(57)【要約】      （修正有）【課題】量産安定性と機差低減に関わるプラズマのイオンフラックスの量（プラズマ密度）と、その分布に関する装置状態を検知する手段を備えたプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空容器１０８、ガス導入手段１１１、圧力制御手段、プラズマソース電源１０１、被処理物１１２を真空容器内に載置する下部電極１１３、高周波バイアス電源１１７を具備するプラズマ処理装置において、プラズマソース電源１０１と高周波バイアス電源１１７とは異なる発振周波数をプラズマ処理室内に発振するプローブ高周波発振手段１０３と、プローブ高周波発振手段１０３から発振される高周波をプラズマに接する面で受信する高周波受信部１１４、１１５と、プローブ高周波発振手段１０３と受信部１１４、１１５から形成せられる電気回路内の発振周波数毎のインピーダンス、反射率及び透過率、高調波成分の変動を測定する高周波解析手段１１０を具備する。【選択図】図１
2011014579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、前記真空容器内にプラズマ用のガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に導入された前記ガスの圧力を制御する圧力制御手段と、前記真空容器内に導入された前記ガスにプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、プラズマ処理される被処理物を前記真空容器内に載置する載置手段と、前記載置手段に高周波バイアスを印加する高周波バイアス印加手段とを具備するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生手段のプラズマソース電源と前記高周波バイアス印加手段の高周波バイアス電源とは異なる、微小出力発振周波数を前記真空容器内に発振するプローブ高周波発振手段と、
前記プローブ高周波発振手段から発振される高周波をプラズマとは絶縁層を介して接する面で受信し、前記被処理体の表面に対して平行方向及び垂直方向に配置された複数の高周波受信手段と、
前記プローブ高周波発振手段と前記高周波受信手段から形成せられる電気回路内の発振周波数毎のインピーダンス、又は発振周波数毎の反射率及び透過率を測定し、測定した前記インピーダンス、又は前記反射率及び前記透過率を用いて、プラズマ密度や分布の変化量を演算する高周波解析手段とを有する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記プローブ高周波発振手段は、異なる複数の周波数を持つ前記高周波バイアス電源又は前記プラズマソース電源である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記プローブ高周波発振手段が周波数掃引手段を具備し、前記周波数掃引手段が発振する掃引発振周波数がプラズマの密度に対応するプラズマ振動数を含み、かつ、前記高周波受信手段が前記掃引発振周波数と同期する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ処理装置において、
前記プローブ高周波発振手段が発振する前記掃引発振周波数の範囲が、１００ｋＨｚ以上３ＧＨｚ以下である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載のプラズマ処理装置において、
前記被処理体の表面に対して水平方向に配置される前記高周波送受信手段は、前記載置手段に設けられている静電吸着用電極である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項５記載のプラズマ処理装置において、
前記静電吸着用電極は、同心円状に二つに分割されたダイポール型の静電吸着電極である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項５項記載のプラズマ処理装置において、
前記プローブ高周波発振手段からの高周波は、前記真空容器内に配置されたアンテナから供給される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記プローブ高周波発振手段からの高周波は、前記真空容器内に配置された前記載置手段から供給される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
被処理物を搬送し真空容器内の載置手段上に載置する工程と、前記真空容器内にプラズマ用のガスを導入する工程と、前記真空容器内の前記ガスの圧力を調整する工程と、プラズマを生成する工程と、前記載置手段にバイアスを印加して前記被処理物にプラズマ処理をするプラズマ処理工程と、前記被処理物のプラズマ処理後に装置をプラズマクリーニングする工程を有するプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理工程の前後に、高周波受信部、ソース電源系統又はＲＦバイアス系統から高周波を発振して、それぞれの反射特性を取得する経路診断工程、若しくは、プラズマインピーダンスや反射波、透過波を検知するプラズマ処理前診断工程
の少なくともひとつを有し、
前記プラズマ処理工程前後の反射係数、透過係数の共振周波数特性からの変化量に応じて高周波解析により装置状態を判定する装置状態判定工程を備える
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
請求項９記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理工程において、プラズマ密度や分布を検知し、それらを一定に制御する工程を備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１１】
請求項９記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理工程において検知したプラズマ密度や分布の変化量に応じて、前記クリーニング工程の条件を変化させる工程を備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のプラズマ処理方法において、
前記クリーニング工程において、受信部分のインピーダンス、反射率の変化に基づいてクリーニングの終点を検知する工程を備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置やフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）を製造するドライエッチング、ＣＶＤに使用されるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体やＦＰＤを製造する工程のひとつである、ドライエッチング工程では、エッチング装置の高稼働率と高歩留まりが要求される。この稼働率向上のために、一台の装置に複数チャンバーを備えるクラスター化が進んでおり、この場合、チャンバー間での性能差（チャンバー間機差）や装置間での性能差（装置間機差）の低減が必要とされている。
