本発明は、プラズマ発生装置、プラズマ処理装置及びプラズマ発生装置の制御方法に関する。

従来から、処理室の外部に配置された螺旋状のコイル電極に高周波電力を供給することにより、処理室内に磁界を発生させて、処理室の内部にプラズマを生成する誘導結合形のプラズマ発生装置が知られている。

このようなプラズマ発生装置では、コイル電極を銅製の中空管により形成し、中空管の内部に冷却水を循環させることで、コイル電極へ供給される高周波電力によりコイル電極が高温に加熱されることを防止している(例えば、特許文献1、2参照)。

特開2004−165345号公報

特開2013−161874号公報

しかしながら、上記のプラズマ発生装置では、中空管の内部に循環させる冷却水の導電率が変化すると、コイル電極のインピーダンスが変動し、処理室の内部に生成されるプラズマ状態が変化する。プラズマ状態が変化すると、処理室の内部において行われる成膜やエッチング等の処理結果に影響を与える。

そこで、本発明の一態様では、プラズマ状態の変化を抑制することが可能なプラズマ発生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るプラズマ発生装置は、高周波電力を発生させる高周波電源と、前記高周波電源に接続され、内部に冷却水を流通可能な中空管により形成されたプラズマ生成用電極と、前記プラズマ生成用電極の内部の前記冷却水の導電率を測定する導電率計と、前記導電率計により測定される前記冷却水の導電率に基づいて、前記高周波電源の出力を制御する制御部とを有する。

開示のプラズマ発生装置によれば、プラズマ状態の変化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略断面図

図1のプラズマ処理装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図

図1のプラズマ処理装置の真空容器内の構成を示す概略平面図

図1のプラズマ処理装置の回転テーブルの同心円に沿った真空容器の概略断面図

図1のプラズマ処理装置の別の概略断面図

図1のプラズマ処理装置に設けられるプラズマ発生装置を示す概略断面図

図1のプラズマ処理装置の制御装置の機能構成図

本発明の実施形態に係るプラズマ発生装置の制御方法を示すフローチャート

高周波電源の出力と冷却水の導電率と膜厚との関係の一例を示す図

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

(プラズマ処理装置) 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図1は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略縦断面図である。図2は、図1のプラズマ処理装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。図3は、図1のプラズマ処理装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。なお、図2及び図3では、説明の便宜上、天板の図示を省略している。

図1から図3までを参照すると、プラズマ処理装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器1と、真空容器1内に設けられ、真空容器1の中心に回転中心を有する回転テーブル2と、を備えている。真空容器1は、内部に収容した基板である半導体ウエハ(以下「ウエハW」という。)の表面に成膜処理やエッチング処理を行うための処理室である。真空容器1は、有底の円筒形状を有する容器本体12と、容器本体12の上面に対して、例えばOリング等のシール部材13を介して気密に着脱可能に配置される天板11とを有している。

回転テーブル2は、中心部にて円筒形状のコア部21に固定され、コア部21は、鉛直方向に伸びる回転軸22の上端に固定されている。回転軸22は真空容器1の底部14を貫通し、下端が回転軸22を鉛直軸回りに回転させる駆動部23に取り付けられている。回転軸22及び駆動部23は、上面が開口した筒状のケース体20内に収納されている。ケース体20はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器1の底部14の下面に気密に取り付けられており、ケース体20の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。

回転テーブル2の上面には、回転方向(周方向)に沿って複数(図示の例では5枚)のウエハWを載置可能な円形状の凹部24(図3)が設けられている。なお、図3には、便宜上、1個の凹部24だけにウエハWを示す。凹部24は、ウエハWの直径よりも僅かに例えば4mm大きい内径と、ウエハWの厚さにほぼ等しい深さとを有している。したがって、ウエハWが凹部24に収容されると、ウエハWの表面と回転テーブル2の上面(ウエハWが載置されない領域)とが同じ高さになる。凹部24の底面には、ウエハWの裏面を支えてウエハWを昇降させるための例えば3本の昇降ピンが貫通する貫通孔(いずれも図示せず)が形成されている。

