(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記処理容器内で前記基板を載置して保持する第１の電極と、
前記処理容器内で前記第１の電極と対向して配置される第２の電極と、
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、
第１の周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の電極もしくは前記第２の電極に伝送する第１の高周波給電ラインと、
前記第１の高周波給電ライン上を前記第１の電極もしくは前記第２の電極から前記第１の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第１の反射波パワー測定部と、
前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を前記第１の電極まで伝送する第２の高周波給電ラインと、
前記第２の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第２の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第２の反射波パワー測定部と、
プラズマから前記第１の電極上の前記基板にイオンを引き込むための前記第２の周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の高周波を出力する第３の高周波電源と、
前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を前記第１の電極まで伝送する第３の高周波給電ラインと、
前記第３の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第３の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第３の反射波パワー測定部と、
前記第１、第２および第３の反射波パワー測定部よりそれぞれ得られる第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号に基づいて前記第１、第２および第３の高周波電源の各々を制御する制御部と
を有し、
前記第１の反射波パワー測定部が、
前記第１の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第１の方向性結合器と、
前記第１の周波数に対して前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第１の近傍周波数を有する第１の局部発振信号を発生する第１の局部発振器と、
前記第１の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第１の局部発振信号とを混合する第１の混合器と、
前記第１の混合器より出力される信号のうち前記第１の周波数と前記第１の近傍周波数との差に相当する第１の中間周波数を有する第１の中間周波信号を選択的に通過させる第１のローパス・フィルタと、
前記第１のローパス・フィルタによって取り出された前記第１の中間周波信号を検波して、前記第１の反射波パワー測定値信号の一部を成す第１の基本反射波パワー測定値信号を出力する第１の検波器と
を有し、
前記第１の近傍周波数は、前記第１の周波数と前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第１の周波数からオフセットしており、
前記第１の周波数に最も近い前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（１）を演算して決定される、プラズマ処理装置。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（１）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
【請求項２】
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、
前記処理容器内で前記基板を載置して保持する第１の電極と、
前記処理容器内で前記第１の電極と対向して配置される第２の電極と、
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、
第１の周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の電極もしくは前記第２の電極に伝送する第１の高周波給電ラインと、
プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第１の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第１の高周波給電ライン上に設けられる第１の整合器と、
前記第１の高周波給電ライン上を前記第１の電極もしくは前記第２の電極から前記第１の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第１の反射波パワー測定部と、
前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を前記第１の電極まで伝送する第２の高周波給電ラインと、
プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第２の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第２の高周波給電ライン上に設けられる第２の整合器と、
前記第２の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第２の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第２の反射波パワー測定部と、
プラズマから前記第１の電極上の前記基板にイオンを引き込むための前記第２の周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の高周波を出力する第３の高周波電源と、
前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を前記第１の電極まで伝送する第３の高周波給電ラインと、
前記第３の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第３の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第３の反射波パワー測定部と、
プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第２の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第３の高周波給電ライン上に設けられる第３の整合器と、
前記第１、第２および第３の反射波パワー測定部よりそれぞれ得られる第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号に基づいて前記第１、第２および第３の整合器の各々を制御する制御部と
を有し、
前記第１の反射波パワー測定部が、
前記第１の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第１の方向性結合器と、
前記第１の周波数に対して前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第１の近傍周波数を有する第１の局部発振信号を発生する第１の局部発振器と、
前記第１の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第１の局部発振信号とを混合する第１の混合器と、
前記第１の混合器より出力される信号のうち前記第１の周波数と前記第１の近傍周波数との差に相当する第１の中間周波数を有する第１の中間周波信号を選択的に通過させる第１のローパス・フィルタと、
前記第１のローパス・フィルタによって取り出された前記第１の中間周波信号を検波して、前記第１の反射波パワー測定値信号の一部を成す第１の基本反射波パワー測定値信号を出力する第１の検波器と
を有し、
前記第１の近傍周波数は、前記第１の周波数と前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第１の周波数からオフセットしており、
前記第１の周波数に最も近い前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（１）を演算して決定される、プラズマ処理装置。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（１）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
【請求項３】
前記制御部が、前記式（１）を演算して、前記第１の周波数に最も近い前記異周波反射波の周波数を決定する、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
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、
前記処理容器内で前記基板を載置して保持する第１の電極と、
前記処理容器内で前記第１の電極と対向して配置される第２の電極と、
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、
第１の周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の電極もしくは前記第２の電極に伝送する第１の高周波給電ラインと、
前記第１の高周波給電ライン上を前記第１の電極もしくは前記第２の電極から前記第１の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第１の反射波パワー測定部と、
前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を前記第１の電極まで伝送する第２の高周波給電ラインと、
前記第２の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第２の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第２の反射波パワー測定部と、
プラズマから前記第１の電極上の前記基板にイオンを引き込むための前記第２の周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の高周波を出力する第３の高周波電源と、
前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を前記第１の電極まで伝送する第３の高周波給電ラインと、
前記第３の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第３の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第３の反射波パワー測定部と、
前記第１、第２および第３の反射波パワー測定部よりそれぞれ得られる第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号に基づいて前記第１、第２および第３の高周波電源の各々を制御する制御部と
を有し、
前記第２の反射波パワー測定部が、
前記第２の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第２の方向性結合器と、
前記第２の周波数に対して前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第２の近傍周波数を有する第２の局部発振信号を発生する第２の局部発振器と、
前記第２の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第２の局部発振信号とを混合する第２の混合器と、
前記第２の混合器より出力される信号のうち前記第２の周波数と前記第２の近傍周波数との差に相当する第２の中間周波数を有する第２の中間周波信号を選択的に通過させる第２のローパス・フィルタと、
前記第２のローパス・フィルタによって取り出された前記第２の中間周波信号を検波して、前記第２の反射波パワー測定値信号の一部を成す第２の基本反射波パワー測定値信号を出力する第２の検波器と
を有し、
前記第２の近傍周波数は、前記第２の周波数と前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第２の周波数からオフセットしており、
