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JP2008277275A - Plasma processing apparatus, measuring apparatus, measuring method and control apparatus - Google Patents

Plasma processing apparatus, measuring apparatus, measuring method and control apparatus Download PDF

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JP2008277275A
JP2008277275A JP2008079584A JP2008079584A JP2008277275A JP 2008277275 A JP2008277275 A JP 2008277275A JP 2008079584 A JP2008079584 A JP 2008079584A JP 2008079584 A JP2008079584 A JP 2008079584A JP 2008277275 A JP2008277275 A JP 2008277275A
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capacitor
sheath
capacitance
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JP2008079584A
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Mitsuo Kato
充男 加藤
Masaki Sugiyama
正樹 杉山
Akihiko Hiroe
昭彦 廣江
Tadahiro Omi
忠弘 大見
Masaki Hirayama
昌樹 平山
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Tohoku University NUC
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tohoku University NUC
Tokyo Electron Ltd
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Abstract

【課題】基板近傍の高周波電力を計測する。
【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置10は、プラズマにより基板Gに所望の処理を施す処理容器100と、処理容器100の内部に設けられ、基板Gを載置するサセプタ106(載置台)と、載置台の内部に埋設された給電部108と、給電部108に接続され、高周波電力を印加する高周波電源112とを有する。給電部108には、給電部108と高周波電源112とを接続する電源線114のうち処理容器100の内部に位置する電源線114間または給電部108の一部または全部に設けられ、シース容量の10倍以下の容量を有するコンデンサ108aが設けられている。計測手段20は、プローブ142a、142bに接続されたコンデンサ108aの両極の電圧V、Vをオシロスコープ144a、144bにて計測する。これにより、基板直下の電力を計測することができる。
【選択図】図1
High frequency power in the vicinity of a substrate is measured.
A microwave plasma processing apparatus 10 includes a processing container 100 that performs a desired process on a substrate G by plasma, a susceptor 106 (mounting table) that is provided inside the processing container 100 and places the substrate G thereon, The power supply unit 108 is embedded in the mounting table, and the high frequency power source 112 is connected to the power supply unit 108 and applies high frequency power. The power supply unit 108 is provided between the power supply lines 114 located inside the processing container 100 among the power supply lines 114 that connect the power supply unit 108 and the high-frequency power source 112 or in part or all of the power supply unit 108, and has a sheath capacity. A capacitor 108a having a capacity of 10 times or less is provided. The measuring means 20 measures the voltages V 1 and V 2 of both electrodes of the capacitor 108a connected to the probes 142a and 142b with the oscilloscopes 144a and 144b. Thereby, the electric power directly under the substrate can be measured.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、プラズマを制御するパラメータを計測可能なプラズマ処理装置、プラズマを制御するパラメータを計測する計測装置およびその計測方法、およびプラズマを制御するパラメータを計測可能なプラズマ処理装置を制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus capable of measuring parameters for controlling plasma, a measuring apparatus and method for measuring parameters for controlling plasma, and a control apparatus for controlling a plasma processing apparatus capable of measuring parameters for controlling plasma. About.

図15に示したように、処理室Uにてガスをプラズマ化させ、そのプラズマにより基板Gにエッチングやスパッタリングなどのプラズマ処理を施すプラズマ処理装置1000が、一般的に知られている。プラズマ処理装置1000には、プラズマ処理が行われる処理容器1005の内部にて基板Gを載置するサセプタ1010が設けられ、サセプタ1010の内部には、電極1015が埋設されている。電極1015には、高周波電源1020が接続されていて、高周波電源1020から出力された高周波電力により処理室U内に所定のバイアス電圧を印加する。これにより、プラズマに含まれる荷電粒子が基板Gに衝突する際のエネルギーを増加させることができる。   As shown in FIG. 15, there is generally known a plasma processing apparatus 1000 that converts a gas into a plasma in a processing chamber U and performs plasma processing such as etching and sputtering on the substrate G using the plasma. The plasma processing apparatus 1000 is provided with a susceptor 1010 on which a substrate G is placed inside a processing container 1005 in which plasma processing is performed, and an electrode 1015 is embedded in the susceptor 1010. A high frequency power source 1020 is connected to the electrode 1015, and a predetermined bias voltage is applied to the inside of the processing chamber U by the high frequency power output from the high frequency power source 1020. Thereby, the energy at the time of the charged particle contained in plasma colliding with the board | substrate G can be increased.

電極1015と高周波電源1020との間には整合器1025が設けられている。整合器1025には、電源線1030aを介して電極1015に直列に接続された直列可変コンデンサC、電源線1030bと接地線との間に接続された並列可変コンデンサCおよびインダクタLが設けられている。整合器1025は、高周波電源1020の出力インピーダンスと、整合器1025の負荷および処理容器1005内部の負荷を結合させた負荷インピーダンスと、を見かけ上一致させるように機能する。これにより、高周波電源1020を保護するとともに高周波電源1020から出力された高周波電力の利用効率を高めることができる。 A matching unit 1025 is provided between the electrode 1015 and the high-frequency power source 1020. Matching unit 1025 is provided with series variable capacitor C 1 connected in series to electrode 1015 via power line 1030a, parallel variable capacitor C 2 connected between power line 1030b and the ground line, and inductor L. ing. The matching unit 1025 functions to apparently match the output impedance of the high-frequency power source 1020 with the load impedance obtained by combining the load of the matching unit 1025 and the load inside the processing container 1005. As a result, the high frequency power supply 1020 can be protected and the utilization efficiency of the high frequency power output from the high frequency power supply 1020 can be increased.

しかしながら、マイクロ波プラズマ処理装置1000には、処理容器1005とサセプタ1010あるいは処理容器1005とサセプタ1010を支持する給電棒1010aとの間にて静電容量Cs(寄生容量)が発生する。また、高周波では、電源線1030aにかなりの電圧降下を生じさせるインダクタンスLが存在する。このようにして発生する整合器1025の下流側(高周波電源1020側を上流とする)のインピーダンスにより、高周波電源1020から出力された高周波電力が電源線1030aを伝送する際、かなりの高周波電力が消費される。すなわち、整合器1025の下流側のインピーダンスが大きければ大きいほど、プラズマの制御に利用することができる高周波電力は小さくなる。   However, in the microwave plasma processing apparatus 1000, an electrostatic capacitance Cs (parasitic capacitance) is generated between the processing container 1005 and the susceptor 1010 or between the processing container 1005 and the power supply rod 1010a that supports the susceptor 1010. Further, at high frequency, there exists an inductance L that causes a considerable voltage drop in the power supply line 1030a. Due to the impedance on the downstream side of the matching unit 1025 generated in this way (the high frequency power supply 1020 side is the upstream), a considerable amount of high frequency power is consumed when the high frequency power output from the high frequency power supply 1020 is transmitted through the power supply line 1030a. Is done. That is, the larger the impedance on the downstream side of the matching unit 1025, the smaller the high frequency power that can be used for plasma control.

これに加えて、整合器1025の下流側にて発生する容量性成分および誘導性成分の状態は、マイクロ波プラズマ処理装置1000の寸法、材質などに左右されるとともに、処理容器1005やサセプタ1010の壁面に堆積する堆積物の量や種類などによって変化する。このようにして、整合器1025の下流側のインピーダンスに予測できない変化が生じているために、高周波信号が整合器1025の下流側を伝送中、高周波電力に予測できない損失が発生する。   In addition to this, the state of the capacitive component and the inductive component generated on the downstream side of the matching unit 1025 depends on the size and material of the microwave plasma processing apparatus 1000, and the processing container 1005 and the susceptor 1010. It varies depending on the amount and type of sediment deposited on the wall. In this way, since an unpredictable change occurs in the impedance on the downstream side of the matching unit 1025, an unpredictable loss occurs in the high-frequency power while the high-frequency signal is transmitted on the downstream side of the matching unit 1025.

そこで、整合器1025と電極1015との間の電源線1030aに計測器1035を接続し、計測器1035にて、たとえば、計測位置Pに加わる電圧や電力を計測し、制御回路1040にて計測されたパラメータと望ましい目標値とを比較し、その結果に基づき高周波電源1020をフィードバック制御するシステムSSが提案されている(たとえば、特許文献1を参照。)。   Therefore, a measuring instrument 1035 is connected to the power line 1030a between the matching unit 1025 and the electrode 1015, and the measuring instrument 1035 measures, for example, the voltage and power applied to the measuring position P, and is measured by the control circuit 1040. There has been proposed a system SS that compares the measured parameter with a desired target value and feedback-controls the high-frequency power source 1020 based on the result (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−116818号公報JP-A-2005-116818

しかしながら、前述したように、高周波信号が計測位置Pから基板直下まで伝送される間に、サセプタ1010や給電棒1010aの周りに発生する静電容量Csや電源線1030に発生するインダクタンスLにより高周波電力は消費される。よって、計測位置Pを伝送される高周波信号の実測値と基板直下の高周波電力との間にはかなりの電力差が生じる。さらに、この電力差は、前述したように、容量性成分Csや誘導性成分Lが変動するとともに変動する。実際、メンテナンス(クリーニング)などで処理容器1005内に付着した堆積物の状態やプロセスの状態が変動すると、これらとともに容量性成分Csや誘導性成分Lは大きく変動する。これに伴い、計測位置Pから電極1015に高周波信号が伝送される間に損失する高周波電力も大きく変動する。   However, as described above, the high-frequency power is generated by the electrostatic capacitance Cs generated around the susceptor 1010 and the power supply rod 1010a and the inductance L generated in the power supply line 1030 while the high-frequency signal is transmitted from the measurement position P to just below the substrate. Is consumed. Therefore, a considerable power difference is generated between the actually measured value of the high-frequency signal transmitted through the measurement position P and the high-frequency power directly under the substrate. Furthermore, as described above, this power difference varies as the capacitive component Cs and the inductive component L vary. In actuality, when the state of deposits or the state of the process adhered to the processing container 1005 varies due to maintenance (cleaning) or the like, the capacitive component Cs and the inductive component L greatly vary with them. Along with this, the high-frequency power lost during transmission of the high-frequency signal from the measurement position P to the electrode 1015 also varies greatly.

このように、高周波信号の伝送過程における高周波電力の損失は、比較的大きくかつ処理室内の状態によって経時的に変化し、予測できない部分を含んでいる。これらの理由から、基板から離れた計測位置Pにて電圧や電力を計測する上記計測方法では、基板直下の高周波電力の状態を正確に把握することができない。よって、上記計測方法では、プロセスを精度良く制御することやプロセスをより安定的に遂行することは難しかった。この結果、メンテナンスの都度、高周波電源1020から出力する高周波電力を含むプロセス条件をこれまでの経験に基づきながら人力で設定し直さなければならず、煩雑であった。   As described above, the loss of high-frequency power in the process of transmitting a high-frequency signal is relatively large and changes with time depending on the state in the processing chamber, and includes an unpredictable part. For these reasons, the measurement method that measures voltage and power at the measurement position P away from the substrate cannot accurately grasp the state of the high-frequency power directly under the substrate. Therefore, with the measurement method, it has been difficult to control the process with high accuracy and to perform the process more stably. As a result, every time maintenance is performed, the process conditions including the high-frequency power output from the high-frequency power source 1020 must be manually reset based on the experience so far, which is complicated.

一方、高周波信号が伝播する過程でのこのような高周波電力の大幅な損失や変動は、プロセス速度を予想外に変化させる可能性がある。このため、プラズマを精度良く制御し、プロセスをより安定的に遂行するためには、プラズマの制御に利用可能な基板直下の高周波電力を直接計測することが望ましい。   On the other hand, such a large loss or fluctuation of the high-frequency power in the process of propagation of the high-frequency signal may change the process speed unexpectedly. For this reason, in order to control the plasma with high accuracy and perform the process more stably, it is desirable to directly measure the high-frequency power directly under the substrate that can be used for plasma control.

そこで、上記問題を解消するために、本発明は、コンデンサを用いて基板近傍の高周波電力を計測することが可能なプラズマ処理装置、コンデンサを用いて基板近傍の高周波電力を計測する計測装置およびその計測方法、コンデンサを用いて基板近傍の高周波電力を計測することによりプラズマ処理装置を制御する制御装置を提供する。   Therefore, in order to solve the above problem, the present invention provides a plasma processing apparatus capable of measuring high-frequency power near the substrate using a capacitor, a measuring apparatus for measuring high-frequency power near the substrate using a capacitor, and A measuring method and a control device for controlling a plasma processing apparatus by measuring high-frequency power near a substrate using a capacitor are provided.

すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、前記載置台に設けられたコンデンサと、前記高周波電源から前記載置台に印加された高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測手段と、を備えるプラズマ処理装置が提供される。   That is, in order to solve the above-described problem, according to an aspect of the present invention, a processing container that performs a desired process on a target object with plasma therein and a target object to be placed in the processing container. A mounting table, a high-frequency power supply for supplying high-frequency power to the mounting table, a capacitor provided on the mounting table, and a voltage across the capacitor with respect to the high-frequency power applied to the mounting table from the high-frequency power source There is provided a plasma processing apparatus comprising: a measuring means for measuring

このとき、前記コンデンサの容量Cは、グラウンド側シース容量をCシース、コンデンサの電極側シース容量Cに対するグラウンド側シース容量Cの比をψとしたとき、1+ψ×Cシース /{(1+ψ)×Cシース×C}の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定されていてもよい。また、前記コンデンサの容量Cは、グラウンド側シース容量Cシースの4.2倍以下であってもよい。 In this case, the capacitance C of the capacitor, C sheath ground side sheath capacitance, when the ratio of the ground side sheath capacitance C 2 [psi for electrode side sheath capacitance C 1 of the capacitor, 1 + [psi × C sheath 2 / {(1 + ψ ) × C sheath × C} may be determined so as to be equal to or higher than a voltage ratio in which an error is within an allowable range among the voltage ratio of the electrodes measured using the capacitor. Further, the capacitance C of the capacitor may be not more than 4.2 times the ground-side sheath capacitance C sheath .

