(57)【要約】【課題】高周波電力の反射波を低減して電力ロスを削減する。【解決手段】処理室内の支持台に載置された第１の電極又は前記第１の電極に対向する第２の電極に高周波電力を印加し、ガスをプラズマ化して基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置における整合方法であって、前記高周波電力を第１整合器又は第２整合器を介して前記第１の電極又は前記第２の電極に印加する工程と、パルス制御された直流電圧を前記第１の電極又は前記第２の電極に印加する工程と、前記直流電圧が第１の状態のときに前記高周波電力のインピーダンス整合を前記第１整合器又は前記第２整合器の一方で行うように切り替え、前記直流電圧が前記第１の状態と異なる第２の状態のときに前記高周波電力のインピーダンス整合を前記第１整合器又は前記第２整合器の他方で行うように切り替える工程と、を含む整合方法が提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内の支持台に載置された第１の電極又は前記第１の電極に対向する第２の電極に高周波電力を印加し、ガスをプラズマ化して基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置における整合方法であって、
前記高周波電力を第１整合器又は第２整合器を介して前記第１の電極又は前記第２の電極に印加する工程と、
パルス制御された直流電圧を前記第１の電極又は前記第２の電極に印加する工程と、
前記直流電圧が第１の状態のときに前記高周波電力のインピーダンス整合を前記第１整合器又は前記第２整合器の一方で行うように切り替え、前記直流電圧が前記第１の状態と異なる第２の状態のときに前記高周波電力のインピーダンス整合を前記第１整合器又は前記第２整合器の他方で行うように切り替える工程と、
を含む整合方法。
【請求項２】
前記切り替える工程は、
前記直流電圧のパルスのデューティー比が５０％よりも大きいとき、前記直流電圧が前記第１の状態のときに前記第１整合器に切り替え、前記直流電圧が前記第２の状態のときに前記第２整合器に切り替え、
前記直流電圧のパルスのデューティー比が５０％よりも小さいとき、前記直流電圧が前記第１の状態のときに前記第２整合器に切り替え、前記直流電圧が前記第２の状態のときに前記第１整合器に切り替える、
請求項１に記載の整合方法。
【請求項３】
前記第１の状態と前記第２の状態とは、前記直流電圧の大きさが異なる、
請求項１又は２に記載の整合方法。
【請求項４】
前記第１の状態は、前記直流電圧がオンのときであり、
前記第２の状態は、前記直流電圧がオフのときである、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の整合方法。
【請求項５】
前記印加する工程は、
前記高周波電力を前記第１整合器、前記第２整合器又は第３整合器を介して前記第１の電極に印加し、
前記切り替える工程は、
前記直流電圧が前記第１の状態及び前記第２の状態と異なる第３の状態のときに前記高周波電力のインピーダンス整合を前記第３整合器で行うように切り替える、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の整合方法。
【請求項６】
前記直流電圧が前記第１の状態と前記第２の状態と前記第３の状態とは、前記直流電圧の大きさが異なる、
請求項５に記載の整合方法。
【請求項７】
前記第１の状態は、前記直流電圧がオンのときであり、
前記第２の状態は、前記直流電圧がオフのときである、
前記第３の状態は、前記直流電圧がオンとオフとの間の大きさである、
請求項５又は６に記載の整合方法。
【請求項８】
前記第１整合器と前記第２整合器とは、固定コンデンサと可変コンデンサとをそれぞれ有し、
前記第１整合器の固定コンデンサの容量と、前記第２整合器の固定コンデンサの容量とは異なる、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の整合方法。
【請求項９】
前記パルス制御された直流電圧を印加する工程は、パルス制御された直流電圧を前記第１の電極に印加する、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の整合方法。
【請求項１０】
処理室内の支持台に載置された第１の電極と前記第１の電極に対向する第２の電極と制御部とを有し、前記第１の電極又は前記第２の電極に高周波電力を印加し、ガスをプラズマ化して基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、
前記高周波電力を第１整合器又は第２整合器を介して前記第１の電極又は前記第２の電極に印加する工程と、
パルス制御された直流電圧を前記第１の電極又は前記第２の電極に印加する工程と、
前記直流電圧が第１の状態のときに前記高周波電力のインピーダンス整合を前記第１整合器又は前記第２整合器の一方で行うように切り替え、前記直流電圧が前記第１の状態と異なる第２の状態のときに前記高周波電力のインピーダンス整合を前記第１整合器又は前記第２整合器の他方で行うように切り替える工程と、を制御する、
プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記パルス制御された直流電圧を印加する工程は、パルス制御された直流電圧を前記第１の電極に印加する、
請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、整合方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数の異なる高周波を重畳して電極に印加し、ガスをプラズマ化して基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている。また、高周波にパルス化された直流電圧を重畳して電極に印加し、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、高周波電力と負のパルスの直流電圧とを重畳して印加し、高周波電力のオン・オフのタイミングに応じて直流電圧の印加が間欠的に行われるように制御するプラズマ処理装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８７９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パルス化された直流電圧を高周波電力に重畳したプラズマ処理装置において、直流電圧のオン時の状態とオフ時の状態とを同時に整合させる点がない。このため、パルス化された直流電圧のオン・オフのいずれか一方で高周波電力の反射波が大きくなる場合がある。
【０００６】
本開示は、高周波電力の反射波を低減して電力ロスを削減することを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一の態様によれば、処理室内の支持台に載置された第１の電極又は前記第１の電極に対向する第２の電極に高周波電力を印加し、ガスをプラズマ化して基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置における整合方法であって、前記高周波電力を第１整合器又は第２整合器を介して前記第１の電極又は前記第２の電極に印加する工程と、パルス制御された直流電圧を前記第１の電極又は前記第２の電極に印加する工程と、前記直流電圧が第１の状態のときに前記高周波電力のインピーダンス整合を前記第１整合器又は前記第２整合器の一方で行うように切り替え、前記直流電圧が前記第１の状態と異なる第２の状態のときに前記高周波電力のインピーダンス整合を前記第１整合器又は前記第２整合器の他方で行うように切り替える工程と、を含む整合方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
一の側面によれば、高周波電力の反射波を低減して電力ロスを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。
【図２】一実施形態に係るＲＦにパルスＤＣを重畳したときのＲＦ反射波の一例を示す図。
【図３】一実施形態に係る第１整合器及び第２整合器と切替回路を示す図。
【図４】一実施形態に係る第１整合器及び第２整合器の切り替えの状態の一例を示す図。
【図５】一実施形態の変形例に係る第１〜第３整合器と切替回路を示す図。
【図６】一実施形態の変形例に係るＲＦにパルスＤＣを重畳したときのＲＦ反射波の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１１】
［プラズマ処理装置］
一実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す断面模式図である。
【００１２】
プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備える。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供する。チャンバ１０はチャンバ本体１２を含む。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有する。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成される。チャンバ本体１２の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。当該膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどのセラミックであってよい。
【００１３】
チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、通路１２ｐを通して内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送される。通路１２ｐは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられるゲートバルブ１２ｇにより開閉される。
【００１４】
チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成される。支持部１３は、略円筒形状を有する。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、上部に支持台１４を有する。支持台１４は、内部空間１０ｓの中において、基板Ｗを支持するように構成されている。
