(57)【要約】【課題】静電チャックを介して被処理基板を載置する高周波電極（サセプタ）と該基板の間の異常放電を効率よく安定確実に防止すること。【解決手段】このプラズマ処理装置では、半導体ウエハＷが静電チャック３８上に載置された後の第１の時点で、サセプタ１２を電気的に接地状態からフローティング状態に切り換える。そして、直後の第２の時点から、プラズマ生成用の第２高周波ＨＦをサセプタ１２に印加し、チャンバ１０で処理ガスを励起してプラズマを生成する。そして、直後の第３の時点から、イオン引き込み用の第１高周波ＬＦをサセプタ１２に印加して、自己バイアス−Ｖdcを発生させる。そして、上記第３の時点と近接する第４の時点から、サセプタ１２に自己バイアス−Ｖdcに応じた負極性の第２直流電圧−ＢDCを印加する。そして、上記第４の時点より後の第５の時点から、静電チャック３８の内部電極４２に正極性の第１直流電圧ＡDCを印加する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を載置する導体のサセプタと、
前記サセプタに第１高周波を印加する第１高周波給電部と、
前記基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、
前記サセプタにプラズマと前記基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記第１高周波給電部の高周波伝送路上で前記第１高周波の電圧振幅を測定するＲＦ電圧振幅測定部と、
前記ＲＦ電圧振幅測定部より得られる前記第１高周波の電圧振幅の測定値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記第１高周波給電部の高周波伝送路上で前記第１高周波の電圧振幅を測定するＲＦ電圧振幅測定部と、
前記第１高周波給電部の高周波伝送路上で前記第１高周波の進行波および反射波のパワーを測定するＲＦパワー測定部と、
前記ＲＦ電圧振幅測定部より得られる前記第１高周波の電圧振幅の測定値と前記ＲＦパワー測定部より得られる前記第１高周波の進行波パワーの測定値および反射波パワーの測定値とに応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記サセプタの主面上で前記基板を載置する領域の周囲に設けられるフォーカスリングを介して前記自己バイアスを測定する自己バイアス測定部と、
前記自己バイアス測定部より得られる自己バイアス測定値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記自己バイアス測定部が、
前記サセプタから電気的に絶縁され、前記フォーカスリングと誘電体層を介して第１のコンデンサを形成する電極板と、
前記サセプタから電気的に絶縁され、前記電極板と接地電位部材との間に接続される分圧用の第２のコンデンサと
を有し、前記第２のコンデンサより得られる分圧された直流電圧から自己バイアス電圧の測定値を求める、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１高周波給電部が、
前記第１高周波を所望のパワーで出力する第１高周波電源と、
前記第１高周波電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第１整合部と
を有し、
前記第１整合部が、
前記第１高周波給電部の高周波伝送路上に設けられる可変リアクタンス素子を含む整合回路と、
前記第１高周波給電部の高周波伝送路上で前記負荷インピーダンスを測定する負荷インピーダンス測定部と、
前記負荷インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値が前記第１高周波電源の出力インピーダンスに対応する所定の整合ポイントに一致または近似するように、前記可変リアクタンス素子のポジションを可変に制御するオートマッチング機構と、
前記可変リアクタンス素子の選択可能なポジションの値とプラズマインピーダンスの値とをデータベース上で対応づけて管理するマッピングテーブルと
を有し、
前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記可変リアクタンス素子の現時の整合ポジションの値に対して前記マッピングテーブルより得られるプラズマインピーダンスの値と、前記第１高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第１高周波のパワーの値とから、前記第１高周波の電圧振幅を計算によって求めるＲＦ電圧振幅演算部と、
前記ＲＦ電圧振幅演算部より得られる前記第１高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第１高周波給電部が、
前記第１高周波を所望のパワーで出力する第１高周波電源と、
前記第１高周波電源の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第１整合部と
を有し、
前記第１整合部が、
前記第１高周波給電部の高周波伝送路上に設けられるインピーダンス可変の整合回路と、
前記第１高周波給電部の高周波伝送路上で前記負荷インピーダンスを測定する負荷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インピーダンスの測定値が前記第１高周波電源の出力インピーダンスに対応する所定の整合ポイントに一致または近似するように、前記整合回路のインピーダンスを可変に制御するオートマッチング機構と
を有し、
前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記負荷インピーダンス測定部より得られる前記負荷インピーダンスの測定値と前記オートマッチング機構より得られる前記整合回路のインピーダンスの値とから、プラズマインピーダンスの値を計算によって求めるインピーダンス演算部と、
前記インピーダンス演算部より得られるプラズマインピーダンスの計算値と、前記第１高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第１高周波のパワーの値とから、前記第１高周波の電圧振幅を計算によって求めるＲＦ電圧振幅演算部と、
前記ＲＦ電圧振幅演算部より得られる前記第１高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記直流電圧印加部が、
負極性かつ可変の直流電圧を出力する直流電源と、
前記第１高周波給電部の高周波伝送路上でプラズマインピーダンスを測定するプラズマインピーダンス測定部と、
前記プラズマインピーダンス測定部より得られるプラズマインピーダンスの測定値と、前記第１高周波給電部よりプラズマに供給されている前記第１高周波のパワーの値とから、前記第１高周波の電圧振幅を計算によって求めるＲＦ電圧振幅演算部と、
前記ＲＦ電圧振幅演算部より得られる前記第１高周波の電圧振幅の計算値に応じて前記直流電源の出力電圧を制御する直流電圧制御部と
を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記ＲＦ電圧振幅演算部は、次の式（１）を演算する、請求項６〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
ＶPP＝｛８Ｐ（Ｒ＋Ｘ2／Ｒ）｝1/2      ・・・・（１）
但し、ＶPPは第１高周波の電圧振幅（ピーク対ピーク値）、Ｐは第１高周波のパワー、ＲおよびＸはプラズマインピーダンスの実数部および虚数部である。
【請求項１０】
前記第１高周波給電部が、前記第１高周波を所望のパワーで出力する第１高周波電源と、前記第１高周波電源側のインピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための第１整合部とを有し、
前記直流電圧印加部の出力端子が、前記第１整合部の整合回路の少なくとも一部を介して前記サセプタに接続される、
請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記直流電圧印加部の出力端子が、直流を通して高周波を遮断する第１フィルタ回路と前記第１高周波給電部の一部の区間とを介して前記サセプタに接続される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記サセプタを電気的に接地状態またはフローティング状態のいずれかに切り換えるために、一端が接地電位部材に接続され、他端が前記第１フィルタ回路および前記第１高周波給電部の一部の区間を介して前記サセプタに接続されるスイッチを有する、請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記スイッチは、前記第１の電極に対して前記第１高周波給電部による前記第１高周波の印加と前記直流電圧印加部による前記直流電圧の印加とが開始される前に、前記サセプタをそれまでの接地状態からフローティング状態に切り換えるように動作する、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
処理容器内で導体のサセプタの主面に設けられている静電チャックの上に被処理基板を載置する工程と、
前記基板が前記静電チャック上に載置された後の第１の時点で、前記サセプタを電気的に接地状態からフローティング状態に切り換える工程と、
前記第１の時点より後の第２の時点から、前記処理容器内で処理ガスを励起してプラズマを生成する工程と、
前記第２の時点より後の第３の時点から、前記プラズマのイオンを前記基板に引き込むのに適した周波数を有する第１の高周波を前記サセプタに印加する工程と、
前記第２の時点より後で前記第３の時点と近接する第４の時点から、前記サセプタにプラズマと前記基板との間に発生する自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する工程と、
前記サセプタ上で前記基板を保持するために、前記第４の時点より後の第５の時点から、前記静電チャックの内部電極に正極性の直流電圧を印加する工程と
を有するプラズマ処理方法。
【請求項１５】
前記第５の時点より後の第６の時点から、前記サセプタおよび前記静電チャックに形成されているガス通路を介して前記基板の裏面に伝熱用のガスを供給する工程を有する、請求項１４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１６】
前記プラズマ生成工程は、前記処理ガスの放電に適した周波数を有する第２の高周波を前記サセプタに印加する工程を含む、請求項１４または請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１７】
