(57)【要約】【課題】高周波電力及び直流電圧を同一又は別個の電極に印加して基板を処理する際に、処理容器内のプラズマを安定化し、基板を安定してプラズマ処理する。【解決手段】プラズマ処理装置１が、電極５、６の少なくともいずれかに高周波電力を印加する高周波電源１６と、電極５、６の少なくともいずれかに直流電圧を印加する直流電源２２と、高周波電力が印加された電極５及び高周波電源１６の間に設けた整合器１５と、高周波電源１６によって電極５に高周波電力が印加された状態において、直流電源２２による電極５への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、電極に印加された高周波電力を予め調整するように高周波電源１６を制御する制御装置２５を有するように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に１以上の電極を有し、該電極の少なくともいずれかに高周波電力を供給して処理容器内にプラズマを生成し、基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記１以上の電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加する高周波電源と、
前記１以上の電極の少なくともいずれかに直流電圧を印加する直流電源と、
前記高周波電力が印加された前記電極及び前記高周波電源の間に設けた整合器と、
前記高周波電源によって前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電源による前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記電極に印加された高周波電力を予め調整するように前記高周波電源を制御する制御装置と、を有することを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記高周波電源によって前記電極に印加された高周波電力を予め調整する際に、前記電極に印加された高周波電力を低下させるように調整することを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記高周波電源によって前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電源による前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、整合動作を予め調整するように前記整合器を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記整合器の整合動作を予め調整する際に、前記処理容器内のプラズマの変化の予測に基づいて調整することを特徴とする、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記直流電源による前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングの情報、若しくは前記直流電源により前記電極に印加される直流電圧の情報を予め保持することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記電極への直流電圧の印加を開始又は終了するように前記直流電源を制御することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記直流電源によって前記電極に直流電圧が印加された状態において、前記高周波電源による前記電極への高周波電力の印加が開始又は終了される際に、前記電極に印加された直流電圧によるプラズマへの影響を考慮した整合動作を行うように前記整合器を制御することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
処理容器内に設けた１以上の電極の少なくともいずれかの電極に高周波電力を供給して処理容器内にプラズマを生成し、基板を処理するプラズマ処理方法であって、
前記１以上の電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加し、
前記１以上の電極の少なくともいずれかに直流電圧を印加し、
前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記電極に印加された高周波電力を予め調整することを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項９】
前記電極に印加された高周波電力を予め調整する際に、前記電極に印加された高周波電力を低下させるように調整することを特徴とする、請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記電極への高周波電力の印加は、前記処理容器内のプラズマと高周波電力を供給する高周波電源との間でインピーダンスの整合をとりながら行い、
