(57)【要約】【課題】プラズマソース側のインピーダンスを調整することができ、装置間あるいはクリーニングサイクル間のインピーダンス誤差を解消することができるプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】内側電極38および外側電極36に分割された上部電極34および下部電極16との間に処理ガスのプラズマを生成してウエハＷにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、内側電極38へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路101と、内側電極38への給電ラインに設けられた可変コンデンサ78と、下部電極16のバイアスＶＰＰを検出する検出器89と、プラズマを形成した状態で、可変コンデンサ78のキャパシタンスを変更させながら、検出器89からの信号を検出して共振回路101の共振点を探し出し、共振点における可変コンデンサ78のキャパシタンスを基準となる値に調整する制御部102とを有する。【選択図】図３
2006019716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、
前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、
前記インピーダンス調整手段は、
前記第１電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、
前記第１電極の給電ラインに設けられた可変インピーダンス部と、
前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、
前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器の装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整する制御部と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記可変インピーダンス部は、可変コンデンサであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、
前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記第１電極は、内側電極および外側電極に分割され、
前記プラズマ処理装置は、さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、
前記インピーダンス調整手段は、
前記第１電極の前記内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、
前記第１電極の内側電極への給電ラインまたは外側電極への給電ラインに設けられた可変インピーダンス部と、
前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、
前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器からの装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整する制御部と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記基準となる可変インピーダンス部の値は、クリーニング前の前記共振回路の共振点における可変インピーダンス部の値、またはインピーダンスが調整された同じ構造の他の装置の前記共振回路の共振点における可変インピーダンス部の値であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、
前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記第１電極は、内側電極および外側電極に分割され、
前記プラズマ処理装置は、さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、
前記インピーダンス調整手段は、
前記第１電極の前記内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、
前記第１電極の内側電極への給電ラインに設けられた可変コンデンサと、
前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、
前記プラズマを形成した状態で、前記可変コンデンサのキャパシタンスを変更させながら、前記検出器からの装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変コンデンサのキャパシタンスを基準となる値に調整する制御部と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記基準となる可変コンデンサのキャパシタンスは、クリーニング前の前記共振回路の共振点における可変コンデンサのキャパシタンス、またはインピーダンスが調整された同じ構造の他の装置の前記共振回路の共振点における可変コンデンサのキャパシタンスであることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記共振回路は、前記外側電極への給電ラインから前記内側電極へ高周波電流が流れるラインと、前記外側電極への給電ライン、前記外側電極、前記外側電極への給電ライン、前記可変インピーダンス部を順次通って前記内側電極へ高周波電流が流れるラインとで形成されることを特徴とする請求項３または請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記装置状態を検出する検出器は、前記第２電極側に設けられた電圧検出器であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記高周波電力供給手段は、高周波電源と、前記高周波電源の内部インピーダンスまたは出力インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる整合器とを有し、前記装置状態を検出する検出器は、前記整合器のコンデンサのキャパシタンスを検出することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記装置状態を検出する検出器は、前記第１電極側または前記第２電極側に設けられ、プラズマの電流または電圧を検出するＶＩプローブであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記第２電極は被処理基板を支持する支持電極であり、前記第２電極にイオンを引き込むための高周波電力供給手段をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記イオンを引き込むための高周波電力供給手段は、高周波電源と、前記高周波電源の内部インピーダンスまたは出力インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる整合器とを有することを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記装置状態を検出する検出器は、前記第２電極側の前記整合器に設けられた電圧検出器であることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、
