(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置であって、
電磁波を発生させる電磁波発生部と、
前記電磁波に基づいて発生されるプラズマに基づいて、保持部に保持された被処理基板に対する処理としてプラズマ処理が行われる処理室と、
前記保持部における、前記被処理基板を載置するための載置電極と、前記載置電極の内部に設けられた電極として、前記載置電極に対応した面内で、内周部にある第１電極、及び外周部にある第２電極と、
前記載置電極及び前記電極に高周波バイアス電圧を印加するための高周波バイアス電力を供給し、前記高周波バイアス電圧として、前記第１電極に第１電圧を印加し、前記第２電極に第２電圧を印加し、前記載置電極に第３電圧を印加する、電力供給部と、
前記第１電圧及び前記第２電圧をモニタするモニタ部と、
前記モニタ部のモニタ値に基づいて、前記被処理基板の抵抗率を算出する抵抗率算出部と、
前記抵抗率に応じて、前記高周波バイアス電圧に関する補正値を決定し、当該補正値となるように前記電力供給部を駆動制御する補正部と、
を備える、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、
前記電力供給部は、高周波バイアス電源と、前記第１電極及び前記第２電極にスイッチを介して接続されるＬＣ共振回路と、を含み、前記処理の実行中に、前記スイッチ及び前記ＬＣ共振回路の可変の制御値を制御することにより、前記第１電極に前記第１電圧を印加し、前記第２電極に前記第２電圧を印加し、
前記モニタ部は、前記処理の実行中に、前記第１電圧及び前記第２電圧を含む電圧値、及び前記制御値をモニタし、
前記抵抗率算出部は、前記処理の実行中に、前記第１電圧、前記第２電圧、及び前記制御値を用いて、前記抵抗率として、前記処理の実行中の状態に対応する第１の抵抗率を算出し、
前記補正部は、前記処理の実行中に、前記第１の抵抗率に基づいて、前記補正値に対応させた前記制御値を決定し、当該制御値を用いて前記電力供給部を駆動制御する、
プラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記補正部は、前記処理の際、前記ＬＣ共振回路の前記制御値を第１の値とし、前記高周波バイアス電源から所定電力を供給し、その後の期間で、前記第１電圧と前記第２電圧の平均値を一定に維持しながら、前記第１電圧と前記第２電圧との差分値が所定値になるまで、前記制御値を第２の値まで変える制御を行う、
プラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記補正部は、複数の変数値として、前記被処理基板に関する抵抗率と、前記高周波バイアス電圧に関する前記第１電圧及び前記第２電圧を含む電圧値と、の関係を表す制御用情報を保持しており、前記モニタ値の電圧値に基づいて、前記制御用情報を参照して、当該モニタ値の電圧値に関係付けられる抵抗率を算出する、
プラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項４記載のプラズマ処理装置において、
ＤＢを保持するＤＢ部を有し、
前記ＤＢには、前記制御用情報として、複数の抵抗率における抵抗率毎に、前記第１電圧及び前記第２電圧を含む電圧値との関係を表す情報が格納されており、
前記抵抗率算出部は、前記モニタ値の電圧値を、前記ＤＢの電圧値と比較照合して、一番近い電圧値とそれに関係付けられた抵抗率とを取得し、当該抵抗率、または当該抵抗率を近さに応じて補正した抵抗率を、前記第１の抵抗率として得る、
プラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記電力供給部は、前記処理のレートに関する前記被処理基板に対応した面内の分布調整に対応させて、前記高周波バイアス電力を供給して、前記第１電圧及び前記第２電圧を印加し、
前記補正部は、前記分布調整に対応させて、前記第１電圧及び前記第２電圧を含む補正値を決定し、
前記補正部は、前記第１の抵抗率が、基準抵抗率よりも小さい場合には、前記補正値とする前記第１電圧及び前記第２電圧の各電圧値を、前記基準抵抗率の場合に印加する電圧値よりも大きくなるように補正し、逆に、前記第１の抵抗率が、前記基準抵抗率よりも大きい場合には、前記補正値とする前記第１電圧及び前記第２電圧の各電圧値を、前記基準抵抗率の場合に印加する電圧値よりも小さくなるように補正する、
プラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記電力供給部は、高周波バイアス電源と、前記第１電極及び前記第２電極にスイッチを介して接続されるＬＣ共振回路と、を含み、前記載置電極に前記被処理基板が載置された後、前記処理の実行前に、前記スイッチ及び前記ＬＣ共振回路の可変の制御値を制御することにより、前記第１電極に前記第１電圧を印加し、前記第２電極に前記第２電圧を印加し、
前記モニタ部は、前記処理の実行前に、前記第１電圧及び前記第２電圧を含む電圧値、及び前記制御値をモニタし、
前記抵抗率算出部は、前記処理の実行前に、前記第１電圧、前記第２電圧、及び前記制御値を用いて、前記被処理基板の前記処理の実行前の状態に対応した第２の抵抗率を算出し、
前記補正部は、前記処理の実行前に、前記第２の抵抗率に基づいて、前記補正値に対応させた前記制御値を決定し、当該制御値を用いて前記電力供給部を駆動制御する、
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、
前記電力供給部は、前記第１電極及び前記第２電極に第１のスイッチを介して接続されるＬＣ共振回路と、前記載置電極及び前記第１電極と前記第２電極との一方の電極に第２のスイッチを介して接続される高周波バイアス電源と、前記高周波バイアス電源の出口に接続される電圧検出器と、を含み、
前記処理の実行前に、前記第２のスイッチを前記一方の電極に接続された状態とし、前記第１のスイッチを、いずれの電極にも接続しない状態として、前記高周波バイアス電源からの所定の電力を、前記一方の電極に供給し、
前記モニタ部は、前記処理の実行前に、前記第１電圧、前記第２電圧を含む電圧値をモニタし、
前記抵抗率算出部は、前記処理の実行前に、前記電圧値を用いて、前記処理の実行前の状態に対応した抵抗率を算出し、
前記補正部は、前記処理の実行前に、前記抵抗率を用いて、前記処理に関する制御を行う、
プラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項８記載のプラズマ処理装置において、
前記処理の実行中に、前記第２のスイッチを前記載置電極に接続された状態とし、前記第１のスイッチ及び前記ＬＣ共振回路の可変の制御値を制御することにより、前記第１電極に前記第１電圧を印加し、前記第２電極に前記第２電圧を印加し、
前記モニタ部は、前記処理の実行中に、前記電圧値、及び前記制御値をモニタし、
前記抵抗率算出部は、前記処理の実行中に、前記処理の実行中の状態に対応した抵抗率を算出し、
前記補正部は、前記処理の実行中に、前記抵抗率を用いて、前記処理に関する制御を行う、
プラズマ処理装置。
【請求項１０】
プラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
電磁波を発生させる電磁波発生部と、
前記電磁波に基づいて発生されるプラズマに基づいて、保持部に保持された被処理基板に対する処理としてプラズマ処理が行われる処理室と、
前記保持部における、前記被処理基板を載置するための載置電極と、前記載置電極の内部に設けられた電極として、前記載置電極に対応した面内で、内周部にある第１電極、及び外周部にある第２電極と、
を備え、
前記プラズマ処理方法は、前記プラズマ処理装置で実行するステップとして、
前記載置電極及び前記電極に高周波バイアス電圧を印加するための高周波バイアス電力を供給し、前記高周波バイアス電圧として、前記第１電極に第１電圧を印加し、前記第２電極に第２電圧を印加し、前記載置電極に第３電圧を印加するステップと、
前記第１電圧及び前記第２電圧をモニタするステップと、
前記モニタのモニタ値に基づいて、前記被処理基板の抵抗率を算出するステップと、
前記抵抗率に応じて、前記高周波バイアス電力に関する補正値を決定し、当該補正値となるように駆動制御するステップと、
を有する、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、プラズマ処理技術に関する。また、本発明は、プラズマ処理のための高周波バイアス電力を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路素子等を製造する工程では、プラズマ処理装置を用いて、ウエハ等の被処理基板に対し、加工のために好適な、プラズマを用いたエッチング等の処理が行われる。プラズマ処理装置の処理に関する方式としては様々な方式がある。１つの方式として、処理室内の被処理基板を保持する保持部の電極に、プラズマに作用させるための高周波バイアス電圧を印加する方式がある。
【０００３】
素子集積度向上に伴い、微細加工精度向上が要求されており、それと共に、プラズマエッチング処理等の処理におけるウエハ面内での均一性の向上が要求されている。例えば、エッチングレートや、エッチングパターン形状の限界寸法に関する面内での均一性の向上が要求されている。
【０００４】
上記面内の均一性は、プラズマ密度、ガス流れ、温度、反応生成物、入射イオンエネルギー、等の分布の影響を受けている。例えば、プラズマ密度分布が面内の半径方向で不均一である場合、その影響でエッチングレート等が面内で不均一になり得る。例えば、被エッチング膜の均一なレートが得られたとしても、反応生成物の滞留や堆積によって面内の内周部と外周部とで形状が異なる面内形状差が発生する場合がある。また、面内のエッチング深さを合わせたとしても、面内の選択比が異なるため、面内でハードマスク高さが異なる結果になる場合もある。
【０００５】
そこで、従来のプラズマ処理装置は、エッチングレート等に関する面内の不均一を改善または制御するために、ウエハ周辺の電気的課題、特にプラズマ密度分布やイオンエネルギー分布等を調整する分布調整機能を有するものがある。
【０００６】
プラズマ処理装置の処理における面内の均一性の実現に関する先行技術例として、特許第５４９６５６８号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１に記載のプラズマ処理装置は、処理室内に、電極として下部電極及び上部電極と、電極に第１の周波数の電力を印加する第１の電源と、下部電極に第２の周波数の電力を印加する第２の電源と、下部電極の周縁部に設けられたバイアス分布制御用電極と、バイアス分布制御用電極に第３の周波数の矩形波電圧を印加する電源と、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５４９６５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のように、従来のプラズマ処理装置として、分布調整に応じて、ウエハの保持部の電極に高周波バイアス電圧を印加することにより、プラズマ処理に係わる面内の均一性等の実現を図るものがある。
【０００９】
