(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定周波数の高周波を出力する高周波電源と前記高周波の供給を受ける負荷との間で自動的にインピーダンスの整合をとる自動整合装置であって、
前記高周波電源に対して前記負荷と並列に接続される第１の可変コンデンサと、
前記第１の可変コンデンサの静電容量をステップ的に可変するための第１のステップ型容量可変機構と、
前記高周波電源に対して前記負荷と直列に接続される第２の可変コンデンサと、
前記第２の可変コンデンサの静電容量をステップ的に可変するための第２のステップ型容量可変機構と、
前記高周波電源の出力端子から見た負荷側のインピーダンスについてその絶対値および位相を測定するインピーダンス測定部と、
前記インピーダンス測定部より得られる前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の測定値に応じて、前記絶対値測定値および前記位相測定値をそれぞれ所定の絶対値基準値および位相基準値に可及的に近づけるように、前記第１および第２のステップ型容量可変機構を介して前記第１および第２の可変コンデンサの静電容量を可変制御するコントローラと
を具備し、
前記コントローラが、
前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相を互いに直交する２つの座標軸とするインピーダンス座標上で、前記第１の可変コンデンサの静電容量に対する前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の設定変化率に対応した第１の傾きを有し、かつ前記絶対値基準値および前記位相基準値の座標位置で表わされる整合点を通る第１の基準線を目標にして、または前記第２の可変コンデンサの静電容量に対する前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の設定変化率に対応した第２の傾きを有し、かつ前記整合点を通る第２の基準線を目標にして、前記絶対値測定値および前記位相測定値の座標位置で表わされる動作点を前記整合点に対して第１の近接範囲内に近づけるように、前記第１および第２の可変コンデンサの少なくとも一方の静電容量を可変制御する第１のマッチング制御部と、
前記インピーダンス座標上で、前記動作点が前記第１の近接範囲内に入った後に、前記第１または第２の基準線と直交し、かつ前記整合点を通る第３の基準線を目標として、前記動作点を前記整合点に対して第２の近接範囲内に近づけるように、前記第１または第２の可変コンデンサの少なくとも一方の静電容量を可変制御する第２のマッチング制御部と
を有する自動整合装置。
【請求項２】
前記第１および第２の可変コンデンサの静電容量の値に応じて前記第１および第２の近接範囲の少なくとも一方を可変する、請求項１に記載の自動整合装置。
【請求項３】
一定周波数の高周波を出力する高周波電源と前記高周波の供給を受ける負荷との間で自動的にインピーダンスの整合をとる自動整合装置であって、
前記高周波電源に対して前記負荷と並列に接続される第１の可変コンデンサと、
前記第１の可変コンデンサの静電容量をステップ的に可変するための第１のステップ型容量可変機構と、
前記高周波電源に対して前記負荷と直列に接続される第２の可変コンデンサと、
前記第２の可変コンデンサの静電容量をステップ的に可変するための第２のステップ型容量可変機構と、
前記高周波電源の出力端子から見た負荷側のインピーダンスについてその絶対値および位相を測定するインピーダンス測定部と、
前記インピーダンス測定部より得られる前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の測定値に応じて、前記絶対値測定値および前記位相測定値をそれぞれ所定の絶対値基準値および位相基準値に可及的に近づけるように、前記第１および第２のステップ型容量可変機構を介して前記第１および第２の可変コンデンサの静電容量を可変制御するコントローラと
を具備し、
前記コントローラが、
前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相を互いに直交する２つの座標軸とするインピーダンス座標上で、前記第１の可変コンデンサの静電容量に対する前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の設定変化率に対応した第１の傾きを有し、かつ前記絶対値基準値および前記位相基準値の座標位置で表わされる整合点を通る第１の基準線を目標として、または前記第２の可変コンデンサの静電容量に対する前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の設定変化率に対応した第２の傾きを有し、かつ前記整合点を通る第２の基準線を目標として、前記絶対値測定値および前記位相測定値の座標位置で表わされる動作点を前記第１または第２の基準線に対して可及的に近づけるように、前記第１および第２の可変コンデンサの少なくとも一方の静電容量を可変制御する第１のマッチング制御部と、
前記インピーダンス座標上で、前記動作点が前記第１または第２の基準線に対して可及的に近づいた後に、前記第１または第２の基準線と直交し、かつ前記整合点を通る第３の基準線を目標として、前記動作点を前記第３の基準線に可及的に近づけるように、前記第１または第２の可変コンデンサの少なくとも一方の静電容量を可変制御する第２のマッチング制御部と
を有する自動整合装置。
【請求項４】
前記第１のマッチング制御部は、第１のサイクル毎に、前記インピーダンス座標上で、前記動作点が前記第１の基準線により分割される２つの領域のどちらに位置しているかを判定し、その判定結果に応じて前記第２の可変コンデンサの静電容量を１ステップ増加もしくは減少させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動整合装置。
【請求項５】
前記第１のマッチング制御部は、第２のサイクル毎に、前記インピーダンス座標上で、前記動作点が前記第２の基準線により分割される２つの領域のどちらに位置しているかを判定し、その判定結果に応じて前記第１の可変コンデンサの静電容量を１ステップ増加もしくは減少させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動整合装置。
【請求項６】
前記第２のマッチング制御部は、第３のサイクル毎に、前記インピーダンス座標上で、前記動作点が前記第３の基準線により分割される２つの領域のどちらに位置しているかを判定し、その判定結果に応じて前記第１または第２の可変コンデンサの静電容量を１ステップ増加もしくは減少させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自動整合装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記第１および第２の可変コンデンサの静電容量の値に応じて、それらの静電容量に対する前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の設定変化率を可変する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の自動整合装置。
【請求項８】
前記コントローラは、実質的な整合状態が確立されていったん前記第１および第２のマッチング制御部の動作を停止させた後も継続的に前記インピーダンス座標上で前記動作点の位置を監視し、整合が外れたときは直ちに前記第１のマッチング制御部および／または前記第２のマッチング制御部の動作を再開させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自動整合装置。
【請求項９】
前記第１および第２のステップ型容量可変機構はそれぞれ第１および第２ステッピングモータを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自動整合装置。
【請求項１０】
前記インピーダンス測定部は、所定のサイクル毎に前記絶対値測定値および前記位相測定値を演算する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自動整合装置。
【請求項１１】
被処理基板を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で高周波放電により前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記高周波放電に用いられる一定周波数の高周波を出力する高周波電源と、
前記高周波電源と前記プラズマ生成部との間に接続される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の自動整合装置と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項１２】
被処理基板を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記処理容器内で前記基板を載置して保持する電極と、
前記プラズマから前記電極上の前記基板に入射するイオンのエネルギーを制御するのに用いられる一定周波数の高周波を出力する高周波電源と、
前記高周波電源と前記電極との間に接続される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の自動整合装置と