【００１５】
支持台１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有する。支持台１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、アルミニウムなどの導体から形成され、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムなどの導体から形成されて、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。
【００１６】
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面に基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有し、誘電体から形成される。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの直流電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間に静電引力が発生する。その静電引力により、基板Ｗが静電チャック２０に保持される。
【００１７】
下部電極１８の周縁部上には、基板Ｗのエッジを囲むように、エッジリング２５が配置される。エッジリング２５はフォーカスリングとも呼ばれる。エッジリング２５は、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させる。エッジリング２５は、シリコン、炭化シリコン又は石英などから形成され得る。
【００１８】
下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１０の外部に設けられているチラーユニット（図示しない）から配管２２ａを介して温度調整用の熱交換媒体（冷媒、熱媒体）が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニットに戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。
【００１９】
プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２４は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。
【００２０】
プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備える。上部電極３０は、支持台１４の上方に設けられている。上部電極３０は、絶縁性を有する材料から形成される部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。
【００２１】
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成する。天板３４は、発生するジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３４は、天板３４をその板厚方向に貫通する複数のガス吐出孔３４ａを有する。
【００２２】
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムなどの導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６は、ガス拡散室３６ａから下方に延びる複数のガス孔３６ｂを有する。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス拡散室３６ａに接続するガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
【００２３】
ガス供給管３８には、バルブ群４２、流量制御器群４４、及びガスソース群４０が順に接続されている。バルブ群４２、流量制御器群４４、及びガスソース群４０は、ガス供給部を構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含む。バルブ群４２は、複数の開閉バルブを含む。流量制御器群４４は、複数の流量制御器を含む。流量制御器群４４の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４２の対応の開閉バルブ、及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。
【００２４】
プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面及び支持部１３の外周に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２に反応副生物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムなどのセラミックから形成され得る。
【００２５】
