calculating circuit 116A, since the required high-speed and large amount of signal processing in synchronization with the sampling clock CK 1 number 10MHz, it is possible to use a FPGA (Field Programmable Gate Array) suitably.

加重平均値演算回路118Aは、好適にはCPUで構成され、プラズマ生成用の高周波HFにハイ/ロウのパルス変調がかけられる場合は、算術平均値演算回路116Aより得られたパルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonとパルス・オフ期間Toffにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZoffとを所望の重み(重み変数K)で加重平均して、負荷インピーダンスの1サイクル分の加重平均値bZを求める。主制御部72は、加重平均演算のための重み変数KおよびクロックCK2を加重平均値演算回路118Aに与える。 The weighted average value arithmetic circuit 118A is preferably constituted by a CPU, and when high frequency / low frequency pulse modulation is applied to high frequency HF for plasma generation, the pulse on period T obtained by the arithmetic average value arithmetic circuit 116A. the arithmetic mean value aZ off of the load impedance Z in the arithmetic average aZ on and pulse-off period T off of the load impedance Z in on the weighted average in the desired weight (weighting variables K), 1 cycle of the load impedance The weighted average value bZ of The main control unit 72 supplies the weight variable K and the clock CK 2 for weighted average calculation to the weighted average value calculation circuit 118A.

しかし、高周波HFにオン/オフのパルス変調がかけられる場合は、加重平均値演算回路118Aは機能せず、算術平均値演算回路116Aより出力されるパルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonが加重平均値演算回路118Aを介さずに後段の移動平均値演算回路120Aに送られる。 However, if the pulse modulation of the on / off is subjected to high-frequency HF is the weighted average value calculating circuit 118A does not function, the arithmetic load impedance Z in the pulse-on period T on output from the arithmetic mean value calculating circuit 116A The average value aZ on is sent to the subsequent moving average value calculation circuit 120A without passing through the weighted average value calculation circuit 118A.

移動平均値演算回路120Aは、好適にはCPUで構成され、プラズマ生成用の高周波HFにハイ/ロウのパルス変調がかけられる場合は、加重平均値演算回路118Aより得られた連続する複数の負荷インピーダンスZの1サイクル加重平均値bZに基づいて負荷インピーダンスZの移動加重平均値cZを演算し、この移動加重平均値cZを負荷インピーダンスZの測定値MZとして出力する。   The moving average calculation circuit 120A is preferably configured by a CPU, and when high frequency HF for plasma generation is subjected to high / low pulse modulation, a plurality of continuous loads obtained from the weighted average calculation circuit 118A are used. The movement weighted average value cZ of the load impedance Z is calculated based on the one cycle weighted average value bZ of the impedance Z, and the movement weighted average value cZ is output as the measured value MZ of the load impedance Z.

また、移動平均値演算回路120Aは、高周波HFにオン/オフのパルス変調がかけられる場合は、算術平均値演算回路116Aより出力された連続する複数個のパルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonに基づいて移動平均値dZを演算し、この移動平均値dZを負荷インピーダンスZの測定値MZとして出力する。主制御部72は、移動区間Lおよび移動ピッチPの設定値とクロックCK3を移動平均値演算回路120Aに与える。 Further, the moving average value computation circuit 120A, when the pulse modulation of the on / off is subjected to high-frequency HF, the load impedance Z in a plurality of pulse-on period T on a continuous output from the arithmetic mean value calculating circuit 116A The moving average value dZ is calculated on the basis of the arithmetic average value aZ on , and the moving average value dZ is output as the measured value MZ of the load impedance Z. The main control unit 72 supplies the set values of the movement section L and the movement pitch P and the clock CK 3 to the moving average value calculation circuit 120A.

移動平均値演算回路120Aより出力される負荷インピーダンスの測定値MZは、クロックCK3に同期して更新される。通常、負荷側インピーダンス測定値MZには、負荷インピーダンスZの絶対値および位相の測定値が含まれる。 Measurements MZ of the load impedance outputted from the moving average value computation circuit 120A is updated in synchronization with the clock CK 3. Usually, the load-side impedance measurement value MZ includes the absolute value of the load impedance Z and the measurement value of the phase.

図4Bに、インピーダンスセンサ106Aの別の構成例を示す。図示のように、加重平均値演算回路118Aを移動平均値演算回路120Aの後段に設けることも可能である。この構成例においては、プラズマ生成用の高周波HFにハイ/ロウのパルス変調がかけられる場合、移動平均値演算回路120Aは、算術平均値演算回路116Aより得られた連続する複数個(n個)のパルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonおよびパルス・オフ期間Toffにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZoffに基づいて、パルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの移動平均値eZonおよびパルス・オフ期間Toffにおける負荷インピーダンスZの移動平均値eZoffを演算する。 FIG. 4B shows another configuration example of the impedance sensor 106A. As shown, it is also possible to provide the weighted average value calculation circuit 118A in the subsequent stage of the moving average value calculation circuit 120A. In this configuration example, when high / low pulse modulation is applied to high frequency HF for plasma generation, moving average value calculation circuit 120A is a plurality of (n) consecutive ones obtained from arithmetic average value calculation circuit 116A. based on the pulse-on period T load in on impedance Z arithmetic mean aZ off of the load impedance Z in the arithmetic average aZ on and pulse-off period T off of the movement of the load impedance Z in the pulse-on period T on It calculates a moving average value eZ off of the load impedance Z in the average value eZ on and pulse-off period T off.

加重平均値演算回路118Aは、移動平均値演算回路120Aより得られたパルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの移動平均値eZonとパルス・オフ期間Toffにおける負荷インピーダンスZの移動平均値eZoffとを上記所望の重み(重み変数K)で加重平均して、負荷インピーダンスZの加重移動平均値fZを求め、この加重移動平均値fZを負荷インピーダンス測定値MZとして出力する。 Weighted mean value calculating circuit 118A, the moving average value eZ of the load impedance Z in the moving average value eZ on and pulse-off period T off of the load impedance Z in obtained from the moving average value computation circuit 120A pulse-on period T on The weighted moving average value fz of the load impedance Z is obtained by weighted averaging of off with the desired weight (weighting variable K), and the weighted moving average value fz is output as the load impedance measurement value Mz.

しかし、プラズマ生成用の高周波HFにオン/オフのパルス変調がかけられる場合は、加重平均値演算回路118Aは機能せず、移動平均値演算回路120Aより出力されるパルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの移動平均値eZonがそのまま負荷インピーダンス測定値MZとして出力される。 However, if the pulse modulation of the on / off is subjected to high-frequency HF for plasma generation, weighted mean value calculating circuit 118A does not work, the load in the pulse-on period T on output from the moving average value computation circuit 120A The moving average value eZ on of the impedance Z is output as the load impedance measurement value MZ as it is.

イオン引き込み系の整合器42(図1)も、上述したプラズマ生成系の整合器40内のインピーダンスセンサ106Aと同様に、RF電圧検出器110B、RF電流検出器112B、負荷インピーダンス瞬時値演算回路114B、算術平均値演算回路116B、加重平均値演算回路118Bおよび移動平均値演算回路120Bを有するインピーダンスセンサ106B(図示せず)を備えている。このインピーダンスセンサ106Bにおいても、イオン引き込み用の高周波LFにかけられるパルス変調のモード(ハイ/ロウまたはオン/オフ)に応じて、上記と同様に加重平均値演算回路118Bおよび移動平均値演算回路120B内の信号処理が切り替わるようになっている。

[整合器の作用]
Similarly to the impedance sensor 106A in the matching unit 40 of the plasma generation system described above, the matching unit 42 (FIG. 1) of the ion pull-in system also includes the RF voltage detector 110B, the RF current detector 112B, and the load impedance instantaneous value calculation circuit 114B. , An arithmetic mean value calculation circuit 116B, a weighted average value calculation circuit 118B, and a moving average value calculation circuit 120B, and an impedance sensor 106B (not shown). Also in the impedance sensor 106B, the weighted average value arithmetic circuit 118B and the moving average value arithmetic circuit 120B are similarly operated according to the pulse modulation mode (high / low or on / off) applied to the high frequency LF for ion attraction. Signal processing is switched.

[Function of matching device]

ここで、プラズマ生成用の高周波HFのパワーにハイ/ロウのパルス変調がかけられる場合のプラズマ生成系の整合器40の作用を説明する。なお、イオン引き込み用の高周波LFのパワーには同一の変調パルスMSの下でオン/オフのパルス変調がかけられるとする。   Here, the operation of the matching unit 40 of the plasma generation system in the case where high / low pulse modulation is applied to the power of high frequency HF for plasma generation will be described. It is assumed that on / off pulse modulation is applied to the power of the high frequency LF for ion attraction under the same modulation pulse MS.

この場合、プラズマ生成系の高周波給電ライン43上では、高周波電源36からチャンバ10内のプラズマ負荷に向かって高周波HFがパルス・オン期間Ton中だけでなくパルス・オフ期間Toff中も持続的に伝送される。ところが、イオン引き込み系では変調パルスMSのデューティ比に同期して高周波LFのパワーをオン・オフするので、プラズマ生成系の整合器40から見えるプラズマ負荷はパルス・オン期間Tonとパルス・オフ期間Toffとで大きく変化する。このため、変調パルスMSの周波数を高い値(通常1kHz以上)に設定すると、プラズマ生成系の整合器40においてはマッチングコントローラ104Aの制御によりモータ100A,102Aを通じてリアクタンス素子XH1,XH2のリアクタンスを可変するオートマッチング動作が変調パルスMSに追従できなくなる。 In this case, on the high frequency power supply line 43 of the plasma generation system, also sustained pulse off period T off during not high frequency HF from the high frequency power source 36 toward the plasma load within the chamber 10 only during the pulse-on period T on Transmitted to However, since the power of the high frequency LF is turned on / off in synchronization with the duty ratio of the modulation pulse MS in the ion lead-in system, the plasma load visible from the matching unit 40 of the plasma generation system has a pulse on period Ton and a pulse off period. It changes greatly with T off . Therefore, when the frequency of the modulation pulse MS is set to a high value (usually 1 kHz or more), in the matching unit 40 of the plasma generation system, the reactance of the reactance elements X H1 and X H2 is controlled through the motors 100A and 102A under the control of the matching controller 104A. The variable auto-matching operation can not follow the modulation pulse MS.

この実施形態では、整合器40のオートマッチング動作が追従できないほど変調パルスMSの周波数を高くしても、後述するようなインピーダンスセンサ106A内の特殊な信号処理により、パルス・オン期間Tonとパルス・オフ期間Toffとの間で整合または整合外れの度合いのバランスを調整して、ハイ/ロウのパルス変調を有効かつ安定に運用できるようになっている。 In this embodiment, even if the frequency of the modulation pulse MS is increased to such an extent that the auto matching operation of the matching unit 40 can not follow, the pulse on period Ton and the pulse can be obtained by special signal processing in the impedance sensor 106A as described later. The high or low pulse modulation can be operated effectively and stably by adjusting the balance of the matching or the degree of misalignment with the off period T off .

この場合、主制御部72は、プラズマ生成系の高周波電源36に対しては、変調パルスMSのデューティ比に応じて予め設定されたハイレベルのパワーと予め設定されたロウレベルのパワーとを交互に繰り返すような高周波HFを出力するように、電源制御部94Aに所定の制御信号、設定値、タイミング信号を与える。そして、主制御部72は、整合器40内のインピーダンスセンサ106Aに対しては、ハイ/ロウのパルス変調に必要なモニタ信号JS、重み変数K、移動平均値演算用の設定値L,PおよびクロックCK1,CK2,CK3を与える。 In this case, the main control unit 72 alternately switches the high level power preset according to the duty ratio of the modulation pulse MS and the low level power preset according to the duty ratio of the modulation pulse MS for the high frequency power supply 36 of the plasma generation system. A predetermined control signal, a set value, and a timing signal are supplied to the power supply control unit 94A so as to output a high frequency HF which is repeated. Then, with respect to impedance sensor 106A in matching unit 40, main control unit 72 monitors signal JS necessary for pulse modulation of high / low, weight variable K, set values L and P for moving average value calculation, and Clocks CK 1 , CK 2 and CK 3 are given.

一方で、主制御部72は、イオン引き込み系の高周波電源38に対しては、高周波LFのパワーが変調パルスMSのデューティ比に応じて予め設定されたオンレベル(オン状態)と零レベル(オフ状態)とを交互に繰り返すように、電源制御部94Bに所定の制御信号、設定値、タイミング信号を与える。そして、主制御部72は、整合器42内のインピーダンスセンサ106Bに対しては、オン/オフのパルス変調に必要なモニタ信号JS、移動平均値演算用の設定値L,PおよびクロックCK1,CK2,CK3を与える。ただし、重み変数Kは与えられない。 On the other hand, the main control unit 72 sets the power of the high frequency LF to the on level (on state) and the zero level (off) preset according to the duty ratio of the modulation pulse MS for the high frequency power supply 38 of the ion drawing system. The power supply control unit 94B is supplied with predetermined control signals, set values, and timing signals so that the state (a) is alternately repeated. Then, with respect to the impedance sensor 106B in the matching unit 42, the main control unit 72 monitors the monitor signal JS necessary for on / off pulse modulation, the set values L and P for calculating the moving average value, and the clocks CK 1 , Give CK 2 and CK 3 . However, the weight variable K is not given.

プラズマ生成系の整合器40においては、図6Aまたは図6Bに示すように、変調パルスMSの各サイクルにおいてパルス・オン期間Ton内およびパルス・オフ期間Toff内にモニタ時間T1,T2がそれぞれ設定される。好ましくは、パルス・オン期間Ton内では、高周波給電ライン43上で反射波のパワーが急激に変化する開始直後および終了直前の過渡時間を除いた区間にモニタ時間T1が設定される。同様に、パルス・オフ期間Toff内でも、開始直後および終了直前の過渡時間を除いた区間にモニタ時間T2が設定される。 In the matching unit 40 of the plasma generation system, as shown in FIG. 6A or 6B, the monitor times T 1 and T 2 are within the pulse on period Ton and the pulse off period Toff in each cycle of the modulation pulse MS. Are set respectively. Preferably, the pulse-on period T in on, high frequency power supply line 43 on the monitor to start immediately and excluding immediately before the end of the transient time interval the power of the reflected wave changes abruptly time T 1 is set. Similarly, a pulse-off within the time T off, the monitor time T 2 is set to excluding the transient time immediately after and immediately before the end start section.

インピーダンスセンサ106A内の算術平均値演算回路116Aは、変調パルスMSの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Tonでは負荷インピーダンス瞬時値演算回路114Aより得られる負荷インピーダンスZの瞬時値JZをサンプリングクロックCK1でサンプリングして、パルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonを演算し、パルス・オフ期間Toff中に負荷インピーダンス瞬時値演算回路114Aより得られる負荷インピーダンスZの瞬時値JZをサンプリングクロックCK1でサンプリングして、パルス・オフ期間Toffにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZoffを演算する。 Arithmetic mean value calculating circuit in the impedance sensor 106A 116A in each cycle of the modulation pulses MS, samples the instantaneous value JZ load impedance Z obtained from the pulse-on period T on the load impedance instantaneous value calculating circuit 114A clocks CK 1 in sampling, and calculating the arithmetic mean value aZ on the load impedance Z in the pulse-on period T on, the instantaneous value JZ load impedance Z obtained from the pulse-off period T off load impedance instantaneous value calculating circuit 114A in Are sampled by the sampling clock CK 1 to calculate the arithmetic mean value aZ off of the load impedance Z in the pulse off period T off .

