(57)【要約】【課題】プラズマインピーダンスを正確に検出することが可能なプラズマインピーダンス検出装置を提供する。【解決手段】このプラズマ処理装置は、プラズマ発生時にプラズマインピーダンスおよび装置インピーダンスを含むトータルインピーダンスを測定するインピーダンス検出部８と、プラズマ非発生時に装置インピーダンスを測定するネットワークアナライザ１０と、トータルインピーダンスから装置インピーダンスを除去してプラズマインピーダンスを算出する計算機１１とを備える。したがって、装置インピーダンスの影響を除去してプラズマインピーダンスを正確に測定することができる。【選択図】        図２
2004296612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧ガス雰囲気中に配置された第１電極と、該第１電極に高周波電力を供給してプラズマを発生させる高周波電力供給部とを備えたプラズマ発生装置において、プラズマインピーダンスを検出するプラズマインピーダンス検出装置であって、
前記プラズマの発生時に前記高周波電力供給部から前記第１電極側を見たトータルインピーダンスを検出する第１インピーダンス検出部、
前記プラズマの非発生時に前記高周波電力供給部から前記第１電極側を見た装置インピーダンスを検出する第２インピーダンス検出部、および
前記トータルインピーダンスから前記装置インピーダンスを除去してプラズマインピーダンスを求める第１演算部を備える、プラズマインピーダンス検出装置。
【請求項２】
さらに、前記第１演算部で求められたプラズマインピーダンスに基づいて前記プラズマ発生装置のプラズマ発生条件を制御する第１制御部を備える、請求項１に記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【請求項３】
さらに、前記プラズマインピーダンスの基準値が格納された第１記憶部を備え、
前記第１制御部は、前記第１演算部で求められたプラズマインピーダンスが前記第１記憶部から読出された基準値に一致するように前記プラズマ発生条件を制御する、請求項２に記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生条件は前記高周波電力を含み、
前記第１制御部は、前記高周波電力供給部の出力を制御する、請求項２または請求項３に記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【請求項５】
前記プラズマ発生装置は、さらに、前記高周波電力供給部の出力端子と前記電極の間に設けられた可変インピーダンス回路を備え、
前記第１の制御部は、前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御する、請求項２または請求項３に記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【請求項６】
さらに、前記プラズマ発生時に前記第１インピーダンス検出部を前記第１電極に接続し、前記プラズマ非発生時に前記第２インピーダンス検出部を前記第１電極に接続する切換回路を備える、請求項１から請求項５のいずれかに記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【請求項７】
さらに、前記第１演算部によって求められたプラズマインピーダンスに基づいて、プラズマを用いたクリーニングの終点を検出するクリーニング終点検出部を備える、請求項１から請求項６のいずれかに記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【請求項８】
さらに、前記第１演算部によって求められたプラズマインピーダンスに基づいてプラズマ異常を検出するプラズマ異常検出部、および
前記プラズマ異常検出部によってプラズマ異常が検出されたことを報知する第１報知部を備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【請求項９】
さらに、前記プラズマ異常検出部によってプラズマ異常が検出されたことに応じて前記プラズマ発生を停止させる第２制御部を備える、請求項８に記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【請求項１０】
さらに、前記第２インピーダンス検出部の検出結果に基づいて前記高周波電力供給部から前記第１電極側を見た等価回路の回路パラメータを求める第２演算部、
前記第２演算部によって求められた回路パラメータが規格内か否かを判定する判定部、および
前記判定部によって規格外であると判定されたことに応じて、その旨を報知する第２報知部を備える、請求項１から請求項９のいずれかに記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【請求項１１】
前記プラズマ発生装置は、前記第１電極に対向して配置された第２電極を備え、
前記第１電極および前記第２電極間の距離は制御可能になっており、
前記プラズマインピーダンス検出装置は、さらに、前記判定部によって規格外であると判定されたことに応じて、前記回路パラメータが規格内になるように前記第１電極および前記第２電極間の距離を制御する第３制御部を備える、請求項１０に記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【請求項１２】