【０００３】
一方、高歩留まりを実現するためには、被処理物の面内均一性向上と量産安定性が必要である。面内均一性や量産安定性を実現するために、エッチング原理に従い、中性粒子とイオンの入射フラックスとイオン入射エネルギーを被処理物の面内で一定にすること、それらの処理時間の経過に伴う変動を抑制する必要がある。
【０００４】
量産安定性を実現するひとつの観点において異物の発生防止や汚染防止があるが、その手法として、静電吸着手段へ印加する直流電源や、バイアス印加手段やプラズマ生成手段にてプラズマインピーダンスをモニタし、異物等の装置異常を予知し、部品交換やメンテナンスを行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、中性粒子やイオンのフラックス比の均一化、安定化の観点では、これらの量を何らかの形で検知し、装置パラメータへフィードバック制御する、Advanced Process Control（ＡＰＣ）技術が存在する。例えば、中性粒子の相対量的な変動を検知する手法として、プラズマの発光を分光する方法が一般的である。このとき、プラズマ発光を受光する受光部を面内方向に複数備えることにより、発光する中性粒子の面内分布の変化を検知し、プラズマの分布が補正される。
【０００６】
一方、イオンのフラックスを検知する方法として金属プローブ測定が一般的であるが、プローブを導入すること自体が異物や汚染、処理プラズマへの擾乱の原因になっているため、量産装置への適用が困難であった。近年、高周波アンテナにそれを囲む絶縁管を有する構造により、非汚染で簡便なプラズマ密度測定方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、既存の電源の電圧電流を壁面でモニタすることにより、プラズマ密度を含む情報を得る手段が提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２５０７５５号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３１２４
【特許文献３】特開平８−２２２３９６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エッチングプロセスにおいて、性能安定性を阻害する主要因は、装置チャンバー内壁面状態の経時変化である。壁面状態が堆積物や表面変質により変化すると、壁面からの脱離する粒子の組成比やそれらの量も変化するため、プラズマ中の中性粒子の組成も変化する。また、その際壁面からの２次電子放出量も変化するため、壁面に近いところからプラズマ密度の面内分布が変化し、プラズマ全体の密度も変化していく。しかし、現状のモニタ（例えば、プラズマ発光、装置制御パラメータのＲＦバイアスＶｐｐやソースパワーの整合ポイント）のみでは、プラズマ密度が変化したのか中性ラジカル種が変化したのか、モニタに現れる変動の原因を切り分けることが困難であった。また、装置部品の消耗や絶縁被膜の劣化もプラズマ密度や中性ラジカル組成の変化を引き起こすが、この部品の消耗度、交換時期については、従来は、規定された放電時間を基準にしていたため、部品の消耗度が予想を超えていた場合、異物や故障が発生し歩留まり低下を招いていた。
【０００９】
特許文献２記載の高周波プローブ方法によるプラズマ密度の測定においては、金属汚染や安定性に対し優位であるが、高周波アンテナとそれを囲む誘電体に存在する表面波がそのプローブ周辺のプラズマと共振点を検知するという原理を考えると、プローブ周辺のプラズマ密度のみでプラズマ内の密度の情報を得ることができない。特許文献１、特許文献３記載の方法は、装置部品消耗度とプラズマ密度の変化が混在して検知するため、それだけではそれぞれの変化を切り分けることが困難であった。
【００１０】
本発明は、プラズマ処理性能の物理的な制御パラメータの一つである、プラズマ密度やその分布と部品の消耗等装置状態を検知するプラズマ処理装置を提供することである。加えて、物理パラメータを直接制御するＡＰＣやプラズマ処理性能の安定性向上、部品や装置の予防保全と故障診断を実現するプラズマ処理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】
【００１１】
上記目的は、真空容器と、前記真空容器内にプラズマ用のガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内に導入された前記ガスの圧力を制御する圧力制御手段と、前記真空容器内に導入された前記ガスにプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、プラズマ処理される被処理物を前記真空容器内に載置する載置手段と、前記載置手段に高周波バイアスを印加する高周波バイアス印加手段とを具備するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段のプラズマソース電源と前記高周波バイアス印加手段の高周波バイアス電源とは異なる、微小出力発振周波数を前記真空容器（プラズマ処理室）内に発振するプローブ高周波発振手段と、前記プローブ高周波発振手段から発振される高周波をプラズマとは絶縁層を介して接する面で受信し、前記被処理体の表面に対して平行方向及び垂直方向に配置された複数の高周波受信手段と、前記プローブ高周波発振手段と前記高周波受信手段から形成せられる電気回路内の発振周波数毎のインピーダンス、又は発振周波数毎の反射率及び透過率を測定し、測定した前記インピーダンス、又は前記反射率及び前記透過率を用いて、プラズマ密度や分布の変化量演算する高周波解析手段とを有するプラズマ処理装置により実現できる。
【００１２】
さらに、上記目的は、上記プラズマ処理装置において、前記複数の高周波受信手段を、それぞれ被処理体の表面に対して動径方向及び垂直方向に配置することにより実現できる。また、上記目的は、上記プラズマ処理装置において、前記プローブ高周波発振手段が周波数掃引手段を具備し、周波数掃引手段が発振する掃引周波数がプラズマの密度に対応するプラズマ振動数を含み、かつ、前記高周波受信手段が掃引周波数と同期することによって実現できる。さらに、そのときのプローブ高周波発振手段が周波数掃引手段を具備し、その発振された掃引周波数がプラズマの密度に対応するプラズマ振動数を含み（１００ｋＨｚ以上３ＧＨｚ以下）、かつ、前記高周波受信手段が掃引周波数と同期しており、該高周波受信手段がプラズマ処理室側壁と被処理物を載置する手段側に設置されることにより実現することができる。
【００１３】