しかし、本発明者等の検討によれば、従来のプラズマ処理装置の分布調整機能を用いて、ウエハのプラズマ処理中に、高周波バイアス電圧を印加して所定の分布調整の制御を実行した場合に、以下のような課題がある。例えば、面内の半径方向で平らな分布になるように所望の分布調整の制御を実行した場合でも、意図とは異なり均一なエッチングレート等の所望の結果が得られない場合があった。所望の分布調整の制御を実行した場合に、プラズマ処理中のウエハの抵抗率の影響によって、分布調整の効果が変わってしまう場合があることが分かった。
【００１０】
本発明の目的は、プラズマ処理装置に関して、プラズマ処理に係わる面内の均一性や、エッチングレート等の所望の分布調整を実現することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のうち代表的な実施の形態は、プラズマ処理装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。
【００１２】
一実施の形態のプラズマ処理装置は、電磁波を発生させる電磁波発生部と、前記電磁波に基づいて発生されるプラズマに基づいて、保持部に保持された被処理基板に対する処理としてプラズマ処理が行われる処理室と、前記保持部における、前記被処理基板を載置するための載置電極と、前記載置電極の内部に設けられた電極として、前記載置電極に対応した面内で、内周部にある第１電極、及び外周部にある第２電極と、前記載置電極及び前記電極に高周波バイアス電圧を印加するための高周波バイアス電力を供給し、前記高周波バイアス電圧として、前記第１電極に第１電圧を印加し、前記第２電極に第２電圧を印加し、前記載置電極に第３電圧を印加する、電力供給部と、前記第１電圧及び前記第２電圧をモニタするモニタ部と、前記モニタ部のモニタ値に基づいて、前記被処理基板の抵抗率を算出する抵抗率算出部と、前記抵抗率に応じて、前記高周波バイアス電圧に関する補正値を決定し、当該補正値となるように前記電力供給部を駆動制御する補正部と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、プラズマ処理装置に関して、プラズマ処理に係わる面内の均一性や、エッチングレート等の所望の分布調整を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１における、処理室及び電力供給部の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１における、インダクタンス値と電圧値との関係を表す特性のグラフを示す図である。
【図４】実施の形態１における、プラズマ処理中の高周波バイアス電圧制御のシーケンスを示す図である。
【図５】実施の形態１における、抵抗率に応じた高周波バイアス電圧制御及びエッチングレートの分布調整の特性について示す図である。
【図６】実施の形態１における、ＤＢデータ例を示す図である。
【図７】実施の形態１における、モニタ値の例を示す図である。
【図８】実施の形態１における、制御用テーブルの例を示す図である。
【図９】実施の形態１における、分布調整の補正について示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置における処理室及び電力供給部の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態３における、抵抗率と電圧値との関係を示す図である。
【図１２】実施の形態３における、制御用テーブルの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１〜図９を用いて、本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法について説明する。実施の形態１のプラズマ処理方法は、実施の形態１のプラズマ処理装置で実行するステップを含む方法である。
【００１７】
前述の課題として、従来のプラズマ処理装置の分布調整機能を用いて、ウエハのプラズマ処理中に、高周波バイアス電圧を印加して所望の分布調整の制御を実行した場合に、その処理中のウエハの抵抗率の影響によって、分布調整の効果が変わってしまう場合がある。結果、意図とは異なり、面内の半径方向でエッチングレートが不均一になる場合があった。
【００１８】
上記のような場合が発生する理由は以下のように考えられる。ウエハを保持する電極において、例えば内周部の電極に第１電圧が印加され、外周部の電極に第２電圧が印加されたとする。しかし、当該電極間のパスを通じて、内周部の電極と外周部の電極との間で電力が伝播する。これにより、ウエハ表面では、第１電圧と第２電圧との間の電圧値に近付いてしまい、電力差が減少する。この電極間での電力差減少や伝播度合いは、主にウエハの抵抗率の大きさに依存して決まると考えられる。
【００１９】
ウエハの基本的な抵抗率は、不純物濃度やウエハのＳｉ結晶の面方位等によって決まる。しかし、実際のプラズマエッチング処理中のウエハについては、処理条件や処理状況等が反映され、ウエハ付近のガスやプラズマ状態等の影響を受けることで、基本的な抵抗率に対し異なる抵抗率になっている。この処理中の実際の抵抗率は、ウエハ及びその付近における温度、表面状態、サンプル積層膜、堆積物、ウエハと電極との静電吸着状態、等の各種の要因で変化し得る。
【００２０】
実施の形態１のプラズマ処理装置は、上記要因を考慮して、処理中のウエハの抵抗率を算出し、当該抵抗率に応じて好適な分布調整を含む制御を行う機能を有する。
【００２１】
［プラズマ処理装置（１）］
図１は、実施の形態１のプラズマ処理装置の機能ブロック構成を示す。実施の形態１のプラズマ処理装置は、処理室１０、電力供給部２０、モニタ部３０、電磁波発生部４０、制御部５０を有する。
【００２２】
処理室１０は、保持部２と、保持部２に保持される被処理基板３とを含む。被処理基板３は、ウエハ等の被処理材であり、円板形状を有する。保持部２は、載置電極４と、載置電極４の上面部である導電体膜５とを含む。処理室１０は、概略円筒形状を有する。載置電極４は、被処理基板３を載置するための電極であり、ウエハ等の被処理基板３に対応して円板形状を有する。処理室１０の載置電極４及び被処理基板３の中心軸を一点鎖線で示す。
【００２３】
載置電極４は、電力供給線路を通じて電力供給部２０の高周波バイアス電源２４に対して接続されている。高周波バイアス電源２４から載置電極４に、高周波バイアス電源電力である第３電力Ｐ３が供給され、それにより高周波バイアス電源電圧である第３電圧Ｖ３が印加される。
【００２４】
導電体膜５の内部に、電極として、第１電極６と第２電極７とを有する。導電体膜５において、２つの領域に分かれて設けられた導電体膜として、第１電極６と第２電極７とを有する。この２つの電極は、静電吸着用の双極型電極である、静電吸着電極（ＥＳＣ：Electro Static Chuck）である。第１電極６は、内周部ＥＳＣであり、円板形状の面における中心軸付近である内周部に配置された電極である。第２電極７は、外周部ＥＳＣであり、円板形状の面における外周部に配置された電極である。
【００２５】
第１電極６及び第２電極７は、それぞれ、電力供給線路を通じて電力供給部２０に接続されている。電力供給部２０から第１電極６へは、第１高周波バイアス電力である第１電力Ｐ１の供給に基づいて、第１高周波バイアス電圧である第１電圧Ｖ１が印加される。電力供給部２０から第２電極７へは、第２高周波バイアス電力である第２電力Ｐ２の供給に基づいて、第２高周波バイアス電圧である第２電圧Ｖ２が印加される。
【００２６】
電力供給部２０は、スイッチ２１、ＬＣ共振回路２２、制御回路２３、高周波バイアス電源２４、等を含む。スイッチ２１は、ＬＣ共振回路２２と、第１電極６及び第２電極７に接続されており、第１電極６に接続される第１状態と、第２電極７に接続される第２状態と、いずれの電極にも接続されない第３状態とが切り替え可能なスイッチである。
【００２７】
ＬＣ共振回路２２は、ダンピング回路であり、コイルによる可変のインダクタンスと、コンデンサによる固定のキャパシタンスとが直列接続された回路を含み、インダクタンス値が制御可能になっている。制御値であるインダクタンス値の制御により、第１電極６及び第２電極７に印加される高周波バイアス電圧値を可変に制御可能になっている。
【００２８】
制御回路２３は、制御部５０からの駆動制御値Ｃ１に従い、電力供給部２０内の回路の動作や状態を制御する。制御回路２３は、スイッチ２１の状態や、ＬＣ共振回路２２の制御値であるインダクタンス値を可変に制御する回路を含む。
【００２９】
高周波バイアス電源２４は、高周波バイアス電源電力を供給する電源である。高周波バイアス電源電力は、高周波バイアス電圧を保持部２の電極に印加するための電力である。高周波バイアス電圧は、処理室１０内のプラズマに作用させるための電圧である。
【００３０】
モニタ部３０は、プラズマ処理中に、常時、保持部２の電極の高周波バイアス電圧に関する電圧値や、電力供給部２０のＬＣ共振回路２２の制御値であるインダクタンス値等をモニタし、モニタ値を制御部５０の抵抗率算出部５１へ与える。モニタ部３０は、電圧値として、第１電極６の第１電圧Ｖ１、第２電極７の第２電圧Ｖ２、載置電極４の第３電圧Ｖ３を測定、モニタする。
【００３１】
第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、第３電圧Ｖ３は、それぞれ、交流電力の振幅の最大値と最小値との差分に対応するピーク・ツー・ピーク電圧（Ｖｐｐで表す）である。
【００３２】
電磁波発生部４０は、公知の要素であるが、電磁波を発生させて、処理室１０まで伝播させる部分である。
【００３３】
制御部５０は、抵抗率算出部５１、補正部５２、ＤＢ部５３、処理条件管理部５４を含む。制御部５０は、電磁波発生部４０、処理室１０、電力供給部２０、モニタ部３０を含む、プラズマ処理装置の全体を制御する。制御部５０は、プラズマ処理の処理条件及び処理シーケンスに従い、処理室１０内の被処理基板３に対するプラズマ処理を制御する。制御部５０は、例えば計算機や回路基板により構成できる。
【００３４】
処理条件管理部５４は、プラズマ処理の処理条件及び処理シーケンスを管理する。処理シーケンスは、複数の工程から成る。複数の工程は、処理条件に応じて、搬送工程、ウエハ保持工程、電磁波発生工程、ガス供給及び真空排気工程、高周波バイアス電圧印加工程、等の各種の工程がある。各工程には、処理条件に応じた駆動制御値、例えば、ガス圧力値、電圧値、等がある。処理条件管理部５４は、オペレータの操作に基づいて、処理条件の設定や変更を行い、また、分布調整機能に関する設定や、ＤＢ部５３のＤＢデータの登録、等を行う。
【００３５】
制御部５０は、プラズマ処理のシーケンスの制御の際、処理室１０内への被処理基板３の搬送、保持部２への被処理基板３の保持等の制御を行う。また、制御部５０は、処理室１０内への電磁波の発生及び導入、ガス供給及び真空排気、高周波バイアス電圧印加、等の制御を行う。
【００３６】
制御部５０は、分布調整機能を有し、保持部２の電極や電力供給部２０を用いて、プラズマエッチング処理中に、プラズマ等の状態やエッチングレート等が、面内で均一になるように、所望の分布調整を含む制御を行う。この分布調整は、ウエハ等に対応した面内の半径方向におけるプラズマ密度やイオンエネルギー等の分布が、平らな分布、凹分布、凸分布、等の所望の分布になるように調整することである。制御部５０は、所望のエッチングレートになるように、内周部の第１電極６と外周部の第２電極７に異なる高周波バイアス電圧を印加するように電力制御を行う。
