(57)【要約】【課題】簡単な構造でプラズマ処理の面内均一性を高く維持できるようにプラズマの状態を最適に調整することが可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空引き可能になされた処理容器４内に上部電極６と載置台を兼ねる下部電極１８とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路１２を介して接続された高周波電源１４より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体Ｗに対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、前記電極のいずれか一方の高周波ラインに介在されて、該高周波ラインが接続された電極とは対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段３０と、前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを制御するためのインピーダンス制御部３２と、を備える。【選択図】　図２
2004096066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、
前記電極のいずれか一方の高周波ラインに介在されて、該高周波ラインが接続された電極とは対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段と、
前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを制御するためのインピーダンス制御部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記可変インピーダンス手段は、連続可変素子によって連続的にインピーダンスを変化させるものと、複数の固定素子の切り替えによってインピーダンスを段階的に変化させるものの内、少なくともいずれか一方からなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記可変インピーダンス手段は、該可変インピーダンス手段の接続される高周波電源から見たその高周波電源の周波数に対するインピーダンスは前記マッチング回路に接続された処理容器とプラズマから構成される高周波負荷インピーダンスよりも少なくとも２倍以上大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記可変インピーダンス手段は、この変動するインピーダンスと対応するインピーダンス対応値の表示機能または上位コントローラへの伝送（出力）機能または両機能を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記インピーダンス制御部は、前記被処理体のプロセスが面内均一となるように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記インピーダンス制御部は、前記プラズマが安定化するように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記プラズマ処理装置はエッチング装置であり、前記被処理体はパターン形成されたマスク層とその下の被エッチング層とを有し、前記インピーダンス制御部は前記被処理体の加工寸法を制御するように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記上部電極には第１の高周波電源が接続され、前記下部電極には前記第１の高周波電源が発生する高周波電圧の周波数よりも低い周波数の高周波電圧を発生する第２の高周波電源が接続され、前記可変インピーダンス手段は前記下部電極に接続される高周波ラインに介在させて設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記上部電極には第１の高周波電源が接続され、前記下部電極には前記第１の高周波電源が発生する高周波電圧の周波数よりも低い周波数の高周波電圧を発生する第２の高周波電源が接続され、前記可変インピーダンス手段は前記上部電極に接続される高周波ラインに介在させて設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、
前記高周波電源が接続された電極とは対向する電極の高周波ラインに、該対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段、或いは固定的なインピーダンスを有する固定インピーダンス手段を介設し、前記可変インピーダンス手段、或いは固定インピーダンスが接続される電極とは対向する電極に接続される高周波電源を、これが発生する高周波電圧の周波数を変化させることが可能な周波数可変型の高周波電源としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記固定インピーダンス手段は、必要に応じて連続的、或いは段階的にインピーダンスを変化させる機構を内蔵することを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
前記インピーダンス制御部は、
可変インピーダンス手段の出力端子にリアクタンス測定治具を接続して可変インピーダンス手段が接続される電極とは対向する電極側から印加する高周波電圧の周波数、或いは発生させるプラズマの分布に影響の大きい周波数に対する前記可変インピーダンス手段のリアクタンスと前記インピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、
リアクタンスとインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係と前記求められた相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、
を行なう機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
インピーダンス制御部は、
可変インピーダンス手段の接続される電極にリアクタンス測定治具を接続して該電極とは対向する電極側から印加する高周波電圧の周波数に対する前記可変インピーダンス手段のリアクタンスと前記インピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、
リアクタンスとインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係と前記求められた相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、
を行なう機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
インピーダンス制御部は、
可変インピーダンス手段が接続される電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、対向する電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、終点検出用分光器の出力の少なくともいずれか１つと前記可変インピーダンス手段のインピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、
電圧振幅、マッチングポジション或いは分光器の出力とインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、
を行なう機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】
請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置の有する可変インピーダンス手段の校正方法において、
可変インピーダンス手段の出力端子にリアクタンス測定治具を接続して可変インピーダンス手段が接続される電極とは対向する電極側から印加する高周波電圧の周波数、或いは発生させるプラズマの分布に影響の大きい周波数に対する前記可変インピーダンス手段のリアクタンスと前記インピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、
リアクタンスとインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係と前記求められた相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、
を有することを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法。
【請求項１６】
請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置の有する可変インピーダンス手段の校正方法において、
可変インピーダンス手段の接続される電極にリアクタンス測定治具を接続して該電極とは対向する電極側から印加する高周波電圧の周波数に対する前記可変インピーダンス手段のリアクタンスと前記インピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、
リアクタンスとインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係と前記求められた相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、
を有することを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法。
【請求項１７】
請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置の有する可変インピーダンス手段の校正方法において、
可変インピーダンス手段が接続される電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、対向する電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、エッチング終点検出用分光器の出力の少なくともいずれか１つと前記可変インピーダンス手段のインピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、
電圧振幅、マッチングポジション或いは分光器の出力とインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、
を有することを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法。
【請求項１８】
真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置であって、
前記電極のいずれか一方の高周波ラインに介在されて、該高周波ラインが接続された電極とは対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段と、
前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを制御するためのインピーダンス制御部と、を備えたプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法において、
前記被処理体のプロセスが面内均一となるように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整するようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法。
【請求項１９】
真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置であって、
前記電極のいずれか一方の高周波ラインに介在されて、該高周波ラインが接続された電極とは対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段と、
前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを制御するためのインピーダンス制御部と、を備えたプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法において、
