(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
高周波を出力する高周波電源と、
前記第１電極及び前記第２電極のうち一方の電極に前記高周波電源を接続する給電ラインと、
前記高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための整合器と、
前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータを求める演算部と、
を備え、
該プラズマ処理方法において、前記処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階であり順に実行される該複数の段階を各々が含む複数のサイクルが順に実行され、
前記複数の段階にわたって前記高周波電源から前記高周波が前記一方の電極に供給され、
該プラズマ処理方法は、
前記複数の段階中の先行する段階から該先行する段階に連続する後続の段階に遷移するときに、前記ガス供給系が出力する処理ガスを切り替える工程と、
前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に前記パラメータが閾値を超えた時点で、前記高周波電源から前記一方の電極に供給される前記高周波の設定を変更する工程であり、該高周波の設定を変更することは、前記高周波電源から前記一方の電極に供給される前記高周波を、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に変更することを含む、該工程と、
を含むプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記高周波の設定を変更することは、前記高周波のパワーを変更することを更に含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
高周波を出力する高周波電源と、
前記第１電極及び前記第２電極のうち一方の電極に前記高周波電源を接続する給電ラインと、
前記高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための整合器と、
前記第１電極に接続されており、負極性の直流電圧を発生する直流電源と、
前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータを求める演算部と、
を備え、
該プラズマ処理方法において、前記処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階であり順に実行される該複数の段階を各々が含む複数のサイクルが順に実行され、
前記複数の段階にわたって前記高周波電源から前記高周波が前記一方の電極に供給され、
該プラズマ処理方法は、
前記複数の段階中の先行する段階から該先行する段階に連続する後続の段階に遷移するときに、前記ガス供給系が出力する処理ガスを切り替える工程と、
前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に前記パラメータが閾値を超えた時点で、前記高周波電源から前記一方の電極に供給される前記高周波の設定、及び、前記直流電源によって出力される前記直流電圧のレベルのうち少なくとも一方を変更する工程であり、該高周波の設定を変更することは、前記高周波のパワーを変更すること、及び／又は、前記高周波電源から前記一方の電極に供給される前記高周波を、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に変更することを含む、該工程と、
を含むプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記プラズマ処理装置の時間調整部において、前記後続の段階に遷移したときから前記パラメータが前記閾値を超えた前記時点までの時間差を求める工程と、
前記複数のサイクルのうち先行するサイクルにおいて求められた前記時間差の分だけ増加するよう、前記複数のサイクルのうち前記先行するサイクルの後に実行されるサイクルにおける前記後続の段階と同じ段階の所定の実行時間長を調整する工程と、
を更に含む、請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
高周波を出力する高周波電源と、
前記第１電極及び前記第２電極のうち一方の電極に前記高周波電源を接続する給電ラインと、
前記高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための整合器と、
前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータを求める演算部と、
を備え、
該プラズマ処理方法において、前記処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階であり順に実行される該複数の段階を各々が含む複数のサイクルが順に実行され、
前記複数の段階にわたって前記高周波電源から前記高周波が前記一方の電極に供給され、
該プラズマ処理方法は、
前記複数の段階中の先行する段階から該先行する段階に連続する後続の段階に遷移するときに、前記ガス供給系が出力する処理ガスを切り替える工程と、
前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に前記パラメータが閾値を超えた時点で、前記高周波電源から前記一方の電極に供給される前記高周波の設定を変更する工程であり、該高周波の設定を変更することは、前記高周波のパワーを変更すること、及び／又は、前記高周波電源から前記一方の電極に供給される前記高周波を、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に変更することを含む、該工程と、
を含み、
前記プラズマ処理装置の時間調整部において、前記後続の段階に遷移したときから前記パラメータが前記閾値を超えた前記時点までの時間差を求める工程と、
前記複数のサイクルのうち先行するサイクルにおいて求められた前記時間差の分だけ増加するよう、前記複数のサイクルのうち前記先行するサイクルの後に実行されるサイクルにおける前記後続の段階と同じ段階の所定の実行時間長を調整する工程と、
を更に含む、プラズマ処理方法。
【請求項６】
前記演算部において、パラメータの系列から求められる移動平均値を用いて、前記閾値を調整する工程を更に含み、
前記パラメータの系列は、前記複数のサイクルのうち既に実行済みのサイクルに含まれる前記後続の段階と同一の段階、又は、前記後続の段階と前記実行済みのサイクルに含まれる該後続の段階と同一の段階のそれぞれで前記整合器によるインピーダンス整合が完了した状態における、前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータから構成される、
請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
高周波を出力する高周波電源と、
前記第１電極及び前記第２電極のうち一方の電極に前記高周波電源を接続する給電ラインと、
前記高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための整合器と、
前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータを求める演算部と、
を備え、
該プラズマ処理方法において、前記処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階であり順に実行される該複数の段階を各々が含む複数のサイクルが順に実行され、
前記複数の段階にわたって前記高周波電源から前記高周波が前記一方の電極に供給され、
該プラズマ処理方法は、
前記複数の段階中の先行する段階から該先行する段階に連続する後続の段階に遷移するときに、前記ガス供給系が出力する処理ガスを切り替える工程と、
前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に前記パラメータが閾値を超えた時点で、前記高周波電源から前記一方の電極に供給される前記高周波の設定を変更する工程であり、該高周波の設定を変更することは、前記高周波のパワーを変更すること、及び／又は、前記高周波電源から前記一方の電極に供給される前記高周波を、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に変更することを含む、該工程と、
を含み、
前記演算部において、パラメータの系列から求められる移動平均値を用いて、前記閾値を調整する工程を更に含み、
前記パラメータの系列は、前記複数のサイクルのうち既に実行済みのサイクルに含まれる前記後続の段階と同一の段階、又は、前記後続の段階と前記実行済みのサイクルに含まれる該後続の段階と同一の段階のそれぞれで前記整合器によるインピーダンス整合が完了した状態における、前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータから構成される、
プラズマ処理方法。
【請求項８】
前記複数の段階は、
希ガス及びフルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する第１段階と、
前記第１段階に続き、希ガスを含む第２の処理ガスのプラズマを生成する第２段階と、
を含む、請求項１〜７の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記複数の段階は、前記第２段階に続き、希ガス及び酸素ガスを含む第３の処理ガスのプラズマを生成する第３段階を更に含む、請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
高周波を出力する高周波電源と、
前記第１電極及び前記第２電極のうち一方の電極に前記高周波電源を接続する給電ラインと、
前記高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための整合器と、
前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータを求める演算部と、
前記ガス供給系、前記高周波電源、及び前記整合器を制御する主制御部と、
を備え、
前記主制御部は、複数のサイクルを順に実行し、該複数のサイクルの各々において、前記処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階を順に実行し、
前記高周波電源は、前記複数の段階にわたって前記高周波を前記一方の電極に供給し、
前記主制御部は、前記複数の段階中の先行する段階から該先行する段階に連続する後続の段階に遷移するときに、出力する処理ガスを切り替えるよう前記ガス供給系を制御し、
前記高周波電源は、前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に前記パラメータが閾値を超えた時点で、前記一方の電極に供給される前記高周波の設定の変更を行い、
前記高周波の設定の前記変更は、前記一方の電極に供給される前記高周波を、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に変更することを含む、
プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記高周波の設定の前記変更は、前記高周波のパワーを変更することを更に含む、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
高周波を出力する高周波電源と、
前記第１電極及び前記第２電極のうち一方の電極に前記高周波電源を接続する給電ラインと、
前記高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための整合器と、