発明者による実際の計測によれば、予め定められた電極電圧の振幅の比が1.2より小さくなると計測誤差が大きくなること、すなわち、電圧振幅の比率が1.2程度より小さくなると計測精度が悪化することが分かっている。この実験を後述する式(9)に示された「1+ψ×Cシース /{(1+ψ)×Cシース×C}≧電圧振幅の比率」に当てはめると、プラズマ処理装置の処理容器内の給電部近傍にシース容量の4.2倍以下の容量を有するコンデンサを設けると測定誤差が許容範囲となる。すなわち、コンデンサの両極の電圧V,Vを計測したときの測定誤差が許容範囲となると考えられる。 According to the actual measurement by the inventor, the measurement error increases when the predetermined electrode voltage amplitude ratio is smaller than 1.2, that is, when the voltage amplitude ratio is smaller than about 1.2, the measurement accuracy is increased. Is known to get worse. When this experiment is applied to “1 + ψ × C sheath 2 / {(1 + ψ) × C sheath × C} ≧ voltage amplitude ratio” shown in Equation (9), which will be described later, the power feeding unit in the processing container of the plasma processing apparatus. If a capacitor having a capacity equal to or less than 4.2 times the sheath capacity is provided in the vicinity, the measurement error is allowed. That is, it is considered that the measurement error when measuring the voltages V 1 and V 2 across the capacitor is within the allowable range.

ここで、電圧V,Vを周波数成分、すなわち、電源周波数を基本波とする高調波成分に分解し、最小二乗法により係数を決定し、各周波数での振幅M、位相差φを計算し(後述する式(1)〜(3)参照)、振幅MIk,MVIkの実効値および力率(cos(φIk−φVIk))から、コンデンサに印加された電力Pが以下の式により直接的に求められる。

Figure 2008277275

k=高調波の次数 Here, the voltages V 1 and V 2 are decomposed into frequency components, that is, harmonic components having a power source frequency as a fundamental wave, coefficients are determined by the least square method, and the amplitude M k and phase difference φ K at each frequency are determined. (See equations (1) to (3) to be described later), and from the effective values and power factors (cos (φ Ik −φ VIk )) of the amplitudes M Ik and M VIk , the power P applied to the capacitor is It is calculated directly by the following formula.
Figure 2008277275

k = harmonic order

このようにして、コンデンサの両極の電圧V,Vの実測値に基づいて、直接的にコンデンサに印加された電力P、換言すれば、ほぼ基板直下の電力に等しい電力Pを計測することができる。また、上式により算出される電力Pに含まれる計測誤差は、コンデンサの容量をシース容量の4.2倍以下(好ましくは2.1倍以下)にすることにより充分に小さくすることができる。なお、計測誤差については後述する。 In this way, based on the actually measured values of the voltages V 1 and V 2 across the capacitor, the power P directly applied to the capacitor, in other words, the power P substantially equal to the power just below the substrate is measured. Can do. Further, the measurement error included in the electric power P calculated by the above equation can be sufficiently reduced by setting the capacitance of the capacitor to 4.2 times or less (preferably 2.1 times or less) of the sheath capacitance. The measurement error will be described later.

コンデンサの容量をシース容量の4.2倍以下にする一例としては、前記コンデンサを、前記載置台に載置された被処理体に対向する位置にて前記給電部の一部または全部に設ける方法が挙げられる。   As an example of setting the capacity of the capacitor to 4.2 times or less of the sheath capacity, a method of providing the capacitor in a part or all of the power feeding unit at a position facing the object to be processed placed on the mounting table. Is mentioned.

また、コンデンサの容量をシース容量の4.2倍以下にする他の一例としては、前記コンデンサを、前記載置台に載置される被処理体に対向しない位置にて前記給電部の一部に設ける方法が挙げられる。   Further, as another example in which the capacity of the capacitor is 4.2 times or less of the sheath capacity, the capacitor is placed in a part of the power feeding unit at a position not facing the object to be processed placed on the mounting table. The method of providing is mentioned.

また、前記コンデンサを、前記給電部の端部にて前記給電部の一部に設けてもよい。   Moreover, you may provide the said capacitor | condenser in a part of said electric power feeding part in the edge part of the said electric power feeding part.

さらに、前記コンデンサの電極間の誘電体として所定の誘電率を有するものとすることにより、または、電極面積および電極間隔を所定の値とすることにより、前記コンデンサの容量を前記シース容量の4.2倍以下にしてもよい。   Further, the capacitor has a predetermined dielectric constant between the electrodes of the capacitor, or the electrode area and the electrode interval are set to predetermined values. You may make it 2 times or less.

さらに、コンデンサに対して直列に接続された共振回路を備えてもよい。   Furthermore, a resonance circuit connected in series with the capacitor may be provided.

これによれば、コンデンサを設けたことにより増加した負荷インピーダンスをコンデンサに直列に設けられた共振回路を用いてうち消すことができる。これにより、電源線上のインピーダンスを小さくして高周波電力の損失を小さくすることにより、プラズマの制御に利用可能な高周波電力をさらに増やすことができる。   According to this, the load impedance increased by providing the capacitor can be eliminated by using the resonance circuit provided in series with the capacitor. Thereby, the high frequency power which can be utilized for plasma control can be further increased by reducing the impedance on the power supply line and reducing the loss of the high frequency power.

プラズマ処理装置は、前記処理容器の内部にて被処理体を載置する載置台をさらに備えていて、前記給電部は、前記載置台の内部に埋設され、前記コンデンサは、前記載置台に載置された被処理体に対向する位置にて前記給電部の一部または全部に設けられていてもよく、前記コンデンサは、前記載置台の内部に形成されていてもよい。これによれば、パーティクルの発生源となりうるコンデンサを載置台の内部に埋設することにより、処理容器内をクリーンな状態に保つことができる。   The plasma processing apparatus further includes a mounting table for mounting an object to be processed inside the processing container, the power feeding unit is embedded in the mounting table, and the capacitor is mounted on the mounting table. It may be provided in a part or all of the power feeding unit at a position facing the placed object to be processed, and the capacitor may be formed inside the mounting table. According to this, the inside of the processing container can be kept clean by embedding a capacitor that can be a particle generation source in the mounting table.

また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、前記載置台に設けられたコンデンサと、を備えたプラズマ処理装置の載置台に印加された前記高周波電源からの高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測装置が提供される。   In order to solve the above-mentioned problem, according to another aspect of the present invention, a processing container for performing a desired process on a target object with plasma inside, and a target object placed in the processing container A high frequency power supply for supplying high frequency power to the mounting table, and a capacitor provided on the mounting table, with respect to the high frequency power from the high frequency power applied to the mounting table of the plasma processing apparatus. Thus, a measuring device for measuring the voltage across the capacitor is provided.

このとき、前記コンデンサの容量Cは、シース容量Cシースをグラウンド側シース容量Cと、コンデンサの電極側シース容量Cに対するグラウンド側シース容量Cの比をψとしたとき、1+ψ×Cシース /{(1+ψ)×Cシース×C}の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定されていてもよい。 In this case, the capacitance C of the capacitor, the sheath capacitance C sheath and ground side sheath capacitance C 2, when the ratio of the ground side sheath capacitance C 2 with respect to the electrode side sheath capacitance C 1 of the capacitor and the ψ, 1 + ψ × C sheath The value of 2 / {(1 + ψ) × C sheath × C} may be determined so as to be equal to or higher than a voltage ratio in which an error is within an allowable range among the voltage ratio of the electrodes measured using the capacitor. .

また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、前記載置台に設けられたコンデンサと、を備えたプラズマ処理装置の載置台に印加された前記高周波電源からの高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測方法が提供される。   In order to solve the above-mentioned problem, according to another aspect of the present invention, a processing container for performing a desired process on a target object with plasma inside, and a target object placed in the processing container A high frequency power supply for supplying high frequency power to the mounting table, and a capacitor provided on the mounting table, with respect to the high frequency power from the high frequency power applied to the mounting table of the plasma processing apparatus. Thus, a measuring method for measuring the voltage across the capacitor is provided.

また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、プラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、被処理体を載置する載置台と、前記載置台に設けられたコンデンサと、前記載置台の内部に埋設された給電部と、前記高周波電源に接続され、高周波電力を印加する高周波電源とを備えるプラズマ処理装置を用いて前記プラズマを制御するためのパラメータを計測し、計測されたパラメータに基づき前記プラズマを制御する制御装置であって、前記高周波電源から前記載置台に印加された高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測手段と、前記計測手段により計測された前記コンデンサの両極の電圧を用いて前記高周波電力を算出し、算出された高周波電力に基づいて前記高周波電源をフィードバック制御する制御部とを備える制御装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a processing container for performing a desired process on a target object by plasma, and a target object provided on the inside of the processing container. A plasma processing apparatus comprising: a mounting table; a capacitor provided in the mounting table; a power supply unit embedded in the mounting table; and a high-frequency power source connected to the high-frequency power source and applying high-frequency power. Measuring a parameter for controlling the plasma, and controlling the plasma based on the measured parameter, the high frequency power applied to the mounting table from the high frequency power supply for the capacitor The high-frequency power is calculated using a measuring means for measuring the voltage of both electrodes, and the voltage of the two electrodes of the capacitor measured by the measuring means, and based on the calculated high-frequency power. Control device is provided and a control unit for feedback control of the high frequency power source are.

これらの場合、前記制御部は、シース容量Cシースの4.2倍以下の容量Cを有する前記コンデンサを用いて前記プラズマを制御するためのパラメータを計測してもよい。また、前記コンデンサの両極の電圧値、電流値、位相値の少なくともいずれかを前記プラズマを制御するためのパラメータとして計測し、前記計測されたパラメータから前記高周波電力を算出してもよい。 In these cases, the control unit may measure a parameter for controlling the plasma using the capacitor having a capacitance C that is 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath . In addition, at least one of a voltage value, a current value, and a phase value of both electrodes of the capacitor may be measured as a parameter for controlling the plasma, and the high-frequency power may be calculated from the measured parameter.

これらによれば、上記少なくともいずれかのパラメータにより正確な基板直下の電力を把握することができる。   According to these, accurate electric power directly under the substrate can be grasped from at least one of the above parameters.

前記給電部に接続され、高周波電力を印加する高周波電源をさらに備え、前記高周波電源と前記給電部との間にて前記高周波電源と前記給電部とに接続され、前記高周波電源の出力インピーダンスと前記給電部側の負荷インピーダンスを整合する整合器をさらに備えていてもよい。   A high-frequency power source that is connected to the power supply unit and applies high-frequency power is further provided, and is connected to the high-frequency power source and the power supply unit between the high-frequency power source and the power supply unit. A matching unit that matches the load impedance on the power feeding unit side may be further provided.

これによれば、高周波電源と給電部との間に整合器が設けられる。これにより、整合器の上流側では、フィードバック制御によって高周波電源から出力される高周波電力を最適化しながら、整合器の下流側にて絶えず変化する負荷インピーダンスを、整合器を用いて高周波電源の出力インピーダンスに整合することができる。これにより、高周波電源から出力された高周波電力の損失を最低限に抑え、プラズマを制御するために高周波電力を最大限利用することができる。   According to this, the matching device is provided between the high-frequency power source and the power feeding unit. As a result, on the upstream side of the matching unit, while optimizing the high-frequency power output from the high-frequency power source by feedback control, the load impedance that constantly changes on the downstream side of the matching unit is changed to the output impedance of the high-frequency power source using the matching unit. Can be matched. Thereby, the loss of the high frequency power output from the high frequency power supply can be minimized, and the high frequency power can be utilized to the maximum to control the plasma.

以上説明したように、本発明によれば、コンデンサを用いて基板近傍の高周波電力を計測することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to measure high-frequency power near the substrate using a capacitor.

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。また、本明細書中、0℃、1atmのとき、1sccmは(10−6/60)m/sec、1mTorrは(10−3×101325/760)Paとする。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the constituent elements having the same configuration and function, and redundant description is omitted. In this specification, at 0 ° C. and 1 atm, 1 sccm is (10 −6 / 60) m 3 / sec, and 1 mTorr is (10 −3 × 101325/760) Pa.

まず、本発明の一実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を用いた計測システムの構成について、図1を参照しながら説明する。   First, the configuration of a measurement system using a microwave plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

(計測システム)
計測システムSは、マイクロ波プラズマ処理装置10にて生成されるプラズマを制御するパラメータとして基板近傍の電圧を計測する計測手段20および計測手段20により計測された電圧値に基づき高周波電源をフィードバック制御する制御装置148を有している。以下に、マイクロ波プラズマ処理装置10、計測手段20および制御装置148について順に説明する。なお、マイクロ波プラズマ処理装置は、プラズマにより被処理体に所望の処理を施すプラズマ処理装置の一例である。
(Measurement system)
The measurement system S performs feedback control of the high-frequency power source based on the measurement unit 20 that measures the voltage in the vicinity of the substrate as a parameter for controlling the plasma generated by the microwave plasma processing apparatus 10 and the voltage value measured by the measurement unit 20. A control device 148 is included. Below, the microwave plasma processing apparatus 10, the measurement means 20, and the control apparatus 148 are demonstrated in order. Note that the microwave plasma processing apparatus is an example of a plasma processing apparatus that performs a desired process on an object to be processed using plasma.