前記プラズマが安定化するように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整するようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法。
【請求項２０】
真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置であって、
前記電極のいずれか一方の高周波ラインに介在されて、該高周波ラインが接続された電極とは対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段と、
前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを制御するためのインピーダンス制御部と、を備えたプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法において、
前記被処理体はパターン形成されたマスク層とその下の被エッチング層とを有し、前記被処理体の加工寸法を制御するように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整することを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法。
【請求項２１】
真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置のインピーダンス手段の校正方法において、
前記高周波電源が接続された電極とは対向する電極の高周波ラインに、該対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段、或いは固定的なインピーダンスを有する固定インピーダンス手段を介設し、前記可変インピーダンス手段、或いは固定インピーダンスが接続される電極とは対向する電極に接続される高周波電源を、周波数可変型の高周波電源とし、これが発生する高周波電圧の周波数を変化させるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置のインピーダンス手段の校正方法。
【請求項２２】
可変インピーダンス手段が接続される電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、対向する電極側から印加する高周波電圧振幅とマッチングポジション、エッチングの終点検出用分光器システムの出力の内の少なくともいずれか一つの変化を、インピーダンス対応値を自動的に変化させてデータを取得し、請求項１７記載の校正手法を自動で行う機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２３】
真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、
前記プラズマから見た前記高周波電圧の複数の高調波の内の少なくとも１つの高調波に対して共振させることができるように前記プラズマから見たインピーダンスを可変的に制御することが可能な共振用可変インピーダンス手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２４】
前記共振用可変インピーダンス手段は、前記上部電極と、前記下部電極と、前記処理容器との内の少なくともいずれか１つに接続されることを特徴とする請求項２３記載のプラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記下部電極の周囲には、フォーカスリングが設けられており、前記共振用可変インピーダンスは前記フォーカスリングに接続されていることを特徴とする請求項２３記載のプラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記下部電極の外周と前記処理容器の側壁との間には整流板が設けられており、前記共振用可変インピーダンスは前記整流板に接続されていることを特徴とする請求項２３記載のプラズマ処理装置。
【請求項２７】
前記共振用可変インピーダンス手段は、前記複数の異なる高次の高調波に亘ってインピーダンスを変化させることができる１つのインピーダンス可変部を有していることを特徴とする請求項２３乃至２６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２８】
前記共振用可変インピーダンス手段は、異なる高次の高調波にそれぞれ対応させてインピーダンスを独立させて変化させることが可能な複数のインピーダンス可変部を有していることを特徴とする請求項２３乃至２６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項２９】
前記共振用可変インピーダンス手段は、共振の対象となる高次の高調波を選択するためのフィルタ手段を有していることを特徴とする請求項２３乃至２８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項３０】
前記フィルタ手段は、選択した高調波以外の高調波に対しては５０Ω以上の高いインピーダンスをもつことを特徴とする請求項２９記載のプラズマ処理装置。
【請求項３１】
前記フィルタ手段は、ハイパスフィルタを有することを特徴とする請求項２９または３０記載のプラズマ処理装置。
【請求項３２】
前記フィルタ手段は、バンドパスフィルタを有することを特徴とする請求項２９または３０記載のプラズマ処理装置。
【請求項３３】
前記フィルタ手段は、ローパスフィルタを有することを特徴とする請求項２９または３０記載のプラズマ処理装置。
【請求項３４】
前記フィルタ手段は、ノッチフィルタを有することを特徴とする請求項２９または３０記載のプラズマ処理装置。
【請求項３５】
前記フィルタ手段は、前記上部電極または前記下部電極に接続される場合には、前記フィルタ手段自体が接続される電極に印加される高周波電源の基本波を通過させないようになされていることを特徴とする請求項２９乃至３４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置及びこれに用いられる可変インピーダンス手段の校正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスの製造工程にあっては、成膜処理、アニール処理、エッチング処理、酸化拡散処理等の各種の処理を行うが、これらの処理の内で多くは、高周波電力を用いたプラズマ処理装置で行われる傾向にある。
例えば平行平板型のプラズマ処理装置を例にとれば、このプラズマ処理装置内では、載置台を兼ねる下部電極上に半導体ウエハを載置し、そして、この下部電極とこれに対向する上部電極との間で高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、このプラズマによって成膜処理やエッチング処理等の各種の処理を行う。
【０００３】
ところで、この半導体ウエハより製造される製品の歩留りを向上させるためには、プラズマ処理のウエハ面内の均一性を高く維持する必要がある。この場合、半導体ウエハに対するプラズマ処理の均一性は、処理容器内で発生しているプラズマの状態に大きく依存し、このため従来あっては、プラズマの状態を最良にするために、プロセス時の処理容器内の圧力や温度を調整したり、処理容器内へ供給する各種のガスのガス比を調整したり、或いは上部電極と下部電極との間の間隔を微調整したりすること等が行われていた。
この場合、特にプラズマ状態を最良に効果的に制御できることから、従来装置にあっては、上下の両電極間の間隔を調整できる構造が採用される傾向にあり、例えば下部電極を昇降できるように処理容器の底部側に下部電極を昇降させる昇降機構を設け、この昇降機構を用いて必要に応じて上記下部電極を昇降させてこれと上部電極との間隔を調整するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような電極が昇降できる構造としたプラズマ処理装置では、プラズマの状態を処理条件や装置自体のコンディションに関係なく良好な状態に維持できるが、例えば下部電極自体を内部の気密状態を維持したまま上下動できる構造としなければならないばかりか、この下部電極を上下方向へ昇降させる昇降機構やモータ類を設けなければならず、装置が大型化するのみならず、高コスト化を招来してしまう、といった問題があった。
また、装置自体が大型化することから、装置の設置スペース、すなわちフットプリントも増大してしまう、といった問題があった。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の第１の目的は、簡単な構造でプラズマ処理の面内均一性を高く維持できるようにプラズマの状態を最適に調整することが可能なプラズマ処理装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、簡単な構造で処理容器内のプラズマの状態を安定的に維持することが可能なプラズマ処理装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、プラズマ処理装置に用いる可変インピーダンス手段に関する機差（個体差）をなくすように校正することが可能な校正方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、プラズマを主として発生させる高周波電源に接続された電極とは対向する電極側に可変インピーダンス手段を用いてこれを調整することにより、プラズマの状態を容易に且つ効果的に制御することができる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、前記電極のいずれか一方の高周波ラインに介在されて、該高周波ラインが接続された電極とは対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段と、前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを制御するためのインピーダンス制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【０００７】
このように、上部電極と下部電極の内のいずれか一方の電極の高周波ラインに可変インピーダンス手段を設けて他方の電極側から見た時のインピーダンスを変化させることができるようにしたので、プロセス条件や装置自体の状態に適合させてインピーダンスを制御することが可能となる。
従って、例えば被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を高く維持したり、或いは処理容器内におけるプラズマの状態を安定的に維持することが可能となる。
【０００８】
この場合、例えば請求項２に規定するように前記可変インピーダンス手段は、連続可変素子によって連続的にインピーダンスを変化させるものと、複数の固定素子の切り替えによってインピーダンスを段階的に変化させるものの内、少なくともいずれか一方からなる。
このように、インピーダンス制御部の構成は、細かな制御が可能だが制御範囲が比較的狭い連続可変素子を内蔵するものと、細かい制御はできないが制御範囲が広くとれる固定素子の切り替えによるもの、さらにはその両方を組み合わせて、制御範囲を広くとり、なおかつ細かな制御まで可能なものを採用することができる。
【０００９】
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記可変インピーダンス手段は、該可変インピーダンス手段の接続される高周波電源から見たその高周波電源の周波数に対するインピーダンスは前記マッチング回路に接続された処理容器とプラズマから構成される高周波負荷インピーダンスよりも少なくとも２倍以上大きくなるように設定されている。
これによれば、マッチング動作に関してほとんど影響を与えることも無く、さらに可変インピーダンス手段を設けることによる高周波電力のパワーロスおよびそれに伴う可変インピーダンス手段の焼損を防ぐことができる。
【００１０】
また、例えば請求項４に規定するように、前記可変インピーダンス手段は、この変動するインピーダンスと対応するインピーダンス対応値の表示機能または上位コントローラへの伝送（Ｓ出力）機能または両機能を備える。
また、例えば請求項５に規定すように、前記インピーダンス制御部は、前記被処理体のプロセスが面内均一となるように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整する。
【００１１】
