(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にて前記基板を支持する基板支持部と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理室内に供給された前記処理ガスをプラズマ状態とするプラズマ生成電極と、
前記プラズマ生成電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記プラズマ生成電極のピーク間電圧を、半波整流して直流電圧に変換して測定する半波整流回路を有する電圧測定部と、
前記基板支持部に設けられ前記基板の電位を制御するインピーダンス可変電極と、
前記インピーダンス可変電極に接続され、前記プラズマ生成電極のピーク間電圧値の逆数に応じてインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変機構と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気部と、
少なくとも前記インピーダンス可変機構を制御する制御部と、
を備えた基板処理装置。
【請求項２】
前記インピーダンス可変機構は、可変コンデンサを備え、
前記制御部は、前記可変コンデンサの静電容量を調整することで、前記インピーダンスを変更することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧値の前記逆数を正規化して現在の処理速度を推測することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記電圧測定部が、前記電圧測定部が備える平均化回路により複数回測定して平均化した前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧を測定する様に制御する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記インピーダンス可変電極の前記ピーク間電圧を測定する第２の電圧測定部を備え、
前記第２の電圧測定部は、前記第２の電圧測定部が備える半波整流回路により半波整流
して直流電圧に変換した前記インピーダンス可変電極の前記ピーク間電圧を測定する請求項１乃至４のいずれか一項に記載された基板処理装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記第２の電圧測定部が備える平均化回路により複数回測定して平均化した前記インピーダンス可変電極の前記ピーク間電圧を測定するように前記第２の電圧測定部を制御する請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記制御部は、
予め取得した前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧値及び前記インピーダンス可変電極の前記ピーク間電圧値に基づいて前記インピーダンス可変電極の前記ピーク間電圧値が極小値となるときの前記インピーダンス可変電極の前記インピーダンス値を特定し、前記インピーダンス値における前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧値の前記逆数に対して前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧値の前記逆数を正規化するように制御する請求項５又は６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
基板を処理室に設けられた基板支持部に載置させる工程と、
前記処理室内に処理ガスを供給する工程と、
前記処理室に設けられたプラズマ生成部が前記処理ガスをプラズマ状態にする工程と、
前記プラズマ生成部のピーク間電圧を半波整流し直流電圧に変化して測定する工程と、
前記プラズマ生成部の直流化されたピーク間電圧値の逆数に応じて前記基板支持部に設けられたインピーダンス可変電極のインピーダンスを変更する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて基板を処理する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ等の半導体装置の製造工程の一工程として、プラズマを用いて基板上に成膜等を行う基板処理工程が行われる場合がある。係る工程を実施する従来の基板処理装置は、処理室内に供給された処理ガスをプラズマ状態とするプラズマ生成電極と、プラズマ生成電極に高周波電力を印加する高周波電源と、処理室内にて基板を支持する基板支持部と、基板支持部に設けられたインピーダンス可変電極と、インピーダンス可変電極に接続され、インピーダンスを変更可能なインピーダンス可変機構と、少なくとも前記インピーダンス可変機構を制御する制御部と、を備えていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プラズマによる処理速度は、プラズマに対する基板の電位、すなわちインピーダンス可変電極の電位を変更することで制御できる。インピーダンス可変電極の電位は、インピーダンス可変機構のインピーダンスを変更することで制御できる。インピーダンスを変更すると、基板の電位だけでなく、インピーダンス可変電極のピーク間電圧や、プラズマ生成電極のピーク間電圧等の値が伴って変動する。インピーダンス可変電極のピーク間電圧の変化と、処理速度の変化とは、類似した傾向を示すことから、従来の基板処理装置では、インピーダンス可変電極のピーク間電圧の変化をモニタし、係るモニタ結果を元にインピーダンス値を変更して処理速度を制御するようにしていた。
【０００４】
しかしながら、インピーダンス可変電極のピーク間電圧の変化と、処理速度の変化とは、インピーダンスの可変範囲内の一部では類似した傾向を示すものの、広範囲では一致しない傾向があった。そのため、インピーダンス可変機構のインピーダンスを広範囲に変更する場合には、インピーダンス可変電極のピーク間電圧の変化をモニタしても、処理速度を所望の値に制御することは困難であった。
【０００５】
本発明は、インピーダンスの可変範囲内の広域にわたって処理速度の制御を容易に行うことが可能な基板処理装置、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内にて前記基板を支持する基板支持部と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理室内に供給された前記処理ガスをプラズマ状態とするプラズマ生成電極と、前記プラズマ生成電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記基板支持部に設けられ前記基板の電位を制御するインピーダンス可変電極と、前記インピーダンス可変電極に接続され、前記プラズマ生成電極のピーク間電圧値の逆数に応じてインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変機構と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気部と、少なくとも前記インピーダンス可変機構を制御する制御部と、を備えた基板処理装置が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、インピーダンス可変機構を所望のインピーダンスにするために、前記インピーダンス可変機構のピーク間電圧値の逆数に応じた可変コンデンサ容量を設定した状態で、プラズマ生成部が処理室内に供給された処理ガスをプラズマ状態とする工程と、前記処理室内の基板に前記プラズマを晒し、前記基板を処理する工程と、前
記処理した基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る基板処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、インピーダンスの可変範囲内の広域にわたって処理速度の制御を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の主要構造を示す縦断面図である。
【図２】プラズマ生成電極のピーク間電圧値の逆数比、インピーダンス可変電極のピーク間電圧値の逆数比、及び膜厚の正数比の、可変コンデンサポジションに対する変化量をそれぞれ示すグラフ図である。
