(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内部に配置され内側が減圧されてプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置され処理対象のウエハがその上に載せられる処理台と、前記プラズマを形成するため前記真空容器の上方から前記処理室内に供給される電界を出力させる第１の電源であって前記ウエハの処理中に高出力と低出力とを繰り返して供給される第１の周波数の電界を形成させる第１の電源と、前記処理台の内部に配置された電極に第２の周波数の電力を供給する第２の電源と、前記ウエハの処理中に前記電界の高出力の際の負荷インピーダンスと低出力の際の負荷インピーダンスとの間の第１の所定値と前記第１の電源のインピーダンスとを整合させる制御装置とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第２の電源が前記ウエハの処理中に高出力と低出力とを繰り返して供給するものであって、前記ウエハの処理中に前記第２の電源が高出力の際の負荷インピーダンスと低出力の際の負荷インピーダンスとの間の第２の所定値と前記第２の電源のインピーダンスとを整合させるプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第１の電源の負荷インピーダンスを前記第１の電源が高出力である期間と低出力である期間との比率に応じた前記第１の所定値となるように整合動作を行うプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第１及び第２の電源の負荷インピーダンス各々をその高出力である期間と低出力である期間との比率各々に応じた前記第１及び第２の所定値となるように整合動作を行うプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記制御装置が、前記第１の電源のインピーダンスと前記第１の電源の高出力または低出力の各々の場合の負荷インピーダンスのいずれか一方の負荷インピーダンスとを整合させるプラズマ処理装置。
【請求項６】
真空容器内部であって内側が減圧され処理室内に配置された処理台の上面に処理対象のウエハを配置し、第１の電源からの出力により前記処理室内にプラズマを形成するための第１の周波数の電界を供給し、第２の電源から前記処理台の内部に配置された電極に第２の周波数の電力を供給して、前記処理室内に形成したプラズマを用いて前記ウエハの処理を実施するプラズマ処理方法であって、
前記ウエハの処理中に前記第１の周波数の電界を高出力と低出力とを繰り返して供給するとともに、前記電界の高出力の際の負荷インピーダンスと低出力の際の負荷インピーダンスとの間の第１の所定値と前記第１の電源のインピーダンスとを整合させるプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマ処理方法であって、
前記第２の電源が前記ウエハの処理中に高出力と低出力とを繰り返すものであって、前記ウエハの処理中に前記第２の電源が高出力の際の負荷インピーダンスと低出力の際の負荷インピーダンスとの間の第２の所定値と前記第２の電源のインピーダンスとを整合させるプラズマ処理方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のプラズマ処理方法であって、
前記第１の電源の負荷インピーダンスを前記第１の電源が高出力である期間と低出力である期間との比率に応じた前記第１の所定値となるように整合動作を行うプラズマ処理方法。
【請求項９】
請求項７に記載のプラズマ処理方法であって、
前記第１及び第２の電源の負荷インピーダンス各々をその高出力である期間と低出力である期間との比率各々に応じた前記第１及び第２の所定値となるように整合動作を行うプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に係り、特に高出力時と低出力時とを周期的に繰り返す高周波電源に対して整合動作を行うプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの微細化、集積化の進展に伴って、プラズマを用いたエッチング処理には更に高い加工の精度が求められてきた。このような課題を解決するために、従来より、エッチング処理対象である試料の処理中に、当該試料の上方にバイアス電位を形成するために試料またはこの試料を保持する試料台内部の電極に印加される高周波電力の大きさや周波数、或いはプラズマを形成するために供給される電界を形成する電力を時間の経過に伴なって（時間的に）変化させる、所謂変調を施して、試料上面に予め形成れた処理対象の膜の選択比を向上できることが知られている。
