(57)【要約】【課題】高周波電力の反射を高速に抑制することを可能とする方法を提供する。【解決手段】一実施形態の方法では、チャンバの中でプラズマを生成するために、高周波電源から整合器を介して電極に高周波電力が供給される。高周波電力の供給中に、チャンバ内でのプラズマの発生を反映する一つ以上のパラメータからチャンバ内でプラズマが生成されているか否かが判定される。プラズマが生成されていないと判定される場合には、高周波電源の負荷側のリアクタンスをゼロに設定するか又は近づけるように、高周波電源によって出力される高周波電力の周波数が調整される。【選択図】図１
2019186098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
チャンバと、
高周波電源と、
前記チャンバ内でプラズマを生成するために前記高周波電源に電気的に接続された電極と、
前記高周波電源の負荷側のインピーダンスを前記高周波電源の出力インピーダンスに整合させるために前記高周波電源と前記電極との間に設けられた整合器と、
を備え、
前記整合器は、
各々がコンデンサ及び該コンデンサに直列接続されたスイッチング素子を含み、互いに並列接続された複数の第１の直列回路と、
各々がコンデンサ及び該コンデンサに直列接続されたスイッチング素子を含み、互いに並列接続された複数の第２の直列回路と、
を有し、該方法は、
前記チャンバの中でプラズマを生成するために、前記高周波電源から前記整合器を介して前記電極に高周波電力を供給する工程と、
前記高周波電力を供給する前記工程の実行中に、前記チャンバ内でのプラズマの発生を反映する一つ以上のパラメータから前記チャンバ内でプラズマが生成されているか否かを判定する工程と、
前記整合器によって前記負荷側のインピーダンスを前記高周波電源の出力インピーダンスに整合させる工程と、
を含み、
判定する前記工程において前記チャンバ内でプラズマが生成されていないと判定される場合に、前記高周波電源の前記負荷側のリアクタンスをゼロに設定するか又は近づけるように、前記高周波電源によって出力される前記高周波電力の周波数を調整する工程が実行される、
プラズマを生成する方法。
【請求項２】
高周波電力の周波数を調整する前記工程の実行後に、前記一つ以上のパラメータから前記チャンバ内でプラズマが生成されていないと判定される場合に、前記チャンバ内でプラズマを発生させる前記高周波電力の周波数を決定するために、前記高周波電源によって出力される前記高周波電力の周波数を変更する工程を更に含む、請求項１に記載のプラズマを生成する方法。
【請求項３】
前記高周波電力の周波数を変更する前記工程において、該周波数が掃引される、請求項２に記載のプラズマを生成する方法。
【請求項４】
前記高周波電力の周波数を変更する前記工程において、該周波数が複数の周波数に順に設定される、請求項２に記載のプラズマを生成する方法。
【請求項５】
前記一つ以上のパラメータは、前記高周波電力の電圧の波高値、前記高周波電力の電圧と電流の位相差、前記負荷側のインピーダンスの大きさ、進行波の電力レベル、反射波の電力レベル、及び前記チャンバ内の発光量から選択された一つ以上のパラメータである、請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマを生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、プラズマを生成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの製造においてはプラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ、電極、高周波電源、及び整合器を備える。チャンバ内のガスを励起させてプラズマを生成するために、高周波電力が高周波電源から電極に与えられる。整合器は、高周波電源の出力インピーダンスに高周波電源の負荷側のインピーダンスを整合させるように構成されている。
【０００３】
整合器としては、機械制御式の整合器が一般的に用いられている。機械制御式の整合器は、その静電容量を変更するためにモータによって駆動されるコンデンサを有している。機械制御式の整合器のインピーダンスの制御速度は、モータによるコンデンサの静電容量の制御速度によって制限される。
【０００４】
別の整合器として、電子制御式の整合器が知られている。電子制御式の整合器は、複数の第１の直列回路及び複数の第２の直列回路を有している。複数の第１の直列回路は、互いに並列接続されている。複数の第２の直列回路は、互いに並列接続されている。複数の第１の直列回路及び複数の第２の直列回路の各々では、コンデンサとスイッチング素子が直列接続されている。電子制御式の整合器は、複数の第１の直列回路の各々のスイッチング素子及び複数の第２の直列回路の各々のスイッチング素子の電子制御により、インピーダンスを変更することができる。したがって、電子制御式の整合器のインピーダンスの制御速度は高い。電子制御式の整合器は、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５５７８３７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子制御器の整合器を備えたプラズマ処理装置では、電極に高周波電力を供給しても、プラズマが生成されないときがある。プラズマが生成されないときには、高周波電力がプラズマの生成に十分に利用されておらず、反射されている。したがって、プラズマが生成されない現象が生じた場合には、高周波電力の反射を短時間で抑制する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様においては、プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する方法が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、高周波電源、電極、及び整合器を備える。電極は、チャンバ内でプラズマを生成するために高周波電源に電気的に接続されている。整合器は、高周波電源の負荷側のインピーダンスを高周波電源の出力インピーダンスに整合させるために高周波電源と電極との間に設けられている。整合器は、複数の第１の直列回路及び複数の第２の直列回路を有する。複数の第１の直列回路は、互いに並列接続されている。複数の第２の直列回路は、互いに並列接続されている。複数の第１の直列回路及び複数の第２の直列回路の各々は、コンデンサ及びスイッチング素子を含む。複数の第１の直列回路及び複数の第２の直列回路の各々において、コンデンサとスイッチング素子は、直列接続されている。
【０００８】
一態様に係る方法は、チャンバの中でプラズマを生成するために、（ｉ）高周波電源から整合器を介して電極に高周波電力を供給する工程と、（ｉｉ）高周波電力を供給する工程の実行中に、チャンバ内でのプラズマの発生を反映する一つ以上のパラメータからチャンバ内でプラズマが生成されているか否かを判定する工程と、（ｉｉｉ）整合器によって負荷側のインピーダンスを高周波電源の出力インピーダンスに整合させる工程と、を含む。判定する工程においてチャンバ内でプラズマが生成されていないと判定される場合に、高周波電源の負荷側のリアクタンスをゼロに設定するか又は近づけるように、高周波電源によって出力される高周波電力の周波数を調整する工程が実行される。
【０００９】
一態様に係る方法では、プラズマが生成されない現象が生じた場合には、高周波電源が発生する高周波電力の周波数が高周波電源の負荷側のリアクタンスをゼロに設定するか又は近づけるように調整される。高周波電源は、高周波電力の周波数を高速に調整することができる。したがって、プラズマが生成されない現象が生じた場合に、高周波電力の反射が短時間で抑制される。
【００１０】
一実施形態において、方法は、高周波電力の周波数を調整する工程の実行後に、一つ以上のパラメータからチャンバ内でプラズマが生成されていないと判定される場合に、チャンバ内でプラズマを発生させる高周波電力の周波数を決定するために、高周波電源によって出力される高周波電力の周波数を変更する工程を更に含む。
【００１１】