上記目的は、上記プラズマ処理装置において、前記高周波受信手段を真空容器内に設けられたプラズマ処理室側壁と被処理物を載置する手段側に具備すること、前記プラズマの表面に対して垂直方向に配置される高周波受信手段が前記載置手段に設けられている静電吸着用電極であること、静電吸着用電極が同心円状に二つに分割されたダイポール型の静電吸着電極であることにより実現できる。また、上記目的は、上記のプラズマ処理装置において、前記プローブ高周波発振手段からの高周波を前記真空容器内に配置されたアンテナから供給すること、又は前記プローブ高周波発振手段からの高周波を前記真空容器内に配置された前記載置手段から供給することにより実現できる。
【００１４】
また、上記目的は、上記プラズマ処理装置において、被処理物を搬送し真空容器内の載置手段上に載置する工程と、前記真空容器内にプラズマ用のガスを導入する工程と、前記真空容器内の前記ガスの圧力を調整する工程と、プラズマを生成する工程と、前記載置手段にバイアスを印加して前記被処理物にプラズマ処理をするプラズマ処理工程と、前記被処理物のプラズマ処理後に装置をプラズマクリーニングする工程を有するプラズマ処理方法において、前記プラズマ処理工程の前後に、高周波受信部、ソース電源系統又はＲＦバイアス系統から高周波を発振して、それぞれの反射特性を取得する経路診断工程、若しくは、プラズマのインピーダンスや反射波、透過波を検知するプラズマ処理前診断工程の少なくともひとつを有し、前記プラズマ処理工程前後の反射係数、透過係数の共振周波数特性からの変化量に応じて高周波解析により装置状態を判定する装置状態判定工程を備えるプラズマ処理方法によって実現することができる。
さらに、プラズマ処理中のプラズマのインピーダンスや反射率と透過率を検知し、その検知結果を元に、プラズマの密度と分布を一定にするよう、プラズマ処理中の装置制御パラメータにフィードバック制御する工程、又はプラズマ処理後のプラズマクリーニング工程の条件を変化させる工程を備えるプラズマ処理方法によって実現することができる。本発明においては、反射波のみならず、透過波も測定することで、反射受信部近辺の密度だけでなく、発振部―受信部間のプラズマ内の分布の変化を検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の断面図。
【図２】本発明の図１を電気回路として記載した場合の等価回路。
【図３】４００ｋＨｚＲＦバイアス印加時の受信部電流の時間変化の模式図。
【図４】プラズマガスを変化させた場合の受信部電流の時間変化の模式図。
【図５】真空容器内に設置するチャンバー埋め込み型高周波受信部の断面図。
【図６】チャンバー搭置型受信部の上面から見た模式図と断面図。
【図７】本発明の実施例に係る高周波発信手段を搭置したプラズマ処理装置の断面図。
【図８】本発明の図７を電気回路として記載した場合の等価回路。
【図９】動径方向密度Ａ１と厚さ方向密度Ａ２で反射係数を測定した結果の模式図。
【図１０】ＥＳＣ膜厚を変化させた場合のプローブ共振周波数の変化を示す図。
【図１１】高周波発振手段を下部電極側に接続する場合の実施例を示す図。
【図１２】静電吸着電極をダイポール静電吸着部分とした場合の構造を示す図。
【図１３】経路スイッチング回路を挿入した場合の構成図。
【図１４】共振回路３０５を接続した受信部の模式図。
【図１５】本発明のプラズマ処理方法を示す全体フロー図。
【図１６】本発明のプラズマ密度ＡＰＣを示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施例１］まず、本発明を具現化する装置の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。図１に示すプラズマ処理装置は、真空容器の内部に配置されたプラズマ処理室の内側でプラズマを形成し、このプラズマを用いてプラズマ処理室内に配置された半導体ウェハ等の被エッチング材料である基板状の試料を処理するプラズマ処理装置である。
【００１７】
このプラズマ処理装置における真空容器は、プラズマ処理室としてのエッチングチャンバー１０８と、石英板１０５と、シャワープレート１０６と、ガス導入手段１１１と、ベースフレーム１２２、真空ポンプ及び圧力制御バルブ（ともに図１には未記載）とを備えている。
【００１８】
プラズマの発生手段は、２．４５０ＧＨｚマイクロ波のソース用電源１０１と、ソース電磁波用整合器１０２と、空洞共振部１０４と、電磁石１０７とを有している。エッチングガスは、マスフローコントローラとストップバルブから構成されるガス導入手段１１１を通して、エッチングガスを混合した後、シャワープレート１０６から、エッチングチャンバー１０８内に導入される。
【００１９】
被エッチング材料であるＳｉ（シリコン）ウェハ１１２を設置する下部電極１１３は、その上面であってＳｉウェハ１１２が載せられる載置面の外周側及び側壁を覆って配置されたリング形状のサセプタ１２０を備え、温度制御手段等（図１中には未記載）を用いて下部電極の温度を所定に制御することが可能である。エッチング処理中は、２台の直流電源１１８、１１８’で発生される−２０００〜＋２０００Ｖの互いに逆の直流電圧を印加してウェハ１１２を静電吸着させ、Ｓｉウェハ１１２と下部電極１１３との間の隙間に熱伝達効率のよいＨｅを充填し、圧力制御を行っている。このような静電吸着技術を用いることで、エッチング中のＳｉウェハ１１２の温度を調節している。
【００２０】
そして、下部電極１１３には、プラズマ中からウェハ１１２にイオンを引き込み、そのイオンエネルギー分布を制御するためのＲＦバイアス電源機構１１７と、ＲＦバイアス整合器１１６が接続されている。ＲＦバイアス電源機構１１７には、１つの電源だけでなく２つの異なる周波数の電源を用いている。ＲＦバイアス電源機構１１７のバイアスパワーで入射イオンのエネルギーとその分布を制御する。ＲＦバイアス電源機構１１７によれば、被処理物がシリコン、窒化シリコン、ＴｉＮ，レジスト、反射防止膜等の場合、１２インチ径の被処理物に対し最低１Ｗ程度から最大電力５００Ｗ程度（連続正弦波）、絶縁膜エッチングでは最大７ｋＷ程度の出力でよい。
【００２１】
また、チャージアップダメージ（電子シェーディング）低減効果を得るため、１００Ｈｚ〜３ｋＨｚの範囲でｏｎ−ｏｆｆ変調を行う、時間変調（Time Modulate：以下、ＴＭと表記することがある）機能を備えているものを用いた。このような２周波電源を備えたＲＦバイアス電源機構１１７を用いることで、イオンエネルギーとイオンエネルギー分布をプロセス条件に適するように変化させることができ、下地膜との選択性、エッチング形状の制御マージンの拡大、及びエッチングレートのウェハ面内分布の制御性を向上させることができる。
【００２２】