回転テーブル2の上方には、それぞれ例えば石英からなる反応ガスノズル31、反応ガスノズル32、反応ガスノズル33及び分離ガスノズル41、42が真空容器1の周方向(図3の矢印Aで示す方向)に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口15から時計回り(回転テーブル2の回転方向)に、反応ガスノズル33、分離ガスノズル41、反応ガスノズル31、分離ガスノズル42及び反応ガスノズル32がこの順番で配列されている。反応ガスノズル31、32、33は、それぞれの基端部であるガス導入ポート31a、32a、33a(図3)を容器本体12の外周壁に固定することで、真空容器1の外周壁から真空容器1内に導入されている。そして、反応ガスノズル31、32、33は、容器本体12の半径方向に沿って回転テーブル2に対して水平に伸びるように取り付けられている。また、分離ガスノズル41、42は、それぞれの基端部であるガス導入ポート41a、42a(図3)を容器本体12の外周壁に固定することにより、真空容器1の外周壁から真空容器1内に導入されている。そして、分離ガスノズル41、42は、容器本体12の半径方向に沿って回転テーブル2に対して水平に伸びるように取り付けられている。

本実施形態においては、反応ガスノズル31は、配管110及び流量制御器120等を介して、第1の反応ガス供給源130に接続されている。反応ガスノズル32は、配管111及び流量制御器121等を介して、第2の反応ガス供給源131に接続されている。更に、反応ガスノズル33は、配管112及び流量制御器122等を介して、第3の反応ガス供給源132に接続されている。分離ガスノズル41、42は、いずれも不図示の配管及び流量制御器等を介して、分離ガスの供給源(図示せず)に接続されている。分離ガスとしては、ヘリウム(He)ガスやアルゴン(Ar)ガス等の希ガス、窒素(N₂)ガス等の不活性ガスを用いることができる。本実施形態では、N₂ガスを用いる場合を例に挙げて説明する。

反応ガスノズル31、32、33には、回転テーブル2に向かって開口する複数のガス吐出孔35が、反応ガスノズル31、32、33の長さ方向に沿って、例えば10mmの間隔で配列されている。これにより、反応ガスノズル31、32、33から第1の反応ガス、第2の反応ガス、第3の反応ガスを回転テーブル2の上面に供給可能となっている。

反応ガスノズル31の下方領域は、第1の反応ガスをウエハWに吸着させるための第1の処理領域P1となる。反応ガスノズル32の下方領域は、第1の処理領域P1においてウエハWに吸着した第1の反応ガスと反応する第2の反応ガスを供給し、反応生成物の分子層を生成する第2の処理領域P2となる。なお、反応生成物の分子層が、成膜される膜を構成する。反応ガスノズル33の下方領域は、第2の処理領域P2において生成した反応生成物(膜)に第3の反応ガスを供給し、反応生成物を改質する第3の処理領域P3となる。

第3の処理領域P3の上方には、プラズマ発生装置80が設けられている。図3において、プラズマ発生装置80は、破線で簡略化して示されている。プラズマ発生装置80の詳細については後述する。

なお、第1の反応ガスは、種々のガスであってよいが、成膜される膜の原料となる原料ガスが選択される。例えば、シリコン酸化膜(SiO₂膜)を成膜する場合には、例えば有機アミノシラン等のシリコン含有ガスが選択される。例えば、金属酸化膜を成膜する場合には、金属酸化膜の金属元素を含む反応ガスが選択される。例えば、金属酸化膜の一種である酸化チタン膜(TiO₂膜)を成膜する場合には、チタン(Ti)を含むTiCl₄等のガスが選択される。

また、第2の反応ガスには、第1の反応ガスと反応して反応生成物を生成し得る反応ガスであれば、種々の反応ガスを用いることができる。例えば、SiO₂膜、金属酸化膜等の酸化膜を成膜する場合には酸化ガスが選択される。例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)、金属窒化膜等の窒化膜を成膜する場合には窒化ガスが選択される。例えば、SiO₂膜を成膜する場合にはO₃等のガスが選択され、TiO₂膜を成膜する場合にはH₂O、H₂O₂等のガスが選択され、SiN膜、TiN膜を成膜する場合にはNH₃等のガスが選択される。