前記第１電極に接続されており、負極性の直流電圧を発生する直流電源と、
前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータを求める演算部と、
前記ガス供給系、前記高周波電源、前記整合器、及び前記直流電源を制御する主制御部と、
を備え、
前記主制御部は、複数のサイクルを順に実行し、該複数のサイクルの各々において、前記処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階を順に実行し、
前記高周波電源は、前記複数の段階にわたって前記高周波を前記一方の電極に供給し、
前記主制御部は、前記複数の段階中の先行する段階から該先行する段階に連続する後続の段階に遷移するときに、出力する処理ガスを切り替えるよう前記ガス供給系を制御し、
前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に前記パラメータが閾値を超えた時点で、前記高周波電源が前記一方の電極に供給する前記高周波の設定の変更を行い、及び／又は、前記直流電源が出力する前記直流電圧のレベルの変更を行い、
前記高周波の設定の前記変更は、前記高周波のパワーを変更すること、及び／又は、前記一方の電極に供給される前記高周波を、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に変更することを含む、
プラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記プラズマ処理装置は、前記後続の段階に遷移したときから前記パラメータが前記閾値を超えた前記時点までの時間差を求める時間調整部を更に備え、
前記主制御部は、前記複数のサイクルのうち先行するサイクルにおいて求められた前記時間差の分だけ増加するよう、前記複数のサイクルのうち前記先行するサイクルの後に実行されるサイクルにおける前記後続の段階と同じ段階の所定の実行時間長を調整する、
請求項１０〜１２の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
高周波を出力する高周波電源と、
前記第１電極及び前記第２電極のうち一方の電極に前記高周波電源を接続する給電ラインと、
前記高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための整合器と、
前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータを求める演算部と、
前記ガス供給系、前記高周波電源、及び前記整合器を制御する主制御部と、
を備え、
前記主制御部は、複数のサイクルを順に実行し、該複数のサイクルの各々において、前記処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階を順に実行し、
前記高周波電源は、前記複数の段階にわたって前記高周波を前記一方の電極に供給し、
前記主制御部は、前記複数の段階中の先行する段階から該先行する段階に連続する後続の段階に遷移するときに、出力する処理ガスを切り替えるよう前記ガス供給系を制御し、
前記高周波電源は、前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に前記パラメータが閾値を超えた時点で、前記一方の電極に供給される前記高周波の設定の変更を行い、
前記高周波の設定の前記変更は、前記高周波のパワーを変更すること、及び／又は、前記一方の電極に供給される前記高周波を、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に変更することを含み、
前記後続の段階に遷移したときから前記パラメータが前記閾値を超えた前記時点までの時間差を求める時間調整部を更に備え、
前記主制御部は、前記複数のサイクルのうち先行するサイクルにおいて求められた前記時間差の分だけ増加するよう、前記複数のサイクルのうち前記先行するサイクルの後に実行されるサイクルにおける前記後続の段階と同じ段階の所定の実行時間長を調整する、
プラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記演算部は、パラメータの系列から求められる移動平均値を用いて、前記閾値を調整し、
前記パラメータの系列は、前記複数のサイクルのうち既に実行済みのサイクルに含まれる前記後続の段階と同一の段階、又は、前記後続の段階と前記実行済みのサイクルに含まれる該後続の段階と同一の段階のそれぞれで前記整合器によるインピーダンス整合が完了した状態における、前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータから構成される、
請求項１０〜１４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
高周波を出力する高周波電源と、
前記第１電極及び前記第２電極のうち一方の電極に前記高周波電源を接続する給電ラインと、
前記高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための整合器と、
前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータを求める演算部と、
前記ガス供給系、前記高周波電源、及び前記整合器を制御する主制御部と、
を備え、
前記主制御部は、複数のサイクルを順に実行し、該複数のサイクルの各々において、前記処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階を順に実行し、
前記高周波電源は、前記複数の段階にわたって前記高周波を前記一方の電極に供給し、
前記主制御部は、前記複数の段階中の先行する段階から該先行する段階に連続する後続の段階に遷移するときに、出力する処理ガスを切り替えるよう前記ガス供給系を制御し、
前記高周波電源は、前記ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後に前記パラメータが閾値を超えた時点で、前記一方の電極に供給される前記高周波の設定の変更を行い、
前記高周波の設定の前記変更は、前記高周波のパワーを変更すること、及び／又は、前記一方の電極に供給される前記高周波を、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に変更することを含み、
前記演算部は、パラメータの系列から求められる移動平均値を用いて、前記閾値を調整し、
前記パラメータの系列は、前記複数のサイクルのうち既に実行済みのサイクルに含まれる前記後続の段階と同一の段階、又は、前記後続の段階と前記実行済みのサイクルに含まれる該後続の段階と同一の段階のそれぞれで前記整合器によるインピーダンス整合が完了した状態における、前記高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータから構成される、
プラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記複数の段階は、
希ガス及びフルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する第１段階と、
前記第１段階に続き、希ガスを含む第２の処理ガスのプラズマを生成する第２段階と、
を含む、請求項１０〜１６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記複数の段階は、前記第２段階に続き、希ガス及び酸素ガスを含む第３の処理ガスのプラズマを生成する第３段階を更に含む、請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、被加工物の加工に用いられるプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、プラズマ処理装置を用いて被加工物に対するプラズマ処理が行われる。プラズマ処理装置は、一般的に、処理容器、ガス供給系、第１電極、第２電極、及び、高周波電源を備えている。ガス供給系は、処理容器内に処理ガスを供給するように構成されている。第１電極と第２電極は、それらの間に処理容器内の空間が介在するように設けられている。高周波電源は、第１電極及び第２電極のうち一方の電極に高周波を供給するようになっている。このようなプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理では、一般的に、ガス供給系から処理容器内に処理ガスが供給され、高周波電源からの高周波が一方の電極に供給される。
【０００３】
プラズマ処理には、互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する二つの段階を交互に実行するものがある。この種のプラズマ処理では、先行する段階から後続の段階に遷移するときに、ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられ、また、高周波の設定が変更される。
【０００４】
ガスは質量を有しているので、ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた時点から、処理容器内の処理ガスが切り替わる時点までの間には、時間を要する。一方、設定が変更された高周波は、略遅延なく一方の電極に供給される。よって、処理容器内の処理ガスが切り替わる前に、設定が変更された高周波が一方の電極に供給される事態が生じる。
【０００５】
そこで、処理容器内における発光スペクトルの検出結果から、後続の段階用の処理ガスが処理容器内に到達していることが確認された後に、電極への高周波の供給を開始する技術が提案されている。かかる技術については、下記の特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−５８７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行する段階において用いられる処理ガスのプラズマの発光スペクトルと後続の段階において用いられる処理ガスのプラズマの発光スペクトルとの間には、検出可能な程度の差がないことがある。したがって、処理容器内において処理ガスが切り替わった時点を高精度に検出することができなく、結果的に、高周波の設定を適切なタイミングで変更することができない。
【０００８】
また、プラズマ処理装置には、第１電極に接続された直流電源を更に備えるものがある。直流電源は、負極性の直流電圧を第１電極に印加することが可能である。このプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理では、先行する段階から後続の段階に遷移するときに、直流電源が出力する直流電圧のレベルが変更されることがある。このプラズマ処理においても、直流電圧のレベルの変更を適切なタイミングで変更することができないという問題がある。
【０００９】