本発明は、このような従来のプラズマ処理装置にプラズマ分布とプラズマ面内の密度、部品消耗を検知する手段を具備するものである。本発明は、それを実現する手段として、高周波解析手段１１０、及び真空容器内に受信部（チャンバー埋め込み型高周波受信部１１４又はサセプタ搭置型高周波受信部１１９等）を有している。即ち、図１において、プローブ高周波発振手段は、実装されているＲＦバイアス電源機構１１７又はソース用電源１０１の各電源である。
【００２３】
まず、プラズマ処理中、ＲＦバイアス電源機構１１７やソース用電源１０１は、所望の設定電力を、連続的又は間欠的にエッチングチャンバー１０８内に発振する。エッチングチャンバー内に設置された複数の高周波受信部（チャンバー埋め込み型高周波受信部１１４（点Ａ１〜Ａ３、Ａ５）チャンバー１０８内に設けたプローブ高周波受信部１１５（Ａ４）、サセプタ搭置型高周波受信部１１９（Ａ７））で受信された、それぞれの位置での透過波の信号強度、位相、高調波の情報に基づいて、高周波解析手段１１０にて、プラズマ密度や分布変化、部品状態を解析する。
【００２４】
このとき、下部電極〜受信部の間に存在する有磁場環境下でのｚ軸に対する回転対称プラズマは、下記（１）式で表されるテンソル誘電率を持つ電気素子と見立てることができる。例えば、プラズマの誘電率εＰの周波数特性は、下記（１）式であらわす事ができる。
【数１】
2011014579.tif 000003
ここで、κｖ，κｈ，κｄは、下記（２）〜（４）式で表される磁場に対して垂直方向成分、平行方向成分、それらの対角成分の誘電率成分を意味する。ｊは虚数単位である。
【数２】
2011014579.tif 000004
【数３】
2011014579.tif 000005
【数４】
2011014579.tif 000006
【００２５】
ここで、ωｐｅは、下記（５）式で表されるプラズマ振動数、ωｃｅは下記（６）式で表される電子サイクロトロン周波数、νｍは圧力やガス分子、原子の断面積で決まる電子の衝突周波数である。
【数５】
2011014579.tif 000007
【数６】
2011014579.tif 000008
上記（５）（６）式中の、ｑは電荷素量、ｍｅは電子質量、ε０は真空の誘電率で、Ｂはｚ軸方向の磁場強度である。
【００２６】
このようなテンソル誘電率を持つ電子密度ｎｅのプラズマに高周波（ｆ＝ω／２π）を下部電極１１２から発振した場合、そのプラズマ中を伝播する高周波Ｅ・ｅｘｐ(ｉｋ・ｒ−ｊωｔ）は、マックスウェルボルツマンの電磁方程式に従い、下記（７）で伝播する。
【数７】
2011014579.tif 000009
ここで、ｋは波数ベクトル、ｒは位置ベクトル、tは時間である。このときの真空容器内の等価回路を図２に示す。ＣＡ１は壁面受信部の表面絶縁膜の静電容量、ＣＥＳＣは下部電極１１３表面の静電吸着膜の静電容量である。また、Ｚ１、Ｚ４は、其々途中経路のプラズマ内の密度や分布情報を含む（１）〜（７）式から位置、時間の関数として計算される電磁波電界強度と電流から算出されるプラズマの複素インピーダンスである。ＺＳ、ＺＡ１は、変位電流と電子・イオンによる伝導電流から構成されるシースの非線形部分のインピーダンスである。このプラズマシースは、イオンと電子の移動度の違いがもたらす、プラズマと、それに接する境界面との境目にできる荷電粒子が存在しない空間であり、シースの厚さは、主にプラズマ密度と電子温度で決定される。したがって、等価回路的には変位電流のパスを表すコンデンサと非線形特性を示す電子・イオンによる伝導電流部分で記述できる（図２中のＺＡ４、Ｚ０にも並列にあるコンデンサは簡略化のため省略）。このとき、受信部１１４で検出される電流Ｉｖ１は、電気回路の経路上のインピーダンスＺｖ１＝（ｊωＣＥＳＣ）−１＋Ｚ０＋Ｚ１（ω）＋ＺＡ１（ω）＋（ｊωＣＡ１）−１として、下記（８）式であらわされる。
【数８】
2011014579.tif 000010
Ｓｋは電流が流れる全面積に対する受信部の面積の割合である。したがって、ＲＦバイアス、ソース電源出力が一定電圧（Ｖ＝一定）、又は一定電力（Ｐ＝ＶＩ＝一定）時に対し、受信部１１４における電流波形の変化量を調べることで、その経路を構成するプラズマ、シース、部品の被膜厚さ等の変化を検知することが可能となる。受信部１１５に対する電流値Ｉｈ４についてもＺ４を用いて同様に定義できる。
【００２７】
図１は、下部電極１１３のＲＦバイアス供給ラインから発振され、プラズマ中を通過してきたＲＦバイアス電流を、被処理の面に対して水平方向、垂直方向の複数の受信部で電流変化量を検知するプラズマ処理装置の実施例である。この場合、受信部Ａ４、受信部Ａ７からの信号を高周波解析手段１１０に接続することでウェハ面に水平な方向のプラズマ密度変化を検知することができる。また、受信部１１４が接続されている点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ５からの信号を高周波解析手段１１０に接続することで、高さ方向（垂直方向）のプラズマ平均密度、分布状態変化を検知することが可能である。さらにＲＦバイアス印加機構の経路上の点Ｘを高周波解析手段１１０に接続することで、被処理面上のプラズマ密度とシース下部電極の静電吸着膜の変化を検知することができる。
【００２８】
以上の測定構成を用いてプラズマ密度分布の変化を検知するには、プラズマの動径方向密度受信部Ａ４、Ａ７とＲＦバイアス整合器１１６、又はプラズマインピーダンスモニタ（図１中には未表記）からの信号Ｂの相対的な変化を高周波解析手段１１０にて抽出し検知することで実現できる。
【００２９】
図３は、受信部１１４で検知された、Ｃｌ２ガス１００ｃｃｍ、２Ｐａ，ソースパワー５００Ｗ、ＲＦバイアス２０Ｗの処理条件下の電流波形の模式図である。下部電極１１２からプラズマ中に投入された４００ｋＨｚの高周波電流は、電流の経路途中に存在するウェハ１１２や受信部１１４近傍に形成されるプラズマシースの電圧―電流特性の非線形性により、検知波形は歪んで観測される。また、同じく途中経路に存在するプラズマのバルクの状態は、式（１）〜（７）で表される伝播式で決定される電磁場強度として検知される。また、図４に示すように、圧力１Ｐａ、ソースパワー５００Ｗ、ＲＦバイアス１０Ｗの処理条件でガス種を変化させた場合でも、イオン質量の差がシース近傍の移動度の差に起因した電流波形の歪具合の差（即ち、高調波の混合比率）として検知できている。即ち、高調波成分のパターン変化を検知することでイオン種の変化も検知可能である。
【００３０】
図１で示すように近傍に複数の受信部による観測された電流値の差を取得することで、発振部の共通部分（ｊωＣＥＳＣ）−１＋Ｚ０）を消去することができる。このとき、バルク部分の電流強度の差（Ｚｎ（ω）−Ｚｎ−１（ω））は発振周波数の基本波成分、シース部分や表面絶縁層起因の変化の差（ＺＡｎ（ω）−ＺＡｎ−１（ω））＋（（ｊωＣＡｎ）−１−（ｊωＣＡｎ−１）−１）はシース非線形性起因の高調波成分に反映される。即ち、近傍地点の電流変化差を高速フーリエ変換し、周波数解析することで、バルク部分の密度変化とシース近傍の密度変化を分離することが可能となる。
