(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内に配置され処理対象のウエハが載せられる試料台と、前記処理室内の前記試料台の上方にプラズマを形成するための第１の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、前記試料台内に配置された電極に前記ウエハ上にバイアス電位を形成するための第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源とを有し、
前記第１及び第２の高周波電力の少なくとも何れかが高低の異なる値を各々所定の期間だけ出力することを特定の周期で繰り返す場合に、前記第１及び第２の高周波電力の両方が高い出力で出力されている時点で検出された一方の前記高周波電力についての情報を用いて当該一方の高周波電力についての整合を行う整合器であって内部を流れる他方の前記高周波電力を検出した結果に基づいて当該一方の高周波電力についての整合を行う整合器を備え、前記第１及び第２の高周波電力の少なくとも何れかが高い出力で出力されていない間において前記時点で検出された前記情報が保持されるプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記一方の高周波電力について整合を行う前記整合器が、内部を流れる当該一方の高周波電力の反射波に含まれる前記他方の高周波電力を検出した結果に基づいて前記一方の高周波電力についての整合を行うプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記整合器は、前記第１及び第２の高周波電力の少なくとも何れかが高い出力で出力されていない期間において保持された前記情報を用いてこの期間での整合を行うプラズマ処理装置。
【請求項４】
真空容器内部の減圧された処理室内に配置された試料台上に処理対象のウエハを載せ、前記処理室内に第１の高周波電力を供給して前記試料台上方の処理室内にプラズマを形成し、前記試料台内に配置された電極に第２の高周波電力を供給して前記ウエハ上にバイアス電位を形成して前記ウエハを処理するプラズマ処理方法であって、
前記第１及び第２の高周波電力の少なくとも何れかが高低の異なる値を各々所定の期間だけ出力することを特定の周期で繰り返すものであって、
前記第１及び第２の高周波電力の両方が高い出力で出力されている時点で検出された一方の前記高周波電力についての情報を用いて当該一方の高周波電力についての整合を行う工程であって整合を行う回路の内部を流れる他方の前記高周波電力を検出した結果に基づいて当該一方の高周波電力についての整合を行う工程と、前記第１及び第２の高周波電力の少なくとも何れかが高い出力で出力されていない間において前記時点で検出された前記情報を保持する工程とを備えたプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマ処理方法であって、
前記何れか一方の高周波電力の反射波に含まれる前記他方の高周波電力を検出した結果に基づいて当該一方の高周波電力についての整合を行うプラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のプラズマ処理方法であって、
前記第１及び第２の高周波電力の少なくとも何れかが高い出力で出力されていない期間において保持された前記情報を用いてこの期間での整合を行う工程を備えたプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内に配置された処理室内に形成したプラズマを用いて当該処理室内に配置された試料台上に保持された処理対象の半導体ウエハ等の基板状の試料を処理するプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法であって、プラズマ生成用の高周波電力またはバイアス電位形成用の高周波電源を周期的に断続または高低値で増減させてエッチング処理を行うプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、一般にプラズマを用いたドライエッチングが行われている。近年の半導体デバイスの高集積化、さらには三次元構造化に伴い、ドライエッチングを行うプラズマ処理装置には、加工精度の向上が要求されるとともに、エッチング選択比の向上あるいはエッチング形状の高精度制御等の向上が要求されている。
【０００３】
このような要求に応えるため、プラズマ生成用高周波電源をパルス出力し、プラズマ生成をパルス化することでイオン密度およびラジカル密度の制御性を向上する方法が提案されている。さらに多層膜構造や三次元構造の高アスペクト比のエッチングを行うために、バイアス印加用高周波電源をパルス出力し、バイアス印加をパルス化することでデポジションを効果的に用いた選択比の向上や電子シェーディング効果の低減によるダメージの抑制も提案されている。