前記第３の時点と前記第４の時点の時間差は１秒以内である、請求項１４〜１６のいずれか一項に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、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特に処理容器内で高周波電極上に基板を保持するために静電チャックを用いる枚葉式のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
枚葉式のプラズマ処理装置は、典型的には、真空排気可能な処理容器内でサセプタ等と称される試料台の上に単体の被処理基板（たとえば半導体ウエハ）を載置して該基板にドライエッチング、酸化、堆積等のプラズマ処理を施すようにしている。
【０００３】
一般に、高周波電極を兼ねるサセプタは、伝導性および加工性に優れた導体たとえばアルミニウムからなり、処理容器内に非接地で、つまり電気的にフローティング状態で取り付けられ、プラズマ処理中には処理容器の外の高周波電源より整合器を介して一定周波数の高周波を印加されるようになっている。
【０００４】
また、機構的には、処理前の基板をサセプタにローディングし、処理後の基板をサセプタからアンローディングするためのリフトピンがサセプタを貫通して昇降移動できるようになっている。
【０００５】
さらに、プラズマ処理中の基板の温度を制御するために、サセプタの内部または周囲に冷却用の冷却媒体流路あるいは加熱用のヒータ素子等が設けられる。この場合、サセプタの温度を基板に効率よく伝えるために、サセプタに形成されるガス流路を介して基板の裏面に所定の圧力で伝熱用のバックサイドガス（一般にＨeガス）を供給するようにしている。
【０００６】
上記のようなサセプタを用いるプラズマ処理装置は、サセプタ上に基板を固定して保持するために、サセプタの主面つまり基板載置面に静電チャックを一体に設けている。この種の静電チャックは、誘電体膜の中に薄い導体層または内部電極を封入しており、該内部電極に高圧（通常２０００〜３０００Ｖ）の直流電圧を印加して、サセプタ上の基板に静電気を発生させ、静電力で基板を吸着または保持する仕組みになっている。
【０００７】
ところで、上記のようにサセプタが高周波電極を兼ねているプラズマ処理装置では、静電チャック内の内部電極に正極性で高圧の直流電圧を印加すると、基板とサセプタとの間でガスが放電して基板がダメージを受けやすいことが問題となっている。すなわち、静電チャックにはリフトピンやバックサイドガスを通すための貫通孔が設けられており、これらの貫通孔が基板とサセプタとの間にガス空間を形成する。静電チャックの内部電極に正極性の高圧直流電圧を印加すると、静電誘導によってサセプタの電位がたとえば１０００Ｖ以上に引き上げられる。一方、基板が高周波を印加されかつプラズマに晒されることで、基板表面の電位は自己バイアスに等しい負の電位（たとえば−５００Ｖ以下）に下がる。その結果、基板とサセプタとの間に大きな電位差が生じて、両者の間の上記ガス空間内で基板に損傷を与えるほどの異常放電が発生しやすくなる。
【０００８】
従来より、そのような基板とサセプタ間の異常放電を防止するために、サセプタ上でウエハ載置領域を囲む周辺領域に誘電体層を介して設けられるフォーカスリングを、抵抗ピン等の電流制限素子によってサセプタに電気的に接続するプラズマ処理装置が知られている（特許文献１）。このプラズマ処理装置は、サセプタに高周波を印加してプラズマに晒し、かつ静電チャックの内部電極に正極性の高圧直流電圧を印加しても、電流制限素子を介してサセプタとフォーカスリングとの間で電荷が移動して、サセプタの電位がフォーカスリングの電位ひいては基板の電位に近づくので、基板とサセプタ間のガス空間内で放電を起こり難くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２１０９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のようにサセプタとフォーカスリングとを電流制限素子によって電気的に接続するプラズマ処理装置においては、フォーカスリングが消耗性の交換部品であるため、現実的には、電流制限素子をフォーカスリングに溶接やハンダ付け等で接合することはできず、バネ加圧等の接触式によって電気的接続を得る構成を採らざるを得ない。しかし、接触式は、フォーカスリングと電流制限素子との間で良好な電気伝導を得るのが難しく、その接触界面で大きな電位差が発生しやすい。このため、電流制限素子に本来の機能を発揮させるのが難しい。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、サセプタとフォーカスリングとの間に電流制限素子を設けなくても、被処理基板と静電チャックを介してこれを載置する高周波電極（サセプタ）との間の異常放電を安定確実に防止できるようにしたプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する導体からなるサセプタと、前記サセプタに第１の高周波を印加する第１の高周波給電部と、前記基板を静電力で前記サセプタに保持するために、前記サセプタの主面に設けられる静電チャックと、前記サセプタに自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する直流電圧印加部とを有する。
【００１３】
上記構成のプラズマ処理装置においては、プラズマ処理中にプラズマに晒される基板の表面の電位は自己バイアスに等しい負極性の電位になる一方で、直流電圧印加部によりサセプタに自己バイアスに応じた負極性の直流電圧が印加されるので、基板とサセプタ間の電位差が小さな値に保たれ、基板回り（特に基板とサセプタとの間のガス空間）で異常放電が発生しなくなる。
【００１４】
本発明のプラズマ処理方法は、処理容器内で導体のサセプタの主面に設けられている静電チャックの上に被処理基板を載置する工程と、前記基板が前記静電チャック上に載置された後の第１の時点で、前記サセプタを電気的に接地状態からフローティング状態に切り換える工程と、前記第１の時点より後の第２の時点から、前記処理容器内で処理ガスを励起してプラズマを生成する工程と、前記第２の時点より後の第３の時点から、前記プラズマのイオンを前記基板に引き込むのに適した周波数を有する第１の高周波を前記サセプタに印加する工程と、前記第２の時点より後で前記第３の時点と近接する第４の時点から、前記サセプタに自己バイアスに応じた負極性の直流電圧を印加する工程と、前記サセプタ上で前記基板を保持するために、前記第４の時点より後の第５の時点から、前記静電チャック内の電極に正極性の直流電圧を印加する工程とを有する。
【００１５】
上記構成のプラズマ処理方法においては、サセプタに自己バイアスに応じた負極性の直流電圧が印加されるので、定常状態において基板回り（特に基板とサセプタとの間のガス空間）で異常放電が発生することはない。さらには、プラズマ処理の開始直後に、サセプタの電位が自己バイアスに連動して基板の電位と一緒に下がるので、正極性の直流電圧が静電チャックの内部電極に印加される時も、さらにはプロセスの開始時にプラズマ負荷が変動しても、基板回り（特に基板とサセプタとの間のガス空間）で異常放電が発生しなくなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によれば、上記のような構成および作用により、サセプタとフォーカスリングとの間に電流制限素子を設けなくても、静電チャックを介して被処理基板を載置する高周波電極（サセプタ）と該基板の間の異常放電を安定確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【図２】上記プラズマ処理装置におけるマッチングユニット内の回路構成を示す回路図である。
【図３Ａ】上記プラズマ処理装置において単一ステップの枚葉処理（またはマルチステップの枚葉処理における１回目のステップ）が行われるときの基本シーケンスを示す図である。
【図３Ｂ】上記プラズマ処理装置においてマルチステップ方式の２回目以降のステップが行われるときの基本シーケンスを示す図である。
【図４Ａ】図３Ａの基本シーケンスの具体的な実例を示す図である。
【図４Ｂ】図３Ｂの基本シーケンスの具体的な実例を示す図である。
【図５】実施形態による第２の直流電源を備えない場合（比較例）のシーケンスの具体的な実例を示す図である。
【図６】上記プラズマ処理装置における第１の整合器の整合回路および第２の直流電源の結線の一変形例を示す回路図である。
【図７】上記プラズマ処理装置においてサセプタに第２直流電圧を印加する技法の第２の実施例を説明するための図である。
【図８】上記第２の実施例における第１模擬実験で得られるデータベースのテーブルの一例を示す図である。
【図９Ａ】上記第２の実施例における第２模擬実験で得られるデータベースのテーブルの一例を示す図である。
【図９Ｂ】上記第２の実施例における第２模擬実験で得られるデータベースのテーブルの一例を示す図である。
【図９Ｃ】上記第２の実施例における第２模擬実験で得られるデータベースのテーブルの一例を示す図である。
【図１０】別の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【図１１】図１０のプラズマ処理装置における主要な特徴部分を示す図である。
【図１２】サセプタに第２直流電圧を印加する技法の第５（および第６）の実施例の要部の回路構成を示す回路図である。
【図１３】整合器に備えられるマッチングテーブルの一例を示す図である。
【図１４】スミスチャート上で実施例における整合器の作用を示す図である。
【図１５】サセプタに第２直流電圧を印加する技法の第７の実施例の要部の回路構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
［プラズマ処理装置全体の構成］
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態における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、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は接地されている。
【００２０】