を有するプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電源と負荷との間で自動的にインピーダンスの整合をとる自動整合装置およびそれを用いるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスには、プラズマを利用してエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理を行うプラズマ処理装置が多く使われている。プラズマ処理装置において、プラズマの生成に高周波を用いる場合は、チャンバの中または外に高周波電極（またはアンテナ）を配置して、高周波給電部より該高周波電極に一定周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波を給電するようにしている。また、プラズマから被処理基板に入射するイオンのエネルギーを自在に制御する場合は、基板を支持する載置台に高周波電極を使用し、高周波給電部より該高周波電極に一定周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以下）の高周波を給電するようにしている。
【０００３】
この種の高周波給電部には、高周波を出力する高周波電源だけでなく、高周波電源側のインピーダンスと負荷側（電極、プラズマ、チャンバ）のインピーダンスとの間で整合（マッチング）をとるための整合装置も用いられる。高周波電源および伝送ケーブルは通常５０Ωの純抵抗出力になるように設計されるため、整合回路も含めた負荷側のインピーダンスが５０Ωになるように、つまり反射波の電力が最小となるように、整合装置内のインピーダンスが設定または調節される。
【０００４】
一般に、プラズマ処理装置に用いられる整合装置は、複数の可変リアクタンス素子を含み、ステッピングモータ等により可変リアクタンス素子の値またはインピーダンス・ポジションを選択することにより、負荷側インピーダンスを可変制御できる自動整合装置として構成されている。
【０００５】
この種の自動整合装置は、プラズマ処理中に圧力変動などによってプラズマ負荷のインピーダンスが変わると、それら可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変調整して自動的に負荷側インピーダンスを補正して整合ポイント（５０Ω）に合わせるようになっている。このオートマッチングを行うため、自動整合装置は、負荷側インピーダンスを測定する回路や、負荷側インピーダンスの測定値を整合ポイント（５０Ω）に一致させるようにステッピングモータを通じて各可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変制御するコントローラ等を備えている。
【０００６】
一般的に、この種の自動整合装置は、整合回路内に、可変リアクタンス素子として、高周波電源に対して負荷と並列および直列にそれぞれ接続される２つの可変コンデンサを備える。ここで、負荷と並列に接続される第１可変コンデンサの静電容量は、負荷側インピーダンスの絶対値を可変調整するのに支配的に作用する。一方、負荷と直列に接続される第２可変コンデンサの静電容量は、負荷側インピーダンスの位相（ＲＦ電圧とＲＦ電流の位相差）を可変調整するのに支配的に作用する。
【０００７】
典型的な従来の自動整合装置は、インピーダンス測定回路より得られる負荷側インピーダンスの絶対値および位相の測定値を整合ポイントの値つまり絶対値基準値および位相基準値とそれぞれ比較して絶対値誤差および位相誤差を求め、絶対値誤差を零に近づけるように第１可変コンデンサの静電容量（容量ポジション）を可変し、位相誤差を零に近づけるように第２の可変コンデンサの静電容量（容量ポジション）を可変するようにしている（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２０９７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
プラズマ処理装置においては、チャンバ内の圧力変動などによってプラズマ負荷のインピーダンスが動的かつ不定に変化しやすい。このため、自動整合装置は、負荷側インピーダンスの変化に迅速かつ正確に追従できるオートマッチング動作を求められている。
【００１０】
その点、上記のような従来の自動整合装置のように、インピーダンスの絶対値誤差および位相誤差を演算してそれらを零に近づけるように第１および第２可変コンデンサを直交的に役割分担させて可変制御するオートマッチング方式は、負荷側インピーダンスの調整における両可変コンデンサの作用の実態から大きくかけ離れているため、整合ポイント近傍への収束を短時間で確実に行うことは難しい。
【００１１】
すなわち、実際には、第１可変コンデンサは負荷側インピーダンスの絶対値だけでなく位相にも作用し、第２可変コンデンサは負荷側インピーダンスの位相だけでなく絶対値にも作用する。したがって、絶対値誤差を零に近づけるように第１の可変コンデンサの容量ポジションを可変すると、負荷側インピーダンスの動作点は絶対値的には整合ポイントに近づくが、位相的には整合ポイントから離れることがある。一方で、位相誤差を零に近づけるように第２可変コンデンサの容量ポジションを可変すると、負荷側インピーダンスの動作点は位相的には整合ポイントに近づくが、絶対値的には整合ポイントから離れることがある。上記のような直交型のオートマッチング方式は、両可変コンデンサの作用の実態に則しておらず、しかも動作点を整合ポイント近傍に常時安定に収束させる確かなアルゴリズムをもたないため、ハンチングを起こしたり、整合がとれるまでに多くの時間を費やしている。
【００１２】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、オートマッチング動作において不必要な速度低下やハンチングを招くことなく短時間で効率よく実質的な整合状態を確立できるようにした自動整合装置およびそれを用いるプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点における自動整合装置は、一定周波数の高周波を出力する高周波電源と前記高周波の供給を受ける負荷との間で自動的にインピーダンスの整合をとる自動整合装置であって、前記高周波電源に対して前記負荷と並列に接続される第１の可変コンデンサと、前記第１の可変コンデンサの静電容量を可変するための第１のステップ型容量可変機構と、前記高周波電源に対して前記負荷と直列に接続される第２の可変コンデンサと、前記第２の可変コンデンサの静電容量を可変するための第２のステップ型容量可変機構と、前記高周波電源の出力端子から見た負荷側のインピーダンスについてその絶対値および位相を測定するインピーダンス測定部と、前記インピーダンス測定部より得られる前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の測定値に応じて、前記絶対値測定値および前記位相測定値をそれぞれ所定の絶対値基準値および位相基準値に可及的に近づけるように、前記第１および第２のステップ型容量可変機構を介して前記第１および第２の可変コンデンサの静電容量を可変制御するコントローラとを具備する。そして、前記コントローラが、前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相を互いに直交する２つの座標軸とするインピーダンス座標上で、前記第１の可変コンデンサの静電容量に対する前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の設定変化率に対応した第１の傾きを有し、かつ前記絶対値基準値および前記位相基準値の座標位置で表わされる整合点を通る第１の基準線を目標にして、または前記第２の可変コンデンサの静電容量に対する前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の設定変化率に対応した第２の傾きを有し、かつ前記整合点を通る第２の基準線を目標にして、前記絶対値測定値および前記位相測定値の座標位置で表わされる動作点を前記整合点に対して第１の近接範囲内に近づけるように、前記第１および第２の可変コンデンサの少なくとも一方の静電容量を可変制御する第１のマッチング制御部と、前記インピーダンス座標上で、前記動作点が前記第１の近接範囲内に入った後に、前記第１または第２の基準線と直交し、かつ前記整合点を通る第３の基準線を目標として、前記動作点を前記整合点に対して第２の近接範囲内に近づけるように、前記第１または第２の可変コンデンサの少なくとも一方の静電容量を可変制御する第２のマッチング制御部とを有する。
【００１４】
上記第１の観点における自動整合装置では、インピーダンス座標上で、動作点が上記第１の近接範囲の外にあるときは、第１のマッチング制御部により動作点を整合点に向けて比較的大きな歩幅でステップ移動させる。そして、動作点が上記第１の近接範囲の中に入っているときは、第２のマッチング制御部を用いて、動作点を整合点に向けて比較的小さな歩幅でステップ移動させ、上記第２の近接範囲内に収束させる。
【００１５】