【図３】プラズマ生成電極のピーク間電圧値の正数比、インピーダンス可変電極のピーク間電圧値の正数比、及び膜厚の正数比の、可変コンデンサポジションに対する変化量をそれぞれ示すグラフ図である。
【図４】インピーダンス可変電極のピーク間電圧が極小値となるときを基準としたプラズマ生成電極のピーク間電圧値の逆数比、インピーダンス可変電極のピーク間電圧値の逆数比、及び膜厚の正数比と、可変コンデンサポジションとの関係を示すグラフ図である。
【図５】インピーダンス可変電極のピーク間電圧が極小値となるときを基準としたプラズマ生成電極のピーク間電圧値の正数比、インピーダンス可変電極のピーク間電圧値の正数比、及び膜厚の正数比と、可変コンデンサポジションとの関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る電圧測定部を含む回路ブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る電圧測定部及びアナログ入力ユニットを含む回路ブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る電圧測定部を含む回路ブロック図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る基板処理装置としてのＩＣＰ方式プラズマ処理装置の縦断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る基板処理装置としてのＥＣＲ方式プラズマ処理装置の縦断面図である。
【図１１】プラズマ生成電極のピーク間電圧値、インピーダンス可変電極のピーク間電圧値、基板に印加される電圧値、基板近傍で消費される電力値、及びインピーダンス可変機構のピーク間電流値の、可変コンデンサポジションに対する変化量をそれぞれ示すグラフ図である。
【図１２】プラズマ生成電極のピーク間電圧値、インピーダンス可変電極のピーク間電圧値、及び膜厚の、可変コンデンサポジションに対する変化量をそれぞれ示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜本発明の第１の実施形態＞
【００１１】
本実施形態に係る基板処理装置は、変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ
Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｔｙｐｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ）を用いて基板をプラズマ処理する基板処理装置（以下、ＭＭＴ装置と称する）として構成されている。ＭＭＴ装置は、プラズマ生成電極に高周波電力を印加して電界を形成すると共に、磁界を形成してマグネトロン放電を発生させる。これにより、プラズマ生成電極から放出された電子が、ドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することで長寿命となって、電離生成率を高めることができる。したがって、ＭＭＴ装置は高密度プラズマを生成可能である。
ＭＭＴ装置は、処理ガスを励起分解させて、例えば基板表面又は基板に形成された薄膜を酸化や窒化したり、基板上に薄膜を形成したり、基板表面をエッチングしたりする等、各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００１２】
以下に、本実施形態に係る基板処理装置の構成について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（１）基板処理装置の構成
図１は、本実施形態に係る基板処理装置の縦断面図である。基板処理装置は、基板としてのウエハ２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。この処理炉２０２は、処理容器２０３を備えている。処理容器２０３は、ドーム型の上側容器２１０と碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又は石英（ＳｉＯ２）等の非金属材料で形成されている。下側容器２１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。上側容器２１０は下側容器２１１の上に被せられる。上側容器２１０と下側容器２１１とで処理室２０１が気密に形成されている。上側容器２１０の外周には、外部環境や他処理炉等の装置に影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。
【００１４】
下側容器２１１の底面には、後述するサセプタ２１７に対してウエハ２００を突き上げるウエハ突上げピン２６６が少なくとも３本設けられている。また、下側容器２１１の側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４が開いているときには、図示しない搬送機構により処理室２０１内にウエハ２００を搬送可能となり、ゲートバルブ２４４が閉じているときには処理室２０１内を気密に封止することができる。なお、ゲートバルブ２４４は、後述のコントローラ１２１に接続されている。
【００１５】
（処理ガス供給部）
処理室２０１の上部には、シャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、ガスバッファ室２３７と、ガス開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備えている。ガス導入口２３４には、ガス供給管２３２の下流端が接続されている。ガス供給管２３２には、上流側から順に、処理ガス２３０や不活性ガスを供給する図示しないガス供給源、マスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａが設けられている。ガスバッファ室２３７は、ガス導入口２３４から導入されたガスを分散する分散空間として設けられている。主に、ガス供給管２３２、マスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａ、シャワーヘッド２３６により処理ガス供給部が構成されている。なお、マスフローコントローラ２４１及びバルブ２４３ａは、後述のコントローラ１２１に接続されている。
【００１６】
（排気部）
下側容器２１１の側壁下部には、ガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、上流側から順に、圧力調整器であるＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、排気装置である真空ポンプ２４６が設けられている。なお、ＡＰＣ２４２は、弁を開閉して処理室２０１内を真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能なように構成されている。真空ポンプ２４６を作動させつつ、圧力センサ（図中省略）により検出された圧力に基づいてＡＰＣ２４２の弁の開度を調節することにより、処理室２０１内の雰囲気が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気可能に構成されている。なお、遮蔽プレート２４０及び下側容器２１１は接地されている。主に、圧力センサ、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６により排気部が構成されている。なお、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６及び圧力センサは、後述のコントローラ１２１に接続されている。
【００１７】
（プラズマ生成部）