(マイクロ波プラズマ処理装置の構成)
本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置10は、処理容器100と蓋体102を備えている。処理容器100は、その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理容器100と蓋体102とは、処理容器100と蓋体102と接触面に配設されたOリング104により密閉され、これにより、プラズマ処理を施す処理室Uが形成されている。処理容器100および蓋体102は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
(Configuration of microwave plasma processing equipment)
A microwave plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment includes a processing container 100 and a lid 102. The processing container 100 has a bottomed cubic shape with an upper portion opened. The processing container 100 and the lid body 102 are sealed by an O-ring 104 disposed on the contact surface between the processing container 100 and the lid body 102, thereby forming a processing chamber U in which plasma processing is performed. The processing container 100 and the lid 102 are made of, for example, a metal such as aluminum and are electrically grounded.

処理容器100には、その内部にてガラス基板(以下「基板」という)Gを載置するためのサセプタ106が設けられている。サセプタ106は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部108が設けられている。サセプタ106は、給電棒106aにより支持されている。サセプタ106および給電棒106aを含んだ部分を、以下、載置台という。   The processing container 100 is provided with a susceptor 106 for placing a glass substrate (hereinafter referred to as “substrate”) G therein. The susceptor 106 is made of, for example, aluminum nitride, and a power feeding unit 108 is provided therein. The susceptor 106 is supported by a power supply rod 106a. The portion including the susceptor 106 and the power feeding rod 106a is hereinafter referred to as a mounting table.

サセプタ106の内部には、給電部108が設けられている。給電部108は、基板Gと対向した位置に基板Gと同面積の2枚の金属板からなるコンデンサ108aとして設けられている。コンデンサ108aの間には、金属板と同面積の誘電率の低い誘電体108bが挟まれている。このように、コンデンサ108aの間に誘電体108bを挟むことにより、コンデンサ108aの容量は、シース容量の4.2倍以下の容量になっている。   A power feeding unit 108 is provided inside the susceptor 106. The power feeding unit 108 is provided as a capacitor 108 a made of two metal plates having the same area as the substrate G at a position facing the substrate G. A low dielectric constant dielectric 108b having the same area as the metal plate is sandwiched between the capacitors 108a. As described above, by sandwiching the dielectric 108b between the capacitors 108a, the capacitance of the capacitor 108a is 4.2 times or less of the sheath capacitance.

なお、コンデンサ108aの間に誘電率の低い誘電体108bを挟む代わりに、コンデンサ108aを構成する2枚の金属板の距離を大きくすることにより、コンデンサ108aの容量をシース容量の4.2倍以下の容量にしてもよい。このようにコンデンサ108aの容量をシース容量の4.2倍以下(好ましくは2.1倍以下)の容量にする理由については後述する。   Note that the capacitance of the capacitor 108a is 4.2 times or less of the sheath capacity by increasing the distance between the two metal plates constituting the capacitor 108a instead of sandwiching the dielectric 108b having a low dielectric constant between the capacitors 108a. The capacity may be as follows. The reason why the capacity of the capacitor 108a is set to 4.2 times or less (preferably 2.1 times or less) of the sheath capacity will be described later.

給電部108には、整合器110を介して高周波電源112が接続されている。整合器110および高周波電源112は、処理容器100の外部に設けられ、高周波電源112は接地されている。   A high frequency power source 112 is connected to the power feeding unit 108 via a matching unit 110. The matching unit 110 and the high frequency power source 112 are provided outside the processing container 100, and the high frequency power source 112 is grounded.

給電部108は、高周波電源112から出力された高周波電力により処理容器100の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部108は、図示しない高圧直流電源から出力された直流電圧により基板Gを静電吸着するようになっている。   The power supply unit 108 applies a predetermined bias voltage to the inside of the processing container 100 by the high frequency power output from the high frequency power source 112. The power feeding unit 108 electrostatically attracts the substrate G with a DC voltage output from a high-voltage DC power source (not shown).

整合器110には、電源線114aを介して給電部108に直列に接続された直列可変コンデンサC、インダクタLおよび電源線114bと接地線との間に接続された並列可変コンデンサCが設けられている。整合器110は、高周波電源112の出力インピーダンスと整合器110の負荷および処理容器100の内部の負荷を結合させた負荷インピーダンスを見かけ上一致させることにより、伝送中の高周波電力の損失を最小限に抑えるように機能する。電源線114bが貫通する処理容器100の底壁には、Oリング116が配設され、これにより、処理容器の内部は密閉されている。なお、できるだけ低いインピーダンスで高周波電源112と整合器110とが接続されるように電源線114b上であって高周波電源112の近傍にコンデンサ118が設けられている。 The matching unit 110 is provided with a series variable capacitor C 1 connected in series to the power supply unit 108 via the power line 114a, and a parallel variable capacitor C 2 connected between the inductor L and the power line 114b and the ground line. It has been. The matcher 110 apparently matches the output impedance of the high-frequency power source 112 with the load impedance obtained by combining the load of the matcher 110 and the load inside the processing container 100, thereby minimizing the loss of high-frequency power during transmission. It works to suppress. An O-ring 116 is disposed on the bottom wall of the processing container 100 through which the power supply line 114b penetrates, thereby sealing the inside of the processing container. A capacitor 118 is provided on the power supply line 114b and in the vicinity of the high frequency power supply 112 so that the high frequency power supply 112 and the matching unit 110 are connected with the lowest possible impedance.

サセプタ106の周囲には、処理室Uのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板120が設けられている。処理容器100の底部には、処理容器100の外部にて真空ポンプ(図示せず)が備えられていて、ガス排出管122を介して処理容器100内のガスを排出することにより、処理室Uを所望の真空度まで減圧するようになっている。   A baffle plate 120 for controlling the gas flow in the processing chamber U to a preferable state is provided around the susceptor 106. A vacuum pump (not shown) is provided outside the processing container 100 at the bottom of the processing container 100, and the processing chamber U is discharged by discharging the gas in the processing container 100 through the gas discharge pipe 122. The pressure is reduced to a desired degree of vacuum.

蓋体102には、6本の導波管124、スロットアンテナ126および誘電体窓128(複数枚の誘電体パーツ128aから構成)が設けられている。6本の導波管124は、その断面形状が矩形状であり、蓋体102の内部にて平行に並べて設けられている。各導波管124の内部は、フッ素樹脂(たとえばテフロン(登録商標))、アルミナ(Al)、石英などの誘電部材124aで充填されていて、その誘電部材124aにより、λg=λc/(ε1/2の式に従って各導波管124の管内波長λgが制御される。ここで、λcは自由空間の波長、εは誘電部材124aの誘電率である。 The lid 102 is provided with six waveguides 124, a slot antenna 126, and a dielectric window 128 (consisting of a plurality of dielectric parts 128a). The six waveguides 124 have a rectangular cross-sectional shape and are arranged in parallel inside the lid 102. The inside of each waveguide 124 is filled with a dielectric member 124a such as fluororesin (for example, Teflon (registered trademark)), alumina (Al 2 O 3 ), quartz, etc., and λg 1 = λc by the dielectric member 124a. The in-tube wavelength λg 1 of each waveguide 124 is controlled according to the equation / (ε 1 ) 1/2 . Here, λc is the wavelength of free space, and ε 1 is the dielectric constant of the dielectric member 124a.

各導波管124の下部には、アンテナとして機能するスロットアンテナ126が設けられている。スロットアンテナ126には、各導波管124の下面にてスロット(開口)126aが切られている。なお、各導波管124の下面に形成されるスロット126aの個数は任意である。   A slot antenna 126 that functions as an antenna is provided below each waveguide 124. A slot (opening) 126 a is cut in the slot antenna 126 at the lower surface of each waveguide 124. The number of slots 126a formed on the lower surface of each waveguide 124 is arbitrary.

誘電体窓128は、複数枚の誘電体パーツ128aから構成され、各誘電体パーツ128aは、アルミナから形成されている。なお、誘電体パーツ128aは、石英ガラス、AlN、サファイア、SiN、セラミックスなどの誘電材料により形成されてもよい。各誘電体パーツ128aには、基板Gと対向する面にて凹凸が形成されている。   The dielectric window 128 is composed of a plurality of dielectric parts 128a, and each dielectric part 128a is made of alumina. The dielectric part 128a may be formed of a dielectric material such as quartz glass, AlN, sapphire, SiN, or ceramics. Concavities and convexities are formed on each dielectric part 128a on the surface facing the substrate G.

スロットアンテナ126の下面には、複数枚の誘電体パーツ128aが設けられている。複数枚の誘電体パーツ128aは、格子状の梁130により処理容器100の天井面に固定されている。梁130は、アルミニウムなどの非磁性金属体である導電性材料にて形成されている。梁130には、複数のガス導入管132が貫通していて、ガス導入管132の端部には、ガスを基板Gに向かって導入するように下向きに開口Aが設けられている   A plurality of dielectric parts 128 a are provided on the lower surface of the slot antenna 126. The plurality of dielectric parts 128 a are fixed to the ceiling surface of the processing container 100 by lattice beams 130. The beam 130 is formed of a conductive material that is a nonmagnetic metal body such as aluminum. A plurality of gas introduction pipes 132 pass through the beam 130, and an opening A is provided at the end of the gas introduction pipe 132 so as to introduce the gas toward the substrate G.

ガス供給源134は、バルブの開閉およびマスフローコントローラの開度(ともに図示せず)をそれぞれ制御することにより、所望のガスをガス流路136に通し、複数のガス導入管132の開口Aから下方に供給する。   The gas supply source 134 controls the opening and closing of the valve and the opening of the mass flow controller (both not shown) to pass a desired gas through the gas flow path 136 and downward from the openings A of the plurality of gas introduction pipes 132. To supply.

冷却水配管138には、冷却水供給源140が接続されていて、冷却水供給源140から供給された冷却水が冷却水配管138内を循環して冷却水供給源140に戻ることにより、蓋体102を所望の温度に保つようになっている。   A cooling water supply source 140 is connected to the cooling water pipe 138, and the cooling water supplied from the cooling water supply source 140 circulates in the cooling water pipe 138 and returns to the cooling water supply source 140. The body 102 is kept at a desired temperature.

以上に説明した構成により、マイクロ波プラズマ処理装置10は、図示しないマイクロ波発生器から出力されたマイクロ波を6本の導波管124に伝送させ、スロットアンテナ126のスロット126aに通し、複数枚の誘電体パーツ128aを透過させて処理容器100の内部に供給する。このようにして供給されたマイクロ波の電界エネルギーにより処理容器100内に供給されたガスからプラズマが生成され、生成されたプラズマにより処理室U内にて基板Gに所望のプラズマ処理が施される。   With the configuration described above, the microwave plasma processing apparatus 10 transmits microwaves output from a microwave generator (not shown) to the six waveguides 124, passes through the slots 126a of the slot antenna 126, and transmits a plurality of sheets. The dielectric parts 128a are transmitted and supplied to the inside of the processing vessel 100. Plasma is generated from the gas supplied into the processing chamber 100 by the electric field energy of the microwave supplied in this manner, and a desired plasma processing is performed on the substrate G in the processing chamber U by the generated plasma. .

(計測手段)
つぎに、以上に説明したように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置10を用いて基板直下の高周波電力を計測する計測手段20について説明する。
(Measurement means)
Next, the measuring means 20 for measuring the high frequency power directly under the substrate using the microwave plasma processing apparatus 10 configured as described above will be described.

計測手段20は、2本のプローブ142a、142bおよびオシロスコープ144を有している。2本のプローブ142a、142bは、その一端にてコンデンサ108aの上部金属板および下部金属板に接続されている。各プローブ142a、142bの他端は、処理容器100の壁を貫通して、処理容器100の外部に接続されたオシロスコープ144に接続されている。オシロスコープ144は、接地されている。   The measuring means 20 has two probes 142a and 142b and an oscilloscope 144. The two probes 142a and 142b are connected at one end to the upper metal plate and the lower metal plate of the capacitor 108a. The other end of each probe 142a, 142b penetrates the wall of the processing container 100 and is connected to an oscilloscope 144 connected to the outside of the processing container 100. The oscilloscope 144 is grounded.

オシロスコープ144は、コンデンサ108aの両極の電圧V、Vを計測し、計測された電圧V、Vを制御装置148に向けて出力するようになっている。このようにして、計測手段20は、高周波電源112から電源線114を介してコンデンサ108aに印加される高周波電力(電圧)を、プラズマを制御するためのパラメータとして計測する。 The oscilloscope 144 measures the voltages V 1 and V 2 across the capacitor 108 a and outputs the measured voltages V 1 and V 2 to the control device 148. In this way, the measuring means 20 measures the high frequency power (voltage) applied from the high frequency power supply 112 to the capacitor 108a via the power supply line 114 as a parameter for controlling plasma.