前記第２の周波数に最も近い前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（２）を演算して決定される、プラズマ処理装置。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（２）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
【請求項５】
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、
前記処理容器内で前記基板を載置して保持する第１の電極と、
前記処理容器内で前記第１の電極と対向して配置される第２の電極と、
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、
第１の周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の電極もしくは前記第２の電極に伝送する第１の高周波給電ラインと、
プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第１の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第１の高周波給電ライン上に設けられる第１の整合器と、
前記第１の高周波給電ライン上を前記第１の電極もしくは前記第２の電極から前記第１の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第１の反射波パワー測定部と、
前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を前記第１の電極まで伝送する第２の高周波給電ラインと、
プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第２の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第２の高周波給電ライン上に設けられる第２の整合器と、
前記第２の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第２の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第２の反射波パワー測定部と、
プラズマから前記第１の電極上の前記基板にイオンを引き込むための前記第２の周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の高周波を出力する第３の高周波電源と、
前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を前記第１の電極まで伝送する第３の高周波給電ラインと、
前記第３の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第３の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第３の反射波パワー測定部と、
プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第２の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第３の高周波給電ライン上に設けられる第３の整合器と、
前記第１、第２および第３の反射波パワー測定部よりそれぞれ得られる第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号に基づいて前記第１、第２および第３の整合器の各々を制御する制御部と
を有し、
前記第２の反射波パワー測定部が、
前記第２の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第２の方向性結合器と、
前記第２の周波数に対して前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第２の近傍周波数を有する第２の局部発振信号を発生する第２の局部発振器と、
前記第２の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第２の局部発振信号とを混合する第２の混合器と、
前記第２の混合器より出力される信号のうち前記第２の周波数と前記第２の近傍周波数との差に相当する第２の中間周波数を有する第２の中間周波信号を選択的に通過させる第２のローパス・フィルタと、
前記第２のローパス・フィルタによって取り出された前記第２の中間周波信号を検波して、前記第２の反射波パワー測定値信号の一部を成す第２の基本反射波パワー測定値信号を出力する第２の検波器と
を有し、
前記第２の近傍周波数は、前記第２の周波数と前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第２の周波数からオフセットしており、
前記第２の周波数に最も近い前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（２）を演算して決定される、プラズマ処理装置。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（２）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
【請求項６】
前記制御部が、前記式（２）を演算して、前記第１の周波数に最も近い前記異周波反射波の周波数を決定する、請求項４または請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
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、
前記処理容器内で前記基板を載置して保持する第１の電極と、
前記処理容器内で前記第１の電極と対向して配置される第２の電極と、
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、
第１の周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の電極もしくは前記第２の電極に伝送する第１の高周波給電ラインと、
前記第１の高周波給電ライン上を前記第１の電極もしくは前記第２の電極から前記第１の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第１の反射波パワー測定部と、
前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を前記第１の電極まで伝送する第２の高周波給電ラインと、
前記第２の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第２の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第２の反射波パワー測定部と、
プラズマから前記第１の電極上の前記基板にイオンを引き込むための前記第２の周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の高周波を出力する第３の高周波電源と、
前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を前記第１の電極まで伝送する第３の高周波給電ラインと、
前記第３の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第３の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第３の反射波パワー測定部と、
前記第１、第２および第３の反射波パワー測定部よりそれぞれ得られる第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号に基づいて前記第１、第２および第３の高周波電源の各々を制御する制御部と
を有し、
前記第３の反射波パワー測定部が、
前記第３の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第３の方向性結合器と、
前記第３の周波数に対して前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第３の近傍周波数を有する第３の局部発振信号を発生する第３の局部発振器と、
前記第３の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第３の局部発振信号とを混合する第３の混合器と、
前記第３の混合器より出力される信号のうち前記第３の周波数と前記第３の近傍周波数との差に相当する第３の中間周波数を有する第３の中間周波信号を選択的に通過させる第３のローパス・フィルタと、
前記第３のローパス・フィルタによって取り出された前記第３の中間周波信号を検波して、前記第３の反射波パワー測定値信号の一部を成す第３の基本反射波パワー測定値信号を出力する第３の検波器と
を有し、
前記第３の近傍周波数は、前記第３の周波数と前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第２の周波数からオフセットしており、
前記第３の周波数に最も近い前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（３）を演算して決定される、プラズマ処理装置。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（３）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
【請求項８】
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、
前記処理容器内で前記基板を載置して保持する第１の電極と、
前記処理容器内で前記第１の電極と対向して配置される第２の電極と、
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、
第１の周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の電極もしくは前記第２の電極に伝送する第１の高周波給電ラインと、
プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第１の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第１の高周波給電ライン上に設けられる第１の整合器と、
前記第１の高周波給電ライン上を前記第１の電極もしくは前記第２の電極から前記第１の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第１の反射波パワー測定部と、
前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を前記第１の電極まで伝送する第２の高周波給電ラインと、
プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第２の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第２の高周波給電ライン上に設けられる第２の整合器と、
前記第２の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第２の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第２の反射波パワー測定部と、
プラズマから前記第１の電極上の前記基板にイオンを引き込むための前記第２の周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の高周波を出力する第３の高周波電源と、
前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を前記第１の電極まで伝送する第３の高周波給電ラインと、
前記第３の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第３の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第３の反射波パワー測定部と、
プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第２の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第３の高周波給電ライン上に設けられる第３の整合器と、
前記第１、第２および第３の反射波パワー測定部よりそれぞれ得られる第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号に基づいて前記第１、第２および第３の整合器の各々を制御する制御部と
を有し、
前記第３の反射波パワー測定部が、
前記第３の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第３の方向性結合器と、