また、例えば請求項６に規定するように、前記インピーダンス制御部は、前記プラズマが安定化するように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整する。
また、例えば請求項７に規定するように、前記プラズマ処理装置はエッチング装置であり、前記被処理体はパターン形成されたマスク層とその下の被エッチング層とを有し、前記インピーダンス制御部は前記被処理体の加工寸法を制御するように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整する。
【００１２】
また、例えば請求項８に規定するように、前記上部電極には第１の高周波電源が接続され、前記下部電極には前記第１の高周波電源が発生する高周波電圧の周波数よりも低い周波数の高周波電圧を発生する第２の高周波電源が接続され、前記可変インピーダンス手段は前記下部電極に接続される高周波ラインに介在させて設けられる。
【００１３】
また、例えば請求項９に規定するように、前記上部電極には第１の高周波電源が接続され、前記下部電極には前記第１の高周波電源が発生する高周波電圧の周波数よりも低い周波数の高周波電圧を発生する第２の高周波電源が接続され、前記可変インピーダンス手段は前記上部電極に接続される高周波ラインに介在させて設けられる。
【００１４】
請求項１０に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、前記高周波電源が接続された電極とは対向する電極の高周波ラインに、該対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段、或いは固定的なインピーダンスを有する固定インピーダンス手段を介設し、前記可変インピーダンス手段、或いは固定インピーダンスが接続される電極とは対向する電極に接続される高周波電源を、これが発生する高周波電圧の周波数を変化させることが可能な周波数可変型の高周波電源としたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
このように、高周波電源として周波数可変型の高周波電源を用い、これに接続される電極とは対向する電極側に、連続、或いは段階的に異なる周波数に対して異なるインピーダンス値をもつ固定インピーダンス手段を設けるようにしたので、プロセス条件や装置自体の状態に適合させて高周波電圧の周波数を変化させることにより、プラズマ処理の面内均一性を向上させたり、プラズマの安定化を図ることが可能となる。
【００１５】
この場合、例えば請求項１１に規定するように、前記固定インピーダンス手段は、必要に応じて連続的、或いは段階的にインピーダンスを変化させる機構を内蔵する。
このように、この電源周波数の制御と可変インピーダンス素子を組み合わせて利用することにより、通常あまり大きくとることのできない周波数可変範囲においてインピーダンスの制御範囲を広くとることも可能となる。目標とするインピーダンスがお互いにかけ離れた２点ある場合について、固定回路素子の切り替えによって粗く調整を行い、さらに周波数を連続的に変化させることで微調整を行い、目標とするインピーダンスの変化を高い精度で実現することが可能となる。
【００１６】
また、請求項１２に規定する発明は、請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記インピーダンス制御部は、可変インピーダンス手段の出力端子にリアクタンス測定治具を接続して可変インピーダンス手段が接続される電極とは対向する電極側から印加する高周波電圧の周波数、或いは発生させるプラズマの分布に影響の大きい周波数に対する前記可変インピーダンス手段のリアクタンスと前記インピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、リアクタンスとインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係と前記求められた相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、を行なう機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１７】
また、請求項１３に規定する発明は、請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、インピーダンス制御部は、可変インピーダンス手段の接続される電極にリアクタンス測定治具を接続して該電極とは対向する電極側から印加する高周波電圧の周波数に対する前記可変インピーダンス手段のリアクタンスと前記インピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、リアクタンスとインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係と前記求められた相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、を行なう機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１８】
また、請求項１４に規定する発明は、請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、インピーダンス制御部は、可変インピーダンス手段が接続される電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、対向する電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、終点検出用分光器の出力の少なくともいずれか１つと前記可変インピーダンス手段のインピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、電圧振幅、マッチングポジション或いは分光器の出力とインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、を行なう機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１９】
請求項１５に係る発明は、請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置の有する可変インピーダンス手段の校正方法において、可変インピーダンス手段の出力端子にリアクタンス測定治具を接続して可変インピーダンス手段が接続される電極とは対向する電極側から印加する高周波電圧の周波数、或いは発生させるプラズマの分布に影響の大きい周波数に対する前記可変インピーダンス手段のリアクタンスと前記インピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、リアクタンスとインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係と前記求められた相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法である。
これにより、可変インピーダンス手段を量産した場合でもこの機差（個体差）を校正することが可能となる。
【００２０】
請求項１６に係る発明は、請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置の有する可変インピーダンス手段の校正方法において、可変インピーダンス手段の接続される電極にリアクタンス測定治具を接続して該電極とは対向する電極側から印加する高周波電圧の周波数に対する前記可変インピーダンス手段のリアクタンスと前記インピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、リアクタンスとインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係と前記求められた相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法である。
【００２１】
請求項１７に係る発明は、請求項４乃至９のいずれかに記載のプラズマ処理装置の有する可変インピーダンス手段の校正方法において、可変インピーダンス手段が接続される電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、対向する電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、エッチング終点検出用分光器の出力の少なくともいずれか１つと前記可変インピーダンス手段のインピーダンス対応値との相関関係を求める工程と、電圧振幅、マッチングポジション或いは分光器の出力とインピーダンス対応値との基準となる予め定められた基準相関関係とに基づいて前記インピーダンス対応値を校正する工程と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法である。
この方法は、請求項１５、１６に規定する校正方法とは違って、実施にあたって特別な治具や計測器を必要とせず、装置に通常に備わっているものだけで実施できることから、大きな利点がある。
【００２２】
請求項１８に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置であって、前記電極のいずれか一方の高周波ラインに介在されて、該高周波ラインが接続された電極とは対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段と、前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを制御するためのインピーダンス制御部と、を備えたプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法において、前記被処理体のプロセスが面内均一となるように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整するようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法である。
【００２３】
請求項１９に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置であって、前記電極のいずれか一方の高周波ラインに介在されて、該高周波ラインが接続された電極とは対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段と、前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを制御するためのインピーダンス制御部と、を備えたプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法において、前記プラズマが安定化するように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整するようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法である。
【００２４】
請求項２０に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置であって、前記電極のいずれか一方の高周波ラインに介在されて、該高周波ラインが接続された電極とは対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段と、前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを制御するためのインピーダンス制御部と、を備えたプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法において、前記被処理体はパターン形成されたマスク層とその下の被エッチング層とを有し、前記被処理体の加工寸法を制御するように前記可変インピーダンス手段のインピーダンスを調整することを特徴とするプラズマ処理装置の可変インピーダンス手段の校正方法である。
【００２５】