【００３１】
このようなプラズマ処理中に実施する計測のために、各受信部は、エッチング性能（形状、レート、汚染、経時変化）に影響を与えないような箇所に設置され、また、プラズマ処理装置の構造を考慮して設置することが望ましい。図５にチャンバー埋め込み型高周波受信部１１４の構造の実施例を示す。高周波受信部を構成する受信金属３０３は、周囲の壁面素材３０１から絶縁体３０４で囲まれており、エッチングチャンバー１０８から絶縁されている。エッチングチャンバー１０８の内周側、即ち、プラズマに接する表面自体にも、金属汚染と異物発生を防止するための絶縁層３０２が付着されている。
【００３２】
したがって、受信部表面の絶縁層３０２は、チャンバー１０８の内壁と同じ材料を付着することが望ましい。受信部の周辺と同じ材料を用いることで、受信部近傍のチャンバー内壁の絶縁被膜の膜厚、損傷程度を検知することが可能となり、消耗品（アース部品１２１、サセプタ１１９、その他絶縁カバー)の交換時期を予測する、異物や汚染による歩留まり低下を抑制する、或いは損傷部品の特定による装置の非稼動時間を低減することが可能となる。また、受信部分はプラズマ生成用電力やＲＦバイアスの電界集中など起きないようにチャンバー内壁に対して平坦又は段差がない構造であることが望ましい。
【００３３】
図６は、点Ａ４の搭置型受信部の模式図である。図５に示した断面構造を採用したφ１ｃｍ程度の複数円柱型の検知部分１１４を１ｃｍ程度の間隔で並べたものである。形状は、円柱でも直方体でもよいが、大面積ほど受信感度が向上する。したがって、位置解能とのトレードオフを考慮して、形状と面積は装置に適するように決定することが望ましい。このように、ウェハ処理部ではない、領域で複数の動径方向のプラズマ密度分布の変化を計測することにより、チャンバー側壁近辺やサセプタ近傍のプラズマ密度の変化をより高い空間分解能で検知することが可能となる。このようなマルチ構造の信号部は、搭置型に限らず、チャンバー埋め込み型でも同様である。搭置型は、それだけで独立しており、任意の位置に設置でき、装置開発時やプロセス開発時に有効であるので、量産適用機は、信号線となる同軸ケーブルからの汚染やプラズマ擾乱がない埋め込み型が望ましい。
【００３４】
本発明を用いることで、従来方法でのプロセス開発時では、パターン付きウェハのゲート加工寸法(Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ:ＣＤ)面内分布やエッチングレートの面内分布といった結果でしかわからなかったものが、結果の原因となっているプラズマ密度分布の変化成分を抽出できるため、ラジカル分布寄与分と切り分けることができる。
【００３５】
本発明によれば、原因に即した的確な形状制御、分布調整が可能となる。例えば、整合器１１６でのピーク間電圧や、Ａ７、Ａ４の検知し換算されたプラズマ密度が動径方向中心から外周に向かって低下した場合は、プラズマ密度分布制御機構１０３又はソース用電源１０１の出力パワー等、装置の端部のプラズマ密度を大きくするように機構を制御する。逆に、整合器１１６でのＶｐｐや点Ａ７、４Ａで検知される密度が変化しないのにＣＤ等が大きく変化した場合は、ラジカル種の分布が変化したと判断し、ガス導入の面内分布比率や下部電極の温度制御手段（図１には未記載）により、ウェハ上の温度分布を変化させてラジカルの吸着確率の面内分布制御をする。
【００３６】
同様に、上記被処理物面と水平方向の検知部と合わせて、垂直方向の密度受信部（点Ａ１〜Ａ３）の信号も用いて、同様にＡＰＣ制御することで、チャンバー壁面状態に起因するエッチング性能（加工形状変動）変化を抑制することができる。このようなＡＰＣ機能は、高周波解析手段１１０から、分布や変動を抑制する機構（たとえば、プラズマ密度分布制御機構１０３やガス導入面内分布比制御機構等）を直接制御してもよいが、装置制御用ＰＣを介して制御することでもよい。
【００３７】
また、従来のモニタ信号（プラズマ発光分光、ＲＦバイアスのピーク間電圧（Ｖｐｐ）やガス圧力、整合器のパラメータ、ＲＦバイアス整合器近辺に別途接続された市販のプラズマインピーダンスモニタ等から計測されたインピーダンス等）に、本発明によるプラズマ密度、分布の変動を検知し制御する高周波解析手段を付加することにより、イオンフラックス、ラジカル組成、イオンエネルギーとその分布の変化を切り分けることが可能となり、エッチング形状制御のための物理量を一定にするＡＰＣ制御が可能となる。例えば、一定圧力、一定ガス流量や組成のもと、本発明による密度変化量が許容値内となるように、プラズマソースパワーや分布制御機構１０３を調整して、プラズマ密度と分布を一定化した上で、Ｖｐｐ又はＲＦバイアスパワーを一定するという制御である。このようなＡＰＣ制御により、イオンのフラックスとエネルギーを直接制御でき、荷電粒子起因のエッチレート変動、ＣＤ変動を抑制することができる。
【００３８】
図１の実施例では、ＲＦバイアス電源機構として２つの異なる周波数を発振する電源を備えている。このときの周波数は、シースの非線形性やプラズマポテンシャルの変動に敏感な比較的低い周波数帯域 (１００ｋ〜２ＭＨｚ）と、薄いシースは透過し、プラズマ中を伝播しやすくチャンバーのアース構造に敏感でありつつ、プラズマ生成への寄与の小さい比較的高い周波数帯域（２Ｍ〜１３．５６ＭＨｚ）から構成される複数のバイアス周波数を組み合わせることが好ましい（例えば、４００ｋＨｚと１３．５６ＭＨｚ、又は４ＭＨｚ）。それらの異なる複数の周波数をプラズマ処理に用い、その基本波と高調波の変化を検知することで、電極上を含む、チャンバー内の立体的なプラズマ空間分布、密度変化と送受信部の部品消耗の検知精度を向上させることが可能となる。
【００３９】
［実施例２］
上記、下部電極に接続されたＲＦバイアス電源の周波数を高周波発振手段として利用する以外に、第３のプローブ用電源を接続してプラズマと装置状態を検知する方法を以下に記載する。図７は、プラズマ生成用の電源系統であるＵＨＦ整合器６０２側からアンテナ６０４を通してプラズマチャンバー内に放射させ、複数の接続点Ａ１からＡ９の少なくとも１つをＡ点に接続し、反射係数、透過係数、インピーダンスを計測する手段を示す実施例である。
【００４０】
実施例２は、図１に示した実施例１とは、プラズマ発生手段を構成するプラズマソース電源である４５０ＭＨｚのＵＨＦ電源６０１と、ＵＨＦ整合器６０２とアンテナ６０４とを備える点で異なっている。真空容器を構成するエッチングチャンバー１０８内へＵＨＦ波を放出するアンテナ６０４は、真空を維持する石英板１０５より大気側に設置されている。
【００４１】
実施例２は、従来のプラズマ処理装置にプラズマ面内の密度と分布、及び部品の消耗度を検知する手段を具備するものである。さらに実施例１に対し、第３のプローブ用電源であるプローブ高周波発振手段６０３を接続していることが異なる。
【００４２】