さらに、前記第２インピーダンス検出部のキャリブレーションを行なうキャリブレーション部を備える、請求項１から請求項１１のいずれかに記載のプラズマインピーダンス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はプラズマインピーダンス検出装置に関し、特に、低圧ガス雰囲気中に配置された電極に高周波電力を供給してプラズマを発生させるプラズマ発生装置においてプラズマインピーダンスを検出するプラズマインピーダンス検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などの製造工程においては、エッチング、薄膜形成、スパッタリングなどのプラズマを利用した多くのプロセスがある。
【０００３】
このようなプラズマを利用して各種の処理を行なうプラズマ処理装置においては、歩留りのよい製品を生産するためプロセス性能を一定に保持することが重要である。また、製品の量産は複数のプラズマ処理装置を用いて行なわれるので、プロセス性能がプラズマ処理装置間でばらつかないようにする必要がある。
【０００４】
プロセス性能を評価する方法としては、整合器と電極の間にインピーダンス検出部を設け、整合器から電極側を見たインピーダンスをプラズマ発生中に検出し、その検出値でプロセス性能を評価する方法がある（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１２１４４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法で測定されるインピーダンスは、プラズマ処理装置内で発生するプラズマのみのインピーダンスと、プラズマがない状態でのプラズマ処理装置の幾何学的な構成により決定される装置固有のインピーダンスとの両方を含んだものである。このため、インピーダンスの測定値に変化が生じて、その結果からプラズマ処理装置やプロセス性能を判断しようとした場合、インピーダンスの変化がプラズマのみのインピーダンスによるものか、装置固有のインピーダンスが変化したことによるものかを分離することはできず、変動要因を特定することが困難であった。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、プラズマインピーダンスを正確に検出することが可能なプラズマインピーダンス検出装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るプラズマインピーダンス検出装置は、低圧ガス雰囲気中に配置された第１電極と、その第１電極に高周波電力を供給してプラズマを発生させる高周波電力供給部とを備えたプラズマ発生装置において、プラズマインピーダンスを検出するものである。このプラズマインピーダンス検出装置は、プラズマの発生時に高周波電力供給部から第１電極側を見たトータルインピーダンスを検出する第１インピーダンス検出部と、プラズマの非発生時に高周波電力供給部から第１電極側を見た装置インピーダンスを検出する第２インピーダンス検出部と、トータルインピーダンスから装置インピーダンスを除去してプラズマインピーダンスを求める第１演算部とを備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
実施の形態を説明する前に、まずこの発明の原理について説明する。図１は、この発明の原理を説明するための回路ブロック図である。図１において、Ｃ１，Ｌ，Ｒは、インピーダンス測定部Ｍからチャンバまでの同軸ケーブルなどのキャパシタンス、インダクタンス、抵抗値をそれぞれ示している。Ｃ２は、絶縁部材で絶縁された処理チャンバと電極の間のキャパシタンスである。プラズマインピーダンスは、プラズマ抵抗（図示せず）と、プラズマのシース容量（図示せず）と、装置の幾何学的な電極構成で定まるキャパシタンスＣｇとの和によって定まる。従来は、プラズマインピーダンスと装置固有のインピーダンス（以下装置インピーダンスと称す）である上記Ｃ１，Ｃ２，Ｌ，Ｒなどを合わせたインピーダンス（以下、トータルインピーダンスと称す）を測定していた。
【００１０】
従来は、上記Ｃ１，Ｃ２，Ｌ，Ｒなどは装置固有の値であり変化しないと考えていたが、実際には装置の組立状態、装置の設置場所に伴うケーブル長の長さの相違、あるいは装置設置状態によって異なり、これらが同じ装置構成であるにもかかわらず装置によってプロセス性能が異なる、いわゆる機差を生じる要因になっている。また、装置を使用するにつれて電極などの部品の消耗、摩耗、腐食などにより装置インピーダンスが変化することが多々あり、これもプロセス性能の変化の一因になっている。
【００１１】
そこで本願発明の測定部Ｍは、まずプラズマを含まない装置インピーダンスを測定し、次にトータルインピーダンスを測定し、測定したトータルインピーダンスから装置インピーダンスを除去して本来のプラズマのインピーダンスであるプラズマインピーダンスを算出する。このプラズマインピーダンスをもとにプロセス条件を制御することにより、高精度のプラズマ制御が可能となる。
【００１２】