したがって、処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階であり順に実行される当該複数の段階を各々が含む複数のサイクルを順に実行するプラズマ処理方法において、先行する段階から後続の段階に遷移した後の適切な時点に高周波の設定及び／又は直流電圧のレベルの設定を変更することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様においては、プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給系、第１電極及び第２電極、高周波電源、給電ライン、整合器、並びに、演算部を備える。ガス供給系は、処理容器内にガスを供給するよう構成されている。第１電極及び第２電極は、処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられている。高周波電源は、高周波を出力するよう構成されている。給電ラインは、第１電極及び第２電極のうち一方の電極に高周波電源を接続する。整合器は、高周波電源の負荷インピーダンスを調整するよう構成されている。演算部は、高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータを求めるよう構成されている。一態様に係るプラズマ処理方法では、処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階であり順に実行される該複数の段階を各々が含む複数のサイクルが順に実行される。高周波電源からの高周波は、複数の段階にわたって一方の電極に供給される。このプラズマ処理方法は、（ｉ）複数の段階中の先行する段階から該先行する段階に連続する後続の段階に遷移するときに、ガス供給系が出力する処理ガスを切り替える工程と、（ｉｉ）ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後にパラメータが閾値を超えた時点で、高周波電源から一方の電極に供給される高周波の設定を変更する工程と、を含む。高周波の設定を変更することは、高周波のパワーを変更すること、及び／又は、高周波電源から一方の電極に供給される高周波を、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に変更することを含む。
【００１１】
高周波の供給が継続された状態で、処理容器内の処理ガスが切り替わると、処理容器内において生成されるプラズマのインピーダンスが変化する。上述したパラメータは、プラズマのインピーダンスに応じて変化するパラメータであるので、処理容器内に存在している処理ガスの変化を良好に反映する。一態様に係るプラズマ処理方法では、かかるパラメータが閾値を超えた時点を検出することにより、処理容器内の処理ガスが切り替わった時点を高精度に検出することができる。また、この時点において高周波の設定が変更されるので、処理容器内の処理ガスが切り替わった適切な時点で、高周波の設定を変更することができる。
【００１２】
また、別の態様においては、プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理装置は、であって、プラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給系、第１電極及び第２電極、高周波電源、給電ライン、整合器、直流電源、並びに、演算部を備える。ガス供給系は、処理容器内にガスを供給するよう構成されている。第１電極及び第２電極は、処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられている。高周波電源は、高周波を出力するよう構成されている。給電ラインは、第１電極及び第２電極のうち一方の電極に高周波電源を接続する。整合器は、高周波電源の負荷インピーダンスを調整するよう構成されている。直流電源は、第１電極に接続されており、負極性の直流電圧を発生するよう構成されている。演算部は、高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータを求めるよう構成されている。一態様に係るプラズマ処理方法では、処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階であり順に実行される該複数の段階を各々が含む複数のサイクルが順に実行される。高周波電源からの高周波は、複数の段階にわたって一方の電極に供給される。この態様のプラズマ処理方法は、（ｉ）複数の段階中の先行する段階から該先行する段階に連続する後続の段階に遷移するときに、ガス供給系が出力する処理ガスを切り替える工程と、（ｉｉ）ガス供給系が出力する処理ガスが切り替えられた後にパラメータが閾値を超えた時点で、高周波電源から一方の電極に供給される前記高周波の設定、及び、直流電源によって出力される直流電圧のレベルのうち少なくとも一方を変更する工程と、を含む。高周波の設定を変更することは、高周波のパワーを変更すること、及び／又は、高周波電源から一方の電極に供給される高周波を、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に変更することを含む。
【００１３】
この態様に係るプラズマ処理方法では、パラメータが閾値を超えた時点を検出することにより、処理容器内の処理ガスが切り替わった時点を高精度に検出することができる。また、この時点において高周波の設定及び／又は直流電圧のレベルが変更されるので、処理容器内の処理ガスが切り替わった適切な時点で、高周波の設定及び／又は直流電圧のレベルを変更することができる。
【００１４】
一実施形態において、プラズマ処理装置は、時間調整部を更に備える。この実施形態のプラズマ処理方法は、（ｉｉｉ）時間調整部において、後続の段階に遷移したときからパラメータが閾値を超えた前記時点までの時間差を求める工程と、（ｉｖ）複数のサイクルのうち先行するサイクルにおいて求められた時間差の分だけ増加するよう、複数のサイクルのうち先行するサイクルの後に実行されるサイクルにおける前記後続の段階と同じ段階の所定の実行時間長を調整する工程と、を更に含む。複数の段階の各々には、その実行時間長が初期的に設定されている。したがって、複数の段階のうち一つの段階において、パラメータが閾値を超えた時点が遅れると、当該一つの段階における当該時点からのプラズマ処理の時間長が短くなる。この実施形態によれば、上記の時間差の分、後に実行されるサイクルにおける上記後続の段階と同一の段階の時間長が増加されるので、複数のサイクル中の同一の段階のプラズマ処理の総実行時間長が、実質的に維持される。
【００１５】
一実施形態において、プラズマ処理方法は、演算部において、パラメータの系列から求められる移動平均値を用いて、閾値を調整する工程を更に含む。パラメータの系列は、複数のサイクルのうち既に実行済みのサイクルに含まれる前記後続の段階と同一の段階、又は、前記後続の段階と実行済みのサイクルに含まれる該後続の段階と同一の段階のそれぞれで整合器によるインピーダンス整合が完了した状態における、高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、高周波の反射波係数のうち何れかを含むパラメータから構成される。各段階において整合器によるインピーダンス整合が完了した状態では、処理容器内にはその段階において用いられる処理ガスが十分に到達している。したがって、この状態でのパラメータの系列の移動平均値を用いて閾値を調整することにより、処理容器内の処理ガスが切り替わったタイミングをより高精度に検出することが可能となる。
【００１６】
一実施形態では、複数の段階は、希ガス及びフルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する第１段階と、第１段階に続き、希ガスを含む第２の処理ガスのプラズマを生成する第２段階と、を含んでいてもよい。一実施形態では、複数の段階は、第２段階に続き、希ガス及び酸素ガスを含む第３の処理ガスのプラズマを生成する第３段階を更に含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、処理容器内で互いに異なる処理ガスのプラズマを生成する複数の段階であり順に実行される当該複数の段階を各々が含む複数のサイクルを順に実行するプラズマ処理方法において、先行する段階から後続の段階に遷移した後の適切な時点に高周波の設定及び／又は直流電圧のレベルの設定を変更することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】一実施形態に係るプラズマ処理方法に関する一例のタイミングチャートである。
【図３】一実施形態に係るプラズマ処理方法に関する別の例のタイミングチャートである。
【図４】高周波電源及び整合器の構成を例示する図である。
【図５】整合器のセンサ及びコントローラの構成を例示する図である。
【図６】一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。
【図７】高周波電源及び整合器の構成の別の例を示す図である。
【図８】高周波電源のインピーダンスセンサの構成を示す図である。
【図９】別の実施形態にかかるプラズマ処理方法において実行されるインピーダンス整合の方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２０】
まず、プラズマ処理方法の実施形態が適用され得るプラズマ処理装置について説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、処理容器１０を備えている。処理容器１０は、略円筒形状を有しており、アルミニウムといった材料から形成されている。この処理容器１０の内壁面には、陽極酸化処理が施されている。また、処理容器１０は、接地されている。
【００２１】
処理容器１０の底部上には、絶縁板１２が設けられている。絶縁板１２は、例えば、セラミックから形成されている。この絶縁板１２上には、支持台１４が設けられている。支持台１４は、略円柱形状を有している。この支持台１４上にはサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は、アルミニウムといった導電性の材料から形成されており、下部電極（第２電極）を構成している。
【００２２】
サセプタ１６上には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、絶縁層又は絶縁シートの間に、導電膜から構成された電極２０が挟まれた構造を有している。静電チャック１８の電極２０には、スイッチ２２を介して直流電源２４が電気的に接続されている。この静電チャック１８は、直流電源２４からの直流電圧により静電吸着力を発生し、当該静電チャック１８上に載置された被加工物Ｗを静電吸着力により保持するようになっている。なお、被加工物Ｗは、例えば、ウエハのような円盤状の物体である。この静電チャック１８の周囲、且つ、サセプタ１６上には、フォーカスリング２６が配置されている。また、サセプタ１６及び支持台１４の外周面には、円筒状の内壁部材２８が取り付けられている。この内壁部材２８は、例えば、石英から形成されている。
【００２３】
支持台１４の内部には、冷媒流路３０が形成されている。冷媒流路３０は、例えば、鉛直方向に延びる中心軸線に対して螺旋状に延在している。この冷媒流路３０には、処理容器１０の外部に設けられたチラーユニットから配管３２ａを介して冷媒ｃｗ（例えば、冷却水）が供給される。冷媒流路３０に供給された冷媒は、配管３２ｂを介してチラーユニットに回収される。この冷媒の温度がチラーユニットによって調整されることにより、被加工物Ｗの温度が調整されるようになっている。さらに、プラズマ処理装置１では、ガス供給ライン３４を介して供給される伝熱ガス（例えば、Ｈｅガス）が、静電チャック１８の上面と被加工物Ｗの裏面との間に供給されるようになっている。
【００２４】
サセプタ１６には、導体４４（例えば、給電棒）が接続されている。この導体４４には、高周波電源３６が、整合器４０を介して接続されている。高周波電源３６は、プラズマの生成用の高周波ＲＦを発生する。整合器４０及び導体４４は、高周波電源３６からの高周波ＲＦをサセプタ１６に伝送する給電ライン４３の一部を構成している。高周波電源３６が出力する高周波ＲＦの基本周波数ｆＢは、例えば、２ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。
【００２５】