高周波電力の周波数を変更する工程の一実施形態において、高周波電力の周波数が掃引される。高周波電力の周波数を変更する工程の別の実施形態では、高周波電力の周波数が複数の周波数に順に設定される。
【００１２】
一実施形態において、一つ以上のパラメータは、高周波電力の電圧の波高値、高周波電力の電圧と電流の位相差、負荷側のインピーダンスの大きさ、進行波の電力レベル、反射波の電力レベル、及びチャンバ内の発光量から選択された一つ以上のパラメータである。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、プラズマが生成されない現象が生じた場合に、高周波電力の反射を短時間で抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係るプラズマを生成する方法を示す流れ図である。
【図２】一実施形態に係るプラズマを生成する方法を示す流れ図である。
【図３】図１及び図２に示す方法が適用され得る一例のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図４】図１に示すプラズマ処理装置の高周波電源３６及び整合器４０の構成の一例を示す図である。
【図５】図１に示すプラズマ処理装置の整合器４０の整合回路の一例を示す図である。
【図６】図１に示すプラズマ処理装置の整合器４０のセンサの構成の一例を示す図である。
【図７】図１に示すプラズマ処理装置の高周波電源３８及び整合器４２の構成の一例を示す図である。
【図８】図１に示すプラズマ処理装置の整合器４２の整合回路の一例を示す図である。
【図９】図１に示すプラズマ処理装置の整合器４２のセンサの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１６】
図１及び図２は、一実施形態に係るプラズマを生成する方法を示す流れ図である。図１及び図２に示す方法ＭＴは、プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成するために実行される。
【００１７】
図３は、図１及び図２に示す方法が適用され得る一例のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、内部空間を提供している。
【００１８】
チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。チャンバ１０の内部空間は、チャンバ本体１２の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、アルミニウムといった材料から形成されている。チャンバ本体１２の内壁面には、陽極酸化処理が施されている。チャンバ本体１２は、接地されている。チャンバ本体１２の側壁には開口１２ｐが形成されている。基板Ｗは、チャンバ１０の内部空間とチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、開口１２ｐを通過する。開口１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇによって開閉可能である。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
【００１９】
チャンバ１０の壁部、例えばチャンバ本体１２の側壁には、窓１０ｗが設けられている。窓１０ｗは、光学的に透明な部材から形成されている。チャンバ１０の中で発生した光は、窓１０ｗを透過して、チャンバ１０の外部に出力される。プラズマ処理装置１は、光学センサ７４を更に備える。光学センサ７４は、窓１０ｗに面するようにチャンバ１０の外側に配置されている。光学センサ７４は、チャンバ１０の内部空間（例えば、後述する処理領域ＰＳ）における発光量をモニタするように構成されている。光学センサ７４は、例えば発光分光分析器であり得る。なお、光学センサ７４は、チャンバ１０の中に設けられていてもよい。
【００２０】
チャンバ本体１２の底部上には、絶縁板１３が設けられている。絶縁板１３は、例えばセラミックから形成されている。絶縁板１３上には、支持台１４が設けられている。支持台１４は、略円柱形状を有している。支持台１４上にはサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は、アルミニウムといった導電性の材料から形成されている。サセプタ１６は、下部電極を構成している。サセプタ１６は、チャンバ１０内でのプラズマの生成のために、後述する高周波電源に電気的に接続され得る。
【００２１】
サセプタ１６上には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、その上に載置される基板Ｗを保持するように構成されている。静電チャック１８は、本体及び電極２０を有している。静電チャック１８の本体は、絶縁体から形成されており、略円盤形状を有している。電極２０は、導電膜であり、静電チャック１８の本体の中に設けられている。電極２０には、スイッチ２２を介して直流電源２４が電気的に接続されている。直流電源２４からの直流電圧が電極２０に印加されると、基板Ｗと静電チャック１８との間で静電引力が発生する。発生した静電引力によって、基板Ｗは静電チャック１８に引き付けられ、静電チャック１８によって保持される。
【００２２】
静電チャック１８の周囲、且つ、サセプタ１６上には、フォーカスリング２６が配置されている。フォーカスリング２６は、基板Ｗのエッジを囲むように配置される。サセプタ１６及び支持台１４の外周面には、円筒状の内壁部材２８が取り付けられている。内壁部材２８は、例えば石英から形成されている。
【００２３】
支持台１４の内部には、流路１４ｆが形成されている。流路１４ｆは、例えば、鉛直方向に延びる中心軸線に対して渦巻状に延在している。流路１４ｆには、チャンバ１０の外部に設けられた供給装置（例えばチラーユニット）から配管３２ａを介して熱交換媒体ｃｗ（例えば冷却水といった冷媒）が供給される。流路１４ｆに供給された熱交換媒体は、配管３２ｂを介して供給装置に回収される。熱交換媒体の温度が供給装置によって調整されることにより、基板Ｗの温度が調整される。さらに、プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン３４が設けられている。ガス供給ライン３４は、伝熱ガス（例えば、Ｈｅガス）を、静電チャック１８の上面と基板Ｗの裏面との間に供給するために設けられている。
【００２４】
サセプタ１６には、導体４４（例えば、給電棒）が接続されている。導体４４には、高周波電源３６が整合器４０を介して接続されている。導体４４には、高周波電源３８が整合器４２を介して接続されている。即ち、高周波電源３６は、整合器４０及び導体４４を介して下部電極に接続されている。高周波電源３８は、整合器４２及び導体４４を介して下部電極に接続されている。高周波電源３６は、下部電極ではなく、後述する上部電極に整合器４０を介して接続されていてもよい。なお、プラズマ処理装置１は、高周波電源３６と整合器４０のセット及び高周波電源３８と整合器４２のセットのうち一方を備えていなくてもよい。
【００２５】
高周波電源３６は、プラズマの生成用の高周波電力ＲＦ１を出力する。高周波電力ＲＦ１の基本周波数ｆＢ１は、例えば１００ＭＨｚである。高周波電源３８は、プラズマから基板Ｗにイオンを引き込むための高周波電力ＲＦ２を出力する。高周波電力ＲＦ２の周波数は、高周波電力ＲＦ１の周波数よりも低い。高周波電力ＲＦ２の基本周波数ｆＢ２は、例えば１３．５６ＭＨｚである。
【００２６】
整合器４０は、高周波電源３６の負荷側（例えば下部電極側）のインピーダンスを高周波電源３６の出力インピーダンスに整合させるための回路を有している。整合器４２は、高周波電源３８の負荷側（下部電極側）のインピーダンスを高周波電源３８の出力インピーダンスに整合させるための回路を有している。整合器４０及び整合器４２の各々は、電子制御式の整合器である。整合器４０及び整合器４２の各々の詳細については後述する。
【００２７】
整合器４０及び導体４４は、給電ライン４３の一部を構成している。高周波電力ＲＦ１は、給電ライン４３を介してサセプタ１６に供給される。整合器４２及び導体４４は、給電ライン４５の一部を構成している。高周波電力ＲＦ２は、給電ライン４５を介してサセプタ１６に供給される。
【００２８】