処理容器２０３（上側容器２１０）の外周側には、放電機構として筒状、例えば円筒状に形成されたプラズマ生成電極２１５が設けられている。プラズマ生成電極２１５は、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。プラズマ生成電極２１５には、インピーダンスの整合を行うインピーダンス整合器２７２を介して高周波電力を印加する高周波電源２７３が接続されている。プラズマ生成電極２１５とインピーダンス整合器２７２との間には、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧を測定する電圧測定部１００ａが接続されている。電圧測定部１００ａは、例えばオシロスコープやプラズマモニタ等として構成されている。電圧測定部１００ａで測定されたプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧値等のデータは、後述のコントローラ１２１へ出力されるようになっている。主に、プラズマ生成電極２１５、インピーダンス整合器２７２、及び高周波電源２７３によりプラズマ生成部が構成されている。なお、電圧測定部１００ａ、インピーダンス整合器２７２、及び高周波電源２７３は、後述のコントローラ１２１に接続されている。
【００１８】
また、プラズマ生成電極２１５の外表面の上下端近傍には、磁界形成機構として筒状、例えば円筒状に形成された上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂが配置されている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、例えば永久磁石により構成されている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を有する。これら上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、磁極の向きが互いに逆向きなるように設けられている。つまり、これら内周部の磁極同士が異極になっている。これにより、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの内周面に沿って円筒軸方向に磁力線が形成可能である。
【００１９】
（サセプタ）
処理室２０１内の底側中央には、ウエハ２００を保持する基板支持部としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やセラミックス、又は石英等の非金属材料で形成されている。これにより、後述する基板処理のプラズマ生成時にウエハ２００に対してサセプタ２１７からの金属汚染を低減可能としている。なお、サセプタ２１７は、下側容器２１１と絶縁されている。サセプタ２１７の内部には、ウエハ２００を加熱する加熱機構としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれている。ヒータに電源部（図中省略）から電力が印加されることで、ウエハ２００を例えば室温〜１０００℃程度にまで加熱可能である。なお、サセプタ２１７には温度センサ（図中省略）が設けられている。電源部及び温度センサは後述のコントローラ１２１に接続されている。温度センサ（図中省略）が検出した温度情報に基づき、電源部からのヒータへの通電具合がフィードバック制御されるように構成されている。
【００２０】
サセプタ２１７の中央下部には、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。また、サセプタ２１７の周辺側には、貫通孔２１７ａが少なくとも３個形成されている。貫通孔２１７ａには、ウエハ突き上げピン２６６が貫通可能である。ウエハ突き上げピン２６６と貫通孔２１７ａとの位置関係は、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降された際に、非接触な状態でウエハ突き上げピン２６６が貫通孔２１７ａを突き抜けるように構成されている。なお、サセプタ昇降機構２６８は、後述のコントローラ１２１に接続されている。
【００２１】
また、サセプタ２１７の内部には、ウエハ２００の電位を制御するインピーダンス可変電極２１７ｂが設けられている。インピーダンス可変電極２１７ｂは、インピーダンスを変更可能なインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、直列に接続されたコイル２７４ａと可変コンデンサ２７４ｂとを備えている。可変コンデンサ２７４ｂの静電容量が調整されることでインピーダンス可変機構２７
４のインピーダンスが変更可能なように構成されている。インピーダンス可変機構２７４のインピーダンスが変更されることで、プラズマに対するインピーダンス可変電極２１７ｂの電位、すなわち、ウエハ２００の電位が制御されるように構成されている。なお、インピーダンス可変機構２７４とインピーダンス可変電極２１７ｂとの間には、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧等を測定する電圧測定部１００ｂが接続されている。電圧測定部１００ｂで測定されたインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧値等のデータは、後述のコントローラ１２１へ出力されるようになっている。なお、電圧測定部１００ｂ及びインピーダンス可変機構２７４は、後述のコントローラ１２１に接続されている。
【００２２】
（制御部）
制御部としてのコントローラ１２１は、電圧測定部１００ａ，１００ｂ、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６、圧力センサ、サセプタ昇降機構２６８、ゲートバルブ２４４、インピーダンス整合器２７２、高周波電源２７３、マスフローコントローラ２４２、バルブ２４３ａ、電源部、ヒータ、温度センサ、インピーダンス可変機構２７４の動作等をそれぞれ制御するよう構成されている。
【００２３】
（２）基板処理工程
次に、本実施形態に係る基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、上述の基板処理装置を用いてウエハ２００に窒化処理を施す処理であり、半導体装置の製造工程の一工程として実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
【００２４】
（基板搬入工程）
まず、図中省略の搬送機構によって処理室２０１内にウエハ２００を搬入し、サセプタ２１７上に載置する。具体的に説明すると、サセプタ２１７を基板搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過するようにする。このとき、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き上げピン２６６が突き出された状態となる。次に、ゲートバルブ２４４を開き、搬送機構によってウエハ２００をウエハ突上げピン２６６の先端上に載置する。搬送機構を処理室２０１外へ退避させたら、ゲートバルブ２４４を閉じる。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７を上昇させることで、サセプタ２１７上面にウエハ２００を載置させ、更に図１に示す処理位置までウエハ２００を上昇させる。
【００２５】
サセプタ２１７内のヒータを加熱し、ウエハ２００の温度が例えば室温〜１０００℃程度の範囲内の所定の処理温度になるようにする。また、真空ポンプ２４６を作動させると共にＡＰＣ２４２の開度を適正に調整し、処理室２０１内の圧力が例えば０．１〜１００Ｐａの範囲内の所定の処理圧力になるようにする。
【００２６】
（処理ガスの供給・排気工程）
ウエハ２００が所定の処理温度に加熱されたら、処理室２０１内への処理ガスの供給を開始する。具体的に説明すると、バルブ２４３ａを開け、処理ガスとしてのＮ２ガスを、図示しないガス供給源からマスフローコントローラ２４１を介してガス供給管２３２内に供給する。ガス供給管２３２内に供給されたＮ２ガスは、ガス導入口２３４を介してシャワーヘッド２３６内に供給され、ガス吹出口２３９を介して処理室２０１内に供給される。処理室２０１内に供給されたＮ２ガスは、ウエハ２００の表面（処理面）に向けてシャワー状に供給された後、ガス排気管２３１から排気される。なお、Ｎ２ガスのガス流量は、例えば１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲内とする。このとき、圧力センサにより検出された圧力に基づいてＡＰＣ２４２の弁の開度を調節し、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力（真空度）となるようにする。