また、第3の反応ガスには、第1の反応ガスと第2の反応ガスとが反応して生成される反応生成物内の元素を再配列させ、反応生成物による膜を緻密化(高密度化)させることが可能な種々の改質ガスを用いることができる。例えば、SiO₂膜を成膜する場合には、Arガスや、ArガスとO₂ガスとの混合ガスが選択される。

図2及び図3を参照すると、真空容器1内には2つの凸状部4が設けられている。凸状部4は、分離ガスノズル41、42と共に分離領域D1、D2(図3)を構成するため、回転テーブル2に向かって突出するように天板11の裏面に取り付けられている。また、凸状部4は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部5に連結し、外円弧が、真空容器1の容器本体12の内周面に沿うように配置されている。

図4は、図1のプラズマ処理装置の回転テーブルの同心円に沿った真空容器の概略断面図である。図5は、図1のプラズマ処理装置の別の概略断面図である。

図4に示されるように、天板11の裏面に凸状部4が取り付けられているため、真空容器1内には、凸状部4の下面である平坦な低い天井面44と、天井面44の周方向両側に位置する、天井面44よりも高い天井面45とが存在する。天井面44は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部4には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部43が形成され、分離ガスノズル42が溝部43内に収容されている。もう一つの凸状部4にも同様に溝部43が形成され、溝部43に分離ガスノズル41が収容されている。また、高い天井面45の下方の空間に反応ガスノズル31、32がそれぞれ設けられている。反応ガスノズル31、32は、天井面45から離間してウエハWの近傍に設けられている。なお、高い天井面45の下方の右側の空間481に反応ガスノズル31が設けられ、高い天井面45の下方の左側の空間482に反応ガスノズル32が設けられる。反応ガスノズル31、32、33には、回転テーブル2に向かって開口する複数のガス吐出孔35が、反応ガスノズル31、32の長さ方向に沿って、例えば10mmの間隔で配列されている。

また、凸状部4の溝部43に収容される分離ガスノズル41、42には、回転テーブル2に向かって開口する複数のガス吐出孔42hが、分離ガスノズル41、42の長さ方向に沿って、例えば10mmの間隔で配列されている。

天井面44は、狭隘な空間である分離空間Hを回転テーブル2に対して形成している。分離ガスノズル42のガス吐出孔42hからN₂ガスが供給されると、N₂ガスは、分離空間Hを通して空間481及び空間482へ向かって流れる。このとき、分離空間Hの容積は空間481及び482の容積よりも小さいため、N₂ガスにより分離空間Hの圧力を空間481及び482の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間481及び482の間に圧力の高い分離空間Hが形成される。また、分離空間Hから空間481及び482へ流れ出るN₂ガスが、第1の処理領域P1からの第1の反応ガスと、第2の処理領域P2からの第2の反応ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第1の処理領域P1からの第1の反応ガスと、第2の処理領域P2からの第2の反応ガスとが分離空間Hにより分離される。よって、真空容器1内において第1の反応ガスと第2の反応ガスとが混合し、反応することが抑制される。

なお、回転テーブル2の上面に対する天井面44の高さh1は、成膜時の真空容器1内の圧力、回転テーブル2の回転速度、供給する分離ガス(N₂ガス)の供給量などを考慮し、分離空間Hの圧力を空間481及び482の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。

一方、天板11の下面には、回転テーブル2を固定するコア部21の外周を囲む突出部5(図2及び図3)が設けられている。突出部5は、本実施形態においては、凸状部4における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面44と同じ高さに形成されている。

先に参照した図1は、図3のI−I'線に沿った断面図であり、天井面45が設けられている領域を示している。一方、図5は、天井面44が設けられている領域を示す断面図である。図5に示されるように、扇型の凸状部4の周縁部(真空容器1の外縁側の部位)には、回転テーブル2の外端面に対向するようにL字型に屈曲する屈曲部46が形成されている。屈曲部46は、凸状部4と同様に、分離領域Dの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。扇型の凸状部4は天板11に設けられ、天板11が容器本体12から取り外せるようになっていることから、屈曲部46の外周面と容器本体12との間には僅かに隙間がある。屈曲部46の内周面と回転テーブル2の外端面との隙間及び屈曲部46の外周面と容器本体12との隙間は、例えば回転テーブル2の上面に対する天井面44の高さと同様の寸法に設定されている。