チャンバ１０の天部は、上部電極４６によって構成されている。上部電極４６は、チャンバ本体１２の上端の開口を閉じるように設けられている。チャンバ１０の内部空間は、処理領域ＰＳを含む。処理領域ＰＳは、上部電極４６とサセプタ１６の間の空間である。プラズマ処理装置１は、上部電極４６とサセプタ１６の間で発生する高周波電界により、処理領域ＰＳにおいてプラズマを生成する。上部電極４６は、接地されている。なお、高周波電源３６が、下部電極ではなく上部電極４６に整合器４０を介して接続されている場合には、上部電極４６は接地されず、上部電極４６とチャンバ本体１２とは電気的に分離される。
【００２９】
上部電極４６は、天板４８、及び支持体５０を有している。天板４８には、複数のガス噴出孔４８ａが形成されている。天板４８は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣといったシリコン系の材料から形成されている。支持体５０は、天板４８を着脱可能に支持する部材であり、アルミニウムから形成されており、その表面には陽極酸化処理が施されている。
【００３０】
支持体５０の内部には、ガスバッファ室５０ｂが形成されている。また、支持体５０には、複数のガス孔５０ａが形成されている。複数のガス孔５０ａはそれぞれ、ガスバッファ室５０ｂから延びて、複数のガス噴出孔４８ａに連通している。ガスバッファ室５０ｂには、ガス供給管５４が接続されている。ガス供給管５４には、流量制御器５８（例えば、マスフローコントローラ）及び開閉バルブ６０を介して、ガスソース５６が接続されている。ガスソース５６からのガスは、流量制御器５８、開閉バルブ６０、ガス供給管５４、ガスバッファ室５０ｂ、及び複数のガス噴出孔４８ａを介して、チャンバ１０の内部空間に供給される。ガスソース５６からチャンバ１０の内部空間に供給されるガスの流量は、流量制御器５８によって調整される。
【００３１】
サセプタ１６とチャンバ本体１２の側壁との間の空間の下方では、チャンバ本体１２の底部に排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管６４が接続されている。排気管６４は、排気装置６６に接続されている。排気装置６６は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。排気装置６６は、チャンバ１０の内部空間を指定された圧力に減圧する。
【００３２】
プラズマ処理装置１は、主制御部７０を更に備えている。主制御部７０は、一つ以上のマイクロコンピュータを含む。主制御部７０は、プロセッサ、メモリといった記憶装置、キーボードといった入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を有し得る。主制御部７０のプロセッサは、記憶装置に格納されているソフトウェア（プログラム）を実行し、レシピ情報にしたがって、プラズマ処理装置１の各部、例えば、高周波電源３６、高周波電源３８、整合器４０、整合器４２、流量制御器５８、開閉バルブ６０、排気装置６６、光学センサ７４等の個々の動作及びプラズマ処理装置１の装置全体の動作（シーケンス）を制御する。後述する方法ＭＴは、主制御部７０によるプラズマ処理装置１の各部の制御により実行される。
【００３３】
プラズマ処理装置１においてプラズマ処理が行われる場合には、まず、ゲートバルブ１２ｇが開かれる。次いで、基板Ｗが、開口１２ｐを経由してチャンバ１０内に搬入され、静電チャック１８の上に載置される。そして、ゲートバルブ１２ｇが閉じられる。次いで、処理ガスがガスソース５６からチャンバ１０の内部空間に供給され、排気装置６６が作動されて、チャンバ１０の内部空間における圧力が指定された圧力に設定される。さらに、高周波電力ＲＦ１及び／又は高周波電力ＲＦ２がサセプタ１６に供給される。また、直流電源２４からの直流電圧が静電チャック１８の電極２０に印加されて、基板Ｗが静電チャック１８によって保持される。そして、処理ガスが、サセプタ１６と上部電極４６との間で形成された高周波電界により励起される。その結果、処理領域ＰＳ内でプラズマが生成される。
【００３４】
以下、図４〜図９を参照して、高周波電源３６、整合器４０、高周波電源３８、及び整合器４２について詳細に説明する。図４は、図１に示すプラズマ処理装置の高周波電源３６及び整合器４０の構成の一例を示す図である。図５は、図１に示すプラズマ処理装置の整合器４０の整合回路の一例を示す図である。図６は、図１に示すプラズマ処理装置の整合器４０のセンサの構成の一例を示す図である。図７は、図１に示すプラズマ処理装置の高周波電源３８及び整合器４２の構成の一例を示す図である。図８は、図１に示すプラズマ処理装置の整合器４２の整合回路の一例を示す図である。図９は、図１に示すプラズマ処理装置の整合器４２のセンサの構成の一例を示す図である。
【００３５】
図４に示すように、高周波電源３６は、発振器３６ａ、パワーアンプ３６ｂ、パワーセンサ３６ｃ、及び電源制御部３６ｅを有している。電源制御部３６ｅは、ＣＰＵといったプロセッサから構成されている。電源制御部３６ｅは、主制御部７０及びパワーセンサ３６ｃから与えられる信号を利用して、発振器３６ａ及びパワーアンプ３６ｂのそれぞれに制御信号を与えて、発振器３６ａ及びパワーアンプ３６ｂを制御する。
【００３６】
主制御部７０から電源制御部３６ｅに与えられる信号は、第１の電力レベル設定信号及び第１の周波数設定信号である。第１の電力レベル設定信号は、高周波電力ＲＦ１の電力レベルを指定する信号であり、第１の周波数設定信号は、高周波電力ＲＦ１の設定周波数を指定する信号である。
【００３７】
電源制御部３６ｅは、第１の周波数設定信号によって指定された設定周波数を有する高周波信号を出力するよう、発振器３６ａを制御する。発振器３６ａの出力は、パワーアンプ３６ｂの入力に接続されている。発振器３６ａから出力された高周波信号は、パワーアンプ３６ｂに入力される。パワーアンプ３６ｂは、入力された高周波信号から、第１の電力レベル設定信号によって指定される電力レベルを有する高周波電力ＲＦ１を生成するよう、当該高周波信号を増幅する。パワーアンプ３６ｂは、生成した高周波電力ＲＦ１を出力する。
【００３８】
パワーアンプ３６ｂの後段には、パワーセンサ３６ｃが設けられている。パワーセンサ３６ｃは、方向性結合器、進行波検出器、及び反射波検出器を有している。パワーセンサ３６ｃにおいて、方向性結合器は、高周波電力ＲＦ１の進行波の一部を進行波検出器に与え、反射波を反射波検出器に与える。パワーセンサ３６ｃには、高周波電力ＲＦ１の周波数を特定する信号が電源制御部３６ｅから与えられる。パワーセンサ３６ｃの進行波検出器は、進行波の全周波数成分のうち高周波電力ＲＦ１の設定周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち進行波の電力レベルの測定値Ｐｆ１１を生成する。測定値Ｐｆ１１は、パワーフィードバック用に電源制御部３６ｅに与えられる。
【００３９】
パワーセンサ３６ｃの反射波検出器は、反射波の全周波数成分のうち高周波電力ＲＦ１の周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ１１を生成する。また、パワーセンサ３６ｃの反射波検出器は、反射波の全周波数成分のトータルの電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ１２を生成する。測定値Ｐｒ１１は、モニタ表示用に主制御部７０に与えられる。測定値Ｐｒ１２は、パワーアンプ３６ｂの保護用に、電源制御部３６ｅに与えられる。
【００４０】
整合器４０は、整合回路４０ａ、センサ４０ｂ、コントローラ４０ｃ、分圧回路４０ｄ、及び電圧モニタ４０ｖを有している。整合回路４０ａは、電子制御式の整合回路である。図５に示すように、整合回路４０ａは、複数の直列回路４０１（複数の第１の直列回路）及び複数の直列回路４０２（複数の第２の直列回路）を有している。
【００４１】
複数の直列回路４０１は、互いに並列接続されている。図５に示す例では、複数の直列回路４０１は、高周波電源３６と負荷側の電極（例えば下部電極）との間のノードとグランドとの間で並列接続されている。複数の直列回路４０１の各々は、コンデンサ４０１ｃとスイッチング素子４０１ｓとを含んでいる。コンデンサ４０１ｃとスイッチング素子４０１ｓは、直列接続されている。スイッチング素子４０１ｓは、例えばＰＩＮダイオードである。