加重平均値演算回路118Aは、算術平均値演算回路116Aより得られたパルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonとパルス・オフ期間Toffにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZoffとを所望の重み(重み変数K)で加重平均して、負荷インピーダンスの1サイクル分の加重平均値bZを求める。ここで、重み変数Kは0≦K≦1の範囲で任意の値に選ばれ、加重平均値bZは次の式(1)で表わされる。
bZ=K*aZon+(1−K)*aZoff ・・・・(1)
Weighted mean value calculating circuit 118A has an arithmetic mean value of the load impedance Z in the arithmetic average aZ on and pulse-off period T off of the load impedance Z in the pulse-on period T on obtained from the arithmetic average computing circuit 116A aZ A weighted average value bZ of one cycle of the load impedance is obtained by weighted averaging of off and the desired weight (weight variable K). Here, the weight variable K is selected to an arbitrary value in the range of 0 ≦ K ≦ 1, and the weighted average value bZ is expressed by the following equation (1).
bZ = K * aZ on + (1-K) * aZ off (1)

移動平均値演算回路120Aは、プラズマ生成用の高周波HFにハイ/ロウのパルス変調がかけられる場合は、加重平均値演算回路118Aより得られた連続する複数個(n個)の負荷インピーダンスZの1サイクル加重平均値bZに基づいて、予め設定された所定の移動区間Lおよび移動ピッチPで加重平均値bZの移動加重平均値cZを演算する。たとえば、変調パルスMSの周波数fSが1000Hzである場合に、移動区間Lを10msecに設定し、移動ピッチPを2msecに設定したときは、2msec毎に連続する10個の1サイクル加重平均値bZについて1個の移動平均値cZを演算する。 When the high frequency HF for plasma generation is subjected to high / low pulse modulation, the moving average value calculation circuit 120A generates a plurality of (n) continuous load impedances Z obtained from the weighted average value calculation circuit 118A. Based on the one-cycle weighted average value bZ, the movement weighted average value cZ of the weighted average value bZ is calculated at a predetermined movement segment L and movement pitch P which are set in advance. For example, the modulation when the pulse MS of the frequency f S is 1000 Hz, and sets the movement section L to 10 msec, when setting the movement pitch P to 2msec is 10 1 cycle weighted average successive every 2msec bZ One moving average value cZ is calculated for.

移動平均値演算回路120Aは、移動加重平均値cZを負荷インピーダンス測定値MZとして出力する。この負荷インピーダンス測定値MZは、主制御部72より加重平均値演算回路118Aに与えられる重み変数Kの値に依存し、変調パルスMSのデューティ比DSには依存しない。 The moving average value calculation circuit 120A outputs the moving weighted average value cZ as a load impedance measurement value MZ. The load impedance measurements MZ depends on the value of the weighting variables K given to weighted mean value calculating circuit 118A from the main control unit 72 does not depend on the duty ratio D S of the modulation pulse MS.

整合器40のマッチングコントローラ104Aは、インピーダンスセンサ106Aの移動平均値演算回路120AよりクロックCK3の周期で出力される負荷インピーダンス測定値MZに追従可能に応答し、負荷インピーダンス測定値MZの位相が零(0)、絶対値が50Ωになるように、つまり整合ポイントZSに一致または近似するように、モータ100A,102Aを駆動制御して整合回路98A内のリアクタンス素子XH1,XH2のリアクタンスを可変に制御する。 Matching controller 104A of the matching device 40 is responsive to be follow the load impedance measurements MZ which from moving average value computation circuit 120A of the impedance sensor 106A is output in the cycle of the clock CK 3, the phase of the load impedance measurements MZ is zero (0), the motor 100A, 102A is drive-controlled so that the absolute value becomes 50Ω, that is, it matches or approximates the matching point Z S, and the reactance of the reactance elements X H1 , X H2 in the matching circuit 98A Variable control.

このように、整合器40においては、インピーダンスセンサ106Aより出力される負荷インピーダンス測定値MZを整合ポイントZSに一致または近似するように整合動作が行われる。つまり、負荷インピーダンス測定値MZが整合目標点となる。したがって、パルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonおよびパルス・オン期間Toffにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZoffは、加重平均の重み変数Kの値に応じて整合ポイントZSから(1−K):Kの比でオフセットする。 Thus, in the matching unit 40, matching operation load impedance measurements MZ output from the impedance sensor 106A to match or approximate to the matching point Z S is performed. That is, the load impedance measurement value MZ is the matching target point. Thus, the pulse-on period T arithmetic mean value of the load impedance Z in the arithmetic average aZ on and pulse-on period T off of the load impedance Z in on aZ off is matched points according to the value of the weighted average of weighting variables K Offset by the ratio of (1−K): K from Z S.

ここで、主制御部72より整合器40のインピーダンスセンサ106Aに与える重み変数KをK=1に設定すると、上記加重平均の演算式(1)の右辺において、第1項のaZonに対する重みKが最大値“1”になり、第2項のaZoff に対する重み(1−K)が最小値つまり零“0”になる。この場合は、図5Aのスミスチャートに示すように、パルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonが整合ポイントZSに一致または近似する。一方で、パルス・オフ期間Toffにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZoffは、整合ポイントZSから最も遠くオフセットする。 Here, when the weight variable K given to the impedance sensor 106A of the matching unit 40 from the main control unit 72 is set to K = 1, the weight K with respect to aZ on of the first term in the right side of the arithmetic expression (1) of the weighted average. There is the maximum value "1", the weight (1-K) becomes the minimum value, i.e. zero "0" for aZ off of the second term. In this case, as shown in the Smith chart of FIG. 5A, the arithmetic mean value aZ on the load impedance Z in the pulse-on period T on is equal or close to the matching point Z S. On the other hand, the arithmetic mean value aZ off of the load impedance Z in the pulse-off period T off is farthest offset from the matching point Z S.

このようにK=1に設定した場合、プラズマ生成系の高周波給電ライン43上では、図6Aの波形図で模式的に示すように、パルス・オン期間Ton中は、整合が略完全にとれているため、反射波のパワーPRHは殆ど現れず、進行波のパワーPFHがそのままロードパワーPLHになる、一方で、パルス・オフ期間Toff中は、整合が最も大きく外れるため、反射波のパワーPRLが非常に高くなり、そのぶん進行波のパワーPFLがロードパワーPLLより大幅に高くなる。 When such is set to K = 1, on the high frequency power supply line 43 of the plasma generation system, as shown schematically in the waveform diagram of FIG. 6A, during the pulse-on period T on the take matching substantially completely and for that, the power PR H of the reflected wave is hardly appear, power PF H of the traveling wave is load power PL H as, on the one hand, in the pulse-off period T off, since the alignment is out largest, reflecting The wave power PR L is very high, and the traveling wave power P F L is much higher than the load power P L L.

なお、この実施形態における高周波電源36は、高周波HFのパワーに対する制御に関しては、進行波のパワーPFを一定に保つPF制御、および進行波PFのパワーから反射波のパワーPRを差し引いた正味の投入パワー(ロードパワー)を一定に保つPL制御のどちらも選択的に行えるようになっている。もっとも、高周波HFのパワーにハイ/ロウのパルス変調をかける場合は、少なくともパルス・オフ期間Toffにおいては低めの値に設定されるロウレベルのパワーを安定確実に負荷に投入できるPL制御を用いるのが好ましい。ところが、K=1の条件の下でPL制御を用いると、従来技術と同様に、パルス・オフ期間Toff中は全く整合がとれないため、図6Aに示すように反射波のパワーPRLが著しく大きくなる。 In addition, regarding the control with respect to the power of the high frequency HF, the high frequency power supply 36 in this embodiment is PF control for keeping the power PF of the traveling wave constant, and a net input obtained by subtracting the power PR of the reflected wave from the power of the traveling wave PF. Either PL control to keep the power (load power) constant can be selectively performed. However, when applying a power to the pulse modulation of the high / low of the high frequency HF, to use a PL control that can be placed in a stable reliably load the low level of power set to a lower value in at least a pulse-off period T off Is preferred. However, if PL control is used under the condition of K = 1, as in the prior art, the pulse off period T off can not be matched at all, so the power PR L of the reflected wave is as shown in FIG. It becomes extremely large.

この実施形態では、重み変数Kを0.5<K<1に設定することで、上記の問題に対処することができる。すなわち、0.5<K<1の場合は、上記加重平均の演算式(1)の右辺において、第1項のaZonに対する重みKが最大値“1”より小さくなり、そのぶん第2項のaZoffに対する重み(1−K)が最小値“0”よりも大きくなる。これによって、図5Bのスミスチャートに示すように、パルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonが整合ポイントZSからオフセットし、そのオフセット分だけパルス・オフ期間Toffにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZoffが整合ポイントZSに近づく。 In this embodiment, setting the weight variable K to 0.5 <K <1 can address the above problem. That is, in the case of 0.5 <K <1, the weight K for the first term azon is smaller than the maximum value “1” on the right side of the above-described weighted average formula (1), and the second term The weight (1−K) for aZ off of is larger than the minimum value “0”. Thus, as shown in the Smith chart of FIG. 5B, the arithmetic mean value aZ on the load impedance Z in the pulse-on period T on is offset from the matching point Z S, the load at that offset by pulse-off period T off arithmetic mean aZ off of the impedance Z approaches the matching point Z S.

ここで、整合ポイントZSは、スミスチャート上で両期間Ton,Toffにおける負荷インピーダンス測定値(算術平均値)aZon、aZoffを結ぶ直線上(中間点)に位置する。そして、Kの値を1より離すほど(または0.5に近づけるほど)、パルス・オン期間Tonの負荷インピーダンス測定値aZonが整合ポイントZSから遠ざかり、パルス・オフ期間Toffの負荷インピーダンス測定値aZoffが整合ポイントZSに近づく。 Here, the matching point Z S is located on a straight line (intermediate point) connecting load impedance measurement values (arithmetic mean values) aZ on and aZ off in both periods T on and T off on the Smith chart. Then, (the closer to or 0.5) as release than 1 the value of K, the load impedance measurements aZ on the pulse-on period T on is away from the matching point Z S, the load impedance of the pulse-off period T off measurements aZ off approaches the matching point Z S.

このように重み変数Kを0.5<K<1に設定した場合は、図6Bの波形図で模式的に示すように、プラズマ生成系の高周波給電ライン43上では、パルス・オン期間Ton中にも反射波が一定のパワーPRHで発生する一方で、パルス・オフ期間Toff中の反射波のパワーPRLがK=1の場合よりも減少する。Kの値を調整することにより、パルス・オン期間Tonにおける反射波パワーPRHとパルス・オフ期間Toffにおける反射波パワーPRLとのバランスを任意に制御することができる。 If this set of weighting variables K in 0.5 <K <1 As, as shown schematically in the waveform diagram of FIG. 6B, on the high frequency power supply line 43 of the plasma generation system, a pulse-on period T on even while the reflected wave is generated at a constant power PR H, power PR L of the reflected wave in the pulse-off period T off is reduced than in the case of K = 1 in. By adjusting the value of K, it is possible to arbitrarily control the balance between the reflected wave power PR L in the reflected wave power PR H and the pulse-off period T off in the pulse-on period T on.

このことにより、パルス・オフ期間Toffにおける反射波のパワーPRLを任意に減らし、そのぶんロードパワーPLLを高めの任意に値に設定してプロセス上の要求に応えることができる。また、反射波から高周波電源36を保護するためのサーキュレータ等の負担や高周波電源36自体の反射波耐量が軽減され、高周波電源36周りでハードウェアの小型簡易化や消費電力の効率化等を図ることもできる。さらに、反射波のパワーPRLを減らすことにより、後述するようにプラズマ負荷に投入される正味の高周波パワー(ロードパワー)PLを設定値に保つためのPL制御をより正確かつ効率よく行うことができる。 As a result, the power PR L of the reflected wave in the pulse off period T off can be arbitrarily reduced, and the load power PL L can be set to a higher arbitrary value to meet the process demand. In addition, the burden of a circulator or the like for protecting the high frequency power source 36 from reflected waves and the reflected wave resistance of the high frequency power source 36 itself are reduced, and simplification of hardware size and efficiency of power consumption are achieved around the high frequency power source 36. It can also be done. Furthermore, by reducing the power PR L of the reflected wave, PL control for maintaining the net high frequency power (load power) PL input to the plasma load at a set value as described later can be performed more accurately and efficiently it can.

なお、重み変数Kは0.5<K≦1の範囲に限定されず、0≦K≦0.5の範囲内に設定されてもよい。K=0.5の場合は、上記加重平均の演算式(1)の右辺において、第1項のaZonに対する重みKと第2項のaZoffに対する重み(1−K)とがどちらも0.5で等しくなり、図示省略するが、スミスチャート上ではパルス・オン期間Tonの負荷インピーダンス測定値aZonとパルス・オフ期間Toffの負荷インピーダンス測定値aZoffとの中点に整合ポイントZSが位置する。 The weight variable K is not limited to the range of 0.5 <K ≦ 1 but may be set within the range of 0 ≦ K ≦ 0.5. In the case of K = 0.5, both the weight K for aZ on of the first term and the weight (1-K) for aZ off for the second term are 0 on the right side of the arithmetic expression (1) of the weighted average. equals .5, although not shown, matching points to the midpoint between the load impedance measurements aZ off pulse-on period T on of the load impedance measurements aZ on and pulse-off period T off is on the Smith chart Z S is located.

また、0≦K<0.5のときは、上記加重平均の演算式(1)の右辺において、第1項のaZonに対する重みKが第2項のaZoffに対する重み(1−K)よりも小さいため、パルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンス測定値aZonは整合ポイントZSから相対的に遠くなり、パルス・オフ期間Toffにおける負荷インピーダンス測定値aZoffが整合ポイントZSに相対的に近くなる。この場合は、パルス・オフ期間Toff中の反射波のパワーPRLが相対的に小さくなり、パルス・オン期間Ton中の反射波パワーPRHが相対的に大きくなる。 Also, when 0 ≦ K <0.5, the weight K for the first term aZ on and the weight (1−K) for the second term aZ off in the right side of the above-described weighted average formula (1) because even small load impedance measurements aZ on in the pulse-on period T on is made relatively far from the matching point Z S, relative to the load impedance measurements aZ off in the pulse-off period T off is consistent point Z S It is close to In this case, power PR L of the reflected wave in the pulse-off period T off is relatively small, the reflected wave power PR H in pulse-on period T on is relatively large.