容器本体12の内周壁は、分離領域Dにおいては、図5に示されるように屈曲部46の外周面と接近して垂直面に形成されている。これに対し、容器本体12の内周壁は、分離領域D以外の部位においては、図1に示されるように、例えば回転テーブル2の外端面と対向する部位から底部14に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域Eと記す。具体的には、第1の処理領域P1に連通する排気領域を第1の排気領域E1と記し、第2及び第3の処理領域P2、P3に連通する領域を第2の排気領域E2と記す。第1の排気領域E1及び第2の排気領域E2の底部には、図1から図3に示されるように、それぞれ、第1の排気口610及び第2の排気口620が形成されている。第1の排気口610及び第2の排気口620は、図1に示されるように、それぞれ排気管630を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ640に接続されている。また、真空ポンプ640と排気管630との間に、圧力制御器650が設けられる。

なお、図2及び図3に示されるように、第2の処理領域P2と第3の処理領域P3との間に分離空間Hは設けられていないが、図3においては、プラズマ発生装置80として示された領域に、回転テーブル2上の空間を仕切る筐体が設けられる。筐体は、プラズマ発生装置80の搭載領域ともなる。なお、この点の詳細については後述する。

回転テーブル2と真空容器1の底部14との間の空間には、図1及び図5に示されるように、加熱手段であるヒータユニット7が設けられ、回転テーブル2を介して回転テーブル2上のウエハWが、プロセスレシピで決められた温度に加熱される。回転テーブル2の周縁付近の下方側には、リング状のカバー部材71が設けられている(図5)。これにより、回転テーブル2の上方空間から第1の排気領域E1、第2の排気領域E2に至るまでの雰囲気とヒータユニット7が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル2の下方領域へのガスの侵入を抑制できる。カバー部材71は、回転テーブル2の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材71aと、内側部材71aと真空容器1の内壁面との間に設けられた外側部材71bとを備えている。外側部材71bは、分離領域Dにおいて凸状部4の外縁部に形成された屈曲部46の下方にて、屈曲部46と近接して設けられている。内側部材71aは、回転テーブル2の外縁部下方(及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方)において、ヒータユニット7を全周に亘って取り囲んでいる。

ヒータユニット7が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部14は、回転テーブル2の下面の中心部付近におけるコア部21に接近するように上方側に突出して突出部12aをなしている。突出部12aとコア部21との間は狭い空間になっており、また底部14を貫通する回転軸22の貫通穴の内周面と回転軸22との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体20に連通している。そして、ケース体20にはパージガスであるN₂ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管72が設けられている。また、真空容器1の底部14には、ヒータユニット7の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット7の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管73が設けられている(図5には一つのパージガス供給管73を示す)。また、ヒータユニット7と回転テーブル2との間には、ヒータユニット7が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材71bの内周壁(内側部材71aの上面)から突出部12aの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材7aが設けられている。蓋部材7aは、例えば石英で作製することができる。

また、真空容器1の天板11の中心部には分離ガス供給管51が接続されていて、天板11とコア部21との間の空間52に分離ガスであるN₂ガスを供給するように構成されている。空間52に供給された分離ガスは、突出部5と回転テーブル2との狭い隙間50を介して回転テーブル2のウエハ載置領域の側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。隙間50は、分離ガスにより空間481及び空間482よりも高い圧力に維持され得る。したがって、隙間50により、第1の処理領域P1に供給される第1の反応ガスと第2の処理領域P2に供給される第2の反応ガスとが、中心領域Cを通って混合することが抑制される。すなわち、隙間50(又は中心領域C)は分離空間H(又は分離領域D)と同様に機能することができる。

さらに、真空容器1の側壁には、図2及び図3に示されるように、外部の搬送アーム10と回転テーブル2との間でウエハWの受け渡しを行うための搬送口15が形成されている。搬送口15は、図示しないゲートバルブにより開閉される。また、回転テーブル2におけるウエハ載置領域である凹部24は、搬送口15と対向する位置にて搬送アーム10との間でウエハWの受け渡しが行われる。このため、回転テーブル2の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部24を貫通してウエハWを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構(いずれも図示せず)が設けられている。