前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記インピーダンスの整合を予め調整することを特徴とする、請求項８又は９に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
前記インピーダンスの整合を予め調整する際に、前記処理容器内のプラズマの変化の予測に基づいて調整することを特徴とする、請求項１０に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記電極に直流電圧が印加された状態において、前記電極への高周波電力の印加が開始又は終了される際に、前記電極に印加された直流電圧によるプラズマへの影響を考慮して前記インピーダンスの整合を行うことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器内に１以上の電極を有し、それらの高周波電極の少なくともいずれかの電極に高周波電力を供給して処理容器内にプラズマを生成し、基板を処理す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】
例えば半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおけるエッチングや成膜等の基板処理では、プラズマを用いた処理が広く用いられている。
【０００３】
プラズマ処理は、通常プラズマ処理装置で行われている。このプラズマ処理装置には、処理容器内に例えば上下に対向する電極が設けられており、これらの電極のいずれか一方又は両方に高周波電力を供給することによって、プラズマを発生させて基板のプラズマ処理が行われるようになっている。
【０００４】
近年では、処理容器内の電極に整合器を介して高周波電源から高周波電力を印加することに加え、種々の目的で処理容器内の電極に直流電源から直流電圧を印加するプラズマ処理技術が開発されてきた。特許文献１には、処理容器内に対向して設けた上部電極及び下部電極の各々に高周波電力を印加する前に、上部電極に直流電圧を印加し、プラズマの着火を容易化するプラズマ処理技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、処理容器内に対向して設けた上部電極及び下部電極の各々に高周波電力を印加すると共に、上部電極に直流電圧を印加してセルフバイアス電圧を上昇させることでプラズマシースを厚くすることによって、プラズマを均一化するプラズマ処理技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１２４１９８号公報
【特許文献２】特開２０００−３２３４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載のプラズマ処理技術では、電極への直流電圧の印加の開始又は終了が、同一又は別個の電極に印加された高周波電力に及ぼす影響を考慮していない。実際には、高周波電源によって電極に高周波電力が印加された状態で、同一又は別個の電極に直流電圧を印加すると、高周波電力によって生成したプラズマのインピーダンスが急変し、高周波電源に大きな反射エネルギーが戻されてしまう。このような状況下では、高周波電源の反射保護回路が作動し、高周波電力の出力を低下させてしまうため、高周波電源による高周波電力の印加動作及び整合器の整合動作の制御が非常に難しくなってしまう。その結果、処理容器内のプラズマがハンチングしたり、最悪の場合には消えたりして、基板を安定してプラズマ処理することができない。さらに、プラズマが不均一になり、基板にチャージアップダメージを与えてしまう恐れもある。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高周波電力及び直流電圧を同一又は別個の電極に印加して基板を処理する際に、処理容器内のプラズマを安定化し、基板を安定してプラズマ処理することが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明によれば、処理容器内に１以上の電極を有し、該電極の少なくともいずれかに高周波電力を供給して処理容器内にプラズマを生成し、基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記１以上の電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加する高周波電源と、前記１以上の電極の少なくともいずれかに直流電圧を印加する直流電源と、前記高周波電力が印加された前記電極及び前記高周波電源の間に設けた整合器と、前記高周波電源によって前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電源による前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記電極に印加された高周波電力を予め調整するように前記高周波電源を制御する制御装置と、を有することを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。