【００２７】
（プラズマ処理工程）
処理室２０１内の圧力が安定したら、高周波電源２７３からプラズマ生成電極２１５に、インピーダンス整合器２７２を介して高周波電力を印加する。なお、印加する高周波電力は、例えば１００Ｗ〜５００Ｗの範囲内とする。高周波電力が印加されると、プラズマ生成電極２１５と遮蔽プレート２４０との間のプラズマ生成領域２２４にプラズマ放電が生じる。また、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷がトラップされ、プラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより活性化されたＮ２ガスや原子状窒素（Ｎ）が、ウエハ２００上に供給され、ウエハ２００上に形成された薄膜表面を窒化して窒化膜が形成される。このとき、インピーダンス可変機構２７４の可変コンデンサ２７４ｂの静電容量を調整することで、すなわちインピーダンス可変機構２７４のインピーダンスを変更することで、ウエハ２００の電位を制御し、ウエハ２００へのプラズマ中のイオン引き込み量を制御し、所望の成膜速度（処理速度）を得るようにする。
【００２８】
放電開始から所定時間経過後、所望の膜厚の窒化膜が形成されたら、高周波電源２７３からのプラズマ生成電極２１５への電力供給を停止して放電を停止する。
【００２９】
（基板搬出工程）
ガス供給管２３２のバルブ２４３ａを開けたまま処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続しつつ、処理室２０１内の排気を所定時間継続し、未反応ガスや中間生成物等を処理室２０１内から排出する。そして、ＡＰＣ２４２の開度を調節し、処理室２０１内の圧力を隣接する真空搬送室（図示省略）内の圧力と同圧化する。そして、ウエハ２００の搬入と逆の手順で処理済みのウエハ２００を処理室２０１内から搬出し、本実施形態における基板処理工程を終了する。
【００３０】
（３）成膜速度の調整
次に、上述した基板処理工程における成膜速度の調整方法について説明する。
【００３１】
上述したように、成膜速度は、インピーダンス可変機構２７４の可変コンデンサ２７４ｂの静電容量を調整することで、すなわちインピーダンス可変機構２７４のインピーダンスを変更することで調整できる。インピーダンスを変更すると、ウエハ２００の電位だけでなく、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）、及びインピーダンス可変機構２７４のピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）等の値が伴って変動する。ここで、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧の変化と、成膜速度の変化とは、類似した傾向を示すことから、従来は、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）の変化をモニタし、そのモニタ結果を基にインピーダンス値を変更して成膜速度を制御するようにしていた。
【００３２】
しかしながら、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）の変化と、成膜速度の変化とは、インピーダンスの可変範囲内の一部では類似した傾向を示すものの、広範囲では一致しない傾向があった。そのため、インピーダンス可変機構２７４の可変コンデンサ２７４ｂを広範囲に変更する場合には、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）の変化をモニタしても、成膜速度を所望の値に制御することは困難であった。また、モニタ値としては、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）を用いることも考えられるが、電流測定用プローブは大型であり、基板処理装置への組み込みが困難となる場合があった。
【００３３】
そこで、発明者等は、インピーダンスの可変範囲内の広域にわたって成膜速度の制御を容易に行うことが可能なパラメータを探すべく鋭意研究を行った。その結果、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数の変化と成膜速度の変化とがほぼ同じ増加傾向になることを突き止めた。そして、発明者等は、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数をモニタすることで、インピーダンスの可変範囲内の広域にわたって成膜速度を容易に出来るとの知見を得た。以降、その詳細を説明する。
【００３４】
まず、ここでは、ウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ）及びウエハ２００の近傍で消費される電力（Ｐ）を求めることとする。なお、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）、及びウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ）はベクトル値である。
【００３５】
ウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ）は、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）及びインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）を用いて（式１）に示すように近似される。
【００３６】
Ｖｄｃ≒ＲＦＶｐｐ−ＲＦＣＶｐｐ      …（式１）
【００３７】
また、ウエハ２００に流れるインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）は、インピーダンス可変機構２７４内に流れる電流と同一と考えられる。インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）とインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）とは、（式２）に示すように直角の関係にある。
【００３８】
ＲＦＣＩｐｐ⊥ＲＦＣＶｐｐ            …（式２）
【００３９】
また、ウエハ２００近傍で消費される電力（Ｐ）は、（式３）に示すようにウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ≒ＲＦＶｐｐ−ＲＦＣＶｐｐ）とウエハ２００に流れるインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）との積に比例する。
【００４０】
Ｐ∝（ＲＦＶｐｐ−ＲＦＣＶｐｐ）・ＲＦＣＩｐｐ  …（式３）
【００４１】
また、一般に電力（Ｐ）は、（式４）に示す電圧ベクトルＶ（以下、単にＶ）と、（式５）にし示す電流ベクトルＩ（以下、単にＩ）との積によって算出される。したがって、ウエハ２００近傍で消費される電力（Ｐ）は（式６）に示すように近似される。
【００４２】
Ｖ＝（ＲＦＶｐｐ−ＲＦＣＶｐｐ）／２        …（式４）
【００４３】
Ｉ＝ＲＦＣＩｐｐ／２          …（式５）
【００４４】
Ｐ＝（Ｖ／√２）・（Ｉ／√２）
＝（１／√２）・（１／２）・（ＲＦＶｐｐ−ＲＦＣＶｐｐ）×（１／√２）・（１／２）・ＲＦＣＩｐｐ
＝（１／√８）・（ＲＦＶｐｐ−ＲＦＣＶｐｐ）×（１／√８）・ＲＦＣＩｐｐ
＝（１／８）・｜ＲＦＶｐｐ−ＲＦＣＶｐｐ｜×｜ＲＦＣＩｐｐ｜×ｃｏｓθ      
…（式６）
【００４５】
但し、ｃｏｓθは、電力（Ｐ）値の力率である。
【００４６】
ウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ）及びウエハ２００近傍で消費される電力（Ｐ