このように、この実施形態においては、変調パルスMSのデューティ比DSから独立して、パルス・オン期間Ton中の反射波パワーPRHとパルス・オフ期間Toff中の反射波パワーPRLとのバランス(または整合または非整合の度合いのバランス)を任意に制御することができる。主制御部72は、プロセスレシピの中で重み変数Kを0≦K≦1の範囲内で任意に設定し、プロセス毎に重み変数Kを切り替え、あるいは1回のプロセスの中で重み変数Kを段階的または連続的に切り替えることができる。 Thus, in this embodiment, the modulation pulse MS independent of the duty ratio D S of the reflected wave power in the pulse-on period T on PR H and the pulse-off period T reflection wave power in off PR L And the balance (or the degree of matching or non-matching) can be arbitrarily controlled. The main control unit 72 arbitrarily sets the weight variable K in the range of 0 ≦ K ≦ 1 in the process recipe, switches the weight variable K for each process, or sets the weight variable K in one process. It can be switched stepwise or continuously.

なお、イオン引き込み系の整合器42においては、高周波LFにオン/オフのパルス変調がかけられるので、上記のように主制御部72よりインピーダンスセンサ106Bに重み変数Kは与えられず、加算平均値演算回路118Bは機能しない。移動平均値演算回路120Bは、クロックCK1のサイクル毎に算術平均値演算回路116Bより出力される連続する複数個のパルス・オン期間TonにおけるインピーダンスZの算術平均値aZonに基づいて移動平均値dZを演算し、この移動平均値dZを負荷インピーダンスZの測定値MZとして出力する。 In the ion pull-in type matching unit 42, since the high frequency LF is subjected to on / off pulse modulation, the weight variable K is not given to the impedance sensor 106B from the main control unit 72 as described above, and the average value is averaged. The arithmetic circuit 118B does not function. Moving average value computation circuit 120B, the moving average based on the arithmetic mean value aZ on the impedance Z in a plurality of pulse-on period T on a continuous output from the arithmetic mean value calculating circuit 116B for each cycle of the clock CK 1 The value dZ is calculated, and the moving average value dZ is output as the measured value MZ of the load impedance Z.

整合器42のマッチングコントローラ104Bは、インピーダンスセンサ106Bの移動平均値演算回路120BよりクロックCK3の周期で出力される負荷インピーダンス測定値MZに追従可能に応答し、負荷インピーダンス測定値MZの位相が零(0)、絶対値が50Ωになるように、つまり整合ポイントZSに一致または近似するように、モータ100B,102Bを駆動制御して整合回路98B内のリアクタンス素子XL1,XL2のリアクタンスを可変に制御する。この場合、パルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスZの算術平均値aZonないしその移動平均値cZonが常に整合目標点となる。

[電源制御部内の要部の構成]
Matching controller 104B of the matching device 42 is responsive to be follow the load impedance measurements MZ which from moving average value computation circuit 120B of the impedance sensor 106B is output in the cycle of the clock CK 3, the phase of the load impedance measurements MZ is zero (0), drive control of motors 100B and 102B so that absolute value becomes 50Ω, that is, match or approximate match point Z S , and reactance of reactance elements X L1 and X L2 in matching circuit 98 B Variable control. In this case, the arithmetic mean value aZ on to the moving average value cZ on always matching target point that the load impedance Z in the pulse-on period T on.

[Configuration of main parts in power control unit]

図7および図8に、プラズマ生成系の高周波電源36における電源制御部94A内の要部の構成を示す。   FIGS. 7 and 8 show the configuration of the main part in the power supply control unit 94A of the high frequency power supply 36 of the plasma generation system.

電源制御部94Aは、図7に示すように、ロードパワー測定部122Aと高周波出力制御部124Aとを有している。ロードパワー測定部122Aは、RFパワーモニタ96Aより得られる進行波パワー検知信号SPFと反射波パワー検知信号SPRとから、負荷(主にプラズマ)に投入されるロードパワーPLの測定値MPL(MPL=SPF−SPR)を演算によって求める。 As shown in FIG. 7, the power supply control unit 94A has a load power measurement unit 122A and a high frequency output control unit 124A. Load power measuring section 122A from the traveling-wave power detection signal S PF obtained from RF power monitor 96A and the reflected wave power detection signal S PR, measured values M PL of the load power PL to be inputted to the load (mainly plasma) (M PL = S PF −S PR ) is obtained by calculation.

ロードパワー測定部122Aは、アナログ演算回路またはディジタル演算回路のいずれの形態を有してもよい。すなわち、アナログの進行波パワー検知信号SPFとアナログの反射波パワー検知信号SPRとの差分をとってアナログ信号のロードパワー測定値MPLを生成してもよく、あるいは進行波パワー検知信号SPFおよび反射波パワー検知信号SPRをそれぞれディジタル信号に変換したうえで両者の差分をとり、ディジタル信号のロードパワー測定値MPLを生成してもよい。 The load power measurement unit 122A may have any form of an analog operation circuit or a digital operation circuit. That may generate a load power measurements M PL of the analog signal takes the difference between the progressive wave power detection signal of the analog S PF and analog reflection wave power detection signal S PR, or progressive wave power detection signal S taking the difference between the two PF and reflected wave power detection signal S PR after having converted into digital signals may be generated load power measurements M PL of the digital signal.

高周波出力制御部124Aは、図8に示すように、パルス・オン期間(第1の期間)用の第1の制御指令値生成部126Aと、パルス・オフ期間(第2の期間)用の第2の制御指令値生成部128Aと、RFパワーモニタ96Aからの進行波パワー検知信号SPFを第1の制御指令値生成部126Aからの第1の制御指令値Conもしくは第2の制御指令値生成部128Aからの第2の制御指令値Coffと比較して、比較誤差ERonもしくはERoffを生成する比較器130Aと、この比較器130Aからの比較誤差ERonもしくはERoffに応じてパワーアンプ92の利得または増幅率を可変に制御するアンプ制御部132Aと、高周波出力制御部124A内の各部を制御する局所コントローラ134Aとを有している。 The high frequency output control unit 124A, as shown in FIG. 8, includes a first control command value generation unit 126A for a pulse on period (first period) and a first control command value generation unit for a pulse off period (second period). and a second control command value generating unit 128A, a traveling wave power detection signal a first control command value C on or second control command value for the S PF from the first control command value generating portion 126A of the RF power monitor 96A Comparator 130A that generates comparison error ER on or ER off in comparison with second control command value C off from generation unit 128A, and power according to comparison error ER on or ER off from this comparator 130A It has an amplifier control unit 132A that variably controls the gain or amplification factor of the amplifier 92, and a local controller 134A that controls each unit in the high frequency output control unit 124A.

ここで、第1の制御指令値生成部126Aは、ロードパワー測定部122Aより与えられるロードパワー測定値MPLとコントローラ134Aを介して主制御部72より与えられるロードパワー設定値PLH(またはPLon)を入力し、変調パルスMSの各サイクルにおいてパルス・オン期間Ton中に進行波のパワーPFにかけるフィードバック制御のための第1の制御指令値Conを生成する。 Here, the first control command value generating unit 126A, the load power set value given from the main control unit 72 via the load power measurements M PL and the controller 134A given from the load power measuring unit 122A PL H (or PL enter the on), to generate a first control command value C on for feedback control applied to the power PF of the traveling wave during the pulse-on period T on each cycle of the modulation pulse MS.

一方、第2の制御指令値生成部128Aは、ロードパワー測定部122Aからのロードパワー測定値MPLとコントローラ134Aからのロードパワー設定値PLLとを入力し、変調パルスMSの各サイクルにおいてパルス・オフ期間Toff中に進行波パワーPFにかけるフィードバック制御のための第2の制御指令値Coffを生成する。 On the other hand, the second control command value generating unit 128A inputs the load power set value PL L from the load power measurements M PL and the controller 134A from the load power measuring unit 122A, pulse in each cycle of the modulation pulses MS off during T off applied to the traveling wave power PF to generate a second control command value C off for feedback control.

なお、第1および第2の制御指令値生成部126A,128Aは、好ましくはディジタル回路で構成されてよい。その場合、それぞれの出力段にディジタル−アナログ(D/A)変換器を設けることで、第1および第2の制御指令値Con,Coffをアナログ信号の形態で出力することができる。 The first and second control command value generation units 126A and 128A may preferably be configured by digital circuits. In that case, the first and second control command values C on and C off can be output in the form of analog signals by providing digital-analog (D / A) converters in the respective output stages.

第1の制御指令値生成部126Aより出力される第1の制御指令値Conと、第2の制御指令値生成部128Aより出力される第2の制御指令値Coffとは、切替回路136Aを介して交互に比較器130Aに与えられる。切替回路136Aは、コントローラ134Aの制御の下で動作し、変調パルスMSの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ton中は第1の制御指令値生成部126Aからの第1の制御指令値Conを選択して比較器130Aに転送し、パルス・オフ期間Toff中は第2の制御指令値生成部128Aからの第2の制御指令値Coffを選択して比較器130Aに転送するようになっている。 A first control command value C on output from the first control command value generating unit 126A, and the second control command value C off output from the second control command value generating unit 128A, the switching circuit 136A Are alternately applied to the comparator 130A. Switching circuit 136A operates under the control of the controller 134A, in each cycle of the modulation pulses MS, during the pulse-on period T on the first control command value C on from the first control command value generating unit 126A selected and transferred to the comparator 130A, and during the pulse-off period T off is to forward to the comparator 130A selects the second control command value C off from the second control command value generating unit 128A It has become.

したがって、比較器130Aは、変調パルスMSの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ton中は進行波パワー検知信号SPFを第1の制御指令値Conと比較してその比較誤差つまり第1の比較誤差ERon(ERon=Con−SPF)を生成し、パルス・オフ期間Toff中は進行波パワー検知信号SPFを第2の制御指令値Coffと比較してその比較誤差つまり第2の比較誤差ERoff(ERoff=Coff−SPF)を生成するようになっている。 Accordingly, the comparator 130A, in each cycle of the modulation pulses MS, pulse-on period during T on the progressive wave power detection signal S PF of the comparison error, that the first as compared to the first control command value C on A comparison error ER on (ER on = C on −S PF ) is generated, and during the pulse off period T off , the traveling wave power detection signal S PF is compared with the second control command value C off to compare It is adapted to generate a second comparison error ER off (ER off = C off -S PF).

アンプ制御部132Aは、コントローラ134Aの制御の下で動作し、変調パルスMSの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ton中は第1の比較誤差ERonを零に近づけるようにパワーアンプ92Aの利得または増幅率を可変制御して高周波電源36の出力を制御し、パルス・オフ期間Toff中は第2の比較誤差ERoffを零に近づけるようにパワーアンプ92Aの利得または増幅率を可変制御して高周波電源36の出力を制御するようになっている。 Amplifier control unit 132A, the controller operates under the control of 134A, in each cycle of the modulation pulses MS, during the pulse-on period T on the gain of the power amplifier 92A as close to zero a first comparison error ER on or the amplification factor variable control to control the output of the high frequency power source 36, during the pulse-off period T off is variably controlled by the gain or amplification factor of the power amplifier 92A as close to zero a second comparison error ER off Thus, the output of the high frequency power supply 36 is controlled.

なお、パワーアンプ92Aには、線形増幅器(リニアアンプ)が好適に用いられる。また、比較器130Aにはたとえば差動増幅器が用いられる。比較器130Aにおいては、入力信号の差分(Con−SPF)もしくは(Coff−SPF)と、出力信号の比較誤差ERonもしくはERoffとの間に、一定の比例関係が成立していればよい。 A linear amplifier (linear amplifier) is preferably used for the power amplifier 92A. Also, for example, a differential amplifier is used for the comparator 130A. In the comparator 130A, a constant proportionality relation is established between the difference (C on −S PF ) or (C off −S PF ) of the input signal and the comparison error ER on or ER off of the output signal. Just do it.

イオン引き込み系の高周波電源38も、高周波LFの周波数がプラズマ生成系の高周波HFの周波数と異なる点を除いて、上述したプラズマ生成系の高周波電源36における電源制御部94Aとそれぞれ同様の構成および機能を有するロードパワー測定部122Bおよび高周波出力制御部124B(図示せず)を備えている。

[実施形態におけるPL制御の作用]
The high-frequency power supply 38 of the ion lead-in system also has the same configuration and function as the power control unit 94A in the high-frequency power supply 36 of the above-described plasma generation system except that the frequency of the high frequency LF differs from the frequency of the high frequency HF And a high frequency output control unit 124B (not shown).

[Operation of PL control in the embodiment]

この実施形態のプラズマ処理装置においては、高周波電源36,38のいずれも、プラズマ生成用の高周波HFまたはイオン引き込み用の高周波LFをチャンバ10内に各々供給している時は、負荷(主にプラズマ)に投入される正味の高周波パワーつまりロードパワーPLをパルス・オン期間Tonとパルス・オフ期間Toffとで個別に設定値に保つためのPL制御を行えるようになっている。 In the plasma processing apparatus of this embodiment, when both of the high frequency power supplies 36 and 38 supply the high frequency HF for plasma generation or the high frequency LF for ion attraction into the chamber 10, respectively, the load (mainly plasma PL power control can be performed to maintain the net high frequency power applied to V.sub.2), i.e., the load power PL, separately at the set value in the pulse on period Ton and the pulse off period Toff .

以下に、プラズマ生成用の高周波HFのパワーにハイ/ロウのパルス変調がかけられる場合について、この実施形態おけるPL制御の作用を説明する。なお、イオン引き込み用の高周波LFのパワーには同一の変調パルスMSの下でオン/オフのパルス変調がかけられるとする。   The action of PL control in this embodiment will be described below in the case where high / low pulse modulation is applied to the power of high frequency HF for plasma generation. It is assumed that on / off pulse modulation is applied to the power of the high frequency LF for ion attraction under the same modulation pulse MS.

この場合、主制御部72は、プラズマ生成系の高周波電源36の電源制御部94Aに対しては、ハイ/ロウのパルス変調に必要な制御信号およびロードパワー設定値PLH,PLLのデータを与えるとともに、パルス変調用のタイミング信号として変調パルスMSを与える。なお、PLHは、パルス・オン期間Tonにおける高周波HFのパワーのレベル(ハイレベル)を指定する第1のロードパワー設定値である。一方、PLLは、パルス・オフ期間Toffにおける高周波HFのパワーのレベル(ロウレベル)を指定する第2のロードパワー設定値である。高周波電源36は、この電源36よりハイ/ロウのパルス変調によって出力される高周波HFに対して次のようなPL制御を行う。 In this case, the main control unit 72 sends control signal necessary for high / low pulse modulation and data of load power set values PL H and PL L to the power control unit 94A of the high frequency power supply 36 of plasma generation system. And a modulation pulse MS as a timing signal for pulse modulation. Incidentally, PL H is the first load power set value that specifies the level (high level) of the power of the high frequency HF in the pulse-on period T on. On the other hand, PL L is the second load power set value that specifies the level (low level) of the power of the high frequency HF in the pulse-off period T off. The high frequency power supply 36 performs the following PL control on the high frequency HF outputted by pulse modulation of high / low from the power supply 36.