まず、プローブ高周波発振手段６０３は、プラズマ生成やプラズマ処理に影響がないような１Ｗ程度以下の正弦波を出力し、時間的にプローブの周波数を掃引（１００ｋＨｚ〜３ＧＨｚ程度）させる機能を有する。これに代えて、機能を絞って、特徴的な複数の周波数を連続又は間欠的に発振してもよい。また、このプローブ高周波は、アンテナ６０４からエッチングチャンバー１０８内に発振されてもよいし、チャンバー１０８内に設けたプローブ高周波受信部１１５などを発振部として発振されてもよい。
【００４３】
実施例２の装置のように、電子密度ｎｅのプラズマに対し高周波（ｆ＝ω／２π）を真空容器にアンテナ６０４から発振した場合の真空容器内の等価回路を図８に示す。図８中のＺ０は発振部分の特性インピーダンスである。チャンバー埋め込み型高周波受信部１１４（例えば、図７中の点Ａ１）に接続して検出される反射係数Γ＝（反射波強度／入射波強度）は、電気回路の経路上のインピーダンスＺｖ１＝Ｚ１（ω）＋ＺＡ１（ω）＋ＺＡ０（ω）＋（ｊωＣＡ１）−１として、下記（９）式で記述できる。Ｚ０は回路の特性インピーダンスである。
【数９】
2011014579.tif 000011
【００４４】
被処理面に対して水平な方向のプラズマに対応するインピーダンスＺｈについてもＺＡ６を用いて同様に定義できる。このときＺｈの虚数部分のインダクタ成分Ｌとキャパシタ成分Ｃから、下記（１０）式で示される共振周波数で発振高周波が吸収されるため、プラズマ密度に対応する（５）式の周波数や装置部品の共振周波数、又はそれらの高調波の周波数で反射係数は小さくなる。
【数１０】
2011014579.tif 000012
【００４５】
一方、透過率（透過波強度／入射波強度）についても、経路上に存在するプラズマ密度に対応するプラズマ振動周波数近辺で吸収が起こるため、透過率は減少して観測される。以上の原理により、反射吸収ピークや透過ピークの周波数の時間変化を調べることで、発振装置と受信部で挟まれる経路に存在するプラズマの平均密度の変動、装置部品の消耗を検知することができる。共振周波数からプラズマ密度や部品消耗の算出は、高周波解析手段１１０又は制御ＰＣにて実施する。
【００４６】
図７中の点Ａ１、点Ａ２、点Ａ３、点Ａ５はプラズマの動径方向を横切る平均密度を含む経路のインピーダンス（図８のＺ１含む経路に相当）、点Ａ４、点Ａ６、点Ａ７、点Ａ８はプラズマの厚さ方向の密度を含む経路のインピーダンスをそれぞれ計測する点である。厚さ方向密度を計測する点の中で、点Ａ６は、プラズマの密度情報以外に、下部電極１１３のインピーダンス（静電吸着膜やウェハのインピーダンス）の情報も含み、点Ａ８は、さらにＲＦバイアス整合器１１６のインピーダンスの情報を含む。
【００４７】
点Ａ１から点Ａ９の受信部（１１４、１１５、１１９）の設置場所以外に、Ａ点を装置グランドＡ１０に落とすことも可能であるが、その場合は、発振周波数の電気回路の経路の足し合わせとなるので、部品特定やプラズマ分布の特定が難しくなるが、一括ですべての経路の状態をモニタできるので簡便な第０次的な（大まかな）変動検知として有効である。また、高周波解析手段１１０において、プローブ高周波発振面に対して垂直な動径方向受信部となる点Ａ１からＡ３とプローブ高周波発振面に対して平行な面にある厚さ方向受信部（点Ａ４又は点Ａ６）との周波数比の変化を測定することで、プラズマ密度分布の変化を大まかに検知することができる。このように、高周波解析手段１１０は、２ポート以上を同時に計測できる手段を備える必要がある。
【００４８】
図９は、受信部Ａ１で受信した動径方向密度Ａ１と、受信部Ａ８で受信した厚さ方向密度とで透過係数を測定した結果の模式図である。この図を用いて、プラズマ密度分布と装置状態とを管理するプラズマ処理方法を説明する。プラズマ処理当初は、Ａ１点の反射係数はｆ１に、Ａ８点ではｆ２にピークが存在していたが、プラズマ処理枚数が増加するに従い、点Ａ１での検出ピークがｆ’１位置に変化していった。このような変化をした場合は、動径方向のプラズマ密度が壁面状態の変化などで部分的に増加（端部分の密度が上昇）したことを示している。
【００４９】
したがって、プラズマの密度を減少させる装置制御パラメータ（例えば、ＵＨＦ電力）を変化させるのではなく、分布を制御する装置制御パラメータ（例えば、コイル電流）を調整することで、加工形状の真の変動原因に即したＡＰＣ制御が可能となる。このとき、周波数掃引によって同時に得られる共振ピークがどの部品で共振しているかを把握しておき、その共振ピーク４０１の変化を調べることで部品状態の変動を検知することができる。
【００５０】
図１０は、チャンバーアイドリング時に図７のようにプローブ高周波発振手段、高周波解析手段をＡ１０に接続して、ＥＳＣ新品（実線）とＥＳＣ膜が１００μｍ減少した場合(点線）の、反射波強度を測定した結果である。周波数掃引されたプローブ高周波に対し、ｆａ，ｆｂ，ｆｃの位置に吸収ピークが観測されている。このうち、ＥＳＣ膜厚の変化に対してはｆｂが変化しており、この変化量は、削れ量１００μｍに対して、７６ｋＨｚであることがわかる。すなわち、ｆｂのピークの周波数の変化量を、アンテナ６０４側から下部電極１１３との距離約２００ｍｍに対して０．０５％の変化を、大気開放せずに感度よく診断することができていることを示している。このように、測定経路上にある部品に対応する共振ピークの時間変化量をモニタすることにより、その部品の消耗度、交換時期を予測することが可能となる。プローブ高周波手段、高周波解析手段の接続場所を適宜選択することで、同様な方法で石英パーツ、サセプタの部品毎消耗度を検知することが可能である。
【００５１】
また、装置の出荷検査時に、同一のプローブ高周波発振手段６０３、高周波解析手段１１０にて、プラズマ密度と分布の程度を検査し、その結果を元に、出荷基準のプラズマ密度と分布に合致するよう装置制御パラメータの変換テーブルを構成し、そのテーブルを装置毎にすることで、プラズマ密度と分布に関する装置間やチャンバー間差を補正することが可能となる。さらに、装置メンテナンスで部品交換した後、本発明の計測を実施することでプラズマ密度と分布に関わるソースパワー供給系やＲＦバイアス供給系を構成する部品の電気的、機械的な組み付けや、チャンバー側壁アース等の組み付け程度を精度よく管理でき、組み付け後の再現性を向上することができる。
【００５２】
プラズマ分布を検知し装置状態を管理するプラズマ処理方法を実現するには、プローブ高周波発振手段６０３をプラズマ発生手段の電力供給系統に重畳させる必要がある。そのため、プローブ高周波発振手段６０３は、プラズマ生成用の電源（例えばＵＨＦ電源６０１）の周波数と出力に対して高い耐圧と非干渉性（方向性）が必要である。例えば、ＵＨＦ整合器６０２内（例えば図６のＡ７に接続する場合）やＵＨＦ整合器６０２の外（例えばＡ５に接続する場合）に大電力用の方向性結合器とフィルタと減衰器を電力供給系に挿入したりすることで実現できる。そのときの発振周波数は、（５）式で示したプラズマ密度に対応する周波数領域を含む周波数域（例えば、Ａｒプラズマ密度ｎｅ＝１０１５〜１０１６ｃｍ−３では、２８４〜８７５ＭＨｚ）を使用することが望ましい。