【０００４】
特許文献１では、高選択比および高エッチングレートでエッチングするためにバイアス印加用高周波電源を繰り返し周波数０．２５〜１００Ｈｚの範囲でパワー変調（低出力と高出力を交互に出力）し、バイアスを印加する方法が提案されている。前記特許文献１では、高出力となるタイミングのみ、バイアス印加用高周波電源側整合器の整合動作を行うよう制御することで、バイアス印加用の高周波電力を安定に供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−９６５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来技術では、次の点について考慮が不十分であったため、問題が生じていた。
【０００７】
すなわち、特許文献１に記載されるように、バイアス印加用高周波電源がプラズマ生成に寄与する場合には、プラズマ生成用高周波電源側から見たプラズマ負荷インピーダンスが、バイアス印加用高周波電源のパワー変調に同期して変動するようになる。バイアス印加用高周波電源が低出力の場合と高出力の場合の２つのプラズマ負荷インピーダンス条件に対して、プラズマ生成用高周波電源側の整合器は整合動作を行うため、整合動作が不安定となり、反射波が増大し且つ一定とならない。
【０００８】
特許文献１では、プラズマ生成用高周波電力を印加する電極に直流電圧を加え、プラズマシースの厚さを安定させることで、反射波の増大を軽減させているものの、完全に抑制することは出来ていない。
【０００９】
本発明の目的は、プラズマを生成するための高周波電源とバイアス電位を形成するための高周波電源のいずれかもしくは両方がオンオフあるいは高低の出力を繰り返し出力するものにおいて、安定して整合の動作を行い処理の歩留まりを向上させるプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、真空容器内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内に配置され処理対象のウエハが載せられる試料台と、前記処理室内の前記試料台の上方にプラズマを形成するための第１の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、前記試料台内に配置された電極に前記ウエハ上にバイアス電位を形成するための第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源とを有し、前記第１及び第２の高周波電力の少なくとも何れかが高低の異なる値を各々所定の期間だけ出力することを特定の周期で繰り返す場合に、前記第１及び第２の高周波電力の両方が高い出力で出力されている時点で検出された一方の前記高周波電力についての情報を用いて当該一方の高周波電力についての整合を行う整合器であって内部を流れる他方の前記高周波電力を検出した結果に基づいて当該一方の高周波電力についての整合を行う整合器を備え、前記第１及び第２の高周波電力の少なくとも何れかが高い出力で出力されていない間において前記時点で検出された前記情報が保持されることにより達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、ソース電源およびバイアス電源のうちいずれかもしくは両方をパルス出力させエッチング処理を行う際に、ソース整合器およびバイアス整合器が整合させるべき負荷インピーダンス条件を１つとすることができ、安定な整合動作が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るＶＨＦ波ＥＣＲプラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第１の実施例に係るソース電源およびバイアス電源の出力波形のタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１の実施例に係るソース電源およびバイアス電源の出力波形のタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１の実施例に係るソース電源およびバイアス電源の出力波形のタイミングチャートである。
【図６】本発明の第１の変形例に係るソース整合器およびバイアス整合器の回路構成図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係るソース整合器の回路構成図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係るソース整合器にて観測される反射波電力の周波数スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１乃至図５を用いて本発明の第１の実施例を説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【００１５】