処理容器１０の天部には、上部電極４６が設けられている。この上部電極４６とサセプタ１６の間には、プラズマが生成される処理容器１０内の処理空間ＰＳが介在している。一実施形態において、上部電極４６には直流電源７４が接続されている。直流電源７４は、負極性の直流電圧ＤＣを上部電極４６に印加するように構成されている。上部電極４６は、天板４８及び支持体５０を有している。天板４８には、多数のガス噴出孔４８ａが形成されている。天板４８は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣといったシリコン系の材料から形成されている。支持体５０は、天板４８を着脱可能に支持する部材であり、アルミニウムから形成されており、その表面には陽極酸化処理が施されている。
【００２６】
支持体５０の内部には、ガスバッファ室５２が形成されている。また、支持体５０には、多数のガス通気孔５０ａが形成されている。ガス通気孔５０ａは、ガスバッファ室５２から延びて、ガス噴出孔４８ａに連通している。ガスバッファ室５２には、ガス供給管５４を介してガス供給系５５が接続されている。ガス供給系５５は、ガスソース群５６、流量制御器群５８、及び、バルブ群６０を含んでいる。ガスソース群５６は、複数のガスソースを含んでいる。流量制御器群５８は、複数の流量制御器を含んでいる。複数の流量制御器は、例えば、マスフローコントローラであり得る。また、バルブ群６０は複数のバルブを含んでいる。ガスソース群５６の複数のガスソースは、流量制御器群５８の対応の流量制御器及びバルブ群６０の対応のバルブを介して、ガス供給管５４に接続されている。ガス供給系５５は、複数のガスソースのうち選択されたガスソースからのガスを、調整された流量でガスバッファ室５２に供給するように構成されている。ガスバッファ室５２に導入されたガスは、ガス噴出孔４８ａから処理空間ＰＳに噴出される。
【００２７】
サセプタ１６と処理容器１０の側壁との間、及び、支持台１４と処理容器１０の側壁との間には、平面視において環状の空間が形成されており、当該空間の底部は処理容器１０の排気口６２に繋がっている。処理容器１０の底部には、排気口６２に連通する排気管６４が接続されている。この排気管６４は、排気装置６６に接続されている。排気装置６６は、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。排気装置６６は、処理容器１０の内部空間を所望の圧力に減圧する。また、処理容器１０の側壁には被加工物Ｗの搬入及び搬出のための開口６８が形成されている。処理容器１０の側壁には、開口６８を開閉するためのゲートバルブ７０が取り付けられている。
【００２８】
また、プラズマ処理装置１は、主制御部７２を備えている。主制御部７２は、一以上のマイクロコンピュータを含み、外部メモリ又は内部メモリに格納されているソフトウェア（プログラム）及びレシピに従って、プラズマ処理装置１の各部、例えば、高周波電源３６、整合器４０、直流電源７４、ガス供給系５５、即ち、流量制御器群５８の複数の流量制御器及びバルブ群６０の複数のバルブ、排気装置６６等の個々の動作及び当該プラズマ処理装置１の装置全体の動作を制御する。また、主制御部７２は、キーボード等の入力装置や液晶ディスプレイ等の表示装置を含むマン・マシン・インタフェース用の操作パネル、並びに、各種プログラム、レシピ、及び設定値等の各種データを格納する外部記憶装置等とも接続されている。
【００２９】
プラズマ処理装置１の基本動作は次のようにして行われる。まず、ゲートバルブ７０が開かれて、被加工物Ｗが開口６８を経由して処理容器１０内に搬入される。処理容器１０内に搬入された被加工物Ｗは、静電チャック１８上に載置される。次いで、ガス供給系５５からガスが処理容器１０内に導入され、排気装置６６が作動されて、処理容器１０内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。また、高周波電源３６からの高周波ＲＦがサセプタ１６に供給される。さらに、必要に応じて直流電源７４からの直流電圧ＤＣが上部電極４６に印加される。また、直流電源２４からの直流電圧が静電チャック１８の電極２０に印加され、被加工物Ｗが静電チャック１８上に保持される。そして、処理容器１０内に供給されたガスが、サセプタ１６と上部電極４６との間に形成された高周波電界により励起される。これにより、プラズマが生成される。このように生成されたプラズマからのラジカル及び／又はイオンによって被加工物Ｗが処理される。なお、直流電源７４から直流電圧ＤＣが上部電極４６に印加されている場合には、正イオンが上部電極４６に引き込まれて当該上部電極４６に衝突し、上部電極４６から二次電子が放出され、及び／又は、上部電極４６を構成する材料、例えば、シリコンが上部電極４６から放出される。
【００３０】
以下、プラズマ処理方法の実施形態（以下、「方法ＭＴ」という）について説明する。方法ＭＴは、プラズマ処理装置１を用いて実施することが可能である。図２及び図３は、一実施形態に係るプラズマ処理方法に関するタイミングチャートを示している。図２及び図３には、方法ＭＴにおけるガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、高周波ＲＦ、及び、直流電圧ＤＣのそれぞれのタイミングチャートが示されている。図２及び図３において、横軸は、時間を示している。また、ガスＡのタイミングチャートのレベルは、処理容器１０内に供給されているガスＡの量を示しており、ガスＢのタイミングチャートのレベルは、処理容器１０内に供給されているガスＢの量を示しており、ガスＣのタイミングチャートのレベルは、処理容器１０内に供給されているガスＣの量を示している。また、高周波ＲＦのタイミングチャートにおいて、高周波ＲＦのレベルは、サセプタ１６に供給されている高周波ＲＦのパワーを示している。また、直流電圧ＤＣのタイミングチャートにおいて、直流電圧ＤＣが高レベルであることは、直流電圧ＤＣが上部電極４６に印加されていることを示しており、直流電圧ＤＣが低レベルであることは、直流電圧ＤＣが上部電極４６に印加されていないこと、或いは、直流電圧ＤＣのレベルが低いことを示している。
【００３１】
図２及び図３に示すように、方法ＭＴでは、複数のサイクルＣＹが順に実行される。複数のサイクルＣＹの各々は、順に実行される複数の段階Ｓを含んでいる。以下、複数のサイクル又は複数のサイクルの各々を示す参照符号として「ＣＹ」を用いる。また、複数のサイクルの各々を、その実行順序と共に示す場合には、「ＣＹ（ｉ）」との参照符号を用いる。また、複数の段階又は複数の段階の各々を示す参照符号として「Ｓ」を用いる。また、複数の段階Ｓの各々をその実行順序及びサイクルの実行順序と共に示す場合には、「Ｓ（ｉ，ｊ）」との参照符号を用いる。また、複数の段階の各々をその実行順序と共に示す場合には、「Ｓ（ｊ）」との参照符号を用いる。また、各段階の開始時点を示す参照符号として、「Ｔｓ（ｉ，ｊ）」との参照符号を用いる。ここで、「ｉ」は、サイクルの実行順序を示す変数であり、１以上ＩＭＡＸ以下の整数をとることができ、ＩＭＡＸは複数のサイクルの個数を示す２以上の整数である。「ｊ」は、１以上ＪＭＡＸ以下の整数をとることができ、ＪＭＡＸは各サイクルＣＹにおける複数の段階の個数を示す２以上の整数である。なお、図２及び図３に示す例では、ＪＭＡＸは３であるが、これに限定されるものではない。
【００３２】
方法ＭＴの複数のサイクルＣＹの各々に含まれる複数の段階Ｓでは、互いに異なる処理ガスのプラズマが生成される。複数の段階Ｓのそれぞれにおいて利用される処理ガスは、レシピにおいて指定されている。また、複数の段階Ｓそれぞれにおける高周波ＲＦの設定及び直流電圧ＤＣのレベルは、レシピにおいて指定されている。なお、高周波ＲＦの設定は、高周波ＲＦのパワー、及び、高周波ＲＦのモードを含む。高周波ＲＦのモードは、連続波及びパルス変調された高周波から選択される。さらに、複数の段階Ｓそれぞれの実行時間長は、レシピにおいて指定されている。主制御部７２は、かかるレシピに従って、方法ＭＴのための制御を実行する。
【００３３】
方法ＭＴでは、初回のサイクルの第１段階である段階Ｓ（１，１）の開始時点Ｔｓ（１，１）に先立って、ガス供給系５５から、段階Ｓ（１，１）用の処理ガスの出力が開始される。また、段階Ｓ（１，１）の開始時点Ｔｓ（１，１）にサセプタ１６への高周波ＲＦの供給が開始される。以後、高周波ＲＦは、複数のサイクルＣＹの複数の段階Ｓにわたってサセプタ１６に供給される。
【００３４】
方法ＭＴでは、先行する段階から後続の段階に遷移するとき（段階Ｓ（ｉ，ｊ−１）から段階Ｓ（ｉ，ｊ）に遷移するとき、及び、段階Ｓ（ｉ−１，ＪＭＡＸ）から段階Ｓ（ｉ，１）に遷移するとき）、即ち、各段階Ｓの開始時点Ｔｓ（ｉ，ｊ）に、主制御部７２からの制御により、ガス供給系５５が出力する処理ガスが切り替えられる。図２及び図３に示す例では、第１段階、即ち段階Ｓ（ｉ，１）においてガスＡ及びガスＢを含む第１の処理ガスのプラズマを生成するために、開始時点Ｔｓ（ｉ，１）において、ガス供給系５５が出力する処理ガスが第１の処理ガスに切り替えられる。また、第２段階、即ち段階Ｓ（ｉ，２）においてガスＡを含む第２の処理ガスのプラズマを生成するために、開始時点Ｔｓ（ｉ，２）において、ガス供給系５５が出力する処理ガスが第２の処理ガスに切り替えられる。また、第３段階、即ち段階Ｓ（ｉ，３）においてガスＡ及びガスＣを含む第３の処理ガスのプラズマを生成するために、開始時点Ｔｓ（ｉ，３）において、ガス供給系５５が出力する処理ガスが第３の処理ガスに切り替えられる。限定されるものではないが、例えば、ガスＡはＡｒガスといった希ガスであり、ガスＢはフルオロカーボンガスであり、ガスＣは酸素ガスである。
【００３５】
方法ＭＴでは、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の開始時点Ｔｓ（ｉ，ｊ）の後、即ち、ガス供給系５５が出力する処理ガスが切り替えられた後に、後述するパラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えた時点で、段階Ｓ（ｉ，ｊ）のために、高周波ＲＦの設定及び直流電圧ＤＣのレベルのうち少なくとも一方が変更される。図２に示す例では、段階Ｓ（ｉ，２）において高周波ＲＦのパワーが段階Ｓ（ｉ，１）における高周波ＲＦのパワーよりも低いパワーに変更される。また、図２に示す例では、段階Ｓ（ｉ，２）おける高周波ＲＦのパワーと段階Ｓ（ｉ，３）おける高周波ＲＦのパワーとは同一である。また、図２に示す例では、段階Ｓ（ｉ，２）において直流電圧ＤＣのレベル（絶対値）が段階Ｓ（ｉ，１）における直流電圧ＤＣのレベル（絶対値）よりも高いレベル（絶対値）に変更される。図２に示す例では、段階Ｓ（ｉ，１）における直流電圧ＤＣのレベルと段階Ｓ（ｉ，３）における直流電圧ＤＣのレベルは同一である。なお、段階Ｓ（ｉ，１）及び段階Ｓ（ｉ，３）では、上部電極４６に直流電圧ＤＣが印加されなくてもよい。
【００３６】
また、図３に示す例では、段階Ｓ（ｉ，２）において高周波ＲＦのパワーが段階Ｓ（ｉ，１）における高周波ＲＦのパワーよりも低いパワーに変更される。また、図３に示す例では、段階Ｓ（ｉ，３）において高周波ＲＦのパワーが段階Ｓ（ｉ，２）における高周波ＲＦのパワーよりも低いパワーに変更される。また、図３に示す例では、段階Ｓ（ｉ，２）において直流電圧ＤＣのレベル（絶対値）が段階Ｓ（ｉ，１）における直流電圧ＤＣのレベル（絶対値）よりも高いレベル（絶対値）に変更される。図３に示す例では、段階Ｓ（ｉ，１）における直流電圧ＤＣのレベルと段階Ｓ（ｉ，３）における直流電圧ＤＣのレベルは同一である。なお、段階Ｓ（ｉ，１）及び段階Ｓ（ｉ，３）では、上部電極４６に直流電圧ＤＣが印加されなくてもよい。また、図２及び図３の例では、高周波ＲＦのパワーが変更されているが、高周波のパワー及び高周波のモードの少なくとも一方が変更されればよい。
【００３７】
上述したパラメータは、一実施形態では、整合器４０の演算部において求められる。以下、図４及び図５を参照して、高周波電源３６及び整合器４０について詳細に説明する。図４は、高周波電源３６及び整合器４０の構成を例示する図であり、図５は、整合器４０のセンサ及びコントローラの構成を例示する図である。