以下、この発明に係るプラズマ処理装置を詳細に説明する。図２は、この発明の実施の形態１によるプラズマ処理装置の全体構成を示すブロック図である。図２において、このプラズマ処理装置は、チャンバ１と、その内部に収容された平行平板型電極２，３とを備える。チャンバ１の直径は５０ｃｍであり、電極２，３の直径は８インチのウェハＷよりも大きく、電極２，３の間隔は駆動部Ｄによって１．０〜４．０ｃｍの間で０．１ｍｍ間隔で制御可能になっている。上部電極２およびチャンバ１は接地され、下部電極３は絶縁部材４によりチャンバ１と電気的に絶縁されており、チャンバ１の外部から下部電極３に高周波電圧を印加することが可能になっている。ウェハＷは下部電極３上に載置される。絶縁部材４は、たとえばセラミックで形成されている。
【００１３】
また、チャンバ１はバタフライバルブＢＶを介して真空ポンプ（図示せず）に接続されており、チャンバ１内を所望の排気量で排気することが可能になっている。また、チャンバ１はガス流量コントローラ５を介してガスボンベ（図示せず）に接続されており、チャンバ１内に所望の流量（最大３００ｓｃｃｍ）のガスを導入することが可能になっている。ガス流量コントローラ５およびバタフライバルブＢＶを調整することにより、チャンバ１内を所望のガス圧力に調整することができる。
【００１４】
また、このプラズマ処理装置は、高周波電源６、整合器７、インピーダンス検出部８、切換回路９、ネットワークアナライザ１０、計算機１１、表示部１２、および制御装置１３を備える。
【００１５】
高周波電源６は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を整合器７、インピーダンス検出器８、および切換回路９を介して下部電極３に供給する。高周波電源６の出力は、たとえば１０００Ｗまで所望の値に制御可能になっている。整合器７は、可変コンデンサおよび可変インダクタを含み、高周波電力を効率よく負荷に供給するものである。
【００１６】
インピーダンス検出部８は、プラズマ発生時にチャンバ１側のインピーダンスすなわちトータルインピーダンスを検出する。インピーダンス検出部８は、計算機１１と接続されており、計算機１１との間でデータの授受が可能になっている。
【００１７】
切換回路９は、図３に示すように、共通端子９ａと２つの切換端子９ｂ，９ｃを含む。端子９ａ〜９ｃは、それぞれ下部電極３、ネットワークアナライザ１０およびインピーダンス検出部８に接続される。切換回路９は、制御装置１３からの制御信号によって制御され、２つの切換端子９ｂ，９ｃのうちのいずれか１つの切換端子が共通端子９ａに選択的に接続される。
【００１８】
ネットワークアナライザ１０は、回路や素子に高周波信号を与え、回路や素子からの反射波、透過波を測定して回路や素子の高周波特性（インピーダンス）を求める測定器である。また、ネットワークアナライザ１０は、高周波信号の周波数を掃引することにより、高周波特性の周波数特性を測定することができる。このネットワークアナライザ１０により、プラズマ処理装置の放電していない状態（プラズマのない状態）での装置インピーダンスを測定する。ここで測定される装置インピーダンスは、切換回路９、下部電極３までの給電系、絶縁部材４、下部電極３と上部電極２の間、上部電極２から接地電位ＧＮＤのラインまでのインピーダンスを総合したインピーダンスである。このネットワークアナライザ１０は計算機１１と接続されており、計算機１１とデータの授受が可能になっている。
【００１９】
計算機１１は、ネットワークアナライザ１０によって測定された装置インピーダンスに基づいて装置状態を判別する。また、計算機１１は、インピーダンス検出部８によって検出されたトータルインピーダンスからネットワークアナライザ１０によって検出された装置インピーダンスを除去してプラズマのみのインピーダンスを算出する。また、計算機１１は、装置インピーダンスおよびプラズマインピーダンスの規格値を予め求めておき、これらの規格値と検出値とを比較することにより、プラズマの異常を検知する。
【００２０】
表示部１２は、計算機１１で求められた種々の情報を表示する。制御装置１３は、計算機１１の計算結果に基づいて、ガス流量コントローラ５、駆動装置Ｄ、バタフライバルブＢＶ、切換回路９、高周波電源６などを制御しプロセスの最適化を図る。
【００２１】
図４は、プラズマインピーダンスの測定方法を示すフローチャートである。図４において、ステップＳ１においてチャンバ１の内部を真空ポンプ（図示せず）によって排気し、チャンバ１内を真空状態にする。ステップＳ２において、切換回路９の端子９ａ，９ｄ間を導通させて下部電極３をネットワークアナライザ１０に接続し、ステップＳ３においてネットワークアナライザ１０によって装置インピーダンスを測定する。
【００２２】
ステップＳ４において、切換回路９の端子９ａ，９ｃ間を導通させて下部電極３をインピーダンス検出部８に接続する。ステップＳ５において、たとえばＣ４Ｆ８ガスを５０ｓｃｃｍで流入させてチャンバ１内のガス圧力を１００ｍＴｏｒｒにする。ステップＳ６において所定の高周波電力を印加して電極２，３間にプラズマを発生させ、ステップＳ７においてインピーダンス検出部８によってトータルインピーダンスを測定する。ステップＳ８において、計算機１１によってトータルインピーダンスから装置インピーダンスを除去し、プラズマインピーダンスを算出する。
