(57)【要約】【課題】プラズマの消費電力の経時変化を小さくし、プラズマ処理を安定化する。【解決手段】プラズマ源の電源系６１は測定装置２２と制御装置２３と交流電源２４を有している。測定装置２２はアンテナ１２の電圧を測定し、測定結果を測定値として出力する。制御装置２３には、交流電源２４の出力電力の値と、アンテナ１２の電圧であるアンテナ電圧の値とから、プラズマの消費電力の変動量を求め、変動量が小さくなるような出力電力の修正値を求め、その修正値を交流電源２４から出力させる。アンテナ１２の電圧測定と、修正値の算出を繰り返しおこなうと、プラズマの消費電力が一定値になる。【選択図】図１
2010272489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内に処理ガスを導入するガス導入系と、
出力電力Ｐsが変更可能に構成された交流電源と、
前記交流電源に接続され前記交流電源から印加された電圧で前記真空槽内に交番電場を形成するアンテナとを有し、
前記真空槽内に導入された前記処理ガスは、前記交番電場によってプラズマ化され、前記真空槽内に配置された処理対象物がプラズマによって処理されるプラズマ処理装置であって、
前記交流電源の前記出力電力Ｐsを変更させる信号を前記交流電源に出力する制御装置と、
前記アンテナの電圧であるアンテナ電圧Ｖppを測定する測定装置とを有し、
前記制御装置には、前記プラズマの消費電力Ｐdの基準値Ｐd0が記憶され、また、前記制御装置には、前記測定装置の測定結果である測定値Ｖ1と、その測定値Ｖ1の測定時の前記出力電力Ｐsの値である出力値Ｐs1とから、前記プラズマの消費電力Ｐdの算出値Ｐd1が前記基準値Ｐd0に近づくような、前記出力電力Ｐsの修正値Ｐs2を算出する計算手順が記憶され、
前記交流電源は、前記制御装置によって算出された前記修正値Ｐs2の電力を前記交流電源から出力させるように構成されたプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空槽内に処理ガスを導入しながら交流電源によって交流電圧をアンテナに印加し、前記真空槽内に交番電場を形成し、前記真空槽内に導入された前記処理ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマで、前記真空槽内に搬入された基板を処理するプラズマ処理方法であって、
前記アンテナの電圧であるアンテナ電圧Ｖppを測定する測定工程と、
前記測定工程での測定値Ｖ1と、前記測定工程の測定時の出力電力Ｐsの出力値Ｐs1とから、前記プラズマの消費電力Ｐdの算出値Ｐd1が、設定された基準値Ｐd0に近づくような、前記出力電力Ｐsの修正値Ｐs2を算出する算出工程と、
前記交流電源から出力する電力を、前記算出工程で算出された前記修正値Ｐs2に変更する電力変更工程とを有し、
前記測定工程と、前記算出工程と、前記電力変更工程とを繰り返し行うプラズマ処理方法。
【請求項３】
下記(１)〜(３)式、
（１／２）Ｖpp＝（Ｒc＋ｉωＬc）Ｉc−ｉωＭＩp  …（１）
０＝−ｉωＭＩc＋（Ｒp＋ｉωＬp）Ｉp  …（２）
Ｐs＝（１／２）（Ｒex＋Ｒc）｜Ｉc｜2＋（１／２）Ｒp｜Ｉp｜2  …（３）
(符号ｉは虚数単位、符号ω、Ｌc、Ｍ、Ｌp、Ｒex、Ｒcは定数、符号Ｉc、Ｉp、Ｒp、Ｖpp、Ｐsは変数)
の連立方程式の符号Ｖppに前記測定値Ｖ1を代入し、符号Ｐsに前記出力値Ｐs1を代入し、得られた結果と下記(４)式、
Ｐd＝（１／２）Ｒp｜Ｉp｜2  …（４）
から得られた符号Ｐdの値を前記算出値Ｐd1とし、前記算出値Ｐd1と前記基準値Ｐd0との比率から、前記出力電力Ｐsの出力値Ｐs1を変更した修正値Ｐs2を求め、
前記交流電源から、前記修正値Ｐs2の電力を出力させる請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
下記(５)式、
ΔＰ ＝ Ｋ・Ｐs1(Ｐd1／Ｐd0−１)  ……(５)
(０＜Ｋ＜１)
から修正量ΔＰを算出し、前記修正量ΔＰと前記出力値Ｐs1とから、前記出力電力Ｐsの前記修正値Ｐs2を下記(６)式、