【００４２】
複数の直列回路４０２は、互いに並列接続されている。図５に示す例では、複数の直列回路４０２は、高周波電源３６と負荷側の電極（例えば下部電極）との間で並列接続されている。別の例では、複数の直列回路４０２は、高周波電源３６と負荷側の電極（例えば下部電極）との間の別のノードとグランドとの間で並列接続されていてもよい。複数の直列回路４０２の各々は、コンデンサ４０２ｃとスイッチング素子４０２ｓとを含んでいる。コンデンサ４０２ｃとスイッチング素子４０２ｓは、直列接続されている。スイッチング素子４０２ｓは、例えばＰＩＮダイオードである。なお、整合回路４０ａは、インダクタ等を更に含んでいてもよい。
【００４３】
図４を再び参照する。コントローラ４０ｃは、例えばプロセッサから構成される。コントローラ４０ｃは、主制御部７０の制御の下で動作する。コントローラ４０ｃは、センサ４０ｂから与えられる測定値を利用する。
【００４４】
図６に示すように、センサ４０ｂは、電流検出器１０２Ａ、電圧検出器１０４Ａ、フィルタ１０６Ａ、及びフィルタ１０８Ａを有している。電圧検出器１０４Ａは、給電ライン４３上で伝送される高周波電力ＲＦ１の電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ１０６Ａに入力される。フィルタ１０６Ａは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０６Ａは、主制御部７０からの信号によって特定される高周波電力ＲＦ１の設定周波数の成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。フィルタ１０６Ａによって生成された濾過電圧波形信号は、コントローラ４０ｃに与えられる。なお、フィルタ１０６Ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
【００４５】
電流検出器１０２Ａは、給電ライン４３上で伝送される高周波電力ＲＦ１の電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ１０８Ａに入力される。フィルタ１０８Ａは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０８Ａは、主制御部７０からの信号によって特定される高周波電力ＲＦ１の設定周波数の成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。フィルタ１０８Ａによって生成された濾過電流波形信号は、コントローラ４０ｃに与えられる。なお、フィルタ１０８Ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
【００４６】
図４に戻る。コントローラ４０ｃは、高周波電源３６の負荷側のインピーダンス（以下、「インピーダンスＺ１」という）を求めるようになっている。コントローラ４０ｃは、求めたインピーダンスＺ１を高周波電源３６の出力インピーダンス（整合ポイント）に近づけるように、整合回路４０ａの複数のスイッチング素子４０１ｓ及び複数のスイッチング素子４０２ｓを制御する。
【００４７】
コントローラ４０ｃは、インピーダンスＺ１を、フィルタ１０６Ａから与えられる濾過電圧波形信号、及び、フィルタ１０８Ａから与えられる濾過電流波形信号を用いて、求める。具体的に、コントローラ４０ｃは、以下の（１）式により、インピーダンスＺ１を求める。
Ｚ１＝Ｖ１／Ｉ１      …（１）
（１）式にいて、Ｖ１は、フィルタ１０６Ａから与えられる濾過電圧波形信号によって特定される電圧であり、Ｉ１は、フィルタ１０８Ａから与えられる濾過電流波形信号によって特定される電流である。
【００４８】
コントローラ４０ｃは、高周波電源３６からの高周波電力ＲＦ１の供給中に、チャンバ１０内でプラズマが生成されているか否かを判定するように構成されている。即ち、コントローラ４０ｃは、高周波電源３６からの高周波電力ＲＦ１の供給が開始され、センサ４０ｂにおいて高周波電力ＲＦ１が検出された後に、チャンバ１０内でプラズマが生成されているか否かを判定するように構成されている。
【００４９】
チャンバ１０内でプラズマが生成されていないと判定される場合には、コントローラ４０ｃは、負荷側のリアクタンスをゼロに設定するか又は近づけよう、電源制御部３６ｅに高周波電力ＲＦ１の周波数の調整を指示する。負荷側のリアクタンスは、インピーダンスＺ１から特定される。コントローラ４０ｃは、電源制御部３６ｅに、直接的に又は主制御部７０を介して、指示を送信する。具体的に、コントローラ４０ｃは、チャンバ１０内でプラズマが生成されていないと判定される場合には、スミスチャート上で負荷側のリアクタンスをゼロに設定するか又は近づけるための設定周波数を求める。コントローラ４０ｃは、求めた設定周波数に高周波電力ＲＦ１の周波数を調整するよう、電源制御部３６ｅに指示を送信する。電源制御部３６ｅは、コントローラ４０ｃから指示された設定周波数に、出力する高周波信号の周波数を調整するよう、発振器３６ａを制御する。発振器３６ａによって出力される高周波信号の周波数が設定周波数に調整されることにより、高周波電力ＲＦ１の周波数は設定周波数に調整される。
【００５０】
高周波電力ＲＦ１の周波数が設定周波数に調整されてもチャンバ１０内でプラズマが生成されていないと判定される場合には、チャンバ１０内でプラズマを発生させる高周波電力ＲＦ１の周波数を決定するために、高周波電力ＲＦ１の周波数が更に変更される。具体的に、コントローラ４０ｃは、高周波電力ＲＦ１の周波数が設定周波数に調整されてもチャンバ１０内でプラズマが生成されていないと判定される場合には、高周波電力ＲＦ１の周波数を変更するよう、電源制御部３６ｅに指示する。電源制御部３６ｅは、コントローラ４０ｃからの指示に応じて、出力する高周波信号の周波数を変更するよう、発振器３６ａを制御する。発振器３６ａによって出力される高周波信号の周波数が変更されることにより、高周波電力ＲＦ１の周波数も変更される。高周波電力ＲＦ１の周波数の変更においては、高周波電力ＲＦ１の周波数は、所定のレンジ内において掃引される。或いは、高周波電力ＲＦ１の周波数の変更においては、高周波電力ＲＦ１の周波数は、複数の周波数に順に設定される。
【００５１】
上述したように、コントローラ４０ｃは、チャンバ１０内でプラズマが生成されているか否かを判定するように構成されている。コントローラ４０ｃは、チャンバ１０内でのプラズマの発生を反映する一つ以上のパラメータを求める。一つ以上のパラメータは、位相差φ１、インピーダンスＺ１の大きさ｜Ｚ１｜、反射係数Γ１、進行波の電力レベルＰｆ１、反射波の電力レベルＰｒ１、電圧の波高値Ｖｐｐ１、及びチャンバ１０内の発光量から選択された一つ以上のパラメータである。コントローラ４０ｃは、一つ以上のパラメータを対応の閾値と比較することにより、プラズマが生成されているか否かを判定する。なお、複数のパラメータが用いられる場合には、複数のパラメータの全てと対応のパラメータとの比較の結果がチャンバ１０内でプラズマが生成されていることを示している場合に、チャンバ１０内でプラズマが生成されていると判定されてもよい。或いは、複数のパラメータのうち一つ以上のパラメータと対応のパラメータとの比較の結果がチャンバ１０内でプラズマが生成されていることを示している場合に、チャンバ１０内でプラズマが生成されていると判定されてもよい。
【００５２】
位相差φ１は、電圧Ｖ１と電流Ｉ１との間の位相差である。コントローラ４０ｃは、以下の（２）式により、位相差φ１を求めることができる。
φ１＝ｔａｎ−１（Ｘ１／Ｒ１）      …（２）
（２）式におけるＸ１及びＲ１は、以下の（３）式で定義される。
Ｚ１＝Ｒ１＋ｊＸ１      …（３）
なお、（３）式において「ｊ」は虚数である。
【００５３】
コントローラ４０ｃは、以下の（４）式により、反射係数Γ１を求めることができる。
Γ１＝（Ｚ１−Ｚ０１）／（Ｚ１＋Ｚ０１）      …（４）
（４）式において、Ｚ０１は、給電ライン４３の特性インピーダンスであり、一般的には５０Ωである。
【００５４】