）を、実際のプラズマ処理条件、ここでは、ウエハ２００上の薄膜に対して窒化処理を実施した場合に適用して算出したグラフを図１１に示す。図１１は、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値、ウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ）値、ウエハ２００近傍で消費される電力（Ｐ）値、及びインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）値の、可変コンデンサポジションに対する変化量をそれぞれ示すグラフ図である。なお、可変コンデンサポジションとは、可変コンデンサ２７４ｂの最大の静電容量値（Ｆ）に対する現在の可変コンデンサ２７４ｂの静電容量値（Ｆ）の割合をパーセントで示したものである。横軸は可変コンデンサポジション（％）を、縦軸は電圧（Ｖ）及び電力（Ｗ）をそれぞれ示している。図１１中の△印はプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値を、■印はインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値を、×印はウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ）値を、＊印はウエハ２００近傍で消費される電力（Ｐ）値を、◆印はインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）値を、それぞれ示している。図１１中のグラフでは、処理室２０１内の圧力は５０Ｐａ、Ｎ２ガスの流量は５００ｓｃｃｍ、処理温度は９００℃、高周波電力は２００Ｗ、処理時間は６０秒である。
【００４７】
また、図１１と異なる処理条件でウエハ２００上の薄膜に対して窒化処理を実施した場合のグラフを図１２に示す。図１２は、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値、及び膜厚（単位時間当たりの成膜速度とほぼ同義）の、可変コンデンサポジションに対する変化量をそれぞれ示すグラフ図である。横軸は可変コンデンサポジション（％）を、縦軸は電圧（Ｖ）及び膜厚（Å）をそれぞれ示している。図１２中の◆印はプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値を、■印はインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値を、△印は膜厚を、それぞれ示している。図１２中のグラフでは、処理室２０１内の圧力は１Ｐａ、Ｎ２ガスの流量は１００ｓｃｃｍ、処理温度は４００℃、高周波電力は２５０Ｗ、処理時間は９０秒である。
【００４８】
図１１及び図１２により、膜厚の変化はウエハ２００近傍で消費される電力（Ｐ）値の変化と略同じ傾向で増加しており、膜厚の変化と電力（Ｐ）値の変化とは比例に類似した関係にあることが推測される。また、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の変化と膜厚の変化とは異なる傾向であるが、傾きが逆転し反比例に類似した関係にあることが分かる。
【００４９】
次に、図１１の処理条件において、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）の位相値及び実効値、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）の位相値及び実効値、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）の位相値及び実効値、ウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ）の位相値、力率及び実効値、及びウエハ２００近傍で消費される電力（Ｐ）の有効電力値の、可変コンデンサポジションに対するデータを表１に示す。なお、表１に示す位相θは、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）を基準とし、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）の位相の遅れや進みにより求めている。また、ウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ）値は、（式１）に基づいて求めた値である。
【表１】
0005546921.tif 000002
【００５０】
図１１及び表１から分析を行った結果を以下に示す。なお、この分析は、可変コンデンサポジションが２０％未満、２０％以上４０％未満、４０％以上の３つの範囲に分けて行っている。
【００５１】
まず、可変コンデンサポジションが２０％未満の範囲について説明する。この場合、可変コンデンサポジションが０％から増加するにつれて、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値が極小値に向かっていることが分かる。
【００５２】
次に、可変コンデンサポジションが２０％以上４０％未満の範囲について説明する。この場合、可変コンデンサポジションが２０％から増加するにつれて、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値が極小値から増加傾向となっていることが分かる。このため、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）及びインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）を実効値で判断することができる。したがって、可変コンデンサポジションが２０％以上４０％未満の範囲では、モニタ値としてインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）の実効値（実測値）を用いることで、膜厚を容易に制御可能である。
【００５３】
次に、可変コンデンサポジションが４０％以上の範囲について説明する。この場合、可変コンデンサポジションが４０％から増加するにつれて、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値が最大値に向かっていることが分かる。また、ウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ）の位相角と、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）の位相角と、の差が増加していることが分かる。このため、ウエハ２００に印加される電圧（Ｖｄｃ）のｃｏｓθが減少傾向となっている。また、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）値は若干増加しているが略一定値となり、ウエハ２００近傍で消費される電力（Ｐ）値は若干減少しているが略一定値となっている。
【００５４】
したがって、可変コンデンサポジションが２０％以上４０％未満の範囲では、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）の実効値が膜厚の制御に使用可能である。しかしながら、可変コンデンサポジションが２０％未満の範囲、４０％以上の範囲では、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値の傾きの傾向が変化してインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）の実効値と、膜厚と、が同期しなくなる傾向がある。このため、インピーダンス可変機構２７４のインピーダンスを広範囲に変更する場合には、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）をモニタ値としても、膜厚（成膜速度）を所望の値に制御することが困難である。
【００５５】
ここで、上述したように、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値と、膜厚と、は傾きが逆転し反比例の関係にある。そこで、モニタ値としてプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数を考案する。なお、以下に示す図２〜図５のグラフにおいて、横軸は可変コンデンサポジション（％）を、縦軸は（指数）をそれぞれ示している。
【００５６】