Ｐs2＝Ｐs1−ΔＰ  ……(６)
によって算出する請求項３記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ICP、Transformer Coupled Plasma：TCP）源を搭載した誘導結合型プラズマ（ICP）処理装置において、消費電力の経時変化を小さくした装置とそれを運転する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、プラズマ処理装置は、プラズマを生成するプラズマ源と、生成されたプラズマを基板に照射する基板電極部から構成され、プラズマ源と基板電極部にそれぞれ電源を持つ２周波励起型が主流になっている。今日まで、プラズマ処理におけるプラズマの安定化のために多くの手法が提案されてきた。
【０００３】
図３は従来技術である基板電極部を示している。
基板電極部１１０は基板電極１５１と、基板側電源系１６２とを有している。基板電極１５１は、真空槽１１１内部に配置され、基板側電源系１６２は真空槽１１１の外部に配置されている。
【０００４】
基板側電源系１６２は、測定装置１３２と、制御装置１３３と、基板側電源１３４と、マッチングボックス１３５とを有している。基板側電源１３４は、マッチングボックス１３５を介して基板電極１５１に接続されており、基板側電源１３４が出力する交流電圧は、マッチングボックス１３５を介して、基板電極１５１に印加されるようになっている。
【０００５】
測定装置１３２の電圧検出部１３１は、基板電極１５１に電気的に接続されており、基板側電源１３４から基板電極１５１に印加される電圧を測定し、測定結果を制御装置１３３に伝送する。測定装置１３２にオシロスコープを用いる場合は、電圧検出部１３１は、高圧プローブとなる。
制御装置１３３は、電圧検出部１３１から伝送された測定結果から、基板電極１５１の電圧値を求め、基板側電源１３４を制御して、求めた電圧値の交流電圧を出力させる(交流電流でも良い)。
【０００６】
電圧検出部１３１が検出する電圧が一定になるように基板側電源１３４の出力を制御すると、基板電極１５１上に配置した基板に、プラズマから入射するイオンエネルギーを安定させることができる。
しかし、上記のように基板電極１５１の電圧を制御しても、後述のようにプラズマを安定化させることはできない。
【０００７】
基板の処理を安定化するという従来の提案（特許や文献）は、基板電極部および基板電極部に接続された電源系に関するものであり、プラズマを発生させるプラズマ源およびその電源系に関するものは見当たらない。
プラズマの安定化のためには、後述のように、プラズマ源の情報を取得する必要があるが、基板電極の状態を測定しても、荷電粒子に関する情報しか得られず、プラズマの状態を知ることはできない。
プラズマ処理におけるプロセスの性能は、イオン種、イオンフラックス、イオンエネルギー、ラジカル種、ラジカルフラックスで決まる（ラジカルエネルギーはイオンエネルギーに比べ十分に小さく無視できる）。
【０００８】
２周波励起型プラズマ処理装置の場合、これらのプラズマのパラメータの内、基板電極部で制御できるのはイオンエネルギーのみであり、他のものはプラズマ源の状態で決まる。プラズマ源の状態とは、プラズマ源の電源から出力された電力がプラズマでどのくらい消費されるのか、その消費電力の大きさのことである。
【０００９】
なお、旧来の平行平板でダイオード型と呼ばれる装置は、生成部と基板電極部の区別が無く、基板電極がプラズマ生成のための電極でもあるので、基板電極の状態を制御することがプラズマ生成にも関係する。ただし、ダイオード型の場合、構造的にプロセスの制御性（加工条件の制御性）が劣るため、安定化とは別の問題を抱えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】H.Tsuboi and S.Ogata: Japanese Journal of Applied Physics ,46,No.11,(2007),p7475