【００３７】
抵抗率算出部５１は、プラズマ処理中、モニタ部３０からモニタ値を入力する。抵抗率算出部５１は、その時点でのモニタ値である電圧値や制御値に基づいて、処理中の被処理基板３の実際の抵抗率を算出する。この抵抗率を、基本的な抵抗率とは区別して、第１の抵抗率（Ｒ１で示す）とする。この際、抵抗率算出部５１は、ＤＢ部５３のＤＢデータを用いて、その第１の抵抗率Ｒ１を算出する。抵抗率算出部５１は、算出した第１の抵抗率Ｒ１を含む情報を、補正部５２へ与える。第１の抵抗率Ｒ１は、処理条件や処理状態等が反映された値である。
【００３８】
ＤＢ部５３は、記憶装置等で構成され、抵抗率の算出に用いるデータや補正の制御に用いる制御用情報が格納されたＤＢを保持している。ＤＢ部５３のＤＢは、予め登録されており、また、処理条件管理部５４を通じてデータ更新も可能となっている。
【００３９】
ＤＢ部５３のＤＢには、複数の変数値の関係を表す情報が表として格納されている。複数の変数値は、被処理基板３の抵抗率と、ＬＣ共振回路２２の制御値であるインダクタンス値と、第１電極６及び第２電極７の各電極の高周波バイアス電圧値とを含む。このＤＢデータは、複数のサンプルのウエハに関する、複数の代表的な抵抗率における、抵抗率毎に、制御値と、各電極の高周波バイアス電圧値との関係を表す表を含む。
【００４０】
補正部５２は、抵抗率算出部５１で算出された第１の抵抗率Ｒ１を用いて、所望の分布調整に対応した、高周波バイアス電力値の好適な補正値である電圧補正値を決定する。また、補正部５２は、その電圧補正値に対応した、制御値の補正値である制御補正値を決定する。補正部５２は、決定した電圧補正値及び制御補正値を含む補正値を用いて、電力供給部２０を動作させる。補正部５２は、補正値に対応した駆動制御値Ｃ１を用いて、電力供給部２０を駆動制御する。
【００４１】
これにより、電力供給部２０は、駆動制御値Ｃ１に従って、内部の回路等を動作させ、電力供給部２０から保持部２の電極である第１電極６及び第２電極７に、補正値に対応した補正後の高周波バイアス電圧が印加される。これにより、処理中の被処理基板３の第１の抵抗率Ｒ１に合わせた好適な分布調整を含む制御が行われる。これにより、面内の内周部と外周部とでイオンエネルギー等の分布を好適に制御でき、安定した均一性が高いプラズマ処理を実現でき、その結果、エッチングレートを面内で均一にする等の効果が得られる。
【００４２】
上記のように、実施の形態１のプラズマ処理装置は、ウエハのプラズマエッチング処理中に、モニタ値に基づいて第１の抵抗率Ｒ１を算出し、第１の抵抗率Ｒ１に応じて好適に高周波バイアス電圧値を補正する、といったリアルタイムの制御を行う。
【００４３】
なお、プラズマ処理装置は、プラズマ処理に係わる面内の均一性を実現するために、ウエハ表面の入射イオンエネルギー分布等の分布の状態を、直接的に高精度に測定、モニタして、制御ができるのであれば、より好ましい。しかし、直接的に高精度に面内の分布を測定、モニタすることが技術的に難しい場合がある。実施の形態１の構成では、直接的に面内の分布を測定する代わりに、面内の半径方向の複数の位置で状態を測定する。特に、本構成では、モニタ部３０は、保持部２における内周部の第１電極６と外周部の第２電極７との２つの電極について、高周波バイアス電圧が印加された状態での電圧値である第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を測定する。
【００４４】
そして、制御部５０は、モニタの電圧値に基づいて、処理中のウエハの第１の抵抗率Ｒ１を算出し、第１の抵抗率Ｒ１に基づいて、面内の半径方向の分布を、所望の分布調整に対応した分布、例えば平らな分布になるように、各電極の高周波バイアス電圧を補正する。
【００４５】
［プラズマ処理装置（２）］
図２は、実施の形態１のプラズマ処理装置の構成を示す。実施の形態１のプラズマ処理装置は、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）を用いたプラズマエッチング処理を行う機能を持つエッチング装置である。
【００４６】
処理室１０は、Ｚ方向の上部が開放された真空容器である。処理室１０には、真空排気口１１０を介して、図示しない真空排気装置が接続されている。処理室１０の上部には、シャワープレート１０２及び窓部１０３が設けられている。シャワープレート１０２は、孔を有し、材質は例えば石英であり、ガス供給機構１２５から供給されるプラズマエッチング処理用のガスを、孔を通じて、処理室１０内に導入する。シャワープレート１０２の上には、ガス供給用の間隙をおいて、窓部１０３が設けられている。窓部１０３は、上方からの電磁波を透過して、処理室１０内に封入する。窓部１０３は、材質として誘電体、例えば石英を用いる。
【００４７】
窓部１０３の上には、分布調整用に空洞部１０４が設けられている。空洞部１０４の上部は開口しており、Ｚ方向に延在する導波管１０５が接続されている。導波管１０５の上部には、導波管変換器１０６が接続されており、導波管変換器１０６のＸ方向の端部には、Ｘ方向に延在する導波管１０７が接続されている。導波管変換器１０６は、導波管及び電磁波の方向を９０度曲げるコーナーを兼ねている。導波管１０５及び導波管１０７等は、電磁波を伝播する発振導波管である。導波管１０７のＸ方向の端部には、ソース電源１０８が接続されている。
【００４８】
ソース電源１０８は、電磁波発生用電源であり、制御部５０からの制御に基づいて、電磁波を発生させる。電磁波の周波数として、実施の形態１では、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる。ソース電源１０８で発生された電磁波は、導波管１０７、導波管変換器１０６、導波管１０５を通じてＺ方向へ伝播し、空洞部１０４、窓部１０３、シャワープレート１０２を通じて、処理室１０内に導入される。
【００４９】
処理室１０の上部の外周には、磁場発生コイル１０９が設けられている。磁場発生コイル１０９は、ＥＣＲの処理の際に処理室１０に磁場を発生させる。ソース電源１０８から発振された電力は、磁場発生コイル１０９により形成された磁場との相互作用により、処理室１０内に高密度プラズマを生成する。
【００５０】
処理室１０の下方には、窓部１０３に対向して、保持部２が設けられている。保持部２は、上面に載置される被処理基板３を保持する。導波管１０５や処理室１０の保持部２や被処理基板３の中心軸は一致している。保持部２は、主に載置電極４により構成される。載置電極４は、材質としてはアルミやチタンから成る。載置電極４の一部である上面には、導電体膜５を有する。なお、載置電極４の導電体膜５の上面には、アルミナセラミックス等による図示しない溶射膜が設けられている。
【００５１】
載置電極４の導電体膜５の内部には、内周部と外周部との２つの領域に分かれた電極である誘電体膜として、第１電極６及び第２電極７が形成されている。第１電極６及び第２電極７は、被処理基板３の静電吸着に用いられると共に、高周波バイアス電圧の印加に用いられる。
【００５２】
電力供給部２０は、スイッチ２１、ＬＣ共振回路２２、制御回路２３、高周波バイアス電源２４、マッチングボックス２１０、高周波フィルタ２２０、直流電源２２１，２２２、第１電圧検出器２０１、第２電圧検出器２０２、第３電圧検出器２０３を有する。
【００５３】
保持部２の載置電極４、第１電極６及び第２電極７は、電力供給部２０に接続されている。載置電極４は、第３電圧検出部２０３、マッチングボックス２１０を通じて、高周波バイアス電源２４に接続されている。第１電極６は、第１電圧検出部２０１、スイッチ２１の第１端子を通じて、ＬＣ共振回路２２に接続されている。第２電極７は、第２電圧検出部２０２、スイッチ２１の第２端子を通じて、ＬＣ共振回路２２に接続されている。第１電極６及び第２電極７には、高周波フィルタ２２０を介して、直流電源２２１及び直流電源２２２が接続されている。
【００５４】
［プラズマ処理概要］
実施の形態１のプラズマ処理装置におけるプラズマ処理の概要は以下である。ウエハ等の被処理基板３は、制御部５０の搬送制御に基づいて、処理室１０内に搬送され、保持部２の載置電極４の導電体膜５上に載置される。そして、載置された被処理基板３は、直流電源２２１，２２２によって、第１電極６にプラスの電圧、第２電極７にマイナスの電圧がかけられ、これにより発生する静電気力により、載置電極４上の所定位置に静電吸着されて保持される。
【００５５】
その後、処理室１０は、制御部５０からのガス供給制御及び真空排気制御に基づいて、内部が減圧された真空状態となる。その際、詳しくは、ガス供給機構１２５から、プラズマエッチング処理用のガスが、図示しないマスフローコントロ−ラを介して供給される。そして、当該ガスは、窓部１０３とシャワープレート１０２との間隙を通過して、シャワープレート１０２の孔から処理室１０内に導入される。制御部５０は、真空排気装置を制御しながら、処理室１０内を所定の圧力に維持する。
【００５６】
制御部５０は、電磁波発生制御に基づいて、ソース電源１０８から電磁波を発生させて、真空状態の処理室１０内に導入された電磁波に基づいて、処理室１０内にプラズマを発生させる。
【００５７】
その際、制御部５０は、電力供給部２０に対する電力制御等に基づいて、処理室１０内の保持部２の電極である第１電極６及び第２電極７にそれぞれ高周波バイアス電圧を印加する。この高周波バイアス電圧により、プラズマから被処理基板３へイオンを引き込む作用が生じる。
【００５８】
その際、詳しくは、高周波バイアス電源２４から載置電極４に高周波バイアス電源電力が供給されて、載置電極４に高周波バイアス電圧が印加される。また、ＬＣ共振回路２２のスイッチ２１の切り替え制御に基づいて、第１電極６及び第２電極７に高周波バイアス電源電力が供給されて、各電極に高周波バイアス電圧が印加される。
【００５９】
これにより、被処理基板３の面に対して、プラズマエッチング処理が行われる。この際、ガスやエッチングにより発生した反応生成物は、処理室１０の下部の真空排気口１１０を通じて排気される。
【００６０】
［電力供給部］
次に、電力供給部２０の回路の構成、及び、１つの高周波バイアス電源２４から、保持部２の第１電極６及び第２電極７に異なる高周波バイアス電圧を印加する機構について説明する。
【００６１】
スイッチ２１は、第１端子により第１電極６に接続する第１状態と、第２端子により第２電極７に接続する第２状態と、第１電極６及び第２電極７のどちらにも接続しない第３状態との３種類の状態が、制御端子の入力に応じて切り替え可能になっている。
【００６２】
ＬＣ共振回路２２は、コンデンサ２２ａによる固定のキャパシタンスと、コイル２２ｂによる可変のインダクタンスとの直列接続から成り、地絡している。キャパシタンスをＣ、インダクタンスをＬで示す。可変の制御値であるインダクタンス値をＬ値とする。
【００６３】
第１電極６、第２電極７、及び高周波バイアス電源２４の出口には、それぞれ電圧検出器が設けられている。即ち、第１電極６の出口には、電力供給線路の途中に、第１電圧検出器２０１を有し、第２電極７の出口には、電力供給線路の途中に、第２電圧検出器２０２を有する。また、高周波バイアス電源２４のマッチングボックス２１０の出口には、載置電極４への電力供給線路の途中に、第３電圧検出器２０３を有する。各電圧検出器は、Ａ／Ｄ変換器等により構成され、高時間分解能で、電圧及びそのＶｐｐ値を検出する。
【００６４】