【００３８】
図４に示すように、一実施形態において、高周波電源３６は、発振器３６ａ、パワーアンプ３６ｂ、パワーセンサ３６ｃ、及び、電源制御部３６ｅを有している。電源制御部３６ｅは、ＣＰＵといったプロセッサから構成されており、主制御部７２から与えられる信号、及び、パワーセンサ３６ｃから与えられる信号を利用して、発振器３６ａ及びパワーアンプ３６ｂのそれぞれに制御信号を与えて、発振器３６ａ及びパワーアンプ３６ｂを制御する。
【００３９】
主制御部７２から電源制御部３６ｅに与えられる信号は、レシピに従って作成される高周波設定信号である。高周波設定信号は、高周波ＲＦの設定を指定する信号である。高周波設定信号は、段階Ｓ（１，１）の開始時点において当該高周波設定信号によって指定される設定の高周波ＲＦの出力が高周波電源３６によって開始されるように、主制御部７２から電源制御部３６ｅに与えられる。また、高周波設定信号は、段階Ｓ（１，１）よりも後に実行される段階Ｓ（ｉ，ｊ）において高周波ＲＦの設定を変更する場合に、主制御部７２から電源制御部３６ｅに与えられる。電源制御部３６ｅは、後述する演算部からの信号を受信すると、高周波設定信号によって指定される設定の高周波ＲＦを高周波電源３６に出力させるよう、動作する。
【００４０】
また、電源制御部３６ｅは、高周波設定信号によって指定される周波数を有する高周波を出力するよう、発振器３６ａを制御する。この発振器３６ａの出力はパワーアンプ３６ｂの入力に接続されている。発振器３６ａから出力された高周波はパワーアンプ３６ｂに入力される。パワーアンプ３６ｂは、高周波設定信号によって指定されるパワーを有する高周波ＲＦをその出力から出力するために、入力された高周波を増幅する。これにより、高周波電源３６から高周波ＲＦが出力される。
【００４１】
パワーアンプ３６ｂの後段には、パワーセンサ３６ｃが設けられている。パワーセンサ３６ｃは、方向性結合器、進行波パワー検出部、及び、反射波パワー検出部を有している。方向性結合器は、高周波ＲＦの進行波の一部を進行波パワー検出部に与え、反射波を反射波パワー検出部に与える。このパワーセンサ３６ｃには、高周波ＲＦの周波数を特定する信号が電源制御部３６ｅから与えられる。進行波パワー検出部は、進行波の全周波数成分のうち高周波ＲＦの周波数と同一の周波数を有する成分のパワーの測定値、即ち、進行波パワー測定値ＰＦ１を生成する。この進行波パワー測定値は、パワーフィードバック用に電源制御部３６ｅに与えられる。
【００４２】
反射波パワー検出部は、反射波の全周波数成分のうち高周波ＲＦの周波数と同一の周波数を有する成分のパワーの測定値、即ち、反射波パワー測定値ＰＲ１１、及び、反射波の全周波数成分のトータルパワーの測定値、即ち反射波パワー測定値ＰＲ１２を生成する。反射波パワー測定値ＰＲ１１は、モニタ表示用に主制御部７２に与えられる。また、反射波パワー測定値ＰＲ１２は、パワーアンプ３６ｂの保護用に、電源制御部３６ｅに与えられる。
【００４３】
また、主制御部７２からは、直流電圧設定信号が、直流電源７４に与えられる。直流電圧設定信号は、直流電圧ＤＣのレベルを指定する信号である。直流電圧設定信号は、段階Ｓ（ｉ，ｊ）において直流電圧ＤＣのレベルを変更する場合に、主制御部７２から直流電源７４に与えられる。直流電源７４は、後述する演算部からの信号を受信すると、直流電圧設定信号によって指定されるレベルの直流電圧ＤＣを出力するよう動作する。或いは、直流電圧設定信号によって指定される直流電圧ＤＣのレベルがゼロである場合には、直流電源７４は、後述する演算部からの信号を受信すると、直流電圧ＤＣの出力を停止するよう動作する。
【００４４】
図４に示すように、整合器４０は、整合回路４０ａ、センサ４０ｂ、コントローラ４０ｃ、並びに、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを有している。整合回路４０ａは、可変リアクタンス素子４０ｇ及び４０ｈを含んでいる。可変リアクタンス素子４０ｇ及び４０ｈは、例えば、可変コンデンサである。なお、整合回路４０ａは、インダクタ等を更に含んでいてもよい。
【００４５】
コントローラ４０ｃは、例えば、プロセッサから構成され、主制御部７２の制御の下で動作する。コントローラ４０ｃは、センサ４０ｂから与えられる測定値を利用して高周波電源３６の負荷インピーダンスを求めるようになっている。また、コントローラ４０ｃは、求めた負荷インピーダンスを高周波電源３６の出力インピーダンス又は整合ポイントに近づけるように、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御して、可変リアクタンス素子４０ｇ及び４０ｈそれぞれのリアクタンスを調整するようになっている。アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅは、例えば、モータである。
【００４６】
また、コントローラ４０ｃは、センサ４０ｂから与えられる測定値を利用して、後述するパラメータを算出し、各段階Ｓにおいて高周波ＲＦの設定及び／又は直流電圧ＤＣのレベルの変更を行う時点を決定するようになっている。
【００４７】
図５に示すように、センサ４０ｂは、電流検出器１０２Ａ、電圧検出器１０４Ａ、フィルタ１０６Ａ、及び、フィルタ１０８Ａを有している。電圧検出器１０４Ａは、給電ライン４３上で伝送される高周波ＲＦの電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ１０６Ａに入力される。フィルタ１０６Ａは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０６Ａは、主制御部７２からの信号によって特定される高周波ＲＦの設定周波数の成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。フィルタ１０６Ａによって生成された濾過電圧波形信号は、コントローラ４０ｃの演算部１５０Ａに与えられる。なお、フィルタ１０６Ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
【００４８】
電流検出器１０２Ａは、給電ライン４３上で伝送される高周波ＲＦの電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ１０８Ａに入力される。フィルタ１０８Ａは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０８Ａは、主制御部７２からの信号によって特定される高周波ＲＦの設定周波数の成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。フィルタ１０８Ａによって生成された濾過電流波形信号は、コントローラ４０ｃの演算部１５０Ａに与えられる。なお、フィルタ１０８Ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
【００４９】
コントローラ４０ｃの演算部１５０Ａは、フィルタ１０６Ａから与えられる濾過電圧波形信号、及び、フィルタ１０８Ａから与えられる濾過電流波形信号を用いて、整合器４０におけるインピーダンス整合のために、高周波電源３６の負荷インピーダンスＺＬ１を求める。具体的に、演算部１５０Ａは、濾過電圧波形信号によって特定される交流電圧Ｖ１、濾過電流波形信号によって特定される交流電流Ｉ１、及び、交流電圧Ｖ１と交流電流Ｉ１との位相差Φ１から、高周波電源３６の負荷インピーダンスＺＬ１を求める。また、演算部１５０Ａは、交流電圧Ｖ１、交流電流Ｉ１、及び、位相差Φ１から、後述するパラメータを求めるようになっている。パラメータは、上記の負荷インピーダンスＺＬ１であってもよい。この場合には、整合器４０のインピーダンス整合のために求められた負荷インピーダンスをパラメータとして利用できるので、別途にパラメータを求める必要はない。或いは、パラメータは、負荷抵抗Ｚｒ１、負荷リアクタンスＺｉ１、及び、反射波係数Γ１のうち何れかであってもよい。
【００５０】
負荷インピーダンスＺＬ１は、Ｖ１／Ｉ１により求められ、負荷抵抗Ｚｒ１は、負荷インピーダンスＺＬ１の実部を求めることにより得られ、負荷リアクタンスＺｉ１は、負荷インピーダンスＺＬ１の虚部を求めることにより得られる。また、反射波係数Γ１は、以下に示す式（１）により、求められる。
【数１】
0006392266.tif 000002
なお、反射波係数Γ１は、パワーセンサ３６ｃによって求められる進行波パワー測定値ＰＦ１及び反射波パワー測定値ＰＲ１１から、ＰＲ１１／ＰＦ１により、求められてもよい。
【００５１】
演算部１５０Ａは、求めた負荷インピーダンスＺＬ１をマッチング制御部１５２Ａに出力する。マッチング制御部１５２Ａは、負荷インピーダンスＺＬ１を高周波電源３６の出力インピーダンス（又は整合ポイント）に近づけるよう、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御して、可変リアクタンス素子４０ｇ及び４０ｈのリアクタンスを調整する。これにより、整合器４０によるインピーダンス整合が実行される。なお、マッチング制御部１５２Ａは、演算部１５０Ａによって出力される負荷インピーダンスＺＬ１の系列の移動平均値を、高周波電源３６の出力インピーダンス（又は整合ポイント）に近づけるよう、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御してもよい。
【００５２】
また、演算部１５０Ａは、段階Ｓ（１，１）以外の段階Ｓ（ｉ，ｊ）において、ガス供給系５５が出力する処理ガスが切り替えられたときから、求めたパラメータが対応の閾値Ｔｈ（ｊ）を超えているか否かを判定する。閾値Ｔｈ（ｊ）は、初期的には、同一の「ｊ」で特定される段階Ｓ（ｊ）に専用の、又は、複数の段階Ｓに共通の値として、予め設定されている。演算部１５０Ａは、段階Ｓ（ｉ，ｊ）においてパラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えると、信号を高周波電源３６に与える。高周波電源３６は、段階Ｓ（ｉ，ｊ）において高周波設定信号が主制御部７２から与えられている場合には、演算部１５０Ａからの信号に応答して、高周波設定信号によって指定されている設定に高周波ＲＦの設定を変更する。即ち、高周波電源３６は、段階Ｓ（ｉ，ｊ）において高周波設定信号が主制御部７２から与えられている場合には、パラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えた時点で、高周波設定信号によって指定されている設定に高周波ＲＦの設定を変更する。なお、高周波ＲＦの設定の変更は、高周波ＲＦのパワーの変更、及び／又は、連続波とパルス変調された高周波のうち一方から他方に高周波ＲＦを変更することを含む。
【００５３】
また、演算部１５０Ａは、段階Ｓ（ｉ，ｊ）においてパラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えると、信号を直流電源７４に与える。直流電源７４は、段階Ｓ（ｉ，ｊ）において直流電圧設定信号が主制御部７２から与えられている場合には、演算部１５０Ａからの信号に応答して、直流電圧設定信号によって指定されているレベルに直流電圧ＤＣのレベルを変更する。即ち、直流電源７４は、段階Ｓ（ｉ，ｊ）において直流電圧設定信号が主制御部７２から与えられている場合には、パラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えた時点で、直流電圧設定信号によって指定されているレベルに直流電圧ＤＣのレベルを変更する。
【００５４】