図１に示すプラズマ処理装置は１００、真空容器内に配置されて内部が減圧されプラズマが内側で形成される円筒形を有した処理室１０１と、真空容器下部に連結され処理室１０１下部の排気口から処理室１０１内のガスや粒子を排気して減圧して所定の真空度にする為のターボ分子ポンプ１０２や粗引き用のロータリーポンプ（図示せず）を含む真空ポンプとを備えている。また、処理室１０１の上部にはプラズマを形成するための所定の周波数の高周波電力を供給するソース電源１０３とソース整合器１０４を介して同軸ケーブルにより接続された円形を有する平面アンテナ１０９とその下方に配置されて処理室１０１内に処理用のガスが導入される複数のガス導入孔を中央部に備えた円形のシャワープレート１１０が配置されている。
【００１６】
処理室１０１内の下部には、プラズマを用いて例えばエッチングされる処理対象の基板状の試料であるウエハ１１０がその誘電体膜で被覆された円形の上面に載せられて静電気力で吸着、保持される試料台１１１が配置されている。試料台１１１内には円板または円筒形状を有した金属製の電極が配置され、当該電極にはウエハ１１４の処理中にウエハ１１４上面上方にバイアス電位を形成するための所定の高周波電力を供給するバイアス電源１０５が同軸ケーブルによりバイアス整合器１０６を介して接続されている。
【００１７】
アルミニウムなどの導電性材料から構成され接地されている真空容器の円筒形状の処理室１０１の内部には、平面アンテナ１０９、エッチングガスを処理室内に均等に導入する為のシャワープレート１１０と、これらの下方に配置されてウエハ１１４が載せられる上面がシャワープレート１１０と対向して配置された試料台１１１とが備えられおり、シャワープレート１１０と平面アンテナ１０９との間の隙間にはエッチングガスを流入できるようガス導入口１１２からの処理用ガスが導入され、当該隙間内で拡散して充満したガスはシャワープレート１１０の下面中央部に配置された複数のガス導入孔から処理室１０１に導入される。処理室１０１を囲む真空容器の側壁と上面との周囲には形成した磁界を処理室１０１に供給するソレノイドコイル１１３が処理室１０１の上下方向の円筒の軸にその軸を合致させるように真空容器または処理室１０１をリング状に囲んで配置されている。
【００１８】
本実施例のソース電源１０３およびバイアス電源１０５の各々からは、所定の周波数で正弦波状の電圧または電流を連続的に出力する連続波（ＣＷ）の高周波電力が出力可能であると共に、当該所定周波数の高周波電力を所定の周期と期間でオンオフあるいはその強度を複数の値でその高低を増減させることを繰り返すパルス状の高周波電力の出力が可能に構成されている。そして、本例において、当該高周波電力の所定の周波数の電力の強度、あるいは出力モード、またはパルス状の出力の際の周期（周波数）、オンとオフあるいは高低の出力の期間およびこれらの比率（デューティ比）は、これらと通信可能に接続された制御器１０７により設定され、設定した値となるように動作が調節される。制御器１０７は、その内部に、パルス出力時のパルス周波数およびデューティ比に応じたトリガー信号を生成するパルス発生器１０８を備えている。
【００１９】
ソース電源１０３およびバイアス電源１０５は、各々が制御部１２１，１３１と発振部１２２，１３２、分配部１２３，１３３、増幅部１２４，１３４、合成部１２５，１３５、高周波検出部１１６，１３６を備えて構成されている。ソース電源１０３およびバイアス電源１０５は、制御器１０７から入力される設定に応じて制御部１２１，１３１においてそれぞれが出力する高周波電力を調節する。
【００２０】
すなわち、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５各々において、水晶発振回路等の発振部１２２，１３２から出力される高周波電力は、分配部１２３，１３３で分岐され増幅部１２４，１３４で増幅された後、合成部１２５，１３５にて合成され、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５から出力される。制御部１２１，１３１には、高周波検出部１２６，１３６において検出された出力値がフィードバックされ、当該出力値と設定とを比較して設定値となるよう出力が調節される。本実施例では、このように出力をフィードバック制御するため、高周波電力の出力は制御器１０７からの指令信号を受信して発振部１２２，１３２が出力した高周波電力がそれぞれの電源から出力されるまでに数ｍｓから数十ｍｓの時間を要する。
【００２１】