第１電圧検出器２０１は、第１電極６に印加される第１高周波バイアス電圧である第１電圧Ｖ１のＶｐｐを検出する。第２電圧検出器２０２は、第２電極７に印加される第２高周波バイアス電圧である第２電圧Ｖ２のＶｐｐを検出する。第３電圧検出器２０３は、載置電極４に印加される第３高周波バイアス電圧である第３電圧Ｖ３のＶｐｐを検出する。
【００６５】
各電圧検出器は、図１のモニタ部３０と図示しない線で接続されている。第１電圧検出器２０１は、検出した第１電圧Ｖ１の値をモニタ部３０に出力する。第２電圧検出器２０２は、検出した第２電圧Ｖ２の値をモニタ部３０に出力する。第３電圧検出器２０３は、検出した第３電圧Ｖ３の値をモニタ部３０に出力する。
【００６６】
ＬＣ共振回路２２の可変のインダクタンスのＬ値は、制御値として、制御回路２３を通じて制御部５０から制御される。Ｌ値の制御により、高周波バイアス電圧である第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の大きさが可変に制御可能となっている。Ｌ値の可変の制御は、例えばインダクタンスＬのコイル２２ｂに対して接続される図示しないモータの駆動によりコイル２２ｂの回転角を変えることにより実現できる。これにより、Ｌ値を高速に可変に制御可能である。
【００６７】
制御回路２３は、モータ等の駆動機構を含み、ＬＣ共振回路２２のインダクタンスＬのコイル２２ｂに対して接続されている。制御回路２３は、制御部５０の補正部５２からの駆動制御値Ｃ１によってその動作が制御される。制御回路２３は、補正部５２からの駆動制御値Ｃ１に従い、ＬＣ共振回路２２のインダクタンスＬのＬ値を可変に制御する。また、Ｌ値は、制御回路２３を通じて、モニタ部３０からモニタが可能となっている。制御回路２３は、Ｌ値をモニタ部３０へ出力する。
【００６８】
モニタ部３０は、電力供給部２０の各電圧検出器から、検出値である電圧値｛Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３｝を入力し、また、制御回路２３からＬ値を入力し、それらの値を必要に応じて処理し、それらの値を含むモニタ値を、制御部５０の抵抗率算出部５１へ出力する。
【００６９】
また、制御回路２３は、スイッチ２１の制御端子に接続されている。制御回路２３は、補正部５２からの駆動制御値Ｃ１に従い、スイッチ２１の切り替えを制御する。スイッチ２１が第１端子に接続された第１状態では、第１電極６に対してＬＣ共振回路２２のキャパシタＣ及びインダクタンスＬが接続される。スイッチ２１が第２端子に接続された第２状態では、第２電極７に対してＬＣ共振回路２２のキャパシタンスＣ及びインダクタンスＬが接続される。スイッチ２１が第１端子及び第２端子のいずれにも接続されない第３状態では、第１電極６及び第２電極７に対してＬＣ共振回路２２が接続されない。
【００７０】
スイッチ２１及びＬ値の制御により、第１電極６の第１電圧Ｖ１や第２電極７の第２電圧Ｖ２が、Ｌ値に対応した電圧値となるように制御される。電力供給部２０は、制御部５０からの制御に基づいて、Ｌ値及び高周波バイアス電源電圧の大きさを可変に制御可能であり、それに伴い、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の大きさを可変に制御可能である。
【００７１】
ＬＣ共振回路２２がＬＣ直列共振点となるＬ値をＬＺとする。ただし、ＬＣ共振回路２２の容量成分については、固定のキャパシタンスＣに加えて、載置電極４とプラズマの容量成分を含む。Ｌ値に関する制御範囲の最大値は、値ＬＺの約１．１倍とする。実施の形態１では、Ｌ値の最小値を０％、最大値を１００％と規定した。ＬＣ直列共振点となる値ＬＺは、約９０％となっている。
【００７２】
マッチングボックス２１０は、インピーダンス整合器であり、入力側の高周波バイアス電源２４と、出力側の載置電極４とのインピーダンスを整合させる。
【００７３】
高周波バイアス電源２４からの出力の高周波バイアス電源電力として、ある量の電力ＰＡ（単位はワット）を、載置電極４に供給したとする。この場合、第３電圧検出器２０３により、高周波バイアス電源電力による高周波バイアス電圧である第３電圧Ｖ３として、例えば３００Ｖ（単位はボルト）が測定される。スイッチ２１が第３状態である場合、第１電極６の第１電圧Ｖ１と第２電極７の第２電圧Ｖ２は、第１電圧検出器２０１及び第２電圧検出器２０２により、共に２５０Ｖが計測される。この状態では、被処理基板３に対応する面内で均一に高周波バイアス電圧が印加されている。
【００７４】
スイッチ２１が第１電極６に接続された第１状態で、Ｌ値がＬＣ直列共振点に近い時（例えば値ＬＺ＝８０％とする）には、このＬＣ共振回路２２のインピーダンスはゼロに近付き、高周波バイアス電源２４からみたインピーダンスは低下する。結果、第１電極６の第１電圧Ｖ１のＶｐｐは、上記２５０Ｖから低下する。この時、他方の第２電極７の第２電圧Ｖ２のＶｐｐも、上記２５０Ｖから低下する。
【００７５】
第１電極６と第２電極７との間には、保持部２の載置電極４及び導電体膜５の内部と、被処理基板３の内部とを介する２つのパスがある。当該パスを通じて電流が流れるので、第２電極７の第２電圧Ｖ２が、第１電極６の第１電圧Ｖ１に引きずられ、両者の電圧が中間の値に近付く。そのため、上記のように第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２が共に低下する。
【００７６】
［インダクタンス特性］
図３の（Ａ）は、モニタ電圧値である第１電極６の第１電圧Ｖ１及び第２電極７の第２電圧Ｖ２のＶｐｐと、可変のインダクタンスＬのＬ値との関係を表す特性のグラフを示す。このグラフの特性をインダクタンス特性と称する。なお、この特性では、設定ＶｐｐとしてＶ２＞Ｖ１である。
【００７７】
制御部５０は、Ｌ値をゼロから共振点に対応した値ＬＺまで増加させる。すると、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とのＶｐｐの差分値（Ｄ１とする）である（Ｖ２−Ｖ１）が、徐々に増加しながら、Ｖ１，Ｖ２のＶｐｐが共に減少していく。Ｌ値が値ＬＺになると、インピーダンスがほぼゼロとなり、Ｖ１は最小となるが、差分値Ｄ１は最大となる。
【００７８】
図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）の特性に関し、Ｌ値をある値に固定した場合の、高周波バイアス電源電圧と、モニタ電圧値である第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のＶｐｐとの関係を表す特性のグラフを示す。高周波バイアス電源電圧は、前述の高周波バイアス電源２４の出力の電力に基づいた電圧である第３電圧Ｖ３に対応する。このグラフでは、Ｖ３が大きくなるのに伴い、Ｖ１及びＶ２が増加する。
【００７９】
つまり、図３から、高周波バイアス電源電圧である第３電圧Ｖ３とＬ値との２つのパラメータの制御により、第１電極６と第２電極７にそれぞれ異なる大きさの高周波バイアス電圧である第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を印加することができる。第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、第３電圧Ｖ３及びＬ値と所定の関係を持つ。第３電圧Ｖ３及びＬ値の制御により、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を変化させて、所望の分布調整を実現できる。
【００８０】
また逆に、スイッチ２１が第２電極７側に接続された第２状態の場合でも、そのインダクタンス特性は、上記第１状態の場合と比べ、正負の関係を除き、変化しない。なぜなら、ＥＳＣによる均一な静電吸着を確保するために、第１電極６と第２電極７との２つの領域は、概ね等面積で設計されているからである。スイッチ２１の切り替えにより、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２のＶｐｐの大小関係を変えることが可能である。
【００８１】
前提として第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を共に２５０Ｖとした場合に、エッチングレートの分布が例えば凸分布になるとする。この前提の場合で、均一性がより良好なエッチングレートを得るために、即ち平らな分布に近付くように、分布調整の制御を行うとする。この制御として、高周波バイアス電圧について、第１電圧Ｖ１を２００Ｖ、第２電圧Ｖ２を３００Ｖにする。この制御を行う場合、電力供給部２０は、まず、スイッチ２１を第１状態とし、高周波バイアス電源電力をＰＡ×１．５Ｗで出力し、これにより第３電圧Ｖ３を４００Ｖとし、そして、Ｌ値を６０％にする。
【００８２】
しかし、上記インダクタンス特性は、プラズマ処理の条件や状態、高周波バイアス電圧の大きさ等によっても変わる。よって、最初から予め設定で第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のＶｐｐを決めておけば適切な大きさのＬ値及び高周波バイアス電力値が一点に決まるというものではない。特に、前述のように、プラズマ処理の条件や状態、各種の要因の影響によって、ウエハの実際の抵抗率が変化する。そして、その抵抗率に応じて、分布調整に関する制御効果、制御性が変化する。
【００８３】
プラズマ処理の条件や状態に応じて、適切なＬ値及び高周波バイアス電力値になるように決定して、分布調整を含む制御を行うことが望ましい。よって、実施の形態１では、プラズマ処理中のウエハの実際の抵抗率を算出し、その抵抗率に応じて、電力値や制御値であるＬ値を決定する機能を有する。
【００８４】
［制御シーケンス］
図４は、実施の形態１のプラズマ処理装置におけるプラズマエッチング処理の処理中に、電極に高周波バイアス電圧を印加する制御を行う際の時系列のシーケンスを示す。本制御例は、様々な条件に対応して、第１電極６に第１電圧Ｖ１として２００Ｖ、第２電極７に第２電圧Ｖ２として３００Ｖを印加するように設定した場合の制御例である。図４で、（ａ）は、高周波バイアス電源２４から出力する高周波バイアス電源電力を示す。（ｂ）は、ＬＣ共振回路２２の可変インダクタンスのＬ値を示す。（ｃ）は、（ａ）の電力に基づいた高周波バイアス電源電圧である第３電圧Ｖ３の検出値を示す。（ｄ）は、外周部ＥＳＣの第２電圧Ｖ２の検出値を示す。（ｅ）は、内周部ＥＳＣの第１電圧Ｖ１の検出値を示す。（ｆ）は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差分値Ｄ１である（Ｖ２−Ｖ１）を示す。
【００８５】
制御部５０は、電力供給部２０に対して以下の制御を行う。最初、スイッチ２１がいずれの電極にも接続されない第３状態で、（ａ）の高周波バイアス電源電力を所定電力ＰＡ［Ｗ］とし、（ｃ）の第３電圧Ｖ３を３００Ｖとする。すると、（ｄ）の第２電圧Ｖ２及び（ｅ）の第１電圧Ｖ１は、共に２５０Ｖとなる。
【００８６】