【０００３】
また、バイアス形成用の高周波電力の大きさ（振幅）の増減を周期的に繰り返すことで、プラズマが形成されて試料の処理が施される真空容器内部の処理室内壁に試料の処理中に付着する付着物の量やその付着物の剥離を低減することができることが知られていた。例えば、エッチング処理中にバイアス電位形成用の高周波電力をその出力が高い期間と低い期間とを繰り返す振幅変調させてエッチングを行うものが知られていた。
【０００４】
このような従来の技術としては、特開２０１３−１２６２４号公報（特許文献１）に開示のものが知られていた。特許文献１には、バイアス電位形成用の高周波電力が高出力時と低出力時とを周期的に繰り返すことで、処理対象の膜の溝や穴等の加工形状の表面に処理中に堆積する膜の材質をアモルファスにて、異物の制御やクリーニングを容易にしたプラズマ処理装置または処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１２６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来技術では、以下の点についての考慮が不足していたため問題が生じていた。
【０００７】
すなわち、バイアス形成用の高周波電力を試料台内部の電極に供給しつつその上面に載せられた試料を処理する処理装置において、高周波電力の電源からの高周波電力を試料台に効率よく供給する為には、高周波電源とバイアス電位がその電位に対して定まるプラズマとの間のインピーダンスを整合させる必要がある。つまり、誘電体として等価回路上で負荷として振る舞うプラズマに対する高周波電力の反射を取り除く又は低減できるように、高周波電源と試料台内部の電極との間の給電用の経路を含むプラズマとの間の電気的な経路のインピーダンスを適切に設定することが求められる。
【０００８】
しかし、特許文献１のように、高出力時と低出力時とを周期的に繰り返す高周波電力とプラズマとの間でのインピーダンスを整合する場合には、高周波電力の出力の変化に応じてプラズマとの間のインピーダンスが変動してしまう。例えば、高出力時と低出力時とを繰り返す周波数が１００Ｈｚから１０ｋＨｚの場合には、上記インピーダンスが１００μｓ〜１０ｍｓの周期で変動することになる。整合を実現する回路でインピーダンスを機械的な制御により変化させようとしても、変動する出力の値の各々に対応して整合させたインピーダンスを上記変動の周期に追随して実現することは、事実上困難となる。
【０００９】
さらに、高出力もしくは低出力のいずれか一方の期間のみで上記インピーダンスに対して整合させようとしても、インピーダンスの整合をしていない期間において高周波電力の反射が生じてしまい反射波が試料台内部の電極から高周波電源に向かって流れてしまう。このため、当該反射波の電力により高周波電源や整合用の回路内の素子が熱を生じたり延いては損傷したりする問題が生じてしまうことになる。
【００１０】
さらには、設定された高周波電力の出力の値に対する実質の出力値との差が大きくなり、試料の処理の再現性が低下する問題が生じてしまう。上記従来の技術ではこのような問題について十分に考慮されていなかった。
【００１１】
本発明の目的は、再現性を向上させたプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、真空容器内部に配置され内側が減圧されてプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置され処理対象のウエハがその上に載せられる処理台と、前記プラズマを形成するため前記真空容器の上方から前記処理室内に供給される電界を出力させる第１の電源であって前記ウエハの処理中に高出力と低出力とを繰り返して供給される第１の周波数の電界を形成させる第１の電源と、前記処理台の内部に配置された電極に第２の周波数の電力を供給する第２の電源と、前記ウエハの処理中に前記電界の高出力の際の負荷インピーダンスと低出力の際の負荷インピーダンスとの間の第１の所定値と前記第１の電源のインピーダンスとを整合させる制御装置とを備えたプラズマ処理装置ことにより達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、高出力時と低出力時とを周期的に繰り返す高周波電源の反射を時間平均的に抑制でき、高周波電源の電力損失ならびに高周波電源や整合器内の回路素子への損傷や発熱を低減することができる。