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、誘導結合型プラズマ処理装置において、アンテナ部の情報を検出し、プラズマの消費電力が一定になるようにプラズマ源の電源系を制御することにより、プラズマの経時変化を小さくし、プラズマ処理装置を安定に運転する手法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に処理ガスを導入するガス導入系と、出力電力Ｐsが変更可能に構成された交流電源と、前記交流電源に接続され前記交流電源から印加された電圧で前記真空槽内に交番電場を形成するアンテナとを有し、前記真空槽内に導入された前記処理ガスは、前記交番電場によってプラズマ化され、前記真空槽内に配置された処理対象物がプラズマによって処理されるプラズマ処理装置であって、前記交流電源の前記出力電力Ｐsを変更させる信号を前記交流電源に出力する制御装置と、前記アンテナの電圧であるアンテナ電圧Ｖppを測定する測定装置とを有し、前記制御装置には、前記プラズマの消費電力Ｐdの基準値Ｐd0が記憶され、また、前記制御装置には、前記測定装置の測定結果である測定値Ｖ1と、その測定値Ｖ1の測定時の前記出力電力Ｐsの値である出力値Ｐs1とから、前記プラズマの消費電力Ｐdの算出値Ｐd1が前記基準値Ｐd0に近づくような、前記出力電力Ｐsの修正値Ｐs2を算出する計算手順が記憶され、前記交流電源は、前記制御装置によって算出された前記修正値Ｐs2の電力を前記交流電源から出力させるように構成されたプラズマ処理装置である。
請求項２記載の発明は、真空槽内に処理ガスを導入しながら交流電源によって交流電圧をアンテナに印加し、前記真空槽内に交番電場を形成し、前記真空槽内に導入された前記処理ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマで、前記真空槽内に搬入された基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記アンテナの電圧であるアンテナ電圧Ｖppを測定する測定工程と、前記測定工程での測定値Ｖ1と、前記測定工程の測定時の出力電力Ｐsの出力値Ｐs1とから、前記プラズマの消費電力Ｐdの算出値Ｐd1が、設定された基準値Ｐd0に近づくような、前記出力電力Ｐsの修正値Ｐs2を算出する算出工程と、前記交流電源から出力する電力を、前記算出工程で算出された前記修正値Ｐs2に変更する電力変更工程とを有し、前記測定工程と、前記算出工程と、前記電力変更工程とを繰り返し行うプラズマ処理方法である。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のプラズマ処理方法であって、下記(１)〜(３)式、
（１／２）Ｖpp＝（Ｒc＋ｉωＬc）Ｉc−ｉωＭＩp  …（１）
０＝−ｉωＭＩc＋（Ｒp＋ｉωＬp）Ｉp  …（２）
Ｐs＝（１／２）（Ｒex＋Ｒc）｜Ｉc｜2＋（１／２）Ｒp｜Ｉp｜2  …（３）
(符号ｉは虚数単位、符号ω、Ｌc、Ｍ、Ｌp、Ｒex、Ｒcは定数、符号Ｉc、Ｉp、Ｒp、Ｖpp、Ｐsは変数)
の連立方程式の符号Ｖppに前記測定値Ｖ1を代入し、符号Ｐsに前記出力値Ｐs1を代入し、得られた結果と下記(４)式、
Ｐd＝（１／２）Ｒp｜Ｉp｜2  …（４）
から得られた符号Ｐdの値を前記算出値Ｐd1とし、前記算出値Ｐd1と前記基準値Ｐd0との比率から、前記出力電力Ｐsの出力値Ｐs1を変更した修正値Ｐs2を求め、前記交流電源から、前記修正値Ｐs2の電力を出力させるプラズマ処理方法である。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のプラズマ処理方法であって、下記(５)式、
ΔＰ ＝ Ｋ・Ｐs1(Ｐd1／Ｐd0−１)  ……(５)
(０＜Ｋ＜１)
から修正量ΔＰを算出し、前記修正量ΔＰと前記出力値Ｐs1とから、前記出力電力Ｐsの前記修正値Ｐs2を下記(６)式、
Ｐs2＝Ｐs1−ΔＰ  ……(６)
によって算出するプラズマ処理方法である。
【発明の効果】
【００１３】
アンテナの電圧測定と、プラズマの消費電力の変動量の算出と、変動量を小さくする交流電源の出力電力の修正値の算出と、交流電源の出力電圧を修正値に変更することを繰り返し行うので、プラズマの消費電力は一定値に近づく。