先ず、主制御部72からのロードパワー設定値PLH,PLLは、高周波出力制御部124A内でコントローラ134Aにセットされる。コントローラ134Aは、第1および第2の制御指令値生成部126A,128Aに対して、ロードパワー設定値PLH,PLLおよび所要の制御信号、クロック信号を与える。 First, the load power setting values PL H and PL L from the main control unit 72 are set in the controller 134A in the high frequency output control unit 124A. The controller 134A supplies the load power setting values PL H and PL L and required control signals and clock signals to the first and second control command value generating units 126A and 128A.

第1の制御指令値生成部126Aは、変調パルスMSの各サイクルにおいて、ロードパワー測定部122Aからのロードパワー測定値MPLをパルス・オン期間Tonの間だけ取り込んでフィードバック信号に用いる。ここで、ロードパワー測定値MPLの瞬時値または代表値をフィードバック信号に用いることも可能ではあるが、通常はロードパワー測定値MPLの平均値(好ましくは移動平均値)をフィードバック信号に用いる。 First control command value generating unit 126A, in each cycle of the modulation pulses MS, used in the feedback signal takes in the load power measurements M PL from the load power measuring section 122A only during the pulse-on period T on. Here, although it is possible to use an instantaneous value or a representative value of the load power measurement value M PL as a feedback signal, it is usual to use an average value (preferably a moving average value) of the load power measurement values M PL as a feedback signal. .

具体的には、パルス・オン期間Tonの間にロードパワー測定部122Aより与えられるロードパワー測定値MPLについて変調パルスMSの複数サイクル分の移動平均値AMPLを取得し、この移動平均値AMPLをロードパワー設定値PLHと比較して比較誤差または偏差を求め、次または後続のサイクルにおいてこの偏差を適度な速度で零に近づけるようにパルス・オン期間Ton中に進行波のパワーPFにかけるフィードバック制御の目標値つまり第1の制御指令値Conを決定する。この第1の制御指令値Conを決定するために、フィードバック制御またはフィードフォワード制御の技術で常用されている公知のアルゴリズムを用いることができる。 Specifically, it obtains a moving average value AM PL multiple cycles of the modulation pulse MS for load power measurement M PL supplied from the load power measuring unit 122A during the pulse-on period T on, the moving average value Compare the AM PL and load power set value PL H sought comparison error or deviation, traveling wave power during the next or subsequent cycle the deviation moderate speed pulse-on period, as close to zero at T on the A target value of feedback control to be applied to PF, that is, a first control command value Con is determined. To determine the first control command value C on, it is possible to use a known algorithm that is commonly used in the feedback control or feed forward control technique.

一方、第2の制御指令値生成部128Aは、変調パルスMSの各サイクルにおいて、ロードパワー測定部122Aより与えられるロードパワー測定値MPLをパルス・オフ期間Toffの間だけ取り込んでフィードバック信号に用いる。やはり、ロードパワー測定値MPLの瞬時値または代表値をフィードバック信号に用いることも可能ではあるが、通常はロードパワー測定値MPLの平均値(好ましくは移動平均値)をフィードバック信号に用いる。 On the other hand, in each cycle of the modulation pulse MS, the second control command value generation unit 128A takes in the load power measurement value M PL given from the load power measurement unit 122A only during the pulse off period T off and uses it as a feedback signal. Use. Again, although it is possible to use an instantaneous value or a representative value of the load power measurement value MPL as a feedback signal, it is usual to use an average value (preferably a moving average value) of the load power measurement values MPL as a feedback signal.

具体的には、パルス・オフ期間Toffの間にロードパワー測定部122Aより与えられるロードパワー測定値MPLについて1サイクル分または複数サイクル分の移動平均値BMPLを取得し、この移動平均値BMPLをロードパワー設定値PLLと比較して比較誤差または偏差を求め、次または後続のサイクルにおいてこの偏差を適度な速度で零に近づけるようにパルス・オフ期間Toff中に進行波のパワーPFにかけるフィードバック制御の目標値つまり第2の制御指令値Coffを決定する。この第2の制御指令値Coffを決定するために、フィードバック制御またはフィードフォワード制御で常用されている公知のアルゴリズムを用いることができる。 Specifically, a moving average value BM PL for one cycle or a plurality of cycles is acquired for the load power measurement value M PL given by the load power measurement unit 122A during the pulse off period T off , and this moving average value Compare the BM PL with the load power set value PL L to determine the comparison error or deviation, and in the next or subsequent cycle the power of the traveling wave during the pulse off period T off so that the deviation approaches zero at a moderate speed A target value of feedback control to be applied to PF, that is, a second control command value C off is determined. In order to determine this second control command value Coff , a known algorithm commonly used in feedback control or feedforward control can be used.

上記したように、比較器130Aは、変調パルスMSの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ton中は進行波パワー検知信号SPFを第1の制御指令値生成部126Aからの第1の制御指令値Conと比較してその比較誤差(第1の比較誤差)ERonを生成し、パルス・オフ期間Toff中は進行波パワー検知信号SPFを第2の制御指令値生成部128Aからの第2の制御指令値Coffと比較してその比較誤差(第2の比較誤差)ERoffを生成する。そして、アンプ制御部132Aは、変調パルスMSの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ton中は第1の比較誤差ERonを零に近づけるようにパワーアンプ92Aの利得または増幅率を可変に制御し、パルス・オフ期間Toff中は第2の比較誤差ERoffを零に近づけるようにパワーアンプ92Aの利得または増幅率を可変に制御する。 As described above, the comparator 130A, a first control instruction at each cycle, during the pulse-on period T on the traveling wave power detection signal S PF first control command value generating portion 126A of the modulated pulse MS The comparison error (first comparison error) ER on is generated in comparison with the value Con, and during the pulse off period T off , the traveling wave power detection signal S PF is output from the second control command value generation unit 128A. A comparison error (second comparison error) ER off is generated in comparison with the second control command value C off . The amplifier control unit 132A, in each cycle of the modulation pulses MS, during the pulse-on period T on is variably controlled by the gain or amplification factor of the power amplifier 92A as close to zero a first comparison error ER on , during the pulse-off period T off is variably control the gain or amplification factor of the power amplifier 92A as close to zero a second comparison error ER off.

こうして、高周波HFをハイ/ロウのパルス変調によって出力する高周波電源36においては、RFパワーモニタ96およびロードパワー測定部122より得られるロードパワーPLの測定値MPLを、パルス・オン期間Ton中は第1のロードパワー設定値PLHに一致または近似させ、パルス・オフ期間Toff中は第2のロードパワー設定値PLLに一致または近似させるように、高周波給電ライン43上を順方向に伝播する進行波のパワーPFに対してフィードバック制御がかけられる。つまり、高周波電源36の出力に対してパルス・オン期間Tonとパルス・オフ期間Toffとで独立したフィードバック制御がかけられる。 Thus, the high frequency power supply 36 for outputting a high-frequency HF by pulse modulation of the high / low, the measured value M PL of the load power PL obtained from the RF power monitor 96 and the load power measuring unit 122, the pulse-on period T in on Is matched or approximated to the first load power setting value PL H , and in the forward direction on the high-frequency feed line 43 so as to match or approximate the second load power setting value PL L during the pulse off period Toff. Feedback control is applied to the power PF of the traveling wave that propagates. That is, independent feedback control is applied to the output of the high frequency power supply 36 in the pulse on period Ton and the pulse off period T off .

このようなパルス・オン期間Ton用とパルス・オフ期間Toff用の独立した2系統のフィードバック制御によれば、変調パルスMSに同期した反射波パワーPRないし進行波パワーPFの周期的な変動に容易かつ適確に追従することが可能であり、変調パルスMSの反転時に生じる急激な負荷変動にも難なく追いつくことができる。これによって、変調パルスMSの周波数を高くしても、ロードパワーPLをパルス・オン期間Tonおよびパルス・オフ期間Toffのいずれにおいても各々個別の設定値PLH,PLLに安定に保つことができる。 According to the two independent systems of feedback control of the pulse-on period T for on for a pulse-off period T off, periodic variation of the synchronization with the modulated pulse MS reflection wave power PR to progressive wave power PF It is possible to easily and appropriately follow up, and can catch up with the sudden load fluctuation that occurs at the time of inversion of the modulation pulse MS without any difficulty. By this, even if the frequency of the modulation pulse MS is increased, the load power PL is kept stable at the individual set values PL H and PL L in any of the pulse on period Ton and the pulse off period T off. Can.

一方、高周波LFにオン/オフのパルス変調をかけるイオン引き込み系の高周波電源38においては、電源制御部94Bにより、変調パルスMSの各サイクルにおいてパルス・オン期間Ton中だけ進行波のパワーPFに対してPL制御のためのフィードバック制御がかけられる。電源制御部94B内のコントローラ134Bは、パルス・オフ期間用の第2の制御指令値生成部128Bを完全休止または非アクティブの状態に保持して、パルス・オン期間用の第1の制御指令値生成部126Bだけを動作させる。この場合、第1の制御指令値生成部126Bに対しては、パルス・オン期間Tonにおける高周波HFのパワーのレベル(オンレベル)を指示するロードパワー設定値PLonを与える。 On the other hand, in the high frequency power source 38 for ion attraction system applying a pulse modulation of the on / off frequency LF is the power control unit 94B, the power PF only traveling wave during the pulse-on period T on each cycle of the modulation pulses MS On the other hand, feedback control for PL control is applied. The controller 134B in the power supply control unit 94B holds the second control command value generation unit 128B for the pulse off period in a completely paused or inactive state, and generates the first control command value for the pulse on period. Only the generation unit 126B is operated. In this case, for the first control command value generating section 126B, giving a load power set value PL on to instruct the level of power of the high frequency HF (on level) in the pulse-on period T on.

比較器130Bは、変調パルスMSの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ton中にRFパワーモニタ96Bからの進行波パワー検知信号SPFを第1の制御指令値生成部126Bからの第1の制御指令値Conと比較してその比較誤差(第1の比較誤差)ERonを生成し、パルス・オフ期間Toff中は実質的に休止する。そして、アンプ制御部132Bは、変調パルスMSの各サイクルにおいて、パルス・オン期間Ton中は第1の比較誤差ERonを零に近づけるようにパワーアンプ92Bの利得または増幅率を可変に制御し、パルス・オフ期間Toff中は実質的に休止する。 The comparator 130B controls the traveling wave power detection signal S PF from the RF power monitor 96B during the pulse on period T on in each cycle of the modulation pulse MS and the first control from the first control command value generation unit 126B. compared to the command value C on generates the comparison error (the first comparison error) ER on, during the pulse-off period T off is substantially pause. The amplifier control unit 132B, at each cycle of the modulation pulses MS, during the pulse-on period T on is variably controlled by the gain or amplification factor of the power amplifier 92B so as to approach zero first comparison error ER on , Substantially pause during the pulse off period Toff .

もっとも、オン/オフのパルス変調を行う高周波電源38においては、PF制御を行うことも可能である。その場合は、コントローラ134Bより比較器130Bに比較基準値として進行波パワー設定値(PFS)を与えればよい。

[エッチングプロセスにおける実施例]
However, it is also possible to perform PF control in the high frequency power supply 38 that performs on / off pulse modulation. In that case, it may be given progressive wave power setting value as a comparison reference value to the comparator 130B from the controller 134B to (PF S).

[Example of etching process]

本発明者は、図1のプラズマエッチング装置によりハイ/ロウのパルス変調を用いるHARC(High Aspect Ratio Contact)プロセスの実験を行って、パルス・オフ期間Tonの長さ、パルス・オフ期間Tonにおける高周波パワー(ロードパワー)PLLまたはパルス・オフ期間Tonにおける上部DC電圧の値をパラメータとしたときに、各種プロセス特性に与える作用を検証した。 The present inventor has experimented the HARC (High Aspect Ratio Contact) process using pulse modulation of the high / low by the plasma etching apparatus shown in FIG. 1, a pulse-off period T on length, pulse off period T on the value of the upper DC voltage at a high frequency power (load power) PL L or pulse-off period T on is taken as a parameter in, examined the effect of allowing the various process characteristics.

この実験では、図9の(a)に示すように多層膜構造の表層部に第1のエッチング工程により途中まで(第3のSiO2層152に届く深さd1まで)微細孔140が形成されている半導体ウエハWをサンプルとして用意した。そして、このサンプルの半導体ウエハWに対して、図9の(b)に示すように微細孔140の深さを第3のSiO2層152の下部まで(深さd2まで)延ばす第2のエッチング工程において、プラズマ生成用の高周波HFにはハイ/ロウのパルス変調をかけ、イオン引き込み用の高周波LFにはオン/オフのパルス変調をかけ、上部電極46に印加する直流電圧(上部DC電圧)Vdcの大きさ(絶対値)を変調パルスMSに同期させて可変する実験を行った。図9において、142はエッチングマスク(フォトレジスト)、144は第1のSiO2層、146は第1のSiN層、148は第2のSiO2層、150は第2のSiN層、152は第3のSiO2層、154は第3のSiN層、および156は半導体基板である。 In this experiment, as shown in FIG. 9A, the fine holes 140 are formed in the surface layer portion of the multilayer film structure halfway to the middle (by the depth d 1 reaching the third SiO 2 layer 152) by the first etching step. The semiconductor wafer W being prepared was prepared as a sample. Then, with respect to the semiconductor wafer W of this sample, as shown in (b) of FIG. 9, the depth of the fine holes 140 is extended to the lower portion of the third SiO 2 layer 152 (up to the depth d 2 ). In the etching process, pulse modulation of high / low is applied to high frequency HF for plasma generation, pulse modulation of on / off is applied to high frequency LF for ion attraction, and DC voltage applied to upper electrode 46 (upper DC voltage An experiment was conducted to vary the magnitude (absolute value) of V dc in synchronization with the modulation pulse MS. In FIG. 9, 142 is an etching mask (photoresist), 144 is a first SiO 2 layer, 146 is a first SiN layer, 148 is a second SiO 2 layer, 150 is a second SiN layer, and 152 is a second 3 is a SiO 2 layer, 154 is a third SiN layer, and 156 is a semiconductor substrate.

この実験において評価対象に選んだプロセス特性は、[1]第2のエッチング工程における孔140の深さの増量分(d2−d1)つまりエッチング量、[2]孔140の入口付近におけるネッキングの増量分(ネッキングCD)、[3]第2のSiO2層152におけるボーイングの増量分(中間OxボーイングCD)、[4]選択比(孔140の深さの増量分d2−d1/マスクの厚さの減少分dm)および[5]アスペクト比変化量(孔140の深さの増量分d2−d1/中間OxボーイングCD)である。 The process characteristics selected for evaluation in this experiment were [1] an increase in the depth of the hole 140 in the second etching step (d 2 −d 1 ), ie, an etching amount, and [2] necking near the entrance of the hole 140. (Necking CD), [3] an increase in bowing in the second SiO 2 layer 152 (intermediate Ox bowing CD), [4] selectivity (increase in depth of hole 140 d 2 −d 1 / The decrease in mask thickness d m ) and the change in [5] aspect ratio (the increase in the depth of the hole 140 d 2 −d 1 / intermediate Ox Boeing CD).