次に、プラズマ発生装置80について説明する。図6は、図1のプラズマ処理装置に設けられるプラズマ発生装置を示す概略断面図である。

図6に示されるように、プラズマ発生装置80は、高周波透過性の材料により形成され、上面から窪んだ凹部を有し、フレーム部材81と、ファラデー遮蔽板82と、絶縁板83と、アンテナ84とを備える。フレーム部材81は、天板11に形成された開口部11aに嵌め込まれている。ファラデー遮蔽板82は、フレーム部材81の凹部内に収容され、上部が開口した略箱状の形状を有する。絶縁板83は、ファラデー遮蔽板82の底面上に配置されている。アンテナ84は、絶縁板83の上方に支持され、略八角形の上面形状を有するコイル状に形成されている。

フレーム部材81の下面は、真空容器1内の回転テーブル2に対向しており、下面の外周には全周に亘って下方に(回転テーブル2に向かって)突起する突起部81aが設けられている。突起部81aの下面は、回転テーブル2の上面に近接しており、突起部81aと、回転テーブル2の上面と、フレーム部材81の下面とにより回転テーブル2の上方に空間(以下、第3の処理領域P3)が画成されている。なお、突起部81aの下面と回転テーブル2の上面との間隔は、分離空間H(図5)における天井面44の回転テーブル2の上面に対する高さh1とほぼ同じであってよい。

また、第3の処理領域P3には、図示は省略するが、突起部81aを貫通した反応ガスノズル33が延びている。反応ガスノズル33には、図3に示されるように、第3の反応ガスが充填される第3の反応ガス供給源132が、流量制御器122を介して配管112により接続されている。流量制御器122により流量の制御された第3の反応ガスが、第3の処理領域P3に供給される。

ファラデー遮蔽板82は、金属等の導電性材料により形成され、図示は省略するが接地されている。ファラデー遮蔽板82の底部には、図示しない複数のスリットが形成されており、各スリットは、略八角形の平面形状を有するアンテナ84の対応する辺とほぼ直交するように延びている。

絶縁板83は、例えば石英ガラスにより作製され、ファラデー遮蔽板82の底面よりも僅かに小さい大きさを有し、ファラデー遮蔽板82の底面に載置される。絶縁板83は、ファラデー遮蔽板82とアンテナ84とを絶縁する一方、アンテナ84から放射される高周波を下方へ透過させる。

アンテナ84は、平面形状が略八角形となるように銅製の中空管を例えば3重に巻き回すことによりコイル状に形成される。中空管の内部には、冷却水が流通可能となっている。そして、中空管の内部に冷却水を循環させることにより、アンテナ84へ供給される高周波によりアンテナ84が高温に加熱されるのを防止できる。また、アンテナ84には、L字部84aが設けられている。

L字部84aの先端には、中空管の内部に冷却水を供給するための冷却水供給管86が接続されている。また、冷却水供給管86の流路には、冷却水供給管86の内部を流通する冷却水の導電率を測定する導電率計87が設けられている。導電率計87は、制御装置100に接続されている。

また、L字部84aには、L字部84b、マッチングボックス88及び同軸ケーブル89を介して高周波電源90が接続されている。高周波電源90は、例えば13.56MHzの周波数を有する高周波を発生することができる。高周波電源90は、制御装置100に接続されている。

このような構成を有するプラズマ発生装置80によれば、マッチングボックス88を介して高周波電源90からアンテナ84に高周波電力を供給すると、アンテナ84により電磁界が発生する。電磁界のうちの電界成分は、ファラデー遮蔽板82により遮蔽されるため、下方へ伝播することはできない。一方、磁界成分はファラデー遮蔽板82の複数のスリットを通して第3の処理領域P3内へ伝播する。磁界成分により、反応ガスノズル33から所定の流量比で第3の処理領域P3に供給される第3の反応ガスが活性化される。