本発明の第２の観点における自動整合装置は、一定周波数の高周波を出力する高周波電源と前記高周波の供給を受ける負荷との間で自動的にインピーダンスの整合をとる自動整合装置であって、前記高周波電源に対して前記負荷と並列に接続される第１の可変コンデンサと、前記第１の可変コンデンサの静電容量をステップ的に可変するための第１のステップ型容量可変機構と、前記高周波電源に対して前記負荷と直列に接続される第２の可変コンデンサと、前記第２の可変コンデンサの静電容量をステップ的に可変するための第２のステップ型容量可変機構と、前記高周波電源の出力端子から見た負荷側のインピーダンスについてその絶対値および位相を測定するインピーダンス測定部と、前記インピーダンス測定部より得られる前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の測定値に応じて、前記絶対値測定値および前記位相測定値をそれぞれ所定の絶対値基準値および位相基準値に可及的に近づけるように、前記第１および第２のステップ型容量可変機構を介して前記第１および第２の可変コンデンサの静電容量を可変制御するコントローラとを具備する。そして、前記コントローラが、前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相を互いに直交する２つの座標軸とするインピーダンス座標上で、前記第１の可変コンデンサの静電容量に対する前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の設定変化率に対応した第１の傾きを有し、かつ前記絶対値基準値および前記位相基準値の座標位置で表わされる整合点を通る第１の基準線を目標にして、または前記第２の可変コンデンサの静電容量に対する前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の設定変化率に対応した第２の傾きを有し、かつ前記整合点を通る第２の基準線を目標にして、前記絶対値測定値および前記位相測定値の座標位置で表わされる動作点を前記第１または第２の基準線に対して可及的に近づけるように、前記第１および第２の可変コンデンサの少なくとも一方の静電容量を可変制御する第１のマッチング制御部と、前記インピーダンス座標上で、前記動作点が前記第１または第２の基準線に対して可及的に近づいた後に、前記第１または第２の基準線と直交し、かつ前記整合点を通る第３の基準線を目標として、前記動作点を前記第３の基準線に可及的に近づけるように、前記第１または第２の可変コンデンサの少なくとも一方の静電容量を可変制御する第２のマッチング制御部とを有する。
【００１６】
上記第２の観点における自動整合装置では、インピーダンス座標上で、動作点が上記第１または第２の基準線から遠く離れているときは、第１のマッチング制御部により動作点を上記第１または第２の基準線に向けて比較的大きな歩幅でステップ移動させる。そして、動作点が上記第１または第２の基準線に可及的に近い位置まできたら、その後は、第２のマッチング制御部を用いて、動作点を整合点に向けて比較的小さな歩幅でステップ移動させ、上記第３の基準線に可及的に近づく位置に収束させる。
【００１７】
本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、被処理基板を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で高周波放電により前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記高周波放電に用いられる一定周波数の高周波を出力する高周波電源と、前記高周波電源と前記プラズマ生成部との間に接続される本発明の自動整合装置とを有する。
【００１８】
本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、被処理基板を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記処理容器内で前記基板を載置して保持する電極と、前記プラズマから前記電極上の前記基板に入射するイオンのエネルギーを制御するのに用いられる一定周波数の高周波を出力する高周波電源と、前記高周波電源と前記電極との間に接続される本発明の自動整合装置とを有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の自動整合装置によれば、上記のような構成および作用により、オートマッチング動作において不必要な速度低下やハンチングを招くことなく短時間で効率よく実質的な整合状態を確立することができる。
【００２０】
本発明のプラズマ処理装置によれば、本発明の自動整合装置を備えることにより、高周波を利用するプラズマ生成あるいはイオン引き込み制御の機能を向上させ、ひいては装置性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】上記プラズマ処理装置に適用した本発明の一実施形態における自動整合装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図３】上記自動整合装置のオートマッチング動作におけるコントローラの制御アルゴリズムの手順を示すフローチャートである。
【図４Ａ】第１の整合アルゴリズムにおいて、動作点を動かすために可能な１番目の基本移動パターンを示す図である。
【図４Ｂ】第１の整合アルゴリズムにおいて、動作点を動かすために可能な２番目の基本移動パターンを示す図である。
【図４Ｃ】第１の整合アルゴリズムにおいて、動作点を動かすために可能な３番目の基本移動パターンを示す図である。
【図４Ｄ】第１の整合アルゴリズムにおいて、動作点を動かすために可能な４番目の基本移動パターンを示す図である。
【図５】第１の整合アルゴリズムの手法を模式的に示す図である。
【図６Ａ】第１の整合アルゴリズムで用いる制御ロジックを図解で説明するための図である。
【図６Ｂ】第１の整合アルゴリズムで用いる制御ロジックを図解で説明するための図である。
【図７】具体例に則して第１の整合アルゴリズムの作用を説明するための図である。
【図８】第１の整合アルゴリズムを不要に使い続けた場合の問題点を説明するためのす図である。
【図９Ａ】第２の整合アルゴリズムで用いる制御ロジックを図解で説明するための図である。
【図９Ｂ】第２の整合アルゴリズムで用いる制御ロジックを図解で説明するための図である。
【図１０】第２の整合アルゴリズムの作用を説明するための図である。
【図１１】第２の整合アルゴリズムの作用（一変形例）を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２３】
図１に、本発明の自動整合装置を好適に適用できる一例としてのプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、ＲＦ下部２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
【００２４】
チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状の下部電極またはサセプタ１２が設けられている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部１４を介してチャンバ１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１６に支持されている。筒状保持部１４の上面には、サセプタ１２の上面を環状に囲むたとえば石英やシリコンからなるフォーカスリング１８が配置されている。
【００２５】
チャンバ１０の側壁と筒状支持部１６との間には排気路２０が形成され、この排気路２０の入口または途中に環状のバッフル板２２が取り付けられるとともに底部に排気口２４が設けられている。この排気口２４に排気管２６を介して排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。
【００２６】
サセプタ１２には、プラズマ生成用の第１高周波電源３２が第１整合器３４および給電棒３６を介して電気的に接続されている。この第１高周波電源３２は、容量結合型プラズマの生成に適した所定の周波数たとえば４０ＭＨｚの第１高周波ＲＦHを出力する。第１整合器３４は、第１高周波電源３２と負荷（主にサセプタ、プラズマ、チャンバ）との間でインピーダンスの整合をとる。なお、チャンバ１０の天井部には、後述するシャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。したがって、第１高周波電源３２からの第１の高周波はサセプタ１２とシャワーヘッド３８との間に容量的に印加される。
【００２７】
また、サセプタ１２には、イオン引き込み用の第２高周波電源７０が第２整合器７２および給電棒３６を介して電気的に接続されている。この第２高周波電源７０は、サセプタ１２上の半導体ウエハＷに引き込まれるイオンのエネルギーを制御するのに適した所定の周波数たとえば３．２ＭＨｚの第２高周波ＲＦLを出力する。第２整合器７２は、第２高周波電源７０と負荷（主にサセプタ、プラズマ、チャンバ）との間でインピーダンスの整合をとる。
【００２８】
サセプタ１２の上面には半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック４０が設けられている。この静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを一対の絶縁膜４０ｂ，４０ｃの間に挟み込んだものであり、電極４０ａには直流電源４２がスイッチ４３を介して電気的に接続されている。直流電源４２からの直流電圧により、静電気力で半導体ウエハＷをチャック上に吸着保持することができる。