また、実質の出力値が出力設定値に近付く為、エッチング処理の再現性の向上が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が行う整合の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の整合の動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が処理室内において放電してプラズマを形成する条件を示す表である。
【図５】図４に示す条件によりエッチング処理を実施した場合の第１の整合器が整合を実施する場合の動作のタイミングチャートである。
【図６】図４に示す条件によりエッチング処理を実施した場合の第２の整合器が整合を実施する場合の動作のタイミングチャートである。
【図７】第１の変形例に係るプラズマ処理装置において第１の高周波電源の電力に対して第１の整合器を整合させる目標値を検出する動作の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１乃至図６を用いて本発明の第１の実施例を説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【００１７】
図１に示すプラズマ処理装置は、大きく分けて、その内部の空間が減圧されて所定の真空度にされる真空容器と、その上方に配置され真空容器の内部にプラズマを形成するための電界または磁界を供給する電磁場供給部と、真空容器下方に配置されて真空容器内部を排気するターボ分子ポンプ１０２や粗引きポンプ等の真空ポンプを有した排気部とを備えている。真空容器は内側の円筒形を有した空間であって処理対象の半導体ウエハ等の基板状の試料が配置されプラズマが形成される空間である処理室１０１を有した金属製の容器であり、その下部には処理室と連通されてその内部のガスが排気される排気口が配置され、当該排気口が排気部のターボ分子ポンプ１０２の入り口と排気用の管路を介して連通している。
【００１８】
真空容器内部には、プラズマ形成用の空間であって円筒形を有した処理室１０１と、その上方に配置され処理室１０１内に電界を供給する円板形状を有した平面アンテナ１０９とが配置されている。真空容器の外部には平面アンテナ１０９と同軸ケーブルにより接続されたプラズマ生成用の第１の高周波電源１０３及び、この第１の高周波電源１０３と真空容器との間でこれらと電気的に接続されて配置された第１の整合器１０４を備えている。なお、第１の高周波電源１０３はアースと電気的に接続されている。
【００１９】
処理室１０１の内部には、処理対象の試料であるウエハ１１４がその上面に載せられる円筒形を有した処理台１１１が配置されており、処理台１１１またはこれに載せられたウエハ１１４と平面アンテナ１０９との間の処理室１０１内の空間に、当該平面アンテナ１０９から供給される電界によりプラズマが形成される。処理台１１１の下方には、処理室１０１内のガス、プラズマや粒子が排出される円形の上記排気口が配置されている。円筒形の処理台１１１の中心軸及び処理室１０１の円筒形を有した空間の上下の軸並びに排気口の中心を上下に通る軸は本実施例では合致されるかこれと見做せる程度に近接した位置になるように配置されている。
【００２０】
真空容器の処理室１０１の下方には、処理台１１１の内部に配置された金属製の円筒形または円板形状の電極と同軸ケーブルを介して電気的に接続されたバイアス電位形成用の第２の高周波電源１０５が配置され当該第２の高周波電源１０５はアースと電気的に接続されている。さらに第２の高周波電源１０５と処理台１１１の電極との間の給電経路上には第２の整合器１０６が電気的に接続されて配置されている。本実施例では、第１の高周波電源１０３及び第２の高周波電源１０５、並びに第１の整合器１０４、第２の整合器１０６とは、パルス信号を生成するパルス発生器１０７を含む制御部１０８に電気的に接続され、制御部１０８から出力される指令信号により、これら第１の高周波電源１０３、第２の高周波電源１０５、第１の整合器１０４、第２の整合器１０６の動作の調節が行われる。