まず、可変コンデンサポジションが０％のときのプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値、及び膜厚の実測値を基準値として、それら基準値に対するプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値、及び膜厚のそれぞれの比（以下、正数比と呼ぶ）をとる。次に、可変コンデンサポジションが０％のときのプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値及びインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値を基準値として、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値及びインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値に対する上記基準値のそれぞれの比（以下、逆数比と呼ぶ）をとる。上記求めたプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧の正数比及び逆数比、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）の正数比及び逆数比、膜厚の正数比の、可変コンデンサポジションに対するデータを表２に示す。
【表２】
0005546921.tif 000003
【００５７】
この表２のデータの一部をグラフ化したものを図３及び図２に示す。
【００５８】
図３は、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の正数比、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値の正数比、及び膜厚の正数比の、可変コンデンサポジションに対する変化量をそれぞれ示すグラフ図である。なお、図３中の◆印はプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の正数比を、■印はインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値の正数比を、△印は膜厚の正数比を、それぞれ示している。図３により、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の正数比の変化と膜厚の正数比の変化とは、傾きの傾向が逆転していることが分かる。
【００５９】
図２は、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数比、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値の逆数比、及び膜厚の正数比、との可変コンデンサポジションに対する変化量をそれぞれ示すグラフ図である。なお、図２中の◆印はプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数比を、■印はインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値の逆数比を、△印は膜厚の正数比を、それぞれ示している。図２により、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数比の変化と膜厚の正数比の変化とは、傾きの傾向が略一致していることが分かる。したがって、膜厚を正数比に、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値を逆数比にすることで、これら双方に可変コンデンサポジションの可変範囲内の広域にわたって良好な相関が得られることが分かる。
【００６０】
さらに、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値が極小値になるときの可変コンデンサポジション、例えば可変コンデンサポジションが２３％のときを基準として上述と同様に正数比及び逆数比をとる。プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧の正数比及び逆数比、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電流（ＲＦＣＩｐｐ）の正数比及び逆数比、膜厚の正数比の可変コンデンサポジションに対するデータを表３に示す。
【表３】
0005546921.tif 000004
【００６１】
この表３のデータの一部をグラフ化したものを図５及び図４に示す。
【００６２】
図５は、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）が極小値となるときを基準としたプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の正数比、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値の正数比、及び膜厚の正数比と、可変コンデンサポジションとの関係を示すグラフ図である。なお、図５中の◆印はプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の正数比を、■印はインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値の正数比を、△印は膜厚の正数比を、それぞれ示している。図５により、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の正数比の変化と膜厚の正数比の変化とは、傾きの傾向が上述の図３とほぼ同様であることが分かる。
【００６３】
図４は、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）が極小値となるときを基準としたプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数比、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値の逆数比、及び膜厚の正数比と、可変コンデンサポジションとの関係を示すグラフ図である。なお、図４中の◆印はプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数比を、■印はインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値の逆数比を、△印は膜厚の正数比を、それぞれ示している。図４により、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数比の変化と膜厚の正数比の変化とは、傾向が非常に相似しており、上述の図２よりさらに一致していることが分かる。したがって、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）が極小値となるときを基準としたプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数比、及び膜厚の正数比とすることで、可変コンデンサポジションの可変範囲内の広域にわたってさらに良好な相関が得られることが分かる。
【００６４】
なお、本実施形態では、上述したように基準値の取り方により２種類のプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数比を得ることができる。基板処理によっては基準値をインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）の測定から得られる極小値にすることが有効な場合もある。この場合、データ取得のための予備処理を行い、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）が極小値となるときの可変コンデンサポジションを特定する。そして、特定した可変コンデンサポジションに対するプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値を算出してこの算出したプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値を基準として逆数比を算出する。すなわち、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数を