【００５３】
一方、高周波解析手段１１０に対しても、ＲＦバイアス供給側に設けた受信部Ａ６、受信部Ａ８を高周波解析手段１１０のＡに接続する場合もあるので、ＲＦバイアス電力や、漏れてくるプラズマ周波数電力に対する耐圧性能を有する必要がある。受信部Ａ８、受信部Ａ９は、ＲＦバイアス整合器１１６内に設置されていると、配線が整理され余分なノイズ等混入が防げるため好ましい。さらに、図９のような反射係数の周波数依存性を取得するためには、高周波解析手段１１０は、プローブ高周波発振手段６０３から発振される周波数の掃引タイミングに合わせて、受信帯域も同期して変化する機能を有している。
【００５４】
このように、ＲＦバイアス電源機構とプラズマ発生手段の電源周波数と異なる発振器を具備することで、ＲＦバイアスを出力しないプラズマ条件（例えば、レジストのマスク寸法を小さくするトリミング工程や被処理物を下部電極に載置せずに行うＩｎ−ｓｉｔｕクリーニング工程等）でもプラズマ密度と分布、プラズマインピーダンスを検知することが可能である。また、本発明と、従来のモニタ値（プラズマ発光分光、ＲＦバイアスのピーク間電圧やガス圧力、整合器のパラメータ等）を組み合わせることで、実施例１のプラズマ密度とその分布と中性粒子の変動を切り分けて、それぞれ制御することができる。そして、装置部品固有の共振ピークを利用した装置部品に対する管理が可能となるため、装置部品の管理、予防保全と要因解析が容易となり、原因に即した最適な補正、修理を実施することが可能となる。
【００５５】
［実施例３］
図７とは異なるプローブ高周波発振手段と高周波解析手段の接続形態の異なる実施例を、図１１を用いて説明する。この実施例にかかるプラズマ処理装置は、図７に示したプラズマ処理装置に対し、方向性結合器６０５を介してプローブ高周波発振手段６０３をＲＦバイアス整合器１１６及び下部電極１１３の接続点Ｂ１（図７ではＡ６）に接続した点が相違している。
【００５６】
すなわち、この実施例は、プローブ高周波発振手段６０３を下部電極１１３のＲＦ電源供給ラインに接続する実施例である。この場合、受信部Ａ１０、受信部Ａ１１からの信号を高周波解析装置１１０に接続することで厚さ方向密度を検知することができる。また、点Ａ１の回転対称位置にプローブ高周波発振部１１４´を設けて点Ｂ２とＢ端を接続し、受信部１１４に接続される点Ａ１をＡ端と接続することでチャンバー動径方向を横切るプラズマの平均密度や分布状態変化を検知することが可能である。
【００５７】
［実施例４］
下部電極１１３が、ウェハをダイポール方式で静電吸着させる方式の場合の実施例を下部電極１１３の構造を示す図１２を用いて説明する。この実施例では、下部電極１１３内に設けた静電吸着用電極を、同心円状に中心部側静電吸着用電極７０１と端部側静電吸着用電極７０２とに二分割しており、例えば、図７に示すように、プローブ高周波をプローブ高周波発振手段６０３から方向性結合器６０５を介してアンテナ６０４（プラズマソース側）から発振させ、図１２中に示したそれぞれの静電吸着用電極７０１、７０２と異なる電圧を印加するための２つの直流電源１１８、１１８’との間の受信点Ａ１２、受信点Ａ１２’を、高周波解析手段１１０のＡ端に、それぞれ接続する。このように、ダイポール方式の静電吸着の場合は、下部電極１１３内の既存の静電吸着用電極７０１、７０２を高周波受信部分とすることができ、被処理物上の面内分布をダイポール電極の分割数に応じて検知することが可能となる。
【００５８】
また、図１２において、プローブ高周波発振手段６０３を、方向性結合器６０５を介して点Ａ１２又は点Ａ１２’点の静電吸着用電極１１８、１１８’側に接続して、プローブ高周波をチャンバー１０８内に供給する場合、すなわち、静電吸着用電極７０１、７０２をプローブ高周波発振用の電極として兼用することも可能であり、マイクロ波の導波管のようにカットオフ周波数を持つ伝送経路が混在するプラズマ源の場合は、点Ａ１０、点Ａ１１を使えないので本実施例は有効である。
【００５９】
このように、図１１又は図１２のように下部電極側からプローブ高周波を発振させ、受信部Ａ１〜Ａ５で受信した信号を高周波解析手段１１０に接続することで、実施例２で示したような方法で動径方向密度分布の変化を検知することができる。さらに、動径方向のプラズマ密度分布の変化を検知するためには、図中Ａ１とＡ５（Ｂ２）に相当するプラズマを横切るように設置された送受信部の対を複数備えてそれらの情報を平均化することでと誤差を低減することができる。
【００６０】
このように、実施例１〜４において述べた、プラズマ中にプローブ高周波を発振し（実施例１の場合は、ＲＦバイアス電源等既設の電源がプローブ高周波を兼ねる）、プラズマ中からプローブ高周波を受信する機構（例えば、図１、図７、図１１、図１２中のチャンバー埋め込み型高周波受信部１１４、１１５、静電吸着用電極７０１、７０２、アンテナ６０４等）は、途中プラズマを介するように接続すればよく、構造も図５に示したように、受信手段及び送信手段ともに同様の構成とすることができるので、それぞれを区別する必要はない。したがって、高周波解析手段１１０に接続する送受信部の位置は、検査したい部品に対する反射係数の感度が最も大きい地点を適宜用いることが望ましい。例えば、プラズマ処理室壁面への付着、デポ、削れ具合等も検知したい場合は、チャンバー埋め込み型高周波受信部１１４に接続される点Ａ１、チャンバー埋め込み型高周波受信部１１４’に接続される点Ｂ２を、Ｂ端に接続するといった具合である。
【００６１】
図１３に示すような経路スイッチング回路を備えると、１対の高周波発振手段と高周波解析手段に対し、複数ある送受信部の任意の経路を、送受信部にかかわらず適宜選択することが可能となる。
【００６２】
さらに、図１４に示すように、チャンバー埋め込み／搭置型高周波受信部１１４、１１５をプローブ高周波発振手段に接続し、発振周波数領域（１００ｋＨｚから３ＧＨｚ）で絶縁層３０２が形成するコンデンサ容量と共振するように、コンデンサやコイルを組み合わせて共振回路３０５を形成させておくことで、本来なら共振していないが、測定したい装置変化を検知することが可能となる。例えば、チャンバーのある時点を基準として、Ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング中、その作り出された反射吸収周波数のシフト量変化を検知することで、表面に付着する反応生成物量に応じた静電容量変化に対応した周波数ピークが変化するため、壁面クリーニングの終点を判定することが可能となる。同時に、本方法ではプラズマが存在しない場所でも、共振周波数を合わせることで堆積膜を検知することが可能なので、チャンバー内堆積物に起因する異物の程度を予測し、異物による歩留まり低下を抑制する予防保全が可能となる。