進行波の電力レベルＰｆ１は、給電ライン４３上での進行波の電力レベルである。反射波の電力レベルＰｒ１は、給電ライン４３上での反射波の電力レベルである。コントローラ４０ｃは、以下の（５）式により、進行波の電力レベルＰｆ１を求めることができる。コントローラ４０ｃは、以下の（６）式により、進行波の電力レベルＰｒ１を求めることができる。
Ｐｆ１＝Ｐ１／（１−|Γ１｜２）      …（５）
Ｐｒ１＝|Γ１｜２Ｐ１／（１−|Γ１｜２）      …（６）
（５）式及び（６）式において、Ｐ１は進行波の電力レベルと反射波の電力レベルとの差、即ちロードパワーのレベルである。ロードパワーのレベルＰ１は、以下の式（７）により定義される。
Ｐ１＝Ｐｆ１−Ｐｒ１＝Ｖ１Ｉ１ｃｏｓφ１      …（７）
【００５５】
電圧の波高値Ｖｐｐ１は、給電ライン４３上での電圧の波高値である。コントローラ４０ｃは、電圧モニタ４０ｖから波高値Ｖｐｐ１を取得することができる。波高値Ｖｐｐ１は、電圧モニタ４０ｖよって測定される。電圧モニタ４０ｖは、図４に示すように、分圧回路４０ｄによって分圧された電圧の測定値から、波高値Ｖｐｐ１を求める。さらに、コントローラ４０ｃは、光学センサ７４からチャンバ１０内の発光量を取得することできる。
【００５６】
コントローラ４０ｃは、チャンバ１０内でプラズマが生成されていると判定すると、高周波電力ＲＦ１の設定周波数を基本周波数ｆＢ１に設定するよう、電源制御部３６ｅに指示を送信する。電源制御部３６ｅは、コントローラ４０ｃに応じて、出力する高周波信号の周波数を基本周波数ｆＢ１に設定するよう、発振器３６ａを制御する。発振器３６ａによって出力される高周波信号の周波数が基本周波数ｆＢ１に設定されることにより、高周波電力ＲＦ１の周波数は基本周波数ｆＢ１に設定される。また、コントローラ４０ｃは、チャンバ１０内でプラズマが生成されていると判定すると、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスを高周波電源３６の出力インピーダンス（整合ポイント）に整合させるよう、整合回路４０ａを制御する。
【００５７】
図７に示すように、高周波電源３８は、発振器３８ａ、パワーアンプ３８ｂ、パワーセンサ３８ｃ、及び電源制御部３８ｅを有している。電源制御部３８ｅは、ＣＰＵといったプロセッサから構成されている。電源制御部３８ｅは、主制御部７０及びパワーセンサ３８ｃから与えられる信号を利用して、発振器３８ａ及びパワーアンプ３８ｂのそれぞれに制御信号を与えて、発振器３８ａ及びパワーアンプ３８ｂを制御する。
【００５８】
主制御部７０から電源制御部３８ｅに与えられる信号は、第２の電力レベル設定信号及び第２の周波数設定信号である。第２の電力レベル設定信号は、高周波電力ＲＦ２の電力レベルを指定する信号であり、第２の周波数設定信号は、高周波電力ＲＦ２の設定周波数を指定する信号である。
【００５９】
電源制御部３８ｅは、第２の周波数設定信号によって指定された設定周波数を有する高周波信号を出力するよう、発振器３８ａを制御する。発振器３８ａの出力は、パワーアンプ３８ｂの入力に接続されている。発振器３８ａから出力された高周波信号は、パワーアンプ３８ｂに入力される。パワーアンプ３８ｂは、入力された高周波信号から、第２の電力レベル設定信号によって指定される電力レベルを有する高周波電力ＲＦ２を生成するよう、当該高周波信号を増幅する。パワーアンプ３８ｂは、生成した高周波電力ＲＦ２を出力する。
【００６０】
パワーアンプ３８ｂの後段には、パワーセンサ３８ｃが設けられている。パワーセンサ３８ｃは、方向性結合器、進行波検出器、及び反射波検出器を有している。パワーセンサ３８ｃにおいて、方向性結合器は、高周波電力ＲＦ２の進行波の一部を進行波検出器に与え、反射波を反射波検出器に与える。パワーセンサ３８ｃには、高周波電力ＲＦ２の周波数を特定する信号が電源制御部３８ｅから与えられる。パワーセンサ３８ｃの進行波検出器は、進行波の全周波数成分のうち高周波電力ＲＦ２の設定周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち進行波の電力レベルの測定値Ｐｆ２１を生成する。測定値Ｐｆ２１は、パワーフィードバック用に電源制御部３８ｅに与えられる。
【００６１】
パワーセンサ３８ｃの反射波検出器は、反射波の全周波数成分のうち高周波電力ＲＦ２の周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ２１を生成する。また、パワーセンサ３８ｃの反射波検出器は、反射波の全周波数成分のトータルの電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ２２を生成する。測定値Ｐｒ２１は、モニタ表示用に主制御部７０に与えられる。測定値Ｐｒ２２は、パワーアンプ３８ｂの保護用に、電源制御部３８ｅに与えられる。
【００６２】
整合器４２は、整合回路４２ａ、センサ４２ｂ、コントローラ４２ｃ、分圧回路４２ｄ、及び電圧モニタ４２ｖを有している。整合回路４２ａは、電子制御式の整合回路である。図８に示すように、整合回路４２ａは、複数の直列回路４２１（第１の直列回路）及び複数の直列回路４２２（第２の直列回路）を有している。
【００６３】
複数の直列回路４２１は、互いに並列接続されている。図８に示す例では、複数の直列回路４２１は、高周波電源３８と負荷側の電極（下部電極）との間のノードとグランドとの間で並列接続されている。複数の直列回路４２１の各々は、コンデンサ４２１ｃとスイッチング素子４２１ｓとを含んでいる。コンデンサ４２１ｃとスイッチング素子４２１ｓは、直列接続されている。スイッチング素子４２１ｓは、例えばＰＩＮダイオードである。
【００６４】
複数の直列回路４２２は、互いに並列接続されている。図８に示す例では、複数の直列回路４２２は、高周波電源３８と負荷側の電極（下部電極）との間で並列接続されている。別の例では、複数の直列回路４２２は、高周波電源３８と負荷側の電極（下部電極）との間の別のノードとグランドとの間で並列接続されていてもよい。複数の直列回路４２２の各々は、コンデンサ４２２ｃとスイッチング素子４２２ｓとを含んでいる。コンデンサ４２２ｃとスイッチング素子４２２ｓは、直列接続されている。スイッチング素子４２２ｓは、例えばＰＩＮダイオードである。なお、整合回路４２ａは、インダクタ等を更に含んでいてもよい。
【００６５】
図７を再び参照する。コントローラ４２ｃは、例えばプロセッサから構成される。コントローラ４２ｃは、主制御部７０の制御の下で動作する。コントローラ４２ｃは、センサ４２ｂから与えられる測定値を利用する。
【００６６】
図９に示すように、センサ４２ｂは、電流検出器１０２Ｂ、電圧検出器１０４Ｂ、フィルタ１０６Ｂ、及びフィルタ１０８Ｂを有している。電圧検出器１０４Ｂは、給電ライン４５上で伝送される高周波電力ＲＦ２の電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ１０６Ｂに入力される。フィルタ１０６Ｂは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０６Ｂは、主制御部７０からの信号によって特定される高周波電力ＲＦ２の設定周波数の成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。フィルタ１０６Ｂによって生成された濾過電圧波形信号は、コントローラ４２ｃに与えられる。なお、フィルタ１０６Ｂは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
【００６７】
電流検出器１０２Ｂは、給電ライン４５上で伝送される高周波電力ＲＦ２の電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ１０８Ｂに入力される。フィルタ１０８Ｂは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０８Ｂは、主制御部７０からの信号によって特定される高周波電力ＲＦ２の設定周波数の成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。フィルタ１０８Ｂによって生成された濾過電流波形信号は、コントローラ４２ｃに与えられる。なお、フィルタ１０８Ｂは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