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を載置する円板形状のサセプタ１２が下部電極として水平に配置されている。このサセプタ１２は、伝導性と加工性に優れた導体たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部１４により非接地で支持されている。この絶縁性筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の底に排気口２０が設けられている。排気口２０には排気管２２を介して排気装置２４が接続されている。排気装置２４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所望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２６が取り付けられている。
【００２１】
サセプタ１２には、第１および第２の高周波電源２８，３０がマッチングユニット３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。ここで、第１の高周波電源２８は、主としてサセプタ１２上の半導体ウエハＷに対するイオンの引き込みに寄与する一定周波数（たとえば１３．５６ＭＨｚ）の第１高周波ＬＦを出力する。一方、第２の高周波電源３０は、主としてプラズマの生成に寄与する一定周波数（たとえば１００ＭＨｚ）の第２高周波ＨＦを出力する。マッチングユニット３２には、第１および第２の高周波電源２８，３０と負荷（主にプラズマ）との間でインピーダンスの整合をとるための第１および第２の整合器１００，１０２（図２）が収容されている。
【００２２】
給電棒３４は、所定の外径を有する円筒形または円柱形の導体からなり、その上端がサセプタ１２の下面中心部に接続され、その下端がマッチングユニット３２内の上記第１および第２の整合器１００，１０２の高周波出力端子に接続されている。また、チャンバ１０の底面とマッチングユニット３２との間には、給電棒３４の周りを囲む円筒形の導体カバー３５が設けられている。
【００２３】
サセプタ１２は半導体ウエハＷよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ１２の上面つまり主面は、半導体ウエハＷと略同形状（円形）かつ略同サイズの中心領域つまりウエハ載置領域と、このウエハ載置領域の周囲に延在する環状の周辺領域とに区画されている。ウエハ載置領域の上に、後述する静電チャック３８を介して処理対象の半導体ウエハＷが載置される。環状周辺領域の上には、リング状の誘電体層３５を介して半導体ウエハＷの口径よりも大きな内径を有するリング状の板材いわゆるフォーカスリング３６が設けられる。このフォーカスリング３６は、半導体ウエハＷ表面の被エッチング材に応じて、たとえばＳi，ＳiＣ，Ｃ，ＳiＯ2の中のいずれかの材質で構成されている。
【００２４】
サセプタ１２のウエハ載置領域には、ウエハ吸着用の静電チャック３８が設けられている。この静電チャック３８は、サセプタ１２の上面に一体形成または一体固着された誘電体層４０の中に内部電極４２を封入している。この内部電極４２には、チャンバ１０の外に配置される外付けの第１の直流電源４４がスイッチ４６、高抵抗値の抵抗器４８およびＤＣ高圧線５０を介して電気的に接続されている。第１の直流電源４４より正極性で高圧（たとえば２０００〜３０００Ｖ）の第１直流電圧ＡDCが静電チャック３８の内部電極４２に印加されることにより、半導体ウエハＷが静電力で静電チャック３８に吸着されるようになっている。なお、ＤＣ高圧線５０は、被覆線であり、サセプタ１２を下から貫通して静電チャック３８の内部電極４２に接続されている。
【００２５】
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室または冷媒通路５２が設けられている。この冷媒室５２には、チラーユニット（図示せず）より冷媒供給管５４を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水ＣＷが循環供給される。冷媒の温度によってサセプタ１２の温度を下げる方向に制御できる。そして、サセプタ１２に半導体ウエハＷを熱的に結合させるために、バックサイドガス供給部（図示せず）からの伝熱用のバックサイドガスたとえばＨeガスが、ガス供給管およびサセプタ１２内部のガス通路５６を介して静電チャック３８と半導体ウエハＷとの接触界面に供給されるようになっている。
【００２６】
サセプタ１２および静電チャック３８には、サセプタ１２上での半導体ウエハＷのローディング／アンローディングに用いられる複数本（たとえば３本）のリフトピン５８を昇降移動可能に通す貫通孔６０，６２がそれぞれ形成されている。リフトピン５８は、たとえば樹脂またはセラミック等の絶縁体からなり、リング状の水平昇降板６４に支持されている。この水平昇降板６４は、エアシリンダまたはボールねじ機構等からなるアクチエータ６６の昇降駆動軸６８に結合されている。
【００２７】
チャンバ１０の天井には、サセプタ１２と平行に向かい合って上部電極を兼ねるシャワーヘッド７０が設けられている。このシャワーヘッド７０は、サセプタ１２と向かい合う電極板７２と、この電極板７２をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体７４とを有し、電極支持体７４の内部にガス室７６を設け、このガス室７６からサセプタ１２側に貫通する多数のガス吐出孔７８を電極支持体７４および電極板７２に形成している。電極板７２とサセプタ１２との間の空間ＰＳがプラズマ生成空間ないし処理空間となる。ガス室７６の上部に設けられるガス導入口７６ａには、処理ガス供給部８０からのガス供給管８２が接続されている。電極板７２はたとえばＳi、ＳiＣあるいはＣからなり、電極支持体７４はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。
【００２８】
このプラズマエッチング装置は、サセプタ１２に負極性かつ可変の第２直流電圧−ＢDCを印加するための第２の直流電源１０４を備えている。この第２の直流電源１０４の出力端子は、スイッチ１０６を介してマッチングユニット３２内で第１の高周波給電部１０８（図２）に電気的に接続されている。
【００２９】
主制御部８４は、マイクロコンピュータおよび各種インタフェースを含み、外部メモリまたは内部メモリに格納されるソフトウェア（プログラム）およびレシピ情報にしたがって、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２４、高周波電源２８，３０、マッチングユニット３２（整合器１０２，１０４）、スイッチ４６，１０６、第２の直流電源（可変直流電源）１０４、リフト機構のアクチエータ６６、チラーユニット（図示せず）、バックサイドガス供給部（図示せず）および処理ガス供給部８０等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。
【００３０】
なお、この実施形態では、主制御部８４が１つの制御ユニットとして示されているが、複数の制御ユニットが主制御部８４の機能を並列的または階層的に分担する形態を採ってもよい。
【００３１】
このプラズマエッチング装置における枚葉ドライエッチングの基本的な動作は次のようにして行われる。先ず、ゲートバルブ２６を開けて、隣室のロードロック・チャンバまたはトランスファ・チャンバ（図示せず）から搬送アーム（図示せず）を招き入れて処理対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入させる。ローディング動作は、アクチエータ６６が作動して、リフトピン５８を上昇させて搬送アームより半導体ウエハＷを受け取り、次いでリフトピン５８を降下させて半導体ウエハＷをサセプタ１２の主面つまり静電チャック３８の上に載置する。そして、処理ガス供給部８０よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量でチャンバ１０内に導入し、排気装置２４によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、第１および第２の高周波電源２８，３０をオンにして第１高周波ＬＦおよび第２高周波ＨＦをそれぞれ所定のパワーで出力させ、これらの高周波ＬＦ，ＨＦをマッチングユニット３２および給電棒３４を介してサセプタ（下部電極）１２に印加する。また、スイッチ４６をオンにして半導体ウエハＷを静電力で静電チャック３８に保持し、バックサイドガス供給部より半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱用のバックサイドガス（Ｈeガス）を供給する。シャワーヘッド７０より両電極７０，１２間の処理空間ＰＳに吐出されたエッチングガスの高周波放電によりプラズマが生成され、このプラズマより供給されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷ表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。
【００３２】
このプラズマエッチング装置は、陰極結合型であり、プラズマの生成に適した比較的高い周波数（たとえば１００ＭＨｚ）を有する第２高周波ＨＦをサセプタ１２に印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度のプラズマを形成することができる。それと同時に、イオンの引き込みに適した比較的低い周波数（たとえば１３．５６ＭＨｚ）を有する第１高周波ＬＦをサセプタ１２に印加することにより、サセプタ１２上の半導体ウエハＷに対して垂直形状のエッチング加工に有利な異方性のエッチングを施すことができる。
【００３３】
また、このプラズマエッチング装置においては、プラズマに晒されるサセプタ（下部電極）１２にイオン引き込み用の第１高周波ＬＦを印加し、かつ半導体ウエハＷをサセプタ１２上で保持するために第１の直流電源４４より静電チャック３８の内部電極４２に正極性の第１直流電圧ＡDCを印加する一方で、第２の直流電源１０４より自己バイアス−Ｖdcに応じた負極性の第２直流電圧−ＢDCをサセプタ１２に印加することにより、半導体ウエハＷとサセプタ１２との間の電位差を極力小さく抑えることができる。このため、半導体ウエハＷとサセプタ１２との間のガス空間（５６，６０，６２）において異常放電が発生するおそれはない。したがって、半導体ウエハＷに異常放電によるダメージを与えずに済み、プラズマエッチングプロセスの歩留まりを向上させることができる。
［マッチングユニット内の構成］
【００３４】
図２に、このプラズマエッチング装置のマッチングユニット３２内の回路構成を示す。
【００３５】