また、ソース電源１０３及びバイアス電源１０５は、パルス発生器１０８から出力されるパルス周波数１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ、デューティ比１０〜９０％の外部トリガーパルス信号に同期して、パルス出力する機能を有するものである。さらに本実施例では、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５の何れかもしくは両方が高周波電力をパルス出力する場合には、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５の両者がパルス状に出力する（出力がオンにされる）タイミングに同期した外部トリガーパルス信号がソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６へ入力される。
【００２２】
本実施例のソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６は、ウエハ１１４の処理中に予め定められた周期毎の時刻またはタイミングで検出された高周波電力の大きさや位相差等のパラメータに基づいて動作する。そして、これら整合器の各々は、パルス発生器１０８から入力される外部トリガーパルス信号に応じサンプルホールド動作を行う。
【００２３】
すなわち、ソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６は、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５の各々が所定の周期及び期間または出力のオンとオフとの期間の比（デューティ比）でパルス状に高周波電力の出力のオンとオフとを繰り返している場合に、両方の電源からのパルス状の出力がオン（出力されている）期間中の任意のタイミングでのみ、進行波の電力の大きさＰｆ、反射波電力の大きさＰｒ、進行波電力の電圧と電流の位相差θをサンプリングして是等を検出する。また、これらの整合器は、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５の何れかが出力をしていないタイミングでは、図示しない記憶装置内に記憶されたその直前のタイミングであって両方の電源からのパルス状の出力がオン（出力されている）期間中のタイミングにサンプリングされたパラメータの値を保持する（ホールド）する。このようなサンプルホールド動作を行うことで、ソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６は、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５の両方が出力しているタイミングのプラズマ負荷インピーダンス状態に対して、断続的に整合動作を続けることができる。
【００２４】
また、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５の何れかが出力をしていないタイミングで、図示しない記憶装置内に記憶され保持されたパラメータの値を読み出して用いても良い。例えば、このような何れかが出力をしていないタイミングで、何れかの電源の整合の動作をする場合に、対応する整合器がこのホールドされたデータを用いて当該整合に必要な負荷インピーダンスを算出あるいは算出してこれに基づいて整合の動作を行っても良い。
【００２５】
エッチング処理対象のウエハ１１４は、次の過程を経て処理される。まず、真空容器側壁に接続された別の真空容器であって内部の搬送室内に配置されたロボットのアームに載せられたウエハ１１４が当該アームの伸縮、回転により当該搬送室から処理室１０１内に搬送されて試料台１１１に受け渡されてその上面に載せられる。試料台１１１上面を構成する誘電体膜内に配置された図示しない静電吸着用の電極に印加された直流電力によって形成された静電気力を用いてウエハ１１４が試料台１１１上面に吸着され保持された状態で、ウエハ１１４の裏面にＨｅ等熱伝達用のガスが導入された状態で、シャワープレート１１０のガス導入孔から処理室１０１内にウエハ１１４に向けてエッチング用のガスが導入される。
【００２６】
真空ポンプの動作による排気の流量、速度とシャワープレート１１０からの処理用のガスの流量、速度とのバランスにより、処理室１０１内の圧力が処理に適した所定の圧力または真空度にされると、ソレノイドコイル１１３に直流電流が供給されて処理室１０１内に磁界が形成されるとともに平面アンテナ１０９にソース電源１０３から所定の周波数の高周波電力が供給されて当該平面アンテナ１０９から処理室１０１内に電界が供給される。これら電界、磁界の相互作用にほって、電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）が生起され処理用のガスの原子または分子が励起され高密度のプラズマ１１５が処理室１０１内のシャワープレート１１０または平面アンテナ１０９と試料台１１０との間の空間内に生成される。
【００２７】