プラズマを制御するためのパラメータとしては、コンデンサ108aの両極の電圧値だけでなく、たとえば、電流値、位相値の少なくともいずれかであってもよい。なお、各プローブ142a、142bが貫通する処理容器100の壁には、Oリング146a、146bが配設され、これにより、処理容器100の内部は密閉される。   The parameter for controlling the plasma is not limited to the voltage value of both electrodes of the capacitor 108a, but may be, for example, at least one of a current value and a phase value. Note that O-rings 146a and 146b are disposed on the walls of the processing container 100 through which the probes 142a and 142b penetrate, and thereby the inside of the processing container 100 is sealed.

(制御装置)
つぎに、計測手段20により計測された電圧V、Vを用いて高周波電力を制御する制御装置148についてハードウエア構成を示した図2を参照しながら説明する。制御装置148は、2つの波形整形回路148a、148b、電圧・位相比較器148cおよび制御回路148dを有している。波形整形回路148a、148bは、計測手段20により計測された電位V、Vを入力し、それぞれ波形整形する。電圧・位相比較器148cは、波形整形された電圧V、Vを入力し、電圧V、Vの位相差を求める。制御回路148dは、波形整形された電圧V、Vの振幅差および位相差に基づき、サセプタ106に印加される電力Pを求める。以下に電力Pの算出方法を具体的に説明する。
(Control device)
Next, the control device 148 that controls the high-frequency power using the voltages V 1 and V 2 measured by the measuring means 20 will be described with reference to FIG. 2 showing the hardware configuration. The control device 148 includes two waveform shaping circuits 148a and 148b, a voltage / phase comparator 148c, and a control circuit 148d. The waveform shaping circuits 148a and 148b receive the potentials V 1 and V 2 measured by the measuring unit 20 and respectively shape the waveforms. Voltage and phase comparator 148c receives the voltage V 1, V 2, which is waveform-shaped to obtain the phase difference between the voltage V 1, V 2. The control circuit 148d determines the power P applied to the susceptor 106 based on the amplitude difference and phase difference between the waveform-shaped voltages V 1 and V 2 . A method for calculating the power P will be specifically described below.

まず、コンデンサの両極の電圧V,Vを、周波数成分(すなわち、高周波電源から出力される高周波信号の周波数を基本波とする高調波成分)に分解することにより次式(1)を導く。ここで、kは高調波の次数、Iは計測ポイントの位置を示す。このとき、係数は、最小二乗法により決定される。

Figure 2008277275
First, the following expression (1) is derived by decomposing the voltages V 1 and V 2 across the capacitor into frequency components (that is, harmonic components having the fundamental frequency of the high-frequency signal output from the high-frequency power source). . Here, k represents the order of harmonics, and I represents the position of the measurement point. At this time, the coefficient is determined by the least square method.
Figure 2008277275

つぎに、電圧V,Vの差分から次式(2)が求められる。

Figure 2008277275
Next, the following equation (2) is obtained from the difference between the voltages V 1 and V 2 .
Figure 2008277275

つぎに、各周波数で電流の振幅M、位相φを計算する。具体的には、ΔVにjωCを掛けてコンデンサに流れる電流Iを求める代わりに、電圧V,Vの振幅差MΔVkにkωCを掛け、電圧V,Vの位相差φΔVkにπ/2を足す。結果をそれぞれMIk,φIkとすると、次式(3)が成り立つ。

Figure 2008277275
Next, the current amplitude M k and phase φ k are calculated at each frequency. Specifically, instead of over the jωC to ΔV obtain a current I flowing through the capacitor, over the kωC the amplitude difference M DerutaVk of voltages V 1, V 2, the phase difference phi DerutaVk voltage V 1, V 2 [pi Add / 2. When the results are M Ik and φ Ik , the following equation (3) is established.
Figure 2008277275

振幅MIk、MVIkの実効値および力率(cos(φIk−φVIk))から、コンデンサに印加された電力Pが次式(4)のように求められる。

Figure 2008277275
From the effective values and power factors (cos (φ Ik −φ VIk )) of the amplitudes M Ik and M VIk , the power P applied to the capacitor is obtained as in the following equation (4).
Figure 2008277275

このようにして、基板近傍の2点の実測値V,Vに基づいて求められた電力Pは、基板直下の高周波電力、すなわち、プラズマの制御に利用可能な電力にほぼ等しいと考えられる。また、このようにして求められた式(4)により算出される電力Pに含まれる計測誤差は、コンデンサの容量をシース容量の4.2倍以下(好ましくは2.1倍以下)にすることにより充分に小さくすることができる。このようにして、シース容量の4.2倍以下(好ましくは2.1倍以下)の容量をもつコンデンサの両極の電圧V,Vの実測値に基づき、式(4)を用いてサセプタ106に印加される高周波電力Pを求めることにより、プラズマの制御に利用可能な電力を正確に把握することができる。 Thus, the power P obtained based on the measured values V 1 and V 2 at two points in the vicinity of the substrate is considered to be substantially equal to the high-frequency power directly under the substrate, that is, the power available for plasma control. . Further, the measurement error included in the electric power P calculated by the equation (4) obtained in this way causes the capacitance of the capacitor to be 4.2 times or less (preferably 2.1 times or less) of the sheath capacitance. Can be made sufficiently small. In this way, based on the measured values of the voltages V 1 and V 2 of the two electrodes of the capacitor having a capacity of 4.2 times or less (preferably 2.1 times or less) of the sheath capacity, the susceptor is calculated using the equation (4). By obtaining the high-frequency power P applied to 106, the power available for plasma control can be accurately grasped.

制御回路148dは、算出された電力から目標とする所望のプロセス処理を行うために投入すべき高周波電源112の電力を求め、求められた電力情報をもつ制御信号を高周波電源112に向けて出力する。これにより、高周波電源112から所望の高周波電力を有する高周波信号が出力され、この結果、基板G直下の電力を所望の値に制御することができる。これにより、エッチング速度などのプロセス速度をより正確に制御することができ、基板Gを精度よくプラズマ処理することができる。制御装置148が、計測結果に基づき実行する電力のフィードバック制御については、さらに後述する。   The control circuit 148d obtains the power of the high-frequency power source 112 to be input in order to perform the desired desired process processing from the calculated power, and outputs a control signal having the obtained power information to the high-frequency power source 112. . As a result, a high-frequency signal having a desired high-frequency power is output from the high-frequency power source 112, and as a result, the power directly under the substrate G can be controlled to a desired value. Thereby, process speeds, such as an etching rate, can be controlled more accurately, and the substrate G can be subjected to plasma processing with high accuracy. The power feedback control executed by the control device 148 based on the measurement result will be further described later.

(シース電圧)
処理容器100内で生成されたプラズマには、電子とイオンを含む荷電粒子が存在する。電子は、軽いため高速に運動する。一方、イオンは重いため電子の動きより遅い。よって、プラズマが生成されると、プラズマ中の電子が先に処理容器100の内壁表面や基板Gの表面に衝突し、壁面の表面に存在するイオンと結合する。これにより、処理容器100の内壁表面や基板Gの表面は、イオンを失って負に帯電する。負に帯電された処理容器の内壁表面や基板表面は、電子を退け、イオンを引きつける。このため、これらの表面は、正電荷で覆われる。これは、一般的に空間電荷、すなわち、シースと呼ばれている。
(Sheath voltage)
The plasma generated in the processing container 100 includes charged particles including electrons and ions. Since electrons are light, they move at high speed. On the other hand, ions are slower and move slower than electrons. Therefore, when plasma is generated, electrons in the plasma first collide with the inner wall surface of the processing vessel 100 and the surface of the substrate G, and are combined with ions existing on the surface of the wall surface. Thereby, the inner wall surface of the processing container 100 and the surface of the substrate G are negatively charged by losing ions. The negatively charged inner wall surface and substrate surface of the processing container reject electrons and attract ions. For this reason, these surfaces are covered with positive charges. This is generally called space charge, or sheath.

図3(a)には、モデル化されたマイクロ波プラズマ処理装置10が示されている。バッフル板120の上方には、処理容器100の内部壁面の表面に形成されたグラウンド側シースSuが形成されている。また、基板Gの表面には、電極側シースSlが形成されている。各シースSu、Slがもつ電位は、重いイオンを各表面に引き寄せる働きをする。特に、電極側シースSlの電位Vdcは、主としてプラズマ中のイオンが基板Gに衝突する際のエネルギーを決定する。よって、電極側シースSlの電位Vdcを正確に制御することができれば、エッチング速度や膜質などを精度良く制御することができる。   FIG. 3A shows a modeled microwave plasma processing apparatus 10. Above the baffle plate 120, a ground-side sheath Su formed on the surface of the inner wall surface of the processing vessel 100 is formed. Further, an electrode-side sheath S1 is formed on the surface of the substrate G. The electric potential of each sheath Su, S1 serves to attract heavy ions to each surface. In particular, the potential Vdc of the electrode-side sheath S1 mainly determines the energy when ions in the plasma collide with the substrate G. Therefore, if the potential Vdc of the electrode-side sheath S1 can be accurately controlled, the etching rate, film quality, and the like can be controlled with high accuracy.

(計測誤差)
そこで、電極側シースSlの電位Vdcを正確に制御する方法として精度良く高周波電源112を制御するためには、前述したように、コンデンサ108aの容量が、シース容量の4.2倍以下であることが必要である。これは、コンデンサ108aの両極の電圧V,Vから電力Pを求める過程で、コンデンサ108aの容量が、シース容量の4.2倍以下であれば、算出された電力Pに含まれる計測誤差は許容される程度の値をとることが、発明者らにより裏付けられたからである。この裏付け方法について以下に説明する。
(Measurement error)
Therefore, in order to accurately control the high-frequency power source 112 as a method for accurately controlling the potential Vdc of the electrode-side sheath Sl, as described above, the capacitance of the capacitor 108a is 4.2 times or less of the sheath capacitance. is required. This is a process of obtaining the power P from the voltages V 1 and V 2 across the capacitor 108a, and if the capacity of the capacitor 108a is 4.2 times or less of the sheath capacity, the measurement error included in the calculated power P This is because the inventors have confirmed that the value of is acceptable. This backing method will be described below.

コンデンサ108aの両極の電圧V,Vの振幅の比をα(=Mv1K/Mv2k)とし、電圧V,Vの位相差をφとするとΔV(=V―V=I/jωC)の位相θおよび振幅MΔvkは、次のように展開される。ここで、kは高調波の次数である。

Figure 2008277275
If the ratio of the amplitudes of the voltages V 1 and V 2 across the capacitor 108a is α k (= M v1K / M v2k ) and the phase difference between the voltages V 1 and V 2 is φ k , ΔV (= V 2 −V 1 = I / jωC) phase θ k and amplitude M Δvk are expanded as follows: Here, k is the harmonic order.
Figure 2008277275

つぎに、発明者らは、計測電力Pに含まれる誤差の見積もりを、図3(a)のモデル化されたマイクロ波プラズマ処理装置10に対する図3(b)の等価回路に基づき考察した。ここで、グラウンド側シースSuのインピーダンスZuは、容量性成分C2および誘導性成分R2を有している。電極側シースSlのインピーダンスZlは、容量性成分C1および誘導性成分R1を有している。グラウンド側シースSuと電極側シースSlとの間には、誘導性成分Rpを有するプラズマのインピーダンスZpが存在している。さらに、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置10の場合、以上に説明したインピーダンス(Zu,Zl,Zp)の総和Z’に加えてコンデンサ108aを付加したことに伴うインピーダンスZが存在する。   Next, the inventors considered the estimation of the error included in the measured power P based on the equivalent circuit of FIG. 3B for the modeled microwave plasma processing apparatus 10 of FIG. Here, the impedance Zu of the ground-side sheath Su has a capacitive component C2 and an inductive component R2. The impedance Zl of the electrode-side sheath S1 has a capacitive component C1 and an inductive component R1. Between the ground-side sheath Su and the electrode-side sheath Sl, there is a plasma impedance Zp having an inductive component Rp. Further, in the case of the microwave plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment, there is an impedance Z associated with the addition of the capacitor 108a in addition to the total sum Z ′ of the impedances (Zu, Zl, Zp) described above.

このとき、次式が成り立つ。
ν=1/α=V/V=(Z+Z’)/Z’=Z/Z’+1
At this time, the following equation holds.
ν = 1 / α k = V 2 / V 1 = (Z + Z ′) / Z ′ = Z / Z ′ + 1

つぎに、この式を用いて、位相差(−φ)および電圧比V/V(=1/α(=Mv2K/Mv1k))の絶対値を評価する。なお、その際の条件は、R≒0、R1,2>>1/ωC1,2(=1/ωC)である。 Next, using this equation, the absolute value of the phase difference (−φ k ) and the voltage ratio V 2 / V 1 (= 1 / α k (= M v2K / M v1k )) is evaluated. The conditions at this time are R p ≈0, R 1,2 >> 1 / ωC 1,2 (= 1 / ωC).

(位相の評価)
まず、電圧Vと電圧Vとの位相差φについて評価する。図4は、横軸が実数軸、縦軸が虚数軸の複素平面にてZとZ’と角度εとの関係を示したものである。
(Evaluation of phase)
First, to evaluate the phase difference φ between the voltage V 2 and the voltage V 1. FIG. 4 shows the relationship between Z, Z ′, and angle ε on a complex plane with the horizontal axis representing the real axis and the vertical axis representing the imaginary axis.