請求項２１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置のインピーダンス手段の校正方法において、前記高周波電源が接続された電極とは対向する電極の高周波ラインに、該対向する電極側から見たインピーダンスを変化させることが可能な可変インピーダンス手段、或いは固定的なインピーダンスを有する固定インピーダンス手段を介設し、前記可変インピーダンス手段、或いは固定インピーダンスが接続される電極とは対向する電極に接続される高周波電源を、周波数可変型の高周波電源とし、これが発生する高周波電圧の周波数を変化させるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置のインピーダンス手段の校正方法である。
【００２６】
請求項２２に係る発明は、可変インピーダンス手段が接続される電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、対向する電極側から印加する高周波電圧振幅とマッチングポジション、エッチングの終点検出用分光器システムの出力の内の少なくともいずれか一つの変化を、インピーダンス対応値を自動的に変化させてデータを取得し、請求項１７記載の校正手法を自動で行う機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００２７】
請求項２３に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に上部電極と載置台を兼ねる下部電極とを配置し、前記上部電極と前記下部電極の内の少なくともいずれか一方にマッチング回路を介して接続された高周波電源より高周波電圧を印加してプラズマを立て、前記下部電極上に載置した被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置において、前記プラズマから見た前記高周波電圧の複数の高調波の内の少なくとも１つの高調波に対して共振させることができるように前記プラズマから見たインピーダンスを可変的に制御することが可能な共振用可変インピーダンス手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
このように、共振用可変インピーダンス手段を設けてプラズマから見たインピーダンスを、高周波電源の高調波の内の少なくとも１つに対して共振できるように可変にしたので、プロセス条件や装置自体の状態に適合させてインピーダンスを調整制御することができる。
【００２８】
従って、例えば被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を高く維持したり、或いは処理容器内におけるプラズマの状態を安定的に維持することが可能となる。
この場合、例えば請求項２４に規定するように、前記共振用可変インピーダンス手段は、前記上部電極と、前記下部電極と、前記処理容器との内の少なくともいずれか１つに接続される。
また、例えば請求項２５に規定するように、前記下部電極の周囲には、フォーカスリングが設けられており、前記共振用可変インピーダンスは前記フォーカスリングに接続されている。
また、例えば請求項２６に規定するように、前記下部電極の外周と前記処理容器の側壁との間には整流板が設けられており、前記共振用可変インピーダンスは前記整流板に接続されている。
【００２９】
また、例えば請求項２７に規定するように、前記共振用可変インピーダンス手段は、前記複数の異なる高次の高調波に亘ってインピーダンスを変化させることができる１つのインピーダンス可変部を有している。
また、例えば請求項２８に規定するように、前記共振用可変インピーダンス手段は、異なる高次の高調波にそれぞれ対応させてインピーダンスを独立させて変化させることが可能な複数のインピーダンス可変部を有している。
また、例えば請求項２９に規定するように、前記共振用可変インピーダンス手段は、共振の対象となる高次の高調波を選択するためのフィルタ手段を有している。また、例えば請求項３０に規定するように、前記フィルタ手段は、選択した高調波以外の高調波に対しては５０Ω以上の高いインピーダンスをもつ。また、例えば請求項３１に規定するように、前記フィルタ手段は、ハイパスフィルタを有する。また、例えば請求項３２に規定するように、前記フィルタ手段は、バンドパスフィルタを有する。また、例えば請求項３３に規定するように、前記フィルタ手段は、ローパスフィルタを有する。また、例えば請求項３４に規定するように、前記フィルタ手段は、ノッチフィルタを有する。
【００３０】
また、例えば請求項３５に規定するように、前記フィルタ手段は、前記上部電極または前記下部電極に接続される場合には、前記フィルタ手段自体が接続される電極に印加される高周波電源の基本波を通過させないようになされている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置及び可変インピーダンス手段の校正方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図、図２は下部電極に接続されるマッチング回路と可変インピーダンス手段を主体とする回路構成図、図３は可変インピーダンス手段のインピーダンス対応値（ダイヤル値）と容量との相互関係を示すグラフ、図４は可変インピーダンス手段のインピーダンス対応値（ダイヤル値）とリアクタンスとの相互関係を示すグラフである。
図１に示すように、このプラズマ処理装置２は、例えばアルミニウム製の真空引き可能になされた筒体状の処理容器４を有している。この処理容器４は接地されている。この処理容器４の天井部には、例えばシャワーヘッド構造になされた例えばアルミニウム製の上部電極６が絶縁部材８を介して取り付け固定されており、このシャワーヘッド構造の上部電極６から処理ガス等の処理に必要な各種のガスを処理容器４内へ導入し得るようになっている。
【００３２】
そして、この上部電極６には、高周波ライン１０が接続されると共に、この高周波ライン１０は途中に第１のマッチング回路１２が介設されてプラズマ発生用の第１の高周波電源１４に接続されており、上記上部電極６に、例えば６０ＭＨｚの高周波電圧を印加し得るようになっている。上記第１のマッチング回路１２は、第１の高周波電源１４から上部電極６へ供給される高周波電力が上記上部電極６にて反射を起こさないようにそのインピーダンスが、例えば５０Ωになるように自動的に調整される機能を有している。
また、上記処理容器４の底部には、図示しない真空ポンプ側に接続される排気口１６が形成されており、そして、上記上部電極６に対向させて、上記処理容器４の底部より起立させて下部電極１８が絶縁状態で設けられている。この下部電極１８は、例えばアルミニウムよりなって載置台としての機能も有しており、この上面に被処理体として例えば半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。そして、この下部電極１８と上記上部電極６との間の処理空間Ｓにプラズマを発生するようになっている。
【００３３】
また、この処理容器４の側壁には、ウエハＷの搬入搬出時に開閉されるゲート２０が設けられると共に、上記上部電極１８の周囲を取り囲むようにして容器側壁に支持させて排気ガスを整流する整流板２２が設けられており、下方向へ排気される雰囲気を下部電極１８から均等に流下させるようになっている。また、上記下部電極１８の上面側の周囲には、プラズマをウエハＷの表面に集めるために例えば石英やセラミックよりなる図示しないフォーカスリングが設けられる。
そして、上記下部電極１８には、高周波ライン２４が接続されており、この高周波ライン２４には、第２のマッチング回路２６を介してバイアス用の第２の高周波電源２８が接続されている。このバイアス用の第２の高周波電源２８は、上記第１の高周波電源１４よりも周波数が低い、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を発生する。尚、この第２の高周波電源２８によってもプラズマが発生されることもある。
そして、この第２のマッチング回路２６と上記下部電極１８との間の高周波ライン２４に、上部電極６側から見たインピーダンスを変化させることが可能な本発明の特徴とする可変インピーダンス手段３０が介設されており、この可変インピーダンス手段３０は、例えばマイクロコンピュータ等よりなるインピーダンス制御部３２によりインピーダンスが調整されて適正に制御されるようになっている。
【００３４】
具体的には、図２に示すようにまず、上記第２のマッチング回路２６は、第１の固定コイル３４と第１の可変コンデンサＣ１と第２の固定コイル３６とを有しており、高周波ライン２４に上部電極１８（図１参照）側よりこの順序で第２の高周波電源２８側に向けて直列接続されている。
そして、上記第２の固定コイル３６の両端とアースとの間に、第２の可変コンデンサＣ２と固定コンデンサＣ３とがそれぞれ並列的に接続されている。この第２のマッチング回路２６は、前述した第１のマッチング回路１４と同様な機能を有しており、第２の高周波電源２０から上記下部電極１８へ供給される高周波電力が上記下部電極１８にて反射を起こさないようにそのインピーダンスが、例えば５０Ωになるように自動的に調整される機能を有している。この際、自動的に変化する第１の可変コンデンサＣ１の調整位置（その時の容量に対応）をマッチャーポジション部３８にて確認できるようになっている。尚、上部電極６から供給される第１の高周波電源１４の電流は、処理容器４の側壁や下部電極１８等を介してアースに流れ、逆に下部電極１８から供給される第２の高周波電源２８の電流は、処理容器４の側壁や上部電極６等を介してアースに流れるようになっている。
【００３５】
また、上記可変インピーダンス手段３０は、高周波ライン２４とアースとの間に直列接続された、例えばインダクタンスが略２００ｎＨの固定コイル４０と可変コンデンサ４２とよりなり、可変コンデンサ４２の容量を変化させることにより、前述のように、６０ＭＨｚの高周波電圧が印加される上部電極６から見た下部電極１８側のインピーダンスを適宜変化し得るようになっている。この時、この可変コンデンサ４２の容量値は、これに直結されているダイヤル部４４によって自動的に変化され、その時のダイヤル値、すなわちインピーダンス対応値（以下、ダイヤル値と称す）は表示できるようになっている。この時、インピーダンス値も同時に表示できるようにしてもよい。このダイヤル部４４へは、前記インピーダンス制御部３２より、ウエハを処理するプロセス条件等を規定したレシピからの指示インピーダンスがダイヤル値として入力されることになる。尚、上記インピーダンスやそのインピーダンス対応値を表示する機能に代えて、或いはこれと共に上位コントローラへ伝送（出力）する機能を併せ持つようにしてもよい。
【００３６】
ここで、この可変インピーダンス手段３０の各固定コイル４０のインダクタンスや可変コンデンサ４２の容量（可変範囲を含む）は、第２の高周波電源２８の周波数１３．５６ＭＨｚに対するインピーダンスが、処理容器４及びこの中で発生するプラズマからなる負荷インピーダンスよりも少なくとも２倍以上大きくなるように設定されており、可変インピーダンス手段３０のインダクタンスが変化しても、上記第２のマッチング回路２６に対してはマッチング動作に関してほとんど影響を与えることもない。更にこれによれば、マッチング動作に関してほとんど影響を与えることも無く、さらに可変インピーダンス手段を設けることによる高周波電力のパワーロスおよびそれに伴う可変インピーダンス手段の焼損を防ぐことができる。
このダイヤル部４４のダイヤル値と可変コンデンサ４２の容量との相関関係の一例は図３に示されており、ダイヤル値０〜２０に対して、容量は５〜１３０ｐＦ程度の範囲内で略直線的に変化できるようになっている。尚、ここではダイヤル値が大きい程、容量が小さくなるように設定してある。
また、ダイヤル部４４のダイヤル値と上部電極６に印加される６０ＭＨｚに対する可変インピーダンス手段側のリアクタンスとの相関関係を図４に示している。この図４から明らかなように、ダイヤル値を５〜２０の範囲で変化させることにより、リアクタンスを−３０〜＋６００Ωの範囲内で制御できるように設定してある。
【００３７】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
ここでは、プラズマ処理の一例として、例えば二酸化シリコン膜よりなる下地層の上に形成したポリシリコン膜をエッチングすることによりゲート電極を形成する場合、エッチングレートの大きいプロセスＡとエッチングレートの小さいオーバエッチング用のプロセスＢとを連続的に同一のプラズマ処理装置内で行う場合を例にとって説明する。この２段階プロセス中のプロセスＡでは形状を出すために異方性の強いエッチングを行い、プロセスＢでは下地層との選択比が非常に大きなエッチングを行う。