プラズマ１１５が形成された状態で、試料台１１１内の電極にバイアス電源１０５より高周波電力が供給されることで、ウエハ１１４上面上方にバイアス電位が形成される。当該バイアス電位とプラズマ１１５の電位との電位差に応じてプラズマ１１５中のイオン等の荷電粒子がエネルギーを制御されながら、ウエハ１１４上面に誘引されて予め形成されたレジスト製のマスクを含む複数の膜層から構成された膜構造の処理対象の膜層に衝突し、当該膜層表面のラジカル等活性を有する粒子による当該表面の材料との化学的または物理的反応を促進してエッチング処理が進行する。
【００２８】
本実施例の処理では、上記のように、プラズマ１１５を形成するソース電源１０３またはバイアス電位形成用のバイアス電源１０５の各々から平面アンテナ１０９、試料台１１１（内の電極）に供給される各々異なる周波数、波長の高周波電力の少なくとも何れか一方は、所定の周期、期間、またはデューティ比でパルス状に出力がオン、オフが繰り返される。当該オンオフの繰り返しが制御されることに応じてウエハ１１４表面の処理対象の膜層の処理の進行が所望の処理の速度や方向となるように制御される。このことにより、処理後に得られる膜層の形状、所謂加工形状を所期のものに近付け、加工の精度を向上させることができる。
【００２９】
このようなエッチング処理を所定の時間実施し、図示しない処理室内からの光の検出器等を用いた判定器により処理の終点が判定されると、バイアス形成用の高周波電力が停止されるとともに電界または磁界の供給が停止されてプラズマ１１５が消火されて処理が終了する。この後、ロボットが駆動されて搬送室からアームを伸長して処理室１０１内に進入した当該アームに処理済みのウエハ１１４が試料台１１１から受け渡されて処理室１０１外に搬出され、未処理のウエハ１１４が在る場合にはこが試料台１１１上に載せられる。未処理のウエハ１１４が存在しない場合には、当該処理室１０１での処理の運転が一時的に停止する。
【００３０】
図２〜５は、図１の実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すタイミングチャートである。特に、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５のパルス出力パターンを示したタイミングチャートである。これらの図において、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５の進行波電力ならびに反射波電力に併せて、パルス発生器１０８よりソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６へ入力される外部トリガーパルス信号とそれぞれの整合器のサンプルホールド動作を記載する。
【００３１】
図２は、ソース電源１０３からの高周波電力はパルス状にオンオフされるものではなく正弦波状の波形を連続的に出力（ＣＷ出力）させると共に、バイアス電源１０５からの出力はパルス状にオンオフを所定の周期、期間またはデューティ比で出力（パルス出力）させた場合のタイミングチャートを示している。本図において、ソース電源１０３の進行波電力２０１、反射波電力２０２、ソース整合器１０４のサンプルホールド動作２０３、バイアス電源１０５の進行波電力２０４、反射波電力２０５、バイアス整合器１０６のサンプルホールド動作２０６の時間変化がそれぞれ示されている。
【００３２】
本例のソース整合器１０４及びバイアス整合器１０６は、サンプルホールド動作２０３およびサンプルホールド動作２０６の各々において図中の任意のＳａｍｐｌｉｎｇの状態となる期間中のタイミングにおいて、進行波の電力の大きさＰｆ、反射波電力の大きさＰｒ、進行波電力の電圧と電流の位相差θ等の整合の動作に用いるパラメータを検出してこれらの値に基づいて整合を行い、Ｈｏｌｄとなる期間中のタイミングではＳａｍｐｌｉｎｇの状態でのタイミングで検出した値を維持しておく。本実施例では、バイアス電源１０５のみがパルス状に出力することから、サンプルホールド動作２０３およびサンプルホールド動作２０６の各々においてＳａｍｐｌｉｎｇ，Ｈｏｌｄにされる開始と終了とのタイミング及び期間とは同じにされ同期している。
【００３３】
このようなサンプルホールド動作は、バイアス電源１０５からのパルス状の電力の進行波２０４のオンの始終のタイミングと期間とが同期して実施されることになり、当該パルス進行波のオンの期間において大きさＰｆ、反射波電力の大きさＰｒ、進行波電力の電圧と電流の位相差θを取得することで、ソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６は、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５の両方が出力している際のプラズマ負荷インピーダンス条件に対して安定に整合動作を行うことができる。尚、このサンプルホールド動作は、パルス発生器１０８よりソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６へ入力される外部トリガーパルス信号に基づき行われる。
【００３４】