【００６８】
図７に戻る。コントローラ４２ｃは、高周波電源３８の負荷側のインピーダンス（以下、「インピーダンスＺ２」という）を求めるようになっている。コントローラ４２ｃは、求めたインピーダンスＺ２を高周波電源３８の出力インピーダンス（整合ポイント）に近づけるように、整合回路４２ａの複数のスイッチング素子４２１ｓ及び複数のスイッチング素子４２２ｓを制御する。
【００６９】
コントローラ４２ｃは、インピーダンスＺ２を、フィルタ１０６Ｂから与えられる濾過電圧波形信号、及び、フィルタ１０８Ｂから与えられる濾過電流波形信号を用いて、求める。具体的に、コントローラ４２ｃは、以下の（８）式により、インピーダンスＺ２を求める。
Ｚ２＝Ｖ２／Ｉ２      …（８）
（８）式にいて、Ｖ２は、フィルタ１０６Ｂから与えられる濾過電圧波形信号によって特定される電圧であり、Ｉ２は、フィルタ１０８Ｂから与えられる濾過電流波形信号によって特定される電流である。
【００７０】
コントローラ４２ｃは、高周波電源３８からの高周波電力ＲＦ２の供給中に、チャンバ１０内でプラズマが生成されているか否かを判定するように構成されている。即ち、コントローラ４２ｃは、高周波電源３８からの高周波電力ＲＦ２の供給が開始され、センサ４２ｂにおいて高周波電力ＲＦ２が検出された後に、チャンバ１０内でプラズマが生成されているか否かを判定するように構成されている。
【００７１】
チャンバ１０内でプラズマが生成されていないと判定される場合には、コントローラ４２ｃは、負荷側のリアクタンスをゼロに設定するか又は近づけよう、電源制御部３８ｅに高周波電力ＲＦ２の周波数の調整を指示する。負荷側のリアクタンスは、インピーダンスＺ２から特定される。コントローラ４２ｃは、電源制御部３８ｅに、直接的に又は主制御部７０を介して、指示を送信する。具体的に、コントローラ４２ｃは、チャンバ１０内でプラズマが生成されていないと判定される場合には、スミスチャート上で負荷側のリアクタンスをゼロに設定するか又は近づけるための設定周波数を求める。コントローラ４２ｃは、求めた設定周波数に高周波電力ＲＦ２の周波数を調整するよう、電源制御部３８ｅに指示を送信する。電源制御部３８ｅは、コントローラ４２ｃから指示された設定周波数に、出力する高周波信号の周波数を調整するよう、発振器３８ａを制御する。発振器３８ａによって出力される高周波信号の周波数が設定周波数に調整されることにより、高周波電力ＲＦ２の周波数は設定周波数に調整される。
【００７２】
高周波電力ＲＦ２の周波数が設定周波数に調整されてもチャンバ１０内でプラズマが生成されていないと判定される場合には、チャンバ１０内でプラズマを発生させる高周波電力ＲＦ２の周波数を決定するために、高周波電力ＲＦ２の周波数が更に変更される。具体的に、コントローラ４２ｃは、高周波電力ＲＦ２の周波数が設定周波数に調整されてもチャンバ１０内でプラズマが生成されていないと判定される場合には、高周波電力ＲＦ２の周波数を変更するよう、電源制御部３８ｅに指示する。電源制御部３８ｅは、コントローラ４２ｃからの指示に応じて、出力する高周波信号の周波数を変更するよう、発振器３８ａを制御する。発振器３８ａによって出力される高周波信号の周波数が変更されることにより、高周波電力ＲＦ２の周波数も変更される。高周波電力ＲＦ２の周波数の変更においては、高周波電力ＲＦ２の周波数は所定のレンジ内において掃引される。或いは、高周波電力ＲＦ２の周波数の変更においては、高周波電力ＲＦ２の周波数は、複数の周波数に順に設定される。
【００７３】
上述したように、コントローラ４２ｃは、チャンバ１０内でプラズマが生成されているか否かを判定するように構成されている。コントローラ４２ｃは、チャンバ１０内でのプラズマの発生を反映する一つ以上のパラメータを求める。一つ以上のパラメータは、位相差φ２、インピーダンスＺ２の大きさ｜Ｚ２｜、反射係数Γ２、進行波の電力レベルＰｆ２、反射波の電力レベルＰｒ２、電圧の波高値Ｖｐｐ２、及びチャンバ１０内の発光量から選択された一つ以上のパラメータである。コントローラ４２ｃは、一つ以上のパラメータを対応の閾値と比較することにより、プラズマが生成されているか否かを判定する。なお、複数のパラメータが用いられる場合には、複数のパラメータの全てと対応のパラメータとの比較の結果がチャンバ１０内でプラズマが生成されていることを示している場合に、チャンバ１０内でプラズマが生成されていると判定されてもよい。或いは、複数のパラメータのうち一つ以上のパラメータと対応のパラメータとの比較の結果がチャンバ１０内でプラズマが生成されていることを示している場合に、チャンバ１０内でプラズマが生成されていると判定されてもよい。
【００７４】
位相差φ２は、電圧Ｖ２と電流Ｉ２との間の位相差である。コントローラ４２ｃは、以下の（９）式により、位相差φ２を求めることができる。
φ２＝ｔａｎ−１（Ｘ２／Ｒ２）      …（９）
（９）式におけるＸ２及びＲ２は、以下の（１０）式で定義される。
Ｚ２＝Ｒ２＋ｊＸ２      …（１０）
なお、（１０）式において「ｊ」は虚数である。
【００７５】
コントローラ４２ｃは、以下の（１１）式により、反射係数Γ２を求めることができる。
Γ２＝（Ｚ２−Ｚ０２）／（Ｚ２＋Ｚ０２）      …（１１）
（１１）式において、Ｚ０２は、給電ライン４５の特性インピーダンスであり、一般的には５０Ωである。
【００７６】
進行波の電力レベルＰｆ２は、給電ライン４５上での進行波の電力レベルである。反射波の電力レベルＰｒ２は、給電ライン４５上での反射波の電力レベルである。コントローラ４２ｃは、以下の（１２）式により、進行波の電力レベルＰｆ２を求めることができる。コントローラ４２ｃは、以下の（１３）式により、進行波の電力レベルＰｒ２を求めることができる。
Ｐｆ２＝Ｐ２／（１−｜Γ２｜２）      …（１２）
Ｐｒ２＝｜Γ２｜２Ｐ２／（１−｜Γ２｜２）      …（１３）
（１２）式及び（１３）式において、Ｐ２は進行波の電力レベルと反射波の電力レベルとの差、即ちロードパワーのレベルである。ロードパワーのレベルＰ２は、以下の式（１４）により定義される。
Ｐ２＝Ｐｆ２−Ｐｒ２＝Ｖ２Ｉ２ｃｏｓφ２      …（１４）
【００７７】
電圧の波高値Ｖｐｐ２は、給電ライン４５上での電圧の波高値である。コントローラ４２ｃは、電圧モニタ４２ｖから波高値Ｖｐｐ２を取得することができる。波高値Ｖｐｐ２は、電圧モニタ４２ｖよって測定される。電圧モニタ４２ｖは、図７に示すように、分圧回路４２ｄによって分圧された電圧の測定値から、波高値Ｖｐｐ２を求める。さらに、コントローラ４２ｃは、光学センサ７４からチャンバ１０内の発光量を取得することできる。
【００７８】
コントローラ４２ｃは、チャンバ１０内でプラズマが生成されていると判定すると、高周波電力ＲＦ２の設定周波数を基本周波数ｆＢ２に設定するよう、電源制御部３８ｅに指示を送信する。電源制御部３８ｅは、コントローラ４２ｃに応じて、出力する高周波信号の周波数を基本周波数ｆＢ２に設定するよう、発振器３８ａを制御する。発振器３８ａよって出力される高周波信号の周波数が基本周波数ｆＢ２に設定されることにより、高周波電力ＲＦ２の周波数は基本周波数ｆＢ２に設定される。また、コントローラ４２ｃは、チャンバ１０内でプラズマが生成されていると判定すると、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスを高周波電源３８の出力インピーダンス（整合ポイント）に整合させるよう、整合回路４２ａを制御する。
【００７９】
以下、再び図１及び図２を参照し、プラズマ処理装置１に方法ＭＴが適用される場合を例として、方法ＭＴについて説明する。また、以下の説明では、プラズマの生成に高周波電源３６及び整合器４０、並びに、高周波電源３８及び整合器４２が用いられる場合を例として、方法ＭＴについて説明する。
【００８０】
方法ＭＴは、チャンバ１０の内部空間にガスが供給されており、チャンバ１０の内部空間における圧力が指定された圧力に排気装置６６によって減圧されている状態で実行される。図１に示すように、方法ＭＴは、工程ＳＴ１で開始する。工程ＳＴ１では、高周波電力ＲＦ１及び高周波電力ＲＦ２の供給が開始される。工程ＳＴ１では、高周波電力ＲＦ１の周波数は基本周波数ｆＢ１に設定され、高周波電力ＲＦ２の周波数は基本周波数ｆＢ２に設定される。高周波電力ＲＦ１は、高周波電源３６から整合器４０を介して下部電極に供給される。高周波電力ＲＦ１は、整合器４０を介して上部電極４６に供給されてもよい。高周波電力ＲＦ２は、高周波電源３８から整合器４２を介して下部電極に供給される。