支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜（酸化イットリウムなどの膜）を形成することにより構成される。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを含む。
【００２６】
プラズマ処理装置１は、第１高周波電源６２を備えている。第１高周波電源６２は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば１２．８８ＭＨｚ〜１６０ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１高周波電源６２は、第１整合器６４又は第２整合器６５を介して電極プレート１６から下部電極１８に接続されている。第１整合器６４及び第２整合器６５は、第１高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。
【００２７】
プラズマ処理装置１は、第１ＤＣ電源６６を備えている。第１ＤＣ電源６６は、切替回路６３に接続されている。第１ＤＣ電源６６は、内部空間１０ｓ内に存在する正イオンをウェハＷに引き込むためのパルス化された直流電圧（以下、「パルスＤＣ」ともいう。）を下部電極１８に印加する。
【００２８】
切替回路６３は、第１高周波電源６２に接続され、第１の高周波電力を入力する。また、切替回路６３は、第１ＤＣ電源６６に接続され、第１ＤＣ電源６６からパルスＤＣのオン・オフに対応する制御信号を受け取る。切替回路６３は、第１ＤＣ電源６６からのパルスＤＣの出力の時間軸に対応できれば良いので、別途同様の同期された信号の出力ができる図示しないパルスジェネレーターから同様の制御信号を受け取っても良い。
【００２９】
第１整合器６４及び第２整合器６５は、切替回路６３に接続される。切替回路６３は、放電で使用される電流電圧を例えばマイクロ秒のオーダーで高速に切り替えられる能力を有するスイッチング機を有する。制御信号を受け取った切替回路６３は、スイッチング機を用いてパルスＤＣのオン時には第１整合器６４を使用するように、また、パルスＤＣのオフ時には第２整合器６５を使用するように回路をマイクロ秒のオーダーで高速に切り替える。第１整合器６４及び第２整合器６５のそれぞれは、使用（接続）時に高周波電力の反射波が小さくなるように予め静電容量を合わせ込んでおくとよい。
【００３０】
第１高周波電源６２は、一例のプラズマ生成部を構成している。ＤＣ電源７０から上部電極３０にパルスＤＣを印加してもよい。ＤＣ電源７０は内部空間１０ｓ内に存在する正イオンを天板３４に引き込むための電圧を上部電極３０に印加する。
【００３１】
第１高周波電源６２は、第１整合器６４及び第２整合器６５を介して上部電極３０に接続されていてもよい。この場合にも切替回路６３により第１整合器６４と第２整合器６５との接続の切り替えがマイクロ秒のオーダーで高速に行われる。また、この場合、切替回路６３に入力される切り替えのための制御信号は、ＤＣ電源７０のパルスＤＣであってもよく、第１ＤＣ電源６６のパルスＤＣであってもよい。
【００３２】
第２高周波電源が配置されてもよい。第２高周波電源は、第２高周波電力を発生する電源である。第２高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス電圧用の高周波電力として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば８０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１高周波電源６２と共に第２高周波電源が用いられる場合、第２高周波電源は、整合器及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器は、第２高周波電源の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。
【００３３】
第１の高周波電力又は第２の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。第２の高周波電力を用いてプラズマを生成する場合には、第２の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きな周波数、例えば４０ＭＨｚであってもよい。このとき、第２高周波電源は一例のプラズマ生成部を構成し、切替回路６３に接続され、切替回路６３により第１整合器６４と第２整合器６５との接続が高速に切り替えられる。
【００３４】
プラズマ処理装置１においてガスが、ガス供給部から内部空間１０ｓに供給されて、プラズマを生成する。また、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給されることにより、上部電極３０と下部電極１８との間で高周波電界が生成される。生成された高周波電界がプラズマを生成する。
【００３５】
プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、プロセッサによって実行される。プロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御する。
【００３６】
［ＲＦの反射波］