前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、
前記第１電極の給電ラインに可変インピーダンス部を設け、前記第１電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法。
【請求項１５】
前記可変インピーダンス部は、可変コンデンサであることを特徴とする請求項１４に記載のインピーダンス調整方法。
【請求項１６】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、
前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第１電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、
前記第１電極の内側電極への給電ラインまたは外側電極への給電ラインに可変インピーダンス部を設け、前記第１電極の内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法。
【請求項１７】
前記基準となる可変インピーダンス部の値は、クリーニング前の前記共振回路の共振点における可変インピーダンス部の値、またはインピーダンスが調整された同じ構造の他の装置の前記共振回路の共振点における可変インピーダンス部の値であることを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載のインピーダンス調整方法。
【請求項１８】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、
前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
を具備し、前記第１電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、
前記第１電極の内側電極への給電ラインに可変コンデンサを設け、前記第１電極の内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変コンデンサのキャパシタンスを変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変コンデンサのキャパシタンスの値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法。
【請求項１９】
前記基準となる可変コンデンサのキャパシタンスは、クリーニング前の前記共振回路の共振点における可変コンデンサのキャパシタンス、またはインピーダンスが調整された同じ構造の他の装置の前記共振回路の共振点における可変コンデンサのキャパシタンスであることを特徴とする請求項１８に記載のインピーダンス調整方法。
【請求項２０】
前記共振回路は、前記外側電極への給電ラインから前記内側電極へ高周波電流が流れるラインと、前記外側電極への給電ライン、前記外側電極、前記外側電極への給電ライン、前記可変インピーダンス部を順次通って前記内側電極へ高周波電流が流れるラインとで形成されることを特徴とする請求項１６または請求項１８に記載のインピーダンス調整方法。
【請求項２１】
前記装置状態を検出する検出器は、前記第２電極側に設けられた電圧検出器であることを特徴とする請求項１４から請求項２０のいずれか１項に記載のインピーダンス調整方法。
【請求項２２】
前記高周波電力供給手段は、高周波電源と、前記高周波電源の内部インピーダンスまたは出力インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる整合器とを有し、前記装置状態を検出する検出器は、前記整合器のコンデンサのキャパシタンスを検出することを特徴とする請求項１４から請求項２０のいずれか１項に記載のインピーダンス調整方法。
【請求項２３】
前記装置状態を検出する検出器は、前記第１電極側または前記第２電極側に設けられ、プラズマの電流または電圧を検出するＶＩプローブであることを特徴とする請求項１４から請求項２０のいずれか１項に記載のインピーダンス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに対して、エッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマ処理が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が主流である。
【０００４】
容量結合型平行平板プラズマ処理装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、電極の一方に高周波を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成して半導体ウエハに対してプラズマ処理を施す。
【０００５】
具体的には、上部電極にプラズマ形成用の高周波を印加してプラズマを形成し、下部電極にイオンを引き込み用の高周波を印加することにより、適切なプラズマ状態を形成するプラズマ処理装置が知られており、このようなプラズマ処理装置をエッチングに適用した場合には、高選択比で再現性の高いエッチング処理が可能である（例えば特許文献１）。
【０００６】
ところで、この種のプラズマ処理装置は、パーツの寸法公差や取り付け誤差等により、装置間またはクリーニングサイクル毎でプラズマソース側のインピーダンスに微少な差が存在する。しかしながら、従来のプラズマ処理装置は、このようなインピーダンスの機差を解消する手段を有しておらず、装置間ないしはクリーニングサイクル毎のプロセス特性がばらつく原因となっている。