前述したように、電圧比とインピーダンス比は次の式にて表される。
/V=Z/Z’+1
また、図4から、次式が求められる。
arg(Z)=−π/2
arg(Z’)=−π/2+ε
arg(Z/Z’)=ε
As described above, the voltage ratio and the impedance ratio are expressed by the following equations.
V 2 / V 1 = Z / Z '+ 1
Further, the following equation is obtained from FIG.
arg (Z) = − π / 2
arg (Z ′) = − π / 2 + ε
arg (Z / Z ′) = ε

以上から次式が導かれる。
|arg(ν)|=|arg(Z/Z’ +1)|<|ε|
From the above, the following equation is derived.
| Arg (ν) | = | arg (Z / Z ′ + 1) | <| ε |

≒0、R1,2>>1/ωCであるから、|ε|は非常に小さい値となり、arg(ν)≒0と近似することができる。この結果、電圧Vと電圧Vとの位相差φの絶対値は、コンデンサ108aの容量Cに寄らず小さな値になると考えられる。 Since R p ≈0 and R 1,2 >> 1 / ωC, | ε | is a very small value and can be approximated as arg (ν) ≈0. As a result, the absolute value of the phase difference φ between the voltage V 2 and the voltages V 1 is considered to be a small value regardless of the capacitance C of the capacitor 108a.

(電圧比の絶対値の評価)
つぎに、電圧比V/Vの絶対値について評価する。電圧比V/Vの絶対値は、前述した式から次のように表される。
1/α=|ν|=|V/V|=|Z/Z’+1|
Z/Z’≒C/(C+C)C
ここで、R1,2>>1/ωC、R≒0である。
(Evaluation of absolute value of voltage ratio)
Next, the absolute value of the voltage ratio V 2 / V 1 is evaluated. The absolute value of the voltage ratio V 2 / V 1 is expressed as follows from the above-described equation.
1 / α = | ν | = | V 2 / V 1 | = | Z / Z ′ + 1 |
Z / Z′≈C 1 C 2 / (C 1 + C 2 ) C
Here, R 1,2 >> 1 / ωC and R p ≈0.

図5は、横軸の電子温度Te(eV)、縦軸の電子密度Ne(cm−3)に対するV/Vの絶対値が、コンデンサの容量Cとシースの容量Cシースとの大小関係においてどのような値を取るかを示した図である。このグラフによれば、電子温度Teおよび電子密度Neにて示されるプラズマの状態によりV/Vの絶対値は変化する。シースの容量Cシースがコンデンサの容量Cにほぼ等しいとき、実測によりα=|V/V|=0.667であるから、V/Vの絶対値は「1.5」に漸近する。 FIG. 5 shows the relationship between the absolute value of V 2 / V 1 with respect to the electron temperature Te (eV) on the horizontal axis and the electron density Ne (cm −3 ) on the vertical axis between the capacitance C of the capacitor and the capacitance C sheath of the sheath. It is the figure which showed what kind of value it takes in. According to this graph, the absolute value of V 2 / V 1 varies depending on the plasma state indicated by the electron temperature Te and the electron density Ne. When the capacitance C of the sheath is substantially equal to the capacitance C of the capacitor, α = | V 1 / V 2 | = 0.667 is measured, so the absolute value of V 2 / V 1 is asymptotic to “1.5”. To do.

一方、シースの容量Cシースがコンデンサの容量Cの1/10にほぼ等しいとき、実測によりα=|V/V|=0.952であるから、V/Vの絶対値は「1.05」に漸近する。 On the other hand, when the capacitance C of the sheath is substantially equal to 1/10 of the capacitance C of the capacitor, α = | V 1 / V 2 | = 0.95 is measured, so the absolute value of V 2 / V 1 is “ Asymptotic to 1.05 ".

(誤差の見積もり)
つぎに、実測値V、Vの振幅αおよび位相φの誤差δα、δφが、電圧V,Vの振幅差MΔVkおよび電圧V,Vの位相差φに与える影響について見積もるために、それぞれの偏微分を計算した。

Figure 2008277275
ΔVk:VとVの振幅差 φ:VとVの位相差 MV2k:Vの振幅
α:VとVの絶対値の比 φ:VとVの位相差 (Estimation of error)
Next, the error .delta..alpha k measured values V 1, the amplitude of V 2 alpha and the phase phi, .delta..phi k is applied to a phase difference phi k of the voltage V 1, the amplitude difference between V 2 M ΔVk and voltage V 1, V 2 Each partial derivative was calculated to estimate the impact.
Figure 2008277275
M ΔVk: amplitude difference V 1 and V 2 phi k: V 1 and V 2 of the phase difference M v2k: amplitude of V 2 alpha k: the ratio of the absolute value of V 1 and V 2 phi k: V 1 and V 2 Phase difference

前述した位相の評価により、位相差φはほぼ「0」に近くなることが分かっている。そこで、φ=0の付近での各式(5)〜(8)の振る舞いを近似的に表すとつぎのようになる。

Figure 2008277275
V2k:Vの振幅 α:VとVの絶対値の比
θ:VとVの位相 φ:VとVの位相差 From the above-described evaluation of the phase, it is known that the phase difference φ k is almost close to “0”. Therefore, the behaviors of the equations (5) to (8) in the vicinity of φ k = 0 are approximately expressed as follows.
Figure 2008277275
M v2k: amplitude of V 2 alpha k: the ratio of the absolute value of V 1 and V 2 theta k: a phase phi k of V 1 and V 2: phase difference between V 1 and V 2

以上のように近似した式(5)〜(8)を考察すると、式(8)について言えば、αが「1」に漸近するような条件では、式(8)の値は発散する。これは、VとVの位相の計測誤差が、V−V(=I/jωC)の位相誤差に与える影響が大きくなることを意味する。 Considering the equations (5) to (8) approximated as described above, with respect to the equation (8), the value of the equation (8) diverges under the condition that α k is asymptotic to “1”. This means that the influence of the phase measurement error of V 1 and V 2 on the phase error of V 2 −V 1 (= I / jωC) becomes large.

また、式(6)を見ると、φ=0では、式(6)の値は、「0」となるものの、分母に(1−αがあるため、αが「1」に漸近する、その近傍では大きな値を取る。式(6)が大きな値を取るということは、VとVの絶対値の計算誤差が、位相誤差の原因となりうることを意味する。 Also, looking at equation (6), when φ = 0, the value of equation (6) is “0”, but there is (1−α k ) 2 in the denominator, so α k becomes “1”. Asymptotically, it takes a large value in the vicinity. The fact that equation (6) takes a large value means that a calculation error of absolute values of V 1 and V 2 can cause a phase error.

また、いずれの場合においても、α(VとVの絶対値の比)が「1」に漸近するのは、つまり、図5に示した1E+10に近づくのは、電子密度(プラズマ密度)Neが低い場合または電子温度Teが高い場合の少なくともいずれかの場合であって、そのようなときに誤差が発生しやすくなることが分かる。 In any case, α k (ratio of the absolute values of V 1 and V 2 ) asymptotically approaches “1”, that is, it approaches 1E + 10 shown in FIG. ) It is understood that at least one of cases where Ne is low or electron temperature Te is high, an error is likely to occur.

(計測)
以上の誤差の見積もりを踏まえて、発明者らは、以上に説明したコンデンサ108aを有するマイクロ波プラズマ処理装置10を用いて実際に計測を行った。まず、発明者らは、図6に示したように、サセプタ106上に同じ面積のプレートを8枚、ガラス基板G、金属電極MP、ガラス基板G、金属電極MP、ガラス基板G、金属電極MP、ガラス基板G、金属電極MPの順に積層させた。最上部にはアルミ板Wgの重しを置き、各金属電極間の容量の安定化を図った。
(measurement)
Based on the above estimation of error, the inventors actually performed measurement using the microwave plasma processing apparatus 10 having the capacitor 108a described above. First, as shown in FIG. 6, the inventors have eight plates of the same area on the susceptor 106, a glass substrate G 4 , a metal electrode MP 4 , a glass substrate G 3 , a metal electrode MP 3 , and a glass substrate G. 2 , metal electrode MP 2 , glass substrate G 1 , and metal electrode MP 1 were laminated in this order. A weight of an aluminum plate Wg was placed on the top to stabilize the capacitance between the metal electrodes.

コンデンサの容量Cは、シース容量の4.2倍以下とし、具体的には、金属電極MPおよび金属電極MPから構成されるコンデンサの容量C43は、1.001×10−8(F)、金属電極MPおよび金属電極MPから構成されるコンデンサの容量C32は、1.019×10−8(F)、金属電極MPおよび金属電極MPから構成されるコンデンサの容量C21は、1.015×10−8(F)とした。 The capacity C of the capacitor is set to 4.2 times or less of the sheath capacity. Specifically, the capacity C 43 of the capacitor composed of the metal electrode MP 4 and the metal electrode MP 3 is 1.001 × 10 −8 (F ), the capacity C 32 of the capacitor consists of a metal electrode MP 3 and the metal electrode MP 2 is, 1.019 × 10 -8 (F) , the capacitance of the capacitor constituted by the metal electrodes MP 2 and the metal electrodes MP 1 C 21 was set to 1.015 × 10 −8 (F).

計測に際しては、オシロスコープのキャリブレーション(較正)として、一番上に置かれたアルミ板Wgにすべてのプローブを取り付けて、同一の信号を計測し、その波形によりチャンネル間の振幅、位相を補正するテーブルを作成した。   At the time of measurement, as an oscilloscope calibration, all probes are attached to the aluminum plate Wg placed at the top, the same signal is measured, and the amplitude and phase between channels are corrected by the waveform. Created a table.

プロセス条件としては、処理容器100の上部から5500Wまたは3000Wのマイクロ波を供給した。下部に位置する高周波電源112からは、100Wの高周波電力を出力した。また、処理室Uの圧力を30mTorrに制御した。また、処理ガスとしては、アルゴン(Ar)ガスを500sccm導入した。   As process conditions, a microwave of 5500 W or 3000 W was supplied from the upper part of the processing vessel 100. A high frequency power of 100 W was output from the high frequency power source 112 located at the bottom. Further, the pressure in the processing chamber U was controlled to 30 mTorr. Further, as a processing gas, 500 sccm of argon (Ar) gas was introduced.

このように設定された実験装置を用いて、発明者らは、プロセス実行中、4枚の金属電極MP〜MPを用いて電圧V〜Vを実測し、各電圧の電位差(V/V、V/V、V/V)を求めた。その結果を図7に示す Using the experimental apparatus set in this way, the inventors measured the voltages V 1 to V 4 using the four metal electrodes MP 1 to MP 4 during the process execution, and the potential difference (V 2 / V 1, V 3 / V 2, was determined V 4 / V 3). The result is shown in FIG.

図7は、マイクロ波のパワーPμを3000Wまたは5500Wに設定した場合であって、高周波電力Prfを100Wまたは500Wに設定したときの各電極電圧(V〜V)の測定結果および測定結果から算出される電圧の振幅の比率V/V、V/V、V/Vを示している。すなわち、発明者らは、最初に、マイクロ波のパワーPμが3000Wであって高周波電力Prfが100Wと500Wのときの各電極電圧(V)および各位相(rad)を測定し、これらから電圧の振幅の比率を求め、つぎに、マイクロ波のパワーPμが5500Wであって高周波電力Prfが100Wと500Wのときの各電極電圧(V)および各位相(rad)を測定し、これらから電圧の振幅の比率を求めた。 FIG. 7 shows the measurement results and measurement of each electrode voltage (V 1 to V 4 ) when the microwave power P μ is set to 3000 W or 5500 W and the high-frequency power P rf is set to 100 W or 500 W. Voltage ratios V 2 / V 1 , V 3 / V 2 , and V 4 / V 3 calculated from the results are shown. That is, the inventors first measured each electrode voltage (V) and each phase (rad) when the microwave power P μ is 3000 W and the high-frequency power P rf is 100 W and 500 W, and from these, The ratio of the amplitude of the voltage is obtained, and then each electrode voltage (V) and each phase (rad) when the microwave power P μ is 5500 W and the high-frequency power P rf is 100 W and 500 W are measured. From this, the voltage amplitude ratio was obtained.

つぎに、発明者らは、測定された各電極電圧(V)および各位相(rad)に基づき式(4)を用いて計算される図8の電流波形(I21、I32、I43)および電力(P21、P32、P43)を算出した。これによれば、マイクロ波のパワーが5500Wの場合には、図7に示した各基板の電極電位(V、V、V、V)から計算される図8の電流波形および電力の値は、比較的よく一致したが、3000Wの場合には、精度が悪くなった。 Next, the inventors calculated the current waveforms (I 21 , I 32 , I 43 ) of FIG. 8 calculated using the equation (4) based on the measured electrode voltages (V) and the phases (rad). And electric power (P 21 , P 32 , P 43 ) were calculated. According to this, when the power of the microwave is 5500 W, the current waveform and power of FIG. 8 calculated from the electrode potentials (V 4 , V 3 , V 2 , V 1 ) of each substrate shown in FIG. The values of the values coincided relatively well, but in the case of 3000 W, the accuracy deteriorated.