また、演算部１５０Ａは、段階Ｓ（ｉ，ｊ）においてパラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えた時点を特定する第１の情報を、時間調整部８０に与える。この時間調整部８０は、例えば、ＣＰＵといったプロセッサであり得る。時間調整部８０は、また、段階Ｓ（ｉ，ｊ）に遷移した時点、即ち、開始時点Ｔｓ（ｉ，ｊ）を特定する第２の情報を、主制御部７２から受ける。時間調整部８０は、第１の情報によって特定される時点と第２の情報によって特定される時点との間の時間差を求める。時間調整部８０は、この時間差を特定する時間差特定情報を主制御部７２に与える。主制御部７２は、時間差特定情報によって特定される時間差の分だけ、レシピにおいて指定されている段階Ｓ（ｊ）の所定の実行時間長に対して増加するよう、後に実行されるサイクルＣＹの段階Ｓ（ｊ）、例えば、段階Ｓ（ｉ＋１，ｊ）の実行時間長を調整する。
【００５５】
また、演算部１５０Ａは、パラメータの系列から移動平均値を求めて、当該移動平均値を用いて上述の閾値Ｔｈ（ｊ）を調整する。閾値Ｔｈ（ｊ）を調整するために用いられるパラメータの系列は、実行済のサイクルＣＹにおいて同一の「ｊ」で特定される段階Ｓ（ｊ）、又は、実行中の段階Ｓ（ｉ，ｊ）と実行済のサイクルＣＹにおいて同一の「ｊ」で特定される段階Ｓ（ｊ）のそれぞれで整合器４０によるインピーダンス整合が完了した状態におけるパラメータを含む。なお、系列に含まれるパラメータは、閾値Ｔｈ（ｊ）と比較されるパラメータと同種のパラメータである。
【００５６】
以下、図６を参照して、方法ＭＴについて詳細に説明する。図６は、一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。方法ＭＴでは、まず、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、主制御部７２によってｉが１に設定される。「ｉ」は、上述したように、サイクルの順序を特定する変数である。続く工程ＳＴ２において、主制御部７２によってｊが１に設定される。「ｊ」は、上述したように、各サイクルＣＹにおける複数の段階Ｓそれぞれの順序を示す変数である。
【００５７】
続く工程Ｊ１では、初回のサイクルの第１段階を実行するか否かが判定される。即ち、主制御部７２によって、段階Ｓ（１，１）を実行するか否かが判定される。段階Ｓ（１，１）を実行する場合には、続く工程ＳＴ３において、レシピにおいて指定された段階Ｓ（１，１）用の処理ガスの出力を開始するよう、主制御部７２によってガス供給系５５が制御される。続く工程ＳＴ４では、高周波電源３６が、主制御部７２からの高周波設定信号によって指定される設定の高周波ＲＦの供給を開始する。しかる後に、処理は、工程ＳＴ１０に進む。
【００５８】
一方、工程Ｊ１の判定の結果、段階Ｓ（１，１）以外の段階Ｓ（ｉ，ｊ）が実行されると判定された場合には、工程ＳＴ５において、ガス供給系５５が出力する処理ガスをレシピにおいて指定された段階Ｓ（ｉ，ｊ）用の処理ガスに切り替えるよう、主制御部７２によってガス供給系５５が制御される。なお、工程ＳＴ５におけるガス供給系５５の処理ガスの切り替えは、段階Ｓ（ｉ，ｊ）への遷移時、即ち、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の開始時点Ｔｓ（ｉ，ｊ）に行われる。
【００５９】
続く工程ＳＴ６では、演算部１５０Ａによって上述したパラメータが算出される。演算部１５０Ａによるパラメータの算出は、工程ＳＴ５においてガス供給系５５から出力される処理ガスが切り替えられた時点から開始される。続く工程Ｊ２では、演算部１５０Ａによって、求めたパラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えたか否かが判定される。工程Ｊ２において、パラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えたと判定される場合には、処理は工程ＳＴ７に進む。一方、パラメータが閾値を超えていないと判定される場合には、工程Ｊ３において、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の開始時点から所定時間が経過しているか否かが、演算部１５０Ａによって判定される。工程Ｊ３において、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の開始時点から所定時間が経過していないと判定された場合には、再び工程ＳＴ６が実行される。一方、工程Ｊ３において、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の開始時点から所定時間が経過していると判定された場合には、処理は工程ＳＴ７に進む。この工程Ｊ３により、工程ＳＴ７に処理が進行しなくなる事態を回避することができる。
【００６０】
工程ＳＴ７では、演算部１５０Ａによって、パラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えたことを通知するために、上述した信号が、高周波電源３６及び直流電源７４に与えられる。そして、段階Ｓ（ｉ，ｊ）のために、高周波設定信号が主制御部７２から高周波電源３６に与えられている場合には、高周波電源３６が、高周波設定信号によって指定された設定に高周波ＲＦの設定を変更する。また、段階Ｓ（ｉ，ｊ）のために、直流電圧設定信号が主制御部７２から直流電源７４に与えられている場合には、直流電源７４が直流電圧設定信号によって指定されたレベルに直流電圧ＤＣのレベルを変更する。
【００６１】
次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ８が実行される。工程ＳＴ８は、工程ＳＴ８ａ及び工程ＳＴ８ｂを含む。工程ＳＴ８ａでは、上述した時間差が求められる。具体的に、時間調整部８０には、段階Ｓ（ｉ，ｊ）においてパラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えた時点を特定する第１の情報が演算部１５０Ａから与えられており、段階Ｓ（ｉ，ｊ）に遷移した時点、即ち、開始時点Ｔｓ（ｉ，ｊ）を特定する第２の情報が主制御部７２から与えられている。工程ＳＴ８ａにおいて、時間調整部８０は、第１の情報によって特定される時点と第２の情報によって特定される時点との間の時間差を求め、当該時間差を特定する時間差特定情報を主制御部７２に与える。続く工程ＳＴ８ｂでは、主制御部７２が、時間差特定情報によって特定される時間差の分だけ、レシピにおいて指定されている段階Ｓ（ｊ）の実行時間長に対して増加するよう、後に実行されるサイクルＣＹの段階Ｓ（ｊ）、例えば、段階Ｓ（ｉ＋１，ｊ）の実行時間長を調整する。
【００６２】
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ９が実行される。工程ＳＴ９では、閾値Ｔｈ（ｊ）が調整される。具体的には、演算部１５０Ａにおいて、パラメータの系列から移動平均値が求められ、当該移動平均値を用いて閾値Ｔｈ（ｊ）が調整される。閾値Ｔｈ（ｊ）を調整するために用いられるパラメータの系列は、実行済のサイクルＣＹにおいて同一の「ｊ」で特定される段階Ｓ（ｊ）、又は、実行中の段階Ｓ（ｉ，ｊ）と実行済のサイクルＣＹにおいて同一の「ｊ」で特例される段階Ｓ（ｊ）とのそれぞれで整合器４０によるインピーダンス整合が完了した状態におけるパラメータを含む。なお、整合器４０は、方法ＭＴの実施の間、整合動作を随時行い得る。
【００６３】
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ１０が実行される。工程ＳＴ１０では、主制御部７２により、ｊが１だけ増分される。続く工程Ｊ４では、ｊがＪＭＡＸより大きいか否かが判定される。ｊがＪＭＡＸ以下である場合には、処理は工程ＳＴ５に進む。一方、ｊがＪＭＡＸより大きい場合には、続く工程ＳＴ１１において、主制御部７２により、ｉが１だけ増分される。続く工程Ｊ５では、ｉがＩＭＡＸより大きいか否かが判定される。ｉがＩＭＡＸ以下である場合には、処理は工程ＳＴ２に進む。一方、ｉがＩＭＡＸよりも大きい場合には、方法ＭＴが終了する。
【００６４】
高周波ＲＦの供給が継続された状態で、処理容器１０内の処理ガスが切り替わると、処理容器１０内において生成されるプラズマのインピーダンスが変化する。演算部１５０Ａによって求められる上述のパラメータは、プラズマのインピーダンスに応じて変化するパラメータであるので、処理容器１０内に存在している処理ガスの変化を良好に反映する。方法ＭＴでは、かかるパラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えた時点を検出することにより、処理容器１０内の処理ガスが切り替わった時点を高精度に検出することができる。また、この時点に高周波ＲＦの設定及び直流電圧ＤＣのレベルのうち少なくとも一方が変更されるので、処理容器１０内の処理ガスが切り替わった適切な時点で、高周波ＲＦの設定及び／又は直流電圧ＤＣのレベルを変更することができる。
【００６５】
また、複数の段階Ｓの各々には、その実行時間長がレシピにおいて初期的に設定されている。したがって、段階Ｓ（ｉ，ｊ）において、パラメータが閾値Ｔｈ（ｊ）を超えた時点が遅れると、段階Ｓ（ｉ，ｊ）における当該時点からのプラズマ処理の時間長が短くなる。この実施形態によれば、工程ＳＴ８ａにおいて求められる時間差の分、後に実行されるサイクルＣＹにおける段階Ｓ（ｊ）の時間長が増加されるので、複数のサイクルＣＹ中の同一の段階のプラズマ処理の総実行時間長が、実質的に維持される。
【００６６】
また、段階Ｓ（ｉ，ｊ）において整合器４０によるインピーダンス整合が完了した状態では、処理容器１０内には段階Ｓ（ｉ，ｊ）において用いられる処理ガスが十分に到達している。したがって、この状態でのパラメータの系列の移動平均値を用いて閾値Ｔｈ（ｊ）を調整することにより、処理容器１０内の処理ガスが切り替わったタイミングをより高精度に検出することが可能となる。
【００６７】
以下、別の実施形態について説明する。別の実施形態の方法ＭＴでは、複数の段階Ｓのそれぞれにおいて、高周波ＲＦの周波数が調整される。また、更なる実施形態では、複数の段階Ｓのそれぞれにおいて、高周波ＲＦの周波数に加えて、高周波ＲＦのパワーが調整される。以下では、図７及び図８を参照して、この実施形態の方法ＭＴの実行のために、高周波電源３６、整合器４０に代えてプラズマ処理装置１に採用される高周波電源３６Ａ、整合器４０Ａについて説明する。図７は、高周波電源３６Ａ及び整合器４０Ａの構成を示す図である。図８は、高周波電源３６Ａのインピーダンスセンサの構成を示す図である。
【００６８】
図７に示すように、高周波電源３６Ａは、高周波電源３６と同様に、発振器３６ａ、パワーアンプ３６ｂ、パワーセンサ３６ｃ、及び、電源制御部３６ｅを有している。高周波電源３６Ａは、インピーダンスセンサ３６ｄを更に有している。以下、高周波電源３６Ａの各要素に関して、高周波電源３６の対応の要素と異なる点を説明する。また、インピーダンスセンサ３６ｄについても説明する。
【００６９】
高周波電源３６Ａの電源制御部３６ｅは、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）それぞれにおける高周波ＲＦの周波数を設定する周波数制御信号を発振器３６ａに与えるようになっている。具体的に、電源制御部３６ｅは、インピーダンスセンサ３６ｄから、段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される過去の段階Ｓ（ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１１、及び、当該過去の段階Ｓ（ｊ）の実行期間内の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１２を受ける。
【００７０】