プラズマが消費する電力を一定にできるため、プラズマ処理の再現性や、デバイス製造における歩留まりが向上する。従来とは異なり、プラズマ源に関する安定化手法なので、プラズマ生成の再現性を確保でき、プラズマ処理の経時変化を小さくできる。プラズマに対し非接触のモニタリング方法なので、コンタミネーションの懸念がない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】プラズマ源の断面図とその電源系を説明するための図
【図２】交流電源から見た負荷の等価回路の回路図
【図３】従来技術である基板電極部を説明するための図
【図４】アンテナ電圧とプラズマ消費電力との関係を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１の符号１０は本発明のプラズマ処理装置を示している。
このプラズマ処理装置１０は、誘導結合型であり、真空槽１１を有している。
真空槽１１は、板状の形をした金属製の天部１７と、筒状の形をしたガラス（誘電体）製の胴部１６と、金属製で容器状の底部１５とを有している。
【００１６】
胴部１６は、その下端が底部１５の開口の縁上に乗せられており、胴部１６の内部と底部１５の内部とが連通するように接続されている。天部１７は、胴部１６の上端に乗せられて内部を真空排気可能な真空槽１１が構成されている。
真空槽１１の外部には、アンテナ１２と、ガス導入系１３と、高周波電源系６１と、基板側電源系６２とが配置されている。
【００１７】
ガス導入系１３と真空排気系１４とは真空槽１１と接続されており、真空排気系１４を動作させて真空槽１１内を真空排気し、ガス導入系１３から真空雰囲気にされた真空槽１１へ、処理ガスを導入できるようにされている。
【００１８】
真空槽１１の内部には基板電極５１が配置されている。基板側電源系６２は、基板電極５１に接続されており、基板側電源系６２から基板電極５１に一定の大きさの交流電圧が印加されるようになっている。
【００１９】
胴部１６には、一巻きまたは複数巻きのアンテナ１２が取付られている。
アンテナ１２の端子はマッチングボックス２５を介して交流電源２４に接続されている。
高周波電源系６１は、測定装置２２と、制御装置２３と、交流電源２４と、マッチングボックス２５とを有している。
【００２０】
交流電源２４は、アンテナ１２に高周波電圧を出力する高周波電源であり、設定された大きさの出力電力を出力できるようになっている。アンテナ１２が交流電源２４から高周波電圧を印加されると、真空槽１１内部に交番電場が誘起される。
このとき、予め真空排気系１４を動作させて真空槽１１の内部を真空雰囲気にし、ガス導入系１３から処理ガスを真空槽１１内部に所定圧力に導入しておくと、供給された処理ガスはアンテナ１２が誘起する交番電場によりプラズマ化される。
【００２１】
図２の符号４０は、真空槽１１内部の処理ガスが既にプラズマ化されているときの、交流電源２４から見たマッチングボックス２５を含む負荷の等価回路を示している。この等価回路４０では、アンテナ１２は、抵抗成分Ｒcとインダクタンス成分Ｌcを有しており、その抵抗成分Ｒcとインダクタンス成分Ｌcの直列回路で表されている。
【００２２】
マッチングボックス２５は、直列型コンデンサ成分Ｃm1と、並列型コンデンサ成分Ｃm2とを有しており、並列型コンデンサ成分Ｃm2は、交流電源２４の出力端子４１、４２間を接続しており、直列型コンデンサ成分Ｃm1は、その一端が交流電源２４の一方の出力端子４１に接続され、他端が、マッチングボックス２５とアンテナ１２とを接続する電送線路の抵抗成分Ｒexを介して、アンテナ１２を表す直列回路の一端に接続されている。
【００２３】
アンテナ１２を表す直列回路の他端は、交流電源２４の他方の出力端子４２に接続されており、交流電源２４から出力される高周波電圧はアンテナ１２を表す直列回路に印加され、アンテナ電流Ｉcが流れる。このアンテナ電流Ｉcは高周波電流であり、真空槽１１内に交番電場を誘起する。
【００２４】