次に、時点ｔ１で、制御部５０は、スイッチ２１を、設定Ｖｐｐが低い方である第１電極６側に接続した第１状態とし、（ｂ）のＬ値を初期値である０％から大きい方に増加させる。すると、前述のように、（ｆ）の差分値Ｄ１＝（Ｖ２−Ｖ１）が増加しながら、基本的な特性としては第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２が共に減少していく。それに対し、本制御では、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の平均値である（Ｖ１＋Ｖ２）／２を一定に保つように、（ａ）の高周波バイアス電源電力を上げながら調整する。これにより、時点ｔ２までの期間で、（ｄ）の第２電圧Ｖ２を３００Ｖまで増加させ、（ｅ）の第１電圧Ｖ１を２００Ｖまで減少させる。
【００８７】
この調整の制御の際、（ａ）の高周波バイアス電源電力の調整については、モニタ部３０及び制御部５０を通じて、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との平均値を算出しながら当該調整を行う。あるいは、当該調整については、第３電圧検出器２０３の第３電圧Ｖ３をモニタして、（ｃ）のように第３電圧Ｖ３が一定に維持されるように当該調整を行う。
【００８８】
（ｆ）の差分値Ｄ１が、設定された差分値Ｄｘになるまで、Ｌ値を変化させる。設定された差分値Ｄｘは、所望の分布調整に対応した値である。時点ｔ１からの高周波バイアス電圧の印加開始後、約数秒経過後の時点ｔ２で、高周波バイアス電圧の調整が完了し、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を所望のＶｐｐ、例えば２００Ｖと３００Ｖにすることができる。時点ｔ２では、Ｌ値は所定の値Ｌｘになる。
【００８９】
時点ｔ２以降の期間では、補正が発生しない限り、高周波バイアス電源電圧、Ｌ値、第１電圧Ｖ１、及び第２電圧Ｖ２が一定に維持される。
【００９０】
上記制御シーケンスによれば、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２が同じＶｐｐで面内のイオンエネルギー等の分布が平らな分布である基準条件のエッチングレートの平均に対して、大きくずれることなく、エッチングレートの分布だけを変更することができる。即ち、実施の形態１の制御シーケンスでは、基準条件に基づいて、他の要素に悪影響を与えずに、好適に分布調整及びプラズマ処理が実現できる利点がある。
【００９１】
［抵抗率に応じた高周波バイアス電圧制御の特性］
図５は、実施の形態１のプラズマ処理装置における、抵抗率の違いに応じた、高周波バイアス電圧制御及びそれに対応するエッチングレートの分布調整の制御の特性について示す。エッチングレートは、高周波バイアス電圧のＶｐｐに依存する。また、エッチングレートは、抵抗率に応じて変わる。
【００９２】
図５の（Ａ）は、被処理基板３であるウエハの抵抗率が１０Ω・ｃｍである場合における、面内の半径方向でのエッチングレートの分布に関する特性を示す。この特性のグラフとして、横軸は、ウエハの面内の半径方向の位置（ｘとする）を示し、縦軸は、当該ウエハに対するプラズマエッチング処理の高周波バイアス電圧値に対応したエッチングレートを示す。この抵抗率＝１０Ω・ｃｍは、代表的なサンプルのウエハの基準抵抗率である。位置ｘについては、一点鎖線で示す位置がウエハの中心軸を含む内周部に対応し、その両側が外周部に対応する。
【００９３】
曲線Ｋ１は、分布調整の第１の制御として、内周部の第１電圧Ｖ１を２５０Ｖ、外周部の第２電圧Ｖ２を同じく２５０Ｖとした場合の曲線であり、凸分布となっている。曲線Ｋ２は、分布調整の第２の制御として、内周部の第１電圧Ｖ１を２００Ｖ、外周部の第２電圧Ｖ２を３００Ｖとした場合の曲線であり、概ね平らな分布となっている。第２の制御は、差分値Ｄ１である（Ｖ２−Ｖ１）を１００Ｖにする条件に対応する。
【００９４】
第１の制御に対し、第２の制御のように、Ｖｐｐを５０Ｖ高くした外周部では、レートが高くなり、Ｖｐｐを５０Ｖ低くした内周部では、レートが低くなっている。また、内周部と外周部との境界付近のレートについては、内周部と外周部との概ね中間の値になっている。即ち、基準抵抗率が１０Ω・ｃｍの場合、第１の制御に対し第２の制御では、エッチングレートの分布における面内の半径方向の特性が凸分布から平らな分布へと平滑化され、外周部のレートがより高くなり、面内の均一性が改善している。
【００９５】
次いで、同様に、図５の（Ｂ）は、抵抗率が１Ω・ｃｍの場合の特性を示し、図５の（Ｃ）は、抵抗率が１００Ω・ｃｍの場合の特性を示す。
【００９６】
図５の（Ｂ）の抵抗率が１Ω・ｃｍの場合には、図５の（Ａ）と比べ、エッチングレートの分布が十分には制御できておらず、均一性の改善の度合いが小さい。図５の（Ｂ）の曲線Ｋ３は、図５の（Ａ）の曲線Ｋ１と同じであり、抵抗率が異なるが、同じく凸分布となっている。曲線Ｋ４は、図５の（Ａ）の第２の制御の曲線Ｋ２と基本的には同じであるが、抵抗率が異なることにより、異なる分布である凸分布となっている。
【００９７】
第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２が同じである条件の曲線Ｋ１，Ｋ３に対し、差分値Ｄ１が１００Ｖである条件の曲線Ｋ２，Ｋ４を比較する。すると、相対的に抵抗率が高い方が、曲線Ｋ１から曲線Ｋ２のように、エッチングレートの分布が大きく変化し、平らな分布に近付いている。具体的には、図５の（Ａ）の中心軸の位置での曲線Ｋ１と曲線Ｋ２とのＶｐｐ差が比較的大きいのに対し、図５の（Ｂ）の中心軸の位置での曲線Ｋ３と曲線Ｋ４とのＶｐｐ差が比較的小さい。これは外周部の位置でも同様である。曲線Ｋ４は、曲線Ｋ３の凸分布に対して少し改善されるが、曲線Ｋ２の平らな分布までには至らない。
【００９８】
同様に、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２について、Ｌ値が同じ値で比較すると、各電極の位置でのＶｐｐ差は、基準抵抗率の場合と比べて抵抗率が低い場合には、小さくなる。
【００９９】
つまり、１〜１０Ω・ｃｍの範囲では、抵抗率が高いほど、エッチングレートに関する分布調整の制御性が高いと言える。図５の（Ｂ）の１Ω・ｃｍのように、抵抗率が低い場合、高周波バイアス電力が、ウエハの直上のプラズマ側よりもウエハの半径方向へ伝播しやすい。前述のように電極間のパスを通じて電極間で高周波バイアスの電流が相互に伝播する。これにより、内周部と外周部とで、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２は、両者の平均値に近づく。そのため、内周部及び外周部の各位置のレートの制御性は、上記のように基準抵抗率である１０Ω・ｃｍの場合に比べて小さくなる。
【０１００】
逆に、図５の（Ｃ）の１００Ω・ｃｍのように、抵抗率が高い場合、高周波バイアス電力がウエハの半径方向に伝播する度合いが抑えられ、内周部の第１電圧Ｖ１と外周部の第２電圧Ｖ２は、ウエハ上で保たれて直上のプラズマに伝播する度合いが高くなる。そのため、制御性が高くなり、その制御性が結果のエッチングレートの差として現れる。
【０１０１】
図５の（Ｃ）の曲線Ｋ５は、図５の（Ａ）の曲線Ｋ１と同じ条件であり、曲線Ｋ６は、図５の（Ａ）の曲線Ｋ２と基本的には同じであるが、抵抗率の違いによって、異なる分布である凹分布となっている。即ち、曲線Ｋ６では、曲線Ｋ５に対し、内周部及び外周部の各位置でのＶｐｐ差が大きくなっており、これにより凹分布となっている。
【０１０２】
１０〜１００Ω・ｃｍの範囲では、同様に、抵抗率が高いほど、分布調整の制御性が高いと言える。同様に、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２について、Ｌ値が同じ値で比較すると、各電極の位置でのＶｐｐ差は、基準抵抗率の場合と比べて抵抗率が大きい場合には、大きくなる。
【０１０３】
プラズマ処理により、ウエハの直上のシース厚みは、第１電圧Ｖ１が低い内周部では薄く、第２電圧Ｖ２が高い外周部では厚くなり、プラズマ側へのインピーダンスも、内周部で小さくなり、外周部で大きくなる。また、ＬＣ共振回路２２は、内周部の第１電極６に接続されており、第１電極６のインピーダンスは小さくなっている。これらの相互効果により、各電極の位置でのＶｐｐ差が増大する。これにより、曲線Ｋ６は、曲線Ｋ２の平らな分布を超えて、凹分布となっている。
【０１０４】
また、高周波バイアス電力が、電極の直上のプラズマと、ウエハの半径方向とのどちらに伝播しやすいかについては、シース厚によるインピーダンスと抵抗値との比率に応じて決まる。例えば、ウエハの直径が３００ｍｍ、抵抗率が一様に１Ω・ｃｍである場合、ウエハの半径方向で中心軸から５０ｍｍの位置と１００ｍｍの位置との間における面内の円周方向の領域の抵抗は約２Ωである。この抵抗の大きさは、抵抗率に正比例する。
【０１０５】
例えば、４００ｋＨｚの高周波バイアス電力で、Ｖｐｐが約２００Ｖで形成されたシース電圧を１００Ｖとして、デバイ長からシース厚みを計算すると、約０．４ｍｍである。この場合の容量は約１５００ＰＦ程度であり、単位面積１平方ｃｍあたりのインピーダンスは約０．４Ωである。
【０１０６】
ウエハの抵抗率が０．１Ω・ｃｍ程度と更に低い場合には、シース厚によるインピーダンスと抵抗値がほぼ同じオーダーとなり、高周波バイアス電力が半径方向に伝播する度合いがかなり高くなる。その結果、分布調整に関する制御性がかなり低くなる。シース厚みは高周波バイアス電圧の大きさに依存するので、分布調整に関する制御性は高周波バイアス電圧の大きさによっても変化する。
【０１０７】
インダクタンス特性についても、抵抗率は、ＬＣ共振回路に抵抗を加えたＲＬＣ直列回路におけるＱ値（共振のピークの鋭さを表すQuality factor値）を決める要素になる。そのため、抵抗率に応じて、インダクタンス特性が変化する。
【０１０８】
上記のように、被処理基板３の抵抗率の違いに応じて、高周波バイアス電圧制御及び分布調整の制御における制御性、特性、効果が異なる。よって、被処理基板３の実際の抵抗率に応じて、制御の内容を補正することが有効である。
【０１０９】
［抵抗率算出部及びＤＢ］
上記認識に基づいて、実施の形態１のプラズマ処理装置で、制御部５０の抵抗率算出部５１により、プラズマ処理中の被処理基板３の実際の抵抗率を算出する方式について説明する。
【０１１０】
図６は、抵抗率の算出に用いる、ＤＢ部５３のＤＢデータの構成例を示す。このＤＢには、予め実験等に基づいて、同一のプラズマ処理条件毎に、基準となるサンプルのウエハに関する代表的な複数の抵抗率における各々の抵抗率毎に、前述のインダクタンス特性の情報が整理されて格納されている。このＤＢには、抵抗率毎のデータとして、高周波バイアス電源電力の大きさに応じて、Ｌ値と各電極の高周波バイアス電圧値との関係を表すインダクタンス特性の表が格納されている。高周波バイアス電源電力及び電源電圧の大きさについては、例えば代表的な複数の値が設定されていてもよい。
【０１１１】
図６では、代表的な抵抗率の例として、１００，１０，１，０．１Ω・ｃｍという４つの値を示す。例えば、抵抗率＝１００Ω・ｃｍの場合のデータとして、高周波バイアス電源電力の値を小から大まで変えた複数の値に応じた、複数のインダクタンス特性の表として、表６０１〜表６０２を有する。表６０１は、高周波バイアス電源電力が小さい所定の値の場合のインダクタンス特性の表を示す。表６０２は、高周波バイアス電源電力が大きい所定の値の場合のインダクタンス特性の表を示す。抵抗率＝１０Ω・ｃｍの場合のデータとして、高周波バイアス電源電力の値に応じた複数のインダクタンス特性の表として、表６１１〜表６１２を有する。同様に、抵抗率毎にデータを有する。