第2のエッチング工程に係る実験は、より詳しくは、パルス・オフ期間Toffにおける高周波HFのパワーPLLを0Wに設定した場合と200Wに設定した場合とで、各種プロセス特性のパルス・オフ期間依存性を比較する第1実験と、各種プロセス特性の上部DC電圧依存性を比較する第2実験とを含む。なお、ハイ/ロウのパルス変調でパルス・オフ期間Toffにおける高周波HFのパワーPLLを0Wにした場合は、オン/オフのパルス変調をかけるのと同じである。 More specifically, in the experiment concerning the second etching step, when the power PL L of the high frequency HF in the pulse off period T off is set to 0 W and when it is set to 200 W, the pulse off period of various process characteristics is It includes a first experiment to compare the dependencies and a second experiment to compare the upper DC voltage dependencies of various process characteristics. Incidentally, when the power PL L of a high-frequency HF in the pulse-off period T off to 0W in pulse modulation of the high / low is the same as applying a pulse modulation on / off.

第1実験および第2実験に共通する主な固定値のエッチング条件として、エッチングガスをC46/NF3/Ar/O2=76/10/75/73sccm、チャンバ圧力を15mTorr、下部電極温度を60℃、パルス・オン期間Tonを100μs、パルス・オン期間Tonにおけるイオン引き込み用高周波LFのパワーを10000W、パルス・オン期間Tonにおけるプラズマ生成用高周波HFのパワーを1000W、パルス・オン期間Tonにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|を500Vとした。

<第1実験のパラメータおよび実験結果>
As main fixed value etching conditions common to the first experiment and the second experiment, the etching gas is C 4 F 6 / NF 3 / Ar / O 2 = 76/10/75/73 sccm, chamber pressure is 15 mTorr, and the lower electrode temperature 60 ° C., the pulse-on period T on the 100 [mu] s, pulse-on period T 10000 W power for high-frequency LF attracting ions in on, the power of the plasma-generating high-frequency HF in the pulse-on period T on 1000W, pulse the absolute value of the upper DC voltage V dc in the on-period T on | V dc | were as 500V.

<Parameters and results of the first experiment>

各種プロセス特性のパルス・オフ期間依存性を比較する第1実験では、パルス・オフ期間Toffにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|を900Vに固定し、パルス・オフ期間Toff(変調パルスMSの周波数fS,デューティ比DS)をパラメータとして、Toff=25μs(fS=8kHz,DS=80%)、Toff=100μs(fS=5kHz,DS=50%)、Toff=150μs(fS=4kHz,DS=40%)、Toff=233μs(fS=3kHz,DS=30%)、Toff=400μs(fS=2kHz,DS=20%)の段階的な5つの値を選んだ。 In the first experiment to compare the pulse-off period dependent various process characteristics, the absolute value of the upper DC voltage V dc in the pulse-off period T off | V dc | were fixed 900V, the pulse-off period T off ( T off = 25 μs (f S = 8 kHz, D S = 80%), T off = 100 μs (f S = 5 kHz, D S = 50%), using the frequency f S and duty ratio D S of the modulation pulse MS as parameters , T off = 150μs (f S = 4kHz, D S = 40%), T off = 233μs (f S = 3kHz, D S = 30%), T off = 400μs (f S = 2kHz, D S = 20% Chose five values of).

図10A〜図10Eに、第1実験で得られた結果をグラフで示す。図10Aに示すように、[1]孔140の深さの増量分(エッチング量:d2−d1)は、高周波HFのパワーPLLが0Wまたは200Wのいずれの場合でも、パルス・オフ期間Toffが25μs〜400μsの範囲で約700〜750nmの範囲に収まっており、それほどの違いはない。このように、PLL=200Wでハイ/ロウのパルス変調を用いると、オン/オフのパルス変調を用いる場合と同程度のエッチング量またはエッチングレートが得られる。 10A to 10E graphically show the results obtained in the first experiment. As shown in FIG. 10A, the amount of increase in the depth of the [1] hole 140 (etching amount: d 2 −d 1 ) is a pulse off period when the power PL L of high frequency HF is 0 W or 200 W. T off is in the range of about 700 to 750 nm in the range of 25 μs to 400 μs, and there is no difference. Thus, using high / low pulse modulation with PL L = 200 W provides an etching amount or etching rate comparable to that using on / off pulse modulation.

図10Bに示すように、[2]ネッキングCDは、パルス・オフ期間Toffを25μsから400μsまで段階的に大きくすると、高周波HFのパワーPLLが0Wの場合は約22.0〜23.0の範囲に止まるのに対して、周波HFのパワーPLLが200Wの場合は約22.0nmから18.0nm以下まで段階的に大きく減少する。このように、PLL=200Wでハイ/ロウのパルス変調を用いると(特にfSを3kH以下、Toffを233μs以上にすると)、オン/オフのパルス変調を用いる場合に比して、ネッキングCDが大きく向上する。 As shown in FIG. 10B, in [2] necking CD, when the pulse off period T off is gradually increased from 25 μs to 400 μs, when the power PL L of the high frequency HF is 0 W, approximately 22.0 to 23.0. whereas stops range, power PL L of frequency HF stepwise greatly reduced from about 22.0nm for 200W to 18.0nm or less. Thus, using pulse modulation of high / low at PL L = 200 W (especially when f S is 3 kH or less and T off of 233 μs or more), necking is achieved as compared to using on / off pulse modulation. CD is greatly improved.

図10Cに示すように、[3]中間OxボーイングCDは、パルス・オフ期間Toffを25μsから400μsまで段階的に大きくすると、高周波HFのパワーPLLが0Wの場合は約36.0〜37.0の範囲に止まるのに対して、周波HFのパワーPLLが200Wの場合は約37.0nmから約34.0nmまで大きく減少する(ただし、Toffが233μs以上になると、殆ど減少しなくなる)。このように、PLL=200Wでハイ/ロウのパルス変調を用いると(特にfSを3kHz以下、Toffを233μs以上にすると)、オン/オフのパルス変調を用いる場合に比して、中間OxボーイングCDも大幅に向上する。 As shown in FIG. 10C, when the pulse off period T off is gradually increased from 25 μs to 400 μs as shown in FIG. 10C, when the power PL L of the high frequency HF is 0 W, about 36.0 to 37 whereas stops in the range of 2.0, the power PL L of frequency HF is greatly reduced from about 37.0nm for 200W to about 34.0Nm (provided that when T off is equal to or greater than 233Myuesu, not hardly decreased ). Thus, using pulse modulation of high / low at PL L = 200 W (especially when f S is 3 kHz or less and T off of 233 μs or more), it is intermediate compared to using on / off pulse modulation. The Ox Boeing CD will also improve significantly.

図10Dに示すように、[4]選択比は、パルス・オフ期間Toffを25μsから233μsまで段階的に大きくすると、高周波HFのパワーPLLが0Wの場合および200Wのいずれの場合も約2.5から約4.2まで略同じ変化率で増大し、Toffが233μsを超えると飽和する。このように、PLL=200Wでハイ/ロウのパルス変調を用いると、オン/オフのパルス変調を用いる場合と同程度に選択比が向上する。 As shown in FIG. 10D, [4] selective ratio, if the pulse-off period T off stepwise increased from 25μs to 233Myuesu, power PL L of the high frequency HF of about any case in the case of 0W and 200 W 2 It increases at substantially the same rate from about 5 to about 4.2 and saturates when T off exceeds 233 μs. Thus, using high / low pulse modulation with PL L = 200 W improves the selection ratio to the same extent as when using on / off pulse modulation.

図10Eに示すように、[5]アスペクト比変化量は、パルス・オフ期間Toffを25μsから400μsまで段階的に大きくすると、高周波HFのパワーPLLが0Wの場合は約80〜85の範囲に止まるのに対して、周波HFのパワーPLLが200Wの場合は約80から約130まで大きく増大する(ただし、Toffが233μsを超えると飽和する)。このように、PLL=200Wでハイ/ロウのパルス変調を用いると(特にfSを3kH以下、Toffを233μs以上にすると)、オン/オフのパルス変調を用いる場合に比して、アスペクト比変化率が大きく向上する。

<第2実験のパラメータおよび実験結果>
As shown in FIG. 10E, when the pulse off period T off is increased stepwise from 25 μs to 400 μs as shown in FIG. 10E, the range of about 80 to 85 when the power PL L of the high frequency HF is 0 W whereas stops, the power PL L of frequency HF is increased significantly from about 80 in the case of 200W up to about 130 (however, T off is saturated with more than 233μs). As described above, when using high / low pulse modulation with PL L = 200 W (especially when f S is 3 kH or less and T off is 233 μs or more), the aspect is improved compared to when using on / off pulse modulation. The ratio change rate is greatly improved.

<Parameter and Result of Second Experiment>

各種プロセス特性の上部DC電圧依存性を比較する第2実験では、パルス・オフ期間Toff(変調パルスMSの周波数fS,デューティ比DS)をToff=233μs(fS=3kHz,DS=30%)に固定し、パルス・オフ期間Toffにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|をパラメータとして、|Vdc|=500V、900V、1200Vの段階的な3つの値を選んだ。 In the second experiment to compare the upper DC voltage dependency of various process characteristics, the pulse off period T off (frequency f S of the modulation pulse MS, duty ratio D S ) is T off = 233 μs (f S = 3 kHz, D S Fixed at 30%), and using the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse off period T off as a parameter, select three stepwise values of | V dc | = 500 V, 900 V and 1200 V It is.

図11A〜図11Eに、第2実験で得られた結果をグラフで示す。図11Aに示すように、[1]孔140の深さの増量分(エッチング量:d2−d1)は、パルス・オフ期間Toffにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|を500V、900V、1200Vと段階的に大きくすると、高周波HFのパワーPLLが0Wの場合は約760nmから約680nmまで線形的に減少し、高周波HFのパワーPLLが200Wの場合は約700nmから約680nmまで漸次的に減少する。このように、PLL=200Wでハイ/ロウのパルス変調を用いる場合は、パルス・オフ期間Toffにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|を大きくしても、孔140の深さの増量分(エッチング量)は増大するわけではなく、むしろ減少傾向になるが、オン/オフのパルス変調を用いる場合に比して劣るわけでもない。 11A to 11E graphically show the results obtained in the second experiment. As shown in FIG. 11A, the amount of increase in the depth of the [1] hole 140 (etching amount: d 2 −d 1 ) represents the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse off period T off . 500V, 900V, the stepwise increase 1200 V, the power PL L of the high frequency HF is linearly decreased to about 680nm to about 760nm in the case of 0 W, if power PL L of the high frequency HF of 200W from about 700nm to about Gradually decrease to 680 nm. Thus, when using high / low pulse modulation with PL L = 200 W, the depth of the hole 140 can be obtained even if the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse off period T off is increased. The amount of increase (etching amount) does not necessarily increase, but rather tends to decrease, but is not inferior to the case of using on / off pulse modulation.

図11Bに示すように、[2]ネッキングCDは、パルス・オフ期間Toffにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|を500V、900V、1200Vと段階的に大きくすると、高周波HFのパワーPLLが0Wの場合は約23.0nmから約20.0nm以下まで段階的に減少するのに対して、周波HFのパワーPLLが200Wの場合は低いレベルで約19.6nmから約17.8nmまでより段階的に減少する。このように、PLL=200Wにしてハイ/ロウのパルス変調を用いる場合は、パルス・オフ期間Toffにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|を大きくするほどネッキングCDは向上し、しかもオン/オフのパルス変調を用いる場合よりもネッキングCDは向上する。 As shown in FIG. 11B, [2] necking CD increases the power of high frequency HF when the absolute value | V dc | of upper DC voltage V dc in pulse off period T off is increased stepwise to 500 V, 900 V, and 1200 V. When PL L is 0 W, it gradually decreases from about 23.0 nm to about 20.0 nm or less, whereas when power PL L of 200 W is at low frequency, the level is about 19.6 nm to about 17.0 nm. It decreases more gradually to 8 nm. As described above, in the case of using high / low pulse modulation with PL L = 200 W, the necking CD improves as the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse off period T off increases. Moreover, the necking CD is improved as compared to the case of using on / off pulse modulation.

図11Cに示すように、[3]中間OxボーイングCDは、パルス・オフ期間Toffにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|を500V、900V、1200Vと段階的に大きくすると、高周波HFのパワーPLLが0Wの場合は約37.5nmから約35.5nmまで段階的に減少するのに対して、周波HFのパワーPLLが200Wの場合はより低いレベルで約35.2nmから約33.5nmまでより段階的に減少する(ただし、|Vdc|が900V以上になると、殆ど減少しなくなる)。このように、PLL=200Wにしてハイ/ロウのパルス変調を用いる場合は、パルス・オフ期間Toffにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|を大きくするほど概して中間OxボーイングCDは向上し、しかもオン/オフのパルス変調を用いる場合よりも中間OxボーイングCDは向上する。 As shown in FIG. 11C, [3] the intermediate Ox bowing CD increases the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc during the pulse off period T off to 500 V, 900 V, and 1200 V in a stepwise manner. whereas the power PL L decreases stepwise from about 37.5nm to about 35.5nm for 0W, the power PL L of frequency HF is about from about 35.2nm at a lower level in the case of 200W It decreases more gradually to 33.5 nm (although it hardly decreases when | V dc | becomes 900 V or more). Thus, when using pulse modulation with high / low at PL L = 200 W, the intermediate Ox Boeing CD is generally increased as the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse off period T off is increased. The intermediate Ox Boeing CD is improved as compared to when using the on / off pulse modulation.

図11Dに示すように、[4]選択比は、パルス・オフ期間Toffにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|を500V〜1200Vの範囲で変化させても、高周波HFのパワーPLLが0Wの場合および200Wのいずれの場合も約4.1〜4.5の範囲内に収まる。このように、PLL=200Wでハイ/ロウのパルス変調を用いると、オン/オフのパルス変調を用いる場合と同程度に選択比が向上する。 As shown in FIG. 11D, even if the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse off period T off is changed in the range of 500 V to 1200 V as shown in FIG. Both in the case of L at 0 W and in the case of 200 W fall within the range of about 4.1 to 4.5. Thus, using high / low pulse modulation with PL L = 200 W improves the selection ratio to the same extent as when using on / off pulse modulation.

図11Eに示すように、[5]アスペクト比変化量は、パルス・オフ期間Toffにおける上部DC電圧Vdcの絶対値|Vdc|を500V、900V、1200Vと段階的に大きくすると、高周波HFのパワーPLLが0Wの場合は|Vdc|が900V以上になると約80nmから約92nmまで上昇するのに対して、高周波HFのパワーPLLが200Wの場合はより高いレベルで約99nmから約132nmまでより上昇する(ただし、|Vdc|が900V以上になると飽和する)。このように、PLL=200Wでハイ/ロウのパルス変調を用いると、オン/オフのパルス変調を用いる場合に比して、アスペクト比変化率が大きく向上する。

<実験の評価>
As shown in FIG. 11E, when the absolute value | V dc | of the upper DC voltage V dc in the pulse off period T off is gradually increased to 500 V, 900 V, and 1200 V as shown in FIG. Increases from about 80 nm to about 92 nm when | V dc | becomes 900 V or more when the power PL L is 0 W, and higher levels when the power PL L of the high frequency HF is 200 W is about 99 nm to about 90 nm It rises more to 132 nm (however, it saturates when | V dc | becomes 900 V or more). As described above, the use of high / low pulse modulation with PL L = 200 W greatly improves the aspect ratio change rate as compared to the case of using on / off pulse modulation.