他方、真空槽１１内に形成されたプラズマは、交番電場のエネルギーを受ける成分であるインダクタンス成分Ｌpと、プラズマの消費電力を表す抵抗成分Ｒpとを有しており、そのインダクタンス成分Ｌpと抵抗成分Ｒpは環状に接続されてプラズマの電気的特性として表される。
【００２５】
プラズマのインダクタンス成分Ｌpは、アンテナのインダクタンス成分Ｌcとトランス結合しており、アンテナのインダクタンス成分Ｌcが形成する交番磁場によってプラズマのインダクタンス成分Ｌpに、交番電流であるプラズマ電流Ｉpが誘起される。プラズマ電流Ｉpは抵抗成分Ｒpに流れ、その消費電力相当のエネルギーがプラズマに吸収される。
等価回路４０中の符号Ｍは、アンテナのインダクタンス成分Ｌcとプラズマのインダクタンス成分Ｌpの間の相互インダクタンス成分を示している。
【００２６】
交流電源２４から出力され、アンテナ１２に印加されている高周波電圧の角周波数をω、アンテナ１２を表す直列回路の両端に現れる交流波形の電圧の、最大電圧値と最低電圧値の間の電圧差であるアンテナ電圧をＶpp、プラズマの(抵抗成分Ｒpの)消費電力をＰdで表すと、図２に示した等価回路４０では、電圧、電流及び各成分間には、次式（１）〜（３）から成る連立方程式で表される相互関係が成立している。符号ｉは虚数単位を表している。
【００２７】
（１／２）Ｖpp＝（Ｒc＋ｉωＬc）Ｉc−ｉωＭＩp  …（１）
０＝−ｉωＭＩc＋（Ｒp＋ｉωＬp）Ｉp  …（２）
Ｐs＝（１／２）（Ｒex＋Ｒc）｜Ｉc｜2＋（１／２）Ｒp｜Ｉp｜2  …（３）
但し、プラズマの吸収する電力Ｐdがプラズマの抵抗成分Ｒpの消費電力と等しいとすると、プラズマの吸収する電力Ｐdは下記(４)式で定義される。
Ｐd＝（１／２）Ｒp｜Ｉp｜2  …（４）
これは、（３）式の右辺第２項に等しい。
【００２８】
上記(１)〜(３)の三連立方程式中の成分のうち、電送線路の抵抗成分Ｒexの値とアンテナの抵抗成分Ｒcの値とアンテナのインダクタンス成分Ｌcの値は回路に固有であって、プラズマを発生させた状態と、プラズマが発生していない状態とでそれらの値に変化はない。予め計測機器を回路に接続し、電送線路の抵抗成分Ｒexの値と、アンテナの抵抗成分Ｒcの値と、アンテナのインダクタンス成分Ｌcの値とを測定し、上記相互関係中のＲex、Ｒc、Ｌcにそれぞれ代入して定数とする。
【００２９】
交流電源２４の出力電圧の角周波数ωは予め設定されており、変化はないものとし、その角周波数の値をωに代入して定数とする。
プラズマのインダクタンス成分Ｌpの値は計測機器を接続して測定することはできないが、プラズマを流れる交番電流の流路を見積もることで、プラズマのインダクタンス成分Ｌpは、計算で算出することができる。
【００３０】
例えばプラズマ源の壁の付着物からの放出ガスによってプラズマ中の気相が経時的に変化すると、中性粒子の組成が変化するため、プラズマのインダクタンス成分Ｌpと抵抗成分ＲPの値は変動してしまう。
【００３１】
しかし、プラズマのインダクタンス成分Ｌpの変動量はプラズマの抵抗成分Ｒpの変動量に比べて小さいので、後述するように、三連立方程式からなる相互関係中ではプラズマの抵抗成分Ｒpは変数とするが、プラズマのインダクタンス成分Ｌpは、変動を無視し、予め算出しておいた値をＬpに代入し、定数とする。
相互インダクタンスＭの値はアンテナとプラズマ源の幾何学的な構造により決まる値であり、計算で求め、その値を相互関係中のＭに代入し、定数としておく。
【００３２】
以上により、相互関係を示す連立方程式、及び(４)式中では、Ｉc、Ｉp、Ｒp、Ｖpp、Ｐs、Ｐd(アンテナ電流Ｉc、プラズマ電流Ｉp、プラズマの抵抗成分Ｒp、アンテナ電圧Ｖpp、交流電源２４の出力電力Ｐs、プラズマの消費電力Ｐd)が、定数ではなく変数であり、変数は連立方程式及び(４)式中に６個(連立方程式中には５個)あることになる。
【００３３】
本発明では、測定装置２２は、その電圧検出部２１がアンテナ１２に電気的に接続されており、電圧検出部２１でアンテナ１２のアンテナ電圧Ｖppを検出し、測定装置２２に出力され、測定装置２２によって、アンテナ電圧Ｖppの測定値Ｖ1が求められている。