【特許文献１】特開２０００−１７３９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プラズマソース側のインピーダンスを調整することができ、装置間あるいはクリーニングサイクル間のインピーダンス誤差を解消することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。また、このようなインピーダンスの調整を簡易に実現することができるプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、前記インピーダンス調整手段は、前記第１電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、前記第１電極の給電ラインに設けられた可変インピーダンス部と、前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器の装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整する制御部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記第１電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記プラズマ処理装置は、さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、前記インピーダンス調整手段は、前記第１電極の前記内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、前記第１電極の内側電極への給電ラインまたは外側電極への給電ラインに設けられた可変インピーダンス部と、前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器からの装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整する制御部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１０】
本発明の第３の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記第１電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記プラズマ処理装置は、さらに、プラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を具備し、前記インピーダンス調整手段は、前記第１電極の前記内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路と、前記第１電極の内側電極への給電ラインに設けられた可変コンデンサと、前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器と、前記プラズマを形成した状態で、前記可変コンデンサのキャパシタンスを変更させながら、前記検出器からの装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変コンデンサのキャパシタンスを基準となる値に調整する制御部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１１】
本発明の第４の観点によれば、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、前記第１電極の給電ラインに可変インピーダンス部を設け、前記第１電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法を提供する。
【００１２】
本発明の第５の観点によれば、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第１電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、前記第１電極の内側電極への給電ラインまたは外側電極への給電ラインに可変インピーダンス部を設け、前記第１電極の内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法を提供する。
【００１３】
本発明の第６の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、前記第１電極にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを具備し、前記第１電極は、内側電極および外側電極に分割され、前記第１電極および前記第２電極との間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におけるインピーダンス調整方法であって、前記第１電極の内側電極への給電ラインに可変コンデンサを設け、前記第１電極の内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器を設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変コンデンサのキャパシタンスを変更させながら、前記検出器により装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変コンデンサのキャパシタンスの値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整することを特徴とするインピーダンス調整方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、共振回路と、前記第１電極の給電ラインに設けられた可変インピーダンス部と、前記共振回路の共振点を把握するための装置状態を検出する検出器とを設け、前記プラズマを形成した状態で、前記可変インピーダンス部の値を変更させながら、前記検出器の装置状態の信号を検出して、前記共振回路の共振点を探し出し、前記共振点における可変インピーダンス部の値を基準となる値に調整してプラズマソース側のインピーダンスを調整するので、パーツの寸法公差や取り付け誤差等により生じる装置間やクリーニングサイクル毎のプラズマソース側のインピーダンスの差を最小限に抑えることができる。また、プラズマを生成した状態で調整を行うことができるので、インピーダンスの調整精度が高い。さらに、特別な測定機器や測定治具を用いることがないので、コスト的に有利である。さらにまた、自動的に調整を行うことができるので、人為的ミスもない。
【００１５】
また、第１電極を内側電極および外側電極に分割し、内側電極の給電ラインまたは外側電極の給電ラインに可変インピーダンス部を設け、第１の電極のプラズマ接触面において内側部分と外側部分とで電界を制御してプラズマの空間分布の均一性を高める効果を得るプラズマ処理装置では、この装置が備える可変インピーダンス部、および内側電極へ高周波電流が流れ込むように形成された共振回路を利用して、インピーダンス調整を行うことができる。特に、内側電極の給電ラインに可変コンデンサを設けることにより、より有効にインピーダンス調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
【００１７】
このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。
【００１８】
チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板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の上に例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、その上に被処理基板である半導体ウエハＷが載置される。