<Evaluation of experiment>

上記のように、図9に示すようなHARC(High Aspect Ratio Contact)プロセスにおいては、フラズマ生成用の高周波HFに対して、ハイ/ロウのパルス変調をかける方がオン/オフのパルス変調をかける場合よりも各種プロセス特性において優位性があり、特に高い選択比を保証しつつボーイングを効果的に抑制できることが判った。この点について考察する。   As described above, in the high aspect ratio contact (HARC) process as shown in FIG. 9, pulse modulation of high / low is applied to pulse modulation of high / low for high frequency HF for generating plasma. It has been found that there is superiority in various process characteristics than in the case, and that bowing can be effectively suppressed while guaranteeing particularly high selectivity. We will consider this point.

パルス変調においては、変調パルスの各サイクル毎に、パルス・オン期間からパルス・オフ期間に切り替わると、イオンの引き込み効果が薄れ、マスク上にプラズマ反応生成物が堆積する。したがって、低速パルス/低いデューティ比(パルス・オフ期間が長い)では、マスクと被エッチング材または対象膜との選択比の向上に適した領域といえる。しかし、パルス・オフ期間はエッチングに寄与することが少ないので、パルス・オフ期間を必要以上に長くするとプラズマプロセスの所要時間が長くなり、生産性の低下を招くことになる。   In pulse modulation, when the pulse on period is switched to the pulse off period for each cycle of the modulation pulse, the ion attraction effect is diminished and the plasma reaction product is deposited on the mask. Therefore, it can be said that the low speed pulse / low duty ratio (long pulse-off period) is a region suitable for improving the selection ratio between the mask and the material to be etched or the target film. However, since the pulse off period hardly contributes to the etching, if the pulse off period is made longer than necessary, the time required for the plasma process becomes longer, which leads to a decrease in productivity.

また、HARCのようにホールエッチングのアスペクト比が大きくなると、エッチング時間が長くなるので、オン/オフのパルス変調を用いた場合は、たとえマスクとの選択比が確保できたとしても、ホール側壁への長時間のイオン入射により、ボーイングがより発生しやすくなってしまうので、最終的に良好な加工形状を得ることが難しかった。   In addition, when the aspect ratio of hole etching becomes large like HARC, the etching time becomes longer. Therefore, when on / off pulse modulation is used, the hole sidewall can be obtained even if the selection ratio with the mask can be secured. Since long-time ion incidence of the above makes it more likely to cause bowing, it has been difficult to finally obtain a good processed shape.

パルス・オン期間からパルス・オフ期間に切り替わった直後にチャンバの処理空間で電子、イオンおよびラジカルがそれぞれ減少する割合は異なる。電子は10μs、イオンは100μs程度の比較的短い時間で消滅するのに対して、ラジカルは1ms程度の時間が経過した後も存在する。このオフタイム中に存在するラジカルがマスク表層と反応することにより、マスク表面保護膜を形成すると考えられる。   Immediately after switching from the pulse on period to the pulse off period, the rates of decrease of electrons, ions and radicals in the processing space of the chamber are different. Electrons are extinguished in a relatively short time of about 10 μs and ions of about 100 μs, whereas radicals exist even after about 1 ms of time has elapsed. It is believed that radicals present during this off-time react with the mask surface layer to form a mask surface protective film.

ハイ/ロウのパルス変調においては、パルス・オフ期間中もプラズマ生成用の高周波HFが処理ガスを励起し、イオンおよびラジカルを発生させる。この場合、イオン引き込み用の高周波LFに比べてイオンに与える加速のエネルギーは小さいので、エッチングに寄与する割合は少ない。一方、かなりのラジカルが発生しており、しかも下部2周波重畳印加方式の場合はLFオフでHFのパワーが弱めであるから、程ほどのRFバイアスによりラジカルを巻き込むようにしてイオンをホールの底部に引き込むことができる。その結果、ホール側壁への反応生成物の堆積を促進させて、ボーイングの抑制に効く側壁保護膜を形成することができる。   In high / low pulse modulation, high frequency HF for plasma generation excites the processing gas even during the pulse-off period to generate ions and radicals. In this case, since the acceleration energy given to the ions is smaller than the high frequency LF for ion attraction, the proportion contributing to the etching is small. On the other hand, considerable radicals are generated, and in the case of the lower two-frequency superposition application method, the power of HF is weak at LF off, so that ions are included at the bottom of the holes by incorporating radicals by a moderate RF bias. Can be drawn into. As a result, deposition of reaction products on the hole sidewalls can be promoted, and a sidewall protective film can be formed to suppress bowing.

また、上記のように、ハイ/ロウのパルス変調を用いるときは、変調パルスに同期させて上部DC電圧の絶対値をパルス・オン期間よりもパルス・オフ期間で一段高くする技法も各種プロセス特性の向上、特にネッキングの改善、中間ボーイングCDの改善、垂直形状の改善に効果的であることが判る。   Also, as described above, when high / low pulse modulation is used, various process characteristics are also possible in which the absolute value of the upper DC voltage is increased by one step in the pulse off period than the pulse on period in synchronization with the modulation pulse. In particular, it is effective to improve the necking, to improve the intermediate bowing CD, and to improve the vertical shape.

つまり、パルス・オフ期間中に上部DC電圧の絶対値を一段高くすることにより、何らかの作用が働いて(たとえば被エッチング材およびマスクに打ち込まれる電子のエネルギーが増大することにより)、ホール内で側壁保護膜を底部側に延ばす効果、あるいはマスク肩部の肩落ちを抑制する(それによって、ボーイングを誘発する斜め成分のイオン入射の割合を低減する)効果が得られるものと考えられる。   That is, by raising the absolute value of the upper DC voltage by one step during the pulse-off period, some action (for example, due to an increase in the energy of electrons injected into the material to be etched and the mask) causes the sidewall in the hole. It is considered that the effect of extending the protective film to the bottom side or the effect of suppressing the shoulder drop of the mask shoulder (thereby reducing the ratio of ion incidence of the oblique component which induces the bowing) can be obtained.

いずれにしても、HARCプロセスにおいては、プラズマ生成用の高周波にハイ/ロウのパルス変調をかける場合は、変調パルスの周波数は1kHz以上(好ましくは2kHz〜8kHz、より好ましくは2kHz〜3kHz)の領域が好ましく、パルス・オフ期間におけるプラズマ生成用高周波HFのパワーPLLはある程度高い領域(たとえば100W以上、好ましくは200W以上)に設定することが望ましい。 In any case, in the case of applying high / low pulse modulation to the high frequency for plasma generation in the HARC process, the frequency of the modulation pulse is 1 kHz or more (preferably 2 kHz to 8 kHz, more preferably 2 kHz to 3 kHz) It is desirable to set the power PL L of the plasma generating high frequency power HF in the pulse-off period to a somewhat high range (for example, 100 W or more, preferably 200 W or more).

この点、この実施形態におけるプラズマエッチング装置においては、プラズマ生成系の整合器40が、上記のような構成および機能を有するインピーダンスセンサ106Aにより、高周波給電ライン43上で高周波電源36より見えるプラズマ負荷のインピーダンスを測定し、パルス・オン期間Tonにおける負荷インピーダンスの測定値とパルス・オフ期間Tonにおける負荷インピーダンスの測定値とを所望の重みで加重平均して得られる加重平均測定値を求め、この加重平均測定値を高周波電源36の出力インピーダンスに整合させるように動作する。この場合、加重平均の重み変数(K)の値を調整することにより、パルス・オン期間Tonにおける反射波パワーPRHとパルス・オフ期間Toffにおける反射波パワーPRHとのバランスを任意に制御することができるので、パルス・オフ期間Toffにおける反射波のパワーPRLを任意に減らし、そのぶんロードパワーPLLを高めの任意に値に設定することが可能となる。 In this point, in the plasma etching apparatus according to this embodiment, the plasma generating system matching unit 40 is a plasma load visible on the high frequency power supply line 43 by the high frequency power supply 36 by the impedance sensor 106A having the above configuration and function. the impedance was measured to obtain the weighted average measurement value obtained by the measurement value of the load impedance at the measurement and pulse-off period T on of the load impedance in the pulse-on period T on weighted by a desired weighting, this It operates to match the weighted average measurement to the output impedance of the high frequency power supply 36. In this case, by adjusting the value of the weighted average of the weight variable (K), the pulse-on period T on any of the balance between the reflected wave power PR H in the reflected wave power PR H and the pulse-off period T off in Since control can be performed, it is possible to arbitrarily reduce the power PR L of the reflected wave in the pulse off period T off and to set the load power PL L to a higher value arbitrarily.

一例として、プラズマ生成系の高周波電源36に用いられている実際の或る機種の高周波電源(反射波パワーの許容限界値が1200W)においては、図12に示すように、パルス・オン期間Tonにおける反射係数ГがГ=0.0である従来のマッチング方法(パルス・オン期間Ton中に略完全な整合をとる方法)を行う場合に比して、Г=0.2,Г=0.3となる実施形態のマッチング方法を用いることにより、パルス・オフ期間ToffにおけるロードパワーPLLの設定可能な範囲を約230W(Г=0.0)から約300W(Г=0.2)さらには約350W(Г=0.3)に大幅に拡大することができる。このことは、別な見方をすれば、高周波電源36のダウンサイジングが可能になることを意味する。なお、反射係数ГはГ=(PRH/PFH1/2で与えられる。

[上部電極放電対策に関する実施例]
As an example, in a high-frequency power source (1200 W is permissible limit value of the reflected wave power) of the actual certain models used in the high frequency power supply 36 of the plasma generation system, as shown in FIG. 12, the pulse-on period T on compared with the case of performing conventional matching method the reflection coefficient .GAMMA is .GAMMA = 0.0 (how to take a substantially full alignment during the pulse-on period T on) in, Г = 0.2, Г = 0 The settable range of the load power PL L in the pulse off period T off is about 230 W (Г = 0.0) to about 300 W (Г = 0.2) by using the matching method according to the embodiment which is .3. Furthermore, it can be greatly expanded to about 350 W (Г = 0.3). This means that, from another point of view, downsizing of the high frequency power supply 36 is possible. The reflection coefficient Г is given by Г = (PR H / PF H ) 1/2 .

[Example concerning measures against upper electrode discharge]

一般に、HARCプロセスのようなホールエッチングにおいては、アスペクト比を高くすると、ホールの底部に正イオンが溜まりやすくなって、ホール内でのイオンの直進性が低下し、良好なエッチング形状を得るのが困難になる。この点に関して、図1のプラズマエッチング装置は、直流電源部62を備えており、上部電極46に負極性の直流電圧を印加することにより、上部電極46からプラズマ生成空間PAに放出される電子をサセプタ(下部電極)16上の半導体ウエハ(被処理体)Wに向けて加速し、高速に加速された電子をホールの内奥に供給して、ホール底部に溜まった正イオンを電気的に中和することができるので、上記のようなホール内でイオンの直進性が低下する問題を回避できる。   In general, in hole etching such as the HARC process, when the aspect ratio is increased, positive ions are likely to be accumulated at the bottom of the hole, and the rectilinearity of the ions in the hole is reduced to obtain a good etching shape. It will be difficult. In this regard, the plasma etching apparatus of FIG. 1 includes the DC power supply unit 62, and applying a negative DC voltage to the upper electrode 46 causes electrons emitted from the upper electrode 46 to the plasma generation space PA to be generated. The semiconductor wafer W is accelerated toward the semiconductor wafer (object to be processed) W on the susceptor (lower electrode) 16, and the accelerated electrons are supplied to the inner part of the hole, and positive ions accumulated at the bottom of the hole are electrically Since it is possible to sum up, it is possible to avoid the problem that the straightness of ions decreases in the holes as described above.

ところが、上部電極46に負極性の直流電圧を印加することによって、上部電極46の中で、特にガス噴出孔48aないしガス通気孔50a内でガスの放電(異常放電)が発生し、上部電極46が損傷することがある。このような上部電極内部の異常放電は、プラズマ生成用の高周波HFおよびイオン引き込み用の高周波LFの双方にオン/オフのパルス変調をかける場合に多発しやすい。   However, by applying a DC voltage of negative polarity to the upper electrode 46, gas discharge (abnormal discharge) is generated in the upper electrode 46, particularly in the gas injection holes 48a to the gas vents 50a, and the upper electrode 46 is generated. Can be damaged. Such abnormal discharge inside the upper electrode is likely to occur frequently when on / off pulse modulation is applied to both the high frequency HF for plasma generation and the high frequency LF for ion attraction.

この場合は、図13に示すように、パルス・オフ期間Toff中は、イオン引き込み用の高周波電源38およびプラズマ生成用の高周波電源36の双方がオフする一方で、上部電極46には直流電源部62より絶対値の大きい負極性の直流電圧Vdc1が印加される。これにより、上部電極46の表面付近には、電子(e)を突き放す方向に加速し、イオン(+)を引き付ける方向に加速する高電界領域(以下「DCシース」と称する)SHDCが発生し、このDCシースSHDCにより加速された電子(e)がサセプタ16上の半導体ウエハWに入射して、ホールの底部に溜まっている正電荷を中和する。この時、プラズマ生成空間PA内ではプラズマが消滅しているので、半導体ウエハWの表面の上にプラズマシース(イオンシース)SHRFは殆ど形成されていない。この状態は、パルス・オフ期間Toffを通じて持続される。 In this case, as shown in FIG. 13, during the pulse off period T off , both the high frequency power supply 38 for ion attraction and the high frequency power supply 36 for plasma generation are turned off, while the DC power supply is used for the upper electrode 46. A negative DC voltage V dc1 having a large absolute value is applied from the portion 62. Thereby, in the vicinity of the surface of the upper electrode 46, a high electric field region (hereinafter referred to as "DC sheath") SH DC is generated which accelerates in the direction of pushing electrons (e) and accelerates ions (+). The electrons (e) accelerated by the DC sheath SH DC enter the semiconductor wafer W on the susceptor 16 to neutralize the positive charge accumulated at the bottom of the hole. At this time, since the plasma generating space PA is extinguished plasma, the plasma sheath (ion sheath) SH RF over the surface of the semiconductor wafer W is not formed almost. This state is maintained throughout the pulse off period Toff .

そして、パルス・オフ期間Toffからパルス・オン期間Tonに変わると、両高周波電源36,38の双方が同時にオンして、両高周波HF,LFがサセプタ16に印加される。これにより、プラズマ生成空間PAに処理ガスのプラズマが生成され、半導体ウエハWの表面を覆うようにチャンバ10内にプラズマシースSHRFが形成される。この場合、プラズマシースSHRFは、それまでの実質的に無い状態から突然に現れ、上部電極46に向って急速度で成長する(シースの厚みが増大する)。このプラズマシースSHRFの成長速度は、周波数が相対的に低いイオン引き込み用の高周波LFの電圧(ピークピーク値)Vppの立ち上がり速度ないし飽和値の大きさに主に依存する。 When the changes from the pulse-off period T off the pulse-on period T on, both of the two high-frequency power source 36 is turned ON at the same time, both high frequency HF, LF is applied to the susceptor 16. This will produce the plasma of a processing gas into the plasma generation space PA, the plasma sheath SH RF is formed in the chamber 10 so as to cover the surface of the semiconductor wafer W. In this case, the plasma sheath SH RF suddenly appears from the substantially absence state so far and grows rapidly toward the upper electrode 46 (the thickness of the sheath increases). The plasma sheath SH RF growth rate is mainly dependent on the magnitude of the rising speed or the saturation value of the voltage (peak-to-peak value) V pp of the high-frequency LF for attracting low frequencies relatively ions.