【００２３】
図５は、あるプロセス条件（レシピ）を示す図である。図５において、工程１で下部電極１にウェハをセットし、真空に排気する。工程２でＣ４Ｆ８ガスを５０ｓｃｃｍ流してガス圧力を１００ｍＴｏｒｒにする。工程３で３００Ｗの高周波電力を印加してプラズマを発生させる。工程４でガス圧力の安定化を図り、工程５でガス圧力を上昇させて１０００ｍＴｏｒｒにする。工程６で高周波電力およびガスの供給を停止する。
【００２４】
図６は、図５で示したプロセス条件におけるプラズマインピーダンスの変化を示す図である。図６において、工程３で高周波電力を印加するとプラズマが発生してプラズマインピーダンスは９２５Ωになる。工程５でガス圧力を上昇させるとプラズマインピーダンスが上昇して９３０Ωになる。
【００２５】
次に、プラズマインピーダンスの検出方法について詳細に説明する。図７は、プラズマインピーダンスの検出方法を示すフローチャートである。図７において、このシーケンスでは、インピーダンス測定のタイミングをとるため、レシピとデータがリンクしている。ステップＳＡ１において、各種設定値を入力する。すなわち、予めプロセス条件（レシピ）に対応したプラズマインピーダンスのデータを測定し、そのデータを計算機１１に保存しておく。このデータをサンプルデータと称する。たとえば、図５のプロセス条件に対応する図６のサンプルデータを計算機１１に保存する。このサンプルデータをもとに制御を行なっていく。
【００２６】
また、他の設定値として回路パラメータの許容規格値および許容変動値を入力する。図８は、回路パラメータの許容規格値を示す図である。許容規格値は、各種回路パラメータの許容範囲のことである。Ｃ１，Ｃ２，Ｌ，Ｒ，Ｃｇの許容規格値は、それぞれ５〜１５ｐＦ，１５０〜１８０ｐＦ，１５０〜１８０ｎＨ，０．２〜０．７Ω，１１〜１６ｐＦである。
【００２７】
図９は、プロセスキットによる回路パラメータの許容変動値を示す図である。プロセスキットは、交換部品であり、具体的には平行平板電極２，３および絶縁部材４である。許容変動値は、プロセスキット交換日の回路パラメータを初期値とし、その初期値からのパラメータ変動の許容範囲である。Ｃ２，Ｃｇの許容変動値は、それぞれ±１０ｐＦ，±０．０１ｐＦである。
【００２８】
図７に戻って、ステップＳＡ２において、装置インピーダンス算出シーケンスを実行する。図１０は、装置インピーダンス算出シーケンスを示すフローチャートである。
【００２９】
ステップＳＢ１，ＳＢ２においてレシピ終了が確認され、ステップＳＢ３において、切換回路９を制御して下部電極３をネットワークアナライザ１０に接続し、ステップＳＢ４においてネットワークアナライザ１０により装置インピーダンスを測定する。すなわちネットワークアナライザ１０は、自己キャリブレーション動作を行なった後、１ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの高周波特性を測定する。
【００３０】
ステップＳＢ５において、ネットワークアナライザ１０から計算機１１に装置インピーダンスのデータが転送され、ステップＳＢ６において計算機１１は回路パラメータを算出し記憶する。計算機１１は、プラズマ処理装置の等価回路から高周波特性を想定する方法で解析を行なう。プラズマ処理装置の等価回路は、図１で説明したように、Ｃ１，Ｃ２，Ｌ，Ｒ，Ｃｇを含む。この等価回路の高周波特性をネットワークアナライザ１０によって測定された高周波特性にフィッティングさせることにより、等価回路の回路パラメータを決定する。図１１は、解析結果を例示する図である。Ｃ１，Ｃ２，Ｌ，Ｒ，Ｃｇは、それぞれ１３．５ｐＦ，１６６．２ｐＦ，１６７ｎＨ，０．５１Ω，１３．２８ｐＦとなった。
【００３１】
図１０に戻って、ステップＳＢ７において計算機１１は回路パラメータが図９の許容変動値の規格内に収まっているか否かを判別する。回路パラメータが規格外の場合は、ステップＳＢ８で計算機１１は規格外のパラメータが電極間隔に依存するパラメータＣｇのみか否かを判別する。規格外のパラメータがＣｇのみでない場合は、ステップＳＢ９において計算機１１は表示部１２にプロセスキットの交換が必要である旨を表示させる。
【００３２】
規格外のパラメータがＣｇのみである場合は、ステップＳＢ１０において制御装置１３は電極２，３の間隔を補正する。ステップＳＢ１１において、計算機１１は、回路パラメータが図８の許容規格値の規格内に収まっているか否かを判別する。回路パラメータが規格外の場合は、ステップＳＢ１２において計算機１１は、表示部１２にエラー表示をさせるとともに制御装置１３にプロセスを中断させる。回路パラメータが規格内の場合は、ステップＳＢ１３で次のシーケンスに進む。
【００３３】
図７に戻って、ステップＳＡ３においてプラズマインピーダンス算出シーケンスに進む。図１２は、プラズマインピーダンス算出シーケンスを示すフローチャートである。ステップＳＣ１でプロセス条件の情報が計算機１１に転送され、ステップＳＣ２で計算機１１はプラズマ状態のデータをロードし制御値とする。ステップＳＣ４において、切換回路９を制御して下部電極３をインピーダンス検出部８に接続する。ステップＳＣ３において、下部電極３がインピーダンス検出部８に接続されたことを計算機１１で確認した後、プロセス開始命令信号に応答して制御装置１３はプロセスを開始する。