マッチングユニット３２内には、第１および第２の整合器１００，１０２が設けられている。第１の整合器１００は、第１の高周波電源２８より出力されるイオン引き込み用の第１高周波ＬＦを無反射または少ない反射で効率よくチャンバ１０内のプラズマ負荷に伝送するように動作し、第１の高周波電源２８と組み合わさって第１の高周波給電部１０８を形成する。一方、第２の整合器１０２は、第２の高周波電源３０より出力されるプラズマ生成用の第２の高周波ＨＦを無反射または少ない反射で効率よくチャンバ１０内のプラズマ負荷に伝送するように動作し、第２の高周波電源３０と組み合わさって第２の高周波給電部１１０を形成する。
【００３６】
第１の整合器１００は、第１の高周波電源２８の出力端子と負荷との間で直列に接続されるコンデンサ１１４およびコイル１１６と、コンデンサ１１４の入力側端子と接地電位部材（図示せず）との間に接続されるコンデンサ１１２とからなるＬ型の整合回路を有している。両コンデンサ１１２，１１４は可変コンデンサである。第１の高周波電源２８が第１高周波ＬＦを出力している時は、マッチングコントローラおよびステップモータ等で構成される第１のオートマッチング機構（図示せず）が、上記整合回路（１１２，１１４，１１６）も含まれる負荷側のインピーダンスを第１の高周波電源２８側のインピーダンス（通常５０Ω）に一致させるように、各々の可変コンデンサ１１２，１１４の静電容量を可変に制御するようになっている。
【００３７】
第２の整合器１０２は、第２の高周波電源３０の出力端子と接地電位部材（図示せず）との間で直列に接続される一次コイル１１８および一次コンデンサ１２０と、一次コイル１１８にトランス結合される二次コイル１２２と、この二次コイル１２２と負荷との間に直列に接続される二次コンデンサ１２４とからなる誘導結合型の整合回路を有している。両コンデンサ１２０，１２４は可変コンデンサである。第２の高周波電源３０が第２高周波ＨＦを出力している時は、マッチングコントローラおよびステップモータ等で構成される第２のオートマッチング機構（図示せず）が、上記整合回路（１１８〜１２４）も含まれる負荷側のインピーダンスを第２の高周波電源３０側のインピーダンス（通常５０Ω）に一致させるように、各々の可変コンデンサ１２０，１２４の静電容量を可変に制御するようになっている。
【００３８】
第１の高周波給電部１０８には、第１の整合器１００の出力端子と給電棒３４との間に、コイル１２６およびコンデンサ１２８からなるＬ型のローパス・フィルタ１３０が設けられている。このローパス・フィルタ１３０は、第１の整合器１００からの第１高周波ＬＦおよび第２の直流電源１０４からの第２直流電圧−ＢDCをサセプタ１２側に通し、第２の高周波給電部１１０からの第２高周波ＨＦを遮断する。
【００３９】
なお、第２の高周波給電部１１０内では、第２の整合器１０２内でトランス結合されているコイル１１８，１２２が、第１の高周波給電部１０８からの第１高周波ＬＦを遮断するようになっている。
【００４０】
マッチングユニット３２の筺体内には、上述した第１および第２の整合器１００，１０２の他にも、一次的には保安接地用のリレースイッチ１３２が設けられている。このリレースイッチ１３２は、その一方の端子が抵抗器１３４を介して接地電位部材（図示せず）に接続され、他方の端子がコイル１３６およびコンデンサ１３８からなるＬ型の高周波遮断フィルタ１４０を介して第１の整合器１００内の高周波伝送路（図示の例ではコンデンサ１１４とコイル１１６との間の接続点ＮＡ）に接続されている。高周波遮断フィルタ１４０は、直流を通し、第１高周波ＬＦその他の高周波を遮断するフィルタ特性を有している。
【００４１】
リレースイッチ１３２がオフしている時は、第１の整合器１００内の接続点ＮＡが電気的（特に直流的）にフローティング状態にあり、したがってサセプタ１２もフローティング状態に置かれる。リレースイッチ１３２がオンすると、過渡的にはそれまでサセプタ１２に蓄積されていた電荷が接続点ＮＡ、ローパス・フィルタ１４０、リレースイッチ１３２および抵抗器１３４を介して接地電位部材（グランド）に流れ、定常的にはサセプタ１２の電位がグランド電位に保たれる。
【００４２】
この実施形態において、第２の直流電源１０４は、リレースイッチ１３２と並列に接続されている。より詳細には、第２の直流電源１０４の出力端子は、抵抗器１４２および高周波遮断フィルタ１４０を介して第１の整合器１００内の接続点ＮＡに接続されている。ここで、抵抗器１４２は、前段の高周波遮断フィルタ１４０を漏れて来ることもある第１高周波ＬＦその他の高周波を確実に遮断する次段の高周波遮断フィルタを構成している。
【００４３】
第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCは、抵抗器（高周波遮断フィルタ）１４２、高周波遮断フィルタ１４０のコイル１３６、第１の整合器１００のコイル１１６およびローパス・フィルタ１３０のコイル１２６を介してサセプタ１２に印加されるようになっている。一方で、第２の直流電源１０４は、第１の高周波給電部１０８からは２段の高周波遮断フィルタ１４０，１４２によってマスクされ、第２の高周波給電部１１０からはさらにローパス・フィルタ１３０によってもマスクされているので、第１および第２の整合器１００，１０２の整合動作に影響を与えないようになっている。
【００４４】
第２の直流電源１０４は、主制御部８４の一部を構成する直流電圧制御部１４４の制御の下で、その出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを一定の範囲（たとえば−３０００Ｖ〜０Ｖ）で可変に制御できるようになっている。直流電圧制御部１４４は、第２の直流電源１０４の出力電圧−ＢDCをレシピ情報に基づいて適当な設定値（固定値）に合わせることも可能である。しかし、この実施形態では、プラズマ処理中にプラズマに晒されるサセプタ１２上の半導体ウエハＷの表面電位（自己バイアス−Ｖdcに等しい負極性の電位）の不定または動的な変化にも対応可能な第２直流電圧−ＢDCが、直流電圧制御部１４４の制御の下で第２の直流電源１０４より出力されるようになっている。
【００４５】
第１の高周波給電部１０８の高周波伝送路上には、第１高周波ＬＦの電圧振幅（たとえばピーク・ツー・ピーク）Ｖppを測定するためのＶpp測定部１４６と、第１高周波ＬＦの進行波パワーＰfおよび反射波パワーＰrを測定するＲＦパワーモニタ（たとえば方向性結合器）１４８とが設けられている。そして、Ｖpp測定部１４６よりＶpp測定値ＭＶppが、ＲＦパワーモニタ１４８より進行波パワー測定値ＭＰfおよび反射波パワー測定値ＭＰrが直流電圧制御部１４４に与えられるようになっている。
【００４６】
一般に、この実施形態のようにサセプタ（下部電極）１２に周波数の異なる複数の高周波（ＬＦ，ＨＦ）を印加する場合は、周波数の最も低い高周波（ＬＦ）の電圧の振幅Ｖppがサセプタ１２上の高周波電圧の振幅を支配的に左右する。特に、第２高周波ＨＦが１００ＭＨｚあるいはそれ以上の高い周波数を有する場合は、サセプタ１２上の第２高周波ＨＦの電圧振幅Ｖppは無視できるほど小さい。一方で、自己バイアス−Ｖdcの絶対値Ｖdcとサセプタ１２上の高周波電圧の振幅Ｖppとの間には定常的には一定の比例関係つまりＶdc≒ＫＶpp（Ｋは係数：０＜Ｋ＜１）の関係がある。したがって、直流電圧制御部１４４は、基本的または定常的には、Ｖpp測定部１４６からのＲＦ電圧振幅測定値ＭＶppに応じて第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを制御し、たとえば−ＢDC＝−Ｋ＊ＭＶppとなるように制御する。
【００４７】
しかし、プラズマ処理の開始時やプラズマ処理の最中にプラズマの負荷が変動すると、自己バイアス−Ｖdcとサセプタ１２上の高周波電圧の振幅Ｖppとの間で上記の比例関係（Ｖdc≒ＫＶpp）が壊れ、自己バイアス−Ｖdcの絶対値ＶdcがＫＶppよりも小さくなる。この時、プラズマ負荷にＲＦパワーが十分に吸収されず、そのぶんＲＦ反射波パワーＰrが増大する。
【００４８】
直流電圧制御部１４４は、そのようなプラズマ負荷の変動に対処するために、Ｖpp測定部１４６からのＲＦ電圧振幅測定値ＭＶppとＲＦパワーモニタ１４８からのＲＦ反射波パワー測定値ＭＰrとに応じて第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを制御し、たとえば−ＢDC＝−（Ｋ＊ＭＶpp−Ｊ＊ＭＰr）あるいは−ＢDC＝−（Ｋ−Ｄ＊ＭＰr）＊ＭＶppとなるように制御する。ただし、Ｊ，Ｄは係数である。
【００４９】
さらに、直流電圧制御部１４４は、プラズマ負荷変動に対する第２直流電圧−ＢDCの可変制御の安定性ないし精度を一層高めるために、Ｖpp測定部１４６からのＲＦ電圧振幅測定値ＭＶppとＲＦパワーモニタ１４８からのＲＦ進行波パワー測定値ＭＰfおよびＲＦ反射波パワー測定値ＭＰrとに応じて第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを制御し、たとえば−ＢDC＝−Ｋ＊ＭＶpp＊Ｅ＊（ＭＰf−ＭＰr）／ＭＰfとなるように制御する。ただし、Ｅは係数である。
［実施形態におけるシーケンス］
【００５０】
図３Ａに、この実施形態のプラズマ処理装置において単一ステップの枚葉処理が行われるとき、あるいはマルチステップ方式において１回目のステップの枚葉処理が行われるときの主要な各部間のタイミング関係、特に動作開始時の基本シーケンスを示す。
【００５１】
上記のように処理対象の半導体ウエハＷがチャンバ１０内で静電チャック３８の上に載置される時、リレースイッチ１３２はオン状態を保っており、サセプタ１２は電気的に接地されている。そして、チャンバ１０内が減圧状態になり、エッチングガスの導入が開始されてから、所定の時点ｔ0でリレースイッチ１３２がオフになる。これによって、サセプタ１２は電気的（特に直流的）にフローティング状態になる。
【００５２】
直後に、時点ｔ1で、第２の高周波電源３０がオンし、第２の整合器１０２も整合動作を開始する。これによって、サセプタ１２に対して第２の高周波給電部１１０よりプラズマ生成用の第２高周波ＨＦの印加が開始され、エッチングガスが放電し始める（プラズマが着火する）。
【００５３】
この直後に（通常、時点ｔ1から２秒以内に）、時点ｔ2で第１の高周波電源２８がオンし、第１の整合器１００も整合動作を開始する。これによって、サセプタ１２に対して第１の高周波給電部１０８よりイオン引き込み用の第１高周波ＬＦの印加が開始される。そうすると、サセプタ１２上の半導体ウエハＷとバルクプラズマとの間（つまりシース）に自己バイアス−Ｖdcが発生して、プラズマから半導体ウエハＷにイオンが引き込まれる。
【００５４】
ここで、自己バイアス−Ｖdcは、第１の高周波給電部１０８を介して半導体ウエハＷの表面とグランド（接地電位部材）との間にかかる電圧でもあり、第１の高周波給電部１０８の高周波伝送路上に直列に接続される全てのコンデンサまたはキャパシタ、つまり第１の整合器１００のコンデンサ１１４や、静電チャック３８の誘電体層を介して半導体ウエハＷとサセプタ１２との間に形成されるキャパシタ等がいわゆるブロッキングコンデンサを形成する。