一方で、バイアス電源１０５が出力していないオフの期間では、ソース電源１０３の反射波電力２０２が生じる。しかし、ソース整合器１０４はバイアス電源１０５が出力しているタイミングのプラズマを含む負荷インピーダンスに対して適切な整合状態を保持するため、ソース電源１０３の反射波電力２０２も変動が抑制され、再現性の高いエッチング処理を行うことができる。
【００３５】
図３は、図１に示す実施例において、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５からの高周波電力を同一のタイミングとパルス幅および周期とでパルス状に出力させた場合のタイミングチャートである。本図において、ソース電源１０３の進行波電力３０１、反射波電力３０２、ソース整合器１０４のサンプルホールド動作３０３、バイアス電源１０５の進行波電力３０４、反射波電力３０５、バイアス整合器１０６のサンプルホールド動作３０６の時間変化をそれぞれ示している。
【００３６】
本図においては、図２と異なり、バイアス電源１０５が出力していないオフの期間では、ソース電源１０３の反射波電力３０２は０Ｗで一定にされて生じない。一方で、ソース電源の進行波電力３０１、ソース整合器１０４のサンプルホールド動作３０３、バイアス電源１０５の進行波電力３０４、反射波電力３０５、バイアス整合器１０６のサンプルホールド動作３０６の時間変化は、図２のものと同様にされている。本図において、ソース整合器１０４のサンプルホールド動作３０３はバイアス整合器１０６のサンプルホールド動作３０６と同様に、サンプルホールド動作３０３およびサンプルホールド動作３０６の各々において図中の任意のＳａｍｐｌｉｎｇの状態となる期間中のタイミングにおいて、各進行波の電力の大きさＰｆ、反射波電力の大きさＰｒ、進行波電力の電圧と電流の位相差θ等の整合の動作に用いるパラメータを検出してこれらの値に基づいて整合を行い、Ｈｏｌｄとなる期間中のタイミングではＳａｍｐｌｉｎｇの状態でのタイミングで検出した値を維持しておき、当該値に基づいた整合が実施される。
【００３７】
図４は、図１に示す実施例において、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５からの高周波電力を異なるタイミングとパルス幅および周期とでパルス状に出力させた場合のタイミングチャートである。本例では、ソース電源１０３とよりもバイアス電源１０５のパルス幅を前後に長くして同一の繰り返し周期でパルス出力させた場合のタイミングチャートであり、ソース電源１０３の進行波電力４０１、反射波電力４０２、ソース整合器１０４のサンプルホールド動作４０３、バイアス電源１０５の進行波電力４０４、反射波電力４０５、バイアス整合器１０６のサンプルホールド動作４０６の時間変化をそれぞれ示している。
【００３８】
図５は、図１に示す実施例において、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５からの高周波電力を異なるタイミングとパルス幅および周期とでパルス状に出力させた場合のタイミングチャートである。本例では、ソース電源１０３よりもバイアス電源１０５のパルス幅を前後に長くし、ソース電源１０３に対してバイアス電源１０５の繰り返し周波数を１／２倍としてパルス出力させた場合のタイミングチャートであり、ソース電源１０３の進行波電力５０１、反射波電力５０２、ソース整合器１０４のサンプルホールド動作５０３、バイアス電源１０５の進行波電力５０４、反射波電力５０５、バイアス整合器１０６のサンプルホールド動作５０６の時間変化をそれぞれ示している。
【００３９】
図３に示した例と同様に、図４，５においても、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５のパルス状の出力の両方がオンにされている期間においてソース整合器１０４のサンプルホールド動作５０３、バイアス整合器１０６のサンプルホールド動作５０６の両者は、Ｓａｍｐｌｉｎｇの動作にされており、その期間が合致している。そして、これらの期間のタイミングにおいて、各進行波の電力の大きさＰｆ、反射波電力の大きさＰｒ、進行波電力の電圧と電流の位相差θ等の整合の動作に用いるパラメータを検出してこれらの値に基づいて負荷インピーダンスを検出して各電源の整合を行い、Ｈｏｌｄとなる期間中のタイミングではＳａｍｐｌｉｎｇの状態でのタイミングで検出した値を維持しておき、当該値に基づいた整合が実施される。
【００４０】
上記の例ではＳａｍｐｌｉｎｇ期間の前または後の期間において、ソース電源１０３の反射波電力５０２、バイアス電源１０５の反射波電力４０５，５０５には値がパルス状に生起している。本実施例では、このような反射波の電力が生じる条件であっても、プラズマを含む負荷インピーダンスに対してソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６は安定に整合動作を行うことができる。また、図４および図５においては、一方の高周波電源のみが出力するタイミングにおいて反射波が生じるものの、Ｈｏｌｄｉｎｇ期間での動作により、図２と同様に反射波の値が抑えられ、再現性の高いエッチング処理を行うことができる。