前記第３の周波数に対して前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第３の近傍周波数を有する第３の局部発振信号を発生する第３の局部発振器と、
前記第３の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第３の局部発振信号とを混合する第３の混合器と、
前記第３の混合器より出力される信号のうち前記第３の周波数と前記第３の近傍周波数との差に相当する第３の中間周波数を有する第３の中間周波信号を選択的に通過させる第３のローパス・フィルタと、
前記第３のローパス・フィルタによって取り出された前記第３の中間周波信号を検波して、前記第３の反射波パワー測定値信号の一部を成す第３の基本反射波パワー測定値信号を出力する第３の検波器と
を有し、
前記第３の近傍周波数は、前記第３の周波数と前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第２の周波数からオフセットしており、
前記第３の周波数に最も近い前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（３）を演算して決定される、プラズマ処理装置。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（３）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
【請求項９】
前記制御部が、前記式（３）を演算して、前記第１の周波数に最も近い前記異周波反射波の周波数を決定する、請求項７または請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記第１の周波数Ａは４０．６８ＭＨｚであり、前記第２の周波数Ｂは１２．８８ＭＨｚであり、前記第３の周波数Ｃは３．２ＭＨｚである、請求項１，２，４，５，７，８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記第１の反射波パワー測定部が、前記第１の周波数を含む第１の周波数帯域内のトータルの反射波パワーを測定して、前記第１の反射波パワー測定値信号の一部を成す第１のトータル反射波パワー測定値信号を出力する第１のトータル反射波パワー測定回路を有し、
前記第２の反射波パワー測定部が、前記第２の周波数を含む第２の周波数帯域内のトータルの反射波パワーを測定して、前記第２の反射波パワー測定値信号の一部を成す第２のトータル反射波パワー測定値信号を出力する第２のトータル反射波パワー測定回路を有し、
前記第３の反射波パワー測定部が、前記第３の周波数を含む第３の周波数帯域内のトータルの反射波パワーを測定して、前記第３の反射波パワー測定値信号の一部を成す第３のトータル反射波パワー測定値信号を出力する第３のトータル反射波パワー測定回路を有する、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特に処理容器内で生成されるプラズマに３種類の高周波を印加する容量結合型の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）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマが多く利用されている。この種のプラズマプロセスにおいては、真空の処理容器内で処理ガスを放電または電離させるために、高周波（ＲＦ）やマイクロ波が使用されている。
【０００３】
容量結合型のプラズマ処理装置においては、処理容器内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置し、上部電極もしくは下部電極にプラズマ生成に適した周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波を印加する。この高周波の印加によって相対向する電極間に生成された高周波電界により電子が加速され、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマが発生する。そして、このプラズマに含まれるラジカルやイオンの気相反応あるいは表面反応によって、基板上に薄膜が堆積され、あるいは基板表面の素材または薄膜が削られる。このように、プラズマプロセスでは、基板に入射するラジカルとイオンが重要な役割を果たす。特に、イオンは、基板に入射する際の衝撃によって物理的な作用を奏する点が重要である。
【０００４】
従来より、プラズマプロセスにおいては、基板を載置する下部電極に比較的低い周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以下）の高周波を印加して、下部電極上に発生する負のバイアス電圧またはシース電圧によりプラズマ中のイオンを加速して基板に引き込むＲＦバイアス法が多く用いられている。このようにプラズマからイオンを加速して基板表面に衝突させることにより、表面反応、異方性エッチング、あるいは膜の改質等を促進することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３０２７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなＲＦバイアスの機能を搭載する従来のプラズマ処理装置は、チャンバ内でプラズマから下部電極上の基板に引き込むイオンのエネルギーを制御するために用いる高周波を１種類（単一周波数）に限定し、そのＲＦパワーもしくは自己バイアス電圧を制御パラメータとしている。
【０００７】
しかしながら、イオン引き込み用のＲＦバイアスに単一の高周波を用いる従来方式は、基板に引き込むイオンの最大エネルギーと最小エネルギーを独立に制御することができないため、複合的なプロセス特性を求められる最先端のプラズマプロセスにおいてはイオンエネルギー分布の制御性に難がある。
【０００８】
この点に関しては、イオン引き込み用のＲＦバイアスに周波数の異なる２種類の高周波を組み合わせて使用し、それらのトータルパワーおよび／またはパワー比を制御することにより、基板に入射するイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）においてエネルギーバンド幅および分布形状さらには入射エネルギーの総量を任意に制御できることが最近になってわかってきた。
【０００９】
容量結合型のプラズマ処理装置において、イオン引き込み用のＲＦバイアスに２種類の高周波を用いる場合は、プラズマ生成用の高周波と合わせて全部で３種類の高周波をチャンバ内の平行平板電極に印加することになる。ここで問題となるのは、チャンバ内のプラズマから高周波給電ライン（または高周波伝送路）を伝わって高周波電源に返ってくる反射波であり、当該高周波と同じ周波数の反射波（以下、「基本波反射波」と称する。）以外の反射波スペクトル（以下、「異周波反射波」と称する。）が著しく増加し、しかもその中に基本波反射波にごく近い周波数の異周波反射波が含まれることである。
【００１０】
従来のプラズマ処理装置は、各々の高周波電源ユニット内に、基本波反射波のパワーＳＰrを測定する基本波反射波パワー測定部と、基本波反射波パワーのみならず異周波反射波のパワーも含むトータルの反射波パワーＴＰrを測定するトータル反射波パワー測定部とを備えている。
【００１１】
基本波反射波パワー測定部より得られる基本波反射波パワーＳＰrの測定値は、当該高周波給電ライン上に設けられている整合器の動作状況ないし整合状態を表す。ここで、基本波反射波パワーＳＰrは小さいほど望ましく、整合が完全にとれているときはＳＰr＝０である。整合が完全にとれていないときはＳＰr≠０であり、整合がとれていない度合いが大きいほどＳＰrの値が大きくなる。通常、基本波反射波パワーＳＰrの測定値は、操作パネルのディスプレイに表示され、オペレータが常時監視できるようになっている。また、基本波反射波パワーＳＰrの測定値が所定の監視値を超えると、整合器の動作状況が異常であるとの判定がなされて、インターロックが掛かり、装置全体の動作が止まるようになっている。
【００１２】
一方、トータル反射波パワー測定部より得られるトータル反射波パワーＴＰrの測定値は、プラズマからの反射波によって当該高周波電源が受ける影響の大きさを示す。ここで、トータル反射波パワーＴＰrは小さいほど望ましい。しかし、ＴＰr＝０になることはない。整合が完全にとれていても、異周波反射波は必ず存在するので、常にＴＰr＞０になる。もちろん、大きなトータル反射波パワーＴＰrは望ましくない。トータル反射波パワーＴＰrが大きいほど、当該高周波電源内の増幅器がその影響を受けて高周波出力が不安定になる。さらには、増幅器が破壊するおそれもある。このため、トータル反射波パワーＴＰrの測定値が所定の監視値を超えたときは、当該高周波電源の出力を応急的に下げるようになっている。
【００１３】
ところが、従来の容量結合型プラズマ処理装置に３周波印加方式を適用した場合は、反射波の中に基本波反射波にごく近い周波数の異周波波反射波が含まれるため、基本波反射波パワー測定部のモニタ情報（基本波反射波パワーＳＰrの測定値）の精度ないし信頼性が大きく低下する。このため、整合がとれているか否かの判別が困難になることや、インターロックを適確に掛けるのが困難になることが問題視されている。また、従来の容量結合型プラズマ処理装置では、各々のＲＦ給電系においてトータル反射波パワーＴＰrが過大になった時は、当該高周波電源ユニットがそれに無条件に反応してＲＦ出力を一段下げるようになっている。しかし、３周波印加方式の下でそのような過大なトータル反射波パワーに対する無条件または反射的なＲＦ出力制御が各高周波電源ユニットで個々独立に行われると、プラズマに供給されるＲＦパワーが不定に変動し、実行中のプロセスに大きな影響を与える。このことも問題になっている。
【００１４】
本発明は、上記の現状および課題に鑑みてなされたものであり、３周波印加方式において反射波パワーモニタリングを高精度に行うとともに、過大な反射波パワーに対する各ＲＦ給電系の制御を適確に行ってプラズマプロセスの再現性および信頼性を向上させる容量結合型のプラズマ処理装置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】
【００１５】
本発明の第１、第２、第３の観点の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、前記処理容器内で前記基板を載置して保持する第１の電極と、前記処理容器内で前記第１の電極と対向して配置される第２の電極と、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、第１の周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の電極もしくは前記第２の電極に伝送する第１の高周波給電ラインと、前記第１の高周波給電ライン上を前記第１の電極もしくは前記第２の電極から前記第１の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第１の反射波パワー測定部と、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を前記第１の電極まで伝送する第２の高周波給電ラインと、前記第２の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第２の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第２の反射波パワー測定部と、プラズマから前記第１の電極上の前記基板にイオンを引き込むための前記第２の周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の高周波を出力する第３の高周波電源と、前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を前記第１の電極まで伝送する第３の高周波給電ラインと、前記第３の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第３の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第３の反射波パワー測定部と、前記第１、第２および第３の反射波パワー測定部よりそれぞれ得られる第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号に基づいて前記第１、第２および第３の高周波電源の各々を制御する制御部とを有する。