【００１０】
上記プラズマ処理装置において、前記高周波電源によって前記電極に印加された高周波電力を予め調整する際に、前記電極に印加された高周波電力を低下させるように調整してもよい。
【００１１】
上記プラズマ処理装置において、前記制御装置は、前記高周波電源によって前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電源による前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、整合動作を予め調整するように前記整合器を制御してもよい。
【００１２】
上記プラズマ処理装置において、前記整合器の整合動作を予め調整する際に、前記処理容器内のプラズマの変化の予測に基づいて調整してもよい。
【００１３】
上記プラズマ処理装置において、前記制御装置は、前記直流電源による前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングの情報、若しくは前記直流電源により前記電極に印加される直流電圧の情報を予め保持してもよい。
【００１４】
上記プラズマ処理装置において、前記制御装置は、前記電極への直流電圧の印加を開始又は終了するように前記直流電源を制御してもよい。
【００１５】
上記プラズマ処理装置において、前記制御装置は、前記直流電源によって前記電極に直流電圧が印加された状態において、前記高周波電源による前記電極への高周波電力の印加が開始又は終了される際に、前記電極に印加された直流電圧によるプラズマへの影響を考慮した整合動作を行うように前記整合器を制御してもよい。
【００１６】
また、本発明によれば、処理容器内に設けた１以上の電極の少なくともいずれかの電極に高周波電力を供給して処理容器内にプラズマを生成し、基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記１以上の電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加し、前記１以上の電極の少なくともいずれかに直流電圧を印加し、前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記電極に印加された高周波電力を予め調整することを特徴とする、プラズマ処理方法が提供される。
【００１７】
上記プラズマ処理方法において、前記電極に印加された高周波電力を予め調整する際に、前記電極に印加された高周波電力を低下させるように調整してもよい。
【００１８】
上記プラズマ処理方法において、前記電極への高周波電力の印加は、前記処理容器内のプラズマと高周波電力を供給する高周波電源との間でインピーダンスの整合をとりながら行い、前記電極に高周波電力が印加された状態において、前記電極への直流電圧の印加が開始又は終了されるタイミングで、前記インピーダンスの整合を予め調整してもよい。
【００１９】
上記プラズマ処理方法において、前記インピーダンスの整合を予め調整する際に、前記処理容器内のプラズマの変化の予測に基づいて調整してもよい。
【００２０】
上記プラズマ処理方法において、前記電極に直流電圧が印加された状態において、前記電極への高周波電力の印加が開始又は終了される際に、前記電極に印加された直流電圧によるプラズマへの影響を考慮して前記インピーダンスの整合を行ってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電極に高周波電力が印加された状態において、この電極と同一又は別個の電極に直流電圧の印加を開始又は終了させる際に、直流電圧の印加動作による影響を考慮して電極に印加された高周波電力を予め調整することによって、高周波電源の印加動作及び整合器の整合動作が不安定になるのを防止することができる。これにより、処理容器内のプラズマを安定化し、基板を安定してプラズマ処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明をする。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置１の構成図である。図１に示すように、プラズマエッチング装置１は、例えば略円筒形状の処理容器２を備えている。処理容器２の内側には、処理空間Ｋが形成される。処理容器２の壁部Ｃ２は、保安接地されている。処理容器２内には、上部電極５及び下部電極６が対向配置されている。上部電極５及び下部電極６は、略円板形状であり導電性材料から形成されている。上部電極５と壁部Ｃ２との間には、絶縁体Ｃ１が介在されている。下部電極６は、基板Ｗの載置台を兼ねている。処理空間Ｋには、ガス供給経路１０及びシャワーヘッドとしての機能も有する上部電極５を介して処理ガスが供給される。また、処理空間Ｋ内の処理ガスは、ガス排気経路１１を介して排気される。
【００２４】