この結果は、マイクロ波のパワーPμが5500Wのときのようにプラズマ密度(電子密度Ne)が高くも低くもなく適度な密度である場合には、図5に示したように、シースの容量Cシースはコンデンサの容量Cにほぼ等しくなり、V/Vの絶対値は「1.5」に漸近するため、コンデンサの容量Cをどのような値にしても誤差は発生しにくく、マイクロ波のパワーPμが3000Wのときのようにプラズマ密度(電子密度Ne)が低い場合には、シースの容量Cシースがコンデンサの容量Cの1/10にほぼ等しくなり、V/Vの絶対値は「1.05」に漸近するため、誤差が発生しやすくなるという前記式(5)〜(8)の考察の結果と一致する。 As shown in FIG. 5, when the plasma density (electron density Ne) is not high or low and the density is appropriate as in the case where the microwave power P μ is 5500 W, the result is shown in FIG. Since the C sheath is almost equal to the capacitance C of the capacitor, and the absolute value of V 2 / V 1 is asymptotic to “1.5”, no matter what value the capacitance C of the capacitor is, an error hardly occurs. When the plasma density (electron density Ne) is low, such as when the wave power P μ is 3000 W, the capacitance C of the sheath is approximately equal to 1/10 of the capacitance C of the capacitor, and V 2 / V 1 Since the absolute value is asymptotic to “1.05”, the result agrees with the result of the consideration of the above formulas (5) to (8) that an error is likely to occur.

図7にて、電圧の振幅の比率を見てみると、電圧の振幅の比率は、マイクロ波のパワーに依存し、高周波電力には依存していない。そこで、マイクロ波のパワーに注目すると、マイクロ波のパワーが5500Wの場合、各比率は、1.26〜2程度になっている。一方、マイクロ波のパワーが3000Wの場合、各比率は、1.11〜1.28程度になっている。これにより、発明者らは、現状の計測精度では、電圧振幅の比が1.2程度を境界として計測誤差が大きくなること、すなわち、電圧振幅の比率は、1.2程度を境として計測精度が悪化することが分かった。また、確実に計測誤差をなくすためには、電圧振幅の比率は、1.4程度にすべきことが分かった。   Looking at the ratio of the voltage amplitude in FIG. 7, the ratio of the voltage amplitude depends on the power of the microwave and does not depend on the high frequency power. Therefore, when attention is paid to the power of the microwave, when the power of the microwave is 5500 W, each ratio is about 1.26 to 2. On the other hand, when the power of the microwave is 3000 W, each ratio is about 1.11 to 1.28. As a result, the inventors have found that, in the current measurement accuracy, the measurement error increases with a voltage amplitude ratio of about 1.2 as a boundary, that is, the voltage amplitude ratio has a measurement accuracy of about 1.2 as a boundary. It turns out that it gets worse. It was also found that the voltage amplitude ratio should be about 1.4 in order to eliminate measurement errors reliably.

(コンデンサの容量の最適化)
以上の実験結果から、発明者らは、測定誤差が許容範囲となるコンデンサの容量の最適値について次のように考えた。前述したように、発明者らが試みた誤差の見積もり中の位相の評価によれば、位相φはほぼ「0」に近くなることがわかっっている。そこで、図3(a)に示したように、コンデンサのインピーダンスZ、およびグラウンド側シースのインピーダンスZuと電極側シースのインピーダンスZlとプラズマのインピーダンスZpとの総和Z’を実数で近似することにより、シース容量Cシースとコンデンサの容量Cとの関係は、次のようにして導き出せる。
(Optimization of capacitor capacity)
From the above experimental results, the inventors considered the optimum value of the capacitance of the capacitor in which the measurement error is within an allowable range as follows. As described above, according to the evaluation of the phase during estimation of the error attempted by the inventors, it is known that the phase φ k is almost close to “0”. Therefore, as shown in FIG. 3 (a), by approximating the impedance Z of the capacitor, the impedance Zu of the ground-side sheath, the impedance Zl of the electrode-side sheath, and the plasma impedance Zp by a real number, The relationship between the sheath capacitance C sheath and the capacitance C of the capacitor can be derived as follows.

シース=C(図3(b)のグラウンド側シース容量)=ψC(電極側シース容量)とする。
前述したように、ν=1/α=V/V=(Z+Z’)/Z’=1+Z/Z’、および、Z/Z’≒C/(C+C)Cであるから、これらの式に上記容量の関係を代入すると、
ν=1+Z/Z’=1+ψ×Cシース /{(1+ψ)×Cシース×C}
C sheath = C 2 (ground side sheath capacity in FIG. 3B) = ψC 1 (electrode side sheath capacity).
As described above, ν = 1 / α k = V 2 / V 1 = (Z + Z ′) / Z ′ = 1 + Z / Z ′ and Z / Z′≈C 1 C 2 / (C 1 + C 2 ) C Therefore, substituting the above capacity relation into these equations,
ν = 1 + Z / Z ′ = 1 + ψ × C sheath 2 / {(1 + ψ) × C sheath × C}

現状の計測精度では、電圧振幅の比が1.2程度を境界として計測誤差が大きくなるという前記結果から、CシースとCとの関係としてつぎのことがいえる。
1+ψ×Cシース /{(1+ψ)×Cシース×C}≧1.2・・・(9)
With the current measurement accuracy, the measurement error increases with a voltage amplitude ratio of about 1.2 as a boundary. From the result, the following can be said as the relationship between the C sheath and C.
1 + ψ × C sheath 2 / {(1 + ψ) × C sheath × C} ≧ 1.2 (9)

ここで、ψが「1」に等しいとき、すなわち、シース容量Cシースがグラウンド側シース容量C及び電極側シース容量Cに等しいとき、シース容量Cシースの係数5ψ/(1+ψ)は、2.5になる。しかし、ψが「1」に等しいときとは、グラウンド側シース容量と電極側シース容量が等しいときである。プラズマが生成されているときのシース領域の広狭を考えるとグラウンド側シース容量と電極側シース容量が等しくなることは考えられず、実際には、グラウンド側シース容量は、電極側シース容量の1.5倍〜5倍程度になると考えられる。そこで、ψ=1.5〜5として上式(9)を計算すると、ψが「1.5」のとき、コンデンサの容量Cは、シース容量Cシースの3倍以下となり、ψが「5」のとき、コンデンサの容量Cは、シース容量Cシースの4.2倍以下となる。よって、発目者らは、測定誤差が許容範囲となるコンデンサの容量Cは、シース容量Cシースの4.2倍以下であると結論付けた。 Here, when ψ is equal to “1”, that is, when the sheath capacitance C sheath is equal to the ground-side sheath capacitance C 2 and the electrode-side sheath capacitance C 1 , the coefficient 5ψ / (1 + ψ) of the sheath capacitance C sheath is 2 .5. However, when ψ is equal to “1”, the ground-side sheath capacitance and the electrode-side sheath capacitance are equal. Considering the width of the sheath region when plasma is generated, it is not considered that the ground-side sheath capacity and the electrode-side sheath capacity are equal. In practice, the ground-side sheath capacity is 1. It is considered to be about 5 to 5 times. Therefore, when the above equation (9) is calculated with ψ = 1.5 to 5, when ψ is “1.5”, the capacitance C of the capacitor is not more than three times the sheath capacitance C sheath , and ψ is “5”. In this case, the capacitance C of the capacitor is 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath . Therefore, the inventors concluded that the capacitance C of the capacitor in which the measurement error is within an allowable range is 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath .

また、確実に計測誤差をなくすためには、前述したとおり、電圧振幅の比率は、1.4程度にすべきであり、この場合には、次式が成り立つ。
1+ψ×Cシース /{(1+ψ)×Cシース×C}≧1.4・・・(10)
Further, in order to reliably eliminate measurement errors, as described above, the voltage amplitude ratio should be about 1.4, and in this case, the following equation holds.
1 + ψ × C sheath 2 / {(1 + ψ) × C sheath × C} ≧ 1.4 (10)

ここでも先程の計算と同様に、ψ=1.5〜5として上式(10)を計算すると、ψが「1.5」のとき、コンデンサの容量Cは、シース容量Cシースの1.5倍以下となり、ψが「5」のとき、コンデンサの容量Cは、シース容量Cシースの2.1倍以下となる。よって、発目者らは、確実に計測誤差をなくすことのできるコンデンサの容量Cは、シース容量Cシースの2.1倍以下であると結論付けた。 Here, similarly to the previous calculation, when the above equation (10) is calculated with ψ = 1.5 to 5, when ψ is “1.5”, the capacitance C of the capacitor is 1.5 of the sheath capacitance C sheath . When ψ is “5”, the capacitance C of the capacitor is 2.1 times or less of the sheath capacitance C sheath . Therefore, the founders concluded that the capacitance C of the capacitor that can reliably eliminate the measurement error is 2.1 times or less of the sheath capacitance C sheath .

以上の実験から、本実施形態にかかる計測手段20によれば、コンデンサ108aの容量Cをシース容量Cシースの4.2倍以下にすれば、コンデンサ108aの電力を精度良く計測することができ、また、確実に誤差をなくすためには、コンデンサ108aの容量Cをシース容量Cシースの2.1倍以下にすることが好ましいことがわかった。そして、このように容量Cが定められたコンデンサ108aを用いた計測結果に基づき、高周波電力をプラズマの制御により効率的に利用するための設計(すなわち、設計時の処理装置の構成、材質など)の最適化を図ることができる。 From the above experiment, according to the measuring means 20 according to the present embodiment, the power of the capacitor 108a can be accurately measured if the capacitance C of the capacitor 108a is 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath . Further, it has been found that the capacitance C of the capacitor 108a is preferably 2.1 times or less of the sheath capacitance C sheath in order to reliably eliminate the error. Based on the measurement result using the capacitor 108a with the capacitance C determined in this way, a design for efficiently using high-frequency power by controlling the plasma (that is, the configuration and material of the processing apparatus at the time of design). Can be optimized.

以上の考察および実験により、計測のために設けるコンデンサ108aの容量Cがシース容量Cシースの5倍以上になると、計測誤差が大きくなることが分かった。以上から、発明者らは、計測のために設けるコンデンサの容量Cは、シース容量よりも4.2倍以下であって、十分に小さく(好ましくは2.1倍以下)する必要があることをつきとめた。 From the above considerations and experiments, it has been found that the measurement error increases when the capacitance C of the capacitor 108a provided for measurement is 5 times or more the sheath capacitance C sheath . From the above, the inventors have shown that the capacitance C of the capacitor provided for measurement is 4.2 times or less than the sheath capacity and needs to be sufficiently small (preferably 2.1 times or less). I caught it.

そこで、発明者らは、コンデンサ108aの容量Cをシース容量Cシースの4.2倍以下にするために、複数の方法を考えた。一つ目は、図1に示したように、基板Gと同面積の電極をサセプタ106内であってサセプタ106上に載置された基板Gに対向する位置に設けるとともに、誘電率の低い誘電体108bを挟む方法である。または、誘電率の低い誘電体108bを挟む代わりに、電極間の距離を大きくすることにより、コンデンサ108aの容量Cをシース容量Cシースの4.2倍以下にしてもよい。 Therefore, the inventors have considered a plurality of methods in order to make the capacitance C of the capacitor 108a 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath . First, as shown in FIG. 1, an electrode having the same area as the substrate G is provided in the susceptor 106 at a position facing the substrate G placed on the susceptor 106, and a dielectric having a low dielectric constant. This is a method of sandwiching the body 108b. Alternatively, the capacitance C of the capacitor 108a may be set to 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath by increasing the distance between the electrodes instead of sandwiching the dielectric 108b having a low dielectric constant.

これによれば、コンデンサ108aの容量Cをシース容量Cシースの4.2倍以下にすることにより、計測された電極間の電圧V,Vに含まれる計測誤差を非常に小さくすることができる。ただし、この方法では、プラズマ条件が変わった場合においても、コンデンサ108aの容量を十分に小さくする必要がある。 According to this, the measurement error included in the measured voltages V 1 and V 2 between the electrodes can be greatly reduced by setting the capacitance C of the capacitor 108a to 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath. it can. However, with this method, it is necessary to sufficiently reduce the capacitance of the capacitor 108a even when the plasma conditions change.

(フィードバック制御)
制御装置148が実行するフィードバック制御について、図13に示したフィードバック制御のフローチャートを参照しながら説明する。なお、制御装置148の記憶領域(図示せず)には、膜に混入させるイオンの量により定められる膜質Dとその膜質を得るための電力Pとの関係が示されたテーブルTが予め格納されている。ここでは、目標とする膜質Dsを得るために、初期状態では高周波電源112から電力Psが出力されることとする。
(Feedback control)
The feedback control executed by the control device 148 will be described with reference to the flowchart of feedback control shown in FIG. The storage area (not shown) of the control device 148 stores in advance a table T showing the relationship between the film quality D determined by the amount of ions mixed into the film and the power P for obtaining the film quality. ing. Here, in order to obtain the target film quality Ds, the power Ps is output from the high-frequency power source 112 in the initial state.