【００６３】
また、下部電極１１３側にプローブ高周波を導入させる方式においては、ウェハ直上の密度変化に敏感なため、エッチング処理中の反射係数の時間変化を検知することで、プラズマ密度や分布の変化とともに、エッチング終点判定にも使用することが可能である。
【００６４】
誘導結合型プラズマ処理装置（ＩＣＰ）、容量結合型プラズマ処理装置（ＣＣＰ）のような他のプラズマ源は、プラズマ励起周波数の違いに伴い、図７のアンテナ６０４に関する部分が異なるが、基本的には、図７と同じようにプラズマソース電源側からプローブ高周波発振手段を接続して、受信部を図７同様に複数設置することで、本発明のプラズマ密度と分布と装置状態を検知するプラズマ処理方法を実現することが可能である。これに代えて、図９のようにプローブ高周波を、被処理物を設置する下部電極側から発振するようにしてもよい。
【００６５】
［実施例５］
本発明にかかる上記プラズマ処理装置を用いた図１５記載のプラズマ処理方法について、以下に説明する。この実施例にかかるプラズマ処理方法は、上記プラズマ処理装置の真空容器内に被処理物を搬送し前記載置手段に載置する工程と、真空容器内にガスを導入する工程と、真空容器内の圧力を調整する工程と、プラズマ生成用高周波電圧を印加して真空容器内にプラズマを生成する工程と、載置手段にバイアス電圧を印加する工程と、被処理物のプラズマ処理後に装置をプラズマクリーニングする工程とを有するプラズマ処理方法において、まず、プラズマ処理工程前に、経路診断工程とプラズマ処理前診断工程を有し、プラズマ処理工程内に密度検知工程（プラズマ密度ＡＰＣ制御工程）とプラズマ密度検知されたＩｎ−ｓｉｔｕクリーニング工程を有し、プラズマ処理後に、前述の経路診断工程とプラズマ処理前診断工程からなる装置状態判定工程を有する。
【００６６】
この経路診断工程では、装置を立ち上げたとき、又は部品洗浄等完了した際に、高周波発振手段を、高周波受信部、ソース電源系統又はＲＦバイアス系統に接続して、それぞれの反射特性を取得する。この工程により、プラズマ処理前の複数の受信部を校正し、ソース電源系統やＲＦ電源系統の初期状態を把握する。図１の場合は、高周波発振部６０３が存在しないので、高周波発振部６０３と高周波解析装置１１０に変えて、別途ネットワークアナライザを用いて測定してもよい。
【００６７】
プラズマ処理前診断工程では、図１、図７又は図１１のように高周波発振手段や高周波受信部を接続し、ウェハレスの不活性ガス又はクリーニングガス放電中にプラズマインピーダンスや反射波、透過波を検知し基準プラズマにおいての電気的初期状態を把握しておく。
プラズマ処理中にプラズマ密度や分布を検知し、それらを一定に制御する工程（プラズマ密度制御ＡＰＣ工程）の方法を図１６に示す。予めプラズマ密度や分布を設定する工程と図１、図７、図１１のように高周波発振手段や高周波受信部を接続した装置において、被処理物をプラズマ処理中にプローブ高周波発振手段からプローブ高周波を真空装置内に投入して反射波及び透過波を検出し高周波解析手段にて経路のインピーダンスの変化やバルクのプラズマ密度と分布を計測する工程と、設定した目標値からの差や前記装置状態と比較した結果に基づいてプラズマ処理中の装置制御パラメータにフィードバック制御する工程又は異常アラームを発し警告する工程から構成される。これにより、プラズマの密度と分布というエッチング形状に直接寄与する物理量を一定にすることができ、加工性能安定化を実現できる。
【００６８】
Ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング処理＆検知工程では、毎後に実施するＩｎ−ｓｉｔｕクリーニング時に、図７、図１１のように高周波発振手段や高周波受信部の信号をもとに、インピーダンスの変化や反射波及び透過波を検出する工程により、プラズマ発光で検知できない受信部近傍の付着量除去の終点判定を受信部位置に対応して検知できる。その際、装置状態の変化が許容値の場合は、連続処理を継続図１６中（１）、許容値超えている場合は、前述のプラズマ処理前診断工程、経路診断工程を再度挿入することにより、受信部の感度補正と装置部品の消耗度の判定を行うことができ、その程度に応じて次のプラズマ工程を実施したり、部品交換や洗浄を実施することができる。
【００６９】
以上の方法により、受信部の状態変化、プラズマ密度や分布の変化、部品の消耗度、クリーニング程度を判定することが可能となり、装置状態診断、プラズマ密度によるＡＰＣ制御による加工形状安定化を実現することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０１：ソース用電源                  １０２：ソース電磁波用整合器
１０３：プラズマ分布制御機構          １０４：空洞共振部
１０５：石英板                        １０６：シャワープレート
１０７：電磁石                        １０８：エッチングチャンバー
１０９：ヒータ                        １１０：高周波解析手段
１１１：ガス導入手段                  １１２：Ｓｉウェハ
１１３：下部電極                      １１４：チャンバー埋め込み型高周波受信部
１１４’：チャンバー埋め込み型高周波発振部
１１５：チャンバー設置型高周波受信部  １１６：ＲＦバイアス整合器
１１７：ＲＦバイアス電源機構          １１８：直流電源
１１９：サセプタ搭置型高周波受信部    １２０：サセプタ
１２１：アース部品                    １２２:ベースフレーム
１２３:プラズマ発光受光部
２０１：絶縁体                        ２０２：同軸ケーブル
３０１：壁面素材                      ３０２：絶縁層
３０３：受信金属                      ３０４：絶縁体
３０５：共振回路
４０１：絶縁被膜とチャンバー間の共振ピーク
４０２：ＥＳＣの溶射膜と下部電極の寄生インダクタからの共振ピーク
６０１：ソース用電源（ＵＨＦ電源）
６０２：ソース電磁波用整合器（ＵＨＦ整合器）  ６０３：高周波発振手段
６０４：アンテナ                              ６０５：方向性結合器
７０１：静電吸着用電極中心部                  ７０２：静電吸着用電極端部
７０３：中心部用直流電源                      ７０４：端部用直流電源
８０１：経路スイッチング回路
【図１】
2011014579.tif 000013
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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