【００５５】
なお、サセプタ１２上で半導体ウエハＷの周囲に配置されるフォーカスリング３６にも、同じ自己バイアス−Ｖdcが発生して、プラズマからイオンが引き込まれる。つまり、フォーカスリング３６は、電気的にもサセプタ１２上で半導体ウエハＷと並列に配置されており、プラズマに対して半導体ウエハＷのエッジを半径方向外側に見掛け上拡張する機能を有している。
【００５６】
一方、プラズマの着火後で、上記時点ｔ2に好ましくは１秒以内の時間差で近接（前後）する時点ｔ3で、第２の直流電源１０４がオンして、サセプタ１２に対して負極性の第２直流電圧−ＢDCの印加を開始する。これによって、半導体ウエハＷの表面電位が自己バイアス−Ｖdcの電位に下がるのと連動して略同時にサセプタ１２の電位が自己バイアス−Ｖdcに応じた第２直流電圧−ＢDCの電位に下がる。
【００５７】
その後（通常、時点ｔ3から０．３秒以上経過後に）、時点ｔ4で、第１の直流電源４４がオンになり、静電チャック３８の内部電極４２に対して正極性の第１直流電圧ＡDCの印加を開始する。これによって、半導体ウエハＷの裏面と静電チャック３８の表面に正・負の電荷つまり静電気が発生し、半導体ウエハＷが静電力で静電チャック３８に吸着される。この時、サセプタ１２には第２直流電圧−ＢDCが既に印加されているので、サセプタ１２の電位が第１直流電圧ＡDCの影響（静電誘導）を受けることはない。そして、直後の時点ｔ5で、バックサイドガス供給部がオンして、サセプタ１２内のガス通路を介して半導体ウエハＷの裏面にバックサイドガスを供給する。
【００５８】
このように、単一ステップまたは１回目のステップの場合は、半導体ウエハＷが静電チャック３８上に載置された後の時点ｔ0で、リレースイッチ１３２をそれまでのオン状態からオフ状態に切り換えて、サセプタ１２を電気的に接地状態からフローティング状態に切り換える。そして、直後の時点ｔ1から、第２の高周波給電部１１０においてプラズマ生成用の第２高周波ＨＦをサセプタ１２に印加し、チャンバ１０で処理ガスを第２高周波ＨＦのエネルギーで励起してプラズマを生成する。そして、直後の時点ｔ2から、第１の高周波給電部１０８においてイオン引き込み用の第１高周波ＬＦをサセプタ１２に印加して、自己バイアス−Ｖdcを発生させる。そして、上記時点ｔ2と（好ましくは１秒以内の時間差で）近接する時点ｔ3から、サセプタ１２に自己バイアス−Ｖdcに応じた負極性の第２直流電圧−ＢDCを印加する。そして、上記時点ｔ3より後の時点ｔ4から、静電チャック３８の内部電極４２に正極性の第１直流電圧ＡDCを印加する。
【００５９】
かかるシーケンスによれば、サセプタ１２に自己バイアス−Ｖdcに応じた負極性の第２直流電圧−ＢDCが印加されるので、定常状態において半導体ウエハＷとサセプタ１２との間のガス空間（５６，６０，６２）で異常放電が発生することはない。さらには、プラズマ処理の開始直後に、サセプタ１２の電位が自己バイアス−Ｖdcに連動して半導体ウエハＷの電位と一緒に下がるので、正極性の第１直流電圧ＡDCが静電チャック３８の内部電極４２に印加される時も、さらにはプロセスの開始時にプラズマ負荷が変動しても、上記ガス空間（５６，６０，６２）で異常放電が発生するおそれはない。
【００６０】
図３Ｂに、マルチステップ方式において２回目以降の各ステップの枚葉処理が行われるときの主要な各部間のタイミング関係、特に動作開始時の基本シーケンスを示す。
【００６１】
この場合、１回目のステップが終了した後も、リレースイッチ１３２はオフ状態を保持し、第１の直流電源４４はオン状態（第１直流電圧ＡDCの印加）を保持し、バックサイドガス供給部はバックサイドのガスの供給を維持する。この状態の下で、２回目のステップを開始するために、時点ｔ11で、第２の高周波電源３０がオンし、第２の整合器１０２も整合動作を開始する。これによって、サセプタ１２に対して第２の高周波給電部１１０よりプラズマ生成用の第２高周波ＨＦの印加が開始され、エッチングガスが放電し始める（プラズマが再着火する）。
【００６２】
この直後に、時点ｔ12で第１の高周波電源２８がオンし、第１の整合器１００も整合動作を開始する。これによって、サセプタ１２に対して第１の高周波給電部１０８よりイオン引き込み用の第１高周波ＬＦの印加が開始される。そうすると、サセプタ１２上の半導体ウエハＷとバルクプラズマとの間（つまりシース）に自己バイアス−Ｖdcが発生して、プラズマから半導体ウエハＷにイオンが引き込まれる。
【００６３】
一方、プラズマの再着火後で、上記時点ｔ12に好ましくは１秒以内の時間差で近接（前後）する時点ｔ13で、第２の直流電源１０４がオンして、サセプタ１２に対して負極性の第２直流電圧−ＢDCの印加を開始する。これによって、半導体ウエハＷの表面電位が自己バイアス−Ｖdcの電位に下がるのと連動して略同時にサセプタ１２の電位が自己バイアス−Ｖdcに応じた第２直流電圧−ＢDCの電位に下がる。
【００６４】
このように、マルチステップ方式において２回目以降の各ステップが行われるときは、サセプタ１２に第１直流電圧ＡDCが印加されている状態の下で、最初に（時点ｔ11から）第２の高周波給電部１１０においてプラズマ生成用の第２高周波ＨＦをサセプタ１２に印加し、チャンバ１０で処理ガスを第２高周波ＨＦのエネルギーで励起してプラズマを再生成する。そして、直後の時点ｔ12から、第１の高周波給電部１０８においてイオン引き込み用の第１高周波ＬＦをサセプタ１２に印加して、自己バイアス−Ｖdcを再度発生させる。そして、上記時点ｔ12と（好ましくは１秒以内の時間差で）近接する時点ｔ13から、サセプタ１２に自己バイアス−Ｖdcに応じた負極性の第２直流電圧−ＢDCを再び印加する。
【００６５】
かかるシーケンスによれば、プラズマ処理が再開された直後に、サセプタ１２の電位が自己バイアス−Ｖdcに連動して半導体ウエハＷの電位と一緒に下がるので、プロセスの開始時にプラズマ負荷が変動しても、上記ガス空間（５６，６０，６２）で異常放電が発生するおそれはない。
【００６６】
図４Ａおよび図４Ｂに、この実施形態における上記シーケンスの具体的な実例を示す。これらの図において、"HF Pf"および"HF Pr"は、第２高周波ＨＦの進行波パワーおよび反射波パワーである。"LF Pf"および"LF Pr"は、第１高周波ＬＦの進行波パワーおよび反射波パワーである。"HF C1"および"HF C2"は、第２の整合器１０２における可変コンデンサ１２０，１２４のバリコン・ステップ（キャパシタンス値に対応する調整位置）である。"LF C1"および"LF C2"は、第１の整合器１００における可変コンデンサ１１２，１１４のバリコン・ステップである。"RFD"は、プラズマ発光モニタ（図示せず）により測定されるプラズマ発光強度である。"ESC I"は、第１の直流電源４４から静電チャック３８の内部電極４２に至る第１の直流電圧給電部内で流れる電流である。"LF Vpp"は、第１の整合器１００内でＶpp測定部１４６により測定される第１高周波ＬＦの電圧振幅（ピーク・ツー・ピーク）である。"- Vdc"は、自己バイアスである。"-HV2 V"は、サセプタ１２の電位である。"HV2 Ｉ"は、第２の直流電源１０４からサセプタ１２に至る第２の直流電圧給電部内で流れる電流である。
【００６７】
単一ステップまたはマルチステップ方式における１回目のステップの場合（図４Ａ）、第１直流電圧ＡDCの印加を開始した直後に第１の直流電圧給電部内で電流"ESC I"が急激に流れるのは過渡現象であり、速やかに減衰する。つまり、半導体ウエハＷとサセプタ１２との間のガス空間（５６，６０，６２）で異常放電が発生していないことがわかる。なお、時点ｔ3S,ｔ3Eは、第２直流電圧−ＢDCの印加（立ち上がり）の開始および完了のタイミングであり、ｔ3S〜ｔ3Eは０．３５秒である。
【００６８】
マルチステップ方式における２回目以降の各ステップの場合（図４Ｂ）は、半導体ウエハＷの表面電位つまり自己バイアス−Ｖdcが下がるのと連動して略同時にサセプタ１２の電位が自己バイアス−Ｖdcに応じた第２直流電圧−ＢDCの電位に下がることがわかる。そして、第１の直流電圧給電部内で電流"ESC I"が、プラズマからの反射の影響を受けて時点ｔ13〜ｔaの区間で増加しても速やかに減少に転じて時点ｔbには元（略０Ａ）に戻る。このように、第１の直流電圧給電部内で電流"ESC I"に異常が見られないことから、半導体ウエハＷの回りで、特に半導体ウエハＷとサセプタ１２との間のガス空間（５６，６０，６２）で、異常放電が発生していないことが確認される。
【００６９】
この実例では、上記のように第２の直流電源１０４が第２直流電圧−ＢDCの出力を開始するタイミング（時点ｔ3，ｔ13）を第１の整合器１００が整合動作を開始するタイミングに一致させており、この同時性の関係が最も好ましい。もっとも、実用的には１秒以内の時間差であれば、両者のタイミングに多少のずれがあってもよい。
【００７０】
また、イオン引き込み用の第１高周波ＬＦとプラズマ生成用の第２高周波ＨＦとの間では、上記のように、サセプタ１２に対して、第２高周波ＨＦの印加を先に開始し、第１高周波ＬＦの印加を後に開始する形態が標準仕様になる。しかし、必要に応じて、または特定の条件の下で、第１高周波ＬＦの印加を先に開始して第２高周波ＨＦの印加を後に開始する形態、あるいは第１高周波ＬＦおよび第２高周波ＨＦの印加を同時に開始することも可能である。
【００７１】
第１高周波ＬＦの印加を先に開始する場合でも、第２高周波ＨＦほどの放電効率は良くないが、プラズマが生成されることがあり、その場合には自己バイアスも発生する。したがって、第２直流電圧−ＢDCの出力を開始するタイミングは、やはり第１高周波ＬＦの印加開始のタイミングに合わせるのが望ましく、たとえば第１高周波ＬＦの印加開始と同時または一定時間経過後に第２直流電圧−ＢDCの出力を開始してよい。
【００７２】
図５に、本実施例における第２の直流電源１０４を備えない場合（比較例）の単一（または１回目）ステップのシーケンスの具体的な実例を示す。この図において、"HFφ"および"HF Z"は、第２の整合器１０２における可変コンデンサ１２０，１２４のバリコン・ステップに対する制御信号である。"LFφ"および"LF Z"は、第１の整合器１００における可変コンデンサ１１２，１１４のバリコン・ステップに対する制御信号である。その他は、図４Ａと同じである。
【００７３】
図示のように、第１の直流電圧給電部内で電流"ESC I"が、他の各部が安定した後にも相当大きな電流値（７２μＡ）を示している。これは、半導体ウエハＷとサセプタ１２との間のガス空間（５６，６０，６２）で異常放電が発生している場合に見られる現象である。