以下、第１の高周波電力をＲＦと表記し、第１の高周波電力の反射波をＲＦの反射波と表記して説明を行う。ＲＦにパルスＤＣを重畳して下部電極１８に印加すると、パルスＤＣのデューティー比によってＲＦの反射波の大きさが変わる現象が生じる。
【００３７】
一般に、ＲＦの反射波は、整合器の整合ポイントを適正な位置（周期）へずらずことで低減できる。ところが、ＲＦにパルスＤＣを重畳する場合、パルスＤＣのオン時の状態とオフ時の状態とを同時にインピーダンス整合する整合ポイントがないため、入射波に対して１０〜２０％程度の反射波が生じる。
【００３８】
これに対して、一つの整合器においてパルスＤＣのオン時にインピーダンス整合を取り、オフ時に再び整合を取る方法では、マイクロ秒以下の速度で整合器の可変コンデンサを駆動させる必要がある。しかしながら、整合器の可変コンデンサの駆動は、機械動作でありマイクロ秒以下の速度に追随できず、実現は困難である。このようにして生じるＲＦの反射波は、電力ロスとなるばかりでなく、プラズマ処理装置１においてウェハＷに施されるエッチングや成膜等のプラズマ処理の効率を高められない要因にもなる。
【００３９】
図２に、一実施形態に係るＲＦにパルスＤＣを重畳したときのＲＦの反射波パワーの一例を示す。図２の例では、４０ＭＨｚのＲＦを５００Ｗのパワーで供給し、２００ｋＨｚでパルス化されたＤＣ（パルスＤＣ）を１０００Ｖの電圧でＲＦに重畳して下部電極１８に印加した。このとき、ＲＦにより下部電極１８と上部電極３０との間でグロー放電が生じ、プラズマが生成される。その際ＲＦの一部はプラズマの生成に使用されず、下部電極１８側から第１高周波電源６２に向けて反射する。図２の波形は、このときの下部電極１８から戻ってくるＲＦの反射波パワーを捉えたものである。ＲＦの反射波はプラズマの生成に使用されないため、ＲＦの反射波パワーが多い程電力ロスが大きくなるばかりでなく、第１高周波電源６２を故障させる原因にもなる。
【００４０】
図２（ａ）は、パルスＤＣのデューティー比が３５％の場合、つまり、パルスＤＣのオンの時間がオンとオフとを足した時間の３５％であるときのＲＦの反射波パワーを示す。パルスＤＣのオンのときのＲＦの反射波パワーはオフのときの３倍程度になっている。
【００４１】
図２（ｂ）は、パルスＤＣのデューティー比が５０％の場合、つまり、パルスＤＣのオンの時間がオンとオフとを足した時間の５０％であるときのＲＦの反射波パワーを示す。パルスＤＣのオンのときとオフのときのＲＦの反射波パワーは同じになっている。
【００４２】
図２（ｃ）は、パルスＤＣのデューティー比が７５％の場合、つまり、パルスＤＣのオンの時間がオンとオフとを足した時間の７５％であるときのＲＦの反射波パワーを示す。パルスＤＣのオフのときのＲＦの反射波パワーはオンのときの４倍程度になっている。
【００４３】
つまり、パルスＤＣのデューティー比が５０％よりも小さいときには、パルスＤＣがオンのときに反射が大きく、パルスＤＣのデューティー比が５０％よりも大きいときには、パルスＤＣがオフのときに反射が大きい。
【００４４】
整合器は、ＲＦの反射波の平均値が小さくなるようにマッチングポジションを決める。つまり、整合器は、図２（ｃ）の例のようにパルスＤＣのオンの時間がオフの時間よりも長ければオンのときに反射が少なくなるように整合ポイントを決める。一方、整合器は、図２（ａ）の例のようにパルスＤＣのオンの時間がオフの時間よりも短ければパルスＤＣがオフのときに反射が少なくなるように整合ポイントを決める。
【００４５】
ここで、ＲＦに合わせて一つの整合器でインピーダンス整合を取る場合について説明する。この場合、ＲＦの反射波の状態がパルスＤＣがオンのときとオフのときで異なる。このため、パルスＤＣがオンのときの整合ポイントとオフのときの整合ポイントは異なり、２つの異なる整合ポイントの間で整合器の内部の可変コンデンサの整合ポイントの位置を移動させる必要がある。
【００４６】
ここで、プラズマ処理装置１に用いられる整合器の回路は、一般的には、機械的に容量を変更可能な可変コンデンサを有している。このような可変コンデンサは高速に容量を変更することができない。つまり、整合器は高速な整合動作を行うことができない。このため、２つの整合ポイントの移動は機械的動作のため時間がかかり、パルスＤＣのオン・オフ毎の整合には間に合わない。
【００４７】
［整合器］
そこで、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１は、図３に示すように、第１整合器６４及び第２整合器６５の２つの整合器を有する。具体的には、第１整合器６４は、第１の可変コンデンサＣ１１を有し、第１高周波電源６２に直列接続される。また、第１整合器６４は、第２の可変コンデンサＣ１２と固定コンデンサＣ１３とを有し、第１高周波電源６２にそれぞれ並列的に接続される。第１整合器６４は、第１高周波電源６２から下部電極１８へ供給される高周波電力が使用時（プラズマ生成時）に最大となるようにそのインピーダンスが、例えば６０Ωになるように整合ポイントが自動的に調整される機能を有している。この際、自動的に変化する第１の可変コンデンサＣ１１の整合ポイントをマッチャーポジション部Ｐ１にて確認できるようになっている。ただし、整合時にインピーダンスの静電容量が６０Ωになるように調整することは、一例であり、これに限られない。
【００４８】