【００１９】
サセプタ１６の上面には、半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック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で挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。
【００２０】
静電チャック１８の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなるフォーカスリング２４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、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。
【００２１】
サセプタ支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。
【００２２】
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２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。
【００２３】
下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部および下部電極３４，１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
【００２４】
上部電極３４は、サセプタ１６と所定の間隔をおいて対向配置されているリング状またはドーナツ状の外側上部電極３６と、この外側状部電極３６の半径方向内側に絶縁された状態で配置されている円板状の内側上部電極３８とで構成される。これらは、プラズマ生成に関して外側上部電極３６が主で、内側上部電極３８が補助の関係を有している。
【００２５】
図２に当該プラズマエッチング装置の要部を拡大して示すように、外側上部電極３６と内側上部電極３８との間には、例えば０．２５〜２．０ｍｍの環状ギャップ（隙間）が形成され、このギャップに例えば石英からなる誘電体４０が設けられる。このギャップにはさらにセラミックス部材９６が設けられている。セラミックス部材９６は省略することもできる。この誘電体４０を挟んで両電極３６と３８との間にコンデンサが形成される。このコンデンサのキャパシタンスＣ４０は、ギャップのサイズと誘電体４０の誘電率に応じて所望の値に選定または調整される。外側上部電極３６とチャンバ１０の側壁との間には、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなるリング形状の絶縁性遮蔽部材４２が気密に取り付けられている。
【００２６】
外側上部電極３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体、例えばシリコンで構成されるのが好ましい。外側上部電極３６には、整合器４４、上部給電棒４６、コネクタ４８および給電筒５０を介して、第１の高周波電源５２が電気的に接続されている。第１の高周波電源５２は、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合器４４は、第１の高周波電源５２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源５２の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。整合器４４の出力端子は上部給電棒４６の上端に接続されている。
【００２７】
給電筒５０は、円筒状または円錐状あるいはそれらに近い形状の導電板たとえばアルミニウム板または銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極３６に接続され、上端がコネクタ４８によって上部給電棒４６の下端部に電気的に接続されている。給電筒５０の外側では、チャンバ１０の側壁が上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びて円筒状の接地導体１０ａを構成している。この円筒状接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材５４により上部給電棒４６から電気的に絶縁されている。かかる構成においては、コネクタ４８からみた負荷回路において、給電筒５０および外側上部電極３６と円筒状接地導体１０ａとで、給電筒５０および外側上部電極３６を導波路とする同軸線路が形成される。
【００２８】
図１に示すように、内側上部電極３８は、多数のガスのガス吐出孔５６ａを有する、例えばシリコン、炭化珪素などの半導体材料からなる電極板５６と、この電極板５６を着脱可能に支持する導電材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる電極支持体５８とを有する。電極支持体５８の内部には、例えばＯリングからなる環状隔壁部材６０で分割された中心ガス導入室６２と周辺ガス導入室６４とが設けられている。中心ガス導入室６２とその下面に設けられている多数のガス吐出孔５６ａとで中心シャワーヘッドが構成され、周辺ガス導入室６４とその下面に設けられている多数のガス吐出孔５６ａとで周辺シャワーヘッドが構成されている。
【００２９】
２つのガス導入室６２，６４には、共通の処理ガス供給源６６から処理ガスが所望の流量比で供給されるようになっている。すなわち、処理ガス供給源６６からのガス供給管６８が途中で２つに分岐してガス導入室６２，６４に接続され、それぞれの分岐管６８ａ，６８ｂに流量制御弁７０ａ，７０ｂが設けられており、処理ガス供給源６６からガス導入室６２，６４までの流路のコンダクタンスは等しいので、流量制御弁７０ａ，７０ｂにより中心ガス導入室６２と周辺ガス導入室６４とに供給する処理ガスの流量比を任意に調整することができる。ガス供給管６８にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）７２および開閉バルブ７４が設けられている。このように、中心ガス導入室６２と周辺ガス導入室６４とに導入する処理ガスの流量比を調整することで、中心シャワーヘッドから吐出されるガスの流量ＦＣと周辺シャワーヘッドから吐出されるガスの流量ＦＥとの比率（ＦＣ／ＦＥ）を任意に調整することができるようになっている。なお、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ吐出させる処理ガスの単位面積当たりの流量を異ならせることも可能である。さらに中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ吐出させる処理ガスのガス種またはガス混合比を独立または別個に選定することも可能である。