そして、上記第１の観点のプラズマ処理装置においては、前記第１の反射波パワー測定部が、前記第１の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第１の方向性結合器と、前記第１の周波数に対して前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第１の近傍周波数を有する第１の局部発振信号を発生する第１の局部発振器と、前記第１の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第１の局部発振信号とを混合する第１の混合器と、前記第１の混合器より出力される信号のうち前記第１の周波数と前記第１の近傍周波数との差に相当する第１の中間周波数を有する第１の中間周波信号を選択的に通過させる第１のローパス・フィルタと、前記第１のローパス・フィルタによって取り出された前記第１の中間周波信号を検波して、前記第１の反射波パワー測定値信号の一部を成す第１の基本反射波パワー測定値信号を出力する第１の検波器とを有し、前記第１の近傍周波数は、前記第１の周波数と前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第１の周波数からオフセットしており、前記第１の周波数に最も近い前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（１）を演算して決定される。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（１）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
また、上記第２の観点のプラズマ処理装置においては、前記第２の反射波パワー測定部が、前記第２の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第２の方向性結合器と、前記第２の周波数に対して前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第２の近傍周波数を有する第２の局部発振信号を発生する第２の局部発振器と、前記第２の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第２の局部発振信号とを混合する第２の混合器と、前記第２の混合器より出力される信号のうち前記第２の周波数と前記第２の近傍周波数との差に相当する第２の中間周波数を有する第２の中間周波信号を選択的に通過させる第２のローパス・フィルタと、前記第２のローパス・フィルタによって取り出された前記第２の中間周波信号を検波して、前記第２の反射波パワー測定値信号の一部を成す第２の基本反射波パワー測定値信号を出力する第２の検波器とを有し、前記第２の近傍周波数は、前記第２の周波数と前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第２の周波数からオフセットしており、前記第２の周波数に最も近い前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（２）を演算して決定される。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（２）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
また、上記第３の観点のプラズマ処理装置においては、前記第３の反射波パワー測定部が、前記第３の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第３の方向性結合器と、前記第３の周波数に対して前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第３の近傍周波数を有する第３の局部発振信号を発生する第３の局部発振器と、前記第３の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第３の局部発振信号とを混合する第３の混合器と、前記第３の混合器より出力される信号のうち前記第３の周波数と前記第３の近傍周波数との差に相当する第３の中間周波数を有する第３の中間周波信号を選択的に通過させる第３のローパス・フィルタと、前記第３のローパス・フィルタによって取り出された前記第３の中間周波信号を検波して、前記第３の反射波パワー測定値信号の一部を成す第３の基本反射波パワー測定値信号を出力する第３の検波器とを有し、前記第３の近傍周波数は、前記第３の周波数と前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第２の周波数からオフセットしており、前記第３の周波数に最も近い前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（３）を演算して決定される。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（３）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
【００１６】
上記第１、第２、第３の観点の装置においては、上記構成の第１、第２および第３の反射波パワー測定部よりそれぞれ得られる第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号に応じて第１、第２および第３の高周波電源がそれぞれ個別に対応するのではなくて、制御部が第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号の各々を他のものと照らし合わせて総合的にモニタ解析し、インターロックも含めて第１、第２および第３の高周波電源の動作（特にＲＦ出力）を統轄的に制御する。
【００１７】
本発明の第４、第５、第６の観点の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、前記処理容器内で前記基板を載置して保持する第１の電極と、前記処理容器内で前記第１の電極と対向して配置される第２の電極と、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、第１の周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の電極もしくは前記第２の電極に伝送する第１の高周波給電ラインと、プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第１の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第１の高周波給電ライン上に設けられる第１の整合器と、前記第１の高周波給電ライン上を前記第１の電極もしくは前記第２の電極から前記第１の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第１の反射波パワー測定部と、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を前記第１の電極まで伝送する第２の高周波給電ラインと、プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第２の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第２の高周波給電ライン上に設けられる第２の整合器と、前記第２の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第２の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第２の反射波パワー測定部と、プラズマから前記第１の電極上の前記基板にイオンを引き込むための前記第２の周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の高周波を出力する第３の高周波電源と、前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を前記第１の電極まで伝送する第３の高周波給電ラインと、前記第３の高周波給電ライン上を前記第１の電極から前記第３の高周波電源に向かって逆方向に伝搬する反射波のパワーを測定する第３の反射波パワー測定部と、プラズマ側の負荷インピーダンスを前記第２の高周波電源側のインピーダンスに整合させるために前記第３の高周波給電ライン上に設けられる第３の整合器と、前記第１、第２および第３の反射波パワー測定部よりそれぞれ得られる第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号に基づいて前記第１、第２および第３の整合器の各々を制御する制御部を有する。
そして、上記第４の観点のプラズマ処理装置においては、前記第１の反射波パワー測定部が、前記第１の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第１の方向性結合器と、前記第１の周波数に対して前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第１の近傍周波数を有する第１の局部発振信号を発生する第１の局部発振器と、前記第１の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第１の局部発振信号とを混合する第１の混合器と、前記第１の混合器より出力される信号のうち前記第１の周波数と前記第１の近傍周波数との差に相当する第１の中間周波数を有する第１の中間周波信号を選択的に通過させる第１のローパス・フィルタと、前記第１のローパス・フィルタによって取り出された前記第１の中間周波信号を検波して、前記第１の反射波パワー測定値信号の一部を成す第１の基本反射波パワー測定値信号を出力する第１の検波器とを有し、前記第１の近傍周波数は、前記第１の周波数と前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第１の周波数からオフセットしており、前記第１の周波数に最も近い前記第１の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（１）を演算して決定される。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（１）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
また、上記第５の観点のプラズマ処理装置においては、前記第２の反射波パワー測定部が、前記第２の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第２の方向性結合器と、前記第２の周波数に対して前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第２の近傍周波数を有する第２の局部発振信号を発生する第２の局部発振器と、前記第２の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第２の局部発振信号とを混合する第２の混合器と、前記第２の混合器より出力される信号のうち前記第２の周波数と前記第２の近傍周波数との差に相当する第２の中間周波数を有する第２の中間周波信号を選択的に通過させる第２のローパス・フィルタと、前記第２のローパス・フィルタによって取り出された前記第２の中間周波信号を検波して、前記第２の反射波パワー測定値信号の一部を成す第２の基本反射波パワー測定値信号を出力する第２の検波器とを有し、前記第２の近傍周波数は、前記第２の周波数と前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第２の周波数からオフセットしており、前記第２の周波数に最も近い前記第２の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（２）を演算して決定される。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（２）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
また、上記第６の観点のプラズマ処理装置においては、前記第３の反射波パワー測定部が、前記第３の高周波給電ライン上の反射波を取り出す第３の方向性結合器と、前記第３の周波数に対して前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の中で最も近い周波数よりさらに近い第３の近傍周波数を有する第３の局部発振信号を発生する第３の局部発振器と、前記第３の方向性結合器より取り出された反射波の信号と前記第３の局部発振信号とを混合する第３の混合器と、前記第３の混合器より出力される信号のうち前記第３の周波数と前記第３の近傍周波数との差に相当する第３の中間周波数を有する第３の中間周波信号を選択的に通過させる第３のローパス・フィルタと、前記第３のローパス・フィルタによって取り出された前記第３の中間周波信号を検波して、前記第３の反射波パワー測定値信号の一部を成す第３の基本反射波パワー測定値信号を出力する第３の検波器とを有し、前記第３の近傍周波数は、前記第３の周波数と前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数との差の１／８〜１／３だけ前記第２の周波数からオフセットしており、前記第３の周波数に最も近い前記第３の高周波給電ライン上の異周波反射波の周波数は、次の式（３）を演算して決定される。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（３）