また、本実施形態によるプラズマ処理装置には、図1、図3及び図6に示されるように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御装置100が設けられている。制御装置100のメモリ内には、制御装置100の制御の下に、後述するプラズマ発生装置80の制御方法をプラズマ発生装置80に実施させるプログラムが格納されている。プログラムはプラズマ発生装置80の制御方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスク等の媒体に記憶されている。媒体に記憶されたプログラムは、所定の読み取り装置により制御装置100へ読み込まれ、制御装置100内にインストールされる。

また、制御装置100は、導電率計87により測定される冷却水の導電率に基づいて、高周波電源90の出力を制御する。具体的には、制御装置100は、導電率計87により測定される冷却水の導電率が所定値よりも大きい場合、高周波電源90の出力が大きくなるように制御する。これに対し、制御装置100は、導電率計87により測定される冷却水の導電率が所定値よりも小さい場合、高周波電源90の出力が小さくなるように制御する。これにより、中空管の内部に循環させる冷却水の導電率が変動した場合であっても、冷却水の導電率の変化に追従して高周波電源90の出力を制御できる。このため、冷却水の導電率の変動によるプラズマ状態の変化を抑制することができる。その結果、真空容器1の内部において行われる成膜やエッチング等の処理の安定性が向上する。

次に、制御装置100の機能構成の一例について説明する。図7は、図1のプラズマ処理装置の制御装置の機能構成図である。

図7に示されるように、制御装置100は、導電率取得部101と、判定部102と、記憶部103と、警報制御部104と、演算部105と、電源制御部106とを有し、これらの機能は、例えばマイクロコンピュータ等のCPUにより実現される。

導電率取得部101は、導電率計87が測定した冷却水の導電率を取得する。

判定部102は、導電率取得部101が取得した冷却水の導電率が安全範囲内に含まれているか否かを判定する。安全範囲は、予め記憶部103に記憶されており、予備実験等により定めることができ、例えば2mS/m(ミリジーメンス毎メートル)〜15mS/mとすることができる。また、判定部102は、冷却水の導電率が基準値よりも大きいか否かを判定すると共に、冷却水の導電率が基準値よりも小さいか否かを判定する。基準値は、予め記憶部103に記憶されており、安全範囲内に含まれる所定の値とすることができる。

記憶部103は、各種の判定に用いられる値、例えば安全範囲、基準値を記憶する。

警報制御部104は、判定部102の判定結果に基づいて、警報器が警報音を発するように警報器の動作を制御する。

演算部105は、導電率取得部101が取得した冷却水の導電率に基づいて、高周波電源90からアンテナ84に出力する電力値を算出する。

電源制御部106は、高周波電源90の動作を制御する。

(プラズマ発生装置の制御方法) 次に、本発明の実施形態に係るプラズマ発生装置の制御方法について説明する。図8は、本発明の実施形態に係るプラズマ発生装置の制御方法を示すフローチャートである。図9は、高周波電源の出力と冷却水の導電率と膜厚との関係の一例を示す図である。

まず、導電率取得部101は、導電率計87が測定した冷却水の導電率を取得する(ステップS1)。

続いて、判定部102は、導電率取得部101がステップS1において取得した冷却水の導電率が安全範囲内に含まれているか否かを判定する(ステップS2)。

ステップS2において、判定部102が冷却水の導電率が安全範囲内に含まれていないと判定した場合、警報制御部104は、図示しない警報器が警報音を発するように警報器の動作を制御し(ステップS3)、終了する。また、警報制御部104は、図示しない表示器が異常情報を表示するように制御してもよく、処理中のプラズマ処理の停止、又は、次以降のウエハWに対するプラズマ処理を停止するようにプラズマ処理装置の各部を制御してもよい。

ステップS2において、判定部102が冷却水の導電率が安全範囲内に含まれている判定した場合、判定部102は、冷却水の導電率が基準値よりも大きいか否かを判定する(ステップS4)。