【００３０】
内側上部電極３８の電極支持体５８には、整合器４４、上部給電棒４６、コネクタ４８および下部給電筒７６を介して上記第１の高周波電源が電気的に接続されている。下部給電筒７６の途中には、キャパシタンスを可変調整することができる可変コンデンサ７８が設けられている。この可変コンデンサ７８は、後述するように、外側電界強度と内側電界強度とのバランスを調整する機能を有するとともに、装置のプラズマソース側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整機構の一部として機能する。
【００３１】
図示は省略するが、外側上部電極および内側上部電極３８にも適当な冷媒室または冷却ジャケットを設けて、外部のチラーユニットからの冷媒を介してこれら電極の温度制御を行うようにしてもよい。
【００３２】
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４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内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。
【００３３】
下部電極であるサセプタ１６には、整合器８８を介して第２の高周波電源９０が電気的に接続されている。この第２の高周波電源９０から下部電極サセプタ１６に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハＷ側にイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、２〜２７ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合器８８は高周波電源９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に高周波電源９０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。なお、整合器８８には、後述するインピーダンス調整機構の一部をなすＶＰＰモニタ（電圧検出器）８９が内蔵されている。以下、ＶＰＰとは高周波電圧波形のピーク間の電位差のことを指すものとする。
【００３４】
内側上部電極３８には、第１の高周波電源５２からの高周波（６０ＭＨｚ）は通さずに第２の高周波電源９０からの高周波（２ＭＨｚ）をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されるが、１本の導線だけでも第１の高周波電源５２からの高周波（６０ＭＨｚ）に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、下部電極であるサセプタ１６には、第１の高周波電源５２からの高周波（６０ＭＨｚ）をグランドに通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９４が電気的に接続されている。
【００３５】
本実施形態に係るプラズマエッチング装置は、図３に示すように、インピーダンス調整機構１００を有している。インピーダンス調整機構１００は、可変インピーダンス部を構成する上記可変コンデンサ７８と、上記内側上部電極３８に流れ込む電流によって形成される共振回路１０１と、上記ＶＰＰモニタ８９と、装置内にプラズマを生成させた際に、上記可変コンデンサ７８のキャパシタンスを変化させつつ、ＶＰＰモニタ８９により検出された下部電極（サセプタ１６）のバイアスＶＰＰの値に基づいて、上記共振回路１０１の共振点を探し出し、共振点における可変コンデンサのキャパシタンスの値を基準となる値に合わせるコントローラ１０２とを有している。これによりプラズマソース側でのインピーダンスの調整が可能となる。なお、ＶＰＰモニタ８０により検出された下部電極のバイアスＶＰＰは、ＶＰＰモニタ８０により検出される第２の高周波電源９０からの高周波電力に対するＶＰＰと言い換えることができる。
【００３６】
このように構成されるプラズマエッチング装置においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象である半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量および流量比で中心ガス導入室６２および周辺ガス導入室６４に導入し、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し、その中の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）のようなハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ＡｒガスやＯ２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
【００３７】
このようにチャンバ１０内にエッチングガスを導入した状態で、第１の高周波電源５２からプラズマ生成用の高周波電力（６０ＭＨｚ）を所定のパワーで上部電極３４に印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用の高周波（２ＭＨｚ）を所定のパワーで下部電極であるサセプタ１６に印加する。また、直流電源２２から直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。
【００３８】
内側上部電極３８のガス吐出孔５６ａから吐出されたエッチングガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、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の被処理面がエッチングされる。
【００３９】
このプラズマエッチング装置では、上部電極３４に高い周波数領域（イオンが動けない５〜１０ＭＨｚ以上）の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい解離状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。
【００４０】
また、上部電極３４において、半導体ウエハＷと直に対向する内側上部電極３８をシャワーヘッド兼用型とし、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドとでガス吐出流量の比率を任意に調整することができるので、ガス分子またはラジカルの密度の空間分布を径方向で制御し、主にラジカルに起因するエッチング特性の空間的な分布特性を任意に制御することもできる。
【００４１】
一方、上部電極３４においては、後述するように、プラズマ生成のための高周波電極として、外側上部電極３６を主、内側上部電極３８を副とし、これら電極３６，３８よりこれらの直下の電子に与える電界強度の比率を調整可能にしているので、プラズマ密度の空間分布を径方向で制御することができ、反応性イオンエッチングの空間的な特性を任意かつ精細に制御することができる。