【０１１２】
例えば、予め、サンプルのダミーウエハに対するプラズマ処理の実施により、各抵抗率｛０．１，１，１０，１００Ω・ｃｍ｝及び各電源電力でのインダクタンス特性が得られる。その情報が予めＤＢに格納される。
【０１１３】
抵抗率算出部５１は、プラズマ処理の際、処理条件、モニタ値、及び上記ＤＢのデータを用いて、処理中のウエハの実際の抵抗率である第１の抵抗率Ｒ１を算出する。抵抗率算出部５１は、モニタ値から、処理中のウエハに関する、内周部の第１電圧Ｖ１と、外周部の第２電圧Ｖ２と、制御値であるＬ値とを取得する。抵抗率算出部５１は、それらの値｛Ｖ１，Ｖ２，Ｌ値｝を、ＤＢ内の対応するデータと比較照合することにより、第１の抵抗率Ｒ１を算出する。抵抗率算出部５１は、少なくとも、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２を参照する。
【０１１４】
なお、図６では、抵抗率として４つの値としたが、これに限らず、より細かく複数の抵抗率のデータをＤＢに持たせておけば、より高精度に実際の抵抗率が算出可能である。
【０１１５】
［モニタ値］
図７は、抵抗率の算出のための、モニタ部３０のモニタ値の例として、ウエハのプラズマ処理中のモニタ値の例を示す。図７の表において、列として、時刻（Ｔ）、インダクタンス（Ｌ）、外周部ＥＳＣ電圧値（Ｖ２）、内周部ＥＳＣ電圧値（Ｖ１）、電源電圧値（Ｖ３）、電源出力比率を有する。「時刻（Ｔ）」は、プラズマ処理の開始からの経過時間に対応した時刻を示す。「インダクタンス（Ｌ）」は、前述のＬ値を示す。「外周部ＥＳＣ電圧値（Ｖ２）」は、前述の第２電極７の第２電圧Ｖ２の検出値を示す。「内周部ＥＳＣ電圧値（Ｖ１）」は、前述の第１電極６の第１電圧Ｖ１の検出値を示す。「電源電圧値（Ｖ３）」は、前述の高周波バイアス電源２４の電力に基づいた第３電圧Ｖ３の検出値を示す。「電源出力比率」は、前述の高周波バイアス電源２４の電力における所定電力ＰＡに対する出力の比率を示す。
【０１１６】
［比較照合処理］
抵抗率算出部５１は、図７のようなモニタ値と、図６のようなＤＢデータとを用いて、例えば以下の処理により、第１の抵抗率Ｒ１を算出する。モニタ値として、例えば、時刻Ｔｘで、Ｌ値＝Ｌｘ、Ｖ２＝Ｖ２ｘ、Ｖ１＝Ｖ１ｘ、Ｖ３＝Ｖ３ｘ等が得られたとする。抵抗率算出部５１は、そのモニタ値を、ＤＢデータと比較照合し、ＤＢデータの中から、そのモニタ値に対して一番近いデータを判定して取り出す。抵抗率算出部５１は、この比較照合及び判定の処理の際、例えば、モニタ値を検索条件としてＤＢデータを検索してもよいし、下記のように、モニタ値とＤＢデータ値との近さを表す指標値（Ｅとする）を計算して、その指標値Ｅによって一番近いデータを判定してもよい。
【０１１７】
抵抗率算出部５１は、例えば、モニタ値と、インダクタンス特性の表との近さを表す指標値Ｅを計算する。この指標値は、各種の公知の方式を適用して計算可能である。一例として、抵抗率算出部５１は、指標値Ｅとして、モニタ値のＬｘと、表のＬ値との差分値や比率を計算する。同様に、抵抗率算出部５１は、モニタ値のＶ１ｘと表のＶ１との差分値や比率を計算し、モニタ値のＶ２ｘと表のＶ２との差分値や比率を計算する。また、抵抗率算出部５１は、それらの差分値や比率を用いた所定の計算、例えば加算、あるいは最小値の選択、等を行ってもよい。抵抗率算出部５１は、指標値Ｅが一番小さいインダクタンス特性の表を、一番近いデータとして取り出す。
【０１１８】
上記比較照合及び判定の結果、ＤＢから一番近いデータとして、例えば抵抗率＝１００Ω・ｃｍで、高周波バイアス電源電力が所定の値である、１つのインダクタンス特性の表が得られたとする。即ち、モニタ値のＬｘ，Ｖ１ｘ，Ｖ２ｘの組合せは、そのインダクタンス特性の表における特定のＬ値，Ｖ１，Ｖ２の組合せの値に一番近いとする。
【０１１９】
抵抗率算出部５１は、上記一番近い表のデータと指標値Ｅを用いて、第１の抵抗率Ｒ１を算出し、また、それに関連付けられる高周波バイアス電源電力値や、制御値であるＬ値等を算出する。抵抗率算出部５１は、一番近い表のデータにおける、抵抗率、電源電力値、Ｌ値、等の値を参照し、それらの値に対し、近さを表す指標値Ｅを反映する所定の計算、例えば乗算等を行う。抵抗率算出部５１は、その計算の結果として、第１の抵抗率Ｒ１を得る。同様に、抵抗率算出部５１は、第１の抵抗率Ｒ１に関係付けられたＬ値や高周波バイアス電源電力値等を得る。
【０１２０】
なお、抵抗率算出に用いる情報の構成として、図６ではＤＢに格納された複数の表としたが、これに限らず適用可能である。例えば、図６で示したような複数の変数値の関係を１つの表に整理したものを設けてもよい。また、表に限らず、複数の変数値の関係を表す計算式を規定して用いてもよい。その場合、抵抗率算出部５１は、入力値をその計算式に代入してその出力値として第１の抵抗率Ｒ１を得る。
【０１２１】
補正部５２は、抵抗率算出部５１で算出された第１の抵抗率Ｒ１等を用いて、所定の計算等の処理により、処理中のウエハに対するプラズマ処理及び分布調整を含む制御に関する補正値を決定する。補正部５２は、補正値として、高周波バイアス電力及び電圧の補正値や、Ｌ値の補正値を決定する。
【０１２２】
更に、ＤＢには、プラズマ処理の経過時間に対応する時刻（Ｔ）毎のデータ、またはプラズマ処理の処理工程毎のデータを同様に格納しておいてもよい。その場合、抵抗率算出部５１は、モニタ値の１つとして、プラズマ処理中の時刻（Ｔ）、または処理工程を表す情報を用い、その時刻または処理工程に対応するデータをＤＢから参照し、上記と同様にして第１の抵抗率Ｒ１を決定する。
【０１２３】
［補正部］
上記処理例の場合、抵抗率算出部５１から第１の抵抗率Ｒ１と共に制御用のＬ値や電源電圧値も得られるので、補正部５２は、それらの情報を用いて補正値を決定する。補正部５２は、上記第１の抵抗率Ｒ１、Ｌ値、及び電源電圧値を用いて、電力供給部２０に与える駆動制御値Ｃ１を決定する。補正部５２は、凹分布、平らな分布、凸分布等の所望の分布調整に対応させて、各電極に印加すべき高周波バイアス電圧である第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の補正値を決定する。
【０１２４】
例えば、図５の（Ａ）の曲線Ｋ２のようにエッチングレートが平らな分布になるように分布調整の制御を行う場合は以下である。補正部５２は、曲線Ｋ２に対応する第２の制御及び抵抗率＝１０Ω・ｃｍにおける第１電圧Ｖ１＝２００Ｖ、第２電圧Ｖ２＝３００Ｖを補正前として、第１の抵抗率Ｒ１に合わせて、補正後の第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を決定する。補正部５２は、例えば、Ｖ１＝２００Ｖ、Ｖ２＝３００Ｖに対し、第１の抵抗率Ｒ１と１０Ω・ｃｍとの比率に応じた補正用の値を乗算する。これにより、当該第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の補正値を得ることができる。
【０１２５】
補正部５２は、上記のようにして得られた補正値から、複数の変数値の関係に基づいて、駆動制御値Ｃ１におけるＬ値や高周波バイアス電源電力値を決定する。
【０１２６】
図８は、補正部５２により第１の抵抗率Ｒ１から補正値を得る補正処理に用いる情報の例である制御用テーブルを示す。この制御用テーブルは、例えば予めＤＢ部５３に格納されており、補正部５２は、その制御用テーブルを参照して補正処理を行う。この制御用テーブルは、予め、図６に対応する代表的な抵抗率、分布調整に関する制御性、補正電圧値、等の関係を表す情報が格納されている。
【０１２７】
図８の表は、列として、＃で示す行番号、「抵抗率」、「制御性比率」、「要補正Ｖｐｐ差（平らな分布）」、「内周部ＥＳＣ補正後電圧（Ｖ１）」、「外周部ＥＳＣ補正後電圧（Ｖ２）」を有する。「抵抗率」は、ＤＢ内の代表的な抵抗率の値であり、ここでは特に図５の（Ａ）に対応する１０Ω・ｃｍを基準抵抗率として規定している。「制御性比率」は、前述のエッチングレートの分布調整に関する制御性を表す比率であり、１０Ω・ｃｍの場合を１としている。「要補正Ｖｐｐ差（平らな分布）」は、分布調整の１つとして平らな分布、言い換えると均一なレート、になるように制御する場合に補正として必要なＶｐｐ差の値を示す。この値は、内周部ＥＳＣ補正後電圧と外周部ＥＳＣ補正後電圧との差分値である。「内周部ＥＳＣ補正後電圧（Ｖ１）」は補正後の第１電圧Ｖ１、「外周部ＥＳＣ補正後電圧（Ｖ２）」は補正後の第２電圧Ｖ２を示す。
【０１２８】
図８の表で、第３行は、基準値として、抵抗率＝１０Ω・ｃｍの場合に、制御性比率＝１であり、要補正Ｖｐｐ差＝１００Ｖであり、補正後の第１電圧Ｖ１が２００Ｖであり、補正後のＶ２が３００Ｖであることを示す。要補正Ｖｐｐ差は、（３００−２００）＝１００である。これは、図５の（Ａ）の第２の制御の曲線Ｋ２と対応している。
【０１２９】
第２行は、抵抗率＝１Ω・ｃｍの場合に、制御性比率＝０．５であり、要補正Ｖｐｐ差＝２００Ｖであり、補正後の第１電圧Ｖ１が１５０Ｖ、補正後の第２電圧Ｖ２が３５０Ｖであることを示す。要補正Ｖｐｐ差は、（３５０−１５０）＝２００である。これは、図５の（Ｂ）の曲線Ｋ４を、後述の図９の（Ａ）の曲線Ｋ７のように補正することと対応している。補正後の曲線Ｋ７は、平らな分布に近付いている。
【０１３０】
第４行は、抵抗率＝１００Ω・ｃｍの場合に、制御性比率＝１．６であり、要補正Ｖｐｐ差＝６０Ｖであり、補正後の第１電圧Ｖ１が２２０Ｖ、補正後の第２電圧Ｖ２が２８０Ｖであることを示す。要補正Ｖｐｐ差は、（２８０−２２０）＝６０である。これは、図５の（Ｃ）の曲線Ｋ６を、後述の図９の（Ｂ）の曲線Ｋ８のように補正することと対応している。補正後の曲線Ｋ８は、平らな分布に近付いている。
【０１３１】
第１行は、抵抗率＝０．１Ω・ｃｍの場合であるが、前述のように、抵抗率がある程度以下に小さい場合には、面内の半径方向の分布に関する制御性が小さく、要補正Ｖｐｐ差が例えば１０００Ｖのように大きくなる。この場合、分布調整の制御の有効性が低い。
【０１３２】
制御用テーブルには、上記４つの抵抗率の情報に限らず、より細かく区分した複数の抵抗率の情報を格納してもおいてもよい。
【０１３３】
補正部５２は、第１の抵抗率Ｒ１から、上記制御用テーブルの情報を参照し、第１の抵抗率Ｒ１の大きさに応じて、値を補正することにより、補正後の高周波バイアス電圧値等を得ることができる。これにより、所望の好適な分布調整を含む制御のための駆動制御値Ｃ１を得ることができる。
【０１３４】
上記処理例に限らず、補正部５２は、基準となる抵抗率やそれに関係付けられた電力値に、前述の近さを表す指標値Ｅを乗算等で反映することにより、補正値を算出してもよい。補正部５２は、所定の計算式を用いて、補正値を算出してもよい。また、抵抗率算出部５１と補正部５２とを１つに統合した形態とし、入力のモニタ値から駆動制御値Ｃ１を決定してもよい。
【０１３５】
補正部５２は、プラズマ処理中、即時に、補正値に対応する駆動制御値Ｃ１を、電力供給部２０の制御回路２３等へ与える。これにより、電力供給部２０から、処理室１０内の電極である第１電極６の第１電圧Ｖ１、及び第２電極７の第２電圧Ｖ２を、補正後の高周波バイアス電圧値にすることができる。このプラズマ処理の結果、補正前よりも、好適なエッチングレート、例えば平らな分布を得ることができる。上記分布調整の例は平らな分布にする場合であるが、他の分布調整として凹分布や凸分布となるように制御したい場合にも上記と同様に実現可能である。ＤＢの制御用テーブルには、凹分布の場合や凸分布の場合に対応した情報が図８と同様に設けられる。