同様に、第２整合器６５は、第１の可変コンデンサＣ２１を有し、第１高周波電源６２に直列接続される。また、第２整合器６５は、第２の可変コンデンサＣ２２と固定コンデンサＣ２３とを有し、第１高周波電源６２にそれぞれ並列的に接続される。第２整合器６５は、第１高周波電源６２から下部電極１８へ供給される高周波電力が使用時（プラズマ生成時）に最大となるようにそのインピーダンスが、例えば３０Ωになるように整合ポイントが自動的に調整される機能を有している。この際、自動的に変化する第１の可変コンデンサＣ２１の整合ポイントをマッチャーポジション部Ｐ２にて確認できるようになっている。ただし、整合時にインピーダンスの静電容量が３０Ωになるように調整することは、一例であり、これに限られない。また、第１整合器６４の整合ポイントと、第２整合器６５の整合ポイントとは異なるため、第１整合器６４にて調整されるインピーダンスの静電容量と、第２整合器６５にて調整されるインピーダンスの静電容量とは異なる値を持つ。なお、図３では整合器のコイル成分は省略している。
【００４９】
［整合方法］
本実施形態にかかる整合方法では、プラズマ処理装置１において、ＲＦの反射波が小さくなるように第１整合器６４及び第２整合器６５を切り替えて使用する。そして、パルスＤＣの１周期内にＤＣがオンのとき及びオフのときに応じた２つの異なる整合ポイントの候補点をそれぞれの整合器に設定する。例えば、第１整合器６４は、一方の候補点に初期の整合ポイントを合わせてＲＦの反射波を小さくするようにした整合回路である。また、第２整合器６５は、他方の候補点に初期の整合ポイントを合わせてＲＦの反射波が小さくするようにした整合回路である。
【００５０】
このように第１整合器６４及び第２整合器６５の２つの整合器を配置し、切替回路６３によって、第１高周波電源６２と各整合器との接続を高速に切り替える。例えば、第１整合器６４は、ＤＣがオンのときにＲＦの整合をとる整合回路として機能し、第２整合器６５は、ＤＣがオフのときにＲＦの整合をとる整合回路として機能するようにしてもよい。この場合、切替回路６３は、パルスＤＣがオンのときに第１高周波電源６２との接続を第１整合器６４に切り替え、パルスＤＣがオフのときに第１高周波電源６２との接続を第２整合器６５に切り替える。これにより、パルスＤＣがオンのとき及びオフのときのそれぞれの状態で、最適な整合ポイントを得ることができる。
【００５１】
ただし、第１整合器６４は、ＤＣがオフのときにＲＦの整合をとる整合回路として機能し、第２整合器６５は、ＤＣがオンのときにＲＦの整合をとる整合回路として機能するようにしてもよい。つまり、本実施形態にかかる整合方法では、第１整合器６４及び第２整合器６５の２つの整合器を用いてその一方ではパルスＤＣがオンのときに最適な整合ポイントを得、他方ではパルスＤＣがオフのときに最適な異なる整合ポイントを得る。これにより、上部電極３０及び下部電極１８間で生じるグロー放電を止めずに、例えば４０ＭＨｚのＲＦの１周期の中で整合器においてパルスＤＣのオン時に整合を取り、オフ時に再び整合を取ることを、マイクロ秒以下の速度で行うことができる。これにより、ＲＦの反射波を低減して電力ロスを削減できる。
【００５２】
図４を用いて、本実施形態にかかる整合方法について具体的に説明する。本実施形態では、一番下に示すように、第１ＤＣ電源６６のパルスＤＣ１が切替回路６３に入力される。ただし、パルスＤＣ１の波形は一例であってこれに限られない。本例では、パルスＤＣ（図４のパルスＤＣ１）の波形は、ＤＣが負にオンするときとオフするときの２つの状態を示し、オンする時間がオフする時間よりも長い。つまり、パルスＤＣは、デューティー比が５０％よりも大きい場合の例を示す。その上のＲＦの波形は、例えば４０ＭＨｚの波形の例を示す。かかるパルスＤＣの波形及びＲＦの波形は、図１に示す切替回路６３に入力される。これに応じて、パルスＤＣとＲＦとが重畳した波形は、パルスＤＣのオン・オフの２つの状態に応じて２つの異なる電圧値で振動する。切替回路６３は、図４の「出力」で示すパルスＤＣとＲＦとが重畳した波形を出力する。
【００５３】
パルスＤＣとＲＦとが重畳した波形は、パルスＤＣのオン・オフに応じて異なる。パルスＤＣがオンのときは、ＲＦが下部電極１８に印加され、かつ、負のＤＣが印加されているときのプラズマの状態であり、パルスＤＣがオフのときの、ＲＦが下部電極１８に印加され、かつ、ＤＣが印加されていないときのプラズマの状態とは異なる。このため、切替回路６３は、パルスＤＣがオンのときは第１整合器６４又は第２整合器６５の一方に接続を切り替え、パルスＤＣがオフのときは第１整合器６４又は第２整合器６５の他方に接続を切り替える。
【００５４】
つまり、パルスＤＣのオン・オフによってプラズマのコンディションが変わるため、プラズマのインピーダンスが変わる。これにより、整合ポイントが変わる。そこで、例えば、第１整合器６４の可変コンデンサＣ１１の整合ポイントの初期位置は、パルスＤＣのデューティー比が５０％よりも大きいときにパルスＤＣがオンのときのプラズマの状態に対して予め整合が取れると予測される位置に設定される。また、第２整合器６５の可変コンデンサＣ２１の整合ポイントの初期位置は、パルスＤＣのデューティー比が５０％よりも小さいときにパルスＤＣがオンのときのプラズマの状態に対して予め整合が取れると予測される位置に設定される。以下、可変コンデンサＣ１１の整合ポイントの初期位置を第１整合ポイントとし、可変コンデンサＣ２１の整合ポイントの初期位置を第２整合ポイントとする。