【００２１】
制御部１０８のパルス発生器１０７は、周波数１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚで高い値及び低い値、或いは所定の値及び０が、オン値とオフ値として繰り返す或いは振動するパルス状の信号が出力される。第１の高周波電源１０３、第２の高周波電源１０５は、各々受信したこのようなパルス信号に対して、これに同期するように各々出力を高出力と低出力に切替える機能を有するものである。第１の高周波電源１０３と第２の高周波電源１０５とには、パルス発生器１０７から同一の信号が発信されても良く、各々別の信号が発信されても良い。
【００２２】
制御部１０８は、内部にマイクロプロセッサ等の演算器と、ＲＡＭ，ＲＯＭ，フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭあるいはＤＶＤ−ＲＯＭとそのドライブ装置といった記憶装置と、外部のデバイスとの間の通信手段とのインターフェースとを備えて、これらの間が有線或いは無線の通信手段により通信可能に接続されている。また、制御部１０８は、図示していない図１に示すプラズマ処理装置を構成する複数の部分に配置れた温度センサ、圧力センサ、ガス流量検出器、位置検出センサ等の検知器と通信手段を介して通信可能に構成され、これらの検知器からの出力を受信した結果に応じて、演算器が記憶装置内に予め記憶されたソフトウエアやデータを読み出して、これらに含まれるアルゴリズムに沿って、プラズマ処理装置におるエッチング用のガスの流量や排気の量、速度、ゲートバルブの開閉は電界、磁界の供給、停止等の動作の開始、停止、その値を調節する指令信号を算出し、インターフェースを通して目標となる機器に対して当該信号を発信する。上記の指令信号は、制御部１０８が複数のプラズマ処理装置が設置されたクリーンルーム等の建屋において、これらの動作を調節する或いはこれに対するウエハ１１４の搬送を調節するホストコンピュータからの指令やデータの信号を受信してこれに応じて算出したものであっても良い。
【００２３】
アルミニウムなどの導電性材料から構成され接地されている円筒形状の真空容器内の処理室１０１上方であって平面アンテナ１０９の下方には、処理室１０１の天井面を構成する円板形状を有したシャワープレート１１０が配置され、シャワープレート１１０の中心部に配置された貫通孔であるガス導入孔１１２の複数を通り処理台１１１の上面に向けて処理室１０１内にエッチングガスが導入される。ガス導入孔１１２は処理室１０１内にエッチングガスを処理台１１１上に載せられたウエハ１１４の上面の面内の方向につて均等に近付けて導入できるように、同径を有してシャワープレート１１０の中心部で板面の方向について相互に均等な距離で配置されている。
【００２４】
円筒形を有した処理室１０１を構成する真空容器の円筒形部分の側壁の外周及び上面の上方の同軸ケーブルの周囲には、処理室１０１内に磁場を形成する為の磁界を供給するコイル１１３が、上記円筒形部分を囲んで配置されている。コイル１１３には図示しない直流電源からの電力が供給されて磁界を発生し、処理室１０１の上下方向の中心軸の周り均等、対称となるように所定の強度の磁場が形成される。
【００２５】
エッチング処理対象のウエハ１１４は、図示しない真空容器の側壁に連結された別の真空容器であって減圧された内部の搬送室内をロボットのアーム上に載せられて搬送され、搬送室と処理室１０１との間に配置されてこれらの間を連通してウエハ１１４が搬送される通路の開口であるゲートを開閉する弁（ゲートバルブ）が開放された状態で、処理室１０１内に搬入される。ロボットのアームからウエハ１１４が処理台１１１上に受け渡されて、処理台１１１の上面であって円形またはこれと見做せる程度に近似した形状を有した載置面上にウエハ１１４がこれと接して載置される。
【００２６】
ウエハ１１４は、載置面を構成する誘電体製の膜の内部に配置された膜状の電極に供給される直流電力により、誘電体の膜とウエハ１１４との間に形成された静電気力により、ウエハ１１４が載置面上に吸着されて処理台１１１上で保持される。図示しないガス源からのエッチング処理用のガスが真空容器と接続された経路を通りシャワープレート１１０の背面上方であって平面アンテナ１０９との間に配置された空間に導入され分散した後ガス導入孔１１２を通り処理室１０１内に流入される。