【００８１】
続く工程ＳＴ２では、高周波電力ＲＦ１及び高周波電力ＲＦ２が検知される。高周波電力ＲＦ１は、コントローラ４０ｃにおいて検知される。コントローラ４０ｃは、センサ４０ｂの上述の測定値、進行波の電力レベルＰｆ１、ロードパワーのレベルＰ１、電圧の波高値Ｖｐｐ１といったパラメータのうち一つ以上のパラメータを対応の閾値と比較することにより、高周波電力ＲＦ１を検知することができる。高周波電力ＲＦ２は、コントローラ４２ｃにおいて検知される。コントローラ４２ｃは、センサ４２ｂの上述の測定値、進行波の電力レベルＰｆ２、ロードパワーのレベルＰ２、電圧の波高値Ｖｐｐ２といったパラメータのうち一つ以上のパラメータを対応の閾値と比較することにより、高周波電力ＲＦ２を検知することができる。
【００８２】
高周波電力ＲＦ１及び高周波電力ＲＦ２が検知されると、続く工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３では、続く工程ＳＴ４においてチャンバ１０内でプラズマが生成されているか否かを判定するために、コントローラ４０ｃによって上述の一つ以上のパラメータが取得され、コントローラ４２ｃによって上述の一つ以上のパラメータが取得される。コントローラ４０ｃによって取得される一つ以上のパラメータは、位相差φ１、インピーダンスＺ１の大きさ｜Ｚ１｜、反射係数Γ１、進行波の電力レベルＰｆ１、反射波の電力レベルＰｒ１、電圧の波高値Ｖｐｐ１、及びチャンバ１０内の発光量から選択される一つ以上のパラメータである。コントローラ４２ｃによって取得される一つ以上のパラメータは、位相差φ２、インピーダンスＺ２の大きさ｜Ｚ２｜、反射係数Γ２、進行波の電力レベルＰｆ２、反射波の電力レベルＰｒ２、電圧の波高値Ｖｐｐ２、及びチャンバ１０内の発光量から選択される一つ以上のパラメータである。
【００８３】
続く工程ＳＴ４では、チャンバ１０内においてプラズマが生成されているか否かが判定される。具体的に、工程ＳＴ４では、コントローラ４０ｃは、コントローラ４０ｃが工程ＳＴ３で求めた一つ以上のパラメータを対応の閾値と比較にすることにより、プラズマが生成されているか否かを判定する。また、コントローラ４２ｃは、コントローラ４２ｃが工程ＳＴ３で求めた一つ以上のパラメータを対応の閾値と比較にすることにより、プラズマが生成されているか否かを判定する。
【００８４】
工程ＳＴ４においてプラズマが生成されていると判定される場合には、工程ＳＴ５が実行される。工程ＳＴ５では、コントローラ４０ｃは、高周波電源３６の負荷側のインピーダンス（インピーダンスＺ１）を高周波電源３６の出力インピーダンス（整合ポイント）に整合させるよう、整合回路４０ａを制御する。工程ＳＴ５では、コントローラ４２ｃは、高周波電源３８の負荷側のインピーダンス（インピーダンスＺ２）を高周波電源３８の出力インピーダンス（整合ポイント）に整合させるよう、整合回路４２ａを制御する。方法ＭＴでは、プラズマが生成されている状態で、プラズマ処理が実行される。プラズマ処理の実行後に、方法ＭＴは終了する。
【００８５】
一方、工程ＳＴ４においてプラズマが生成されていないと判定される場合には、工程ＳＴ１１が実行される。工程ＳＴ１１では、高周波電力ＲＦ１の周波数及び高周波電力ＲＦ２の周波数が調整される。具体的に、工程ＳＴ１１では、コントローラ４０ｃが、負荷側のリアクタンス（Ｘ１）をゼロに設定するか又は近づけよう、電源制御部３６ｅに高周波電力ＲＦ１の周波数の調整を指示する。より具体的には、工程ＳＴ１１において、コントローラ４０ｃは、スミスチャート上で負荷側のリアクタンス（Ｘ１）をゼロに設定するか又は近づけるための設定周波数を求める。コントローラ４０ｃは、求めた設定周波数に高周波電力ＲＦ１の周波数を調整するよう、電源制御部３６ｅに指示を送信する。電源制御部３６ｅは、コントローラ４０ｃから指示された設定周波数に、出力する高周波信号の周波数を調整するよう、発振器３６ａを制御する。発振器３６ａによって出力される高周波信号の周波数が設定周波数に調整されることにより、高周波電力ＲＦ１の周波数は設定周波数に調整される。
【００８６】
また、工程ＳＴ１１では、コントローラ４２ｃが、負荷側のリアクタンス（Ｘ２）をゼロに設定するか又は近づけよう、電源制御部３８ｅに高周波電力ＲＦ２の周波数の調整を指示する。より具体的には、工程ＳＴ１１において、コントローラ４２ｃは、スミスチャート上で負荷側のリアクタンス（Ｘ２）をゼロに設定するか又は近づけるための設定周波数を求める。コントローラ４２ｃは、求めた設定周波数に高周波電力ＲＦ２の周波数を調整するよう、電源制御部３８ｅに指示を送信する。電源制御部３８ｅは、コントローラ４２ｃから指示された設定周波数に、出力する高周波信号の周波数を調整するよう、発振器３８ａを制御する。発振器３８ａによって出力される高周波信号の周波数が設定周波数に調整されることにより、高周波電力ＲＦ２の周波数は設定周波数に調整される。
【００８７】
工程ＳＴ１１に続いて、工程ＳＴ１２が実行される。工程ＳＴ１２では、工程ＳＴ３と同様に、コントローラ４０ｃによって上述の一つ以上のパラメータが取得され、コントローラ４２ｃによって上述の一つ以上のパラメータが取得される。
【００８８】
工程ＳＴ１２に続いて、工程ＳＴ１３が実行される。工程ＳＴ１３では、工程ＳＴ４と同様に、チャンバ１０内でプラズマが生成されているか否かが、コントローラ４０ｃ及びコントローラ４２ｃによって判定される。
【００８９】
工程ＳＴ１３においてプラズマが生成されていると判定される場合には、工程ＳＴ１４が実行される。工程ＳＴ１４では、高周波電力ＲＦ１の周波数が基本周波数ｆＢ１に設定され、高周波電力ＲＦ２の周波数が基本周波数ｆＢ２に設定される。高周波電力ＲＦ１の周波数は、コントローラ４０ｃからの指示に応じて電源制御部３６ｅによって制御される。高周波電力ＲＦ２の周波数は、コントローラ４２ｃからの指示に応じて電源制御部３８ｅによって制御される。工程ＳＴ１４の実行後、工程ＳＴ５に処理が移る。
【００９０】
一方、工程ＳＴ１３においてプラズマが生成されていないと判定される場合には、工程ＳＴ２１が実行される。工程ＳＴ２１では、チャンバ１０内でプラズマを発生させる高周波電力ＲＦ１の周波数を決定するために、高周波電力ＲＦ１の周波数が変更され、高周波電力ＲＦ２の周波数が変更される。
【００９１】
具体的に、工程ＳＴ２１では、コントローラ４０ｃが、高周波電力ＲＦ１の周波数を変更するよう、電源制御部３６ｅに指示する。電源制御部３６ｅは、コントローラ４０ｃからの指示に応じて、出力する高周波信号の周波数を変更するよう、発振器３６ａを制御する。発振器３６ａによって出力される高周波信号の周波数が変更されることにより、高周波電力ＲＦ１の周波数も変更される。また、コントローラ４２ｃが、高周波電力ＲＦ２の周波数を変更するよう、電源制御部３８ｅに指示する。電源制御部３８ｅは、コントローラ４２ｃからの指示に応じて、出力する高周波信号の周波数を変更するよう、発振器３８ａを制御する。発振器３８ａによって出力される高周波信号の周波数が変更されることにより、高周波電力ＲＦ２の周波数も変更される。
【００９２】
工程ＳＴ２１に続く工程ＳＴ２２では、工程ＳＴ３と同様に、コントローラ４０ｃによって上述の一つ以上のパラメータが取得され、コントローラ４２ｃによって上述の一つ以上のパラメータが取得される。
【００９３】
工程ＳＴ２２に続く工程ＳＴ２３では、工程ＳＴ４と同様に、チャンバ１０内でプラズマが生成されているか否かが、コントローラ４０ｃ及びコントローラ４２ｃによって判定される。
【００９４】
工程ＳＴ２３においてプラズマが生成されていると判定される場合には、工程ＳＴ２４が実行される。工程ＳＴ２４では、高周波電力ＲＦ１の周波数が基本周波数ｆＢ１に設定され、高周波電力ＲＦ２の周波数が基本周波数ｆＢ２に設定される。高周波電力ＲＦ１の周波数は、コントローラ４０ｃからの指示に応じて電源制御部３６ｅによって制御される。高周波電力ＲＦ２の周波数は、コントローラ４２ｃからの指示に応じて電源制御部３８ｅによって制御される。工程ＳＴ２４の実行後、工程ＳＴ５に処理が移る。