【００２９】
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延在する冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット４６より配管４８、５０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック４０上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部５２からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給ライン５４を介して静電チャック４０の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００３０】
天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する下面の電極板５６と、この電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。電極支持体５８の内部にバッファ室６０が設けられ、このバッファ室６０のガス導入口６０ａには処理ガス供給部６２からのガス供給配管６４が接続されている。
【００３１】
主制御部６８は、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２８、第１高周波電源３２、第１整合器３４、静電チャック用のスイッチ４３、チラーユニット４６、伝熱ガス供給部５２、処理ガス供給部６２、第２高周波電源７０および第２整合器７２等の動作を統括して制御する。
【００３２】
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行うには、先ずゲートバルブ３０を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック４０の上に載置する。そして、処理ガス供給部６２よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２８によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、第１高周波電源３２より所定のパワーで出力される第１高周波ＲＦHを第１整合器３４を介してサセプタ１２に供給すると同時に、第２高周波電源７０より所定のパワーで出力される第２高周波ＲＦLを第２整合器７２を介してサセプタ１２に供給する。また、伝熱ガス供給部５２より静電チャック４０と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、スイッチ４３をオンにして直流電源４２より高圧の直流電圧を静電チャック４０の電極４０ａに印加して、静電チャック４０の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。シャワーヘッド３８より吐出されたエッチングガスは両電極１２，３８間の高周波放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面がエッチングされる。
【００３３】
このプラズマエッチング装置においては、プラズマ生成用の高周波給電部に含まれる第１整合器３４およびイオン引き込み用の高周波給電部に含まれる第２整合器７２のいずれにも本発明の自動整合装置を適用することができる。
【００３４】
したがって、この実施形態のプラズマエッチング装置は、第１整合器３４に本発明の自動整合装置を用いることにより高速かつ精確なオートマッチングでプラズマ生成を安定かつ効率的に行えるとともに、第２整合器７２に本発明の自動整合装置を用いることにより高速かつ精確なオートマッチングでイオン引き込み制御を安定かつ効率的に行うことができる。
【００３５】
以下、図２〜図１１を参照して、このプラズマエッチング装置の第１整合器３４または第２整合器７２に適用した本発明の自動整合装置を説明する。
【００３６】
図２に、本発明の一実施形態における自動整合装置３４（７２）の主要な構成を示す。この自動整合装置３４（７２）は、整合回路内の可変リアクタンス素子として２つの可変コンデンサ８０，８２を有する。ここで、第１および第２可変コンデンサ８０，８２は、高周波電源３２（７０）に対して、チャンバ１０側のプラズマ負荷とそれぞれ並列および直列に接続される。なお、整合回路内には、両可変コンデンサ８０，８２以外のインピーダンス素子、たとえばインダクタンスコイル（図示せず）が含まれてもよい。
【００３７】
この自動整合装置３４（７２）は、オートマッチング動作を行えるように、インピーダンス測定部８４、第１および第２ステッピングモータ８６，８８およびコントローラ９０を備えている。
【００３８】
インピーダンス測定部８４は、整合回路の前段に設けられ、高周波電源３２（７０）からプラズマ負荷に給電されるＲＦ電圧およびＲＦ電流を測定し、ＲＦ電圧測定値とＲＦ電流測定値とから整合回路を含む負荷側のインピーダンスＺの絶対値および位相（ＲＦ電圧とＲＦ電流の位相差）の測定値ＺＭm，Ｚθmを演算する。
【００３９】
コントローラ９０は、インピーダンス測定部８４より得られる負荷側インピーダンスＺの絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmに応じて、絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmをそれぞれ所定の絶対値基準値ＺＭsおよび位相基準値Ｚθsに可及的または一定範囲内に近づけるように、ステップ型容量可変機構としての第１および第２ステッピングモータ８６，８８を介して第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量（容量ポジション）をステップ的に可変制御するようになっている。
【００４０】
この自動整合装置３４（７２）における整合ポイントＺsは高周波電源３２（７０）の出力インピーダンスに等しい純抵抗値の５０Ω（Ｚs＝５０＋ｊ０）に設定される。したがって、ＺＭs＝５０、Ｚθs＝０である。
【００４１】
コントローラ９０は、マイクロコンピュータからなり、オートマッチング動作の制御全般を司っており、主制御部６８（図１）とも所要の制御信号およびデータをやりとりするようになっている。この実施形態における自動整合装置３４（７２）の主たる特徴は、オートマッチング動作におけるコントローラ９０の機能（特に制御アルゴリズム）にある。
【００４２】
図３に、オートマッチング動作におけるコントローラ９０の制御アルゴリズムの手順を示す。この自動整合装置３４（７２）によるオートマッチング動作は、チャンバ１０内の処理対象または半導体ウエハＷに対してプラズマプロセスが開始されるのと同時に開始されるのはもちろんのこと、プロセスの最中にも、いったん実質的な整合状態になって第１および第２可変コンデンサ８０，８２の容量ポジションを固定した後も圧力変動や外乱等によって整合が外れた時は直ちに開始または再開されるようになっている。
【００４３】
コントローラ９０は、主制御部６８からの指令によって自動整合装置３４（７２）が稼働している間は、常に一定のサイクル毎にインピーダンス測定部８４を通じて負荷側インピーダンスの絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmを取得する（ステップＳ1）。
【００４４】
コントローラ９０は、ソフトウェア的に、負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθを互いに直交する２つの座標軸とするインピーダンス座標系を構築することが可能であり、このインピーダンス座標上で、絶対値基準値ＺＭsおよび位相基準値Ｚθsの座標位置で表わされる整合点Ｚsと、絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmの座標位置で表わされる動作点Ｚpとを随時認識し把握することができる。ここで、動作点Ｚpは、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の現時の静電容量（容量ポジション）Ｃ1，Ｃ2にも対応している。
【００４５】
コントローラ９０は、上記のように一定サイクル毎に取得した負荷側インピーダンスＺの絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmを基に、オートマッチング動作を開始または継続させる（つまり動作点Ｚpを移動させる）べきか、それとも終了させる（つまり動作点Ｚpを現在の位置に固定する）べきかの判定を行う（ステップＳ2）。具体的には、動作点Ｚpが予め整合点Ｚsの周りに設定された所定の内側近接範囲の中に入っているときは、動作点Ｚpを現在の位置に固定しておく（ステップＳ3→Ｓ4）。しかし、動作点Ｚpが上記内側近接範囲の外にあるときは、動作点Ｚpを移動させる処理に入る（ステップＳ3→Ｓ5）。
【００４６】
動作点Ｚpを移動させる場合は、それに先だって動作点移動制御のアルゴリズムを選定または決定する（ステップＳ6）。この実施形態において、コントローラ９０は、２種類の整合アルゴリズムを用意しており、動作点Ｚpが予め整合点Ｚsの周りに設定された所定の外側近接範囲の中に入っているか否かに応じてそれらを使い分けるようにしている（ステップＳ7）。