但し、Ａは第１の周波数、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、Ｂは第２の周波数、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、Ｃは第３の周波数、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。
【００１８】
上記第４、第５、第６の観点の装置においては、上記構成の第１、第２および第３の反射波パワー測定部よりそれぞれ得られる第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号に応じて第１、第２および第３の整合器の動作状態をそれぞれ個別に判断するのではなくて、制御部が第１、第２および第３の反射波パワー測定値信号の各々を他のものと照らし合わせて総合的にモニタ解析し、インターロックも含めて第１、第２および第３の整合器の動作を統括的に制御する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、３周波印加方式において反射波パワーモニタリングを高精度に行えるとともに、過大な反射波パワーに対する各ＲＦ給電系の制御を適確に行ってプラズマプロセスの再現性および信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態における容量結合型プラズマ処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】ＲＦバイアスに２種類の高周波を用いる方式においてイオンエネルギー分布を制御する作用を説明するための図である。
【図３】一実施例においてチャンバ内のプラズマからプラズマ生成用の第１高周波電源に返ってくる反射波のスペクトル分布を模式的に示す図である。
【図４Ａ】プラズマ生成用の第１高周波電源に返ってくる反射波のスペクトル分布をスペクトルアナライザによって観測した図である。
【図４Ｂ】イオン引き込み用の第２高周波電源に返ってくる反射波のスペクトル分布をスペクトルアナライザによって観測した図である。
【図４Ｃ】イオン引き込み用の第３高周波電源に返ってくる反射波のスペクトル分布をスペクトルアナライザによって観測した図である。
【図５】イオン引き込み用に１種類の高周波を用いる比較例においてプラズマ生成用の第１高周波電源に返ってくる反射波のスペクトル分布を模式的に示す図である。
【図６Ａ】プラズマ生成用の第１高周波のＲＦ給電系に設けられる第１ＲＦパワーモニタの構成を示すブロック図である。
【図６Ｂ】イオン引き込み用の第２高周波のＲＦ給電系に設けられる第２ＲＦパワーモニタの構成を示すブロック図である。
【図６Ｃ】イオン引き込み用の第３高周波のＲＦ給電系に設けられる第３ＲＦパワーモニタの構成を示すブロック図である。
【図７Ａ】基本波反射波パワーのモニタリングにおいて実施例のフィルタ周波数特性と比較例のフィルタ周波数特性とを対比して示す図である。
【図７Ｂ】実施例のフィルタ周波数特性（図７Ａ）を周波数軸上で拡大して示す図である。
【図８Ａ】周波数軸上で第１高周波の周りに発生する異周波反射波の周波数を求める演算の内容および結果（一覧表）を示す図である。
【図８Ｂ】上記演算の内容および結果（一覧表の続き）を示す図である。
【図８Ｃ】上記演算の内容および結果（一覧表の続き）を示す図である。
【図８Ｄ】上記演算の内容および結果（一覧表の続きおよび最後）を示す図である。
【図９】別の実施形態におけるプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
［装置全体の構成及び作用］
【００２２】
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３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、たとえば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形の真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は接地されている。
【００２３】
チャンバ１０の底部には、セラミックなどの絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上にたとえばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極を構成し、この上に被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷが載置される。
【００２４】
サセプタ１６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１８が設けられている。この静電チャック１８は導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートの間に挟み込んだものであり、電極２０には直流電源２２がスイッチ２４を介して電気的に接続されている。直流電源２２からの直流電圧により、半導体ウエハＷを静電気力で静電チャック１８に吸着保持できるようになっている。静電チャック１８の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの面内均一性を向上させるためのたとえばシリコンからなるフォーカスリング２６が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面にはたとえば石英からなる円筒状の内壁部材２８が貼付されている。
【００２５】
サセプタ支持台１４の内部には、たとえば円周方向に延びる冷媒室または冷媒通路３０が設けられている。この冷媒通路３０には、外付けのチラーユニット（図示せず）より配管３２ａ，３２ｂ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ｃｗの温度によってサセプタ１６上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できるようになっている。さらに、伝熱ガス供給機構（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給ライン３４を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００２６】
サセプタ１６には、プラズマ生成用の第１高周波電源３６、イオン引き込み用の第２高周波電源３８およびイオン引き込み用の第３高周波電源４０がそれぞれ第１、第２および第３整合器４２，４４，４６および共通の高周波給電導体（たとえば給電棒）４５を介して電気的に接続されている。
【００２７】
整合器４２，４４，４６は、チャンバ１０内に生成されるプラズマ側の負荷インピーダンスを高周波電源３６，３８，４０のインピーダンスにそれぞれ整合させるように機能する。各々の整合器４２，４４，４６は、少なくとも２つの制御可能なリアクタンス素子を含む整合回路と、各リアクタンス素子のリアクタンス値（インピーダンス・ポジション）を制御するためのアクチエータ（たとえばモータ）と、上記整合回路を含む負荷インピーダンスを測定するセンサと、負荷インピーダンスの測定値を整合ポイント（通常５０Ω）に合わせるように各アクチエータを駆動制御するコントローラとを有している。
【００２８】
第１高周波電源３６は、処理ガスの容量結合による高周波放電つまりプラズマ生成に適した第１ＲＦ周波数（通常２７ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）を有する第１高周波ＲＦ1を所定のパワーで出力可能とするように構成されている。第２高周波電源３８は、サセプタ１６上の半導体ウエハＷにプラズマのイオンを引き込むのに適した高めの第２ＲＦ周波数（通常６ＭＨｚ〜４０ＭＨｚ）を有する第２高周波ＲＦ2を所定のパワーで出力可能とするように構成されている。第３高周波電源４０は、サセプタ１６上の半導体ウエハＷにプラズマのイオンを引き込むのに適した低めの第３ＲＦ周波数（通常１０ｋＨｚ〜６ＭＨｚ）を有する第３高周波ＲＦ3を所定のパワーで出力可能とするように構成されている。
【００２９】
サセプタ１６の上方には、このサセプタと平行に対向して上部電極４８が設けられている。この上部電極４８は、多数のガス噴出孔５０ａを有するたとえばＳi、ＳiＣなどの半導体材料からなる電極板５０と、この電極板５０を着脱可能に支持する導電材料たとえば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体５２とで構成されており、チャンバ１０の上部にリング状の絶縁体５４を介して取り付けられている。この上部電極４８とサセプタ１６との間にプラズマ生成空間または処理空間ＰＳが設定されている。リング状絶縁体５４は、たとえばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなり、上部電極４８の外周面とチャンバ１０の側壁との間の隙間を気密に塞いでおり、上部電極４８を非接地で物理的に支持している。
【００３０】
電極支持体５２は、その内部にガスバッファ室５６を有するとともに、その下面にガスバッファ室５６から電極板５０のガス噴出孔５０ａに連通する多数のガス通気孔５２ａを有している。ガスバッファ室５６にはガス供給管５８を介して処理ガス供給源６０が接続されており、ガス供給管５８にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６２および開閉バルブ６４が設けられている。処理ガス供給源６０より所定の処理ガスがガスバッファ室５６に導入されると、電極板５０のガス噴出孔５０ａよりサセプタ１６上の半導体ウエハＷに向けて処理空間ＰＳに処理ガスがシャワー状に噴出されるようになっている。このように、上部電極４８は処理空間ＰＳに処理ガスを供給するためのシャワーヘッドを兼ねている。
【００３１】
サセプタ１６およびサセプタ支持台１４とチャンバ１０の側壁との間に形成される環状の空間は排気空間となっており、この排気空間の底にはチャンバ１０の排気口６６が設けられている。この排気口６６に排気管６８を介して排気装置７０が接続されている。排気装置７０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の室内、特に処理空間ＰＳを所望の真空度まで減圧できるようになっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口７２を開閉するゲートバルブ７４が取り付けられている。
【００３２】
チャンバ１０の外に設置される直流電源７６の一方の端子つまり出力端子は、スイッチ７８および直流給電ライン８０を介して上部電極４８に電気的に接続されている。直流電源７６はたとえば−２０００〜＋１０００Ｖの直流電圧ＶDCを出力できるように構成されている。直流電源７６の他方の端子は接地されている。直流電源７６の出力（電圧、電流）の極性および絶対値およびスイッチ７８のオン・オフ切換は、後述する主制御部８２からの指示の下でＤＣコントローラ８４により制御されるようになっている。
【００３３】
直流給電ライン８０の途中に設けられるフィルタ回路８６は、直流電源７６からの直流電圧ＶDCをスルーで上部電極４８に印加する一方で、サセプタ１６から処理空間ＰＳおよび上部電極４８を通って直流給電ライン８０に入ってきた高周波を接地ラインへ流して直流電源７６側へは流さないように構成されている。
【００３４】
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接地部品（図示せず）が取り付けられている。このＤＣ接地部品は、接地ライン（図示せず）を介して常時接地されている。
【００３５】
この容量結合型プラズマエッチング装置は、第１、第２および第３高周波電源３６，３８，４０より第１、第２および第３高周波ＲＦ1，ＲＦ2，ＲＦ3をチャンバ１０内のサセプタ１６までそれぞれ伝送する第１、第２および第３高周波給電ライン（高周波伝送路）８８，９０，９２上に第１、第２および第３ＲＦパワーモニタ９４，９６，９８をそれぞれ設けている。
【００３６】
通常、ＲＦパワーモニタ９４，９６，９８は、高周波電源３６，３８，４０と整合器４２，４４，４６との間で高周波給電ライン８８，９０，９２上にそれぞれ設けられる。この実施形態では、機能上の理解を容易にするために、ＲＦパワーモニタ９４，９６，９８を高周波電源３６，３８，４０からそれぞれ分離している。実際には、高周波電源３６，３８，４０とそれぞれ共通のユニット（高周波電源ユニット）内にＲＦパワーモニタ９４，９６，９８が設けられることが多い。