［整合回路に関する変形例］
【００７４】
上記の実施形態において、第１の整合器１００は、可変リアクタンス素子に可変コンデンサ１１２，１１４を用いるＬ型の整合回路を有している。このタイプの整合回路は、第１高周波ＬＦの周波数が比較的高い場合、たとえば３．２ＭＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの場合は、可変コンデンサ１１２，１１４を有利に活用できる。しかし、第１高周波ＬＦの周波数がかなり低い場合、たとえば４００ｋＨｚの場合は、可変コンデンサ１１２，１１４で所要のインピーダンスを得るためにその静電容量ひいては電極面積（サイズ）を数１０倍以上に大きくしなければならず、実用性を失う。
【００７５】
したがって、第１高周波ＬＦの周波数が４００ｋＨｚのように低い場合は、図６に示すように、２つの可変インダクタ１５０，１５２と固定コンデンサ１５４とからなるＴ型の整合回路を第１の整合器１００に好適に使える。そして、第２の直流電源１０４の出力端子を第１の整合器１００の入力端子に結線するのが好ましい。これによって、第２の直流電源１０４を見掛け上５０Ω系の回路に接続することができる。そして、第２の直流電源１０４より第２直流電圧−ＢDCを可変インダクタ１５０，１５２を介してサセプタ１２にスムースに印加できるとともに、負荷インピーダンスの変動により第１の整合器１００の出力端子側で高周波電圧が揺れても、第２の直流電源１０４はその影響を受けずに出力を安定に保つことができる。
［サセプタに対する直流電圧印加に関する第２の実施例］
【００７６】
上記の実施形態においては、主制御部８４の一部を構成する直流電圧制御部１４４が、第１の高周波給電部１０８で得られるＶpp測定値ＭＶppや反射波パワー測定値ＭＰrさらには進行波パワー測定値ＭＰfに応じて第２の直流電源（可変直流電源）１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを可変に制御するようになっていた。
【００７７】
別（第２）の実施例として、第１高周波ＬＦのパワーＰLF、第２高周波ＨＦのパワーＰHFおよび第２直流電圧−ＢDCをパラメータとして、それら３つのパラメータの選択された各組み合わせ［ＰLF，ＰHF，−ＢDC］毎に半導体ウエハＷ回りで異常放電が発生するか否かをプラズマプロセスの模擬実験により検査して、その検査結果のデータをたとえばテーブル形式でデータベース化する。そして、実際のプロセスでは、第１高周波ＬＦのパワーＰLFおよび第２高周波ＨＦのパワーＰHFの所与の設定値に対して、模擬実験で異常放電を起こさなかったときの第２直流電圧−ＢDCの値またはその近似値を第２の直流電源１０４に対する設定値または指令値とする方法も可能である。
【００７８】
この場合は、図７に示すように、キーボードやディスプレイ等が備わっている操作パネル１６０と主制御部８４とのマン・マシン・インタフェースを介してオペレータがデータベース構築のための実験を行う。
【００７９】
先ず、サセプタ１２に対して第２直流電圧−ＢDCの印加を行わずに（スイッチ１０６をオフ状態に保持して）、第１高周波ＬＦのパワーＰLFおよび第２高周波ＨＦのパワーＰHFをパラメータとして、それら２つのパラメータの選択的な各組み合わせ［ＰLF，ＰHF］毎にプラズマプロセスの第１模擬実験を行い、電圧測定器１６４を用いて自己バイアス−Ｖdcを測定する。この場合、電圧測定器１６４がフォーカスリング３６の電位を自己バイアス−Ｖdcの値として一点鎖線１６５で示すように直接測定してもよいが、着脱可能な治具の接続導体１６６を介してフォーカスリング３６とサセプタ１２とを接続（短絡）し、電圧測定器１６４がサセプタ１２の電位を自己バイアス−Ｖdcの値として測定することもできる。
【００８０】
たとえば、第１高周波ＬＦのパワーＰLFを１００Ｖ，２００Ｖ，５００Ｖ，１０００Ｖ，２５００Ｖ，４８００Ｖ，５８００Ｖの７通りに選び、第２高周波ＨＦのパワーＰHFを１００Ｖ，３００Ｖ，５００Ｖ，１７００Ｖ，２４００Ｖの６通りに選んで、各組み合わせ［ＰLF，ＰHF］の第１模擬実験で得られた自己バイアス−Ｖdcの測定値をたとえば図８に示すようなテーブル形式でデータベース化する。
【００８１】
図８において、ｉ行ｊ列のセルに記入されている“−ａi,j”は、第２高周波ＨＦのパワーＰHFが上からｉ番目の値（たとえば３番目の値は５００Ｖ）に選択され、かつ第１高周波ＬＦのパワーＰLFが左からｊ番目の値（たとえば４番目の値は１０００Ｖ）に選択された場合に取得された自己バイアス−Ｖdcの測定値を表わす。
【００８２】
次に、第１高周波ＬＦのパワーＰLFおよび第２高周波ＨＦのパワーＰHFに第３のパラメータとして第２直流電圧−ＢDC（−ＢDC＝−ｂ1，−ｂ2，−ｂ3・・）を加えて、それら３つのパラメータの選択的な各組み合わせ［ＰLF，ＰHF，−ＢDC］毎にプラズマプロセスの第２模擬実験を行い、半導体ウエハＷ回りで異常放電（またはそれに相当する現象）が発生した否かを検査して、その検査結果をたとえば図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃに示すようなテーブル形式でデータベース化する。
【００８３】
図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃにおいて、ｉ行ｊ列のセルに記入されている“ａi,j−ｂk”は、第２高周波ＨＦのパワーＰHFが上からｉ番目の値（たとえば３番目の値は５００Ｖ）に選択され、第１高周波ＬＦのパワーＰLFが左からｊ番目の値（たとえば４番目の値は１０００Ｖ）に選択された場合に取得され、かつ第２直流電圧−ＢDCが−ｂkの値に選択された場合のバルクプラズマとサセプタ１２間の電位差（推定値）δＶである。そして、テーブルのセル内に“♯”の記号が付いている場合は、当該セルの条件の下で異常放電（またはそれに相当する現象）が検出されたことを表わしている。一般に、“♯”の記号が付く場合（異常放電またはそれに相当する現象が生ずる場合）の電位差δＶは、押し並べてある値（しきい値）Ｖthを超えている。
【００８４】
なお、第２模擬実験では、電圧測定器１６４による自己バイアス−Ｖdcの測定は行われない。代わりに、第１の直流電源４４より静電チャック３８の内部電極４２に至る第１の直流電圧給電部内に設けられる電流計１６８を通じて電流"ESC I"の波形（瞬時値）をモニタリングする。そして、電流"ESC I"の波形に上記比較例（図５）のような異常があるか否かによって、異常放電の有無を間接的に判定する。
【００８５】
上記データベースまたはデータテーブル（図８，図９Ａ〜図９Ｃ）は、主制御部８４内のメモリまたは外部の記憶部１６２に蓄積または保存される。そして、実際のプラズマプロセスでは、主制御部８４が、第１高周波ＬＦおよび第２高周波ＨＦのパワーＰLF，ＰHFに関するプロセス条件（レシピ情報）に応じて、上記データベース（テーブル）を参照して、異常放電の可能性が無い第２直流電圧−ＢDCの値を選択し、第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧−ＢDC）をその選択した値になるように制御する。
［サセプタに対する直流電圧印加に関する第３の実施例］
【００８６】
図１０および図１１に、本発明のプラズマ処理装置においてサセプタ１２に第２直流電圧−ＢDCを印加する技法の更に別（第３）の実施例を示す。
【００８７】
この実施例は、サセプタ１２上の半導体ウエハＷの表面に発生する自己バイアス−Ｖdcをin-situでモニタリングして、第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを自己バイアス−Ｖdcに追従するようにフィードバック方式でリアルタイムに制御することを特徴としている。
【００８８】
具体的には、チャンバ１０内でプラズマが生成されている時にバルクプラズマとサセプタ１２上の半導体ウエハＷ（およびフォーカスリング３６）との間に発生する自己バイアス−Ｖdcをin-situでモニタリングするために、フォーカスリング３６と誘電体３５を介して対向するリング状の電極板１７０をサセプタ１２の上面に配置する。この電極板１７０は、たとえばセラミックからなる絶縁体１７２によってサセプタ１２から電気的に絶縁されており、サセプタ１２を貫通するたとえば棒状の導体１７４と外付けのコンデンサ１７６とを介して接地電位部材（図示せず）に接続されている。なお、棒状の導体１７４も絶縁体１７２によってサセプタ１２から電気的に絶縁されている。
【００８９】
半導体ウエハＷおよびフォーカスリング３６の表面に自己バイアス−Ｖdcが発生している時、つまりチャンバ１０内でプラズマが生成されている時は、半導体ウエハＷおよびフォーカスリング３６の表面が自己バイアス−Ｖdcに等しい負の電位になる。一般にフォーカスリング３６はＳiのように単一物質からなる物体であるため、フォーカスリング３６全体が電極板を構成する。つまり、誘電体３５を挟んでフォーカスリング３６と電極板１７０との間にコンデンサ１８０が形成される。これにより、自己バイアス−Ｖdcに等しいフォーカスリング３６の表面の電位が直列接続されている２つのコンデンサ１８０，１７６によって分圧され、両コンデンサ１８０，１７６間の接続点（ノード）ＮＢに自己バイアス−Ｖdcに比例した分圧電圧−ＶNBが得られる。すなわち、コンデンサ１８０，１７６の静電容量をＣ180，Ｃ176とすると、ノードＮＢに得られる分圧電圧−ＶNBは次の式（１）で表わされる。
−ＶNB＝−Ｖdc＊Ｃ180／（Ｃ180＋Ｃ176）    ・・・（１）
【００９０】
自己バイアス測定回路１８２は、ノードＮＢに得られる分圧電圧−ＶNBを読み取り、上記の式（１）から自己バイアス−Ｖdcの測定値−ＭＶdcを逆算して求める。直流電圧制御部１４４は、自己バイアス測定回路１８２からの自己バイアス測定値−ＭＶdcに基づいて第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧−ＢDC）を制御し、たとえば−ＢDC＝−Ｈ＊ＭＶdcとなるように制御する。ここで、Ｈは係数であり、たとえばＨ＝１である。
【００９１】
あるいは、上記第２の実施例によるデータテーブル（図８，図９Ａ〜図９Ｃ）が備わっている場合は、直流電圧制御部１４４（主制御部８４）において第２直流電圧−ＢDCと自己バイアス−Ｖdcとの電位差δＶが上記しきい値Ｖthを超えないように第２直流電圧−ＢDCの値を制御または選定してもよい。
【００９２】