このプロセスＡとプロセスＢとでは、供給する複数のガスの供給量のガス比、供給電力、プロセス圧力等のプロセス条件が変わるので、それに対応して処理空間Ｓに発生しているプラズマの状態も変わる。この時、上記可変インピーダンス手段３０を制御してプラズマ処理の面内均一性を保つようになっている。
【００３８】
上記プロセスＡ及びプロセスＢに対して、それぞれ最適な可変インピーダンス手段３０のインピーダンス値は、予め実験的に求められており、各プロセスＡ、Ｂを行う際に、このプラズマ処理装置２の全体の動作を制御する主制御部（図示せず）から、インピーダンス制御部３２を介してダイヤル値として可変インピーダンス手段３０に入力される。そして、この可変インピーダンス手段３０は、そのダイヤル値に対応するように自動的に可変コンデンサ４２が容量変化してそのインピーダンスを変化させて最適な値に調整されることになる。
ここでプロセスＡとプロセスＢのプロセス条件の一例は以下の通りである。
【００３９】
＜プロセスＡ＞
プロセスガス（エッチングガス）：ＨＢｒ／Ｏ２　＝４００／１ｓｃｃｍ
プロセス圧力　　　　　　　　　：２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
下部電極温度　　　　　　　　　：７５℃
高周波電力　　　　　：上部電極／下部電極＝２００／１００Ｗ（ワット）
＜プロセスＢ＞
プロセスガス（エッチングガス）：ＨＢｒ／Ｏ２　＝１０００／４ｓｃｃｍ
プロセス圧力　　　　　　　　　：２０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）
下部電極温度　　　　　　　　　：７５℃
高周波電力　　　　　：上部電極／下部電極＝６５０／２００Ｗ（ワット）
上記プロセスＡ、Ｂのそれぞれに対する均一性の制御特性評価のためにレジストパターン無しの一様なポリシリコンウエハ（ポリベタウエハ）を２５秒間エッチングする工程を可変インピーダンス手段３０のダイヤル値を少しずつ変えながらそれぞれ実行した。図５はその時のプロセスＡ、Ｂのダイヤル値とプラズマ処理の面内均一性３σとの関係を示すグラフである。尚、ここでσとは標準偏差を表している。
【００４０】
図５から明らかなように、ダイヤル値を変化させて可変インピーダンス手段３０のインピーダンスを少しずつ変化させたところ、面内均一性は大きく変動し、各プロセスＡ、Ｂは共に面内均一性が最小値となるダイヤル値が存在することが判明した。この場合、プロセスＡでは面内均一性が最小値となるダイヤル値は略１１．５であり、プロセスＢでは面内均一性が最小値となるダイヤル値は略１５．８であった。
【００４１】
ここで、従来装置と本発明装置とで各プロセスＡ、Ｂを行ったので、その時の評価結果について説明する。
図６は、従来装置と本発明装置とでプロセスを行った時の直径３００ｍｍのウエハ上のエッチングレートの分布を示すグラフである（尚、従来装置によるプロセスＢの結果については記載を省略している）。
ここで用いた従来装置は上下電極が共に固定されており、インピーダンスに関しては、プロセスＢ用に調整されたものを用いた。
この場合、従来装置でプロセスＢを行った場合には、図示されていないが、プラズマ処理に関して良好な面内均一性を得ることができたが、プロセスＡに関しては、図６（Ａ）に示すように、ウエハ中心部はエッチングレートが小さく、周辺部に行く程エッチングレートが高くなってエッチングの面内均一性３σは１４．４％程度まで悪化していることが判明する。
【００４２】
これに対して、本発明装置では、前述した図５に示す結果を参照して、プロセスＡをダイヤル値１１．５で行い、プロセスＢをダイヤル値１５．８で行った。その結果、図６（Ｂ）に示すようにプロセスＡではプラズマ処理の面内均一性３σは３．２％程度と非常に高く維持でき、また、図６（Ｃ）に示すようにプロセスＣではプラズマ処理の面内均一性３σは７．０％とかなり高く維持でき、従って、両プロセスＡ、Ｂ共に、プラズマ処理の面内均一性を高く維持できることが判明した。
本発明装置で設けた可変インピーダンス手段３２は、安価で且つ非常に小型な電気的素子を主体として構成できるので、上下電極の一方が昇降できるようにした従来のプラズマ処理装置と比較して、その構造が非常に簡単であり、しかも設置スペースを大幅に縮小することが可能となる。尚、上記可変インピーダンス手段３２のダイヤル値は単に一例を示したに過ぎず、プロセス条件等によって最適値が変動するのは勿論である。
【００４３】
上記実施例では、可変インピーダンス手段３０として、固定コイル４０と可変コンデンサ４２の直列接続回路を、高周波ライン２４とアースとの間で接続した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば図７に示すような回路構成を採用してもよい。図７は可変インピーダンス手段３０の変形例を示す回路図である。図７（Ａ）に示す場合は、固定コイル４０と可変コンデンサ４２の接続順序を入れ替えて接続した回路である。図７（Ｂ）に示す場合は、インダクタンスを変化できる可変コイル５０と固定コンデンサ５２とを直列接続した回路である。尚、この固定コンデンサ５２に代えて可変コンデンサ４２を設けてもよい。図７（Ｃ）に示す場合は、可変コンデンサ４２と固定コイル５５を直列に、更に固定コイル４０と並列接続した回路である。これによれば、可変コンデンサ４２と固定コイル５５の直列共振でインピーダンスを最小にし、可変コンデンサ４２、固定コイル４０、固定コイル５５の並列共振によりインピーダンスを最大にすることができる。図７（Ｄ）に示す場合は、可変コンデンサ５０及び固定コンデンサ５４の直列回路と固定コンデンサ５２とを並列接続した回路である。図７（Ｅ）に示す場合は、固定コンデンサ５２と固定コイル４０との並列接続回路と、別の固定コンデンサ５４と、可変コイル５０とを順次この順序で直列接続した回路である。この回路では、例えば固定コイル４０と固定コンデンサ５２による並列共振周波数を高周波電源２８の周波数にあわせることで可変インピーダンス手段３０の高周波電源２８に対するインピーダンスを１０倍程度以上まで確実に高めることができる。
【００４４】
図７（Ｆ）に示す場合は、複数のコンデンサ５２にそれぞれ直列にスイッチ５３を接続してこれらのスイッチ５３を任意の組み合わせでオン・オフに切り替えることによって容量を段階的に変化させる例である。図７（Ｇ）に示すのは複数のインダクタ４０にそれぞれに直列にスイッチ５３を接続してこれらのスイッチ５３を任意の組み合わせでオン・オフに切り替えることによってインダクタンスを段階的に変化させ、それと可変コンデンサを組み合わせることで、微調整を可変コンデンサで行い、粗調整をインダクタの切り替えで行うようにして制御範囲を広く取りなおかつ細かな制御まで可能にしたものである。
【００４５】
＜第２実施例＞
上記第１実施例では、主としてプラズマ処理の面内均一性を向上させることを目的としたプロセスについて説明したが、プラズマの安定性を高く維持する必要のあるプロセスを行う場合もある。
ここでプラズマの安定性に関しては、プロセスの条件、例えば印加する高周波電力やプロセス圧力等に応じて処理空間Ｓ中のプラズマが整流板２２（図１参照）より下方に漏れたり、漏れなかったりする場合がある。このようにプラズマが整流板２２より下方へ漏れない場合と漏れる場合とでは、第１のマッチング回路１２や第２のマッチング回路２６（図１参照）から処理容器４内のプラズマを見た時のインピーダンスはそれぞれ異なるので、これに伴って各マッチング回路１２、２６は前述したようにインピーダンスの整合を図るようにそれぞれ自動的にインピーダンスが変化してマッチャーポジションが変わる。
【００４６】
この場合、プラズマが漏れない状態で安定していたり、或いは漏れた状態で安定していれば、問題は生じないが、その中間状態、すなわちプラズマが漏れる時と漏れない時の臨界状態になっている時には、マッチング回路はインピーダンス整合を図るためにマッチャーポジションが激しく変化を繰り返すことになって、プラズマ放電が安定しなくなり、最悪の場合にはプラズマ自体が発生しなくなってしまう。
そこで、この第２実施例では、プラズマを安定化させるために、上記第１実施例で用いた可変インピーダンス手段３０を用いる。プラズマ処理装置全体の装置構成は、第１実施例の場合と全く同様である。ここでは、プロセス処理として、例えばフォトレジスト膜の下層に設けた有機物よりなる反射防止膜をエッチングする場合を例にとって説明する。
【００４７】
この時のプロセス条件は、以下の通りである。
プロセスガス（エッチングガス）：ＣＦ４　／Ｏ２　＝７０／１０ｓｃｃｍ
プロセス圧力　　　　　　　　　：０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
下部電極温度　　　　　　　　　：６０℃
そして、上部電極６と下部電極１８のそれぞれへ印加する高周波電力の組み合わせを種々偏光してプラズマ処理を行い、この時のプラズマの安定性を目視で確認した。この時の評価結果を図８に示す。尚、この時の可変インピーダンス手段３０のダイヤル値は１５．２に固定している。
図８は上部電極と下部電極とに印加する高周波電力の組み合わせを変えた時のプラズマの安定性を示すグラフである。
【００４８】
図８に示すように、上部電極の高周波電力は、１００〜５００Ｗの範囲で変化させ、下部電極の高周波電力は３０〜１０５Ｗの範囲で変化させている。プラズマ安定性の判断基準は以下の通りである。
2004096066.tif 000003
【００４９】
この図８から明らかなように、上部電極６への印加電力と下部電極１８への印加電力との組み合わせで、プラズマの状態が大きく変化するのが判り、特に上部電極６への印加電力が２００Ｗで、下部電極１８への印加電力が４５Ｗの時にはプラズマの状態は×印になって非常に不安定であることが判明する。
そこで、この不安定な状態を示す電力印加状態を保持したまま、すなわち上部電極６へ２００Ｗの高周波電力を印加し、下部電極１８へ４５Ｗの高周波電力を印加した状態で、可変インピーダンス手段３０のダイヤル値を種々変化させて、その時のプラズマ状態の変化を目視で観察した。その時の評価結果を図９に示す。図９は可変インピーダンス手段のダイヤル値とプラズマの安定性との関係を示すグラフである。
図９から明らかなように、プラズマが安定的に発生する領域（○印の部分）は、ダイヤル値が１１．４〜１１．６の領域Ａと、ダイヤル値が１５．１〜１５．２の領域Ｂの２つの領域が存在することが判明する。
【００５０】
ここで、上記領域Ａはプラズマの漏洩が発生した状態でプラズマが安定している領域である。また、上記領域Ｂはプラズマの漏洩が無い（発生無し）状態でプラズマが安定している領域である。
このように、プロセス条件を決定する際に、そのプロセスに対するダイヤル値を予め適正に選択して規定しておくことにより、プラズマを安定的に発生した状態でプラズマ処理を行うことが可能となる。例えば上述したように規定したダイヤル値を組み込んだレシピを用いてプラズマ処理を行う。また、ダイヤル値を適宜選択することにより、プロセス条件の範囲も広くでき、プロセスマージンを拡大することができる。
ここで、上記したプロセスの種類やその時のダイヤル値は単に一例を示したに過ぎず、プロセス条件に応じて、種々適切なダイヤル値が定まるのは勿論である。
【００５１】
＜第３実施例＞
（可変インピーダンス手段単体の校正）
ところで、前述した様な可変インピーダンス手段３０等は、プラズマ処理装置の受注数に応じて、一般的には同一規格のものが多数製造される。この場合、製造誤差等によって各可変インピーダンス手段３０に特性上の僅かな誤差が発生することは避けられない。すなわち、可変インピーダンス手段３０のダイヤル値とその時の実際のリアクタンスとの関係が、常に一致しているとは限らず、可変インピーダンス手段の機差（個体差）によって僅かにずれている場合が多く生ずる。従って、同じような構成で組み立てられた本発明のプラズマ処理装置において、予め定められたダイヤル値でプラズマ処理を行った場合、ある装置では高い面内均一性で処理を行うことができるが、別の装置では同一のダイヤル値で処理を行っても高い面内均一性が得られない場合も発生する。
【００５２】
そのため、各可変インピーダンス手段及びこれに接続されるマッチング回路２６の機差（個体差）をなくすために、校正を行う必要が生ずる。
ここでは校正を行うためのパラメータとして可変インピーダンス手段３０のリアクタンスを用いることとする。図１０はプラズマ処理装置の校正を行う時のリアクタンス測定治具の取り付け状態を示す図である。
図１０に示すように、ここでのプラズマ処理装置２は、先に図１において説明した構成と全く同様に形成されている。尚、図１０中において同一構成部分については同一参照符号が付されている。
【００５３】