【０１３６】
［補正後の制御］
図９は、図５を補正前の制御の特性とした場合に対する、補正後の制御の特性を示す。図９の（Ａ）は、抵抗率＝１Ω・ｃｍの場合を示す。曲線Ｋ７は、図５の（Ｂ）の曲線Ｋ４に対する補正後の曲線を示し、内周部の補正後の第１電圧Ｖ１が１５０Ｖ、外周部の補正後の第２電圧Ｖ２が３５０Ｖである。この補正内容は、図８の第２行と対応している。
【０１３７】
図９の（Ｂ）は、抵抗率＝１００Ω・ｃｍの場合を示す。曲線Ｋ８は、図５の（Ｃ）の曲線Ｋ６に対する補正後の曲線を示し、内周部の補正後の第１電圧Ｖ１が２２０Ｖ、外周部の補正後の第２電圧Ｖ２が２８０Ｖである。この補正内容は、図８の第４行と対応している。
【０１３８】
補正後のエッチングレートは、曲線Ｋ７、曲線Ｋ８で共に、より平らな分布に近付いている。曲線Ｋ７では、曲線Ｋ４に対し、内周部の位置でＶｐｐ値がより小さくなっており、外周部の位置でＶｐｐ値がより大きくなっており、両者の値が近付いている。曲線Ｋ８では、曲線Ｋ６に対し、内周部の位置でＶｐｐ値がより大きくなっており、外周部の位置でＶｐｐ値がより小さくなっており、両者の値が近付いている。
【０１３９】
図９の（Ａ）に関して、補正前の曲線Ｋ４の制御では、差分値Ｄ１である（Ｖ２−Ｖ１）は１００Ｖである。内周部の位置で、標準の制御のＶ１値に対する当該制御のＶ１値とのＶｐｐ差は、（２００−２５０）＝−５０Ｖである。同様に、外周部の位置で、標準の制御のＶ２値に対する、当該制御のＶ２値とのＶｐｐ差は、（３００−２５０）＝５０Ｖである。
【０１４０】
一方、補正後の曲線Ｋ７の制御では、差分値Ｄ１である（Ｖ２−Ｖ１）は２００Ｖである。内周部の位置で、標準の制御のＶ１値に対する、当該制御のＶ１値とのＶｐｐ差は、（１５０−２５０）＝−１００Ｖである。同様に、外周部の位置で、標準の制御のＶ２値に対する当該制御のＶ２値とのＶｐｐ差は、（３５０−２５０）＝１００Ｖである。
【０１４１】
即ち、補正前の制御の曲線Ｋ４に対して、補正後の制御の曲線Ｋ７では、差分値Ｄ１及び各位置でのＶｐｐ差に関して、２倍に大きくなっている。このように、補正によって、差分値Ｄ１及び各位置でのＶｐｐ差を大きくすることにより、分布を凸分布から平らな分布に近付けることができる。
【０１４２】
図９の（Ｂ）に関して、補正前の曲線Ｋ６の制御では、差分値Ｄ１である（Ｖ２−Ｖ１）は１００Ｖである。内周部の位置で、標準の制御のＶ１値に対する当該制御のＶ１値とのＶｐｐ差は、（２００−２５０）＝−５０Ｖである。同様に、外周部の位置で、標準の制御のＶ２値に対する当該制御のＶ２値とのＶｐｐ差は、（３００−２５０）＝５０Ｖである。
【０１４３】
一方、補正後の曲線Ｋ８の制御では、差分値Ｄ１である（Ｖ２−Ｖ１）は６０Ｖである。内周部の位置で、標準の制御のＶ１値に対する当該制御のＶ１値とのＶｐｐ差は、（２２０−２５０）＝−３０Ｖである。同様に、外周部の位置で、標準の制御のＶ２値に対する、当該制御のＶ２値とのＶｐｐ差は、（２８０−２５０）＝３０Ｖである。
【０１４４】
即ち、補正前の制御の曲線Ｋ６に対して、補正後の制御の曲線Ｋ８では、差分値Ｄ１及び各位置でのＶｐｐ差に関して、０．６倍に小さくなっている。このように、補正によって、差分値Ｄ１及び各位置でのＶｐｐ差を小さくすることにより、分布を凹分布から平らな分布に近付けることができる。
【０１４５】
処理中のウエハの抵抗率が例えば１Ω・ｃｍのように低い場合、第１電極６と第２電極７との各位置で、Ｖｐｐ差をある程度大きくする必要がある。補正部５２は、これに対応する補正として、Ｌ値を８０％とし、第３電圧Ｖ３に関する高周波バイアス電源電力を、所定電力ＰＡに対して、ＰＡ×２．０Ｗとし、第１電圧Ｖ１を１５０Ｖ、第２電圧Ｖ２を３５０Ｖとする。これにより、図９の（Ａ）の曲線Ｋ７のように、面内のレートを均一に近付けることができる。
【０１４６】
処理中のウエハの抵抗率が例えば１００Ω・ｃｍのように高い場合、第１電極６と第２電極７との各位置で、Ｖｐｐ差をある程度小さくする必要がある。補正部５２は、これに対応する補正として、Ｌ値を３０％とし、第３電圧Ｖ３に関する高周波バイアス電源電力を、所定電力ＰＡに対して、ＰＡ×１．２Ｗとし、第１電圧Ｖ１を２２０Ｖ、第２電圧Ｖ２を２８０Ｖとする。これにより、図９の（Ｂ）の曲線Ｋ８のように、面内のレートを均一に近付けることができる。
【０１４７】
［効果等］
上記のように、実施の形態１のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理に係わる面内の均一性や、エッチングレート等の所望の分布調整を実現することができる。実施の形態１によれば、プラズマエッチング処理における入射イオンエネルギーの分布を高精度に制御できる。実施の形態１によれば、被処理基板の抵抗率に応じて、最適な高周波バイアス電圧を印加して、好適なエッチングを実現できる。
【０１４８】
プラズマエッチング処理のシーケンスの複数の処理工程において、処理工程中に、ウエハの実際の抵抗率が変化する。その要因として、処理工程毎の条件の他に、ウエハの温度等の変化、ウエハの積層膜の導電性膜のエッチング、ウエハへの堆積物の付着、等が挙げられる。
【０１４９】
実施の形態１のプラズマ処理装置は、各電極に異なる高周波バイアス電圧を印加してプラズマ処理を行い、処理中の処理工程の進行に伴うウエハの抵抗率の変化に対しても、各電極の電圧を常時にモニタして、即時に抵抗率及びその変化を検知する。そして、プラズマ処理装置は、処理中の抵抗率及びその変化に応じて、分布調整に対応した高周波バイアス電圧を補正する。これにより、ウエハの抵抗率が低すぎない場合、例えば約１Ω・ｃｍ以上である場合には、面内の半径方向のエッチングレートの分布を、例えば均一に近付けることができる。
【０１５０】
［変形例］
実施の形態１のプラズマ処理装置の変形例として、以下が挙げられる。ＬＣ共振回路２２の構成については、可変キャパシタンスと固定インダクタンスとの組合せの構成としてもよい。その場合、制御値はキャパシタンス値となる。
【０１５１】
ＤＢ部５３のＤＢデータは、予め実験等により得られた情報を含んでいる。変形例として、プラズマ処理装置は、ウエハをプラズマ処理した結果を、その時の抵抗率や電圧値の情報を含めて、ＤＢ部５３のＤＢにデータとして記録、蓄積し、以降のプラズマ処理の際に利用してもよい。即ち、プラズマ処理装置に、ＤＢデータを自動的に更新する機能を備えてもよい。
【０１５２】
保持部２の載置電極４に対応した面内において、内周部及び外周部の２つの電極に限らず、３つ以上の電極が設けられた形態でもよい。プラズマ処理装置は、３つ以上の電極の各電圧値をモニタし、そのモニタ値を用いて抵抗率を算出し、補正等の制御を行う。
【０１５３】
第１の抵抗率Ｒ１の算出及び補正値の決定に関する方式としては、第１の抵抗率Ｒ１や電圧補正値等の値を細かく算出する方式に限らず可能である。例えば、予めＤＢに、おおまかに区分された複数の値として抵抗率や電圧補正値を設定しておく。その複数の抵抗率の値として、例えば、｛１，２，……，９，１０Ω・ｃｍ｝や、｛１０，２０，……，９０，１００Ω・ｃｍ｝等が設けられる。抵抗率算出部５１は、モニタ値の判断に基づいて、それらの複数の抵抗率の値から、一番近いものを選択する。補正部５２は、その選択された抵抗率の値に関係付けられる電圧補正値を選択する。この形態の場合、制御の精度は少し低下する代わりに、リアルタイム処理に関する高速化を図ることができる。
【０１５４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置について説明する。実施の形態２の基本的な構成は実施の形態１の構成と同様であり、以下、実施の形態２の構成における実施の形態１の構成とは異なる部分について説明する。
【０１５５】
実施の形態２のプラズマ処理装置は、被処理基板３であるウエハに対するプラズマエッチング処理を実行する前の状態で、その処理対象のウエハの抵抗率を算出して所定の制御を行う。実施の形態２の構成は、図１及び図２の構成で、制御部５０の処理内容が実施の形態１とは異なる。
【０１５６】
まず、従来のプラズマエッチング処理のシーケンス例は以下である。処理室へのウエハの搬送後、直流電源から電極への直流電圧の印加により、ウエハが電極に静電吸着されて、保持部の所定位置に保持される。次いで、処理室にエッチング用のガスが導入され、ソース電源への電圧印加により電磁波が発生され、導波管等を通じて伝播した電磁波が処理室に導入され、処理室内でプラズマが生成される。その後、電源制御により、処理室の電極に、プラズマに作用させるための高周波バイアス電圧が印加される。
【０１５７】
実施の形態２では、以下のようなプラズマエッチング処理のシーケンスとなる。処理室１０で、直流電源２２１，２２２から電極への直流電圧の印加によるウエハの静電吸着による保持の後、電磁波からプラズマを生成する前に、以下の処理工程を有する。当該処理工程では、制御部５０からの電力供給部２０の制御に基づいて、プラズマ無し状態で、保持部２の電極に、高周波バイアス電力を、所定の低い電力、例えば５Ｗで、数秒間程度の時間で印加する。その時間に、電力供給部２０は、スイッチ２１を第１電極６側に接続した第１状態として、ＬＣ共振回路２２のＬ値を、０％から１００％まで増加させる。
【０１５８】
この場合、実施の形態１におけるプラズマ無しの場合のインダクタンス特性に相当する、図３の（Ａ）の特性に近い特性が得られる。モニタ部３０は、上記処理工程の時間に、当該特性に関する値｛Ｌ値，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３等｝をモニタする。抵抗率算出部５１は、モニタ値に基づいて、当該特性を、予め作成されてＤＢに格納されているインダクタンス特性と比較照合する。これにより、抵抗率算出部５１は、処理前のウエハについての概略的な抵抗率を、処理前抵抗率として得る。処理前抵抗率を第２の抵抗率Ｒ２とする。この処理前抵抗率は、処理中のウエハの実際の抵抗率に対して近い値として得られる。補正部５２は、得られた処理前抵抗率を用いて、所定の補正等の制御を行う。
【０１５９】
実施の形態２のプラズマ処理装置では、プラズマ処理前にウエハの概略的な抵抗率が得られる。そのため、制御部５０は、処理前に以下のような制御を行うことができる。制御部５０の補正部５２はその制御を行う機能を有する。
【０１６０】
第１に、制御部５０は、処理前抵抗率が、例えば０．１Ω・ｃｍのように、ある程度以下に低い場合、特有の制御として、注意等のアラートの出力や、プラズマ処理のキャンセルを行う。制御部５０は、算出された処理前抵抗率を所定の閾値と比較し、閾値以下である場合、当該特有の制御を適用する。
【０１６１】
前述のように、例えば抵抗率＝０．１Ω・ｃｍのような低い抵抗率のウエハでは、第１電極６と第２電極７に異なる高周波バイアス電圧を印加しても、分布調整の制御性が小さく、効果が弱い。また、かなり大きい高周波バイアス電源電力を供給する必要があり、電力効率の点も注意する必要がある。即ち、この場合、当該制御の有効性が低い。
【０１６２】