【００９５】
一方、工程ＳＴ２３においてプラズマが生成されていないと判定される場合には、工程ＳＴ２５が実行される。工程ＳＴ２５では、高周波電力ＲＦ１の周波数及び高周波電力ＲＦ２の周波数の変更を終了するか否かが判定される。一実施形態では、工程ＳＴ２１、工程ＳＴ２２、工程ＳＴ２３、及び工程ＳＴ２５を含むシーケンスの繰り返しにおいて、所定のレンジ内で高周波電力ＲＦ１の周波数が掃引され、別の所定のレンジ内で高周波電力ＲＦ２の周波数が掃引されて、プラズマが生成されているか否かが判定される。この実施形態では、工程ＳＴ２５では、高周波電力ＲＦ１の周波数の掃引が完了しないないか、又は、高周波電力ＲＦ２の周波数の掃引が完了していない場合に、高周波電力ＲＦ１の周波数及び高周波電力ＲＦ２の周波数の変更を終了しないものと判定される。高周波電力ＲＦ１の周波数の掃引が完了しており、高周波電力ＲＦ２の周波数の掃引が完了している場合には、高周波電力ＲＦ１の周波数及び高周波電力ＲＦ２の周波数の変更を終了するものと判定される。
【００９６】
別の実施形態では、工程ＳＴ２１、工程ＳＴ２２、工程ＳＴ２３、及び工程ＳＴ２５を含むシーケンスの繰り返しにおいて、高周波電力ＲＦ１の周波数が複数の周波数に順に設定され、高周波電力ＲＦ２の周波数が複数の別の周波数に順に設定されて、プラズマが生成されているか否かが判定される。この実施形態では、工程ＳＴ２５では、高周波電力ＲＦ１の周波数の複数の周波数への変更が完了していないか、又は、高周波電力ＲＦ２の周波数の複数の別の周波数への変更が完了していないか場合に、高周波電力ＲＦ１の周波数及び高周波電力ＲＦ２の周波数の変更を終了しないものと判定される。高周波電力ＲＦ１の周波数の複数の周波数への変更が完了しており、高周波電力ＲＦ２の周波数の複数の別の周波数への変更が完了している場合には、高周波電力ＲＦ１の周波数及び高周波電力ＲＦ２の周波数の変更を終了するものと判定される。
【００９７】
工程ＳＴ２５において高周波電力ＲＦ１の周波数及び高周波電力ＲＦ２の周波数の変更を終了しないものと判定されると、工程ＳＴ２１が再び実行される。一方、工程ＳＴ２５において高周波電力ＲＦ１の周波数及び高周波電力ＲＦ２の周波数の変更を終了しないものと判定されると、工程ＳＴ３１が実行される。
【００９８】
工程ＳＴ３１では、高周波電力ＲＦ１の周波数が基本周波数ｆＢ１に設定され、高周波電力ＲＦ２の周波数が基本周波数ｆＢ２に設定される。高周波電力ＲＦ１の周波数は、コントローラ４０ｃからの指示に応じて電源制御部３６ｅによって制御される。高周波電力ＲＦ２の周波数は、コントローラ４２ｃからの指示に応じて電源制御部３８ｅによって制御される。
【００９９】
工程ＳＴ３１に続く工程ＳＴ３２では、工程ＳＴ５と同様に、高周波電源３６の負荷側のインピーダンス（インピーダンスＺ１）を高周波電源３６の出力インピーダンス（整合ポイント）に整合させるよう、整合回路４０ａが制御される。また、工程ＳＴ３２では、高周波電源３８の負荷側のインピーダンス（インピーダンスＺ２）を高周波電源３８の出力インピーダンス（整合ポイント）に整合させるよう、整合回路４２ａが制御される。
【０１００】
工程ＳＴ３２に続く工程ＳＴ３３では、工程ＳＴ３と同様に、コントローラ４０ｃによって上述の一つ以上のパラメータが取得され、コントローラ４２ｃによって上述の一つ以上のパラメータが取得される。
【０１０１】
工程ＳＴ３３に続く工程ＳＴ３４では、工程ＳＴ４と同様に、チャンバ１０内でプラズマが生成されているか否かが、コントローラ４０ｃ及びコントローラ４２ｃによって判定される。工程ＳＴ３４においてプラズマが生成されていないと判定される場合には、工程ＳＴ４１において、方法ＭＴがエラーにより停止される。一方、工程ＳＴ３４においてプラズマが生成されていると判定される場合には、プラズマが生成されている状態でプラズマ処理が実行される。そして、プラズマ処理の実行後に、方法ＭＴは終了する。
【０１０２】
方法ＭＴは、チャンバ１０の中でプラズマが生成されない現象が生じた場合には高周波電力ＲＦ１の周波数が、高周波電源３６の負荷側のリアクタンス（Ｘ１）をゼロに設定するか又は近づけるように調整される。また、チャンバ１０の中でプラズマが生成されない現象が生じた場合には高周波電力ＲＦ２の周波数が、高周波電源３８の負荷側のリアクタンス（Ｘ２）をゼロに設定するか又は近づけるように調整される。高周波電源３６及び高周波電源３８の各々は、高周波電力の周波数を高速に調整することができる。したがって、プラズマが生成されない現象が生じた場合に、高周波電力ＲＦ１及び高周波電力ＲＦ２の反射が短時間で抑制される。
【０１０３】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上記説明では方法ＭＴがプラズマ処理装置１に適用されていたが、方法ＭＴは、プラズマの生成のために高周波電源からの高周波電力を電極に供給するように構成された任意のプラズマ処理装置に適用され得る。そのようなプラズマ処理装置としては、例えば、誘導結合型のプラズマ処理装置が例示される。
【０１０４】
また、方法ＭＴでは、プラズマの生成のために、高周波電源３６及び整合器４０のセットと高周波電源３８及び整合器４２のセットのうち一方のセットのみが用いられてもよい。この場合には、一方のセットに含まれる高周波電源と整合器によって方法ＭＴの工程ＳＴ２以降の各工程が実行される。また、プラズマの生成のために、高周波電源３６及び整合器４０のセットと高周波電源３８及び整合器４２のセットの双方が用いられる場合に、高周波電源３６及び整合器４０のセットのみによって方法ＭＴの工程ＳＴ２以降の各工程が実行されてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１６…サセプタ、３６…高周波電源、３８…高周波電源、４０…整合器、４２…整合器、ＭＴ…方法。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年8月28日(2019.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
進行波の電力レベルＰｆ１は、給電ライン４３上での進行波の電力レベルである。反射波の電力レベルＰｒ１は、給電ライン４３上での反射波の電力レベルである。コントローラ４０ｃは、以下の（５）式により、進行波の電力レベルＰｆ１を求めることができる。コントローラ４０ｃは、以下の（６）式により、反射波の電力レベルＰｒ１を求めることができる。
Ｐｆ１＝Ｐ１／（１−|Γ１｜２）      …（５）
Ｐｒ１＝|Γ１｜２Ｐ１／（１−|Γ１｜２）      …（６）
（５）式及び（６）式において、Ｐ１は進行波の電力レベルと反射波の電力レベルとの差、即ちロードパワーのレベルである。ロードパワーのレベルＰ１は、以下の式（７）により定義される。
Ｐ１＝Ｐｆ１−Ｐｒ１＝Ｖ１Ｉ１ｃｏｓφ１      …（７）
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
進行波の電力レベルＰｆ２は、給電ライン４５上での進行波の電力レベルである。反射波の電力レベルＰｒ２は、給電ライン４５上での反射波の電力レベルである。コントローラ４２ｃは、以下の（１２）式により、進行波の電力レベルＰｆ２を求めることができる。コントローラ４２ｃは、以下の（１３）式により、反射波の電力レベルＰｒ２を求めることができる。
Ｐｆ２＝Ｐ２／（１−｜Γ２｜２）      …（１２）
Ｐｒ２＝｜Γ２｜２Ｐ２／（１−｜Γ２｜２）      …（１３）
（１２）式及び（１３）式において、Ｐ２は進行波の電力レベルと反射波の電力レベルとの差、即ちロードパワーのレベルである。ロードパワーのレベルＰ２は、以下の式（１４）により定義される。
Ｐ２＝Ｐｆ２−Ｐｒ２＝Ｖ２Ｉ２ｃｏｓφ２      …（１４）
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
工程ＳＴ２５において高周波電力ＲＦ１の周波数及び高周波電力ＲＦ２の周波数の変更を終了しないものと判定されると、工程ＳＴ２１が再び実行される。一方、工程ＳＴ２５において高周波電力ＲＦ１の周波数及び高周波電力ＲＦ２の周波数の変更を終了するものと判定されると、工程ＳＴ３１が実行される。