【００２７】
処理室１０１下部に配置された排気口を通してターボ分子ポンプ１０２の動作により、処理室１０１の内部のガスや粒子が排気される。処理室１０１内部の圧力は、ガス導入孔１１２からの処理用のエッチングガスの導入量、速度と排気口からの排気量、速度とのバランスにより所定の真空度で実現される。処理室１０１内の圧力が処理に適した値になったと判定された後、コイル１１３に直流電流が供給されて磁力が形成され処理室１０１内に磁界が供給されるとともに平面アンテナ１０９に第１の高周波電源１０３より供給された第１の高周波電力により、平面アンテナ１０９から第１の高周波の電界が処理室１０１内に供給される。
【００２８】
これらの電界と磁界との相互作用により、処理室１０１内に導入されたエッチングガスの粒子が電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）により励起されて高密度のプラズマ１１５が処理室１０１内であって平面アンテナ１０９と処理台１１１またはその上に載置されたウエハ１１４との間の空間に生成される。プラズマ１１５が形成された状態で、処理台１１１内部に配置され一部分としてこれを構成する円筒または円板形状の金属製の電極に、第２の高周波電源１０５より高周波電力が印加され、ウエハ１１４の上方にプラズマ１１５の電位によって定まるバイアス電位が形成される。バイアス電位とプラズマ１１５の電位との電位差に応じて、プラズマ１１５中のイオン等の荷電粒子は、ウエハ１１４の上面に向かって誘引されウエハ１１４上面に予め形成された処理対象の膜に衝突して、ウエハ１１４に付着したプラズマ１１５中に生成された活性粒子（ラジカル）に電位差や電力の値に応じたエネルギーを与えて膜の材料との化学、物理的反応等の相互作用が生起されてエッチングを実施される。
【００２９】
第１の高周波電源１０３と第２の高周波電源１０５は、制御部１０８からの指令信号に応じて高出力、低出力のそれぞれの値が調節される。さらに、第１の高周波電源１０３及び第２の高周波電源１０５の高出力と低出力との間の切替えは、制御部１０８に配置されたパルス発生器１０７から出力されたパルス信号を受信した各々の電源が信号のオン或いはオフの何れか一方の値に対応しており、本実施例では第１の高周波電源１０３または第２の高周波電源１０５は、パルス信号の出力が高い値（Ｈレベル）の時に高出力となり、パルス信号が低い値（Ｌレベル）の時に低出力となる。
【００３０】
本実施例では、パルス信号の出力の高低の変化は周波数１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚで繰り返されるまたは振動するものであり、単位時間当りのＨ，Ｌレベルの期間の比率（デューティー比）は１０〜９０％の範囲で変更される。この構成により、第１の高周波電源１０３または第２の高周波電源１０５からの出力は、パルス信号の所定の周波数での繰り返しまたは振動に沿って高低が繰り返されるものとなり、各電源からの所定の周波数の高周波電力と所定の周波数のパルス信号の出力とが実質的に重畳されたと見做せるものとなる。さらに、本実施例では、第１の高周波電源１０３または第２の高周波電源１０５からの出力はパルス発生器１０７からのパルス信号の高低の振動に同期して、所定の高低の値が出力される。
【００３１】
本実施例では、このような時間の経過に伴って電源の出力を所定の値の振幅値で繰返し高低させており、以下、このような電源の出力の調節を時間変調と呼称する。制御部１０８は、所定のアルゴリズムに沿ってプラズマ処理装置の運転またはウエハ１１４の処理に適切な上記時間変調のパルス信号の周波数またはデューティー比を算出して、これを運転条件として設定して発信する。
【００３２】
第１の整合器１０４は、第１の高周波電力の平面アンテナ１０９に対する電力が供給する経路（給電経路）上に配置されたものであって、進行波の電力の大きさＰｆ、反射波電力の大きさＰｒ、進行波電力と反射波電力の位相差θを検知するＲＦセンサ１１６と、このＲＦセンサ１１６と通信可能に接続されその出力値から反射係数ならびに電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｔａｎｄｉｎｇ  ｗａｖｅ  ｒａｔｉｏ：ＶＳＷＲ、以降ＶＳＷＲという。）、負荷インピーダンスを算出するマイクロコンピュータ１１７とを備えている。また、このマイクロコンピュータ１１７は可変コンデンサａ１２０と可変コンデンサｂ１２１の静電容量を増減させるパルスモーターａ１１８とパルスモーターｂ１１９とに通信可能に接続され、マイクロコンピュータ１１７から発信される指令を受信した可変コンデンサａ１２０或いは可変コンデンサｂ１２１が当該信号に応じて動作することにより、上記静電容量が調節される。