まず、リアクタンスを測定するために上記可変インピーダンス手段３０の出力端子３０Ａ（下部電極１８側）に、リアクタンス測定治具５６に取り付ける。そして、インピーダンスアナライザ、或いはネットワークアナライザ等の計測器を用いてダイヤル値とリアクタンスとの関係を測定する。この場合、図１０中の矢印６０で示すように見た方向のリアクタンス、すなわち可変インピーダンス３０や第２のマッチング回路２６を含んだリアクタンスが測定される。経験的に、機差は可変コンデンサ４２の容量が小さい側で小さく、容量が大きい側で大きくなる傾向にある。
【００５４】
図１１は複数（２台）のプラズマ処理装置のダイヤル値とリアクタンスとの相関関係、校正の前後のダイヤル値の関係、ダイヤル値とリアクタンスの関係をそれぞれ模式化して示した図であり、図１１（Ａ）は校正前ダイヤル値とリアクタンスとの関係を示し、図１１（Ｂ）は校正の前後のダイヤル値の関係を示し、図１１（Ｃ）は校正後のダイヤル値とリアクタンスとの関係を示す。上述のようにこの図１１（Ａ）中には、同一特性を示すべきＮＯ１とＮＯ２の２つのプラズマ処理装置についてのダイヤル値とリアクタンスの相関関係が示されている。また、この図１１（Ａ）中には、予め定められた基準となる基準相関関係６２も示されている。そして、校正を行う場合には、基準相関関係６２とＮＯ１とＮＯ２の各プラズマ処理装置の相関関係との差をそれぞれ求めて、その差分をなくすような校正関数、或いは校正表をダイヤル部４４（図２参照）に記憶させておけばよい。この時の校正の前後のダイヤル値は図１１（Ｂ）に示されている。そして、実際のプロセス時の制御は、レシピ中のダイヤル値がインピーダンス制御部３２（図２参照）側より指令された時に、この校正関数、或いは校正表に基づいて可変コンデンサ４２が制御されることになる。
【００５５】
上記校正関数は例えば２点校正の手法を用いて求めることができる。リアクタンスがＸ１、Ｘ２のときの基準校正関係６２におけるダイヤル値ＹをそれぞれＹ’１、Ｙ’２とする。またＮＯ１の装置でリアクタンスがＸ１、Ｘ２となるときの校正前ダイヤル値をそれぞれＹ１１、Ｙ１２とする。校正関数として一番単純なＹ’＝ａ１Ｙ＋ｂ１という関数を採用した場合、２つの点に対して下記の連立方程式が得られる。
Ｙ’１＝ａ１・Ｙ１１＋ｂ１
Ｙ’２＝ａ１・Ｙ１２＋ｂ１
そして、ＮＯ１の装置に対する校正関数の係数ａ１、ｂ１はそれぞれ下記式のように表すことができる。
ａ１＝（Ｙ’１−Ｙ’２）／（Ｙ１１−Ｙ１２）
ｂ１＝Ｙ’１−（Ｙ’１−Ｙ’２）・Ｙ１１／（Ｙ１１−Ｙ１２）
同様の手順でＮＯ２の装置に対する校正関数の係数ａ２、ｂ２を求めることができる。図１１（Ｂ）に示すように、ＮＯ１、ＮＯ２のそれぞれの装置の校正前のダイヤル値Ｙと校正後のダイヤル値Ｙ’の関係（校正関数）はこのような傾きと切片の異なる２本の直線として表すことができる。ちなみに、機差の要因には固定コイルのインダクタンスの機差と可変コンデンサの最小容量の機差とが考えられ、校正曲線においては前者は傾きａに、後者は切片ｂに影響する。このようにして校正をかけた後のダイヤル値Ｙ’とリアクタンスＸの値の関係は図１１（Ｃ）に示す。校正前のダイヤル値Ｙを横軸にとった場合（図１１（Ａ））互いに大きく離れていた３本の曲線が、校正後のダイヤル値Ｙ’を横軸に取るとほんとんど一致しており、ＮＯ１およびＮＯ２のどの装置でも同じダイヤル値Ｙ’に対して同じリアクタンスＸをもつ。
このような校正関数を各プラズマ処理装置毎に予め求めておけば、同一のダイヤル値を含むプロセス条件（レシピ）の場合には、機差に関係なく各装置間において例えば常に同じようなプラズマ状態を形成することが可能となる。
【００５６】
（処理容器を含む校正：その１）
上述の場合、可変インピーダンス手段３０の出力端子３０Ａにリアクタンス測定治具５６を接続して矢印６０の方向を見たリアクタンスを測定したが、装置構成、パーツ構成（パーツの交換等）よっても装置毎にリアクタンスにずれが生ずる場合がある。
従って、この場合には、図１０に示すように、下部電極１８にリアクタンス測定治具５６を接続し、可変インピーダンス手段３０及びその高周波電源側を切り離して矢印６４の方向に見たリアクタンス（６０ＭＨｚ時）を、上述した場合と同様にして測定する。
そして、ここでも前述したと同様に校正関数や校正表を上記ダイヤル部４４（図２参照）に記憶させておけばよい。この場合には、先に説明した矢印６０の方向で見た時の校正と、上記矢印６４の方向で見た時の校正を共に実行することにより、それぞれの装置に対して可変インピーダンス手段３０を同一規格の別の個体に付け代えて校正をやり直すことなく使用することができる。
【００５７】
（処理容器を含む校正：その２）
上記校正では、下部電極８にリアクタンス測定治具５６を設けて、リアクタンスの変化を測定したが、この方法は、精度が高い反面、実際にプラズマを発生させないため、ウエハ状態やプロセス条件による共振のズレまでは反映されない。そこで、これに代えて、プラズマを実際に発生させてダイヤル値と第２のマッチング回路２６のマッチングポジション部３８におけるマッチングポジションとの関係を測定するようにしてもよい（図２参照）。すなわち、装置構成、パーツ構成、ウエハ状態、プロセス条件等に共振のズレが発生するので、これに応じてマッチングポジションのダイヤル値に対する挙動も変動することになる。
【００５８】
図１２はダイヤル値とマッチングポジションとの関係を示すグラフである。図１２中にはマッチングポジションとダイヤル値との基準となる基準相関関係６６が併せて記載されている。これには、両者の関係が大きく変化する点、すなわち２つの変曲点Ｐ１、Ｐ２が表われており、この内のいずれか一方の変曲点、例えば変曲点Ｐ１を基準として校正を行う。
例えばＮＯ３のプラズマ処理装置のマッチングポジションとダイヤル値との相関関係６８が、上記基準相関関係６６に対してダイヤル値でＭ値だけズレていると仮定した場合、このＭ値を相殺するような例えば校正表を予め作成し、これをダイヤル部４４（図２参照）へ予め記憶させておき、校正を行うようにする。
尚、ここでは、マッチング回路とダイヤル値との相関関係を求めた場合について説明したが、これに代えて、可変インピーダンス手段が接続される電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、対向する電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、エッチング終点検出用分光器の出力の少なくともいずれか１つと前記可変インピーダンス手段のダイヤル値を求めるようにして上述のように校正を行ってもよい。
【００５９】
また、可変インピーダンス手段が接続される電極側から印加する高周波電圧の電圧振幅、マッチングポジション、対向する電極側から印加する高周波電圧振幅とマッチングポジション、エッチングの終点検出用分光器システムの出力の内の少なくともいずれか一つの変化を、ダイヤル値を自動的に変化させてデータを取得し、前述しがような校正手法を自動で行う機能をインピーダンス制御部等に持たせるようにしてもよい。
【００６０】
＜第４実施例＞
上記各実施例においては、インピーダンスを変化させることができる可変インピーダンス手段３０を設けたが、これに代えて、図１３に示すように、インピーダンスが固定された固定インピーダンス手段７０を設けるようにしてもよい。この場合には、この固定インピーダンス手段７０が接続される電極、すなわち下部電極１８に対向する電極、すなわち上部電極６に接続される高周波電源としては発生する高周波電圧の周波数を変化させることができる可変周波数型の高周波電源７２を用いる。この場合には、例えば基本周波数ｆｏを６０ＭＨｚとした場合、変動幅±Δｆは±５％位が適当である。この可変周波数型の高周波電源７２としては、例えば特開平５−１１４８１９号公報や特開平９−５５３４７号公報等に開示れている高周波電源を用いることができる。また、これ以上の変動幅を必要とする場合には固定回路素子を複数切り替えることによって実現できる。
このように高周波電源７２の周波数を可変にすることにより、プロセス条件に合わせてプラズマ処理の面内均一性が最適になるような周波数を設定することができる。
【００６１】
＜第５実施例＞
以上説明した実施例では、下部電極１８に接続した高周波ライン２４に可変インピーダンス手段３０等を介設した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、図１４の第５実施例に示すように、上部電極６に接続した高周波ライン１０にのみ同様な構成の可変インピーダンス手段を介設してもよいし、或いは、両者の高周波ライン１０、２４に共に可変インピーダンス手段を介設するようにしてもよい。
ここで、図１４及び図１５に示すような装置構成で、プラズマアッシング処理を行ったので、その時の評価結果について説明する。図１５は上部電極に接続されるマッチング回路と可変インピーダンス手段を主体とする回路構成図である。ここで第１のマッチング回路１２は、図２中に示すマッチング回路２６から固定コイル３４を省略したものと同様に構成されており、また、可変インピーダンス手段３０に関しては、固定コンデンサ５２と可変コイル５０の直列回路として構成されている。尚、各コイルのインダクタンスやコンデンサの容量は、図２に示す場合と異なって、対応する高周波電圧の周波数に対応させて決定されている。また、ここでは、インピーダンス制御部、ダイヤル部、マッチングポジション部などの記載は省略している。
【００６２】
このアッシング処理に用いた試料は、シリコンウエハ上に厚さが１００ｎｍのＴＥＯＳのＳｉＯ２　膜が形成されており、更にこの上面に厚さが８０ｎｍのＢＡＲＣ（有機系反射防止膜）及び厚さが４００ｎｍで幅が１８０ｎｍのラインパターンが形成されたフォトレジストが堆積されているものを用いた。
また、ＢＡＲＣとＳｉＯ２　のエッチング条件は、以下の通りである。
＜ＢＡＲＣ＞
プロセスガス（エッチングガス）：ＣＨ４　／ＣＨＦ３　／Ｏ２　＝１５７／５２／１１ｓｃｃｍ
プロセス圧力：０．９３Ｐａ（７ｍＴｏｒｒ）
下部電極温度：７５℃
高周波電力：上部電極／下部電極＝１００／５００ワット
オーバーエッチング：１０％
＜ＳｉＯ２　＞
プロセスガス（エッチングガス）：Ｃ４　Ｆ８　／Ａｒ＝１７／４００ｓｃｃｍ
プロセス圧力：５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）
下部電極温度：７５℃
高周波電力：上部電極／下部電極＝６００／６００ワット
オーバーエッチング：２０％
図１６はインピーダンス（１３．５６ＭＨｚ）に対するＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）シフトの変化を示すグラフである。上記ＣＤシフトとは、ＴＥＯＳのＳｉＯ２　のエッチング及びレジストのアッシング後の幅寸法とフォトレジストのエッチング前の幅寸法との差を示す。ここでは容量が５５ｐＦの固定コンデンサ５２と可変コイル５０を用いてインピーダンスを変化させた。
【００６３】
図１６中において、ＩＳＯは孤立パターンを示し、Ｎｅｓｔはラインやスペース（１：１）を示す。図示するように、１３．５６ＭＨｚに対するインピーダンスを変化させると、それに対応してＣＤシフト量もある程度、例えばインピーダンスが４０〜５０Ωの範囲において最大１０ｎｍ程度変化させることができることが判明した。
【００６４】
＜第６実施例＞
また、以上説明した各実施例では、上部電極６と下部電極１８の双方にそれぞれ高周波電源１４、２８を接続した装置例を例にとって説明したが、これに限定されず、いずれか一方の電極のみに高周波電源を接続した装置例にも本発明を適用できるのは勿論である。この場合には、例えば図１７の第６実施例に示すように高周波電源１４が接続されている電極、すなわちここでは上部電極６に対向する電極、すなわちここでは下部電極１８に可変インピーダンス手段３０を接続する。
【００６５】
＜第７実施例＞
以上の各実施例にあっては、いずれか一方の電極から他方の電極を見た時のインピーダンスを変化させるようにして調整制御したが、これに替えて、プラズマから見たインピーダンスを制御するようにしてもよい。この場合は、プラズマからは、これに印加される高周波の基本波に対して種々の高次の高調波が発生しているので、この高調波の内の少なくとも１つに対して共振できるように可変的にインピーダンスの制御ができるようにする。
図１８はこのような第７実施例を示すものであり、共振用可変インピーダンス手段を設けたプラズマ処理装置を示す構成図、図１９は共振用可変インピーダンス手段の一例を示す回路図である。尚、ここでは図１に示す構成と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。また、ここでは発明の理解を容易にするために図１中で記載された第１の高周波電源１４及び第１のマッチング回路１２の記載を省略している。