そして、電源制御部３６ｅは、移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２が所定の調整範囲内に含まれる場合には、移動平均値Ｉｍｐ１１から推定される第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンス、及び、移動平均値Ｉｍｐ１２から推定される第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるために、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）それぞれの高周波ＲＦの周波数を設定する周波数制御信号を発振器３６ａに与える。発振器３６ａは、周波数制御信号に応じて、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の高周波ＲＦの周波数及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の高周波ＲＦの周波数を設定する。
【００７１】
一方、移動平均値Ｉｍｐ１１又は移動平均値Ｉｍｐ１２が所定の調整範囲内に含まれない場合には、電源制御部３６ｅは、高周波電源３６Ａに関するインピーダンス整合を、整合器４０Ａに行わせるために、整合器４０Ａに制御信号を送出する。なお、負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるとは、負荷インピーダンスを理想的には整合ポイントに一致させることを意味する。また、「所定の調整範囲」は、高周波ＲＦの周波数の調整により、高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを高周波電源３６Ａの出力インピーダンス又は整合ポイントに整合させることが可能な範囲である。
【００７２】
パワーアンプ３６ｂは、発振器３６ａから出力された高周波を増幅することにより高周波ＲＦを生成し、当該高周波ＲＦを出力する。このパワーアンプ３６ｂは、電源制御部３６ｅによって制御される。具体的には、電源制御部３６ｅは、主制御部７２によって指定されるパワーの高周波ＲＦを出力するよう、パワーアンプ３６ｂを制御する。
【００７３】
一実施形態において、電源制御部３６ｅは、第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の高周波ＲＦのパワーが第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の高周波ＲＦのパワーよりも大きくなるように、パワーアンプ３６ｂを制御してもよい。例えば、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の高周波ＲＦのパワーは、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の反射波パワー測定値ＰＲ１１、又は、段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される過去の段階Ｓ（ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の反射波パワー測定値ＰＲ１１の移動平均値に応じて、プラズマに結合される高周波ＲＦのパワーが所定のパワーとなるように、設定され得る。また、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の高周波ＲＦのパワーは、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の反射波パワー測定値ＰＲ１１、又は、段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される過去の段階Ｓ（ｊ）の実行期間内の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の反射波パワー測定値ＰＲ１１の移動平均値に応じて、プラズマに結合される高周波ＲＦのパワーが所定のパワーとなるように、設定され得る。
【００７４】
インピーダンスセンサ３６ｄは、実行済みのサイクルＣＹに含まれる複数の段階のうち段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される段階Ｓ（ｊ）のそれぞれの実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）における高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１１を求める。また、インピーダンスセンサ３６ｄは、実行済みのサイクルＣＹに含まれる複数の段階のうち段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される段階Ｓ（ｊ）のそれぞれの実行期間内の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）における高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１２を求める。図２に示すように、第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）は、段階Ｓ（ｊ）のそれぞれの実行期間内において、高周波ＲＦの設定又は直流電圧ＤＣのレベルが変更された時点から当該実行期間の途中までの間の期間である。第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）は、段階Ｓ（ｊ）のそれぞれの実行期間内において、当該途中から当該実行期間の終了時点までの間の期間である。
【００７５】
第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の時間長及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の時間長は、電源制御部３６ｅによって指定される。例えば、第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）の時間長は電源制御部３６ｅが記憶している所定の時間長であってもよく、第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）の時間長は電源制御部３６ｅが記憶している別の所定の時間長であってもよい。或いは、電源制御部３６ｅは、上述の反射波パワー測定値ＰＲ１１の時系列から、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内において反射波パワー測定値ＰＲ１１が所定値以下に安定する期間を第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）に設定し、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内において当該第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）よりも前の期間を第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）に設定してもよい。
【００７６】
図９に示すように、インピーダンスセンサ３６ｄは、電流検出器１０２Ｃ、電圧検出器１０４Ｃ、フィルタ１０６Ｃ、フィルタ１０８Ｃ、平均値演算器１１０Ｃ、平均値演算器１１２Ｃ、移動平均値演算器１１４Ｃ、移動平均値演算器１１６Ｃ、及び、インピーダンス演算器１１８Ｃを有している。
【００７７】
電圧検出器１０４Ｃは、給電ライン４３上で伝送される高周波ＲＦの電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ１０６Ｃに入力される。フィルタ１０６Ｃは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０６Ｃは、電源制御部３６ｅから第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）それぞれの高周波ＲＦの周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。なお、フィルタ１０６Ｃは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００７８】
フィルタ１０６Ｃによって生成された濾過電圧波形信号は、平均値演算器１１０Ｃに出力される。平均値演算器１１０Ｃには、電源制御部３６ｅから第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）を特定する副期間特定信号が与えられる。平均値演算器１１０Ｃは、濾過電圧波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）における電圧の平均値ＶＡ１１を求める。また、平均値演算器１１０Ｃは、濾過電圧波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）における電圧の平均値ＶＡ１２を求める。なお、平均値演算器１１０Ｃは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００７９】
平均値演算器１１０Ｃによって求められた平均値ＶＡ１１及び平均値ＶＡ１２は、移動平均値演算器１１４Ｃに出力される。移動平均値演算器１１４Ｃは、実行済みのサイクルＣＹに含まれる複数の段階のうち段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される段階Ｓ（ｊ）に関して既に得られている複数の平均値ＶＡ１１のうち、直近に実行された所定数の段階Ｓ（ｊ）における第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）について求められた所定個の平均値ＶＡ１１の移動平均値（移動平均値ＶＭＡ１１）を求める。また、移動平均値演算器１１４Ｃは、実行済みのサイクルＣＹに含まれる複数の段階のうち段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される段階Ｓ（ｊ）に関して既に得られている複数の平均値ＶＡ１２のうち、直近に実行された所定数の段階Ｓ（ｊ）における第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）について求められた所定個の平均値ＶＡ１２の移動平均値（移動平均値ＶＭＡ１２）を求める。移動平均値演算器１１４Ｃによって求められた移動平均値ＶＭＡ１１及びＶＭＡ１２は、インピーダンス演算器１１８Ｃに出力される。なお、移動平均値演算器１１４Ｃは、例えば、ＣＰＵ、又は、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００８０】
電流検出器１０２Ｃは、給電ライン４３上で伝送される高周波ＲＦの電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ１０８Ｃに入力される。フィルタ１０８Ｃは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０８Ｃは、電源制御部３６ｅから第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）それぞれの高周波ＲＦの周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。なお、フィルタ１０８Ｃは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００８１】