上部電極５には、整合器１５を介して高周波電源１６が電気的に接続されている。高周波電源１６は、処理空間Ｋ内の処理ガスをプラズマ化するように、例えば６０ＭＨｚの周波数の高周波電力を上部電極５に印加可能である。整合器１５は、処理空間Ｋ内に生成したプラズマと高周波電源１６との間でインピーダンスの整合をとることができる。
【００２５】
整合器１５と上部電極５との間の接続点２０には、ローパスフィルタ２１を介して直流電源２２が電気的に接続され、上部電極５に直流電圧を印加可能である。なお、整合器１５内には直列にコンデンサ（図示せず）が設けられている。
【００２６】
高周波電源１６、整合器１５及び直流電源２２は、安定化用制御装置２５に接続されている。この安定化用制御装置２５は、高周波電源１６による上部電極５への高周波電力の印加動作、整合器１５による高周波電源１６と処理空間Ｋ内のプラズマとのインピーダンスの整合動作並びに直流電源２２による上部電極５への直流電圧の印加動作を後述のように各々制御し、基板Ｗのプラズマ処理を安定化させることが可能である。
【００２７】
下部電極６には、整合器３０を介して例えば２ＭＨｚの周波数の高周波電力を供給する高周波電源３１が電気的に接続されている。高周波電源３１は、処理空間Ｋ内に生成したプラズマ中のイオンを下部電極６に引込むように、例えば２ＭＨｚの周波数の高周波電力を下部電極６に印加可能である。整合器３０は、処理空間Ｋ内に生成したプラズマと高周波電源３１との間でインピーダンスの整合をとることができる。
【００２８】
次に、以上のように構成されたプラズマエッチング装置１を用いて、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理方法の一例としての基板Ｗをプラズマエッチングする方法を、図１を用いて説明する。
【００２９】
まず、図１に示すように、基板Ｗが処理容器２内に搬入され、下部電極６上に載置される。排気経路１１から排気が行われ、処理容器２内が減圧され、ガス供給経路１０から上部電極５を介して所定の処理ガスが処理容器２内に供給される。
【００３０】
高周波電源１６により、上部電極５にプラズマ生成用の周波数が６０ＭＨｚの高周波電力が整合器１５を介して印加される。これにより、処理空間Ｋの処理ガスがプラズマ化される。次いで、高周波電源３１により、下部電極６に周波数が２ＭＨｚの高周波電力が整合器３０を介して供給され、生成されたプラズマ中のイオンが基板Ｗに引込まれることによって基板Ｗの表面膜がエッチングされる。さらに、上部電極５のセルフバイアス電圧ＶＳＢを上昇させてプラズマを均一化するように、直流電源２２により、上部電極５に直流電圧が印加される。所定時間エッチングが行われた後、高周波電力及び直流電圧の供給が停止され、基板Ｗが処理容器２内から搬出されて一連のプラズマエッチング処理が終了する。
【００３１】
上述した一連のプラズマエッチング処理の際には、安定化用制御装置２５によって直流電源２２の印加動作、高周波電源１６の印加動作及び整合器１５の整合動作が制御される。図２は、プラズマエッチングの際に安定化用制御装置２５により制御された直流電源２２の印加動作、高周波電源１６の印加動作及び整合器１５の整合動作を各々示すタイミングチャートである。図２では、横軸方向が時間経過を示し、縦軸方向は各々、直流電源２２によって上部電極５に印加される直流電圧の値ＶＤＣ、高周波電源１６によって上部電極５に印加される高周波電力の電圧値ＶＲＦ、処理空間Ｋ内のプラズマの予測インピーダンスの値Ｚｐ、及び整合器１５がプラズマの実際のインピーダンスＺと整合させる高周波電源１６側のインピーダンスの値Ｚｍの変化を各々示す。なお、プラズマの予測インピーダンスの値Ｚｐは、高周波電源１６及び直流電源２２の印加動作を制御する安定化用制御装置２５によって、これらの印加動作の実行前に予め算出される予測値である。プラズマの予測インピーダンスの値Ｚｐを算出する際には、図示しない測定装置を用いて上部電極５のセルフバイアス電圧ＶＳＢを測定し、その測定値に基づいて算出するようにしてもよい。
【００３２】
図２において、直流電圧ＶＤＣ及び電圧ＶＲＦは、縦軸上方向が高い値を示し、縦軸下方向が低い値を示す。一方、プラズマの予測インピーダンスＺｐ及び整合器１５のインピーダンスＺｍは、縦軸上方向が低い値を示し、縦軸下方向が高い値を示している。以下、図２を用いて、プラズマエッチングの際に、安定化用制御装置２５によって制御された直流電源２２の印加動作、高周波電源１６の印加動作及び整合器１５の整合動作について説明する。なお、以下では説明を簡略化するために、高周波電源３１により下部電極６に印加される高周波電力については詳述しないが、高周波電源１６による上部電極５への電圧ＶＲＦの印加動作に応じて適宜、高周波電源３１による下部電極６への印加動作が行われている。
【００３３】
まず、初期状態（図２に示す時点Ａ１）では、高周波電源１６からの高周波電力及び直流電源２２からの直流電圧は上部電極５に供給されていない。即ち、高周波電源１６により上部電極５に印加される電圧ＶＲＦ及び直流電源２２により上部電極５に印加される直流電圧ＶＤＣの値はいずれも零である。従って、この時点Ａ１では、処理容器２内にプラズマはまだ発生していないため、プラズマの予測インピーダンスＺｐを示していない。また、高周波電源１６側のインピーダンスＺｍを制御する整合器１５も作動していない。