このように、この実施例では、サセプタ１２上の半導体ウエハＷの表面に発生する自己バイアス−Ｖdcをin-situでモニタリングして、第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを自己バイアス−Ｖdcの現時値に一致または追従するようにフィードバック方式でリアルタイムに制御するので、自己バイアス−Ｖdcが如何様に変動しても、あるいは静電チャック３８の内部電極に第１直流電圧ＡDCが如何様に（任意のタイミングおよび任意の電圧値で）印加されても、半導体ウエハＷとサセプタ１２との間の電位差が常に小さな値に保たれるので、半導体ウエハＷ回りでの異常放電を確実に防止することができる。
［サセプタに対する直流電圧印加に関する第４の実施例］
【００９３】
図１０および図１１につき、本発明のプラズマ処理装置においてサセプタ１２に第２直流電圧−ＢDCを印加する技法の更に別（第４）の実施例を説明する。
【００９４】
図１０に示すように、このプラズマ処理装置においては、サセプタ１２と平行に向かい合って上部電極（対向電極）を兼ねるシャワーヘッド７０がリング状の絶縁体１８４を介してチャンバ１０の天井に取り付けられている。そして、上部電極７０に負極性の好ましくは可変の直流電圧−ＥDCを印加するための直流電源１８６が備えられる。この直流電源部１８６の出力端子は、スイッチ１８８、フィルタ回路１９０および直流給電ライン１９２を介して上部電極７０に電気的に接続される。フィルタ回路１９０は、直流電源１８６からの直流電圧−ＥDCをスルーで上部電極７０に印加する一方で、サセプタ１２から処理空間Ｓおよび上部電極７０を通って直流給電ライン１９２に入ってきた高周波を接地ラインへ流して直流電源１８６側へは流さないように構成されている。また、チャンバ１０内で処理空間ＰＳに面する適当な箇所に、たとえばＳi，ＳiＣ等の導電性材料からなるＤＣグランドパーツ（図示せず）が取り付けられている。このＤＣグランドパーツは、接地ライン（図示せず）を介して常時接地されている。
【００９５】
このプラズマ処理装置において、イオン引き込み用の第１高周波ＬＦの周波数はたとえば３．２ＭＨｚに選ばれ、プラズマ生成用の第２高周波ＨＦの周波数はたとえば４０．６８ＭＨｚに選ばれる。この場合は、図１１に示すように、第１の整合器１００は２つの可変コンデンサ１９４，１９６からなるＬ型の整合回路を好適に有し、第２の整合器１０２も２つの可変コンデンサ１９８，２００からなるＬ型の整合回路を好適に有する。
【００９６】
このように、第２高周波ＨＦの周波数が４０．６８ＭＨｚ程度あるいはそれ以下の場合は、サセプタ１２上の高周波電圧の電圧振幅において第２高周波ＨＦの電圧振幅Ｖppも無視できなくなる。そこで、この実施例では、サセプタ１２上の高周波電圧の電圧振幅Ｖppをモニタリングする上記第１の実施例（図２）の一変形例として、第１の高周波給電部１０８内で得られる第１高周波ＬＦの電圧振幅Ｖpp(LF)だけでなく、第２の高周波給電部１１０内で得られる第２高周波ＨＦの電圧振幅Ｖpp(HF)をもモニタリングし、直流電圧制御部１４４が両高周波ＬＦ，ＨＦ双方の電圧振幅Ｖpp(LF)，Ｖpp(HF)に基づいて第２の直流電源１０４を制御するようにしている。
【００９７】
ハードウェア的には、図１１に示すように、ローパス・フィルタ１３０と給電棒３４との間の高周波伝送路上に２周波対応型のＶpp測定部２０２が設けられる。このＶpp測定部２０２は、たとえばスーパーヘテロダイン方式のフィルタ回路を用いて第１高周波ＬＦおよび第２高周波ＨＦの電圧振幅Ｖpp(LF)，Ｖpp(HF)を弁別して測定し、それらの測定値ＭＶpp(LF)，ＭＶpp(HF)を直流電圧制御部１４４に与える。
【００９８】
なお、上記第１の実施例と同様に、第１および第２の高周波給電部１０８，１１０内にＲＦパワーモニタ（図示せず）をそれぞれ設け、第１高周波ＬＦに係る進行波パワー測定値ＭＰf(LF)および反射波パワー測定値ＭＰr(LF)と第２高周波ＨＦに係る進行波パワー測定値ＭＰf(HF)および反射波パワー測定値ＭＰr(HF)とを直流電圧制御部１４４に与えることも可能である。その場合、直流電圧制御部１４４は、Ｖpp測定部２０２からのＲＦ電圧振幅測定値ＭＶpp(LF)，ＭＶPP(HF)と、両ＲＦパワーモニタからの反射波パワー測定値ＭＰr(LF)，ＭＰr(HF)とに応じて第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを制御することができる。あるいは、直流電圧制御部１４４は、Ｖpp測定部２０２からのＲＦ電圧振幅測定値ＭＶpp(LF)，ＭＶpp(HF)と、両パワーモニタからの反射波パワー測定値ＭＰr(LF)，ＭＰr(HF)および進行波パワー測定値ＭＰf(HF)，ＭＰf(HF)とに応じて第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを制御することもできる。
［サセプタに対する直流電圧印加に関する第５の実施例］
【００９９】
図１２〜図１４につき、本発明のプラズマ処理装置においてサセプタ１２に第２直流電圧−ＢDCを印加する技法の更に別（第５）の実施例を説明する。
【０１００】
この実施例は、可変リアクタンス素子の選択可能なポジションの値とプラズマインピーダンスの値とをデータベース上で対応づけて管理するマッピングテーブルを備え、このマッピングテーブルより現時の整合ポジションに対応するプラズマインピーダンスの値を取得し、その取得したプラズマインピーダンスの値とプラズマに供給しているＲＦパワーの値とからサセプタ１２上の高周波電圧の振幅ＶPPを計算によって求め、ＶPP計算値に応じて第２直流電圧−ＢDCを制御することを特徴とする。
【０１０１】
図１２に示すように、この実施例において、イオン引き込み系の第１の高周波給電部１０８に設けられる第１の整合器１００は、可変コンデンサ１１２，１１４およびコイル１１６からなるＬ型の整合回路と、インピーダンスセンサ２１０と、可変コンデンサ１１２，１１４のポジション（バリコン・ステップ）ＰＣ1，ＰＣ2をそれぞれステップモータ（Ｍ）２１２，２１４を介して可変に制御するマッチングコントローラ２１６を有している。ここで、マッチングコントローラ２１６とステップモータ（Ｍ）２１２，２１４は、オートマッチング機構を構成している。
【０１０２】
インピーダンスセンサ２１０は、第１の高周波電源２８側から見える負荷側のインピーダンス、つまりチャンバ１０内の負荷（主にプラズマ）のインピーダンスと整合回路［１１２，１１４，１１６］のインピーダンスとが合成された負荷インピーダンスＺLを測定する。マッチングコントローラ２１６は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を有しており、インピーダンスセンサ２１０より出力される負荷インピーダンスＺLの測定値ＭＺLが第１の高周波電源２８の出力インピーダンスに相当する整合ポイントＺS（通常５０Ω）に一致または近似するように、ステップモータ（Ｍ）２１２，２１４の回転制御を通じて可変コンデンサ１１２，１１４のポジション（バリコン・ステップ）ＰＣ1，ＰＣ2を可変に制御する。
【０１０３】
ここで、可変コンデンサ１１２，１１４において静電容量Ｃ1，Ｃ2とポジション（バリコン・ステップ）ＰＣ1，ＰＣ2との間には、それぞれ線形的な対応関係がある。マッチングコントローラ２１６は、ステップモータ（Ｍ）２１２，２１４の回転制御を通じて可変コンデンサ１１２，１１４の現時のポジションＰＣ1，ＰＣ2を常時把握している。
【０１０４】
さらに、第１の整合器１００には、図１３に示すように、可変コンデンサ１１２，１１４の選択可能な全てのポジションＰＣ1（Ｐ1Ｃ1，Ｐ2Ｃ1・・・ＰmＣ1），ＰＣ2（Ｐ1Ｃ2，Ｐ2Ｃ2・・・ＰnＣ2）の組み合わせと、各組み合わせ［ＰiＣ1，ＰjＣ2］に対応する整合時のプラズマインピーダンスＺP（Ｒij＋ｊＸij）の値とをデータベース上で対応づけて管理するマッピングテーブルが、マッチングコントローラ２１６内のＣＰＵによってアクセス可能なメモリ２１８に格納されている。
【０１０５】
そして、整合状態における可変コンデンサ１１２，１１４の現時のポジションつまり整合ポジションがそれぞれＰiＣ1，ＰjＣ2であるときは、このマッピングテーブルより、その組み合わせ［ＰiＣ1，ＰjＣ2］に対応するプラズマインピーダンスＺP（Ｒij＋ｊＸij）の実数部の値［Ｒij］および虚数部の値［Ｘij］が読み出される。
【０１０６】
図１４のスミスチャートについて、整合器１００の整合作用を説明する。今、可変コンデンサ１１２，１１４のポジションがそれぞれＰiＣ1，ＰjＣ2に調整されているときに、整合状態が確立されている、つまりインピーダンスセンサ２１０より得られる負荷インピーダンスＺLの測定値ＭＺLが整合ポイントＺS（５０Ω）に一致または近似している、と仮定する。
【０１０７】
この場合、チャンバ１０内のプラズマからインピーダンスセンサ２１０の出力端子に至るまでのインピーダンスの軌跡をスミスチャート上で解析すると、スタートポイントのプラズマインピーダンスＺP（Ｒij＋ｊＸij）から第１の整合器１００内で３つの円弧の軌跡ＱＬ、ＱＣ2、ＱＣ1を経て整合ポイントＺS（５０Ω）に辿りつく。
【０１０８】
ここで、１番目の軌跡ＱＬ（ＺP→Ｚ1）は、整合回路１００の最後段にプラズマ負荷と直列に接続されているコイル１１６の誘導性リアクタンスによるものであり、図示のインピーダンスチャート上で右回り（時計回り）に移動する。コイル１１６が固定インダクタであるから、この軌跡ＱＬ（ＺP→Ｚ1）の移動量は常に一定である。
【０１０９】
２番目の軌跡ＱＣ2（Ｚ1→Ｚ2）は、コイル１１６よりも前段にプラズマ負荷と直列に接続されている可変コンデンサ１１４の容量性リアクタンスによるものであり、インピーダンスチャート上で左回り（反時計回り）に移動する。可変コンデンサ１１４の静電容量Ｃ2またはポジションＰＣ2に応じて、この軌跡ＱＣ2（Ｚ1→Ｚ2）の移動量は変化する。
【０１１０】
そして、３番目の軌跡ＱＣ1（Ｚ2→ＺS）は、可変コンデンサ１１４よりも前段にプラズマ負荷と並列に接続されている可変コンデンサ１１２の容量性リアクタンスによるものであり、アドミタンスチャート（図示せず）上で右回り（時計回り）に移動する。可変コンデンサ１１２の静電容量Ｃ1またはポジションＰＣ1に応じて、この軌跡ＱＣ1（Ｚ2→ＺS）の移動量は変化する。
【０１１１】
したがって、整合器１００においてオートマッチング動作が正常に機能している時は、スミスチャート上で、整合ポイントＺS（５０Ω）をスタートポイントとして、その時の可変コンデンサ１１２，１１４の整合ポジションＰＣ1，ＰＣ2の値にそれぞれ応じた可変量の軌跡ＱＣ1，ＱＣ2およびコイル１１６の固定インダクタンスに応じた固定量の軌跡ＱＬを逆方向に順次辿ることで、その時のプラズマインピーダンスＺP（Ｒij＋ｊＸij）を割り出すことができる。
【０１１２】