一方、上部電極46では、直流電源部62により印加される直流電圧の絶対値がそれまでの比較的大きな値|Vdc1|から比較的小さな値|Vdc2|に変わるものの、相変わらず電子(e)が放出され、半導体ウエハWに向って加速される。ところが、パルス・オフ期間Toffの時とは異なり、この場面では半導体ウエハW上でプラズマシースSHRFがその厚みつまり電界強度が増大する方向に急速度で成長するので、上部電極46側から加速されてきた電子(e)が成長中のプラズマシースSHRFによって強く跳ね返される。そして、プラズマシースSHRFで跳ね返された電子(e)が、今度は上部電極46に向って飛んで、DCシースSHDCの電界に抗して上部電極46の電極板48のガス噴出孔48aの中に進入し、その内奥で放電を引き起こすことがある。 On the other hand, in the upper electrode 46, although the absolute value of the DC voltage applied by the DC power supply 62 changes from the relatively large value | Vdc1 | to the relatively small value | Vdc2 |, the electrons (e) Are discharged and accelerated toward the semiconductor wafer W. However, unlike the case of pulse-off period T off, since the plasma sheath SH RF on the semiconductor wafer W in this situation grows at a rapid degree in the direction in which the thickness, i.e. the electric field intensity increases, accelerating from the upper electrode 46 side The electrons (e) that have been made are strongly repelled by the growing plasma sheath SH RF . The plasma sheath SH RF at repelled electrons (e) is in turn flying toward the upper electrode 46, the DC sheath SH DC gas ejection holes 48a of the electrode plate 48 of the upper electrode 46 against the electric field It may enter inside and cause discharge inside it.

このように上部電極の内部で異常放電が発生する場合において、上部電極46より放出された電子(e)を半導体ウエハW側に向かって加速させるときと、半導体ウエハW側のプラズマシースSHRFで跳ね返されてきた電子(e)を減速させるときとで、上部電極46側のDCシースSHDCの電界が電子(e)に作用する力は同じである。したがって、上部電極46のガス噴出孔48aの中に電子が進入する頻度や速度は、DCシースSHDCの大きさには殆ど依存せず、プラズマシースSHRFが電子(e)を上部電極46側に跳ね返す強さ、つまりプラズマシースSHRFの成長速度に依存する。 As described above, when abnormal discharge occurs in the upper electrode, the electrons (e) emitted from the upper electrode 46 are accelerated toward the semiconductor wafer W side, and the plasma sheath SH RF on the semiconductor wafer W side is used. When decelerating the bounced electrons (e), the force of the electric field of the DC sheath SH DC on the upper electrode 46 side acting on the electrons (e) is the same. Therefore, the frequency and speed at which the electrons enter the gas ejection holes 48a of the upper electrode 46 are almost independent of the size of the DC sheath SH DC , and the plasma sheath SH RF has electrons (e) on the upper electrode 46 side. It depends on the strength to bounce back, that is, the growth rate of the plasma sheath SH RF .

また、プラズマ生成空間PAの上部で生成される正イオン(+)は、DCシースSHDCの電界に引き込まれて上部電極46(電極板48)の表面に衝突してスパッタすることがあっても、上部電極46内部の異常放電を引き起こすようなことはない。 Also, even if positive ions (+) generated in the upper part of the plasma generation space PA are drawn into the electric field of the DC sheath SH DC and collide with the surface of the upper electrode 46 (electrode plate 48) and sputtered. There is nothing to cause abnormal discharge inside the upper electrode 46.

図1のプラズマエッチング装置において、上記のような上部電極46内部の異常放電は、プラズマ生成用の高周波HFに対するパルス変調をオン/オフのパルス変調からハイ/ロウのパルス変調に変えることによって、効果的に回避することができる。   In the plasma etching apparatus of FIG. 1, the above-mentioned abnormal discharge inside the upper electrode 46 is effective by changing the pulse modulation for high frequency HF for plasma generation from on / off pulse modulation to high / low pulse modulation. Can be avoided.

この場合は、図14に示すように、パルス・オフ期間Toff中は、高周波電源36がオン状態を保持し、プラズマ生成用の高周波HFがロウレベルのパワーでサセプタ16に印加されるので、プラズマ生成空間PAにはプラズマが消滅せずに低密度で残存し、半導体ウエハWの表面は薄いプラズマシースSHRFで覆われる。この時、上部電極46側からDCシースSHDCの大きな電界により高速度に加速されてきた電子(e)は、プラズマシースSHRFで逆向きの電界または力を受ける。しかし、プラズマシースSHRFは薄くてその逆向きの電界は弱いので、電子(e)はプラズマシースSHRFを突き抜けて半導体ウエハWに入射する。この状態は、パルス・オフ期間Toffを通じて持続される。 In this case, as shown in FIG. 14, during the pulse-off period Toff , the high frequency power supply 36 is kept on and the high frequency power HF for plasma generation is applied to the susceptor 16 with low level power. the generating space PA remains at a low density without extinction plasma, the surface of the semiconductor wafer W is covered with a thin plasma sheath SH RF. At this time, electrons (e) accelerated to a high speed from the upper electrode 46 side by the large electric field of the DC sheath SH DC receive a reverse electric field or force in the plasma sheath SH RF . However, since the plasma sheath SH RF thin field of the opposite direction is weak, electron (e) is incident on the semiconductor wafer W penetrates the plasma sheath SH RF. This state is maintained throughout the pulse off period Toff .

そして、パルス・オフ期間Toffからパルス・オン期間Tonに変わると、高周波電源38がオンしてイオン引き込み用の高周波LFをサセプタ16に印加するとともに、高周波電源36が高周波HFのパワーをそれまでのロウレベルからハイレベルに変える。これにより、プラズマ生成空間PAで生成されるプラズマの密度が急激に高くなるとともに、半導体ウエハWの表面を覆うプラズマシースSHRFの厚みが一段と増大する。ただし、この場合は、プラズマシースSHRFが無の状態から突然現れて急成長するのではなく、既に存在している状態から厚さを増大させるだけなので、その成長速度は相当穏やかであり、上部電極46側から高速に加速されてきた電子(e)を跳ね返す力はそれほど大きくない。このため、プラズマシースSHRFで跳ね返された電子(e)は、その跳ね返りの初速度が低いため、DCシースSHDCを突き抜けることができず、上部電極46の電極板48のガス噴出孔48aの中に進入しない。したがって、上部電極46の内部で異常放電は発生しない。 When the changes from the pulse-off period T off the pulse-on period T on, along with the high frequency power source 38 is turned on to apply a high-frequency LF for ion attraction to the susceptor 16, the high frequency power supply 36 is a power of the high frequency HF which Change from low level to high level. Thus, the density of the plasma generated in the plasma generating space PA is rapidly increased, the thickness of the plasma sheath SH RF covering the surface of the semiconductor wafer W is increased further. However, in this case, the growth rate is fairly moderate because the plasma sheath SH RF does not suddenly appear and suddenly grow from an empty state, but merely increases the thickness from an existing state. The force to repel electrons (e) accelerated at high speed from the electrode 46 side is not so large. Thus, the plasma sheath SH RF at repelled electrons (e), since the initial rate of the bounce is low, can not penetrate the DC sheath SH DC, the electrode plate 48 of the upper electrode 46 of the gas ejection holes 48a Do not enter inside. Therefore, abnormal discharge does not occur inside the upper electrode 46.

ところで、パルス・オン期間Ton中に上部電極46の内部で異常放電が発生する時は、プラズマシースSHRFの成長速度や厚さに関係するイオン引き込み用高周波LFのピーク・ピーク値Vppが高周波給電ライン45上で大きく変動することが確認されている。この実施形態のプラズマエッチング装置においては、整合器40,42の中にVpp検出器107A,107Bをそれぞれ設けている(図3)。整合器42内のVpp検出器107Bを通じて、高周波給電ライン45上のイオン引き込み用高周波LFのピーク・ピーク値Vppを測定し、主制御部72またはマッチングコントローラ104B内のCPU処理によりVppの測定値を解析して、上部電極46の内部で異常放電が発生しているか否かを表すモニタ情報(図15,図16)を取得することができる。 Meanwhile, when the abnormal discharge inside the upper electrode 46 during the pulse-on period T on is generated, the peak-to-peak value V pp for ion attraction high frequency LF related to the growth rate and thickness of the plasma sheath SH RF is A large fluctuation on the high frequency feed line 45 has been confirmed. In the plasma etching apparatus of this embodiment, the V pp detectors 107A and 107B are respectively provided in the matching units 40 and 42 (FIG. 3). Through V pp detector 107B in the matching unit 42, to measure the peak-to-peak value V pp for ion attraction high frequency LF on high frequency power supply line 45, the V pp by CPU processing of the main control unit 72 or the matching controller 104B The measurement values can be analyzed to obtain monitor information (FIGS. 15 and 16) indicating whether or not an abnormal discharge occurs inside the upper electrode 46.

ここで、図15のモニタ情報は、上部電極46の内部で異常放電が発生している場合に得られたもの(一例)である。図示のように、モニタ期間に設定された判定区間の中でVpp変動率が頻繁にかつ大きく(数%以上に)跳ね上がることがわかる。一般に、異常放電の発生頻度が多いほど、Vpp変動率が大きくなる傾向がある。図示のグラフの縦軸のVpp変動率は、たとえば次の式(2)で与えられる。
pp変動率=100×(Vpp-max−Vpp-ave)/Vpp-ave ・・・(2)
ただし、Vpp-maxは判定区間の中に設定される一定のサンプリング期間TSにおけるVppの最大値であり、Vpp-aveは該サンプリング期間TSにおけるVppの平均値である。
Here, the monitor information of FIG. 15 is an example (one example) obtained when the abnormal discharge is generated inside the upper electrode 46. As shown in the drawing, it can be seen that the V pp fluctuation rate jumps up frequently (more than several percent) in the determination section set in the monitoring period. In general, as the frequency of occurrence of abnormal discharge increases, the V pp fluctuation rate tends to increase. The V pp variation rate on the vertical axis of the illustrated graph is given, for example, by the following equation (2).
V pp fluctuation rate = 100 × (V pp-max- V pp-ave ) / V pp-ave (2)
However, V pp-max is the maximum value of V pp in a certain sampling period T S set in the judgment section, and V pp-ave is an average value of V pp in the sampling period T S.

図16のモニタ情報は、上部電極46の内部で異常放電が発生していない場合に得られたもの(一例)である。判定区間を通じてVpp変動率が数%以下(図示の例は1%以下)で安定している。なお、モニタ期間の開始直後と終了直前は、プラズマの着火と消滅のタイミングであり、異常放電の発生の有無と関係なくVpp変動率が上昇するので、判定区間から除外している。 The monitor information in FIG. 16 is an example (one example) obtained when the abnormal discharge does not occur inside the upper electrode 46. The V pp fluctuation rate is stable at several percent or less (1% or less in the illustrated example) throughout the determination section. Immediately after and immediately before the end of the monitoring period is the timing of ignition and extinction of plasma, and since the V pp fluctuation rate rises regardless of the occurrence of abnormal discharge, it is excluded from the judgment section.

本発明者等は、上述したようなHARCプロセスにおいて、ガス圧力、パルス変調の周波数fsおよびデューティ比Dsをパラメータに選んで変化させる実験を行って、各パルス変調における上部電極内部の異常放電の発生の有無を調べた。この実験では、上述した実施例と同様にエッチングガスにフルオロカーボン系のガスを使用し、パルス・オン期間Tonにおけるプラズマ生成用高周波HFのパワーを2000kW、イオン引き込み用高周波LFのパワーを14000kW、パルス・オフ期間Toffにおける高周波HFのパワーを100Wとした。そして、パラメータとして、ガス圧力は10mTorr,15mTorr,20mTorr,25mTorr,30mTorrの5通りに選び、パルス変調の周波数fsは4kHz,5kHz,10kHzの3通りに選び、デューティ比Dsは20%,30%,40%,50%,60%の5通りに選んだ。 The inventors conducted an experiment in which the gas pressure, the frequency f s of pulse modulation and the duty ratio D s were selected as parameters in the HARC process as described above, and the abnormal discharge inside the upper electrode in each pulse modulation was performed. Were examined for the occurrence of In this experiment, using a fluorocarbon-based gas in the same manner as the etching gas and the above-described embodiment, the pulse-on period T 2000 kW power plasma-generating high-frequency HF in on, 14000KW the power of ion attraction high frequency LF, pulses The power of the high frequency HF in the off period T off is 100 W. The gas pressure is selected as five parameters of 10 mTorr, 15 mTorr, 20 mTorr, 25 mTorr, and 30 mTorr as parameters, the pulse modulation frequency f s is selected as 4 kHz, 5 kHz, and 10 kHz, and the duty ratio D s is 20%, 30 We chose five ways:%, 40%, 50%, and 60%.

図17Aおよび図17Bに、その実験結果をテーブル形式で示す。テーブルの中で、〇は、上記モニタ情報においてVpp変動率が2%(許容値)以下に収まった場合であり、「異常放電無し」の判定結果を表す。×は、上記モニタ情報においてVpp変動率が2%(許容値)を越えた場合であり、「異常放電有り」の判定結果を示す。 The experimental results are shown in tabular form in FIGS. 17A and 17B. In the table, 〇 represents the case where the V pp fluctuation rate falls below 2% (permissible value) in the above monitor information, and represents the determination result of “abnormal discharge not occurring”. The symbol “×” represents the case where the V pp fluctuation rate exceeds 2% (permissible value) in the monitor information, and indicates the determination result of “abnormal discharge present”.

図17Aは、プラズマ生成用の高周波HFおよび双方にオン/オフのパルス変調をかけた場合である。この場合は、全てのパラメータ(ガス圧力、パルス変調周波数fs、デューティ比Ds)の全可変領域にわたって「異常放電有り」(×)の結果が広く分布する。 FIG. 17A shows the case where on / off pulse modulation is applied to high frequency HF for plasma generation and both. In this case, the results of “abnormal discharge present” (×) are widely distributed over the entire variable range of all parameters (gas pressure, pulse modulation frequency f s , duty ratio D s ).

図17Bは、プラズマ生成用の高周波HFにハイ/ロウのパルス変調をかけ、かつイオン引き込み用の高周波LFにオン/オフのパルス変調をかけた場合である。この場合は、全てのパラメータ(ガス圧力、パルス変調周波数fs、デューティ比Ds)の全可変領域にわたって常に「異常放電無し」(〇)であった。 FIG. 17B shows the case where high / low pulse modulation is applied to high frequency HF for plasma generation, and on / off pulse modulation is applied to high frequency LF for ion attraction. In this case, it was all parameters (gas pressure, pulse modulation frequency f s, D s duty ratio) "no abnormal discharge" always over the entire variable region of (〇).