【００４１】
以上のように、上記の実施例では、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５のうちいずれかもしくは両方をパルス出力させエッチング処理を行う場合に、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５が出力しているタイミングが、サンプルホールド動作の信号として外部からソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６に送信され伝達される。このタイミングに基づいて、両方の電源が出力している期間中のタイミングで必要なパラメータを検出して整合すべき１つの負荷インピーダンス条件を検出することで、安定な整合の動作が実施され、処理の結果としての加工形状のバラつきが低減され処理の歩留まりが向上する。
【００４２】
また、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５のパルス出力が高い電力と低い電力の２つ電力レベルを交互に繰り返すパワー変調であっても、同様の整合動作の制御方法を適用できる。
【００４３】
［変形例１］
本発明の第１の実施例では、ソース電源１０３およびバイアス電源１０５のうちいずれかもしくは両方をパルス出力させエッチング処理を行う際に、両方の高周波電源が出力しているタイミングを、外部から整合器へ入力していた。これに対し、次に示す変形例では、外部からトリガー信号を入力することなく、ソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６自体が、両方の高周波電源が出力しているタイミングを認識し、サンプルホールド動作を行う構成の例を説明する。
【００４４】
図１および図６を用いて上記実施例の変形例を説明する。本例に係るプラズマ処理装置の構成の概略は、図１に示す実施例と同様であり、これに示される本例と同等の構成については説明を省略する。図６は、本例に係るプラズマ処理装置が備える整合器の構成の概略を模式的に示すブロック図である。本図は、特に、図１の装置のソース整合器１０４或いはバイアス整合器１０６として用いられる整合器であって、これらソース整合器１０４或いはバイアス整合器１０６の構成にＲＦセンサを追加することで、各々が各々の整合の対象となる電源から出力される高周波電力だけでなく、他方の電源の高周波電力の出力の有無を監視できる構成を有している。
【００４５】
図６において、ソース整合器１０４について説明しているがバイアス整合器１０６についても同等の構成を備えることができる。本図において、ソース整合器１０４は、入力端子６０１、ＲＦセンサ６０２、第１の可変コンデンサ６０３、コイル６０４、第２の可変コンデンサ６０５、カットフィルタ６０６、出力端子６０７、制御部６０８、第１の可変コンデンサ制御用ステッピングモータ６０９、第２の可変コンデンサ制御用ステッピングモータ６１０、ＲＦセンサ６１１を備えて構成されている。
【００４６】
ソース整合器１０４は、ウエハ１１４の処理中にＲＦセンサ６０２における進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒ、進行波電力の電圧と電流の位相差θを検出し、制御部６０８での演算結果に応じて第１の可変コンデンサ制御用ステッピングモータ６０９および第２の可変コンデンサ制御用ステッピングモータ６１０を駆動する。この動作により、ソース整合器１０４の入力端子６０１から見た負荷インピーダンスが、ソース電源１０３（バイアス電源１０５）の特性インピーダンスと合致するようにソース電源１０３からの高周波電力についての整合が実施される。
【００４７】
また、ソース整合器１０４の出力端側には、バイアス電源１０５（ソース電源１０３）より出力された高周波電力を遮断するため、カットフィルタ６０６が配置されている。即ち、バイアス電源１０５（ソース電源１０３）より出力された高周波電力は、ソース整合器１０４内のカットフィルタ６０６により、アースへ流入している。このカットフィルタ６０６とアース間に、ＲＦセンサ６１１を設け、制御部６０８へ信号を入力することで、制御部６０８では、両方の高周波電源が出力しているタイミングを認識することができる。
【００４８】
このようにして、両方の高周波電源が出力しているタイミングをソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６自体が認識できるようにすることで、外部からトリガー信号を入力せずとも、第１の実施例と同様のサンプルホールド動作により整合動作を行うことができる。第１の実施例と異なり、実際に出力されている高周波電力によりタイミングを規定できるため、高周波電力の立ち上がり時間や立下り時間によるタイミングのズレが無く、精度よくサンプルホールド動作を行うことができる。