【００５５】
そして、切替回路６３は、パルスＤＣのデューティー比が５０％よりも大きい場合、パルスＤＣがオンのときのプラズマの状態に対して整合が取れると予測される第１整合器６４に接続を切り替え、パルスＤＣがオフのとき第２整合器６５に接続を切り替える。
【００５６】
切替回路６３は、パルスＤＣのオン・オフを示す制御信号の入力に応じて第１整合器６４と第２整合器６５との切り替えをマイクロ秒以下の速度で行うことができる。これにより、第１整合器６４が、整合ポイントを初期位置の第１整合ポイントから微調整する。同様に、第２整合器が、整合ポイントを初期位置の第２の整合ポイントから微調整する。これにより、本実施形態に係る整合方法では、整合器を切り替えることで、図２に示すパルスＤＣがオン・オフのときのＲＦの反射波の大きさの違いに応じて整合ポイントの初期位置を最適化した整合器に切り替えることで、各整合器において整合ポイントの調整を高速に行うことができる。この結果、パルスＤＣがオン及びオフのいずれのときにも整合が間に合う。これにより、ＲＦの反射波を減らして電力ロスを削減できる。
【００５７】
図２に示すように、パルスＤＣのデューティー比が５０％よりも小さいときには、パルスＤＣがオンのときに反射が大きく、パルスＤＣのデューティー比が５０％よりも大きい場合と逆の現象を示す。よって、パルスＤＣのデューティー比が５０％よりも小さい場合、切替回路６３は、パルスＤＣがオンのときのプラズマの状態に対して整合が取れると予測される第２整合器６５に接続を切り替え、パルスＤＣがオフのとき第１整合器６４に接続を切り替える。これにより、２つの整合器を切り替えることで、パルスＤＣがオン・オフのときのＲＦの反射波の違いに応じた各整合器の可変コンデンサの整合ポイントの移動距離を小さくできる。この結果、パルスＤＣがオン及びオフのいずれも整合が間に合う。これにより、ＲＦの反射波を減らして電力ロスを削減できる。
【００５８】
なお、パルスＤＣのデューティー比が５０％の場合には、パルスＤＣがオンされたときに接続する整合器は、第１整合器６４と第２整合器６５のいずれであっても良い。切替回路６３は、パルスＤＣがオフされたときには、もう一方の整合器に接続を切り替える、又は切り替えずに、一方の整合器のみを使用し続けてもよい。
【００５９】
以上に説明したように、一実施形態にかかる整合方法では、パルスＤＣのデューティー比に応じて、ＤＣが第１の状態のときにＲＦのインピーダンス整合を第１整合器６４又は第２整合器６５の一方で行うように切り替え、ＤＣが第１の状態と異なる第２の状態のときにＲＦのインピーダンス整合を第１整合器６４又は第２整合器６５の他方で行うように切り替える工程を有する。
【００６０】
そして、本実施形態にかかる整合方法では、前記切り替える工程は、パルスＤＣのデューティー比が５０％よりも大きいとき、ＤＣが前記第１の状態のときに第１整合器６４に切り替え、ＤＣが前記第２の状態のときに第２整合器６５に切り替える。パルスＤＣのデューティー比が５０％よりも小さいとき、ＤＣが前記第１の状態のときに第２整合器６５に切り替え、ＤＣが前記第２の状態のときに第１整合器６４に切り替える。
【００６１】
なお、前記第１の状態と前記第２の状態とは、ＤＣの大きさが異なる。例えば、前記第１の状態はＤＣがオンのときであり、前記第２の状態はＤＣがオフのときであっても良い。
【００６２】
［変形例］
次に説明する一実施形態の変形例にかかる整合方法では、第１整合器６４及び第２整合器６５に加えて第３整合器が用いられる。一実施形態の変形例にかかる整合方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、一実施形態の変形例に係る第１〜第３整合器と切替回路の一例を示す図である。図６は、一実施形態の変形例に係るＲＦにパルスＤＣを重畳したときのＲＦ反射波の一例を示す図である。
【００６３】
図５に示すように、本変形例では、ＲＦを第１整合器６４、第２整合器６５および第３整合器６８を介して下部電極１８に印加する。切替回路６３には、第１ＤＣ電源６６及び第２ＤＣ電源６７が接続され、第１高周波電源６２から供給されるＲＦに重畳して下部電極１８に印加される。
【００６４】
本変形例では、図６に示すように、パルスＤＣは、第１ＤＣ電源６６のパルスＤＣ１と、第２ＤＣ電源６７のパルスＤＣ２とが切替回路６３に入力される。図６のパルスＤＣ１及びパルスＤＣ２の波形は一例であってこれに限られない。本例では、パルスＤＣ１とパルスＤＣ２とを加算したパルスＤＣの電圧は３つの状態を有する。一つ目の状態は、パルスＤＣ１及びパルスＤＣ２がオンの場合である。二つ目の状態は、パルスＤＣ１及びパルスＤＣ２がオフの場合である。三つ目の状態は、パルスＤＣ１がオンであってパルスＤＣ２がオフの場合である。これに応じて、パルスＤＣとＲＦとが重畳した波形は、パルスＤＣの３つの状態に応じて３つの異なる電圧値で振動する。切替回路６３は、図６の「出力」で示すパルスＤＣとＲＦとが重畳した波形を出力する。
【００６５】
切替回路６３は、パルスＤＣが一つ目の状態のときは第１整合器６４に接続を切り替え、パルスＤＣが二つ目の状態のときは第２整合器６５に接続を切り替える。さらに、パルスＤＣが三つ目の状態のときは第３整合器６８に接続を切り替える。