【００６６】
この第７実施例では図１中に示す高周波ライン２４に設けた可変インピーダンス手段３０に替えて共振用可変インピーダンス手段８０を設けている。第２の高周波電源２８から基本波である１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を下部電極１８と上部電極６との間に印加させて処理空間Ｓにプラズマを発生させると、このプラズマからは、上記基本波に対して２次、３次、４次、５次…等の高次の高調波が発生するが、上記共振用可変インピーダンス手段８０は、プラズマから見たインピーダンスを、上記複数の高次の高調波の内の少なくとも１つの高調波に対して共振させることができるように可変的に制御することができるようになっている。尚、前述したように、１３．５６ＭＨｚの基本波の高周波電流は、上部電極６や処理容器４の側壁等を介してアース側に抜けるようになっている。
【００６７】
図１９に示すように、上記共振用可変インピーダンス手段８０は、フィルタ手段８２と、１つのインピーダンス可変部８４との直列回路により構成される。更にこのインピーダンス可変部８４は可変コンデンサ８６と、固定コイル８８との直列回路により構成される。
上記高周波ライン２４に直接に接続されるフィルタ手段８２は、このフィルタ手段８２自体が接続される下部電極１８に印加される第２の高周波電源２８の基本波、すなわちここでは１３．５６ＭＨｚが流れ込まないようにカットし、且つこの基本波よりも大きな周波数を通して選択するためのものであり、ここではハイパスフィルタが使用される。
また上記インピーダンス可変部８４の可変コンデンサ８６は、その容量が可変になされており、ここでは上記基本波に対する２次高調波の近傍から４次高調波の近傍まで共振が選択できるようにプラズマから見たインピーダンスを調整して制御できるようになっている。
【００６８】
そして、実際のエッチング等のプラズマ処理を行う場合には、上記共振用可変インピーダンス手段８０のインピーダンス可変部８４の可変コンデンサ８６を可変的に調整し、プラズマから見たインピーダンスが２次高調波、３次高調波、或いは４次高調波に選択的に共振するように制御する。
これにより、ウエハＷに対するプラズマ処理の面内均一性を高く維持したり、或いは処理容器４内におけるプラズマの状態を安定的に維持することが可能となる。
【００６９】
ここで、上記可変コンデンサ８６の容量を種々変更した時の基本波を含む各高調波の電圧の変動状態、その時のプラズマ中における電子密度、及びエッチングの面内均一性の各評価を行ったので、その評価結果について説明する。図２０は可変コンデンサの容量に対する下部電極１８の電圧値であるボトム電圧Ｖｐｐ（図１８参照）の依存性を示すグラフ、図２１は可変コンデンサの容量に対する基本波を含む各高調波のボトム電圧Ｖｐｐの依存性を示すグラフ、図２２は可変コンデンサの容量に対するプラズマ中の電子密度の依存性を示すグラフ、図２３は可変コンデンサの容量に対するエッチングレートの面内均一性の評価を示すグラフである。尚、ここでは可変コンデンサ８６のダイヤル値を”０〜１１”で示しており、これは例えば２５０ｐＦ〜３０ｐＦの容量変化に対応している。
図２０から明らかなように、ダイヤル値が”０”、”７．５”、”９．９”の各ポイントＡ１、Ａ２、Ａ３でボトム電圧Ｖｐｐが大きく跳ね上がっており、この各ポイントＡ１〜Ａ３にて共振が発生していることが判明した。
【００７０】
そこで、基本波を含めて各高調波に対する電圧の変化を測定した。ここでは高調波として２次、３次、４次の場合を例に示すが、更に高次の高調波を考慮するようにしてもよい。図２１（Ａ）は基本波（１３．５６ＭＨｚ）に対するボトム電圧Ｖｐｐの変化を示しており、それぞれポイントＡ１、Ａ２、Ａ３で微少ながら電圧が一次的に急激に低下していることが判る。図２１（Ｂ）は２次高調波（２７．１２ＭＨｚ）に対するボトム電圧Ｖｐｐの変化を示しており、ポイントＡ１で電圧が急激に増加しており、ダイヤル値”０”で２次高調波に対して共振が発生していることが判明した。図２１（Ｃ）は２次高調波（４０．６８ＭＨｚ）に対するボトム電圧Ｖｐｐの変化を示しており、ポイントＡ２で電圧が急激に増加し、ダイヤル値”７．５”で２次高調波に対して共振が発生していることが判明した。図２１（Ｄ）は２次高調波（５４．２４ＭＨｚ）に対するボトム電圧Ｖｐｐの変化を示しており、ポイントＡ３で電圧が急激に増加し、ダイヤル値”９．９”で２次高調波に対して共振が発生していることが判明した。
【００７１】
またプラズマ中に電子密度を測定するためのプローブを挿入して電子密度を測定した結果、図２２に示すように、各ポイントＡ１、Ａ２、Ａ３（ダイヤル０、７．５、９．９）において電子密度が一時的に低下しており、この各ポイントでプラズマの状態が制御を受けていることが確認できた。
さて、上記したような評価結果に基づいて、種々異なったダイヤル値でウエハのシリコン酸化膜のエッチング処理を行ったので、その時のエッチングレートについて図２３に基づいて説明する。尚、ここでは直径が２００ｍｍのウエハを用いた。プロセス条件は、エッチングガスをＣＦ４　を用い、その流量は８０ｓｃｃｍである。またプロセス圧力は１５０ｍＴｏｒｒ（２０Ｐａ）である。図２０中には、各ダイヤル値に対応したポイントＡ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ４が示されている。この図２３から明らかなように、共振点から外れている各ポイントＢ１〜Ｂ４にダイヤル値を設定してエッチングを行った場合には、エッチングレートはウエハ中心部が全てにおいて盛り上がって周辺部が低下しており、エッチングレートの面内均一性が悪化していることが判明した。
【００７２】
これに対して、共振の各ポイントＡ１〜Ａ３にダイヤル値を設定した場合には、エッチングレートはウエハ中心部での盛り上がりが抑制されて全体的に略プラットになり、エッチングレートの面内均一性が大幅に改善されていることが判明した。この場合、エッチングレートは、３次、２次、１次高調波となるに従ってこの順に次第に低下しているので、エッチングレートを高く維持するためには特に３次高調波に共振するようにインピーダンス調整するのが好ましいことが判明した。尚、ポイントＡ１にダイヤル値を設定した場合には、面内均一性は改善できるが、エッチングレート自体がかなり低くなり過ぎる。
【００７３】
上記した第７実施例では、インピーダンス可変部８４として可変コンデンサ８６と固定コイル８８との直列回路を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、インピーダンスを変えることができるならばどのような回路でもよく、例えば図７に示すような全ての回路構成を用いることができる。この場合、上記したように基本波に対する高調波に対して共振させることができるように可変できるインピーダンス範囲が設定されるのは勿論である。尚、図７（Ｆ）及び図７（Ｇ）に示すように、スイッチ５３でインピーダンスを切り替える場合には、固定コイル４０のインダクタンスや固定コンデンサ５２の容量を、予め目標とする特定の高次の高調波に共振できるような値に設定しておけばよい。
【００７４】
また上記第７実施例では、共振用可変インピーダンス手段８０を第２の高周波電源２８の高周波ライン２４に設けた場合について説明したが、これに限定されず、高周波電流が流れる部分ならば何処に設けてもよい。図２４は共振用可変インピーダンス手段を接続できる部分を示す模式図である。図２４ではプラズマ処理装置を模式的に記して共振用可変インピーダンス手段の接続態様を示す。
図２４（Ａ）に示す場合は、共振用可変インピーダンス手段８０を、前記高周波ライン１０とは別のラインを用いて下部電極１８に接続している。図２４（Ｂ）に示す場合は、共振用可変インピーダンス手段８０をフォーカスリング９０に接続している。図２４（Ｃ）に示す場合は、共振用可変インピーダンス手段８０を整流板２２に接続している。図２４（Ｄ）に示す場合は、共振用可変インピーダンス手段８０を処理容器４の壁（側壁及び底壁を含む）に接続している。図２４（Ｅ）に示す場合は、共振用可変インピーダンス手段８０を上部電極６に接続している。尚、図２４（Ｄ）に示す場合には、処理容器４は対象とする高次の高調波に関しては直接的には接地されておらず、共振用可変インピーダンス手段８０を介して接地される。この図２４に示す全ての接続態様が、図１８にて説明した場合と同様な作用効果を発揮することができる。
【００７５】
また第７実施例で説明した共振用可変インピーダンス手段８０は、１つの可変コンデンサ８６と１つの固定コイル８８とよりなるインピーダンス可変部８４で、２次〜４次の高調波に対して共振の対応ができるようにしたが、これに替えて、各高調波に対して独立してインピーダンス制御ができるように複数、ここでは３つのインピーダンス可変部を設けるようにしてもよい。
【００７６】
図２５は、このような複数のインピーダンス可変部を有する共振用可変インピーダンス手段の変形例を示す回路図、図２６は図２５に示す回路図の各接続ポイントを説明するための模式図である。ここでは共振用可変インピーダンス手段８０の３点の接続ポイントがａ、ｂ、ｃで表されているが、図２５及び図２６で示される各ポイントが、図２４及び後述する図３０においてそれぞれ対応させて示されている。図２５（Ａ）に示す場合には、高周波ライン２４に、それぞれ異なる高調波を通す３つのバンドパスフィルタ８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃを並列に接続してフィルタ手段８２を構成している。この場合、第１のバンドパスフィルタ８２Ａは２次高調波を中心とする周波数帯域を通し、第２のバンドパスフィルタ８２Ｂは３次高調波を中心とする周波数帯域を通し、第３のバンドパスフィルタ８２Ｃは４次高調波を中心とする周波数帯域を通す。また各バンドパスフィルタ８２Ａ〜８２Ｃは基本波（１３．５６ＭＨｚ）は通さないのは勿論である。そして、各バンドパスフィルタ８２Ａ〜８２Ｃに、各可変コンデンサ８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃと固定コンデンサ８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃとをそれぞれ個別に直列接続してなる３つのインピーダンス可変部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃを、個別に直列接続している。
【００７７】
これによれば、３つの異なる高次の高調波の内、選択的に１つの高調波に共振させることができるのみならず、任意の２つ或いは３つの高調波に対しても同時に共振させることができる。従って、各高調波が持つプラズマ処理に対する特性を複合的に組み合わせることができる。
図２５（Ｂ）に示す場合には、フィルタ手段８２は、２次高調波以上の周波数を通過する第１のハイパスフィルタ９２Ａと、３次高調波以上の周波数を通過する第２のハイパスフィルタ９２Ｂと、４次高調波以上の周波数を通過する第３のハイパスフィルタ９２Ｃとを、この順序で直列に接続して構成されている。
そして、第１と第２のハイパスフィルタ９２Ａ、９２Ｂとの間に、図２５（Ａ）に示したと同様な構成の上記２次高調波用のインピーダンス可変部８４Ａを接続し、第２と第３のハイパスフィルタ９２Ｂ、９２Ｃとの間に、上記３次高調波用のインピーダンス可変部８４Ｂを接続し、そして、第３のハイパスフィルタ９２Ｃの下流側に上記４次高調波用のインピーダンス可変部８４Ｃを接続する。この場合にも、図２５（Ａ）にて説明したと同様な作用効果を発揮することができる。
【００７８】
図２５（Ｃ）に示す回路構成は、後述する図３０に示すような回路構成のときに用いることから、基本波が流れることを前提とする。このため、下部電極１８、フォーカスリング９０、及び整流板２２に接続する場合には用いられず、処理容器４（図２４（Ｄ）参照）や上部電極６（図２４（Ｅ）参照）に接続する場合に用いる。尚、図２４に示すような回路構成のときはこの制限は必要ない。この図２５（Ｃ）に示すように、フィルタ手段８２は、４次高調波以下の周波数を通す第１のローパスフィルタ９４Ａと、３次高調波以下の周波数を通す第２のローパスフィルタ９４Ｂと、２次高調波以下の周波数を通す第３のローパスフィルタ９４Ｃとを、この順序で直列に接続して構成されている。
【００７９】