【００３４】
ステップＳＣ５において、インピーダンス検出部８は、トータルインピーダンスを測定する。このときのプロセス条件は、高周波電力が１３．５６ＭＨｚの３００Ｗであり、Ｃ４Ｆ８ガス圧力が１．０Ｔｏｒｒであり、Ｃ４Ｆ８ガスの流量が５０ｓｃｃｍであったものとする。ステップＳＣ６において、トータルインピーダンスの測定データがインピーダンス検出部８から計算機１１に転送され、ステップＳＣ７において計算機１１によってプラズマインピーダンスが算出される。
【００３５】
図１３は、プラズマ処理装置の等価回路を示す図である。図１３において、Ｚｍはインピーダンス検出部８で測定したトータルインピーダンスであり、ＺｅはＺｍから装置インピーダンスを差し引いたプラズマインピーダンスである。プラズマインピーダンスＺｅは次式（１）で表わされる。
Ｚｅ＝（Ａ×Ｚｍ）ｃｏｓθｅ＋ｉ（Ａ×Ｚｍ）ｓｉｎθｅ  …（１）
ここで、Ａは等価回路の４端子乗数から算出したインピーダンスの係数であり、θｅは位相差である。
【００３６】
なお、図１３の例では、Ｃ１＝１３．５ｐＦ，Ｃ２＝１６６．２ｐＦ，Ｌ＝１６７．０ｎＨ，Ｒ＝０．５１Ωとした。
【００３７】
図１２に戻って、ステップＳＣ８でプラズマインピーダンスの変動異変を判定する。図１４は、ステップＳＣ７で算出したプラズマインピーダンスを示す図である。このプラズマインピーダンスと図６のプラズマインピーダンスとの差分を測定ポイントごとに求める。このインピーダンスの差分は、図１５に示すようになる。次式（２）で示される異常判定係数ｋが規格値を超えた場合に異常放電が発生したと判定する。
ｋ＝（インピーダンス差分の変化量）／測定間隔時間  …（２）
図１５の例では、ｋ＝（８．０−０）／（２０．１−１９．９）＝４０となる。たとえば規格値を１０とすると、４０＞１０であるから異常放電が発生したと判定する。異常放電が発生したと判定した場合、ステップＳＣ１０でプロセスを中断し、表示部１２にエラー表示を行なわせて異常放電の発生を報知する。
【００３８】
なお、図１４および図１５はアーク放電のような異常放電が生じた場合のインピーダンス変動を示している。他の例を挙げると、異常放電により整合器７の保護回路が動作し、インピーダンスが見掛け上増大することによってエラーが発生する場合もある。
【００３９】
ステップＳＣ８で異常放電が発生していないと判定した場合は、ステップＳＣ９で制御装置１３はステップＳＣ７で測定したプラズマインピーダンスが予め同じプロセス条件で測定した理想的なプラズマインピーダンス（サンプルデータ）に一致するように、高周波電力、ガス圧力、ガス流量、電極間隔などのプラズマ発生条件を制御する。具体的には、プラズマインピーダンスがサンプルデータに一致するように高周波電力を制御し、ガス圧力、ガス流量をプロセス条件として予め与えられた値に制御する。
【００４０】
図１６は、プラズマ変動があり、かつ高周波電力を制御しなかった場合におけるプラズマインピーダンスの変動を示す図である。サンプルデータとプラズマ変動のデータとは、同じプロセス条件で測定されたものである。同じプロセス条件で発生したプラズマであるが、サンプルデータが一定であるのに対し、プラズマ変動のデータは大きくばらついている。
【００４１】
図１７は、プラズマ変動があり、かつ高周波電力を制御した場合におけるプラズマインピーダンスの変動を示す図である。制御を行なったデータのばらつきは、制御を行なわないプラズマ変動のデータのばらつきに比べて小さくなっている。このため、プロセスによるウェハ間のばらつきを最小限にすることが可能となる。ガス圧力およびガス流量もプロセス条件に整合させることにより、ウェハ間のばらつきを最小限に抑えることができる。
【００４２】
図１２にもどって、ステップＳＣ１１でプロセス中であるか否かを判別し、プロセス中である場合はステップＳＣ５に戻り、プロセス中でない場合はステップＳＣ１２で次のシーケンスを実行する。すなわち、プラズマインピーダンスの測定および制御は、プロセス終了まで所定の周期で何度も実行される。図７に戻って、ステップＳＡ３のプラズマインピーダンス算出シーケンスが終了した後は、ステップＳＡ２において再び装置インピーダンス算出シーケンスが実行される。
【００４３】
図１８は、サンプルデータ（点線）、サンプルデータの検出後のある日に検出したデータ（実線）とを比較する図である。図１８において、２つのデータは同じプラズマ処理装置において同じガス条件で同じ高周波電力を印加して測定したものである。しかし、経時印加により２つのデータは明らかに相違しており、エッチング速度でも大きな差があった。
【００４４】
図１９は、この実施の形態１におけるサンプルデータ（点線）と、サンプルデータの検出後のある日に検出したデータ（実線）とを比較する図である。図１９において、この実線のデータは、プラズマインピーダンスがサンプルデータに一致するように高周波電力を制御したものである。２つのデータはほぼ同一になっており、エッチング速度も差はなかった。
【００４５】
図２０は、サンプルデータに対するプラズマインピーダンスの変動を、高周波電力を制御した場合（点線）と高周波電力を制御しない場合（実線）とで比較した図である。プラズマインピーダンスの変動は、高周波電力を制御した場合の方が明らかに小さくなった。