フィルタ１０８Ｃによって生成された濾過電流波形信号は、平均値演算器１１２Ｃに出力される。また、平均値演算器１１２Ｃには、電源制御部３６ｅから上述の副期間特定信号が与えられる。平均値演算器１１２Ｃは、濾過電流波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）における電流の平均値ＩＡ１１を求める。また、平均値演算器１１２Ｃは、濾過電流波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）における電流の平均値ＩＡ１２を求める。なお、平均値演算器１１２Ｃは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００８２】
平均値演算器１１２Ｃによって求められた平均値ＩＡ１１及び平均値ＩＡ１２は、移動平均値演算器１１６Ｃに出力される。移動平均値演算器１１６Ｃは、実行済みのサイクルＣＹに含まれる複数の段階のうち段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される段階Ｓ（ｊ）に関して既に得られている複数の平均値ＩＡ１１のうち、直近に実行された所定数の段階Ｓ（ｊ）における第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）について求められた所定個の平均値ＩＡ１１の移動平均値（移動平均値ＩＭＡ１１）を求める。また、移動平均値演算器１１６Ｃは、実行済みのサイクルＣＹに含まれる複数の段階のうち段階Ｓ（ｉ，ｊ）と同一の「ｊ」で特定される段階Ｓ（ｊ）に関して既に得られている複数の平均値ＩＡ１２のうち、直近に実行された所定数の段階Ｓ（ｊ）における第２の副期間Ｐｓ２について求められた所定個の平均値ＩＡ１２の移動平均値（移動平均値ＩＭＡ１２）を求める。移動平均値演算器１１６Ｃによって求められた移動平均値ＩＭＡ１１及びＩＭＡ１２は、インピーダンス演算器１１８Ｃに出力される。なお、移動平均値演算器１１６Ｃは、例えば、ＣＰＵ、又は、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００８３】
インピーダンス演算器１１８Ｃは、移動平均値ＩＭＡ１１及び移動平均値ＶＭＡ１１から、高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１１を求める。この移動平均値Ｉｍｐ１１は、絶対値と位相成分を含む。また、インピーダンス演算器１１８Ｃは、移動平均値ＩＭＡ１２及び移動平均値ＶＭＡ１２から、高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１２を求める。この移動平均値Ｉｍｐ１２は、絶対値と位相成分を含む。インピーダンス演算器１１８Ｃによって求められた移動平均値Ｉｍｐ１１及びＩｍｐ１２は、電源制御部３６ｅに出力される。移動平均値Ｉｍｐ１１及びＩｍｐ１２は、上述したように電源制御部３６ｅにおいて、高周波ＲＦの周波数の設定のために用いられる。
【００８４】
図７に戻り、整合器４０Ａは、整合器４０と同様に、整合回路４０ａ、センサ４０ｂ、コントローラ４０ｃ、並びに、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを有している。以下、整合器４０Ａの各要素に関して、整合器４０の対応の要素と異なる点を説明する。
【００８５】
整合器４０Ａのセンサ４０ｂは、インピーダンスセンサ３６ｄと同様に、電源制御部３６ｅから第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）それぞれの高周波ＲＦの周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。そして、センサ４０ｂは、濾過電圧波形信号をコントローラ４０ｃに出力する。また、整合器４０Ａのセンサ４０ｂは、インピーダンスセンサ３６ｄと同様に、電源制御部３６ｅから第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）及び第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）それぞれの高周波ＲＦの周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。センサ４０ｂは、濾過電流波形信号をコントローラ４０ｃに出力する。
【００８６】
整合器４０Ａのコントローラ４０ｃは、移動平均値Ｉｍｐ１１又は移動平均値Ｉｍｐ１２が所定の調整範囲内に含まれない場合に電源制御部３６ｅから送出される上記の制御信号を受けると、移動平均値Ｉｍｐ１１と移動平均値Ｉｍｐ１２の平均値によって特定される高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるよう、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御する。或いは、整合器４０Ａのコントローラ４０ｃは、移動平均値Ｉｍｐ１１又は移動平均値Ｉｍｐ１２が所定の調整範囲内に含まれない場合に電源制御部３６ｅから送出される上記の制御信号を受けると、移動平均値Ｉｍｐ１２によって特定される高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるよう、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御する。
【００８７】
以下、図７〜図８を参照して説明した高周波電源３６Ａ及び整合器４０Ａを有するプラズマ処理装置１において行われるインピーダンス整合の方法について説明する。図９は、別の実施形態にかかるプラズマ処理方法において実行されるインピーダンス整合の方法を示す流れ図である。図９に示す方法ＭＴＩは、複数の段階Ｓのそれぞれにおいて実行される。以下、段階Ｓ（ｊ）に関連して、方法ＭＴＩを説明する。
【００８８】
方法ＭＴの実施の初期においては、上述した移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２を求めるに足る回数、複数の段階Ｓの各々が実行されていない。したがって、方法ＭＴの実施の初期においては、上述した平均値ＶＡ１１、平均値ＩＡ１１、平均値ＶＡ１２、及び、平均値ＩＡ１２の算出、並びに、これらの蓄積のみが行われる。
【００８９】
複数の段階Ｓの各々が、移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２を求めるに足る回数だけ実行された後には、インピーダンスセンサ３６ｄにおいて移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２が求められる。
【００９０】
移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２が求められた後には、段階Ｓ（ｉ，ｊ）において、図９に示すように、工程Ｊ２０が行われる。工程Ｊ２０では、移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２が上述した調整可能範囲内にあるか否かが電源制御部３６ｅによって判定される。
【００９１】
移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２が上述した調整可能範囲内にあると判定された場合には、工程ＳＴ２１において、電源制御部３６ｅは、上述したように、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）における高周波ＲＦの周波数を設定し、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）における高周波ＲＦの周波数を設定する。続く工程ＳＴ２２において、電源制御部３６ｅは、上述したように、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）における高周波ＲＦのパワーを設定し、段階Ｓ（ｉ，ｊ）の実行期間内の第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）における高周波ＲＦのパワーを設定する。
【００９２】
一方、移動平均値Ｉｍｐ１１又は移動平均値Ｉｍｐ１２が上述した調整可能範囲内にないと判定された場合には、工程ＳＴ２３において、高周波電源３６Ａに関するインピーダンス整合を整合器４０Ａに行わせるために、電源制御部３６ｅから整合器４０Ａに制御信号が送出される。この制御信号を受けた整合器４０Ａのコントローラ４０ｃは、上述したように、高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるよう、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御する。
【００９３】
段階Ｓ（ｉ，ｊ）における第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）は、高周波ＲＦの設定及び／又は直流電圧ＤＣの設定が変更される時点を含む期間であるので、給電ライン４３における反射波が、第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）における反射波よりも大きくなり得る。したがって、高周波ＲＦの反射波を減少させるためには、第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）と第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）それぞれの高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを個別に高周波電源３６Ａの出力インピーダンスに整合させる必要がある。図９に示したインピーダンス整合の方法ＭＴＩによれば、移動平均値Ｉｍｐ１１によって推定される高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを高周波電源３６Ａの出力インピーダンスに近づけるよう、第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）における高周波ＲＦの周波数が調整される。また、第２の副期間Ｐｓ２（ｊ）における高周波ＲＦの周波数は、移動平均値Ｉｍｐ１２に基づき、同様に調整される。高周波電源３６Ａは、高速に高周波ＲＦの周波数を変更することができるので、方法ＭＴＩによれば、負荷インピーダンスの変化に高速に追従してインピーダンス整合を行うことが可能となる。また、工程ＳＴ２２によれば、第１の副期間Ｐｓ１（ｊ）においてプラズマに結合される高周波ＲＦのパワーが不足する場合には、高周波ＲＦのパワーを補うことができる。
【００９４】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、高周波電源３６及び高周波電源３６Ａは、上部電極４６に高周波ＲＦを供給するように構成されていてもよい。また、方法ＭＴの実施に用いられるプラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置に限定されるものではない。方法ＭＴの実施に用いられるプラズマ処理装置は、第１電極及び第２電極を有する任意のプラズマ処理装置、例えば、誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１…プラズマ処理装置、１０…処理容器、１６…サセプタ、１８…静電チャック、３６…高周波電源、４０…整合器、４３…給電ライン、４６…上部電極、５５…ガス供給系、６６…排気装置、７２…主制御部、７４…直流電源、８０…時間調整部、１５０Ａ…演算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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