従って、６変数の中の一つであるＶppにはアンテナ電圧Ｖppの測定値Ｖ1を代入することができる(測定装置２２にオシロスコープを用いる場合は、電圧検出部２１には、高周波対応の高圧プローブを用いることができる)。
【００３４】
交流電源２４の出力電力Ｐsの大きさは交流電源２４に表示されるが、出力電力Ｐsの大きさは制御装置２３が交流電源２４に出力する信号で制御可能である。本例では、制御装置２３が交流電源２４を制御しており、６変数中のＰsには、制御装置２３が交流電源２４に出力させている出力電力Ｐsの値を代入することができる。従って、式中の交流電源２４の出力電力Ｐsの値は測定値であることと同じことになるから、アンテナ電圧Ｖppの値を測定すれば、６変数中２変数が測定値となり、残りの４変数(Ｉc、Ｉp、Ｒp、Ｐd)が未知数となり、(１)〜(３)式の三式の連立方程式、及び(４)式から未知数を全て算出することができる。
【００３５】
このとき算出されたプラズマの抵抗成分Ｒpの値を符号Ｒ0で表すと、アンテナ電圧Ｖppを測定したときの状態のプラズマの抵抗成分Ｒpが、算出した値Ｒ0である。
ここで、好ましい状態のプラズマ処理を行うことができるプラズマ消費電力Ｐdの値が分かっており、基準値Ｐd0として制御装置２３に設定されているものとする。
【００３６】
そして、他の変数の値が変わってもプラズマの抵抗成分Ｒpは算出した値Ｒ0を維持し、変化しないものと仮定すると、(４)式の変数Ｐdに基準値Ｐd0を代入し、変数Ｒpに算出した値Ｒ0を代入すると、連立方程式、及び(４)式から、残りの４変数(Ｉc、Ｉp、Ｖpp、Ｐs)を算出することができる。変数Ｐsの値を算出し、算出した出力電力Ｐsを交流電源２４から出力させれば、プラズマに、基準値Ｐd0の値の電力を消費させることができることになる(Ｉc、Ｉp、Ｖppは算出しなくても良い)。
【００３７】
しかしながら、プラズマの抵抗成分Ｒpは、交流電源２４が出力する電力Ｐsが変化すると一緒に変化してしまう。上記のようにプラズマの抵抗成分Ｒpに関し、算出した値Ｒ0は変化しないと仮定して出力電力Ｐsを計算し、算出した値の出力電力Ｐsを交流電源２４から出力させても、基準値Ｐd0の大きさの消費電力をプラズマで消費させることはできない。
要するに、プラズマの抵抗成分Ｒpが、アンテナ電圧Ｖpp測定時の値を維持すると仮定することはきない。
【００３８】
そこで本発明では、プラズマの抵抗成分Ｒpを交流電源２４の出力電流の影響を受けるとしており、本発明によってプラズマを制御して処理対象物の処理を行う手順を説明する。
制御装置２３内には出力電圧Ｐsの初期値が記憶されているものとすると、まず、交流電源２４の出力電圧の角周波数ωを予め決まった値に設定し、交流電源２４が出力する高周波電圧の電力(出力電力Ｐs)を初期値に設定しておき、真空ポンプ１４を動作させて真空槽１１内部を真空雰囲気にした後、真空雰囲気を維持しながら真空槽１１内部に基板を搬入する。真空を維持したままガス導入系１３から処理ガスを真空槽１１内部に供給する。
【００３９】
交流電源２４から高周波電圧をアンテナ１２に印加すると、真空槽１１内部に交番電場が誘起され、交番電場により真空槽１１内部の処理ガスがプラズマ化し、基板のプラズマ処理が開始される。基板電極５１には一定の交流電圧を印加しておく。
プラズマが形成された後、電圧検出部２１によってアンテナ電圧Ｖppの値を検出し、測定装置２２によってその値を求めることでアンテナ電圧Ｖppを測定し、制御装置２３に伝送する(測定工程)。
【００４０】
制御装置２３には、連立方程式((１)〜(３)式)からなる相互関係と、相互関係中の定数とが記憶されており、５変数(アンテナ電流Ｉc、プラズマ電流Ｉp、プラズマの抵抗成分Ｒp、アンテナ電圧Ｖpp、交流電源２４の出力電力Ｐs)中のＶppとＰsが分かると、三変数三連立方程式((１)式〜(３)式)に基づき、プラズマ消費電力Ｐdを算出する計算手順が記憶されている。例えば三変数三連立方程式に基づき、ＩpとＲpの値を求めて(４)式からＰdを算出するような計算手順が記憶されている。
【００４１】