正規化する。そして、プラズマ処理中に得たプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数を、上述と同様に正規化し、現在の成膜速度を推測する。これにより、広域にわたりプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数と、成膜速度（処理速度）と、が一致することから、インピーダンスの可変範囲内の広域にわたって成膜速度の制御を容易に行うことが可能となる。
【００６５】
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
【００６６】
（ａ）本実施形態によれば、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数に応じてインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変機構２７４を備えている。これにより、広域にわたりプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数と、成膜速度（処理速度）と、が一致することから、インピーダンスの可変範囲内の広域にわたって成膜速度の制御を容易に行うことが可能である。
【００６７】
（ｂ）本実施形態によれば、インピーダンス可変機構２７４は、可変コンデンサ２７４ｂを備え、コントローラ１２１は、可変コンデンサポジションを調整することで、インピーダンス可変機構２７４のインピーダンスを変更するよう構成されている。これにより、インピーダンス可変電極２１７ｂの電位を変更することができ、プラズマに対するウエハ２００の電位を制御することができる。したがって、ウエハ２００へのプラズマ中のイオン引き込み量を制御することができ、所望の成膜速度を得ることができる。
【００６８】
（ｃ）本実施形態によれば、コントローラ１２１は、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値から算出して得たピーク間電圧ＲＦＶｐｐ値の逆数を正規化して現在の成膜速度を推測するよう構成されている。これにより、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数比の変化と膜厚（成膜速度）の正数比との変化がさらに良く一致し、成膜速度の制御をより容易とすることができる。
【００６９】
（ｄ）本実施形態によれば、コントローラ１２１は、予め取得したプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値及びインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値に基づいてインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値が極小値となるときのインピーダンス可変電極２１５のインピーダンス値を特定し、このインピ―ダンス値におけるプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数に対してプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数を正規化するよう構成されている。これにより、プラズマ処理中に得たプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の逆数を、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値が極小値となるときのインピーダンス値により正規化することができ、成膜速度の制御をより容易とすることができる。
【００７０】
＜第２の実施形態＞
次に図６を参照して第２の実施形態を説明する。第１の実施の形態と異なる点は、電圧測定部に半波整流回路を備える点である。それ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００７１】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る電圧測定部３００を含む回路ブロック図である。図６に示すように、プラズマ生成電極２１５とインピーダンス整合器２７２との間に接続され（図１参照）、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）を測定する電圧測定部３００を備えている。電圧測定部３００は、電圧測定部３００が備える半波整流回路３０１により半波整流して直流電圧に変換したプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）を測定するよう構成されている。半波整流回路３０１は、ダイオード
ＤとコンデンサＣと抵抗ＲＬとを備えている。また、半波整流回路３０１の下流側は、可変抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を備えている。
【００７２】
プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）が入力されると、電圧測定部３００の半波整流回路３０１は、ダイオードＤにより交流の半サイクル分の出力の電流を流しつつ、コンデンサＣを充電し、次の半サイクルの間にコンデンサＣに溜まった電力を放出し、抵抗ＲＬにより平滑化する。半波整流回路３０１の下流側は、平滑化された電力から可変抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２によりリップル分を取り除いて直流電圧Ｖｄｃを出力し、結果として直流電圧Ｖｄｃを測定することができる。また、図示しないが同様にインピーダンス可変機構２７４とインピーダンス可変電極２１７ｂとの間に接続した電圧測定部は、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）を半波整流するように構成されている。
【００７３】
また、電圧測定部で半波整流した後の直流電圧Ｖｄｃからインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値及びプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値を変換してもよい。図７は、本発明の第２の実施形態に係る電圧測定部３００及びアナログ入力ユニット３１０を含む回路ブロック図である。図７に示すように、電圧測定部３００の下流側にアナログ入力ユニット３１０が設けられている。アナログ入力ユニット３１０は、電圧測定部３００からの直流電圧Ｖｄｃが入力されてプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値に変換するように構成されている。また、図示しないが同様に電圧測定部の下流側にアナログ入力ユニットが設けられ、電圧測定部からの直流電圧Ｖｄｃ値が入力されてインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値に変換するように構成されている。これにより、より精度の高いインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）及びプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）の測定が可能となる。
【００７４】
本実施形態によれば、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）及びプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）の測定精度が上がり、測定器の個体差による測定値のばらつきを低減させることが可能となる。また、半波整流回路内の部品は、抵抗ＲＬ、ダイオードＤ及びコンデンサＣ等の普及品で構成されている。これにより、部品単体が生産中止となっても同等性能の代替品に変更することで、長期間の使用が可能となる。したがって、測定器の個体差による影響を低減させ、コストを削減させることができる。
【００７５】