【００４２】
ここで、外側上部電極３６と内側上部電極３８との間で電界強度または投入電力の比率を可変にすることによって行われるプラズマ密度空間分布の制御は、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドとの間で処理ガスの流量やガス密度またはガス混合比の比率を可変することによって行われるラジカル密度空間分布の制御に実質的に影響を及ぼさない。つまり、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドから噴出される処理ガスの解離は内側上部電極３８直下のエリア内で行われるため、内側上部電極３８と外側上部電極３６との間で電界強度のバランスを変えても、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドとは内側上部電極３８内にあり同一エリア内であるから、これらの間のラジカル生成量ないし密度のバランスにはさほど影響しない。したがって、プラズマ密度の空間分布とラジカル密度の空間分布とを実質的に独立に制御することができる。
【００４３】
また、本実施形態のプラズマエッチング装置は、外側上部電極３６が主であり、その直下でプラズマの大部分ないし過半を生成して内側上部電極３８の直下に拡散させる。このため、シャワーヘッドを兼ねる内側上部電極３８においては、プラズマのイオンから受けるアタックが少ないため、交換部品である電極板５６のガス吐出孔５６ａのスパッタ進行を効果的に抑制し、電極板５６の寿命を大幅に延ばすことができる。一方、プラズマの大部分ないし過半を生成する外側上部電極３６は、電界の集中するガス吐出口を有してはいないため、イオンのアタックは少なく、寿命が短くなるようなことはない。
【００４４】
次に、図２および図４を参照して、外側上部電極３６と内側上部電極３８との間電界強度または投入電力を可変とすることによって行われるプラズマ密度空間分布の制御についてさらに詳細に説明する。図２は、上述したように、本実施形態のプラズマエッチング装置の要部、特にプラズマ生成手段を構成する要部の構成を示しており、図４はプラズマ生成手段の要部の等価回路を示す。なお、図２ではシャワーヘッド部の構造を省略し、図４では各部の抵抗を省略している。
【００４５】
上述したように、コネクタ４８からみた負荷回路において、外側上部電極３６および給電筒５０と円筒状接地導体１０ａとで、外側上部電極３６および給電筒５０を導波路Ｊｏとする同軸線路が形成される。ここで給電筒５０の半径（外径）をａｏ、円筒状接地導体１０ａの半径をｂとすると、この同軸線路の特性インピーダンスまたはインダクタンスＬｏは以下の（１）式で近似することができる。
Ｌｏ＝Ｋ・ｌｎ（ｂ／ａｏ）          ‥‥‥（１）
ただし、Ｋは導波路のキャリアの移動度および誘電率で決まる定数である。
【００４６】
一方、コネクタ４８からみた負荷回路において、下部給電棒７６と円筒状接地導体１０ａとの間でも下部給電棒７６を導波路Ｊｉとする同軸線路が形成される。内側上部電極３８も下部給電棒７６の延長上にあるが、直径が極端に違うため、下部給電棒７６のインピーダンスが支配的になる。ここで、下部給電棒７６の半径（外径）をａｉとすると、この同軸線路の特性インピーダンスまたはインダクタンスＬｉは以下の（２）式で近似することができる。
Ｌｉ＝Ｋ・ｌｎ（ｂ／ａｉ）          ‥‥‥（２）
【００４７】
上記（１）、（２）式から理解されるように、内側上部電極３８に高周波を伝える内側導波路Ｊｉは従来の一般的な高周波システムと同様のインダクタンスＬｉを与えるのに対して、外側上部電極３６に高周波を伝える外側導波路Ｊｏは径が大きい分だけ著しく小さなインダクタンスＬｏを与えることができる。これにより、整合器４４からみてコネクタ４８より先の負荷回路では、低インピーダンスの外側導波路Ｊｏで高周波が伝播しやすく（電圧降下が小さく）、外側上部電極３６に相対的に大きい高周波電力Ｐｏを供給して、外側上部電極３６の下面（プラズマ接触面）で強い電界強度Ｅｏを得ることができる。一方、高インピーダンスの内側導波路Ｊｉでは高周波が伝播しにくく（電圧降下が大きく）、内側上部電極３８に外側上部電極３６に供給される高周波電力Ｐｏよりも小さい高周波電力Ｐｉが供給され、内側上部電極３８の下面（プラズマ接触面）で得られる電界強度Ｅｉを外側上部電極３６側の電界強度Ｅｏよりも小さくすることができる。
【００４８】
このように、上部電極３４では、外側上部電極３６の直下で相対的に強い電界Ｅｏで電子を加速させると同時に、内側上部電極３８の直下では相対的に弱い電界Ｅｉで電子を加速させることとなり、これによって外側上部電極３６の直下でプラズマＰの大部分ないし過半が生成され、内側上部電極３８の直下では補助的にプラズマＰの一部が生成される。そして、外側上部電極３６の直下で生成された高密度のプラズマが径方向の内側と外側に拡散することにより、上部電極３４とサセプタ１６との間のプラズマ処理空間においてプラズマ密度が径方向で均される。
【００４９】
外側上部電極３６および給電筒５０と円筒状接地導体１０ａとで形成される同軸線路における最大伝送電力Ｐｍａｘは、給電筒５０の半径ａｏと円筒状接地導体１０ａの半径ｂとに依存し、以下の（３）式で与えられる。
Ｐｍａｘ／Ｅｏｍａｘ２＝ａｏ２［ｌｎ（ｂ／ａｏ）］２／２Ｚｏ  ‥‥（３）
ただし、Ｚｏは整合器４４側からみた当該同軸線路の入力インピーダンスであり、ＥｏｍａｘはＲＦ伝送系の最大電界強度である。
【００５０】
上記（３）式において、最大伝送電力Ｐｍａｘはｂ／ａｏ≒１．６５で極大値となる。このことから、外側導波路Ｊｏの電力伝送効率を向上させるには、給電筒５０の径サイズに対する円筒状接地導体１０ａの径サイズの比（ｂ／ａｏ）が約１．６５となるように構成するのが最も好ましく、少なくとも１．２〜２．０の範囲内に入るように構成するのが好ましい。さらには１．５〜１．７の範囲である。
【００５１】
プラズマ密度の空間分布を任意かつ精細に制御するためには、外側上部電極３６直下の外側電界強度Ｅｏ（または外側上部電極３６側への投入電力Ｐｏ）と内側上部電極３８直下の内側電界強度Ｅｉ（または内側上部電極３８側への投入電力Ｐｉ）との比率つまりバランスを調整することが好ましく、その手段として下部給電棒７６の途中に可変コンデンサ７８が挿入されている。この可変コンデンサ７８のキャパシタンスＣ７８と全体の投入電力に対する内側上部電極３８側への投入電力Ｐｉの比率との関係は図５に示すようになっている。この図から明らかなように、可変コンデンサ７８のキャパシタンスＣ７８を変えることにより、内側導波路Ｊｉのインピーダンスまたはリアクタンスを増減させ、外側導波路Ｊｏの電圧降下と内側導波路Ｊｉの電圧降下との相対比率を変えることができ、ひいては外側電界強度Ｅｏ（外側投入電力Ｐｏ）と内側電界強度Ｅｉ（内側投入電力Ｐｉ）との比率を調整することができる。
【００５２】