【００３７】
第１ＲＦパワーモニタ９４は、第１高周波給電ライン８８上を第１高周波電源３６から負荷側に向かって伝搬する高周波（進行波）のパワーＲＦ88・Ｐtと、負荷側から第１高周波電源３６に向かって伝搬する高周波（反射波）のパワーＲＦ88・Ｐrとを同時にモニタリングする。第１高周波電源３６の負荷は、チャンバ１０内のプラズマと第１整合器４２内の整合回路のインピーダンスとを含む。
【００３８】
第２ＲＦパワーモニタ９６は、第２高周波給電ライン９０上を第２高周波電源３８から負荷側に向かって伝搬する高周波（進行波）のパワーＲＦ90・Ｐtと、負荷側から第２高周波電源３８に向かって伝搬する高周波（反射波）のパワーＲＦ90・Ｐrとを同時にモニタリングする。第２高周波電源３８の負荷は、チャンバ１０内のプラズマと第２整合器４４内の整合回路のインピーダンスとを含む。
【００３９】
第３ＲＦパワーモニタ９８は、第３高周波給電ライン９２上を第３高周波電源４０から負荷側に向かって伝搬する高周波（進行波）のパワーＲＦ92・Ｐtと、負荷側から第３高周波電源４０に向かって伝搬する高周波（反射波）のパワーＲＦ92・Ｐrとを同時にモニタリングする。第３高周波電源４０の負荷は、チャンバ１０内のプラズマと第３整合器４６内の整合回路のインピーダンスとを含む。
【００４０】
第１、第２および第３ＲＦパワーモニタ９４，９６，９８の具体的な構成および作用は、後に詳細に説明する。
【００４１】
主制御部８２は、１つまたは複数のマイクロコンピュータを含み、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば静電チャック用のスイッチ２４、高周波電源３６，３８，４０、整合器４２，４４，４６、処理ガス供給部（６０，６２，６４）、排気装置７０、ＤＣバイアス用のＤＣコントローラ８４、チラーユニット、伝熱ガス供給部等の動作を制御する。また、主制御部８２は、キーボード等の入力装置や液晶ディスプレイ等の表示装置を含むマン・マシン・インタフェース用の操作パネル８５および各種プログラムやレシピ、設定値等の各種データを格納または蓄積する外部記憶装置（図示せず）等とも接続されている。
【００４２】
さらに、この実施形態における主制御部８２は、ＲＦパワーモニタ９４，９６，９８にも接続されており、これらのパワーモニタ９４，９６，９８から送られてくるモニタ情報に基づいて３系統の高周波電源３６，３８，４０、および整合器４２，４４，４６を統括的に制御するようになっている。
【００４３】
この実施形態では主制御部８２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８２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。
【００４４】
このプラズマエッチング装置において、エッチング加工を行なうには、先ずゲートバルブ７４を開状態にし、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１８の上に載置する。そして、処理ガス供給源６０より所定の処理ガスつまりエッチングガス（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７０による真空排気でチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、第１高周波電源３６よりプラズマ生成用の第１高周波ＲＦ1（２７ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）、第２および第３高周波電源３８，４０よりイオン引き込み用の第２高周波ＲＦ2（６ＭＨｚ〜４０ＭＨｚ）および第３高周波ＲＦ3（１０ｋＨｚ〜６ＭＨｚ）をそれぞれ所定のパワーでサセプタ（下部電極）１６に印加する。また、スイッチ２４をオンにし、静電吸着力によって、静電チャック１８と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈｅガス）を閉じ込める。また、必要に応じて、スイッチ７８をオンにして、直流電源７６からの所定の直流電圧ＶDCを上部電極４８に印加する。シャワーヘッド（上部電極）４８より吐出されたエッチングガスは両電極１６，４８間で高周波放電によってプラズマ化し、このプラズマに含まれるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面の膜がエッチングされる。
【００４５】
この実施形態のプラズマエッチング装置は、プラズマから半導体ウエハＷへのイオンの引き込みに適した２種類の高周波ＲＦ2（６ＭＨｚ〜４０ＭＨｚ），ＲＦ3（１０ｋＨｚ〜６ＭＨｚ）をサセプタ１６に重畳して印加するハードウェア構成（３８，４０，４４，４５，４６）を有し、エッチング加工の仕様、条件またはレシピに応じて主制御部８２が両高周波ＲＦ2，ＲＦ3のトータルパワーおよびパワー比を制御することにより、サセプタ１２上の半導体ウエハＷの表面に入射するイオンのエネルギー分布（ＩＥＤ）に関して、エネルギーバンド幅および分布形状さらには入射エネルギーの総量を多種多様に制御することができるようになっている。
【００４６】
たとえば、図２に模式的に示すように、イオンエネルギーの最大値（最大エネルギー）を固定して最小値（最小エネルギー）を一定の範囲内で任意に調節すること、反対に最小エネルギーを固定して最大エネルギーを一定の範囲内で任意に調節すること、エネルギー平均値または中心値を固定したままエネルギーバンドの幅を一定の範囲内で任意に制御すること、あるいは中間エネルギー領域のイオン分布数を調節すること等が可能となっている。
【００４７】
他方で、非線形な負荷であるチャンバ１０内のプラズマに供給される高周波の種類（周波数）が従来（２周波印加方式）の２種類からこの実施形態の３周波印加方式では３種類に増えることで、プラズマで発生する非線形高調波歪が著しく増加する。それによって、チャンバ１０内のプラズマから各高周波電源３６，３８，４０に向かって伝搬する反射波には夥しい数のスペクトルが含まれる。しかも、基本波反射波にごく近い周波数の異周波反射波も含まれる。
【００４８】
たとえば、一実施例として、プラズマ生成用の第１高周波ＲＦ1の周波数が４０．６８ＭＨｚに選ばれ、イオン引き込み用の第２高周波ＲＦ2および第３高周波ＲＦ3の周波数がそれぞれ１２．８８ＭＨｚおよび３．２ＭＨｚに選ばれるとする。この場合、チャンバ１０内のプラズマから第１高周波給電ライン８８を通って第１高周波電源３６に返ってくる反射波のスペクトル分布は、模式的には図３に示すようになる。すなわち、基本波反射波（４０．６８ＭＨｚ）の周りに多数の異周波反射波が分布し、そのぶんトータル反射波パワーも増大する。さらに、周波数に関して異周波反射波が基本波反射波（４０．６８ＭＨｚ）に近接することも特徴的である。特に、基本波反射波（４０．６８ＭＨｚ）と両隣の異周波反射波（４０．６０ＭＨｚ，４０．７６ＭＨｚ）との差（オフセット）は僅か０．０８ＭＨｚつまり８０ｋＨｚにすぎない。
【００４９】
図示省略するが、チャンバ１０内のプラズマから第２高周波給電ライン９０を通って第２高周波電源３８に返ってくる反射波のスペクトル分布も、上記と同様である。すなわち、基本波反射波（１２．８８ＭＨｚ）の周りに多数の異周波反射波が分布し、トータル反射波パワーも高い。そして、基本波反射波のごく近くに多数の異周波反射波が発生する。特に、基本波反射波（１２．８８ＭＨｚ）と両隣の異周波反射波（１２．８０ＭＨｚ，１２．９６ＭＨｚ）との差（オフセット）は僅か０．０８ＭＨｚつまり８０ｋＨｚである。
【００５０】
同様に、チャンバ１０内のプラズマから第３高周波給電ライン９２を通って第３高周波電源４０に返ってくる反射波のスペクトル分布においても、基本波反射波（３．２ＭＨｚ）から僅か８０ｋＨｚしかオフセットしていない両隣の異周波反射波（３．１２ＭＨｚ，３．２８ＭＨｚ）を含めて多数の異周波反射波が分布し、トータル反射波パワーも高い。
【００５１】
本発明者が、スペクトルアナライザを用いて、第１、第２および第３整合器４２，４４，４６でそれぞれ整合がとれている時に第１、第２および第３高周波給電ライン８８，９０，９２上の反射波の成分（反射波スペクトル）を測定したところ、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示すような反射波スペクトル分布がそれぞれ観測された。
【００５２】
図４Ａに示すように、第１高周波給電ライン８８上では、第１整合器４２で整合がとれていても、多数の異周波反射波が存在する。特に、基本波反射波（４０．６８ＭＨｚ）の周りではそれに近いほど異周波反射波のパワーは高く、基本波反射波（４０．６８ＭＨｚ）の両隣の異周波反射波（４０．６０ＭＨｚ，４０．７６ＭＨｚ）のパワーが突出して高い。
【００５３】
図４Ｂに示すように、第２高周波給電ライン９０上では、第２整合器４４で整合がとれていても、基本波反射波（１２．８８ＭＨｚ）の周りに多数の異周波反射波が存在する。特に、基本波反射波（１２．８８ＭＨｚ）に近いほど異周波反射波のパワーは高く、最も近い両隣の異周波反射波（１２．８０ＭＨｚ，１２．９６ＭＨｚ）のパワーが突出して高い。
【００５４】
同様に、図４Ｃに示すように、第３高周波給電ライン９２上では、第３整合器４６で整合がとれていても、基本波反射波（３．２ＭＨｚ）の周りに多数の異周波反射波が存在する。特に、基本波反射波（３．２ＭＨｚ）に近いほど異周波反射波のパワーは高く、最も近い両隣の異周波反射波（３．１２ＭＨｚ，３．２８ＭＨｚ）のパワーが突出して高い。
【００５５】
このように、プラズマからの反射波が基本波反射波だけでなく周波数軸上でその周りに多数の異周波反射波を含み、しかも基本波反射波にごく近い周波数の異周波反射波が存在するとなると、反射波のモニタリングおよび反射波に対するＲＦ出力の制御が難しくなる。特に、整合がとれているか否かを判別するための基本波反射波パワーのモニタリングが非常に難しくなる。また、過大なトータル反射波パワーに対して各高周波電源のＲＦ出力を応急的に調整することと実行中のプラズマプロセスを安定に維持することとの両立を図るのが非常に難しくなる。
【００５６】
因みに、比較例として、イオン引き込み用のＲＦバイアスに第２高周波ＲＦ2（１２．８８ＭＨｚ）のみを使用し、第３高周波ＲＦ3（３．２ＭＨｚ）を使用しない場合、チャンバ１０内のプラズマから第１高周波電源３６に返ってくる反射波のスペクトル分布は、模式的に図５に示すようになる。すなわち、基本波反射波（４０．６８ＭＨｚ）の近くに存在する異周波反射波は、２７．８０ＭＨｚ，２９．８４ＭＨｚ，３８．６４ＭＨｚ，４２．７２ＭＨｚ，５１．５２ＭＨｚ，５３．５６ＭＨｚの６つである。しかも、基本波反射波（４０．６８ＭＨｚ）に最も近い３８．６４ＭＨｚおよび４２．７２ＭＨｚでも２．０４ＭＨｚの差（オフセット）がある。図示省略するが、チャンバ１０内のプラズマから第２高周波電源ライン９０上を逆方向に返ってくる反射波のスペクトル分布も、周波数の帯域が異なるだけで、図５と同様の傾向を示す。
【００５７】
このように、イオン引き込み用のＲＦバイアスに１種類（単一周波数）の高周波ＲＦ2を使用する場合は、プラズマ側から各高周波電源に向かって各高周波給電ライン上を伝搬してくる反射波に含まれる異周波反射波は非常に少なく、しかも周波数軸上で異周波反射波が基本波反射波から大きく（２ＭＨｚ以上）離れているので、基本波反射波を見分けるのが容易であるとともに、過大なトータル反射波パワーに対するＲＦ出力の応急的な制御を各高周波電源がそれぞれ個別（勝手）に行ってもプラズマプロセスに与える影響は少ない。
【００５８】
この実施形態では、上記のような３周波印加方式における基本波反射波パワーのモニタリングの困難性および過大なトータル反射波パワーに対する応急的なＲＦ出力制御とプラズマプロセスの安定維持との両立の困難性を克服するために、第１、第２および第３ＲＦパワーモニタ９４，９６，９８の構成および作用ならびに主制御部８２の機能に特別な工夫を施している。
［ＲＦパワーモニタの構成及び作用］
【００５９】
図６Ａに、第１ＲＦパワーモニタ９４の構成を示す。このＲＦパワーモニタ９４は、第１高周波給電ライン８８上に挿入される方向性結合器１００Ａと、進行波パワーモニタ部１０２Ａと、反射波パワーモニタ部１０４Ａとを有している。
【００６０】
方向性結合器１００Ａは、第１高周波給電ライン８８上を順方向に伝搬するＲＦパワー（進行波）ＲＦ88・Ｐtと逆方向に伝搬するＲＦパワー（反射波）ＲＦ88・Ｐrのそれぞれに対応する信号を進行波パワー検出信号ＲＦ88［Ｐt］および反射波パワー検出信号ＲＦ88［Ｐr］として取り出すように構成されている。
【００６１】
方向性結合器１００Ａより取り出された進行波パワー検出信号ＲＦ88［Ｐt］は、進行波パワーモニタ部１０２Ａに入力される。進行波パワーモニタ部１０２Ａは、方向性結合器１００Ａから入力した進行波パワー検出信号ＲＦ88［Ｐt］を基に、第１高周波給電ライン８８上の進行波に含まれる基本波進行波（４０．６８ＭＨｚ）のパワーＲＦ1・ＳＰtを表わす信号を生成し、この信号つまり基本波進行波パワー測定値信号ＲＦ1［ＳＰt］を第１高周波電源３６の電源制御部１０６Ａに与える。