【００４６】
なお、この実施の形態１では、特定のプロセス条件を例に挙げて説明したが、どのようなプロセス条件でも上記方法が適用可能であることは言うまでもない。
【００４７】
また、この実施の形態１では、制御パラメータとして高周波電力、ガス圧力、ガス流量を挙げたが、これに限るものではない。制御パラメータとして、他にバイアス電圧や真空チャンバの壁の状態、たとえば温度、温度分布やプリコート膜厚が挙げられる。さらに、制御パラメータとしてウェハの温度や温度分布、複数の処理ガスにおける混合比、プラズマに印加する磁場の強度および強度分布、処理時間などが挙げられる。また、これらのうちの複数を組合せて制御することも可能である。
【００４８】
また、この実施の形態１では、異常放電を検出する例を挙げたが、プラズマインピーダンスをモニタすることにより、他の原因不明のプラズマ変動異常やプラズマの急な消失などのプラズマインピーダンスに異常がみられる異常を検出することも可能である。
【００４９】
また、この実施の形態１では、単一のプラズマ処理装置におけるインピーダンス特定、プラズマ制御によってプロセスの再現性が良好になったことを示したが、複数のプラズマ処理装置間において同じサンプルデータを用いてインピーダンス特定、プラズマ制御を行なうことによってウェハ間だけでなくプラズマ処理装置間のプロセスのばらつきも最小限に抑えることができる。
【００５０】
［実施の形態２］
図２１は、この発明の実施の形態２によるプラズマ処理装置の構成を示すブロック図であって、図２と対比される図である。図２１を参照して、このプラズマ処理装置が図２のプラズマ処理装置と異なる点は、補正回路２０および制御回路２１が追加されている点である。
【００５１】
補正回路２０は、切換回路９と下部電極３の間に設けられる。補正回路２０は、図２２に示すように、装置インピーダンスと同様、Ｃ１，Ｃ２，Ｌ，Ｒからなる等価回路を有する。この等価回路のＣ１，Ｃ２，Ｌ，Ｒの各々の値は制御可能になっている。補正回路２０の４端子乗数から算出したインピーダンスの係数をＢとすると、プラズマインピーダンスは次式（３）で表わされる。
Ｚｅ＝（Ａ×Ｂ×Ｚｍ）ｃｏｓφｅ＋ｉ（Ａ×Ｂ×Ｚｍ）ｓｉｎφｅ  …（３）
ここで、φｅは位相差である。
【００５２】
計算機１１および制御回路２１は、プラズマインピーダンスが一定になるように補正回路２０のインピーダンスを制御する。
【００５３】
この実施の形態２でも、実施の形態１と同様、プラズマ変動を抑制することができる。
【００５４】
［実施の形態３］
この実施の形態３では、図７のステップＳＡ３でクリーニングのレシピであることを確認した場合に、ステップＳＡ４でプラズマインピーダンスの算出結果に基づいてクリーニングの終点を検出する。
【００５５】
図２３は、クリーニングの終点を検出するシーケンスを示すフローチャートである。ステップＳＤ１でクリーニング条件の情報が計算機１１に転送され、ステップＳＤ２で計算機１１は装置状態のデータをロードし、制御値とする。ステップＳＤ３でクリーニング開始命令信号に応答して制御装置１３はプロセスを開始する。
【００５６】
ステップＳＤ４において切換回路９を制御して下部電極３をインピーダンス検出部８に接続する。ステップＳＤ５においてインピーダンス検出部８はトータルインピーダンスを測定する。ステップＳＤ６において、トータルインピーダンスの測定データがインピーダンス検出部８から計算機１１に転送され、ステップＳＤ７において計算機１１によってプラズマインピーダンスが算出される。
【００５７】
ステップＳＤ８でプラズマインピーダンスの変動異変を判定する。プラズマインピーダンスの変動異変があったと判定した場合は、ステップＳＤ９でプロセスを停止し、表示部１２にエラー表示を行なわせる。プラズマインピーダンスの変動異変がないと判定した場合は、ステップＳＤ１０でクリーニングが終了したか否かを判定する。クリーニングが終了していないと判定した場合はステップＳＤ５に戻り、クリーニングが終了したと判定した場合はクリーニング終了命令を出力するとともにステップＳＤ１１で次のシーケンスを実行する。
【００５８】
図２４は、クリーニングの終点を検出するシーケンスを実行したときのプラズマインピーダンスＺｅの時間変化を示す図である。チャンバ１の内壁に９００Åの膜が堆積されている状態でクリーニングを行なった。クリーニングは、高周波電力が１３．５６ＭＨｚ，３０Ｗ、ガスがＯ２、ガス流量が５０ｓｃｃｍ、ガス圧力が１００ｍＴｏｒｒの条件で行なった。
【００５９】
図２３で示したシーケンスでプラズマインピーダンスＺｅを測定すると、図２４に示すように、約１５分でプラズマインピーダンスＺｅの時間変化ｄＺｅ／ｄｔが規格値よりも小さくなり、クリーニングが終了したと判定された。この後、チャンバ１の内壁を見ると、堆積膜は除去されていた。
【００６０】
［実施の形態４］
図２５は、この発明の実施の形態４によるプラズマ処理装置の要部を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図２５を参照して、このプラズマ処理装置が実施の形態１のプラズマ処理装置と異なる点は、切換回路２５，２６、オープン素子２７、ショート素子２８およびロード素子２９が追加されている点である。