【００４７】
すなわち、コントローラ９０は、動作点Ｚpが外側近接範囲の外にあるときは、第１の整合アルゴリズム（第１のマッチング制御部）を用いて、動作点Ｚpを整合点Ｚsに向けて比較的大きな歩幅でステップ移動させる（ステップＳ8）。そして、動作点Ｚpが外側近接範囲の中に入っているときは、第２の整合アルゴリズム（第２のマッチング制御部）を用いて、動作点Ｚpを整合点Ｚsに向けて比較的小さな歩幅でステップ移動させる（ステップＳ9）。
【００４８】
図４および図５につき、この実施形態における第１の整合アルゴリズム（第１のマッチング制御部）の機能を説明する。
【００４９】
先ず、インピーダンス座標上で動作点Ｚpを動かす基本操作を説明する。この実施形態では、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の容量ポジションＣ1，Ｃ2の各々を可変すると、それによって負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθの双方が変化する実際の現象を整合アルゴリズムにできるだけ忠実に盛り込むようにしている。そのための好適な一実施例として、第１可変コンデンサ８０の容量ポジションＣ1を１ステップ可変したときの負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθの変化量δＺＭ1，δＺθ1を設定するとともに、第２可変コンデンサ８２の容量ポジションＣ2を１ステップ可変したときの負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθの変化量δＺＭ2，δＺθ2を設定する。
【００５０】
そうすると、インピーダンス座標上で、第１可変コンデンサ８０の容量ポジションＣ1を任意に可変すると、動作点Ｚpは第１の傾きＲ1（Ｒ1＝δＺθ1／δＺＭ1）の直線上を移動し、第２可変コンデンサ８２の容量ポジションＣ2を任意に可変すると、動作点Ｚpは第２の傾きＲ2（Ｒ2＝δＺθ2／δＺＭ2）の直線上を移動することになる。
【００５１】
ここで、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の容量ポジションＣ1，Ｃ2をそれぞれ１ステップ可変する場合に、インピーダンス座標上で動作点Ｚpを動かす方向性のロジックとして、図４Ａ〜図４Ｂに示すような４通りのパターンが可能である。なお、Ｃ1，Ｃ2に対する負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθの変化率は負であるとする。すなわち、Ｃ1，Ｃ2の各々を正方向に１ステップ（＋１）可変すると、絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmのいずれも減少する方向に動作点Ｚpが移動し、Ｃ1，Ｃ2の各々を負方向に１ステップ（−１）可変すると、絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmのいずれも増大する方向に動作点Ｚpが移動するものとする。また、Ｃ1を先に１ステップ可変し、Ｃ2を後に１ステップ可変するものとする。
【００５２】
図４Ａは、Ｃ1を＋１可変し、Ｃ2を＋１可変した場合である（ΔＣ1＝＋１，ΔＣ2＝＋１）。この場合、Ｃ1の＋１可変によりＣ2座標軸はＣ2(j)から左上のＣ2(j+1)へ１ピッチ移動するとともに、Ｃ2の＋１可変によりＣ1座標軸はＣ1(i)から右下のＣ1(i+1)へ１ピッチ移動し、動作点はＣ1(i)とＣ2(j)との交点Ｚp(k)からＣ1(i+1)とＣ2(j+1)との交点Ｚp(k+1)へ移動する。
【００５３】
図４Ｂは、Ｃ1を＋１可変し、Ｃ2を−１可変した場合である（ΔＣ1＝＋１，ΔＣ2＝−１）。この場合、Ｃ1の＋１可変によりＣ2座標軸はＣ2(j)から左上のＣ2(j+1)へ１ピッチ移動するとともに、Ｃ2の−１可変によりＣ1座標軸はＣ1(i)から左上のＣ1(i+1)へ１ピッチ移動し、動作点はＣ1(i)とＣ2(j)との交点Ｚp(k)からＣ1(i+1)とＣ2(j+1)との交点Ｚp(k+1)へ移動する。
【００５４】
図４Ｃは、Ｃ1を−１可変し、Ｃ2を＋１可変した場合である（ΔＣ1＝−１，ΔＣ2＝＋１）。この場合、Ｃ1の−１可変によりＣ2座標軸はＣ2(j)から右下のＣ2(j+1)へ１ピッチ移動するとともに、Ｃ2の＋１可変によりＣ1座標軸はＣ1(i)から右下のＣ1(i+1)へ１ピッチ移動し、動作点はＣ1(i)とＣ2(j)との交点Ｚp(k)からＣ1(i+1)とＣ2(j+1)との交点Ｚp(k+1)へ移動する。
【００５５】
図４Ｄは、Ｃ1を−１可変し、Ｃ2を−１可変した場合である（ΔＣ1＝−１，ΔＣ2＝−１）。この場合、Ｃ1の−１可変によりＣ2座標軸はＣ2(j)から右下のＣ2(j+1)へ１ピッチ移動するとともに、Ｃ2の−１可変によりＣ1座標軸はＣ1(i)から左上のＣ1(i+1)へ１ピッチ移動し、動作点はＣ1(i)とＣ2(j)との交点Ｚp(k)からＣ1(i+1)とＣ2(j+1)との交点Ｚp(k+1)へ移動する。
【００５６】
この実施形態における第１の整合アルゴリズムは、上記のような動作点Ｚpを動かす４通りの基本移動パターン（図４Ａ〜図４Ｄ）の中で２番目（図４Ｂ）を用いる。すなわち、図５に示すように、理想的には、Ｃ1座標軸およびＣ2座標軸が共に原点Ｏ（整合点Ｚs）通るときに、動作点Ｚpが整合点Ｚsに一致し、完全に整合がとれた状態になる。この観点から、第１の整合アルゴリズムでは、原点Ｏ（整合点Ｚs）を通るＣ1座標軸およびＣ2座標軸をそれぞれ第１および第２基準線Ｃ1S，Ｃ2Sとし、一定のサイクル毎に現時のＣ1座標軸Ｃ1(i) （ひいては動作点Ｚp）を第１基準線Ｃ1Sに近づける方向にＣ2を１ステップ可変し、一定のサイクル毎に現時のＣ2座標軸Ｃ2(j) ひいては動作点Ｚp）を第２基準線Ｃ2Sに近づける方向にＣ1を１ステップ可変するようにしており、そのためには２番目（図４Ｂ）の基本移動パターン（ΔＣ1＝＋１，ΔＣ2＝−１）を採択すればよい。
【００５７】
この基本移動パターン（ΔＣ1＝＋１，ΔＣ2＝−１）は、制御ロジックとして次の演算式（１），（２）を用いる。
ΔＣ1＝［Ｒ2・ＺＭ−Ｚθ］＝±１        ・・・（１）
ΔＣ2＝［−Ｒ1・ＺＭ＋Ｚθ］＝±１      ・・・（２）
【００５８】
ここで、上記の演算式（１）は、Ｒ2・ＺＭ−Ｚθの値が正のときはΔＣ1＝＋１となり、Ｒ2・ＺＭ−Ｚθの値が負のときはΔＣ1＝−１となることを意味する。つまり、図６Ａに示すように、インピーダンス座標上で第２基準線Ｃ2Sにより分割される２つの領域（無地領域／斜線領域）のうち、動作点Ｚpが右側の無地領域内に位置しているときは、Ｒ2・ＺＭ−Ｚθの値が正であり、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御が選択され、動作点Ｚpが左側の斜線領域内に位置しているときは、Ｒ2・ＺＭ−Ｚθの値が負であり、ΔＣ1＝−１の１ステップ可変制御が選択される。どちらの場合でも、ΔＣ1の１ステップ可変制御により、現時のＣ2座標軸Ｃ2(j)は第２基準線Ｃ2Sに近づく方向に１ピッチ移動することになる。
【００５９】
また、上記の演算式（２）は、−Ｒ1・ＺＭ＋Ｚθの値が正のときはΔＣ2＝＋１となり、−Ｒ1・ＺＭ＋Ｚθの値が負のときはΔＣ2＝−１となることを意味する。つまり、図６Ｂに示すように、インピーダンス座標上で第１基準線Ｃ1Sにより分割される２つの領域（無地領域／斜線領域）のうち、動作点Ｚpが右側の無地領域内に位置しているときは、−Ｒ1・ＺＭ＋Ｚθの値が負で、ΔＣ2＝−１の１ステップ可変制御が選択され、動作点Ｚpが左側の斜線領域内に位置しているときは、−Ｒ1・ＺＭ＋Ｚθの値が正で、ΔＣ2＝＋１の１ステップ可変制御が選択される。どちらの場合でも、ΔＣ2の１ステップ可変制御によって、現時のＣ1座標軸Ｃ1(i)は第１基準線Ｃ1Sに近づく方向に１ピッチ移動することになる。
【００６０】
第１の整合アルゴリズムにおいて重要なことは、演算式（１），（２）が非常に簡単であり、しかもテーブルを用いないため、演算処理ひいては動作点移動処理（ステップＳ8）を短時間で高速に行えるということである。
【００６１】
また、上記の例（図４Ａ〜図４Ｄ）では、一見すると、図４Ｂの基本移動パターンを用いるよりは図４Ａの基本移動パターン（ΔＣ1＝＋１，ΔＣ2＝＋１）を用いた方が動作点Ｚpを原点Ｏ（整合点Ｚs）に近づけられるようにも思われる。しかし、局所的な場面ではそうであっても、図４Ａの基本移動パターンを使用すると、Ｃ1座標軸Ｃ1(i)が第１基準線Ｃ1Sから離れる方向（右下）に移動するので、結果的に整合点への収束は望めない。
【００６２】
図７につき、具体例を用いて、第１の整合アルゴリズム（第１のマッチング制御部）による動作点移動処理（ステップＳ8）の作用をより詳細に説明する。
【００６３】
この例では、第１可変コンデンサ８０の容量ポジションＣ1を１ステップ可変したときの負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθの変化量δＺＭ1，δＺθ1を−１，−２に設定し、Ｃ1座標軸の傾き（第１の傾き）Ｒ1を２としている。また、第２可変コンデンサ８２の容量ポジションＣ2を１ステップ可変したときの負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθの変化量δＺＭ2，δＺθ2を−２，−６に設定し、Ｃ2座標軸の傾き（第２の傾き）Ｒ2を３としている。