なお、従来は、市販のオシロスコープによりプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）を測定してモニタ値としていた。オシロスコープの精度は、例えば±２４Ｖ（１００Ｖ／ｄｉｖ設定：１目盛り当たり１００Ｖ）であり、測定の再現性が低下する場合があった。また、測定値の最大値／最小値比が例えば約１０〜５０倍の範囲内にある場合、測定値の変動範囲が大きいので、良好な測定精度を得られない場合があった。
【００７６】
＜第３の実施形態＞
次に図８を参照して第３の実施形態を説明する。上述の実施の形態と異なる点は、電圧測定部に平均化回路を備える点である。それ以外の構成は、上述の実施形態と同様である。
【００７７】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る電圧測定部３００Ｂを含む回路ブロック図である。図８に示すように、プラズマ生成電極２１５とインピーダンス整合器２７２との間に接続され（図１参照）、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）を測定する電圧測定部３００Ｂを備えている。電圧測定部３００Ｂは、複数回（図中、ｎ回）測定
したプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）を、平均化回路３２０により平均化処理して測定するように構成されている。さらに具体的に説明すると、電圧測定部３００Ｂは、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値をｎ個保存し、それを平均化回路３２０により平均化処理する。そして、電圧測定部３００Ｂは、この平均化処理したプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値をモニタ値として測定する。この平均化処理を繰り返し行い、連続的なプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値の測定値を得る。また、図示しないが同様にインピーダンス可変機構２７４とインピーダンス可変電極２１７ｂとの間に接続した電圧測定部は、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）を平均化処理するように構成されている。
【００７８】
本実施形態によれば、ｎ個のインピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）値及びプラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）値を平均化処理することで、アース不安定や外来ノイズからの影響を軽減でき、プラズマ生成電極２１５のピーク間電圧（ＲＦＶｐｐ）、インピーダンス可変電極２１７ｂのピーク間電圧（ＲＦＣＶｐｐ）を安定してモニタすることができる。
【００８２】
また、上述の実施形態においては、ウエハ２００上に形成された薄膜を窒化処理する場合に適用しているが、本発明はこれに限定されず、酸化処理、炭化処理、成膜処理であるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、拡散、アニール等の基板処理を実施する場合にも好適に適用可能である。
【００８３】
また、本発明は、本実施形態にかかる基板としてのウエハを処理する基板処理装置に限らず、プリント配線基板、液晶パネル、磁気ディスクやコンパクトディスク等の基板を処理する基板処理装置にも好適に適用できる。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００８５】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００８６】
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にて前記基板を支持する基板支持部と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理室内に供給された前記処理ガスをプラズマ状態とするプラズマ生成電極と、
前記プラズマ生成電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記基板支持部に設けられ前記基板の電位を制御するインピーダンス可変電極と、
前記インピーダンス可変電極に接続され、前記プラズマ生成電極のピーク間電圧値の逆数に応じてインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変機構と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気部と、
少なくとも前記インピーダンス可変機構を制御する制御部と、
を備えた
基板処理装置が提供される。
【００８７】
好ましくは、
前記インピーダンス可変機構は、可変コンデンサを備え、
前記制御部は、前記可変コンデンサの静電容量を調整することで、前記インピーダンスを変更する。
【００８８】
より好ましくは、
前記制御部は、
前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧値の前記逆数を正規化して現在の処理速度を推測する。
【００８９】
より好ましくは、
前記制御部は、
予め取得した前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧値及び前記インピーダンス可変電極の前記ピーク間電圧値に基づいて前記インピーダンス可変電極の前記ピーク間電圧値が極小値となるときの前記インピーダンス可変電極の前記インピーダンス値を特定し、前記インピ―ダンス値における前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧値の前記逆数に対して前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧値の前記逆数を正規化する。
【００９０】
より好ましくは、
前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧を測定する電圧測定部を備え、
前記電圧測定部は、前記電圧測定部が備える半波整流回路により半波整流して直流電圧に変換した前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧を測定する。
【００９１】
より好ましくは、
前記電圧測定部は、前記電圧測定部が備える平均化回路により複数回測定して平均化した前記プラズマ生成電極の前記ピーク間電圧を測定する。
【００９２】
より好ましくは、
前記インピーダンス可変電極の前記ピーク間電圧を測定する第２の電圧測定部を備え、
前記第２の電圧測定部は、前記第２の電圧測定部が備える半波整流回路により半波整流して直流電圧に変換した前記インピーダンス可変電極の前記ピーク間電圧を測定する。
【００９３】
より好ましくは、
前記第２の電圧測定部は、前記電圧測定部が備える平均化回路により複数回測定して平均化した前記インピーダンス可変電極の前記ピーク間電圧を測定する。
【００９４】
本発明の他の態様によれば、
インピーダンス可変機構を所望のインピーダンスにするために、前記インピーダンス可変機構のピーク間電圧値の逆数に応じた可変コンデンサ容量を設定した状態で、プラズマ生成部が処理室内に供給された処理ガスをプラズマ状態とする工程と、
前記処理室内の基板に前記プラズマを晒し、前記基板を処理する工程と、
前記処理した基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を有する
半導体装置の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００９５】
２００        ウエハ（基板）
２０１        処理室
２１５        プラズマ生成電極
２１７        サセプタ（基板支持部）
２１７ｂ      インピーダンス可変電極
２７３        高周波電源
２７４        インピーダンス可変機構
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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