【００６１】
切換回路９，２５，２６の各々は、制御装置１３によって制御される。切換回路２５の共通端子２５ａはネットワークアナライザ１０に接続され、その切換端子２５ｂは切換回路９の切換端子９ｄに接続され、その切換端子２５ｃは切換回路２６の共通端子２６ａに接続される。切換回路２６の切換端子２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、それぞれオープン素子２７、ショート素子２８およびロード素子２９に接続される。ネットワークアナライザ１０と下部電極３の間、ネットワークアナライザ１０とオープン素子２７の間、ネットワークアナライザ１０とショート素子２８の間、ネットワークアナライザ１０とロード素子２９の間のインピーダンスおよび電気長は、互いに等しい値に設定されている。
【００６２】
ネットワークアナライザ１０は、起動ごとにインピーダンスの基準点をとるキャリブレーションを行なう必要がある。ネットワークアナライザ１０自体に自動キャリブレーション機能が設けられているが、高精度の測定をするためには上述のようなキャリブレーションキットを用いるとよい。
【００６３】
キャリブレーションは、切換回路２５の端子２５ａ，２５ｃ間を導通させておき、切換回路２６の端子２６ａ，２６ｂ間を導通させてネットワークアナライザ１０の無限大点を調整し、切換回路２６の端子２６ａ，２６ｃ間を導通させてネットワークアナライザ１０の０点を調整し、切換回路２６の端子２６ａ，２６ｄ間を導通させてネットワークアナライザ１０の参照点を調整する。
【００６４】
［実施の形態５］
図２６は、この発明の実施の形態５による電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ処理装置の構成を示すブロック図であって、図２と対比される図である。
【００６５】
図２６を参照して、このＥＣＲプラズマ処理装置が図２のプラズマ処理装置と異なる点は、上部電極２がマイクロ波導入窓３１、導波管３２、マイクロ波発生器３３および磁場発生コイル３４で置換されている点である。マイクロ波導入窓３１は、チャンバ１の上部開口部を覆うように配置され、真空封止される。マイクロ波導入窓３１は、導波管３２を介してマイクロ波発生器３３の出力部に接続される。磁場発生コイル３４は、チャンバ１の上部外周部に設けられる。マイクロ波発生器３３は、２．４５ＭＨｚのマイクロ波を導波管３２およびマイクロ波導入窓３１を介してチャンバ１内に供給する。磁場発生コイル３４に電流を流すと、チャンバ１内に磁場が発生し、電子サイクロトロン共鳴が発生する。これにより、低圧力条件でもプラズマを安定に発生させることができる。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰返さない。
【００６６】
［実施の形態６］
図２７は、この発明の実施の形態６による誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）処理装置の構成を示すブロック図であって、図２と対比される図である。
【００６７】
図２７を参照して、このＩＣＰ処理装置が図２のプラズマ処理装置と異なる点は、上部電極２がベルジャ３５、ＩＣＰコイル３６および高周波電源３７で置換されている点である。ベルジャ３５は、誘電体で形成され、チャンバ１の上部開口部を覆うように配置され、真空封止される。ＩＣＰコイル３６は、ベルジャ３５の外周部に設けられる。高周波電源３７は、ＩＣＰコイル３６に高周波電力を供給する。高周波電源３７からＩＣＰコイル３６に高周波電力が供給されると、ベルジャ３５内でプラズマが発生する。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰返さない。
【００６８】
［実施の形態７］
図２８は、この発明の実施の形態７による２周波励起型プラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。図２８を参照して、このプラズマ処理装置が図２のプラズマ処理装置と異なる点は、高周波電源４０、インピーダンス検出部４１および切換回路４２が追加されている点である。
【００６９】
切換回路４２の共通端子４２ａは上部電極２に接続され、その切換端子４２ｂはネットワークアナライザ１０に接続され、その切換端子４２ｃはインピーダンス検出部４１を介して高周波電源４０の出力端子に接続される。切換回路４２は、制御装置１３によって制御される。
【００７０】
上部電極２側から見た装置インピーダンスを測定する場合は、切換回路４２の端子４２ａ，４２ｂ間が導通状態にされ、上部電極２とネットワークアナライザ１０が接続される。上部電極２側から見たプラズマインピーダンスを測定する場合は、切換回路４２の端子４２ａ，４２ｃ間が導通状態にされ、上部電極２がインピーダンス検出部４１に接続される。上部電極２側から見たプラズマインピーダンスは、下部電極３側から見たプラズマインピーダンスと同じ方法で測定される。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰返さない。
【００７１】