【００６４】
この場合、Ｃ1座標軸Ｃ1(i)，Ｃ1(i+1)，・・の絶対値ＺＭ軸上の間隔は１で、位相Ｚθ軸上の間隔は２である。一方、Ｃ2座標軸Ｃ2(j)，Ｃ1(j+1)，・・の絶対値ＺＭ軸上の間隔は１／３で、位相Ｚθ軸上の間隔は１である。また、上記演算式（１），（２）は次のようになる。
ΔＣ1＝［３ＺＭ−Ｚθ］＝±１      ・・・（１）'
ΔＣ2＝［−２ＺＭ＋Ｚθ］＝±１    ・・・（２）'
【００６５】
また、この具体例では、ΔＣ1の感度（ゲイン）とΔＣ2の感度（ゲイン）との間でバランスをとるために、比較的小さい間隔のＣ2座標軸を移動させる方のＣ1を１サイクル毎に１ステップ可変し、比較的大きい間隔のＣ2座標軸を移動させる方のＣ2を２サイクル毎に１ステップ可変するようにしている。
【００６６】
図７において、第１の動作点Ｚp(1)がＣ1座標軸Ｃ1(3)とＣ2座標軸Ｃ2(6)との交点にあり、その座標位置（ＺＭm，Ｚθm）が（１．５，−２）であるとする。
【００６７】
(1)  この場合、第１サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［３×１．５−（−２）］＝［６．５］＞０⇒＋１
ΔＣ2＝［−２×１．５＋（−２）］＝［−５］＜０⇒−１
【００６８】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御とΔＣ2＝−１の１ステップ可変制御とが実行される。その結果、Ｃ2座標軸はＣ2(6)から左上に１ピッチ隣のＣ2(7)へ移動するとともに、Ｃ1座標軸はＣ1(3)から左上に１ピッチ隣のＣ1(4)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(4)とＣ2(7)との交点Ｚp(2)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(2)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（２．５，２）である。
【００６９】
(2)  直後の第２サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［３×２．５−２］＝［５．５］＞０⇒＋１
【００７０】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御が実行される。その結果、Ｃ2座標軸はＣ2(7)から左上に１ピッチ隣のＣ2(8)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(4)とＣ2(8)との交点Ｚp(3)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(3)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（１．５，０）である。
【００７１】
(3)  直後の第３サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［３×１．５−０］＝［４．５］＞０⇒＋１
ΔＣ2＝［−２×１．５＋０］＝［−３］＜０⇒−１
【００７２】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御とΔＣ2＝−１の１ステップ可変制御とが実行される。その結果、Ｃ2座標軸はＣ2(8)から左上に１ピッチ隣のＣ2(9)へ移動するとともに、Ｃ1座標軸はＣ1(4)から左上に１ピッチ隣のＣ1(5)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(5)とＣ2(9)との交点Ｚp(4)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(4)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（２．５，４）である。
【００７３】
(4)  直後の第４サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［３×２．５−４］＝［３．５］＞０⇒＋１
【００７４】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御が実行される。その結果、Ｃ2座標軸はＣ2(9)から左上に１ピッチ隣のＣ2(10)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(5)とＣ2(10)との交点Ｚp(5)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(5)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（１．５，２）である。
【００７５】
(5)  直後の第５サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［３×１．５−２］＝［２．５］＞０⇒＋１
ΔＣ2＝［−２×１．５＋２］＝［−１］＜０⇒−１
【００７６】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御とΔＣ2＝−１の１ステップ可変制御とが実行される。その結果、Ｃ2座標軸はＣ2(10)から左上に１ピッチ隣のＣ2(11)へ移動するとともに、Ｃ1座標軸はＣ1(5)から左上に１ピッチ隣のＣ1(6)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(6)とＣ2(11)との交点Ｚp(6)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(6)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（２．５，６）である。
【００７７】
(6)  直後の第６サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［３×２．５−６］＝［1．５］＞０⇒＋１
【００７８】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御が実行される。その結果、Ｃ2座標軸はＣ2(11)から左上に１ピッチ隣のＣ2(12)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(6)とＣ2(12)との交点Ｚp(7)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(7)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（１．５，４）である。
【００７９】
上記のように、第１の整合アルゴリズム（第１のマッチング制御部）による動作点移動処理（ステップＳ8）を一定サイクルで繰り返し実行することにより、Ｃ1座標軸をＣ1(3)→Ｃ1(4)→Ｃ1(5) →Ｃ1(6)と第１基準線Ｃ1Sに近づけるとともに、Ｃ2座標軸をＣ2(6)→Ｃ2(7)→Ｃ2(8) →Ｃ2(9)→Ｃ2(10) →Ｃ2(11) →Ｃ2(12)と第２基準線Ｃ2Sに近づけ、ひいては動作点ＺpをＺp(1)→Ｚp(2)→Ｚp(3) →Ｚp(4)→Ｚp(5)→Ｚp(6) →Ｚp(7)と蛇行させながらも着実に原点Ｏ（整合点ＺS）に近づけることができる。
【００８０】
しかしながら、この先も第１の整合アルゴリズム（第１のマッチング制御部）を使い続けると、図８に示すように、動作点Ｚpは原点Ｏ（整合点ＺS）の近傍に収束させることはできなくなる。
【００８１】
(7)  すなわち、第１の整合アルゴリズム（第１のマッチング制御部）にしたがえば、次の第７サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［３×１．５−４］＝［０．５］＞０⇒＋１
ΔＣ2＝［−２×１．５＋４］＝［１］＞０⇒＋１
【００８２】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御とΔＣ2＝＋１の１ステップ可変制御とが実行される。その結果、Ｃ2座標軸はＣ2(12)から左上に１ピッチ隣のＣ2(13)へ移動するとともに、Ｃ1座標軸はＣ1(6)から右下に１ピッチ隣のＣ1(5)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(5)とＣ2(13)との交点Ｚp(8)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(8)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（−１．５，−４）である。
【００８３】
(8)  そして、直後の第８サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［３×（−１．５）−（−４）］＝［−０．５］＜０⇒−１
【００８４】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝−１の１ステップ可変制御が実行される。その結果、Ｃ2座標軸はＣ2(13)から右下に１ピッチ隣のＣ2(12)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(5)とＣ2(12)との交点Ｚp(9)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(9)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（−０．５，−２）である。