制御装置２３には、アンテナ電圧Ｖppを測定した時の交流電源２４の出力電力Ｐsの値が出力値Ｐs1として記憶されており(最初は初期値が出力値Ｐs1として記憶されている)、制御装置２３には、アンテナ電圧Ｖppの測定値Ｖ1と、出力電力Ｐsの出力値Ｐs1を計算手順に代入し、アンテナ電圧Ｖppの測定時のプラズマの消費電力Ｐdの値を算出する(消費電力算出工程)。
【００４２】
本発明のプラズマ処理装置１０の制御装置２３には、プラズマの消費電力Ｐdの基準値Ｐd0が記憶されている。基準値Ｐd0は、好ましいプラズマ処理ができる消費電力を実験や計算によって求めた値である場合や、プロセスを行う際の最初に算出、又は途中に算出した値を基準値Ｐd0にした場合等が含まれる。
【００４３】
算出したプラズマの消費電力Ｐdの値を算出値Ｐd1とすると、交流電源２４の出力電力Ｐsの修正量ΔＰを、基準値Ｐd0と算出値Ｐd1と係数Ｋから、下記のように求めることができる。
ΔＰ ＝ Ｋ・Ｐs1(Ｐd1／Ｐd0−１)  ……(５)
(但し、０＜Ｋ＜１)
制御装置２３には、上記(５)式が計算手順として記憶されており、修正量ΔＰを求めることができる。
【００４４】
ここでは、修正量ΔＰと、算出値Ｐd1を求める際に用いた測定値Ｖ1を測定した時の出力電圧Ｐsの出力値Ｐs1とから、出力電力Ｐsの修正値Ｐs2が下記式、
Ｐs2＝Ｐs1−ΔＰ  ……(６)
によって求められる。この修正値Ｐs2の大きさの出力電力Ｐsが交流電源２４から出力されるとプラズマの消費電力Ｐdは基準値Ｐd0に近づく。修正値Ｐs2は、出力値Ｐs1として記憶される(Ｐs1＝Ｐs2)。
【００４５】
交流電源２４の出力電力Ｐsの大きさを修正値Ｐs2の大きさに変更した後であって、前回のアンテナ電圧Ｖppの測定から一定時間経過すると、再度アンテナ電圧Ｖppを測定し、その測定値Ｖ1と、今回測定時の出力電力Ｐsの出力値Ｐs1を計算手順に代入し、アンテナ電圧Ｖppの今回測定時のプラズマの消費電力Ｐdの値を算出し(消費電力算出工程)、(５)、(６)式から、修正値Ｐs2を求める。
【００４６】
基板をプラズマによって処理している間、このように、一定の時間間隔でアンテナ電圧Ｖppを測定しており、繰り返し、アンテナ電圧Ｖppを測定し、測定値Ｖ1と、測定時の出力電力Ｐsの出力値Ｐs1の大きさから修正値Ｐa2を算出すると、ΔＰがゼロの状態、即ち、プラズマの消費電力Ｐdの算出値Ｐd1が基準値Ｐd0に等しい状態に徐々に近づく。
【００４７】
このように、本例では、アンテナ電圧Ｖppを繰り返し測定してプラズマの消費電力Ｐdを基準値Ｐd0にすることができ、消費電力Ｐdに変動があった場合でも、素早く基準値Ｐd0に戻すことができるので、基板は基準値Ｐd0でプラズマ処理が行われ、プラズマ処理後、真空槽１１から搬出され、未処理の基板が真空槽１１に搬入され、プラズマ消費電力Ｐdを制御しながらプラズマ処理が続行される。
【００４８】
上記例ではアンテナ電圧Ｖppを一定時間毎に測定していたが、アンテナ電圧Ｖppは常時測定し、一定時間間隔毎の値を用いるようにしてもよい。
上記例では基準値Ｐd0は一定であったが、基板の処理条件に応じて変更する等、本発明は一定の場合に限定されるものではない。
また、上記例では(４)式を用いてプラズマ消費電力Ｐdを算出していたが、プラズマ消費電力Ｐdを算出せず、(６)式から出力電力Ｐsの修正値Ｐs2を直接算出してもよい。
【００４９】
なお、上記実施例では、測定したアンテナ電圧Ｖppの測定値Ｖ1が前回測定した値と異なっていると出力電力Ｐsは変更されるが、本発明はそのように変更するものに限定されるものではなく、アンテナ電圧Ｖppの測定値Ｖ1の小さい変動は無視することができる。
【００５０】
この場合、アンテナ電圧Ｖppの下限値と上限値を設定しておき、アンテナ電圧Ｖppの測定値Ｖ1が下限値より大きく、上限値よりも小さい場合にはアンテナ電圧Ｖppの変動を無視することができる。
また、算出したプラズマの消費電力Ｐdの算出値Ｐd1の変動が小さい場合は、変動を無視することもできる。
【００５１】