【００４９】
尚、図６に示すソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６の回路構成と異なる整合回路であっても同様の制御方式を適用可能である。
【実施例２】
【００５０】
上記変形例では、ソース整合器１０４およびバイアス整合器１０６にＲＦセンサ６１１を追加することで、整合対象となる高周波電力だけでなく、他方の高周波電力の出力の有無を認識させ、外部からトリガー信号を入力することなくサンプルホールド動作を行う制御方法を述べた。これに対し、以下に説明する実施例では、ＲＦセンサ６１１を追加することなくソース電源１０３およびバイアス電源１０５が出力されているタイミングを認識し、制御する方法を説明する。尚、第２の実施例は、バイアス電源１０５が出力する高周波電力よりも周波数の高いソース電源１０３を対象とする整合器であるソース整合器１０４に限る。
【００５１】
図１および図７，８を用いて本発明の第２の実施例を説明する。本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理装置は、第１の実施例と同様であり、図１に示す通りである。また、図７は、本発明の第２の実施例に係るソース整合器１０４の回路構成図であり、図６の第１の変形例に係る整合器の回路構成からＲＦセンサ６１１を除いたものである。
【００５２】
例えば、周波数２００ＭＨｚのソース電源１０３と周波数４ＭＨｚのバイアス電源１０５を用いた場合、図７に示すソース整合器１０４のＲＦセンサ７０２において観測される反射波電力Ｐｒには、２００ＭＨｚの周波数成分に加え、２００ＭＨｚ±４ＭＨｚ×ｎ（ｎは自然数）のサイドバンドが観測される。図８は、ソース整合器１０４のＲＦセンサ６０２において観測される反射波電力Ｐｒの周波数スペクトルの実測結果である。
【００５３】
図８に示す通り、２００ＭＨｚを中心として、その両側にサイドバンドが観測されている。このサイドバンドは、ソース電源１０４およびバイアス電源１０５の両方が出力しているタイミングしか観測されないため、１９６ＭＨｚもしくは２０４ＭＨｚの信号レベルをソース整合器１０４の制御部７０８にて監視することで、ソース整合器１０４がサンプルホールド動作するタイミングを規定することができ、第１の実施例と同様の整合動作を行うことができる。
【００５４】
尚、図７に示すソース整合器１０４の回路構成と異なる整合回路であっても同様の制御方式を適用可能である。また、例で述べたソース電源１０３ならびにバイアス電源１０５の周波数と異なる場合でも、ソース整合器１０４のＲＦセンサ７０２が、観測されるソース電源１０３の周波数とサイドバンドとを分けて認識できる周波数分解能であれば同様の制御方式を適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０１…処理室
１０２…ターボ分子ポンプ
１０３…ソース電源
１０４…ソース整合器
１０５…バイアス電源
１０６…バイアス整合器
１０７…制御器
１０８…パルス発生器
１０９…平面アンテナ
１１０…シャワープレート
１１１…試料台
１１２…ガス導入口
１１３…ソレノイドコイル
１１４…ウエハ
１１５…プラズマ
１２１…ソース電源の制御部
１２２…ソース電源の発振部
１２３…ソース電源の分配部
１２４…ソース電源の増幅部
１２５…ソース電源の合成部
１２６…ソース電源の高周波検出部
１３１…バイアス電源の制御部
１３２…バイアス電源の発振部
１３３…バイアス電源の分配部
１３４…バイアス電源の増幅部
１３５…バイアス電源の合成部
１３６…バイアス電源の高周波検出部
６０１…整合器の入力端子
６０２…整合器内の整合対象である高周波電力用ＲＦセンサ
６０３…整合器の第１の可変コンデンサ
６０４…整合器のコイル
６０５…整合器の第２の可変コンデンサ
６０６…整合器のカットフィルタ
６０７…整合器の出力端子
６０８…整合器の制御部
６０９…整合器の第１の可変コンデンサ制御用ステッピングモータ
６１０…整合器の第２の可変コンデンサ制御用ステッピングモータ
６１１…整合器内の整合対象でない高周波電力用ＲＦセンサ
７０１…整合器の入力端子
７０２…整合器内の整合対象である高周波電力用ＲＦセンサ
７０３…整合器の第１の可変コンデンサ
７０４…整合器のコイル
７０５…整合器の第２の可変コンデンサ
７０６…整合器のカットフィルタ
７０７…整合器の出力端子
７０８…整合器の制御部
７０９…整合器の第１の可変コンデンサ制御用ステッピングモータ
７１０…整合器の第２の可変コンデンサ制御用ステッピングモータ
【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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