制御装置148により実行されるフィードバック制御は、図13のステップ1300から処理を開始し、ステップ1305にてコンデンサ108の両極の電圧V、Vを測定する。つぎに、ステップ1310にて測定された電圧V、Vを波形整形し、ステップ1315に進んで、電圧V,Vを周波数成分、すなわち、電源周波数を基本波とする高調波成分に分解し、最小二乗法により係数を決定する。次に、ステップ1320にて式(1)〜式(3)に基づき各周波数での振幅M、位相差φを計算し、ステップ1325にて、求められた振幅MIk,MVIkの実効値および力率(cos(φIk−φVIk))を式(4)に代入することによりコンデンサに印加された電力Prを算出する。 The feedback control executed by the control device 148 starts processing from step 1300 in FIG. 13, and measures voltages V 1 and V 2 across the capacitor 108 in step 1305. Next, the waveforms of the voltages V 1 and V 2 measured in step 1310 are shaped, and the process proceeds to step 1315 where the voltages V 1 and V 2 are converted into frequency components, that is, harmonic components having a power source frequency as a fundamental wave. Decompose and determine coefficients by least squares method. Next, in step 1320, the amplitude M k and the phase difference φ K at each frequency are calculated based on the equations (1) to (3). In step 1325, the obtained amplitudes M Ik and M VIk are effective. The power Pr applied to the capacitor is calculated by substituting the value and the power factor (cos (φ Ik −φ VIk )) into the equation (4).

電力Prがコンデンサ108a(サセプタ106)に印加されている場合、図14によれば、形成された膜の膜質Drは目標とする膜質Dsと異なっているため、欲する膜の特性からずれている。そこで、ステップ1330に進んで、テーブルTに基づき、目標とする膜質Dsが得られる電力Psと算出された電力Prとの電力差Pd(=Pr−Ps)を求める。ついで、ステップ1335に進み、電力差Pdが「0」以上と判定された場合、図14のテーブルTに示したように、コンデンサ108aに印加された電力Prは理想の電力Psより大きいので、ステップ1340にて高周波電源112から出力する電力Pを電力差Pdだけ小さくするように制御し、ステップ1395にて処理を終了する。一方、ステップ1335にて電力差Pdが「0」の値より小さいと判定された場合、コンデンサ108aに印加された電力Prは理想の電力Psより小さいので、ステップ1345にて高周波電源112から出力する電力Pを電力差Pdだけ大きくするように制御し、ステップ1395にて処理を終了する。   When the electric power Pr is applied to the capacitor 108a (susceptor 106), the film quality Dr of the formed film is different from the target film quality Ds according to FIG. Therefore, the process proceeds to step 1330, and a power difference Pd (= Pr−Ps) between the power Ps at which the target film quality Ds is obtained and the calculated power Pr is obtained based on the table T. Next, the process proceeds to step 1335, and when the power difference Pd is determined to be “0” or more, the power Pr applied to the capacitor 108a is larger than the ideal power Ps as shown in the table T of FIG. At 1340, the power P output from the high-frequency power source 112 is controlled to be reduced by the power difference Pd, and the process ends at step 1395. On the other hand, if it is determined in step 1335 that the power difference Pd is smaller than the value of “0”, the power Pr applied to the capacitor 108a is smaller than the ideal power Ps, and is output from the high frequency power source 112 in step 1345. The power P is controlled to be increased by the power difference Pd, and the process ends at step 1395.

以上に説明したように、制御装置148を用いてサセプタ106に印加される高周波電力を直接計測することにより、電力のより正確なフィードバック制御を実現することができる。この結果、処理室の状態やプロセスの種類に左右されずに良質の膜を非常に高い精度で成膜し続けることができる。   As described above, by directly measuring the high-frequency power applied to the susceptor 106 using the control device 148, more accurate feedback control of the power can be realized. As a result, a high-quality film can be continuously formed with very high accuracy regardless of the state of the processing chamber and the type of process.

また、式(4)によれば、他のデータを必要とすることなく、電極間の電圧V,Vのみのデータに基づいて電力Pが算出される。また、電極全面にて電力を計測することができる。これにより、非常に正確な計測を実現することができる。このようにして、シース容量の4.2倍以下の容量をもつコンデンサ108aの両極の電圧V,Vを実測し、その実測値から高周波電力を求めることにより、プラズマの制御に利用可能な基板直下の高周波電力を正確に把握することができる。 Further, according to the equation (4), the power P is calculated based on the data of only the voltages V 1 and V 2 between the electrodes without requiring other data. Moreover, electric power can be measured on the entire electrode surface. Thereby, very accurate measurement can be realized. In this way, the voltages V 1 and V 2 of the two electrodes of the capacitor 108a having a capacity of 4.2 times or less of the sheath capacity are actually measured, and the high frequency power is obtained from the actually measured value, so that it can be used for plasma control. It is possible to accurately grasp the high-frequency power directly under the substrate.

(変形例1)
コンデンサ108aの容量Cをシース容量Cシースの4.2倍以下にするために発明者らが見いだした二つ目の方法は、図9に示したように、基板Gに対向しない、すなわち、プロセスに影響しない、サセプタ106の端部に小さな電極(コンデンサ108a)を形成する方法である。
(Modification 1)
The second method that the inventors have found to reduce the capacitance C of the capacitor 108a to 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath is that it does not face the substrate G, as shown in FIG. This is a method of forming a small electrode (capacitor 108 a) at the end of the susceptor 106 that does not affect the susceptor 106.

これによっても、一つ目の方法と同様に、コンデンサの両極の電圧V,Vの実測値に基づきサセプタ106の高周波電力Pを算出することにより、プラズマの制御に利用可能な基板直下の高周波電力を正確に導き出すことができる。これに加えて、変形例1の方法によれば、プロセスに影響を与えずに電圧V,Vを計測することができる。また、コンデンサ108aの容量を容易に小さくすることができる。ただし、基板に対向しない部分で電圧V,Vを計測するため、電極内部の面内分布が大きい場合などに計測結果と実際の電力値との間に誤差が生じる場合がある。 Also by this, as in the first method, the high frequency power P of the susceptor 106 is calculated based on the measured values of the voltages V 1 and V 2 across the capacitor, so that it can be used for plasma control. High frequency power can be accurately derived. In addition, according to the method of the first modification, the voltages V 1 and V 2 can be measured without affecting the process. Further, the capacitance of the capacitor 108a can be easily reduced. However, since the voltages V 1 and V 2 are measured at a portion not facing the substrate, an error may occur between the measurement result and the actual power value when the in-plane distribution inside the electrode is large.

(変形例2)
コンデンサ108aの容量Cをシース容量Cシースの4.2倍以下にするために発明者らが見いだした三つ目の方法は、図10に示したように、サセプタ106の下部の給電棒106aの内部にて電源線114aにコンデンサ108aを接続する方法である。
(Modification 2)
The third method found by the inventors to reduce the capacitance C of the capacitor 108a to 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath is as shown in FIG. In this method, the capacitor 108a is connected to the power supply line 114a inside.

これによっても、コンデンサ108aの両極の電圧V,Vの実測値に基づきサセプタ106の高周波電力Pを求めることにより、プラズマの制御に利用可能な基板直下の高周波電力を正確に導き出すことができる。ただし、サセプタ106下部から処理容器100への電力漏洩がある場合には、その電力漏洩を検出することができない場合がある。 Also by this, by obtaining the high-frequency power P of the susceptor 106 based on the actually measured values of the voltages V 1 and V 2 across the capacitor 108a, the high-frequency power directly under the substrate that can be used for plasma control can be accurately derived. . However, when there is power leakage from the lower part of the susceptor 106 to the processing container 100, the power leakage may not be detected.

(変形例3)
さらに、図1、図9および図10に示したいずれのコンデンサ108aにおいても、たとえば、図11に示したように、コンデンサ108aに直列に共振回路(LC=1/ω ;ω共振周波数)としてのインダクタ150を接続してもよい。
(Modification 3)
Furthermore, in any of the capacitors 108a shown in FIGS. 1, 9 and 10, for example, as shown in FIG. 11, a resonance circuit (LC = 1 / ω 0 2 ; ω 0 resonance frequency) is connected in series with the capacitor 108a. ) May be connected.

これによれば、コンデンサ108aを設けたことにより増加した負荷インピーダンスをインダクタ150(直列共振回路)によりうち消すことにより、電源線114aのインピーダンスを小さくすることができる。これにより、整合器110の負荷を低減することができる。   According to this, the impedance of the power supply line 114a can be reduced by erasing the increased load impedance due to the provision of the capacitor 108a by the inductor 150 (series resonance circuit). Thereby, the load of the matching device 110 can be reduced.

以上に説明した実施形態およびその変形例によれば、コンデンサ108aを用いて基板直下の電力を精度良く計測することができる。   According to the embodiment and the modification described above, it is possible to accurately measure the power directly under the substrate using the capacitor 108a.

なお、以上に説明した実施形態では、プラズマを制御するためのパラメータとしてコンデンサ108aの両極の電気信号の電圧値を測定したが、これに限られず、電圧値、電流値、位相値の少なくともいずれかまたはこれらの組み合わせを計測してもよい。   In the embodiment described above, the voltage value of the electric signal of both electrodes of the capacitor 108a is measured as a parameter for controlling the plasma. However, the present invention is not limited to this, and at least one of the voltage value, the current value, and the phase value is measured. Alternatively, a combination of these may be measured.

また、コンデンサの面積が基板のサイズより小さい場合には、シース容量Cシース(=グラウンド側シース容量C)の限定を変えてもよい。 Further, when the area of the capacitor is smaller than the size of the substrate, the limitation of the sheath capacitance C sheath (= ground-side sheath capacitance C 2 ) may be changed.

また、制御回路148dは、計測手段20により計測されたパラメータを用いて高周波電力を算出し、算出された高周波電力に基づいて高周波電源112をフィードバック制御する制御部の一例である。すなわち、制御部は、ハードウエア(回路)によって構成されていてもよく、ソフトウエア(プログラム)によって構成されていてもよい。   Further, the control circuit 148d is an example of a control unit that calculates high-frequency power using the parameter measured by the measuring unit 20, and feedback-controls the high-frequency power source 112 based on the calculated high-frequency power. That is, the control unit may be configured by hardware (circuit) or may be configured by software (program).

処理装置にて処理される基板Gのサイズは、たとえば、730mm×920mm(チャンバ内の寸法:1000mm×1190mm)のG4.5基板サイズや、1100mm×1300mm(チャンバ内の寸法:1470mm×1590mm)のG5基板サイズであってもよい。また、所望の処理が施される被処理体は、上記サイズの基板Gに限られず、たとえば200mmや300mmのシリコンウエハであってもよい。   The size of the substrate G to be processed by the processing apparatus is, for example, a G4.5 substrate size of 730 mm × 920 mm (inside chamber dimensions: 1000 mm × 1190 mm) or 1100 mm × 1300 mm (inside chamber dimensions: 1470 mm × 1590 mm). It may be a G5 substrate size. Further, the target object to be processed is not limited to the substrate G having the size described above, and may be, for example, a 200 mm or 300 mm silicon wafer.

上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、プラズマ処理装置を用いた計測装置の実施形態を、プラズマ処理装置を用いた計測方法の実施形態とすることができる。   In the above embodiment, the operations of the respective units are related to each other, and can be replaced as a series of operations in consideration of the relationship between each other. And by substituting in this way, embodiment of the measuring device using a plasma processing apparatus can be made into embodiment of the measuring method using a plasma processing apparatus.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

たとえば、本発明にかかる計測システムSは、図1に示したマイクロ波プラズマ処理装置10のカソード側の電極(下部電極、RIモード)の電圧を計測するだけでなく、図12に示したマイクロ波プラズマ処理装置にて生成されるプラズマを制御するパラメータとしてアノード側の電極(上部電極、RIモード)の電圧を計測してもよい。   For example, the measurement system S according to the present invention not only measures the voltage of the cathode side electrode (lower electrode, RI mode) of the microwave plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1, but also the microwave shown in FIG. The voltage of the anode side electrode (upper electrode, RI mode) may be measured as a parameter for controlling the plasma generated by the plasma processing apparatus.

すなわち、本発明にかかる計測システムは、図1のマイクロ波プラズマ処理装置に示したように、基板Gが高周波電源側に置かれたカソードカップリングにおいて、電極の電圧を計測する場合に限られず、図12のマイクロ波プラズマ処理装置に示したように、基板Gを接地電極側におき、上部からマイクロ波を照射することによりプラズマを生成するアノードカップリングにおいて、電極の電圧を計測する場合にも利用することができる。特に、アノードカップリングでは、処理室上部にて生成されたプラズマが、拡散される間に、処理容器の内部側壁にてロスするため、電極の電圧を実測する意義は大きい。   That is, the measurement system according to the present invention is not limited to the case of measuring the voltage of the electrode in the cathode coupling in which the substrate G is placed on the high frequency power supply side, as shown in the microwave plasma processing apparatus of FIG. As shown in the microwave plasma processing apparatus of FIG. 12, the substrate G is placed on the ground electrode side, and the electrode voltage is measured in the anode coupling in which plasma is generated by irradiating microwaves from above. Can be used. In particular, in the anode coupling, since the plasma generated in the upper part of the processing chamber is lost on the inner side wall of the processing vessel while being diffused, it is significant to actually measure the voltage of the electrode.

また、本発明にかかる誘電体部材を用いたプラズマ処理装置としては、上述した複数枚の誘電体窓パーツを有するマイクロ波プラズマ処理装置に限られず、RLSA(Radial Line Slot Antenna)型マイクロ波プラズマ処理装置、誘導結合型(ICP:Inductive Coupling Plasma)プラズマ処理装置、容量結合型プラズマ処理装置、電子サイクロトロン方式(ECR:Electron Cyclotron Resonance)のプラズマ処理装置に使用することができる。したがって、本発明にかかる計測システムは、このような多種のプラズマ処理装置のアノード側またはカソード側の電極の電圧の計測に利用することができる。   Further, the plasma processing apparatus using the dielectric member according to the present invention is not limited to the above-described microwave plasma processing apparatus having a plurality of dielectric window parts, but an RLSA (Radial Line Slot Antenna) type microwave plasma processing. The present invention can be used in an apparatus, an inductively coupled plasma (ICP) plasma processing apparatus, a capacitively coupled plasma processing apparatus, and an electron cyclotron (ECR) plasma processing apparatus. Therefore, the measurement system according to the present invention can be used to measure the voltage of the anode-side or cathode-side electrode of such various plasma processing apparatuses.