ステップS4において、判定部102が冷却水の導電率が基準値よりも大きいと判定した場合、演算部105は、導電率取得部101がステップS1において取得した冷却水の導電率に基づいて、高周波電源90からアンテナ84に出力する電力値を算出する(ステップS5)。そして、電源制御部106は、ステップS5において算出された電力を出力するように高周波電源90を制御し(ステップS6)、ステップS1へ戻る。具体的には、演算部105は、下記の数式(1)により、高周波電源90からアンテナ84に出力する電力値を算出し、算出された電力値(計算電力値)を出力するように高周波電源90の動作を制御する。

計算電力値=設定電力値+α×|導電率−基準値| (1) なお、設定電力値はオペレータ等がレシピ等として入力する電力値である。また、αは例えば図9に示されるように、高周波電源90の出力と冷却水の導電率と膜厚との関係を示すグラフから算出される係数である。また、|導電率−基準値|は、導電率計により測定された冷却水の導電率と基準値との差の絶対値である。図9において、横軸は高周波電源90からアンテナ84に出力する電力値(RF power)を示し、縦軸は膜厚を示している。また、図9において、導電率が基準値である場合を実線で示し、導電率が基準値よりも大きい場合を破線で示し、導電率が基準値よりも小さい場合を一点鎖線で示している。このとき、αは下記の数式(2)により算出される。

α=(P1−P0)/(σ1−σ0) (2) なお、σ0は基準値の導電率を示し、σ1は導電率計87により測定された導電率を示している。また、P0は導電率がσ0であるときに設定膜厚が得られる電力値であり、P1は導電率がσ1であるときに設定膜厚が得られる電力値である。

ステップS4において、判定部102が冷却水の導電率が基準値以下であると判定した場合、判定部102は、冷却水の導電率が基準値よりも小さいか否かを判定する(ステップS7)。

ステップS7において、判定部102が冷却水の導電率が基準値よりも小さいと判定した場合、演算部105は、導電率取得部101がステップS1において取得した冷却水の導電率に基づいて、高周波電源90からアンテナ84に出力する電力値を算出する(ステップS8)。そして、電源制御部106は、ステップS8において算出された電力を出力するように高周波電源90を制御し(ステップS6)、ステップS1へ戻る。具体的には、演算部105は、下記の数式(3)により、高周波電源90からアンテナ84に出力する電力値を算出し、算出された電力値(計算電力値)を出力するように高周波電源90の動作を制御する。

計算電力値=設定電力値−α×|導電率−基準値| (3) なお、設定電力値はオペレータ等がレシピ等として入力する電力値である。また、αは例えば図9に示されるように、高周波電源90の出力と冷却水の導電率と膜厚との関係を示すグラフから算出される係数である。また、|導電率−基準値|は、導電率計により測定された冷却水の導電率と基準値との差の絶対値である。

ステップS7において、判定部102が冷却水の導電率が基準値よりも小さくない、即ち、基準値と等しい導電率であると判定した場合、電源制御部106は、設定電力値を出力するように高周波電源90を制御し(ステップS9)、ステップS1へ戻る。

このように、本発明の実施形態に係るプラズマ発生装置の制御方法では、アンテナ84の中空管の内部の冷却水の導電率を測定し、測定した冷却水の導電率に基づいて、高周波電源90の動作を制御する。これにより、中空管の内部に循環させる冷却水の導電率が変動した場合であっても、冷却水の導電率の変化に追従して高周波電源90の出力を制御できる。このため、冷却水の導電率の変動によるプラズマ状態の変化を抑制することができる。その結果、真空容器1の内部において行われる成膜やエッチング等の処理の安定性が向上する。

なお、上記の実施形態において、第3の反応ガスは処理ガスの一例であり、反応ガスノズル33は処理ガス供給部の一例である。また、回転テーブル2は載置部の一例であり、アンテナ84はプラズマ生成用電極の一例である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

上記の実施形態では、回転テーブル2の上に載置された複数枚のウエハWに対して一括してプラズマ処理を行うセミバッチ式のプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えば枚葉式のプラズマ処理装置に適用することも可能である。

1 真空容器 2 回転テーブル 33 反応ガスノズル 80 プラズマ発生装置 84 アンテナ 87 導電率計 90 高周波電源 100 制御装置 101 導電率取得部 102 判定部 103 記憶部 104 警報制御部 105 演算部 106 電源制御部