そして、第１と第２のローパスフィルタ９４Ａ、９４Ｂとの間に、図２５（Ａ）に示したと同様な構成の上記４次高調波用のインピーダンス可変部８４Ｃを接続し、第２と第３のローパスフィルタ９４Ｂ、９４Ｃとの間に、上記３次高調波用のインピーダンス可変部８４Ｂを接続し、そして、第３のローパスフィルタ９４Ｃの下流側に上記２次高調波用のインピーダンス可変部８４Ａを接続する。この場合にも、図２５（Ａ）にて説明したと同様な作用効果を発揮することができる。
【００８０】
上記実施例で説明した各ハイパスフィルタは、例えば図２７に示すように構成できる。図２７はハイパスフィルタの一例を示す回路図である。図２７（Ａ）は、回路に直列に接続された固定コンデンサＣ１と、回路に並列に接続された固定抵抗Ｒ１とよりなる。図２７（Ｂ）は回路に直列に接続された固定コンデンサＣ１と、回路に並列に接続された固定コイルＬ１とよりなる。図２７（Ｃ）は回路に直列に接続された固定コンデンサＣ１と、回路に並列に接続された、固定コイルＬ１と固定コンデンサＣ２との直列回路とよりなる。図２７（Ｄ）は、回路に直列に接続された、固定コンデンサＣ１と固定コイルＬ１との並列回路と、回路に並列に接続した固定コイルＬ２とよりなる。
【００８１】
また上記実施例で説明した各ローパスフィルタは、例えば図２８に示すように構成できる。図２８はローパスフィルタの一例を示す回路図である。図２８（Ａ）は回路に直列に接続された固定抵抗Ｒ１と、回路に並列に接続された固定コンデンサＣ１とよりなる。図２８（Ｂ）は回路に直列に接続された固定コイルＬ１と、回路に並列に接続された固定コンデンサＣ１とよりなる。図２８（Ｃ）は回路に直列に接続された固定コイルＬ１と、回路に並列に接続された固定コンデンサＣ１と固定コイルＬ２との直列回路とよりなる。図２８（Ｄ）は回路に直列に接続された、固定コイルＬ１と固定コンデンサＣ１との並列回路と、回路に並列に接続した固定コンデンサＣ２とよりなる。
【００８２】
また図２９はノッチフィルタの一例を示す回路図であり、前述したバンドパスフィルタ８２Ａ〜８２Ｃに替えて、この種のノッチフィルタを用いてもよい。このノッチフィルタは、特定の波長帯のみを通さないノッチを直列に接続して所望する波長帯を通すようにしたものである。例えば第１の固定コイルＬ１と第１の固定コンデンサＣ１の並列回路で基本波の波長帯をカットし、第２の固定コイルＬ２と第２の固定コンデンサＣ２の並列回路で２次高調波の波長帯をカットし、第３の固定コイルＬ３と第３の固定コンデンサＣ３の並列回路で３次高調波の波長帯をカットし、そして、各並列回路を直列に接続することで４次高調波の波長帯を通すことができる（具体的には４次高調波以上の波長帯が通る）。従って、各固定コイルのインダクタンスと固定コンデンサの容量とを適切に設定すれば、所望しない波長帯をカットし、所望する波長帯を通すことができる。
【００８３】
以上の第７実施例では、下部電極１８に高周波電源２８を接続した場合を例にとって説明したが、これに替えて、上部電極６のみに高周波電源を接続した場合にも、上下逆になるだけであり、上述したと同様に行うことができる。この場合、下部電極１８は上部電極６に印加される高周波電流が通るように設定されるのは勿論である。
更に、図３０に示すように、上部電極６と下部電極１８の双方に高周波電源１４、２８をそれぞれ接続した場合（この点は図１に示す場合と同じである）にも本発明を適用することができる。ここでは、下部電極１８の高周波ライン２４に共振用可変インピーダンス手段８０を設けると共に、上部電極６の高周波ライン１０にも共振用可変インピーダンス手段９８を設けている。この場合、上部電極６側の共振用可変インピーダンス手段９８の構成は、基本周波数が１３．５６ＭＨｚから第１の高周波電源１４の６０ＭＨｚに変更している以外は、先に下部電極１８側の共振用可変インピーダンス手段８０に対して説明した構成が全て適用できる。
【００８４】
また、上記２つの共振用可変インピーダンス手段８０、９８のいずれかに一方を択一的に採用するようにしてもよい。
また上記第７実施例では各インピーダンス可変部を高調波に対して完全な共振状態に設定する場合、或いは共振状態から大きく外す場合を説明したが、これに限定されず、不完全な共振状態、例えば５０％程度の共振状態に設定して、プラズマの状態をコントロールするようにしてもよく、共振状態の程度も０〜１００％まで線形的に変化するように制御してもよい。
また、以上の説明で用いた高周波電源の周波数は単に一例を示したに過ぎず、他に例えば８００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、１００ＭＨｚ等を用いることもできる。
尚、以上の実施例では被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等を処理する場合にも本発明を適用することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ処理装置及び可変インピーダンス手段の校正方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、４〜９、１３、１４、１８〜２２に係る発明によれば、上部電極と下部電極の内のいずれか一方の電極の高周波ラインに可変インピーダンス手段を設けて他方の電極側から見た時のインピーダンスを変化させることができるようにしたので、プロセス条件や装置自体の状態に適合させてインピーダンスを制御することができる。
従って例えば被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を高く維持したり、或いは処理容器内におけるプラズマの状態を安定的に維持することができる。
請求項２に係る発明によれば、インピーダンス制御部の構成は、細かな制御が可能だが制御範囲が比較的狭い連続可変素子を内蔵するものと、細かい制御はできないが制御範囲が広くとれる固定素子の切り替えによるもの、さらにはその両方を組み合わせて、制御範囲を広くとり、なおかつ細かな制御まで可能なものを採用することができる。
請求項３に係る発明によれば、マッチング動作に関してほとんど影響を与えることも無く、さらに可変インピーダンス手段を設けることによる高周波電力のパワーロスおよびそれに伴う可変インピーダンス手段の焼損を防ぐことができる。請求項１０に係る発明によれば、高周波電源として周波数可変型の高周波電源を用い、これに接続される電極とは対向する電極側に、連続、或いは段階的に異なる周波数に対して異なるインピーダンス値をもつ固定インピーダンス手段を設けるようにしたので、プロセス条件や装置自体の状態に適合させて高周波電圧の周波数を変化させることにより、プラズマ処理の面内均一性を向上させたり、プラズマの安定化を図ることが可能となる。
請求項１１に係る発明によれば、電源周波数の制御と可変インピーダンス素子を組み合わせて利用することにより、通常あまり大きくとることのできない周波数可変範囲においてインピーダンスの制御範囲を広くとることも可能となる。目標とするインピーダンスがお互いにかけ離れた２点ある場合について、固定回路素子の切り替えによって粗く調整を行い、さらに周波数を連続的に変化させることで微調整を行い、目標とするインピーダンスの変化を高い精度で実現することが可能となる。
請求項１２、１５、１６に係る発明によれば、可変インピーダンス手段を量産した場合でもこの機差（個体差）を校正することができる。
請求項１７に係る発明によれば、請求項１５、１６に規定する校正方法とは違って、実施にあたって特別な治具や計測器を必要とせず、装置に通常に備わっているものだけで実施できることから、大きな利点がある。
請求項２３〜３５に係る発明によれば、共振用可変インピーダンス手段を設けてプラズマから見たインピーダンスを、高周波電源の高調波の内の少なくとも１つに対して共振できるように可変にしたので、プロセス条件や装置自体の状態に適合させてインピーダンスを調整制御することができる。
従って、例えば被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性を高く維持したり、或いは処理容器内におけるプラズマの状態を安定的に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】下部電極に接続されるマッチング回路と可変インピーダンス手段を主体とする回路構成図である。
【図３】可変インピーダンス手段のインピーダンス対応値（ダイヤル値）と容量との相互関係を示すグラフである。
【図４】可変インピーダンス手段のインピーダンス対応値（ダイヤル値）とリアクタンスとの相互関係を示すグラフである。
【図５】プロセスＡ、Ｂのダイヤル値とプラズマ処理の面内均一性３σとの関係を示すグラフである。
【図６】従来装置と本発明装置とでプロセスを行った時の直径３００ｍｍのウエハ上のエッチングレートの分布を示すグラフである。
【図７】可変インピーダンス手段の変形例を示す回路図である。
【図８】上部電極と下部電極とに印加する高周波電力の組み合わせを変えた時のプラズマの安定性を示すグラフである。
【図９】可変インピーダンス手段のダイヤル値とプラズマの安定性との関係を示すグラフである。
【図１０】プラズマ処理装置の校正を行う時のリアクタンス測定治具の取り付け状態を示す図である。
【図１１】複数（２台）のプラズマ処理装置のダイヤル値とリアクタンスとの相関関係、校正の前後のダイヤル値の関係、ダイヤル値とリアクタンスの関係をそれぞれ模式化して示した図である。
【図１２】ダイヤル値とマッチングポジションとの関係を示すグラフである。
【図１３】固定インピーダンス手段と可変周波数型の高周波電源を用いたプラズマ処理装置を示す構成図である。
【図１４】本発明に係るプラズマ処理装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１５】上部電極に接続されるマッチング回路と可変インピーダンス手段を主体とする回路構成図である。
【図１６】インピーダンス（１３．５６ＭＨｚ）に対するＣＤシフトの変化を示すグラフである。
【図１７】一方の電極のみに高周波電源が接続された時のプラズマ処理装置を示す構成図である。
【図１８】共振用可変インピーダンス手段を設けたプラズマ処理装置を示す構成図である。
【図１９】共振用可変インピーダンス手段の一例を示す回路図である。
【図２０】可変コンデンサの容量に対する下部電極の電圧値であるボトム電圧Ｖｐｐの依存性を示すグラフである。
【図２１】可変コンデンサの容量に対する基本波を含む各高調波のボトム電圧Ｖｐｐの依存性を示すグラフである。
【図２２】可変コンデンサの容量に対するプラズマ中の電子密度の依存性を示すグラフである。
【図２３】可変コンデンサの容量に対するエッチングレートの面内均一性の評価を示すグラフである。
【図２４】プラズマ処理装置を模式的に記して共振用可変インピーダンス手段の接続態様を示す。
【図２５】複数のインピーダンス可変部を有する共振用可変インピーダンス手段の変形例を示す回路図である。
【図２６】図２５に示す回路図の各接続ポイントを説明するための模式図である。
【図２７】ハイパスフィルタの一例を示す回路図である。
【図２８】ローパスフィルタの一例を示す回路図である。
【図２９】ノッチフィルタの一例を示す回路図である。
【図３０】上部電極と下部電極の双方に高周波電源をそれぞれ接続した場合のプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２　プラズマ処理装置
４　処理容器
６　上部電極
１０　高周波ライン
１２　第１のマッチング回路
１４　第１の高周波電源
１８　下部電極（載置台）
２６　第２のマッチング回路
３０　可変インピーダンス手段
３２　インピーダンス制御部
４０　固定コイル
４２　可変コンデンサ
４４　ダイヤル部
５６　リアクタンス測定治具
７０　固定インピーダンス手段
７２　可変周波数型の高周波電源
８０，９８　共振用可変インピーダンス手段
８２　フィルタ手段
８２Ａ〜８２Ｃ　バンドパスフィルタ
８４，８４Ａ〜８４Ｃ　インピーダンス可変部
８６，８６Ａ〜８６Ｃ　可変コンデンサ
８８，８８Ａ〜８８Ｃ　固定コイル
９０　フォーカスリング
９２Ａ〜９２Ｃ　ハイパスフィルタ
９４Ａ〜９４Ｃ　ローパスフィルタ
Ｗ　半導体ウエハ（被処理体）
【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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【図２９】
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【図３０】
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