もっとも、プラズマ処理装置に用いられている整合器の殆どは、出荷前に、プラズマ負荷を擬したインピーダンス可変のロードシミュレータを用いて、オートマッチングの試験（シミュレーション）を受ける。この試験の中で、可変コンデンサまたはバリコンＣ1，Ｃ2の選択可能な全てのポジションＰＣ1，ＰＣ2の組み合わせ［ＰＣ1，ＰＣ2］について整合状態が得られるときのロードシミュレータのインピーダンスＺの値（Ｒ＋ｊＸ）を読み取ることで、上記のようなマッピングテーブル（図１３）を構築している。したがって、この種のマッピングテーブルは、各々の整合器毎に固有のデータベースである。
【０１１３】
通常のオートマッチング動作において、マッチングコントローラ２１６は、マッピングテーブルを参照することで、現時の負荷インピーダンスＺLのスミスチャート上の位置を確認し、可変コンデンサ１１２，１１４のポジションＰＣ1，ＰＣ2に対する次の最適な制御値を決定するようにしている。これによって、オートマッチング機能の機差を少なくしている。
【０１１４】
この実施例では、主制御部８２の機能の一部として、整合器１００の外（または中）にＶpp演算部２２０が設けられている。このＶpp演算部２２０は、整合器１００のマッチングコントローラ２１６を通じて、あるいはメモリ２１８に直接アクセスして、マッピングテーブルより可変コンデンサ１１２，１１４の現時の整合ポジションＰＣ1，ＰＣ2に対応するプラズマインピーダンスＺPの値（Ｒ，Ｘ）を取得し、そのプラズマインピーダンスＺPの値（Ｒ，Ｘ）とＲＦパワーモニタ１４８より得られる第１高周波ＬＦのパワーＰの測定値（通常は正味のプラズマ投入パワーとして進行波パワーの測定値ＭＰf）とから次の式（１）を演算して、第１高周波ＬＦの電圧振幅ＶPP（ピーク対ピーク値）を求める。
ＶPP＝｛８Ｐ（Ｒ＋Ｘ2／Ｒ）｝1/2      ・・・・（１）
【０１１５】
直流電圧制御部１４４は、Ｖpp演算部２２０より得られる第１高周波ＬＦの電圧振幅ＶPPの計算値ＣＶPPに応じて、第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを制御する。この場合、上述した第１の実施例と同様に、−ＢDC＝−Ｋ＊ＣＶPPとなるように制御してよい（Ｋは係数：０＜Ｋ＜１）。あるいは、ＲＦ反射波パワーＰrを考慮して、−ＢDC＝−（Ｋ＊ＭＶpp−Ｊ＊ＭＰr）または−ＢDC＝−（Ｋ−Ｄ＊ＭＰr）＊ＭＶppとなるように制御してもよい（Ｊ，Ｄは係数）。さらには、ＲＦ進行波パワーＰfも考慮に入れて、−ＢDC＝−Ｋ＊ＭＶpp＊Ｅ＊（ＭＰf−ＭＰr）／ＭＰfとなるように制御してもよい（Ｅは係数）。
【０１１６】
上記の演算式（１）は、次のようにして導出される。プラズマに供給されるＲＦパワーをＰ，プラズマのインピーダンスをＺ（Ｒ＋ｊＸ）、整合器の出力側のＲＦ電圧（実効値）をＶ、ＲＦ電流（実効値）をＩとすると、高周波給電部１０８の高周波伝送路上では、次の式（２）が成立する。
Ｐ＝ＩＶｃｏｓθ＝Ｉ2Ｚｃｏｓθ＝Ｉ2Ｒ    ・・・・（２）
ここで、ｃｏｓθ＝Ｒ／（Ｒ2＋Ｘ2）1/2       ・・・・（３）
【０１１７】
式（２）は、次の式（４）に変形できる。
Ｖ＝Ｉ＊Ｒ／ｃｏｓθ＝（Ｐ／Ｒ）1/2・Ｒ／ｃｏｓθ ・・・・（４）
【０１１８】
式（３），（４）より、次の式（５）が得られる。
Ｖ＝｛Ｐ（Ｒ2＋Ｘ2）／Ｒ｝1/2＝Ｐ（Ｒ＋Ｘ2／Ｒ）｝1/2  ・・・・（５）
【０１１９】
Ｖpp（ピーク対ピーク値）はＶ（実効値）の２・２1/2倍であるから、次のように式（５）から演算式（１）が得られる。
ＶPP＝２・２1/2Ｖ＝｛８Ｐ（Ｒ＋Ｘ2／Ｒ）｝1/2  ・・・・（１）
【０１２０】
この実施例においては、第１の整合器１００に備わる固有のマッピングテーブルより取得されるプラズマインピーダンスの値を用いて、第１高周波ＬＦの電圧振幅ＶPPの値を計算によって求め、電圧振幅ＶPPの計算値ＣＶPPに応じて、第２の直流電源１０４より自己バイアス−Ｖdcに応じた負極性の第２直流電圧−Ｂdcをサセプタ１２に印加するようにしている。したがって、第１の高周波給電部１０８の高周波伝送路上で第１高周波ＬＦの電圧振幅ＶPPを直接測定するＶPP測定部１４８は不要である。
【０１２１】
また、オートマッチング機能の機差を少なくするために整合器１００に備わっている固有のマッピングテーブルを用いて、整合器１００の整合ポジションから第１高周波ＬＦの電圧振幅ＶPPの値を計算によって求めるので、測定ばらつきの少ない高精度な電圧振幅ＶPPのモニタリングを行うことが可能であり、ひいてはサセプタ１２に印加する第２直流電圧−ＢDCについてもばらつきや機差の少ない制御を行うことができる。
［サセプタに対する直流電圧印加に関する第６の実施例］
【０１２２】
上述した第５の実施例の一変形例（第６の実施例）として、整合器１００がマッピングテーブル（２１８）を備えない場合でも、第１高周波ＬＦの電圧振幅ＶPPの値を計算によって求める機能をＶpp演算部２２０または整合器１００の内部に備えることができる。
【０１２３】
上述したように、整合器１００内でマッチングコントローラ２１６は、ステップモータ（Ｍ）２１２，２１４の回転制御を通じて可変コンデンサ１１２，１１４の現時のポジションＰＣ1，ＰＣ2を常時把握しており、可変コンデンサ１１２，１１４のポジションＰＣ1，ＰＣ2から静電容量Ｃ1，Ｃ2を割り出すこともできる。したがって、整合回路［１１２，１１４，１１６］のインピーダンスＺ100は、可変コンデンサ１１２，１１４のポジションＰＣ1，ＰＣ2ないし静電容量Ｃ1，Ｃ2からたとえばマッチングコントローラ２１６内で随時割り出すことができる。
【０１２４】
一方、インピーダンスセンサ２１０によって測定される負荷インピーダンスＺLは、プラズマインピーダンスＺPと整合回路［１１２，１１４，１１６］のインピーダンスＺ100とが合成されたものである。つまり、次の式（６）が成立する。
ＺL＝ＺP＋Ｚ100 
∴  ＺP＝ＺL−Ｚ100      ・・・・（６）
【０１２５】
したがって、マッチングコントローラ２１６内で割り出される整合回路［１１２，１１４，１１６］のインピーダンスＺ100と、インピーダンスセンサ２１０より出力される負荷インピーダンスＺLの測定値ＭＺLとから、上記の式（６）を演算することにより、プラズマインピーダンスＺP（Ｒ＋ｊＸ）を求めることができる。
【０１２６】
Ｖpp演算部２２０は、上記のように計算によって得られたプラズマインピーダンスＺPの値（Ｒ，Ｘ）とＲＦパワーモニタ１４８より得られる第１高周波ＬＦのパワーＰの測定値（通常は正味のプラズマ投入パワーとして進行波パワーの測定値ＭＰf）とから、上記の式（１）を演算して、第１高周波ＬＦの電圧振幅ＶPP（ピーク対ピーク値）を求める。上記第５の実施例と同様に、直流電圧制御部１４４は、Ｖpp演算部２２０より得られる第１高周波ＬＦの電圧振幅ＶPPの計算値ＣＶPPに応じて、第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを制御する。
［サセプタに対する直流電圧印加に関する第７の実施例］
【０１２７】
図１５につき、本発明のプラズマ処理装置においてサセプタ１２に第２直流電圧−ＢDCを印加する技法の更に別（第７）の実施例を説明する。
【０１２８】
図１５に示すように、この実施例は、第１の高周波給電部１１０の高周波伝送路上で整合器１００の後段にインピーダンスセンサ２２２を設け、このインピーダンスセンサ２２２により負荷側のインピーダンスつまりプラズマインピーダンスＺP（Ｒ，Ｘ）を測定する。Ｖpp演算部２２０は、インピーダンスセンサ２２２より得られるプラズマインピーダンスＺPの測定値ＭＺP（ＭＲ，ＭＸ）とＲＦパワーモニタ１４８より得られる第１高周波ＬＦのパワーＰの測定値（ＭＰf）とから、上記の式（１）を演算して、第１高周波ＬＦの電圧振幅ＶPP（ピーク対ピーク値）を求める。直流電圧制御部１４４は、上記第５または第６の実施例と同様に、Ｖpp演算部２２０より得られる第１高周波ＬＦの電圧振幅ＶPPの計算値ＣＶPPに応じて、第２の直流電源１０４の出力電圧（第２直流電圧）−ＢDCを制御する。
【０１２９】
この実施例によれば、整合器１００内のインピーダンスセンサ（２１０）やマッチングコントローラ（２１６）を用いなくても、サセプタ１２に自己バイアス−Ｖdcに応じた第２直流電圧−ＢDCを印加することができる。
［他の実施形態又は変形例］
【０１３０】
上記実施形態における容量結合型のプラズマ処理装置は、下部電極（サセプタ）４２にプラズマ生成用の高周波ＨＦおよびイオン引き込み用の高周波ＬＦを重畳して印加する下部２周波印加方式であった。しかし、プラズマ生成用の高周波ＨＦをシャワーヘッド（上部電極）７０に印加し、イオン引き込み用の高周波ＬＦをサセプタ（下部電極）１２に印加する方式や、あるいはサセプタ（下部電極）１２に１種類の高周波を印加するプラズマ処理装置にも本発明は適用可能である。
【０１３１】
また、本発明は、容量結合型のプラズマエッチング装置に限定されず、マイクロ波プラズマエッチング装置や、誘導結合プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置等にも適用可能であり、さらにはプラズマ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。
【０１３２】
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、有機ＥＬ、太陽電池用の各種基板や、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】
【０１３３】
１０    チャンバ
１２    サセプタ
２８    第１の高周波電源
３０    第２の高周波電源
３２    マッチングユニット
３６    フォーカスリング
３８    静電チャック
４２    （静電チャックの）内部電極
４４    第１の直流電源
４６    スイッチ
８０    処理ガス供給部
８４    主制御部
１００    第１の整合器
１０２    第２の整合器
１０４    第２の直流電源
１０６    スイッチ
１０８    第１の高周波給電部
１１０    第２の高周波給電部
１３２    リレースイッチ
１４０    高周波遮断フィルタ
１４４    直流電圧制御部
１４６，２０２    Ｖpp測定部
１４８    ＲＦパワーモニタ
１６４    電圧計
１６８    電流計
１７０    電極板
１７６，１８０    コンデンサ
１８２    自己バイアス測定回路
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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