【００８５】
(9)  さらに、直後の第９サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［３×（−０．５）−（−２）］＝［０．５］＞０⇒＋１
ΔＣ2＝［−２×（−０．５）＋（−２）］＝［−１］＜０⇒−１
【００８６】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御とΔＣ2＝−１の１ステップ可変制御とが実行される。その結果、Ｃ2座標軸はＣ2(12)から左上に１ピッチ隣のＣ2(13)へ移動するとともに、Ｃ1座標軸はＣ1(5)から左上に１ピッチ隣のＣ1(6)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(6)とＣ2(13)との交点Ｚp(10)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(10)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（０．５，２）である。
【００８７】
(10)  さらに、直後の第１０サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［３×０．５−２］＝［−０．５］＜０⇒−１
【００８８】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝−１の１ステップ可変制御が実行される。その結果、Ｃ2座標軸はＣ2(13)から右下に１ピッチ隣のＣ2(12)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(6)とＣ2(12)との交点Ｚp(11)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(11)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（１．５，４）であり、第６サイクルで移動した時の動作点Ｚp(7)の位置に戻ることになる。
【００８９】
こうして、第１の整合アルゴリズム（第１のマッチング制御部）を使い続けたならば、動作点ＺpはＺp(7)→Ｚp(8) →Ｚp(9)→Ｚp(10)→Ｚp(11)のルートを延々と循環移動するだけであり、原点Ｏ（整合点ＺS）にそれ以上近づくことは決してできない。
【００９０】
この具体例の場合、Ｃ2のステップ可変に応じて移動するＣ1座標軸およびＣ1のステップ可変に応じて移動するＣ2座標軸はいずれも原点Ｏ（整合点ＺS）を跨ぎ、それぞれ第１および第２基準線Ｃ1S，Ｃ2Sと重なることはないので、動作点Ｚpを原点Ｏ（整合点ＺS）に正確に一致させることはできない。つまり、完全な整合状態は元々望めない。
【００９１】
しかし、Ｃ1座標軸のＣ1(5)とＣ2座標軸のＣ2(11)との交点ＺA（０．５，０）およびＣ1座標軸のＣ1(6)とＣ2座標軸のＣ2(14)との交点ＺB（−０．５，０）が原点Ｏ（整合点ＺS）のごく近傍に位置している。動作点Ｚpをこれらの交点ＺA，ＺBのどちらかに収束させることは可能であり（この自動整合装置の実力範囲内であり）、それによって完全整合状態と実用的に等価な状態（実質的な整合状態）を得ることができる。すなわち、この具体例において、動作点Ｚpを原点Ｏ（整合点ＺS）に可及的または所定の内側近接範囲内に近づけるということは、動作点ＺpをＺA，ＺBのどちらかに着かせることに他ならない。
【００９２】
この実施形態において、コントローラ９０は、動作点Ｚpが上記循環ルートに入ると、整合アルゴリズム選定処理（ステップＳ6）により、そのことを検出し、動作点Ｚpが予め設定した外側近接範囲内に入ったものと判定して（ステップＳ7）、第１の整合アルゴリズム（第１のマッチング制御部）から第２の整合アルゴリズム（第２のマッチング制御部）に切り換える（ステップＳ7→Ｓ9）。
【００９３】
以下、図９および図１０につき、この実施形態における第２の整合アルゴリズム（第２のマッチング制御部）の機能を説明する。
【００９４】
この第２の整合アルゴリズムでは、インピーダンス座標上で、第１および第２基準線Ｃ1S，Ｃ2Sとそれぞれ直交する第３の基準線ＴＣ1S，ＴＣ2Sを定義し、基準線ＴＣ1SまたはＴＣ2Sを動作点移動制御の目標にして、Ｃ1座標軸またはＣ2座標軸上で動作点Ｚpを移動させる。
【００９５】
たとえば、基準線ＴＣ1Sを目標にして、Ｃ1座標軸上で動作点Ｚpを移動させる場合は、次の演算式（３）を用いる。
ΔＣ1＝［ＺＭ＋Ｒ1・Ｚθ］＝±１        ・・・（３）
【００９６】
ここで、上記の演算式（３）は、ＺＭ＋Ｒ1・Ｚθの値が正のときはΔＣ1＝＋１となり、ＺＭ＋Ｒ1・Ｚθの値が負のときはΔＣ1＝−１となることを意味する。つまり、図９Ａに示すように、インピーダンス座標上で基準線ＴＣ1Sにより分割される２つの領域（無地領域／斜線領域）のうち、動作点Ｚpが右側の斜線領域内に位置しているときは、ＺＭ＋Ｒ1・Ｚθの値が正で、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御が選択され、動作点Ｚpが左側の無地領域内に位置しているときは、ＺＭ＋Ｒ1・Ｚθの値が負で、ΔＣ1＝−１の１ステップ可変制御が選択される。
【００９７】
また、基準線ＴＣ2Sを目標にして、Ｃ2座標軸上で動作点Ｚpを移動させる場合は、次の演算式（４）を用いる。
ΔＣ2＝［ＺＭ＋Ｒ2・Ｚθ］＝±１        ・・・（４）
【００９８】
ここで、上記の演算式（４）は、ＺＭ＋Ｒ２・Ｚθの値が正のときはΔＣ2＝＋１となり、ＺＭ＋Ｒ2・Ｚθの値が負のときはΔＣ2＝−１となることを意味する。つまり、図９Ｂに示すように、インピーダンス座標上で基準線ＴＣ2Sにより分割される２つの領域（無地領域／斜線領域）のうち、動作点Ｚpが右側の斜線領域内に位置しているときは、ＺＭ＋Ｒ2・Ｚθの値が正で、ΔＣ2＝＋１の１ステップ可変制御が選択され、動作点Ｚpが左側の無地領域内に位置しているときは、ＺＭ＋Ｒ2・Ｚθの値が負で、ΔＣ2＝−１の１ステップ可変制御が選択される。
【００９９】
上記の例（図７）の場合は、１ステップ当たりの動作点Ｚpの移動距離は、Ｃ2座標軸上よりもＣ1座標軸上の方が小さいので、Ｃ1座標軸と直交する基準線ＴＣ1Sを移動目標とするロジックを用いるのが好ましい。
【０１００】
そうすると、動作点ＺpがＣ1(6)とＣ2(12)との交点Ｚp(7) へ移動した直後の第７サイクルでは、第２の整合アルゴリズムの下で、次のような演算結果が得られる。なお、上記したように動作点Ｚp(7)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（１．５，４）である。
ΔＣ1＝［１．５＋２×４］＝［９．５］＞０⇒＋１
【０１０１】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御が実行される。その結果、図１０に示すように、Ｃ2座標軸はＣ2(12)から左上に１ピッチ隣のＣ2(13)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(6)とＣ2(13)との交点Ｚp(8)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(8)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（０．５，２）である。
【０１０２】
さらに、第８サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［０．５＋２×２］＝［４．５］＞０⇒＋１
【０１０３】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御が実行される。その結果、図１０に示すように、Ｃ2座標軸はＣ2(13)から左上に１ピッチ隣のＣ2(14)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(6)とＣ2(14)との交点Ｚp(9)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(9)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（−０．５，０）である。すなわち、原点Ｏ（整合点ＺS）に非常に近い実現可能なベストの擬似的整合点ＺBに辿り着いたことになる。
【０１０４】
第２の整合アルゴリズムにおいても、演算式（３），（４）が非常に簡単であり、しかもテーブルを用いないため、演算処理ひいては動作点移動処理（ステップＳ9）を短時間で高速に行うことができる。
【０１０５】
この実施形態において、コントローラ９０は、上記のようにして動作点Ｚpが収束点ＺBに辿り着くと、整合動作終了判定処理（ステップＳ2）により、そのことを検出し、動作点Ｚpが予め設定した内側近接範囲内に入ったものと判定して（ステップＳ3）、第２の整合アルゴリズム（第２のマッチング制御部）の動作を停止させて、動作点Ｚpを収束点ＺBで落ち着かせる（ステップＳ3→Ｓ4）。こうして、今回のオートマッチング動作がいったん終了する。