上記実施例のプラズマ処理方法は、エッチングガスを処理ガスとして導入し、基板表面処理の薄膜をエッチングするプラズマ処理方法、薄膜原料ガスを処理ガスとして導入し、基板表面に処理ガスの薄膜を形成するプラズマ処理方法、又は、表面改質ガスを処理ガスとして導入し、基板表面の改質を行うプラズマ処理方法など、種々のプラズマ処理方法が含まれる。また、本発明には、それらのプラズマ処理方法を行うプラズマ処理装置も含まれる。
【００５２】
次に、上記手順による交流電源２４の出力電力Ｐの補正を、図示して説明する。図４はアンテナ電圧Ｖppとプラズマの消費電力Ｐdとの関係を示す図であり、横軸がアンテナ電圧Ｖppの値を示し、縦軸がプラズマの消費電力Ｐdの値を示している。
望ましいプラズマ処理を行っている時のプラズマ消費電力Ｐdの値をＰd0とすると、図中の点Ａ、Ｃの状態のプラズマは、プラズマ消費電力Ｐdが望ましい値Ｐd0であり、アンテナ電圧Ｖppを測定すれば、点Ａでは値Ｖ1(この値Ｖ1は上記実施例では測定値Ｖ1である。)を示し、点Ｃでは値Ｖ3を示すものとする(Ｖ1＜Ｖ3)。
【００５３】
図中の曲線ａ１、ａ２は、交流電源２４の出力電力Ｐsを一定値にし、プラズマの抵抗成分Ｒpをパラメータとして変化させた場合の、アンテナ電圧Ｖppとプラズマ消費電力Ｐdとの関係を示す曲線である。Ｒpが決まれば自動的にＩpが決まる。曲線ａ１は点Ａを通る。
【００５４】
従って、出力電力Ｐsが一定の状態でプラズマの抵抗成分Ｒpが変化すると、図中の曲線ａ１上のプラズマの状態を示す点は、曲線ａ１に沿って移動し、アンテナ電圧Ｖppの値とプラズマ消費電力Ｐdの値の両方が変化する。
【００５５】
点Ｂは、点Ａがａ１に沿って移動し、プラズマの消費電力Ｐdが、点Ａの値Ｐd0とは異なる値Ｐ2となり、アンテナ電圧Ｖppも点Ａとは異なる値Ｖ2になったプラズマ状態である。
点Ｂの状態の交流電源２４の出力電力Ｐsの値は、点Ａの状態の交流電源２４の出力電力Ｐsの値と同じであるが、プラズマの消費する電力Ｐdが異なっている。
即ち、プラズマ以外の伝送線路上の抵抗成分Ｒex，Ｒcにおいて、Ｐsが多く消費されるようになったことを意味している。
【００５６】
図中の曲線ｂ１、ｂ２は、プラズマの抵抗成分Ｒpを一定値にし、交流電源２４の出力電力Ｐsをパラメータとして変化させた場合のアンテナ電圧Ｖppとプラズマ消費電力Ｐdとの関係を示す曲線である。
従って、図中の曲線ｂ１、ｂ２上の点は、プラズマの抵抗成分Ｒpを一定値として交流電源２４の出力電力Ｐsを変化させると、曲線ｂ１、ｂ２に沿って移動し、アンテナ電圧Ｖppの値とプラズマ消費電力Ｐdの値の両方が変化する。
【００５７】
曲線ｂ２は点Ｂと点Ｃを通っており、点Ｂのプラズマの状態は、プラズマの抵抗成分Ｒpを変化させながら、交流電源２４の出力電力Ｐsの値を変化させて、点Ｂを曲線ｂ２に沿って移動させ、点Ｃに到着させることができる。交流電源２４の出力電力Ｐsを、プラズマの消費電力ＰdがＣ点になるように調整すれば、望ましいプラズマ処理を行えることになる。
【００５８】
上記は、点Ａから点Ｂに至る間にはプラズマの消費電力Ｐdが低下しており、従って、点Ａのプラズマ状態から、プラズマの抵抗成分Ｒpが小さくなって点Ｂに移動している。そして、出力電力Ｐsを大きくして点Ｃまで移動させ、プラズマの消費電力Ｐdを大きくして望ましいプラズマ処理を行える点Ｃの状態に復帰させた例である。
【００５９】
それとは異なり、望ましいプラズマ処理の状態からプラズマの消費電力Ｐdが大きくなった場合は、プラズマの抵抗成分Ｒpが大きくなった場合であり、例えば点Ｃから、点Ｃを通る曲線ａ２に沿ってプラズマの消費電力Ｐdが増加する方向に移動し、点Ｄに到着したとすると、出力電力Ｐsを小さくすることで点Ｄが示すプラズマの状態が曲線ｂ１に沿って移動するので、曲線ｂ１上の望ましいプラズマ処理を行える状態の点Ａに復帰させることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０……プラズマ処理装置
１１……真空槽
２２……測定装置
２３……制御装置
１２……アンテナ
【図１】
2010272489.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010272489.tif 000006