なお、プラズマの電位降下を与えるイオンシースのインピーダンスは一般に容量性である。図４の等価回路では、外側上部電極３６直下におけるシースインピーダンスのキャパシタンスをＣＰｏ、内側上部電極３８直下におけるシースインピーダンスのキャパシタンスをＣＰｉと擬制している。また、外側上部電極３６と内側上部電極３８との間に形成されるコンデンサのキャパシタンスＣ４０は、可変コンデンサ７８のキャパシタンスＣ７８と組み合わさって上記のような外側電界強度Ｅｏ（外側投入電力Ｐｏ）と内側電界強度Ｅｉ（内側投入電力Ｐｉ）とのバランスを左右するものであり、可変コンデンサ７８による電界強度（投入電力）バランス調整機能を最適化することができるような値に選定または調整されることが好ましい。
【００５３】
ところで、この種のプラズマ処理装置は、パーツの寸法公差や取り付け誤差等により、装置間やクリーニングサイクル毎にプラズマソース側のインピーダンスに微少な差が存在し、これによりプロセス特性がばらついてしまう。
【００５４】
このため、本実施形態では、上述したような、外側電界強度Ｅｏ（外側投入電力Ｐｏ）と内側電界強度Ｅｉ（内側投入電力Ｐｉ）との比率を調整するための可変コンデンサ７８を可変インピーダンス部として含むインピーダンス調整機構１００によりプラズマを生成した状態で予めインピーダンス調整を行う。インピーダンス調整機構１００は、上記可変コンデンサ７８によるインピーダンス可変機能と、上記上部電極３４の内側上部電極３８に流れ込む電流によって形成される共振回路１０１とを利用し、ＶＰＰモニタ８９によってその共振回路の共振点を探し出し、共振点における可変インピーダンス部の値、すなわち可変コンデンサ７８のキャパシタンスの値を基準となる値に合わせる。
【００５５】
具体的には、装置内にプラズマを生成させた際に、上記可変コンデンサ７８のキャパシタンスを変化させつつ、ＶＰＰモニタ８９により下部電極のバイアスＶＰＰの値を検出し、コントローラ１０２により、この下部電極のバイアスＶＰＰの値に基づいて、上記内側上部電極３８に流れ込む電流によって形成される共振回路１０１の共振点を探し出し、共振点における可変コンデンサ７８のキャパシタンスの値を基準となる値に合わせる。これによりプラズマソース側でのインピーダンスの調整が可能となる。ここで、本実施形態における、プラズマソース側のインピーダンスとは、図４のＰＩで示した範囲内における回路のインピーダンスである。
【００５６】
共振回路１０１をより詳細に説明すると、図６に示すようになる。すなわち、共振回路１０１は、給電棒４６からコネクタ４８、外側上部電極３６に給電する給電筒５０、および外側上部電極３６を介して内側上部電極３８に流れる図６（ａ）の実線で示すラインと、給電棒４６からコネクタ４８、外側上部電極に給電する給電筒５０、外側上部電極３６、給電筒５０、可変コンデンサ７８を通って内側上部電極３８に流れる図６（ｂ）の破線で示すラインとで形成される。このように構成される共振回路では、共振点において内側上部電極３８に流れる高周波電流が最も大きくなる。なお、図６に示すように、高周波電流は、導電体においてはその表面を流れる。
【００５７】
上述した図５に示すように、可変コンデンサ７８のキャパシタンスを変化させることにより、内側上部電極３８からの内側電界強度Ｅｉの比率を変化させることができるから、可変コンデンサ７８のキャパシタンスを変化させることにより共振回路１０１の共振点を探すことができる。
【００５８】
この際の内側上部電極３８に流れる高周波電流は、装置状態、例えば下部電極であるサセプタ１６のバイアスＶＰＰに反映され、内側上部電極に最も大きな高周波電流が流れる共振点において、ＶＰＰの値は極小値を示す。つまり、図７に示すように、プラズマを生成させた状態で可変コンデンサ７８のステップ（ＣＰＩ値）を増減し、キャパシタンスを変化させると、ＶＰＰモニタ８９が検出する下部電極のバイアスＶＰＰの値が変化し、あるＣＰＩ値においてＶＰＰの値は極小値を示す。このようにＶＰＰの値が極小値を示す場合に、上記共振回路が共振点を示すこととなる。なお、ＣＰＩ値は、可変コンデンサ７８のキャパシタンスの変化幅を所定数のステップに分割した値をいい、実際のキャパシタンスの値に対応する。
【００５９】
本実施形態ではこのことを利用して、インピーダンス調整機構１００のコントローラ１０２により、以下の手順でインピーダンス調整を行う。この際の手順を図８のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００６０】
まず、プラズマエッチング装置内にダミーウエハを搬入し、第１の高周波電源５２に給電してプラズマを生成させ、可変コンデンサ７８の初期ステップ（ＣＰＩ値）での下部電極（サセプタ１６）のバイアスＶＰＰの値を取得する（ＳＴＥＰ１）。この場合のＶＰＰは、複数個、例えば２０個のデータの平均値を求める。この際に、プラズマ不安定や異常放電等によりＶＰＰが異常値を示していないかどうかを判断する（ＳＴＥＰ２）。具体的には、複数個のＶＰＰデータの振れ幅が例えば５０Ｖ以上である場合、プラズマ不安定や異常放電等の可能性ありとして再試行を求める。
【００６１】
このＳＴＥＰ２は、ＶＰＰの変化量をモニタすることにより、例えば以下のようにして行う。
複数個のＶＰＰデータのうち最初の３ポイントは下記のように比較する。
−５０＜ＶＰＰ（ｉ＋１）−ＶＰＰ（ｉ）＜５０    （ｉ＝０，１，２）
４ポイント目から残りは、下記のように移動平均にて比較する。
−５０＜ＶＰＰ（ｉ）−｛（ＶＰＰ（ｉ−１）＋ＶＰＰ（ｉ−２）＋ＶＰＰ（ｉ−３））／３｝＜５０    （３＜ｉ＜１９）
【００６２】
それぞれのＶＰＰの値が正常であった場合、平均ＶＰＰ値が極小値か否かを判定する（ＳＴＥＰ３）。この判定はコントローラ１０２により、以下のように行われる。すなわち、可変コンデンサ７８のステップ値（ＣＰＩ値）と（平均）ＶＰＰ値との関係は、前述の図７のように示されるので、ＶＰＰ（ｊ＋１）−ＶＰＰ（ｊ）を計算し（ただし、ｊ：ＣＰＩ値、ＶＰＰ（ｊ）：ＣＰＩ値ｊにおける平均ＶＰＰ値である。）、
ＶＰＰ（ｊ＋１）−ＶＰＰ（ｊ）＜０
である場合、ＶＰＰ（ｊ）は極小値ではないと判定し、
ＶＰＰ（ｊ＋１）−ＶＰＰ（ｊ）＞０
である場合、ＶＰＰ（ｊ）は極小値であると判定する。
【００６３】
なお、上記平均ＶＰＰ値が極小値か否かを判定する方法を採用する場合は、一番最初に上記ＳＴＥＰ１〜３を実行する際のＣＰＩ値（初期ＣＰＩ値）が、共振点近傍のＣＰＩ値より小さいＣＰＩ値に設定する必要がある。
【００６４】
そして、求めた平均ＶＰＰ値が極小値でない場合、ＣＰＩ値を１増やし（ＳＴＥＰ４）、再度上記ＳＴＥＰ１〜３を行う。なお、これを繰り返してＣＰＩ値を１０以上増やしても共振点がない場合、ＣＰＩ値が共振点を超えてしまっている可能性があるため、その場合にはＣＰＩ値を１ずつ減らしてＶＰＰ値が極小値になる点を探す。
【００６５】