【０１０６】
コントローラ９０は、その後も、インピーダンス測定部８４より一定サイクル毎に負荷側インピーダンスＺの絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmを取得して、整合点Ｚsに対する動作点Ｚpの相対的な位置関係または距離関係を継続的に監視し続ける。
【０１０７】
実際、チャンバ１０内の圧力変動や何らかの外因等によってプラズマ負荷のインピーダンスが変化すると、動作点Ｚpに対してインピーダンス座標系そのものが相対的に動いて、オートマッチングが停止しているにも関わらずインピーダンス座標上で動作点Ｚpが一瞬にして整合点Ｚsから遠い位置へ移動し、整合が外れた状態になる。
【０１０８】
コントローラ９０は、そのような事態によって整合が外れたことを検出すると、オートマッチング動作を再開する（ステップＳ3→Ｓ5）。そして、上記と同様にして、第１の整合アルゴリズム（第１のマッチング制御部）および第２の整合アルゴリズム（第２のマッチング制御部）を順次働かせ、最終的には動作点Ｚpを所定の内側近接範囲内に収束させて、実質的な整合状態を短時間で確立することができる。
【０１０９】
図１０の例では第２の整合アルゴリズムにおいてＣ1座標軸と直交する基準線ＴＣ1Sを移動目標にして演算式（３）を用いたが、所定の条件またはその時の状況に応じてＣ2座標軸と直交する基準線ＴＣ2Sを移動目標にして演算式（４）を用いることも可能である。
【０１１０】
また、第２の整合アルゴリズムを終止させるための内側近接範囲は、オートマッチングの所要速度および精度や可変コンデンサ８０，８２のステップ幅、設定変化率等を勘案して任意に設定してよい。たとえば、Ｃ1座標軸あるいはＣ2座標軸のピッチ幅またはＺＭ座標軸もしくはＺθ座標軸上の間隔を基準値とし、その基準値に所定の係数を乗じた値の半径（または直径）を有し、原点Ｏ（整合点Ｚp）を中心とする円を内側近接範囲とすることも可能である。
【０１１１】
あるいは、第２の整合アルゴリズムの下で動作点Ｚpを移動させる際に、各移動先の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）と原点Ｏ（整合点Ｚp）との離間距離を演算する。そうすると、動作点Ｚpがステップ移動する度毎にその離間距離は次第に短くなるが、どこかで離間距離が増大に転じるので、その１つ手前の座標位置を収束点に決めて、そこに動作点Ｚpを戻すようにしてもよい。この場合は、該収束点の座標位置をもって内側近接範囲内とみなすことができる。
【０１１２】
あるいは、第２の整合アルゴリズムの下で動作点Ｚpを移動させる際に、動作点Ｚpと基準線ＴＣ1S（ＴＣ2S）との距離間隔を演算し、基準線ＴＣ1S（ＴＣ2S）との距離間隔が極小になる動作点Ｚpの座標位置（ＺＭm，Ｚθm）を収束点とすることも可能である。
【０１１３】
同様に、第１の整合アルゴリズムを終止させるための外側近接範囲も、オートマッチングの所要速度および精度や可変コンデンサ８０，８２のステップ幅、設定変化率等を勘案して任意に設定してよい。本発明においては、第１の整合アルゴリズムと第２の整合アルゴリズムとを段階的に切り換えて使用することが最も重要であり、第１の整合アルゴリズムから第２の整合アルゴリズムへ切り換えるタイミングはさほど重要ではない。
【０１１４】
上記の例（図７）においては、動作点Ｚpが上記循環ルート（Ｚp(7)→Ｚp(8) →Ｚp(9)→Ｚp(10)→Ｚp(11)）上に入れば、その中の任意の動作点位置から第２の整合アルゴリズムの下で実質的な擬似的整合点ＺA，ＺBに辿り着くことができる。
【０１１５】
たとえば、図１１に示すように、第１の整合アルゴリズムの下で動作点ＺpがＣ1(5)とＣ2(13)との交点Ｚp(8)へ移動したところで、第２の整合アルゴリズムに切り換えると、直後の第８のサイクルでは、次のような演算結果が得られる。なお、上記したように動作点Ｚp(8)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（−１．５，−４）である。
ΔＣ1＝［−１．５＋２×（−４）］＝［−９．５］＜０⇒−１
【０１１６】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝−１の１ステップ可変制御が実行される。その結果、図１１に示すように、Ｃ2座標軸はＣ2(13)から右下に１ピッチ隣のＣ2(12)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(5)とＣ2(12)との交点Ｚp(9)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(9)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（−０．５，−２）である。
【０１１７】
さらに、直後の第９サイクルでは、次のような演算結果が得られる。
ΔＣ1＝［−０．５＋２×（−２）］＝［−４．５］＜０⇒−１
【０１１８】
この演算結果にしたがって、ΔＣ1＝−１の１ステップ可変制御が実行される。その結果、図１１に示すように、Ｃ2座標軸はＣ2(12)から右下に１ピッチ隣のＣ2(11)へ移動し、動作点ＺpはＣ1(5)とＣ2(11)との交点Ｚp(10)へ移動する。この移動先の動作点Ｚp(10)の座標位置（ＺＭm，Ｚθm）は（０．５，０）であり、原点Ｏ（整合点ＺS）に最も近い実現可能なベストの収束点ＺBに辿りつく。
【０１１９】
動作点Ｚpが外側近接範囲内に入ったか否かの判定も、種種の判断基準を用いることができる。原点Ｏ（整合点ＺS）と動作点Ｚpとの距離間隔に基づいてもよいが、基準線Ｃ1S（Ｃ2S）と動作点Ｚpとの位置関係または距離間隔に基づいて、動作点Ｚpが外側近接範囲内に入ったか否かを判定することも可能である。たとえば、上記の例（図７）においては、上記循環ルート上の外であっても、基準線Ｃ1Sに隣接するＣ1座標軸Ｃ1(5)，Ｃ1(6)上に動作点Ｚpが乗ったところで、外側近接範囲内に入ったものとみなすことも可能である。その場合は、動作点ＺpがＺp(4)，Ｚp(5)またはＺp(6)に着いたところで、第１の整合アルゴリズムから第２の整合アルゴリズムに切り換えることができる。もしくは、Ｃ1座標軸とＣ2座標軸における１ステップ当たりの移動距離の差が既知の場合、図１０および図１１の手法で用いた手段のように、移動距離が小さい方のみ第２のアルゴリズムへの切り換えを行い、相対的に頻繁に移動させることで、外側近接範囲をラフに設定することができる。
【０１２０】
また、図示省略するが、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の容量ポジョンＣ1，Ｃ2をコントローラ９０にフィードバックする手段を備え、コントローラ９０が容量ポジョンＣ1，Ｃ2に応じて第１および第２の傾きＲ1，Ｒ2、内側近接範囲、外側近接範囲を可変することも可能である。
【０１２１】
上記実施形態におけるプラズマ処理装置は、主としてプラズマ生成用の第１の高周波と主としてイオン引き込み用の第２の高周波とをサセプタ１２に印加するＲＦ下部二周波印加型であった。しかし、別の実施形態として、図示省略するが、下部電極にプラズマ生成用の高周波を１つ印加するタイプの装置であってもよい。また、図示省略するが、プラズマ生成用の高周波を上部電極に印加するタイプの装置であってもよい。その場合、イオン引き込み用の高周波を下部電極に印加してもよい。
【０１２２】
また、上記実施形態は、チャンバ内で平行平板電極間の高周波放電によってプラズマを生成する容量結合型プラズマ処理装置に係るものであった。しかし、本発明は、チャンバの上面または周囲にアンテナを配置して誘電磁界の下でプラズマを生成する誘導結合型プラズマ処理装置や、マイクロ波のパワーを用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置等にも適用可能である。
【０１２３】
本発明は、プラズマエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０    チャンバ
１２    サセプタ
３２，７０    高周波電源
３４，７２    整合器
６２    処理ガス供給部
８０    第１可変コンデンサ
８２    第２可変コンデンサ
８４    インピーダンス測定部
８６    第１ステッピングモータ
８８    第２ステッピングモータ
９０    コントローラ
【図１】
0005582823.tif 000002
【図２】
0005582823.tif 000003
【図３】
0005582823.tif 000004
【図４Ａ】
0005582823.tif 000005
【図４Ｂ】
0005582823.tif 000006
【図４Ｃ】
0005582823.tif 000007
【図４Ｄ】
0005582823.tif 000008
【図５】
0005582823.tif 000009
【図６Ａ】
0005582823.tif 000010
【図６Ｂ】
0005582823.tif 000011
【図７】
0005582823.tif 000012
【図８】
0005582823.tif 000013
【図９Ａ】
0005582823.tif 000014
【図９Ｂ】
0005582823.tif 000015
【図１０】
0005582823.tif 000016
【図１１】
0005582823.tif 000017