【００６２】
第１高周波電源３６は、第１ＲＦ周波数（４０．６８ＭＨｚ）の正弦波を発振出力する高周波発振器１０８Ａと、この高周波発振器１０８Ａより出力された正弦波のパワーを制御可能にして、その利得で増幅するパワーアンプ１１０Ａとを有している。第１高周波電源３６において、電源制御部１０６Ａは、第１高周波ＲＦ1のパワーを設定値に維持するように、進行波パワーモニタ部１０２Ａからの基本波進行波パワー測定値信号ＲＦ1［ＳＰt］に応答してパワーアンプ１１０Ａにパワーフィードバック制御を掛ける。さらに、電源制御部１０６Ａは、後述するトータル反射波パワーＲＦ88・ＴＰrが過大になっている時に、主制御部８２からの制御信号ＣＳ1に応じてパワーアンプ１１０Ａの出力を応急的に制御する（通常下げる）制御を行うようになっている。
【００６３】
方向性結合器１００Ａより取り出された反射波パワー検出信号ＲＦ88［Ｐr］は、反射波パワーモニタ部１０４Ａに入力される。反射波パワーモニタ部１０４Ａは、基本波反射波パワー測定回路１１２Ａと、トータル反射波パワー測定回路１１４Ａとを有している。
【００６４】
基本波反射波パワー測定回路１１２Ａは、混合器１１６Ａ、局部発振器１１８Ａ、ローパス・フィルタ（ＬＰＦ）１２０Ａおよび低周波検波器１２２Ａからなり、方向性結合器１００Ａから入力した反射波パワー検出信号ＲＦ88［Ｐr］を基に、チャンバ１０内のプラズマから第１高周波電源３６に返ってくる反射波に含まれる基本波反射波（４０．６８ＭＨｚ）のパワーＲＦ1・ＳＰrを表わす信号つまり基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ1［ＳＰr］を生成する。
【００６５】
より詳細には、局部発振器１１８Ａは、第１高周波ＲＦ1の周波数（４０．６８ＭＨｚ）に対して第１高周波給電ライン８８上の異周波反射波の中で最も近い周波数（４０．６０ＭＨｚ，４０．７６ＭＨｚ）よりさらに近い第１近傍周波数ｆ1を有する第１局部発振信号ＬＳ1を発生する。混合器１１６Ａは、方向性結合器１００Ａからの反射波パワー測定値信号ＲＦ88［Ｐr］と局部発振器１１８Ａからの第１局部発振信号ＬＳ1とを混合する。この混合により、第１高周波給電ライン８８上の反射波に含まれる基本波反射波および異周波反射波のそれぞれの周波数と第１局部発振信号ＬＳ1の周波数との和または差の周波数を有する様々な合成信号が生成される。その中で、最もかつ極端に低い周波数を有する合成信号は、基本波反射波の周波数（４０．６８ＭＨｚ）と第１局部発振信号ＬＳ1の周波数ｆ1との差（４０．６８ＭＨｚ−ｆ1）または（ｆ1−４０．６８ＭＨｚ）に相当する周波数（第１中間周波数）δｆ1を有する第１中間周波数信号ＭＳ1である。
【００６６】
この実施形態において、第１局部発振信号ＬＳ1の周波数（第１近傍周波数）ｆ1は、第１ＲＦ周波数（４０．６８ＭＨｚ）と第１高周波給電ライン８８上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数（４０．６０ＭＨｚ，４０．７６ＭＨｚ）との差（８０ｋＨｚ）の１／８〜１／３（より好ましくは１／６〜１／４）だけ第１ＲＦ周波数（４０．６８ＭＨｚ）からオフセットした値に選ばれる。
【００６７】
ここで、第１ＲＦ周波数に対する第１近傍周波数のオフセット量を第１ＲＦ周波数とそれに最も近接する異周波反射波周波数との差（８０ｋＨｚ）の１／３以下（より好ましくは１／４以下）とするのは、混合器１１６Ａで得られる上記第１中間周波数信号ＭＳ1の周波数を他の如何なる合成信号の周波数よりも著しく低くして、次段のＬＰＦ１２０Ａによる弁別を容易にするためである。また、上記オフセット量を上記差（８０ｋＨｚ）の１／８以上（より好ましくは１／６以上）とするのは、基本波反射波のパワーＲＦ1・ＳＰrに対する基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ1［ＳＰr］の応答速度を十分な大きさに確保するためである。かかる要件から、第１近傍周波数ｆ1として、好適には、第１ＲＦ周波数（４０．６８ＭＨｚ）から１５ｋＨｚだけオフセットした４０．６６５ＭＨｚ（または４０．６９５ＭＨｚ）が選ばれる。
【００６８】
こうして、混合器１１６Ａより、１５ｋＨｚの第１中間周波数信号ＭＳ1と８０ｋＨｚ以上のその他多数の合成信号とが出力される。ＬＰＦ１２０Ａは、１５ｋＨｚと８０ｋＨｚの中間にカットオフ周波数を有するローパス・フィルタとして設計され、第１中間周波数信号ＭＳ1だけを弁別して選択的に通過させる。
【００６９】
因みに、上記のように第１中間周波数δｆ1を１５ｋＨｚに設定した場合（実施例）のフィルタ周波数特性と、第１中間周波数δｆ1を５００ｋＨｚに設定した場合（比較例）のフィルタ周波数特性とを対比すると、図７Ａに示すようにそれぞれの周波数選択性に著しい差があることがわかる。図７Ｂに、実施例のフィルタ周波数特性を拡大して示す。
【００７０】
実施例のフィルタ周波数特性によれば、基本波反射波の周波数（４０．６８ＭＨｚ）だけを通し、そこから８０ｋＨｚだけオフセットしている異周波反射波の周波数（４０．６０ＭＨｚ，４０．７６ＭＨｚ）を確実に遮断することができる。一方、比較例のフィルタ周波数特性によれば、基本波反射波の周波数（４０．６８ＭＨｚ）を通すだけでなく、これに近接する上記異周波反射波の周波数（４０．６０ＭＨｚ，４０．７６ＭＨｚ）も一緒に通してしまい、基本波反射波を弁別することはできない。
【００７１】
ＬＰＦ１２０Ａより出力される第１中間周波数信号ＭＳ1には、基本波反射波パワーＲＦ1・ＳＰrのエンベロープ波形が乗っている。低周波検波器１２２Ａは、ＬＰＦ１２０Ａより入力した第１の中間周波数信号ＭＳ1を検波して、基本波反射波パワーＲＦ1・ＳＰrのエンベロープ波形を取り出し、アナログＤＣ（直流）の基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ1［ＳＰr］を出力する。
【００７２】
このように、第１高周波給電ライン８８上の反射波に基本反射波（４０．６８ＭＨｚ）だけでなくそれにごく近い周波数の異周波反射波（４０．６０ＭＨｚ，４０．７６ＭＨｚ）が含まれていても、基本波反射波パワー測定回路１１２Ａにより基本反射波（４０．６８ＭＨｚ）を明確に見分けて基本波反射波パワーＲＦ1・ＳＰrのモニタリングを精確に行うことができる。
【００７３】
一方、トータル反射波パワー測定回路１１４Ａは、たとえばダイオード検波式のＲＦパワー・メータからなり、方向性結合器１００Ａから入力した反射波パワー検出信号ＲＦ88［Ｐr］に基づいて、チャンバ１０内のプラズマから第１高周波電源３６に返ってくる反射波に含まれる全ての反射波スペクトルのトータルのパワーＲＦ88・ＴＰrを表わすトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ88［ＴＰr］を生成する。
【００７４】
なお、第１整合器４２の出力側には、サセプタ１６および給電棒４５を介して第１高周波給電ライン８８上に第２高周波ＲＦ2（１２．８８ＭＨｚ）および第３高周波ＲＦ3（３．２ＭＨｚ）が進入してくるのを阻止（遮断）するためのハイパス・フィルタ１２４Ａが設けられている。したがって、チャンバ１０内のプラズマで発生する反射波（基本波反射波、非線形高調波歪等）のうちハイパス・フィルタ１２４Ａを逆方向に通過する帯域の反射波が方向性結合器１００Ａを介して基本波反射波パワー測定回路１１２Ａおよびトータル反射波パワー測定回路１１４Ａに入力（検知）される。
【００７５】
上記のようにして基本波反射波パワー測定回路１１２Ａおよびトータル反射波パワー測定回路１１４Ａよりそれぞれ出力される基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ1［ＳＰr］およびトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ1［ＴＰr］は、第１ＲＦパワーモニタ９４からの第１反射波パワー測定値信号として主制御部８２に与えられる。
【００７６】
図６Ｂおよび図６Ｃに、第２および第３ＲＦパワーモニタ９６，９８の構成をそれぞれ示す。これらのＲＦパワーモニタ９６，９８も、扱う高周波の周波数および反射波（基本波反射波、異周波反射波）の周波数が異なるだけで、上述した第１ＲＦパワーモニタ９４と同様の構成を有し、同様の作用を奏する。
【００７７】
特に、図６Ｂにおいて、基本波反射波パワー測定回路１１２Ｂは、混合器１１６Ｂ、局部発振器１１８Ｂ、ローパス・フィルタ（ＬＰＦ）１２０Ｂおよび低周波検波器１２２Ｂからなり、第２高周波給電ライン９０上に配置される方向性結合器１００Ｂから入力した反射波パワー検出信号ＲＦ90［Ｐr］を基に、チャンバ１０内のプラズマから第２高周波電源３８に返ってくる反射波に含まれる基本波反射波（１２．８８ＭＨｚ）のパワーＲＦ2・ＳＰrを表わす信号つまり基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ2［ＳＰr］を生成する。
【００７８】
ここで、局部発振器１１８Ｂより混合器１１６Ｂに与えられる第２局部発振信号ＬＳ2の周波数（第２近傍周波数）ｆ2は、第２ＲＦ周波数（１２．８８ＭＨｚ）と第２高周波給電ライン９０上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数（１２．８０ＭＨｚ，１２．９６ＭＨｚ）との差（８０ｋＨｚ）の１／８〜１／３（より好ましくは１／６〜１／４）だけ第２ＲＦ周波数（１２．８８ＭＨｚ）からオフセットした値に選ばれる。この実施例では、第２近傍周波数ｆ2として、第２ＲＦ周波数（１２．８８ＭＨｚ）から１５ｋＨｚだけオフセットした１２．８６５ＭＨｚ（または１２．８９５ＭＨｚ）が好適に選ばれる。
【００７９】
また、トータル反射波パワー測定回路１１４Ｂは、方向性結合器１００Ｂから入力した反射波パワー検出信号ＲＦ90［Ｐr］に基づいて、チャンバ１０内のプラズマから第２高周波電源３８に返ってくる反射波に含まれる全ての反射波スペクトルのトータルのパワーＲＦ90・ＴＰrを表わすトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ90［ＴＰr］を生成する。
【００８０】
上記のようにして基本波反射波パワー測定回路１１２Ｂおよびトータル反射波パワー測定回路１１４Ｂよりそれぞれ出力される基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ2［ＳＰr］およびトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ90［ＴＰr］は、第２ＲＦパワーモニタ９６からの第２反射波パワー測定値信号として主制御部８２に与えられる。
【００８１】
図６Ｃにおいて、基本波反射波パワー測定回路１１２Ｃは、混合器１１６Ｃ、局部発振器１１８Ｃ、ローパス・フィルタ（ＬＰＦ）１２０Ｃおよび低周波検波器１２２Ｃからなり、第３高周波給電ライン９２上に配置される方向性結合器１００Ｃから入力した反射波パワー検出信号ＲＦ92［Ｐr］を基に、チャンバ１０内のプラズマから第３高周波電源４０に返ってくる反射波に含まれる基本波反射波（３．２ＭＨｚ）のパワーＲＦ2・ＳＰrを表わす信号つまり基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ2［ＳＰr］を生成する。
【００８２】
ここで、局部発振器１１８Ｃより混合器１１６Ｃに与えられる第３局部発振信号ＬＳ3の周波数（第２近傍周波数）ｆ3は、第３ＲＦ周波数（３．２ＭＨｚ）と第３高周波給電ライン９２上の異周波反射波の中でそれに最も近い周波数（３．１２ＭＨｚ，３．２８ＭＨｚ）との差（８０ｋＨｚ）の１／８〜１／３（より好ましくは１／６〜１／４）だけ第３ＲＦ周波数（３．１２ＭＨｚ）からオフセットしている値に選ばれる。この実施例では、第３近傍周波数ｆ3として、第３ＲＦ周波数（３．２ＭＨｚ）から１５ｋＨｚだけオフセットしている３．１８５ＭＨｚ（または３．２１５ＭＨｚ）が好適に選ばれる。
【００８３】
また、トータル反射波パワー測定回路１１４Ｃは、方向性結合器１００Ｃから入力した反射波パワー検出信号ＲＦ92［Ｐr］に基づいて、チャンバ１０内のプラズマから第３高周波電源４０に返ってくる反射波に含まれる全ての反射波スペクトルのトータルのパワーＲＦ92・ＴＰrを表わすトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ92［ＴＰr］を生成する。
【００８４】
上記のようにして基本波反射波パワー測定回路１１２Ｃおよびトータル反射波パワー測定回路１１４Ｃよりそれぞれ出力される基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ3［ＳＰr］およびトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ92［ＴＰr］は、第３ＲＦパワーモニタ９８からの第３反射波パワー測定値信号として主制御部８２に与えられる。