【００３４】
安定化用制御装置２５の制御によって高周波電源１６から上部電極５への電圧ＶＲＦの印加が開始され（図２に示す時点Ａ２）、電圧ＶＲＦの値は所定の増加率で上昇される。電圧ＶＲＦは、所定値に到達する（図２に示す時点Ａ３）とその所定値に保持される。電圧ＶＲＦの印加によって、処理容器２内には処理ガスからプラズマが生成されて増加するため、算出したプラズマの予測インピーダンスＺｐは低下している。また、電圧ＶＲＦが一定になると予測インピーダンスＺｐも一定になる。整合器１５は、実際のプラズマのインピーダンスＺに基づいて、高周波電源１６側のインピーダンスＺｍを整合させるため、インピーダンスＺｍは予測インピーダンスＺｐと概ね同様の挙動を示す。
【００３５】
処理容器２内のプラズマが安定した状態になってから、安定化用制御装置２５の制御によって直流電源２２による上部電極５への直流電圧ＶＤＣの印加が開始され（図２に示す時点Ａ６）、直流電圧ＶＤＣの値が所定の増加率で上昇される。直流電圧ＶＤＣは、所定値に到達する（図２に示す時点Ａ８）とその所定値に保持される。この所定値は、例えば、直流電圧ＶＤＣによって生じる上部電極５のセルフバイアス電圧ＶＳＢがプラズマシースの厚さを最適にする値であってよい。
【００３６】
安定化用制御装置２５は、上述した直流電源２２による直流電圧ＶＤＣの印加が開始されるタイミング（図２に示す時点Ａ６）よりも前（図２に示す時点Ａ５）に、予め上部電極５に印加された電圧ＶＲＦを所定の減少率で低下させるように高周波電源１６の印加動作を制御する。電圧ＶＲＦの低下は、直流電圧ＶＤＣの印加が開始される（図２に示す時点Ａ６）まで行う。直流電圧ＶＤＣの印加が開始された後は、電圧ＶＲＦの値を所定の増加率で上昇させ、電圧ＶＲＦが所定値に到達する（図２に示す時点Ａ８）とその所定値に保持させるように制御を行う。
【００３７】
また、安定化用制御装置２５は、上述した直流電圧ＶＤＣの印加が開始されるタイミング（図２に示す時点Ａ６）よりも前（図２に示す時点Ａ４）に、算出した予測インピーダンスＺｐから予測される直流電圧ＶＤＣの印加開始時の整合動作（図２に点線で示すインピーダンスＺｍの時点Ａ６及びＡ８間の整合動作）を予め実行するように整合器１５を制御する。具体的に説明すると、直流電圧ＶＤＣを印加する前の整合器１５のマッチャーポジション、高周波電源２２の出力及び上部電極５のピーク−ピーク間電圧ＶＰＰから上部電極５のプラズマシースの厚さを算出し、さらに、直流電圧ＶＤＣの印加に応じたプラズマシースの厚さの変化（即ち、プラズマシースの容量）を算出し、算出した結果に基づく整合動作を予め行うように整合器１５を制御している。直流電圧ＶＤＣの印加が開始された後は、整合器１５は、実際のプラズマのインピーダンスＺに基づく整合動作に戻る。
【００３８】
上述のようにして、高周波電源１６から上部電極５に印加される電圧ＶＲＦと、直流電源２２から上部電極５に印加された直流電圧ＶＤＣとが一定に保持された状態になる（図２に示す時点Ａ８）。また、プラズマの予測インピーダンスＺｐ及び整合器１５が整合させる高周波電源１６側のインピーダンスＺｍも一定に保持された状態になる。この状態で、所定時間だけ基板Ｗのエッチングが行われる。
【００３９】
基板Ｗのエッチングが終了した後、安定化用制御装置２５の制御によって、直流電源２２が上部電極５に印加する直流電圧ＶＤＣの低減（即ち、直流電圧ＶＤＣの印加の終了動作）が開始される（図２に示す時点Ａ１１）。直流電圧ＶＤＣの低減は、所定の減少率で行われ、最終的には、直流電源２２による上部電極５への直流電圧ＶＤＣの印加が停止される（図２に示す時点Ａ１３）。
【００４０】
安定化用制御装置２５は、上述した直流電源２２による直流電圧ＶＤＣの印加の終了動作が開始されるタイミング（図２に示す時点Ａ１１）よりも前（図２に示す時点Ａ１０）に、予め上部電極５に印加される電圧ＶＲＦを所定の減少率で低下させるように高周波電源１６の印加動作を制御する。電圧ＶＲＦの低下は、直流電圧ＶＤＣの印加の終了動作が開始される（図２に示す時点Ａ１１）まで行う。直流電圧ＶＤＣの印加の終了動作が開始された後は、電圧ＶＲＦの値を所定の増加率で上昇させ、電圧ＶＲＦが所定値に到達する（図２に示す時点Ａ１３）とその所定値に保持させるように制御を行う。
【００４１】
また、安定化用制御装置２５は、上述した直流電圧ＶＤＣの印加の終了動作が開始されるタイミング（図２に示す時点Ａ１１）よりも前（図２に示す時点Ａ９）に、算出した予測インピーダンスＺｐから予測される直流電圧の印加終了時の整合動作（図２に点線で示すインピーダンスＺｍの時点Ａ１１及びＡ１３間の整合動作）を予め実行するように整合器１５を制御する。直流電圧ＶＤＣの印加が終了された後は、整合器１５は、実際のプラズマのインピーダンスＺに基づく整合動作に戻る。
【００４２】