なお、実施の形態１のような平行平板型プラズマ処理装置では電極間隔の補正が行なわれたが、実施の形態５〜７のように電極が１つしかないタイプのプラズマ処理装置でも下部電極３の上下方向の位置として回路パラメータを設定しておくことで同様に扱うことができる。
【００７２】
また、実施の形態１〜７のどのタイプのプラズマ処理装置でも適用周波数の中で共振特性が得られればどのような周波数領域でもかまわない。しかし、周波数領域を広くとり、測定点を多くすることにより精度が高くなる。
【００７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の係るプラズマインピーダンス検出装置では、プラズマの発生時に高周波電力供給部から第１電極側を見たトータルインピーダンスを検出する第１インピーダンス検出部と、プラズマの非発生時に高周波電力供給部から第１電極側を見た装置インピーダンスを検出する第２インピーダンス検出部と、トータルインピーダンスから装置インピーダンスを除去してプラズマインピーダンスを求める第１演算部とが設けられる。したがって、装置インピーダンスの影響を除去することができ、プラズマインピーダンスを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の原理を説明するための回路ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるプラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した切換回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図４】図２に示したプラズマ処理装置の基本動作を示すフローチャートである。
【図５】図２に示したプラズマ処理装置のプロセス条件を例示する図である。
【図６】図５に示したプロセス条件におけるプラズマインピーダンスの時間変化を示す図である。
【図７】図２に示したプラズマ処理装置のインピーダンス算出シーケンスを示すフローチャートである。
【図８】図７で示した設定値に含まれる許容規格値を例示する図である。
【図９】図７で示した設定値に含まれる許容変動値を例示する図である。
【図１０】図７に示した装置インピーダンス算出シーケンスを示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示した回路パラメータを例示する図である。
【図１２】図７に示したプラズマインピーダンス算出シーケンスを示すフローチャートである。
【図１３】図１２に示したプラズマインピーダンス算出方法を説明するための回路ブロック図である。
【図１４】図１２に示したプラズマインピーダンスの変動異変の判定方法を説明するための図である。
【図１５】図１２に示したプラズマインピーダンスの変動異変の判定方法を説明するための他の図である。
【図１６】図１２に示したプロセス条件の制御を説明するための図である。
【図１７】図１２に示したプロセス条件の制御を説明するための他の図である。
【図１８】この実施の形態１の効果を説明するための図である。
【図１９】この実施の形態１の効果を説明するための他の図である。
【図２０】この実施の形態１の効果を説明するためのさらに他の図である。
【図２１】この発明の実施の形態２によるプラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】図２１に示したプラズマ処理装置の動作を説明するための回路ブロック図である。
【図２３】この発明の実施の形態３によるプラズマ処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図２４】図２３に示したクリーニングの終点の判定方法を説明するための図である。
【図２５】この発明の実施の形態４によるプラズマ処理装置の要部を示す回路ブロック図である。
【図２６】この発明の実施の形態５によるプラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２７】この発明の実施の形態６によるプラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２８】この発明の実施の形態７によるプラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｍ  測定部、Ｄ  駆動部、Ｗ  ウェハ、ＢＶ  バタフライバルブ、１  チャンバ、２  上部電極、３  下部電極、４  絶縁部材、５  ガス流量コントローラ、６，３７，４０  高周波電源、７  整合器、８，４１  インピーダンス検出部、９，２５，２６，４２  切換回路、１０  ネットワークアナライザ、１１  計算機、１２  表示部、１３  制御装置、２０  補正回路、２１  制御回路、２７  オープン素子、２８  ショート素子、２９  ロード素子、３１  マイクロ波導入窓、３２  導波管、３３  マイクロ波発生器、３４  磁場発生コイル、３５  ベルジャ、３６  ＩＣＰコイル。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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