この場合、制御部５０は、プラズマ処理の実行前に、処理前抵抗率の算出及び判断に基づいて、オペレータに注意等のアラートを出力してから、処理を実行させる。アラートの内容は、例えば、当該ウエハの抵抗率ではエッチングレートの分布の制御が十分にできない旨の注意である。オペレータは、アラートを確認し、必要に応じて処理を継続する。別の制御例としては、制御部５０は、アラートを出力すると共に、当該処理をキャンセルする。アラートの内容は、例えば、当該ウエハの抵抗率ではエッチングレートの分布の制御が十分にできないので処理をキャンセルする旨の注意である。
【０１６３】
第２の制御として、制御部５０は、プラズマ処理の前に、処理前抵抗率の算出及び判断に基づいて、処理で均一なレート等を得るための、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、Ｌ値、高周波バイアス電源電力等の値の範囲を、ある程度絞り込む。補正部５２は、絞り込んだ範囲に基づいて、電力供給部２０を駆動制御する。これにより、処理の際に、高周波バイアス電圧の精度を上げることができ、また、制御や補正に要する時間を短縮することができる。
【０１６４】
なお、従来、予め市販のウエハ抵抗測定器を用いてウエハ抵抗率を測定する例もある。しかしながら、ウエハ抵抗率は、前述のように、ウエハの温度、静電吸着状態、ウエハの表面や裏面の状態、ウエハサンプル膜種、等の各種の要因による影響を受けて変わる。そこで、実施の形態２のように、プラズマ処理の直前に、その処理直前の状態での当該ウエハの抵抗率を検出して制御することにより、従来よりも望ましい効果が得られる。抵抗率算出部５１は、処理前抵抗率を算出する際、そのプラズマ処理装置での処理条件やモニタ値を考慮して処理前抵抗率を算出する。そして、制御部５０は、その処理前抵抗率を用いて、従来よりも好適な制御を行うことができる。
【０１６５】
（実施の形態３）
図１０を用いて、本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置について説明する。実施の形態３の基本的な構成は実施の形態１の構成と同様であり、以下、実施の形態３の構成における実施の形態１の構成とは異なる部分について説明する。実施の形態３では、実施の形態１の図１及び図２の構成に対し、主に電力供給部２０の構成が異なる。
【０１６６】
図１０は、実施の形態３のプラズマ処理装置における、主に処理室１０及び電力供給部２０の構成を示す。図１０の電力供給部２０の構成では、図２の構成に対し、高周波バイアス電源２４及びマッチングボックス２１０から延在する線路を、載置電極４と外周部ＥＳＣである第２電極７とのいずれかに接続する、スイッチ３０１を有する。
【０１６７】
スイッチ３０１は、載置電極４側に接続する第１状態と、第２電極７に接続する第２状態とが制御端子により切り替え可能となっている。スイッチ３０１の第１端子は、電力供給線路を通じて載置電極４に接続されており、第２端子は、コンデンサ３０２を介して、第２電圧検出器２０２が接続された電力供給線路を通じて、第２電極７に接続されている。スイッチ３０１と第２電極７との線路には、コンデンサ３０２が挿入されている。コンデンサ３０２は、ＥＳＣの直流電圧をカットするための素子である。
【０１６８】
スイッチ３０１は、高周波バイアス電源電圧を、第１状態では、載置電極４に印加し、第２状態では、第１電極６と第２電極７との一方のみに印加するためのスイッチである。スイッチ３０１の第１状態では、実施の形態１の回路の構成と同様となる。スイッチ３０１の制御端子は例えば制御回路２３から切り替えが制御される。
【０１６９】
なお、実施の形態３では、スイッチ３０１が接続される一方の電極として第２電極７としているが、変形例では、一方の電極として第１電極６としてもよい。この場合には第１電極６に高周波バイアス電源電圧が印加される。
【０１７０】
実施の形態３のプラズマ処理装置は、実施の形態１と同様に、プラズマエッチング処理の処理中に、被処理基板３の第１の抵抗率Ｒ１を算出し、その抵抗率に応じて補正等の制御を行う。また、実施の形態３のプラズマ処理装置は、処理前に、被処理基板３の処理前抵抗率を算出し、その処理前抵抗率に応じて制御を行う。
【０１７１】
実施の形態３におけるプラズマエッチング処理のシーケンスにおいて、以下のような処理工程を有する。まず、処理室１０内に被処理基板３であるウエハが搬送され、スイッチ３０１の第１状態で、保持部２の電極に直流電源２２１，２２２からの直流電圧が印加されて、ウエハが静電吸着される。その後、制御部５０は、電力供給部２０の制御に基づいて、処理室１０内にプラズマを発生させる前に、スイッチ３０１を、第２電極７側に接続した第２状態とし、スイッチ２１をいずれにも接続しない第３状態とする。この状態で、電力供給部２０は、高周波バイアス電源２４からの高周波バイアス電源電力を、所定の低い電力、例えば５Ｗで、第２電極７に供給する。これにより、第２電極７に、高周波バイアス電源電圧が印加される。この時、第２電圧検出器２０２は、この高周波バイアス電源電圧を、第２電圧Ｖ２として検出する。また、第３電圧検出器２０３は、この高周波バイアス電源電圧を、第３電圧Ｖ３として検出する。
【０１７２】
この時、例えばウエハの抵抗率が１０Ω・ｃｍの場合で、高周波バイアス電源電圧が印加されない他方の電極である第１電極６では、前述の電極間のパスを通じて、第２電極７に印加された電圧の１０分の１程度の電圧が印加される。第１電圧検出器２０１は、その電圧を、第１電圧Ｖ１として計測、検出する。
【０１７３】
処理対象のウエハの抵抗率が低い場合には、外周部の第２電極７の第２電圧Ｖ２が大きくなり、逆に抵抗率が高い場合には、当該第２電圧Ｖ２が小さくなるという傾向がある。
【０１７４】
モニタ部３０は、上記処理工程の際、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、第３電圧Ｖ３をモニタする。抵抗率算出部５１は、そのモニタ値によるデータを用いて、予めＤＢに格納されている代表的な抵抗率毎の電圧値のデータと比較照合し、これにより、処理対象のウエハに関する概略的な抵抗率である処理前抵抗率を算出する。なお、この処理内容は、実施の形態１と同様に実現できる。
【０１７５】
実施の形態３では、実施の形態１と同様にプラズマ有りの条件でも、即ちプラズマ処理中でも、ウエハの抵抗率の算出が可能である。これは例えば以下のように実現される。電力供給部２０は、内周部の第１電極６に、高周波バイアス電源電力として所定電力を供給して、それに対応する第１電圧Ｖ１を印加する。
【０１７６】
図１１は、高周波バイアス電源電力による第３電圧Ｖ３が約１００Ｖの場合における、内周部の第１電極６の第１電圧Ｖ１と外周部の第２電極７の第２電圧Ｖ２とに関する、抵抗率依存性を示す。横軸がウエハの抵抗率、縦軸が各モニタ電圧値｛Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３｝を示す。曲線９０１はＶ１値、曲線９０２はＶ２値、曲線９０３はＶ３値を示す。曲線９０１，９０２のように、抵抗率が低い場合には、内周部の第１電圧Ｖ１と外周部の第２電圧Ｖ２とのＶｐｐの差分値（Ｖ２−Ｖ１）が小さくなり、抵抗率が高い場合には、当該差分値が大きくなる。
【０１７７】
一方、高周波バイアス電源電圧に対応する第３電圧Ｖ３については、マッチングボックス２１０のインピーダンス整合の影響が大きく、抵抗率の影響が小さく、電圧値の変化としては殆ど現れない。よって、高周波バイアス電源電圧に対応する第３電圧Ｖ３から抵抗率を算出することは難しい。
【０１７８】
上記計測される各電圧及びＶｐｐ差分値について、抵抗率の要因によるものと、例えばプラズマ等の他の要因によるものとを区別する。そのため、モニタ部３０により上記３つの電圧値をモニタする。抵抗率算出部５１は、そのモニタ値を用いて、例えばＥＳＣ間のＶｐｐ差分値である（Ｖ２−Ｖ１）を、高周波バイアス電源電圧のＶｐｐである第３電圧Ｖ３により除算し、その値である（Ｖ２−Ｖ１）／Ｖ３から、処理中の抵抗率を算出する。これにより、処理中の抵抗率の算出の確度を高くすることができる。
【０１７９】
そして、実施の形態３のプラズマ処理装置は、上記算出した抵抗率を用いて、補正部５２により、実施の形態１と同様に、処理中に高周波バイアス電力及び電圧値を好適に補正する制御を行う。この際、例えば、上記抵抗率及び電力補正値が決定した後、補正部５２は、図１０のスイッチ３０１を、載置電極４側に接続される第１状態に切り替える。そして、補正部５２は、実施の形態１と同様に、スイッチ２１を第１状態と第２状態とで切り替える状態として、第１電極６及び第２電極７に補正後の高周波バイアス電力が印加されるように制御する。
【０１８０】
図１２は、実施の形態３における制御用テーブルの例を示す。図１２の表では、列として、抵抗率、外周部ＥＳＣ電圧値（Ｖ２）、内部ＥＳＣ電圧値（Ｖ１）、電源電圧値（Ｖ３）、（Ｖ２−Ｖ１）／Ｖ３、を有する。
【０１８１】
「抵抗率」は、図８の制御用テーブルと同様に、代表的な複数の抵抗率を有する。「外周部ＥＳＣ電圧値（Ｖ２）」は、抵抗率に応じた第２電圧Ｖ２を示す。「内部ＥＳＣ電圧値（Ｖ１）」は抵抗率に対応した第１電圧Ｖ１を示す。「電源電圧値（Ｖ３）」は第３電圧Ｖ３を示す。「（Ｖ２−Ｖ１）／Ｖ３」は、上記の算出値を示す。
【０１８２】
ＤＢ部５３には、上記制御用テーブルが予め作成され格納されている。抵抗率算出部５１は、処理前、及び処理中、モニタ値から、上記制御用テーブルを参照して、それぞれの抵抗率を算出する。また、プラズマ処理の処理条件が複数存在する場合には、処理条件毎に、同様に情報を用意しておき、その情報を使用すればよい。
【０１８３】
以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【０１８４】
被処理基板３となる被処理材は、シリコン（Ｓｉ）酸化膜に限らず、ポリＳｉ膜、フォトレジスト膜、反射防止有機膜、窒化Ｓｉ酸化膜、窒化Ｓｉ膜、Low-k 材料、High-k 材料、アモルファスカーボン膜、Ｓｉ基板、等も適用可能である。
【０１８５】
処理用のガスとしては、塩素、臭化水素、四フッ化メタン、三フッ化メタン、二フッ化メタン、アルゴン、ヘリウム、酸素、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア、八フッ化プロパン、三フッ化窒素、六フッ化硫黄、メタン、四フッ化シリコン、四塩化シリコン、等が適用可能できる。
【０１８６】
プラズマ処理装置及びその放電方式についても、マイクロ波ＥＣＲ放電を利用したエッチング装置に限らず、有磁場ＵＨＦ放電、容量結合型放電、誘導結合型放電、マグネトロン放電、等を利用したドライエッチング装置も適用可能である。
【０１８７】
本発明は、マイクロ波ＥＣＲ放電を利用したエッチング装置及びその処理の場合に好適である。本発明は、それに限らず、イオン引き込み用の高周波バイアス電源を備えた装置で、高周波バイアスによってレートに差が出る処理、つまりイオンエネルギーとレートとに相関がある処理に関して、広く適用可能である。
【符号の説明】
【０１８８】
２…保持部、３…被処理基板、４…載置電極、５…導電体膜、６…第１電極、７…第２電極、１０…処理室、２０…電力供給部、２１…スイッチ、２２…ＬＣ共振回路、２３…制御回路、２４…高周波バイアス電源、３０…モニタ部、５０…制御部、５１…抵抗率算出部、５２…補正部、５３…ＤＢ部、５４…処理条件管理部。
【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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