次いで、安定化用制御装置２５の制御によって高周波電源１６から上部電極５への電圧ＶＲＦの印加の終了動作が開始され（図２に示す時点Ａ１４）、電圧ＶＲＦの値は所定の減少率で低減される。最終的には、電圧ＶＲＦは停止される（図２に示す時点Ａ１６）。電圧ＶＲＦの低減によって、処理容器２内のプラズマが減少するため、プラズマの予測インピーダンスＺｐも上昇する。整合器１５は、実際のプラズマのインピーダンスＺに基づいて、高周波電源１６側のインピーダンスＺｍを整合させるため、インピーダンスＺｍは予測インピーダンスＺｐと概ね同様の挙動を示す。
【００４３】
最終的には、高周波電源１６からの高周波電力及び直流電源２２からの直流電圧の上部電極５への供給が停止し、整合器１５も作動していない初期状態（図２に示す時点Ａ１）と同じ最終状態（図２に示す時点Ａ１６）になる。以上により安定化用制御装置２５による直流電源２２の印加動作、高周波電源１６の印加動作及び整合器１５の整合動作の制御が完了する。
【００４４】
以上の第１の実施の形態によれば、安定化用制御装置２５を用いて、高周波電源１６によって上部電極５に電圧ＶＲＦが印加された状態において、直流電源２２による上部電極５への直流電圧ＶＤＣの印加が開始又は終了されるタイミングで、高周波電源１６によって上部電極５に印加された電圧ＶＲＦを予め調整するように制御したことによって、直流電圧ＶＤＣの印加動作が電圧ＶＲＦに及ぼす影響を最小限に抑えることができる。特に、直流電圧ＶＤＣの印加が開始又は終了される前に上部電極５に印加された電圧ＶＲＦを予め低下させるように制御したことによって、プラズマのインピーダンスＺの急変により高周波電源１６に戻る反射エネルギーを小さくでき、高周波電源１６の反射保護回路の作動を防止して高周波電力の出力低下を防ぐことができる。これにより、高周波電源１６の印加動作及び整合器１５の整合動作が不安定になるのを防止することができる。また、処理容器２内のプラズマを安定化し、基板Ｗを安定してプラズマ処理することができる。
【００４５】
また、安定化用制御装置２５を用いて、直流電源２２による上部電極５への直流電圧ＶＤＣの印加が開始又は終了されるタイミングで、整合器１５によって行われる整合動作を予め調整するように制御したことによって、直流電圧ＶＤＣの印加動作が電圧ＶＲＦに及ぼす影響に対して早めに対応し、整合器１５の制御が不安定化することを防止することができる。特に、整合器１５によって行われる整合動作を予め調整する際に、算出したプラズマの予測インピーダンスＺｐに基づいて調整するようにしたことによって、直流電圧ＶＤＣの印加動作によって及ぼされる影響に対してより適切な対応が可能になる。
【００４６】
さらに、安定化用制御装置２５が高周波電源１６、整合器１５及び直流電源２２を制御するようにしたことによって、最適なタイミングで、高周波電源１６による上部電極５への電圧ＶＲＦの印加動作、直流電源２２による上部電極５への直流電圧ＶＤＣの印加動作及び整合器１５による整合動作を行い、直流電圧ＶＤＣの印加動作が電圧ＶＲＦに及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００４７】
本発明の第２の実施の形態として、図３に示すように、直流電源２２によって上部電極５に直流電圧が印加された状態において、高周波電源１６による上部電極５への高周波電力の印加が開始又は終了される際に、上部電極５に印加された直流電圧によるプラズマへの影響を考慮した印加動作を行うように高周波電源１６を制御してもよい。
【００４８】
図３は、本発明の第２の実施の形態において、プラズマエッチングの際に安定化用制御装置２５により制御された直流電源２２の印加動作、高周波電源１６の印加動作及び整合器１５の整合動作を示すタイミングチャートである。図３では、図２のタイミングチャートと同様に、横軸方向が時間経過を示し、縦軸方向は各々、直流電源２２によって上部電極５に印加される直流電圧の値ＶＤＣ、高周波電源１６によって上部電極５に印加される高周波電力の電圧値ＶＲＦ、処理空間Ｋ内のプラズマの予測インピーダンスの値Ｚｐ、及び整合器１５がプラズマの実際のインピーダンスＺと整合させる高周波電源１６側のインピーダンスの値Ｚｍの変化を示す。
【００４９】
初期状態（図３に示す時点Ｂ１）では、高周波電源１６からの高周波電力及び直流電源２２からの直流電圧は上部電極５に供給されていない。即ち、高周波電源１６により上部電極５に印加される電圧ＶＲＦ及び直流電源２２により上部電極５に印加される直流電圧ＶＤＣの値はいずれも零である。従って、この時点Ｂ１では、処理容器２内にプラズマはまだ発生していないため、プラズマの予測インピーダンスＺｐを示していない。また、高周波電源１６側のインピーダンスＺｍを制御する整合器１５も作動していない。
【００５０】
図３に示すように、安定化用制御装置２５の制御によって直流電源２２から上部電極５に直流電圧ＶＤＣが印加される（図３に示す時点Ｂ２）。そして直流電圧ＶＤＣは所定値に保持される。
【００５１】