一方、求めたＶＰＰ値が極小値であった場合、このＣＰＩ値を共振点とし、この共振点のＣＰＩ値と基準となるＣＰＩ値との差をオフセット量として計算する（ＳＴＥＰ５）。すなわち、オフセット量＝（基準ＣＰＩ値）−（現在の共振点のＣＰＩ値）を算出する。ここで、基準となるＣＰＩ値は、クリーニング前の共振回路１０１の共振点におけるＣＰＩ値、またはインピーダンスが調整された同じ構造の他の装置の共振回路１０１の共振点におけるＣＰＩ値である。なお、共振点は、コントローラ１０２にパラメータとして設定されている。このオフセット量は、図９に示すように、ＶＰＰの基準波形（共振点におけるＣＰＩが基準値の場合）に対するずれに対応するものであり、このように共振点におけるＣＰＩ値のずれを把握することにより、インピーダンス値の基準値からのずれを把握することができる。
【００６６】
このオフセット量を例えば装置画面に表示するようにし、この画面によりユーザーが算出されたオフセット値を確認することができるようにする（ＳＴＥＰ６）。そして、ユーザーの操作によりオフセットコマンドが実施され（ＳＴＥＰ７）、これによりコントローラ１０２から可変コンデンサ７８のコントロールボックス（図示せず）へ指令が送信され、可変コンデンサ７８のコントロールボックスが初期化されるとともに、可変コンデンサ７８の共振点のＣＰＩ値が上述のように算出されたオフセット値に対応する値だけオフセットされる（ＳＴＥＰ８）。その後、この初期化コマンドが正常に実施されたか否かを判定し（ＳＴＥＰ９）、正常に行われたと判断された場合に、上記ＳＴＥＰ１〜３を実施し、共振点が修正されたか否かをユーザーが確認し（ＳＴＥＰ１０）、修正されていればインピーダンス調整を終了し、修正されていなければインピーダンス調整をやりなおす。
【００６７】
このように、共振回路１０１の共振点を利用して可変コンデンサ７８のキャパシタンスの値を基準となる値に調整することができるので、パーツの寸法公差や取り付け誤差等により生じる装置間やクリーニングサイクル毎のプラズマソース側のインピーダンスの差を最小限に抑えることができる。また、プラズマを生成した状態で調整を行うことができるので、インピーダンスの調整精度が高い。さらに、特別な測定機器や測定治具を用いることがないので、コスト的に有利である。さらにまた、ほとんど自動的に調整を行うことができるので、人為的ミスもほとんどない。なお、上記では、プラズマエッチング装置内にダミーウエハを搬入してインピーダンス調整を行う手順を説明したが、ダミーウエハを搬入しなくても、同様の手法でインピーダンス調整を行うことができる。
【００６８】
図１０に以上のようにして実際にインピーダンス調整を行った例を示す。この例では、基準となる共振点でのＣＰＩ値が６３であり、調整前の共振点でのＣＰＩ値は６４であった。このため、上述の手順に従って、共振点でのＣＰＩ値が６３になるように調整した。
【００６９】
上記例では、共振回路１０１の共振点を下部電極におけるバイアスＶＰＰを用いて把握したが、図１１に示す上部電極の整合器４４の２つのコンデンサＣ１およびＣ２のキャパシタンスを用いても把握することができる。これにより共振点を把握し、実際にインピーダンス調整を行った結果を図１２に示す。Ｃ１は共振点において極小値を示し、Ｃ２は共振点において極大値を示し、この例では、基準となるＣＰＩ値は６５であり、調整前のＣＰＩ値は６６である。この場合でも、上述の手順にしたがって、Ｃ１の極小値およびＣ２の極大値が６５になるように調整してインピーダンス調整を行うことができる。
【００７０】
その他、上部電極側にＶＩプローブ（電流・電圧・位相・ある周波数に対する高調波等を検出可能な検出器）を設置した場合、下部電極側にＶＩプローブを設置した場合において、その電圧値または電流値を用いても共振回路１０１の共振点を把握することができる。
【００７１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、可変インピーダンス部として可変コンデンサを用いたが、これに限らず、可変コイルや可変抵抗等、他の回路を用いることもできる。また、上記実施形態では、内側上部電極への給電ラインに可変インピーダンス部を設けたが、外側上部電極の給電ラインに設けてもよい。さらに、プラズマ生成用の高周波電力を上部電極に印加するプラズマ処理装置について示したが、下部電極に印加するプラズマ処理装置であってもよい。さらにまた、プラズマ生成用の高周波電力が印加される電極を分割電極にした例について示したが、必ずしも分割されていなくてもよい。さらにまた、装置状態のモニタとして下部電極のバイアスＶＰＰ、上部電極の整合器に含まれているコンデンサのキャパシタンス、ＶＩプローブが検出する電圧値や電流値を例示したが、これに限らず、共振回路の共振点を把握することができるものであれば特に限定されない。さらにまた、上記実施形態ではプラズマエッチング装置を例にとって説明したが、本発明はＣＶＤ成膜装置やスパッタリング装置等の他のプラズマ処理装置に適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【図２】図１のプラズマエッチング装置の要部の構成を示す部分拡大断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置のインピーダンス調整機構を説明するための概略構成図。
【図４】図１のプラズマエッチング装置におけるプラズマ生成手段の要部の等価回路を示す回路図。
【図５】図１のプラズマエッチング装置における可変コンデンサのキャパシタンスと電界強度比率との関係を示す図。
【図６】図１のプラズマエッチング装置におけるインピーダンス調整機構の共振回路を詳細に説明するための図。
【図７】図１のプラズマエッチング装置におけるインピーダンス調整機構の可変コンデンサのＣＰＩ値と下部電極のバイアスＶＰＰとの関係を示す図。
【図８】図１のプラズマエッチング装置におけるインピーダンス調整機構のインピーダンス調整手順を説明するためのフローチャート。
【図９】図１のプラズマエッチング装置におけるインピーダンス調整機構の可変コンデンサのＣＰＩ値と下部電極のバイアスＶＰＰとの関係の基準波形と測定波形を示す図。
【図１０】実際にインピーダンス調整を行った場合の可変コンデンサのＣＰＩ値と下部電極のバイアスＶＰＰとの関係を示す図。
【図１１】図１のプラズマエッチング装置における第１の高周波電源に接続された整合器の概略構成を示す図。
【図１２】装置状態として第１の高周波電源に接続された整合器のコンデンサを用いた場合における可変コンデンサのＣＰＩ値と整合器のコンデンサの値との関係を示す図。
【符号の説明】
【００７３】
１０…チャンバ（処理容器）
１６…サセプタ（下部電極）
３４…上部電極
３６…外側上部電極
３８…内側上部電極
４４，８８…整合器
４６…給電棒
５０…給電筒
５２…第１の高周波電源
６６…処理ガス供給源
７８…可変コンデンサ（可変インピーダンス部）
８４…排気装置
８９…バイアスＶＰＰモニタ
９０…第２の高周波電源
１００…インピーダンス調整機構
１０１…共振回路
１０２…コントローラ
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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