このように、プラズマ生成用の高周波HFにハイ/ロウのパルス変調をかけ、かつイオン引き込み用の高周波LFにオン/オフのパルス変調をかけた変調モードを選択することで、上部電極46の内部の異常放電を効果的に回避することができる。ただし、この手法は、パルス・オフ期間Toff中にプラズマ生成用高周波HFのパワー(ロードパワー)を低めの最適な設定値に正確かつ安定に保持できる技術を好適に必要とする。この点に関しては、上述したように、整合器40のインピーダンスセンサ106Aにおいて重み係数Kの値を調整することによりパルス・オン期間Tonにおける反射波パワーPRHとパルス・オフ期間Toffにおける反射波パワーPRLとのバランスを任意に制御する技術と、高周波電源36においてパルス・オフ期間Toff中のロードパワーPLLに独立したフィードバック制御をかける技術を好適に用いることができる。

[他の実施形態または変形例]
As described above, by selecting the modulation mode in which high / low pulse modulation is applied to high frequency HF for plasma generation and on / off pulse modulation is applied to high frequency LF for ion attraction, the inside of upper electrode 46 is selected. Abnormal discharge can be effectively avoided. However, this technique is suitably requires a technique that can be held accurately and stably the plasma generating high frequency HF of the power (the load power) to a lower optimum setting value during the pulse-off period T off. In this regard, as described above, the reflected wave in the reflection wave power PR H and the pulse-off period T off in the pulse-on period T on by adjusting the value of the weighting factor K in the impedance sensor 106A of the matching device 40 A technique for arbitrarily controlling the balance with the power PR L and a technique for applying independent feedback control to the load power PL L during the pulse off period T off in the high frequency power supply 36 can be suitably used.

[Other Embodiments or Modifications]

以上本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種種の変形が可能である。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea thereof.

本発明においては、第1(プラズマ生成系)のパワー変調方式、第2(イオン引き込み系)のパワー変調方式および上部DC印加方式を組み合わせるに際しては各々のモードを任意に選ぶことが可能である。また、イオン引き込み用の高周波LFのパワーにはパルス変調を一切かけずにプラズマ生成用の高周波HFにハイ/ロウのパルス変調をかける形態や、逆にプラズマ生成用の高周波HFにはパルス変調を一切かけずにイオン引き込み用の高周波LFのパワーにハイ/ロウのパルス変調をかける形態も可能である。さらには、第1のパワー変調方式もしくは第2のパワー変調方式のいずれかのみを使う形態や、上部DC印加方式を使わない形態も可能である。   In the present invention, when combining the first (plasma generation system) power modulation system, the second (ion pull-in system) power modulation system, and the upper DC application system, it is possible to select each mode arbitrarily. In addition, high frequency LF for plasma generation is subjected to high / low pulse modulation without applying pulse modulation to the power of high frequency LF for ion attraction, or conversely, pulse modulation is applied to high frequency HF for plasma generation. A mode is also possible in which high / low pulse modulation is applied to the power of the high frequency LF for ion attraction without any application. Furthermore, a form using only either the first power modulation method or the second power modulation method or a form not using the upper DC application method is also possible.

上記実施形態(図1)では、プラズマ生成用の高周波HFをサセプタ(下部電極)16に印加した。しかし、プラズマ生成用の高周波HFを上部電極46に印加する構成も可能である。   In the above embodiment (FIG. 1), high frequency HF for plasma generation is applied to the susceptor (lower electrode) 16. However, a configuration in which high frequency HF for plasma generation is applied to the upper electrode 46 is also possible.

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ず、プラズマCVD、プラズマALD、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなど任意のプラズマプロセスを行う容量結合型プラズマ処理装置に適用可能であり、さらにはチャンバの周囲に高周波電極(アンテナ)を設ける誘導結合型プラズマ処理装置にも適用可能である。本発明における被処理体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、有機EL、太陽電池用の各種基板や、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 is applicable to a capacitively coupled plasma processing apparatus that performs any plasma process such as plasma CVD, plasma ALD, plasma oxidation, plasma nitriding, sputtering, etc., and further, a chamber The present invention is also applicable to an inductively coupled plasma processing apparatus in which a high frequency electrode (antenna) is provided around the. The object to be treated in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates for flat panel displays, organic ELs, solar cells, photomasks, CD substrates, printed substrates and the like are also possible.

10 チャンバ
16 サセプタ(下部電極)
36 (プラズマ生成系)高周波電源
38 (イオン引き込み系)高周波電源
40,42 整合器
43,45 高周波給電ライン
46 上部電極(シャワーヘッド)
56 処理ガス供給源
72 主制御部
90A,90B 高周波発振器
92A,92B パワーアンプ
94A,94B 電源制御部
96A,96B RFパワーモニタ
98A,98B 整合回路
100A,102A,100B,102B モータ
104A,104B マッチングコントローラ
107A,107B Vpp検出器
110A,110B RF電圧検出器
112A,112B RF電流検出器
114A,114B 負荷インピーダンス瞬時値演算回路
116A,116B 算術平均値演算回路
118A,118B 加重平均値演算回路
120A,120B 移動平均値演算回路
122A,122B ロードパワー測定部
124A,124B 高周波出力制御部
126A,126B (パルス・オン期間用)制御指令値生成部
128A,128B (パルス・オフ期間用)制御指令値生成部
130A,130B 比較器
132A,132B アンプ制御回路
134A,134B コントローラ
136A,136B 切替回路
10 chamber 16 susceptor (lower electrode)
36 (plasma generation system) high frequency power supply 38 (ion drawing system) high frequency power supply 40, 42 matching unit 43, 45 high frequency power supply line 46 upper electrode (shower head)
56 Processing Gas Supply Source 72 Main Control Unit 90A, 90B High Frequency Oscillator 92A, 92B Power Amplifier 94A, 94B Power Control Unit 96A, 96B RF Power Monitor 98A, 98B Matching Circuit 100A, 102A, 100B, 102B Motor 104A, 104B Matching Controller 107A , 107B V pp detector 110A, 110B RF voltage detector 112A, 112B RF current detector 114A, 114B load impedance instantaneous value calculation circuit 116A, 116B arithmetic average value calculation circuit 118A, 118B weighted average value calculation circuit 120A, 120B moving average Value calculation circuit 122A, 122B load power measurement unit 124A, 124B high frequency output control unit 126A, 126B (for pulse on period) control command value generation unit 128A, 128B Vinegar for off period) control command value generating unit
130A, 130B comparator 132A, 132B amplifier control circuit 134A, 134B controller 136A, 136B switching circuit

Claims (11)

被処理体を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器内で処理ガスの高周波放電によるプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記処理容器内の前記被処理体に所望の処理を施すプラズマ処理装置であって、
第1の高周波を出力する第1の高周波電源と、
一定のデューティ比で交互に繰り返す第1および第2の期間において、前記第1の期間では前記第1の高周波のパワーがハイレベルになり、前記第2の期間では前記第1の高周波のパワーが前記ハイレベルより低いロウレベルになるように、前記第1の高周波電源の出力を一定周波数の変調パルスで変調する第1の高周波パワー変調部と、
前記第1の高周波電源より出力される前記第1の高周波を前記処理容器の中または周囲に配置される第1の電極まで伝送するための第1の高周波給電ラインと、
前記第1の高周波給電ライン上で前記第1の高周波電源より見える負荷のインピーダンスを測定し、前記第1の期間における負荷インピーダンスの測定値と前記第2の期間における負荷インピーダンスの測定値とを所望の重みで加重平均して得られる加重平均測定値を前記第1の高周波電源の出力インピーダンスに整合させる第1の整合器と
を有するプラズマ処理装置。
Plasma processing is performed to generate plasma by high frequency discharge of processing gas in a vacuum-evacuable processing container that accommodates objects to be processed in and out so as to perform desired processing on the object in the processing container under the plasma. A device,
A first high frequency power supply outputting a first high frequency;
In the first and second periods alternately repeating at a fixed duty ratio, the power of the first high frequency becomes high level in the first period, and the power of the first high frequency is in the second period A first high frequency power modulation unit that modulates the output of the first high frequency power supply with a modulation pulse of a constant frequency so as to be a low level lower than the high level;
A first high frequency feed line for transmitting the first high frequency output from the first high frequency power source to a first electrode disposed in or around the processing container;
The impedance of the load visible from the first high frequency power supply is measured on the first high frequency power feed line, and the measured value of the load impedance in the first period and the measured value of the load impedance in the second period are desired A first matching unit for matching a weighted average measurement value obtained by weighted averaging with the weight of the first high frequency power source with the output impedance of the first high frequency power supply.
第2の高周波を出力する第2の高周波電源と、
前記第2の高周波電源より出力される前記第2の高周波を前記第1の電極または前記処理容器の中または周囲に配置される第2の電極まで伝送するための第2の高周波給電ラインと、
前記第1の期間では前記第2の高周波のパワーがオン状態またはハイレベルになり、前記第2の期間では前記第2の高周波のパワーがオフ状態または前記ハイレベルより低いロウレベルになるように、前記第2の高周波電源の出力を前記変調パルスで変調する第2の高周波パワー変調部と
を有する、請求項1に記載のプラズマ処理装置。
A second high frequency power supply that outputs a second high frequency;
A second high frequency power supply line for transmitting the second high frequency power output from the second high frequency power supply to a second electrode disposed in or around the first electrode or the processing container;
In the first period, the power of the second high frequency is turned on or high level, and in the second period, the power of the second high frequency is turned off or low level lower than the high level, The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising: a second high frequency power modulation unit that modulates an output of the second high frequency power supply with the modulation pulse.
前記第2の高周波は、前記プラズマからイオンを前記被処理体に引き込むのに適した周波数を有する、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 the second high frequency has a frequency suitable for drawing ions from the plasma into the object. 前記第1の高周波電源が、
前記第1の高周波給電ライン上で、前記第1の高周波電源から前記第1の電極に向かって順方向に伝搬する進行波のパワーおよび前記第1の電極から前記第1の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを検知し、前記進行波のパワーおよび前記反射波のパワーをそれぞれ表わす進行波パワー検知信号および反射波パワー検知信号を生成する第1のRFパワーモニタと、
前記RFパワーモニタより得られる前記進行波パワー検知信号と前記反射波パワー検知信号とから、前記プラズマを含む負荷に供給されるロードパワーの測定値を求める第1のロードパワー測定部と、
前記変調パルスの各サイクルにおける前記第2の期間中に、前記ロードパワー測定部より得られる前記ロードパワーの測定値を所定のロードパワー設定値に一致または近似させるように、前記進行波のパワーに対してフィードバック制御をかける第1の高周波出力制御部と
を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
The first high frequency power supply
Power of a traveling wave propagating forward from the first high frequency power source to the first electrode on the first high frequency power supply line and from the first electrode to the first high frequency power source A first RF power monitor that detects the power of a reflected wave propagating in the reverse direction and generates a traveling wave power detection signal and a reflected wave power detection signal respectively representing the power of the traveling wave and the power of the reflected wave;
A first load power measurement unit for obtaining a measured value of load power supplied to a load including the plasma from the traveling wave power detection signal obtained from the RF power monitor and the reflected wave power detection signal;
During the second period in each cycle of the modulation pulse, the power of the traveling wave is made to match or approximate the measured value of the load power obtained from the load power measurement unit to a predetermined load power setting value. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a first high-frequency output control unit that applies feedback control to the control unit.
前記第1の高周波電源が、
前記第1の高周波給電ライン上で、前記第1の高周波電源から前記第1の電極に向かって順方向に伝搬する進行波のパワーおよび前記第1の電極から前記第1の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを検知し、前記進行波のパワーおよび前記反射波のパワーをそれぞれ表わす進行波パワー検知信号および反射波パワー検知信号を生成する第1のRFパワーモニタと、
前記RFパワーモニタより得られる前記進行波パワー検知信号と前記反射波パワー検知信号とから、前記プラズマを含む負荷に供給されるロードパワーの測定値を求める第1のロードパワー測定部と、
前記変調パルスの各サイクルにおける前記第1および第2の期間中に、前記ロードパワー測定部より得られる前記ロードパワーの測定値を前記第1および第2の期間について個別に与えられる第1および第2のロードパワー設定値にそれぞれ一致または近似させるように、前記進行波のパワーに対して前記第1の期間と前記第2の期間とで個別にフィードバック制御をかける第1の高周波出力制御部と
を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
The first high frequency power supply
Power of a traveling wave propagating forward from the first high frequency power source to the first electrode on the first high frequency power supply line and from the first electrode to the first high frequency power source A first RF power monitor that detects the power of a reflected wave propagating in the reverse direction and generates a traveling wave power detection signal and a reflected wave power detection signal respectively representing the power of the traveling wave and the power of the reflected wave;
A first load power measurement unit for obtaining a measured value of load power supplied to a load including the plasma from the traveling wave power detection signal obtained from the RF power monitor and the reflected wave power detection signal;
During the first and second periods of each cycle of the modulation pulse, first and second measurement values of the load power obtained from the load power measurement unit are given separately for the first and second periods. A first high-frequency output control unit for performing feedback control individually on the power of the traveling wave in the first period and the second period so as to match or approximate the load power setting value of 2, respectively; The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 1-3 which has these.
前記第1の高周波は、前記プラズマの生成に適した周波数を有する、請求項1〜5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 1 to 5, wherein the first high frequency wave has a frequency suitable for generating the plasma. 前記第1の電極に前記被処理体が載置される、請求項6に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the object to be processed is placed on the first electrode. 前記第2の期間における前記第2の高周波のパワーは、前記プラズマ生成状態を維持するのに必要な最小限のパワーより高い、請求項1〜7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 any one of claims 1 to 7, wherein the power of the second high frequency in the second period is higher than the minimum power required to maintain the plasma generation state. 前記変調パルスに同期して、前記第2の期間中にのみ前記第2の電極に負極性の直流電圧を印加する直流電源部を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma according to any one of claims 1 to 8, further comprising: a DC power supply unit that applies a negative DC voltage to the second electrode only during the second period in synchronization with the modulation pulse. Processing unit. 前記処理容器内でプラズマ生成空間を介して前記被処理体と対向する電極に負極性の直流電圧を印加し、前記変調パルスに同期して前記第1の期間中よりも前記第2の期間中において前記直流電圧の絶対値を大きくする直流給電部を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。   A DC voltage of negative polarity is applied to the electrode facing the object in the processing vessel via the plasma generation space, and during the second period rather than during the first period in synchronization with the modulation pulse The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 9, further comprising: a DC power supply unit that increases the absolute value of the DC voltage at the time of. 前記変調パルスの周波数は2〜8kHzであり、デューティ比は20〜80%である、請求項1〜10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 1 to 10, wherein a frequency of the modulation pulse is 2 to 8 kHz, and a duty ratio is 20 to 80%.
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