安定化用制御装置２５の制御によって高周波電源１６から上部電極５への電圧ＶＲＦの印加が開始され（図３に示す時点Ｂ３）、電圧ＶＲＦの値は所定の増加率で上昇される。電圧ＶＲＦは、所定値に到達する（図３に示す時点Ｂ４）とその所定値に保持される。電圧ＶＲＦの印加によって、処理容器２内には処理ガスからプラズマが生成されて増加するため、プラズマの予測インピーダンスＺｐが低下し、電圧ＶＲＦが一定になると予測インピーダンスＺｐも一定になる。第２の実施の形態では、上部電極５に直流電圧ＶＤＣが先に印加され、セルフバイアス電圧ＶＳＢが高められた状態で電圧ＶＲＦの印加が開始されるため、電圧ＶＲＦの印加を開始してからのプラズマの成長が早く、プラズマシースも着火時から厚くなっている。このため、算出したプラズマの予測インピーダンスＺｐは、図３に示すように、第１の実施の形態の場合（図２に示すＡ６及びＡ８間）よりも急激に低下し、電圧ＶＲＦが第１の実施の形態の場合よりも早めに所定値に到達する（図３に示す時点Ｂ４）。
【００５２】
安定化用制御装置２５は、上述のように算出した予測インピーダンスＺｐに基づいて、直流電圧ＶＤＣの印加を先に行うことによってプラズマの成長が早くなる点と、プラズマが安定した状態では、直流電圧ＶＤＣを印加していない場合よりもプラズマシースが厚くなっている点とを考慮して整合動作を行うように整合器１５を制御する。
【００５３】
上述のようにして、高周波電源１６から上部電極５に印加される電圧ＶＲＦと、直流電源２２から上部電極５に印加された直流電圧ＶＤＣとが一定に保持された状態になる（図３に示す時点Ｂ４）。また、プラズマの予測インピーダンスＺｐ及び整合器１５が整合させる高周波電源１６側のインピーダンスＺｍも一定に保持された状態になる。この状態で、所定時間だけ基板Ｗのエッチングが行われる。エッチングが終了した後は、安定化用制御装置２５の制御によって、図２に示す第１の実施の形態と同様に、直流電源２２による上部電極５への直流電圧ＶＤＣの印加の停止、高周波電源１６による上部電極５への電圧ＶＲＦの印加の停止が順に行われる（図３に示す時点Ｂ５〜Ｂ１０）。最終的には、高周波電源１６からの高周波電力及び直流電源２２からの直流電圧の上部電極５への供給が停止し、整合器１５も作動していない初期状態（図３に示す時点Ｂ１）と同じ最終状態（図３に示す時点Ｂ１１）になる。
【００５４】
以上の第２の実施の形態によれば、安定化用制御装置２５を用いて、直流電源２２によって上部電極５に直流電圧ＶＤＣが印加された状態において、高周波電源１６による上部電極５への電圧ＶＲＦの印加が開始又は終了される際に、上部電極５に印加された直流電圧ＶＤＣによるプラズマへの影響を考慮した整合動作を行うように整合器１５を制御するようにしたことによって、高周波電源１６の印加動作及び整合器１５の整合動作を従来よりも適切に行うことができる。これにより、高周波電源１６の印加動作及び整合器１５の整合動作が不安定になるのを防止することができる。また、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果も得られる。
【００５５】
本発明の第３の実施の形態として、図４に示すように、上部電極５にローパスフィルタ４１を介して直流電源４２だけが接続され、下部電極６に２つの異なる周波数の高周波電力を供給する高周波電源５１、５２が接続されていてもよい。高周波電源５１は、整合器５０を介して下部電極６に接続されており、高周波電源５２は、整合器５３を介して下部電極６に接続されている。高周波電源５１、５２が供給する高周波電力の周波数は、各々、例えば１００ＭＨｚ、３．２ＭＨｚであってよい。図４は、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置１の構成図である。
【００５６】
図４に示すように、上部電極５には、電圧ＶＲＦの値を測定可能な測定装置５５が接続されている。高周波電源５１、５２、整合器５０、５３、直流電源４２及び測定装置５５は、安定化用制御装置２５に接続されている。この安定化用制御装置２５は、高周波電源５１、５２による下部電極６への高周波電力の各印加動作、整合器５０、５３による高周波電源５１、５２と処理空間Ｋ内のプラズマとのインピーダンスの整合動作並びに直流電源４２による上部電極５への直流電圧の印加動作を各々制御し、基板Ｗのプラズマ処理を安定化させることが可能である。
【００５７】
安定化用制御装置２５には、上部電極５のセルフバイアス電圧ＶＳＢを測定する測定装置５５が接続されている。ここでは、第１の実施形態のように上部電極５への直流電圧印加を下部電極６への高周波電力印加よりも後に行った場合において、この測定装置５５で測定したセルフバイアス電圧ＶＳＢに基づいてプラズマの予測インピーダンスの値Ｚｐが算出される。また、安定化用制御装置２５は、第１の実施の形態と同様に高周波電源５１、５２、整合器５０、５３、直流電源４２を制御する。
【００５８】
以上の第３の実施の形態によれば、直流電圧ＶＤＣと電圧ＶＲＦが異なる電極に印加される（即ち、直流電圧ＶＤＣが上部電極５に印加され、電圧ＶＲＦ１、ＶＲＦ２が下部電極６に印加されている）場合にも、安定化用制御装置２５を用いて、直流電圧ＶＤＣの印加が開始又は終了されるタイミングで、下部電極６に印加された電圧ＶＲＦ１、ＶＲＦ２を各々予め調整するように制御したことによって、高周波電源５１、５２の各印加動作及び整合器５０、５３の整合動作が不安定になるのを防止することができる。また、第３の実施の形態では、第１の実施の形態の効果も同様に得られる。