【００８５】
上記のように、主制御部８２は、第１ＲＦパワーモニタ９４から第１反射波パワー測定値信号（基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ1［ＳＰr］およびトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ88［ＴＰr］）を受け取り、第２ＲＦパワーモニタ９６から第２反射波パワー測定値信号（基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ2［ＳＰr］およびトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ90［ＴＰr］）を受け取り、第３ＲＦパワーモニタ９８から第３反射波パワー測定値信号（基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ3［ＳＰr］およびトータル反射波パワー測定値信号号ＲＦ92［ＴＰr］）を受け取る。
【００８６】
主制御部８２は、入力した基本波反射波パワー測定値信号ＲＦ1［ＳＰr］，ＲＦ2［ＳＰr］，ＲＦ3［ＳＰr］に基づいて、操作パネル８５のディスプレイ上に３つのＲＦ給電系における基本波反射波パワーＲＦ1・ＳＰr，ＲＦ2・ＳＰr，ＲＦ3・ＳＰrの測定値をモニタ表示するとともに、各測定値を所定の監視値と比較して各整合器４２，４４，４６の整合動作ないし整合状況を判定し、判定結果次第でインターロックを掛ける。
【００８７】
すなわち、基本波反射波パワーＲＦ1・ＳＰr，ＲＦ2・ＳＰr，ＲＦ3・ＳＰrの各々の測定値が監視値より低い時は、当該ＲＦ給電系において整合が実質的にとれていると判定する。しかし、いずれかの基本波反射波パワー測定値が監視値を超えた時または超えている時は、当該ＲＦ給電系において整合がとれていないと判定する。この場合、主制御部８２は、他のモニタ情報つまり他のＲＦ給電系の基本波反射波パワー測定値および全ＲＦ給電系のトータル反射波パワー測定値を参酌することで、整合がとれていない状況ないしその原因を適確に把握することができる。
【００８８】
たとえば、第２基本波反射波パワーＲＦ2・ＳＰrの測定値が監視値を超えたとする。この時、他のモニタ情報（特に第２トータル反射波パワーＲＦ90・ＴＰrの測定値）が正常（許容）範囲内にあれば、主制御部８２は、現時の非整合状態は第２整合器４４の整合動作が正常に機能していないことにその原因があると判定（断定）することができる。この場合、主制御部８２は、第２整合器４４に整合動作を検査ないし正常化させるためのルーチンが備わっていれば、第２整合器４４内のコントローラにそのルーチンの実行を指示するコマンドを送ってよい。そして、それでも他が正常で第２基本波反射波パワーＲＦ2・ＳＰrの測定値だけが監視値を超えている状態が続いたときは、第２整合器４４が故障または暴走していると判定してよい。この場合、その旨のメッセージを操作パネル８５のディスプレイ上に表示してよく、それと併せてインターロックを掛けてもよい。
【００８９】
しかし、他のモニタ情報（特に第２トータル反射波パワーＲＦ90・ＴＰrの測定値あるいは第１および第３基本波反射波パワーＲＦ1・ＳＰr，ＲＦ3・ＳＰrの測定値）も同時に監視値を超えている場合は、チャンバ１０内の処理空間ＰＳまたは他のＲＦ給電系統にプラズマとの整合をとるのが難しい何らかの異常事態が発生したものと判定することができる。この場合、主制御部８２は、即時に第２整合器４４が不良であると速断して直ちにインターロックを掛けるのではなくて、たとえば光学センサからのプラズマ発光モニタリング情報を参照したり、全ＲＦ系統および／またはガス系統のチェックを行うことなどにより、プラズマの異常原因を突き止めてよく、操作パネル８５のディスプレイを通じて状況報告を行ってもよい。
【００９０】
このように、いずれかの基本波反射波パワー測定値が監視値を超えた時は、当該ＲＦ給電系で整合がとれていないのは確かであるが、単純に当該ＲＦ給電系内の整合器の不良または不調と判断するのではなく、主制御部８２が他のモニタ情報（ＲＦ給電系の基本波反射波パワー測定値および全ＲＦ給電系のトータル反射波パワー測定値）を参酌して当該事態を総合的または多角的に解析することにより、整合状態の確立または復帰あるいはプラズマプロセスの安定化に向けて各部を適確に制御することができる。これによって、プラズマプロセスの再現性および信頼性を向上させることができる。
【００９１】
また、主制御部８２は、第１、第２および第３ＲＦパワーモニタ９４，９６，９８から受け取ったトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ88［ＴＰr］，ＲＦ90［ＴＰr］，ＲＦ92［ＴＰr］に基づいて、高周波給電ライン８８，９０，９２上で反射波のトータル反射波パワーＲＦ88・ＴＰr，ＲＦ90・ＴＰr，ＲＦ92・ＴＰrが監視値を超えているか否かをモニタリングすることができる。そして、トータル反射波パワーＲＦ88・ＴＰr，ＲＦ90・ＴＰr，ＲＦ92・ＴＰrのいずれかが監視値を超えた時は、その過大なトータル反射波パワーから当該高周波電源を保護するように各高周波電源の電源制御部を通じて応急的にＲＦパワーを下げる措置をとるとともに、実行中のプラズマプロセスの変動を最小限に抑えるように各ＲＦ給電系の間の調整を行う。
【００９２】
たとえば、第２トータル反射波パワーＲＦ90・ＴＰrの測定値が監視値を超えたとする。この時は、第２トータル反射波パワーＲＦ90・ＴＰrが過大になったわけであるから、先ず第２高周波電源３８のパワーアンプ１１０Ｂを保護するのが先決であり、主制御部８２は制御信号ＣＳ2により電源制御部１０６Ｂを通じてパワーアンプ１１０Ｂの出力（つまり第２高周波ＲＦ2のパワー）を下げる。ただし、第２高周波ＲＦ2のパワーをむやみにあるいは極端に下げるのではなくて、他のモニタ情報（特に第２基本波反射波パワーＲＦ2・ＳＰrの測定値あるいは第１および第３トータル波反射波パワーＲＦ88・ＴＰr，ＲＦ92・ＴＰrの測定値）を参酌して、必要最小限の下げ幅に制御する。あるいは、イオン引き込み用の第２高周波ＲＦ2のパワーを下げるのと同時に、同じくイオン引き込み用の第３高周波ＲＦ3のパワーを適度に上げることにより、プラズマから半導体ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを安定に保つことも可能である。
【００９３】
もっとも、主制御部８２において第１、第２および第３ＲＦパワーモニタ９４，９６，９８からそれぞれ入力したトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ88［ＴＰr］，ＲＦ90［ＴＰr］，ＲＦ92［ＴＰr］をそのままスルーで出力して、第１、第２および第３高周波電源３６，３８，４０の電源制御部１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃにそれぞれ送ることも可能である。この場合は、各高周波電源３６，３８，４０の各電源制御部１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃが、それぞれ個別に、各ＲＦパワーモニタ９４，９６，９８からのトータル反射波パワー測定値信号ＲＦ88［ＴＰr］，ＲＦ90［ＴＰr］，ＲＦ92［ＴＰr］に応答して、過大なトータル反射波パワーから当該高周波電源を保護するためのＲＦ出力制御を行うことになる。
【００９４】
さらに、主制御部８２には、各ＲＦ給電系において発生する反射波に含まれる異周波反射波を演算によって決定する機能も備わっている。すなわち、第１高周波ＲＦ1、第２高周波ＲＦ2および第３高周波ＲＦ3についてそれぞれの周波数（第１、第２および第３ＲＦ周波数）の値Ａ，Ｂ，Ｃが操作パネル８５より入力されると、主制御部８２を構成しているマイクロコンピュータが次の式（１）を演算することにより、３周波印加時に発生し得る異周波反射波の周波数が求められる。
±Ａ[ＭＨｚ]×ｍ±Ｂ[ＭＨｚ]×ｎ±Ｃ[ＭＨｚ]×ｌ    ・・（１）
【００９５】
但し、ｍはＡの高次係数（第ｍ次高調波）、ｎはＢの高次係数（第ｎ次高調波）、ｌはＣの高次係数（第ｌ次高調波）である。通常、ｍ，ｎ，ｌは、各々１次〜５次係数まで考慮すれば十分である。
【００９６】
図８Ａ〜図８Ｄに、上記実施例（Ａ＝４０．６８ＭＨｚ，Ｂ＝１２．８８ＭＨｚ，Ｃ＝３．２ＭＨｚ）において、周波数軸上で第１高周波ＲＦ1の周りに発生する異周波反射波の周波数を求める上記式（１）の演算内容および演算結果を示す。図示省略するが、第２高周波ＲＦ2および第３高周波ＲＦ3の周りに発生する異周波反射波の周波数も上記式（１）を演算して求められる。
【００９７】
主制御部８２は、上記式（１）の演算結果（異周波反射波の一覧）を記憶装置に保存するとともに、操作パネル８５のディスプレイ上に表示する。その演算結果は、ＲＦパワーモニタ９４，９６，９８の基本波反射波パワー測定回路１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃの設計に寄与する。特に、周波数軸上で各基本波反射波に最も近い異周波反射波の周波数の値を基に、局部発振周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3の値が決められ、ＬＰＦ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃのカットオフ周波数も決められる。
【００９８】
さらに、一変形例として、高周波電源３６，３８，４０のいずれかに高周波ＲＦ1、ＲＦ2，ＲＦ3の周波数を随時変更または制御する機能が備わる場合に、主制御部８２の上記演算機能は大なる効果を発揮する。たとえば、プラズマ生成用の第１高周波ＲＦ1の周波数を制御できるように高周波電源３６を構成する場合は、ＲＦパワーモニタ９４の局部発振器１１８Ａを制御可能な周波数発振器で構成して、主制御部８２の制御の下で第１局部発振信号ＬＳ1の周波数を制御できるようにする。これにより、主制御部８２は、高周波電源３６の電源制御部１０６Ａを通じて第１高周波ＲＦ1の周波数を制御すると同時に、関連する（特に最も近接する）異周波反射波の周波数を上記式（１）の演算によって求め、混合器１１６Ａより出力される第１中間周波数ＭＳ1の周波数（第１中間周波数）δｆ1が一定値（たとえば１５ｋＨｚ）に維持されるように、第１局部発振信号ＬＳ1の周波数を制御することができる。イオン引き込み用の第２高周波ＲＦ2または第３高周波ＲＦ3の周波数を制御する場合も、上記と同様に対応することができる。
［他の実施形態または変形例］
【００９９】
上記した実施形態では、第１高周波電源３６より出力されるプラズマ生成用の第１高周波ＲＦ1をサセプタ（下部電極）１６に印加した。別の実施形態として、図９に示すように、第１高周波電源３６および第１整合器４２を上部電極４８に電気的に接続し、プラズマ生成用の第１高周波ＲＦ1を第１高周波給電ライン８８を介して上部電極４８に印加してもよい。
【０１００】
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】
【０１０１】
１０    チャンバ
１６    サセプタ（下部電極）
３６    第１高周波電源
３８    第２高周波電源
４０    第３高周波電源
４２    第１整合器
４４    第２整合器
４６    第３整合器
４８    上部電極
６０    処理ガス供給源
７０    排気装置
８２    主制御部
８８    第１高周波給電ライン
９０    第２高周波給電ライン
９２    第３高周波給電ライン
９４    第１ＲＦパワーモニタ
９６    第２ＲＦパワーモニタ
９８    第３ＲＦパワーモニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005935116.tif 000004
【図４Ａ】
0005935116.tif 000005
【図４Ｂ】
0005935116.tif 000006
【図４Ｃ】
0005935116.tif 000007
【図５】
0005935116.tif 000008
【図６Ａ】
0005935116.tif 000009
【図６Ｂ】
0005935116.tif 000010
【図６Ｃ】
0005935116.tif 000011
【図７Ａ】
0005935116.tif 000012
【図７Ｂ】
0005935116.tif 000013
【図８Ａ】
0005935116.tif 000014
【図８Ｂ】
0005935116.tif 000015
【図８Ｃ】
0005935116.tif 000016
【図８Ｄ】
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【図９】
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