【００６６】
第３整合器６８の可変コンデンサの整合ポイント（以下、「第３整合ポイント」とする。）の初期位置は、パルスＤＣが三つ目の状態のときのプラズマの状態に対して予め整合が取れると予測される位置に設定される。
【００６７】
また、パルスＤＣのデューティー比に応じて、パルスＤＣが一つ目の状態のときに接続する整合器を第１整合器６４と第２整合器６５との一方に切り替え、パルスＤＣが二つ目の状態のとき接続する整合器を第１整合器６４と第２整合器６５との他方に切り替える。
【００６８】
これにより、３つの整合器を切り替えることで、パルスＤＣが３つの異なるパワーの状態をもつときのＲＦの反射波の違いに応じて、各整合器の可変コンデンサの整合ポイントの移動距離を小さくできる。この結果、パルスＤＣがオン（最大値）、オフ（最小値）、オン（中間値）のいずれの場合にも整合が間に合う。これにより、ＲＦの反射波を減らして電力ロスを削減できる。
【００６９】
以上に説明したように、一実施形態の変形例にかかる整合方法では、切替回路６３は、ＤＣが前記第１の状態及び前記第２の状態と異なる第３の状態のときにＲＦのインピーダンス整合を第３整合器６８で行うように切り替える。
【００７０】
このとき、ＤＣが前記第１の状態と前記第２の状態と前記第３の状態とは、ＤＣの大きさが異なり、前記第１の状態はＤＣがオン（最大値）のときであり、前記第２の状態はＤＣがオフ（最小値）のときであり、前記第３の状態はＤＣがオンとオフとの間の中間値であっても良い。
【００７１】
ただし、整合器の数は２つ又は３つに限られない。例えば、パルスＤＣがｎ個の異なるパワーの大きさを有する場合、ＤＣが第１の状態〜第ｎの状態のそれぞれに応じてｎ個の整合器を用意し、切替回路６３にて第１の状態〜第ｎの状態のそれぞれに応じてｎ個の整合器を切り替えるようにしても良い。
【００７２】
以上に説明したように、一実施形態にかかる整合方法及び一実施形態の変形例にかかる整合方法によれば、高周波電力の反射波を低減して電力ロスを削減することができる。
【００７３】
今回開示された一実施形態に係る整合方法及びプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００７４】
例えば、図３の第１整合器６４の固定コンデンサＣ１３の容量と、第２整合器６５の固定コンデンサＣ２３の容量とを異なる大きさにしても良い。例えば、可変コンデンサＣ１１又は可変コンデンサＣ２１の整合ポイントが整合範囲外に移動するような場合には、予め固定コンデンサＣ１３又は固定コンデンサＣ２３の容量を大きくしたり、小さくしたりする。例えば、プラズマによって整合ポイントの移動がどちらに偏るのかが予め分かっている場合には、第１整合器６４と第２整合器６５との少なくともいずれかの整合ポイントの偏りが生じている固定コンデンサの容量を変える。これにより、より早く整合ポイントに移動させることが可能になる。
【００７５】
なお、上記実施形態及びその変形例では、プラズマ生成用の高周波電力である第１高周波電力をＲＦとして、第１高周波電力にパルスＤＣを重畳させたが、これに限られない。例えば、第１高周波電力の周波数よりも低い周波数の第２高周波電力をＲＦとして、第２高周波電力にパルスＤＣを重畳させても良い。この場合にも、本開示の整合方法を用いることができる。
【００７６】
本開示のプラズマ処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP),Inductively Coupled Plasma(ICP),Radial Line Slot Antenna(RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR),Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。処理室内の第１の電極は、下部電極であってもよいし、上部電極であってもよい。第１の電極が下部電極である場合、第２の電極は上部電極であり、第１の電極が上部電極である場合、第２の電極は下部電極である。
【符号の説明】
【００７７】
１          プラズマ処理装置
１０        チャンバ
１６        電極プレート
１８        下部電極
２０        静電チャック
３０        上部電極
３４        天板
３６        支持体
３８        ガス供給管
４０        ガスソース群
４２        バルブ群
４４        流量制御器群
４６        シールド
４８        バッフルプレート
６２        第１高周波電源
６３        切替回路
６４        第１整合器
６５        第２整合器
６６        第１ＤＣ電源
６７        第２ＤＣ電源
６８        第３整合器
７０        ＤＣ電源
８０        制御部
Ｗ          ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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