【００５９】
また、安定化用制御装置２５を用いて、直流電源４２によって上部電極５に直流電圧ＶＤＣが印加された状態において、高周波電源５１、５２による下部電極６への各電圧ＶＲＦ１、ＶＲＦ２の印加が開始又は終了される際に、上部電極５に印加された直流電圧ＶＤＣによるプラズマへの影響を考慮した整合動作を行うように整合器５０、５３を制御すると、第２の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６１】
上述した実施形態においては、処理容器２内に上部電極５及び下部電極６が対向配置されている場合について説明したが、処理容器２内に配置される電極の数は１であってもよいし、３以上であってもよい。また、処理容器２内に配置される１以上の電極は、任意の配置構成であってよい。
【００６２】
上述した実施形態においては、高周波電源１６（５１、５２）及び整合器１５（５０、５３）を制御する安定化用制御装置２５が直流電源２２（４２）の印加動作も制御し、直流電源２２（４２）による直流電圧ＶＤＣの印加が開始又は終了されるタイミングで、上部電極５（下部電極６）に印加された電圧ＶＲＦ（ＶＲＦ１、ＶＲＦ２）又は整合器１５（５０、５３）の整合動作を予め調整する場合について説明したが、安定化用制御装置２５は、直流電源２２（４２）を制御していなくてもよい。その場合には、安定化用制御装置２５が、直流電源２２（４２）による上部電極５への直流電圧ＶＤＣの印加が開始又は終了されるタイミングの情報、若しくは前記直流電源により前記電極に印加される直流電圧の情報を予め保持することによって、上部電極５（下部電極６）に印加された電圧ＶＲＦ（ＶＲＦ１、ＶＲＦ２）又は整合器１５（５０、５３）の整合動作を予め調整するようにしてもよい。
【００６３】
上述した実施形態においては、図１に示すように上部電極５に高周波電力及び直流電圧が印加され、且つ下部電極６に高周波電力が印加される場合と、図４に示すように上部電極５に直流電圧だけが印加され、且つ下部電極６に異なる２つの高周波電力が印加される場合とについて説明したが、１以上の高周波電力がいずれの電極に印加されてもよい。また、１以上の直流電圧がいずれの電極に印加されてもよい。
【００６４】
上述した実施形態においては、安定化用制御装置２５の制御による整合器１５の予めの整合動作（図２に示す時点Ａ４）が、安定化用制御装置２５の制御による予めの高周波電源１６の印加動作（図２に示す時点Ａ５）よりも先に開始されている場合について説明したが、これら両動作の開始順序は逆であってもよいし、同時に開始されてもよい。
【００６５】
上述した実施形態においては、高周波電源１６、３１、５１、５２が供給する高周波電力の周波数が各々６０ＭＨｚ、２ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、３．２ＭＨｚである場合について説明したが、各高周波電源が供給する高周波電力の周波数は任意の周波数であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、例えば基板のプラズマ処理装置に有用であり、特に、基板をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置１の構成図である。
【図２】プラズマエッチングの際に安定化用制御装置２５により制御された直流電源２２の印加動作、高周波電源１６の印加動作及び整合器１５の整合動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態において、プラズマエッチングの際に安定化用制御装置２５により制御された直流電源２２の印加動作、高周波電源１６の印加動作及び整合器１５の整合動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置１の構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１    プラズマ処理装置
２    処理容器
５    上部電極
６    下部電極
１０    ガス供給経路
１１    ガス排気経路
１５、３０、５０、５３    整合器
１６、３１、５１、５２    高周波電源
２０    接続点
２１、４１    ローパスフィルタ
２２、４２    直流電源
２５    制御装置
５５    測定装置
Ｃ１    絶縁体
Ｃ２    壁部
Ｋ    処理空間
ＶＤＣ    直流電圧
ＶＲＦ、ＶＲＦ１、ＶＲＦ２    電圧
ＶＳＢ    セルフバイアス電圧
Ｗ    基板
Ｚｍ    整合器による高周波電源側のインピーダンス
Ｚｐ    プラズマの予測インピーダンス
【図１】
2008066319.tif 000003
【図２】
2008066319.tif 000004
【図３】
2008066319.tif 000005
【図４】
2008066319.tif 000006