さらに、プラズマ処理装置にて実行されるプロセスは、エッチング処理、スパッタリング処理、CVD処理などその種類は限定されない。   Furthermore, the types of processes executed in the plasma processing apparatus are not limited, such as etching, sputtering, and CVD.

本発明の一実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を含んだ計測システム構成図である。It is a measurement system block diagram containing the microwave plasma processing apparatus concerning one Embodiment of this invention. 制御装置の内部構成図である。It is an internal block diagram of a control apparatus. 図3(a)は、処理装置内の電気的状態を説明するための図であり、図3(b)は、等価回路を示した図である。FIG. 3A is a diagram for explaining an electrical state in the processing apparatus, and FIG. 3B is a diagram showing an equivalent circuit. 複素平面にてZとZ’との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Z and Z 'in a complex plane. プラズマの状態変化に対するV/Vの絶対値の変化をコンデンサの容量Cとシースの容量Cシースとの大小関係に基づきグラフに示した図である。The change in the absolute value of V 2 / V 1 with respect to the state change of the plasma is a diagram showing a graph on the basis of the magnitude relationship between the capacitance C sheath capacitance C and the sheath of the capacitor. 実験装置の電極近傍を拡大した図である。It is the figure which expanded the electrode vicinity of the experimental apparatus. 各基板の電極電位の計測結果を示した図である。It is the figure which showed the measurement result of the electrode potential of each board | substrate. 計測された電位から計算される電流波形および電力を示した図である。It is the figure which showed the electric current waveform and electric power which are calculated from the measured electric potential. 変形例1にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を含んだ計測システム構成図である。It is a measurement system block diagram containing the microwave plasma processing apparatus concerning the modification 1. FIG. 変形例2にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を含んだ計測システム構成図である。It is a measurement system block diagram including the microwave plasma processing apparatus concerning the modification 2. 変形例3にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を含んだ計測システム構成図である。It is a measurement system block diagram containing the microwave plasma processing apparatus concerning the modification 3. FIG. 本発明の一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の変形例を含んだ計測システム構成図である。It is a measurement system block diagram containing the modification of the microwave plasma processing apparatus of one Embodiment of this invention. 高周波電力のフィードバック制御を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the feedback control of the high frequency electric power. 電力と膜質との関係を示したテーブルである。It is the table which showed the relationship between electric power and film quality. 関連するプラズマ処理装置を含んだシステム構成図である。It is a system block diagram containing the related plasma processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 マイクロ波プラズマ処理装置
20 計測手段
100、1005 処理容器
106、1010 サセプタ
106a、1010a 給電棒
108 給電部
108a コンデンサ
108b 誘電体
110、1025 整合器
112、1020 高周波電源
114a、114b、1030a、1030b 電源線
142a、142b プローブ
144a、144b オシロスコープ
148 制御装置
150 インダクタ
S 計測システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microwave plasma processing apparatus 20 Measuring means 100, 1005 Processing container 106, 1010 Susceptor 106a, 1010a Feeding rod 108 Feeding part 108a Capacitor 108b Dielectric 110, 1025 Matching device 112, 1020 High frequency power supply 114a, 114b, 1030a, 1030b 142a, 142b Probe 144a, 144b Oscilloscope 148 Controller 150 Inductor S Measurement system

Claims (20)

内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、
前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、
前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記載置台に設けられたコンデンサと、
前記高周波電源から前記載置台に印加された高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測手段と、を備えるプラズマ処理装置。
A processing container for performing a desired process on the object to be processed by plasma inside;
A mounting table for mounting an object to be processed in the processing container;
A high frequency power supply for supplying high frequency power to the mounting table;
A capacitor provided on the mounting table, and
A plasma processing apparatus comprising: a measuring unit that measures a voltage of both electrodes of the capacitor with respect to the high frequency power applied to the mounting table from the high frequency power source.
前記コンデンサの容量Cは、
シース容量Cシースをグラウンド側シース容量Cとし、コンデンサの電極側シース容量Cに対するグラウンド側シース容量Cの比をψとしたとき、1+ψ×Cシース /{(1+ψ)×Cシース×C}の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定される請求項1に記載されたプラズマ処理装置。
The capacitance C of the capacitor is
When the sheath capacitance C sheath is the ground-side sheath capacitance C 2 and the ratio of the ground-side sheath capacitance C 2 to the electrode-side sheath capacitance C 1 of the capacitor is ψ, 1 + ψ × C sheath 2 / {(1 + ψ) × C sheath × 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a value of C} is determined such that an error is equal to or higher than a voltage ratio in which an error is within an allowable range among voltage ratios of electrodes measured using the capacitor.
前記コンデンサの容量Cは、シース容量Cシースの4.2倍以下である請求項2に記載されたプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein a capacitance C of the capacitor is 4.2 times or less of a sheath capacitance C sheath . 前記載置台の内部に設けられた給電部をさらに備え、
前記コンデンサは、
前記載置台に載置された被処理体に対向する位置にて前記給電部の一部または全部に設けられる請求項1〜3のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
It further includes a power feeding unit provided inside the mounting table,
The capacitor is
The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 1-3 provided in a part or all of the said electric power feeding part in the position facing the to-be-processed object mounted in the mounting table.
前記載置台の内部に設けられた給電部をさらに備え、
前記コンデンサは、
前記載置台に載置される被処理体に対向しない位置にて前記給電部の一部に設けられる請求項1〜3のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
It further includes a power feeding unit provided inside the mounting table,
The capacitor is
The plasma processing apparatus described in any one of Claims 1-3 provided in a part of said electric power feeding part in the position which does not oppose the to-be-processed object mounted in the said mounting base.
前記コンデンサは、
前記給電部の端部にて前記給電部の一部に設けられる請求項4又は5のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
The capacitor is
The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the plasma processing apparatus is provided at a part of the power supply unit at an end of the power supply unit.
前記コンデンサの容量Cは、
前記コンデンサの電極間の誘電体として所定の誘電率を有することにより、または、電極面積および電極間隔を所定の値とすることにより、前記シース容量Cシースの4.2倍以下になるように形成される請求項2〜6のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
The capacitance C of the capacitor is
By having a predetermined dielectric constant as a dielectric between the electrodes of the capacitor, or by setting the electrode area and the electrode interval to predetermined values, it is formed to be 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath. The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 2-6.
前記コンデンサに直列に接続された共振回路をさらに備える請求項1〜7のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a resonance circuit connected in series to the capacitor. 前記コンデンサは、前記載置台の内部に形成される請求項1〜8のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the capacitor is formed inside the mounting table. 前記コンデンサの容量Cは、シース容量Cシースの2.1倍以下である請求項2〜9のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。 10. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein a capacitance C of the capacitor is 2.1 times or less of a sheath capacitance C sheath . 前記高周波電源は、前記給電部を介して高周波電力を印加し、
前記高周波電源と前記給電部との間にて前記高周波電源と前記給電部とに接続され、前記高周波電源の出力インピーダンスと前記給電部側の負荷インピーダンスを整合する整合器をさらに備える請求項4〜10のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
The high-frequency power source applies high-frequency power through the power feeding unit,
5. A matching device connected to the high-frequency power source and the power supply unit between the high-frequency power source and the power supply unit, further comprising a matching unit that matches an output impedance of the high-frequency power source and a load impedance on the power supply unit side. 10. The plasma processing apparatus described in any one of 10 above.
内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、前記載置台に設けられたコンデンサと、を備えたプラズマ処理装置の載置台に印加された前記高周波電源からの高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測装置。   A processing container that performs a desired process on a target object with plasma inside, a mounting table for mounting the target object in the processing container, a high-frequency power source that supplies high-frequency power to the mounting table, and A measuring device that measures the voltage of both electrodes of the capacitor with respect to the high-frequency power from the high-frequency power source applied to the mounting table of the plasma processing apparatus including the capacitor provided on the mounting table. 前記コンデンサの容量Cは、
シース容量Cシースをグラウンド側シース容量Cとし、コンデンサの電極側シース容量Cに対するグラウンド側シース容量Cの比をψとしたとき、1+ψ×Cシース /{(1+ψ)×Cシース×C}の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定されている請求項12に記載された計測装置。
The capacitance C of the capacitor is
When the sheath capacitance C sheath is the ground-side sheath capacitance C 2 and the ratio of the ground-side sheath capacitance C 2 to the electrode-side sheath capacitance C 1 of the capacitor is ψ, 1 + ψ × C sheath 2 / {(1 + ψ) × C sheath × The measuring device according to claim 12, wherein the value of C} is determined so as to be equal to or higher than a voltage ratio in which an error is within an allowable range among voltage ratios of electrodes measured using the capacitor.
シース容量Cシースの4.2倍以下の容量Cを有する前記コンデンサの両極の電圧を測定する請求項12又は請求項13のいずれかに記載された計測装置。 14. The measuring device according to claim 12, wherein the voltage of both electrodes of the capacitor having a capacitance C that is 4.2 times or less of the sheath capacitance C sheath is measured. 内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、前記載置台に設けられたコンデンサと、を備えたプラズマ処理装置の載置台に印加された前記高周波電源からの高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測方法。   A processing container that performs a desired process on a target object with plasma inside, a mounting table for mounting the target object in the processing container, a high-frequency power source that supplies high-frequency power to the mounting table, and A measurement method for measuring voltages at both electrodes of the capacitor with respect to a high-frequency power from the high-frequency power source applied to a mounting table of a plasma processing apparatus including a capacitor provided on the mounting table. 前記コンデンサの容量Cは、
シース容量Cシースをグラウンド側シース容量Cとし、コンデンサの電極側シース容量Cに対するグラウンド側シース容量Cの比をψとしたとき、1+ψ×Cシース /{(1+ψ)×Cシース×C}の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定されている請求項15に記載された計測方法。
The capacitance C of the capacitor is
When the sheath capacitance C sheath is the ground-side sheath capacitance C 2 and the ratio of the ground-side sheath capacitance C 2 to the electrode-side sheath capacitance C 1 of the capacitor is ψ, 1 + ψ × C sheath 2 / {(1 + ψ) × C sheath × The measurement method according to claim 15, wherein the value of C} is determined so as to be equal to or higher than a voltage ratio in which an error is within an allowable range among the voltage ratios of the electrodes measured using the capacitor.
シース容量Cシースの4.2倍以下の容量Cを有する前記コンデンサの両極の電圧を測定する請求項15又は請求項16のいずれかに記載された計測方法。 The measurement method according to claim 15 or 16, wherein a voltage of both electrodes of the capacitor having a capacitance C that is 4.2 times or less of a sheath capacitance C sheath is measured. 内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に設けられたコンデンサと、前記載置台の内部に埋設された給電部と、前記高周波電源に接続され、高周波電力を印加する高周波電源とを備えるプラズマ処理装置を用いて前記プラズマを制御する制御装置であって、
前記高周波電源から前記載置台に印加された高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測手段と、
前記計測手段により計測された前記コンデンサの両極の電圧を用いて前記高周波電力を算出し、算出された高周波電力に基づいて前記高周波電源をフィードバック制御する制御部とを備える制御装置。
A processing container for performing a desired process on the object to be processed by plasma inside, a mounting table for mounting the processing object in the processing container, a capacitor provided on the mounting table, and an inside of the mounting table A control device for controlling the plasma using a plasma processing apparatus including a power supply unit embedded in the high frequency power source and a high frequency power source connected to the high frequency power source,
Measuring means for measuring the voltage across the capacitor with respect to the high frequency power applied to the mounting table from the high frequency power source,
A control apparatus comprising: a control unit that calculates the high-frequency power using the voltage across the capacitor measured by the measuring means, and feedback-controls the high-frequency power source based on the calculated high-frequency power.
前記コンデンサの容量Cは、シース容量Cシースをグラウンド側シース容量Cとし、コンデンサの電極側シース容量Cに対するグラウンド側シース容量Cの比をψとしたとき、1+ψ×Cシース /{(1+ψ)×Cシース×C}の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定されている請求項18に記載された制御装置。 The capacitance C of the capacitor is 1 + ψ × C sheath 2 / {, where the sheath capacitance C sheath is the ground-side sheath capacitance C 2 and the ratio of the ground-side sheath capacitance C 2 to the electrode-side sheath capacitance C 1 of the capacitor is ψ. The value of (1 + ψ) × C sheath × C} is determined so that an error is equal to or higher than a voltage ratio in which an error is within an allowable range among the voltage ratios of the electrodes measured using the capacitor. Control unit. 前記計測手段は、
シース容量Cシースの4.2倍以下の容量Cを有する前記コンデンサの両極の電圧を計測する請求項18又は請求項19のいずれかに記載された制御装置。
The measuring means includes
20. The control device according to claim 18, which measures a voltage at both electrodes of the capacitor having a capacitance C that is 4.2 times or less of a sheath capacitance C sheath .
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