【００３３】
本実施例の第１の整合器１０４は、このような可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１並びに電気的に直列に接続されたこれらの間の配線と接地箇所との間に電気的に接続され配置されたコイル１２２とを備えた回路の働きによって、第１の高周波電源１０３と第１の整合器１０４を含むプラズマ１１５との間の負荷のインピーダンスについて整合を行う。第２の整合器１０６も第１の整合器１０４と同等の構成を備えており、ＲＦセンサ１２３とマイクロコンピュータ１２４、パルスモーターａ１２５、パルスモーターｂ１２６、可変コンデンサａ１２７、可変コンデンサｂ１２８、コイル１２９を備えており、第２の高周波電源１０５と第２の整合器１０６を含むプラズマ１１５との間の負荷インピーダンスの整合を行うものである。
【００３４】
また、第１の整合器１０４ならびに第２の整合器１０６内部のマイクロコンピュータ１１７とマイクロコンピュータ１２４には、制御部１０８よりパルス発生器１０７にて生成されたパルス信号が発信される。さらには、後述する第１の整合器１０４または第２の整合器１０６における中間値での整合動作を指令する信号、あるいは、後述するこれらの整合器の整合目標出力を設定または指令する信号が入力され、このような信号に応じて各整合器において整合の動作が実施される。
【００３５】
図２及び図３は、本発明の第１の実施例に係る第１または第２の整合器における整合の動作の流れを示すフローチャートである。本発明では、上記した時間変調された高周波電力が出力される第１の高周波電源１０３及び第２の高周波電源１０５と処理室１０１との間のインピーダンスを整合させて処理室１０１内のプラズマを含んで構成される回路上での負荷による上記高周波電力の反射を低減してプラズマの形成とこれによる処理の効率を向上する為に、図２乃至図３に示すフローチャートに従って第１の整合器１０４と第２の整合器１０６が駆動される。
【００３６】
図２において、本実施例の整合の動作は、整合開始ステップ２０１から整合の動作が開始される。次に、ステップ２０２において、高出力と低出力との中間の値での整合の動作の要否が確認される。
【００３７】
本実施例の動作は、ステップ２０２及びステップ２０３において第１の整合器１０４と第２の整合器１０６の整合目標が設定され、この整合の目標値に応じて、設定が高出力の場合のプラズマインピーダンスに整合させるフロー２ａと、低出力の場合のプラズマインピーダンスに整合させるフロー２ｂと、高出力時と低出力との中間の値の場合のプラズマインピーダンスを整合させるフロー（図２ではＡ，後述の図３では３ａで示されるもの）とに分岐する。
【００３８】
中間値での整合動作の有無を確認するステップ２０２では、制御部１０８から整合を指令する動作信号を受信したマイクロコンピュータ１１７または１２４がその信号から指令の内容を検出し、中間値での整合の動作をしない（ＯＦＦ）であると判定した場合には整合目標が高出力あるいは低出力に設定されるかを確認するステップ２０３に移行する。制御部１０８からの動作信号から中間値で整合する（ＯＮ）と判定された場合にはＡに移行する。
【００３９】
以下は、第１の整合器１０４での動作とその流れを説明するが、第２の整合器においても同等の動作が同等の流れで実施される。ステップ２０３では、マイクロコンピュータ１１７が制御部１０８から受信した信号から検出した値に基づいて、高出力時の整合条件により整合動作を行うか低出力時の整合条件により整合動作を行うか、すなわち整合の設定値が高出力値または低出力値の何れであるかを判定する。判定した結果に応じて整合の動作はそれぞれ整合フロー２ａ或いは整合フロー２ｂに移行する。
【００４０】
ステップ２０３にて高出力値へ整合する動作であると判定された場合、先ずステップ２０４において高周波電力の大きさが高い（高出力）の場合の高周波の進行波の電力の大きさＰｆ、反射波電力の大きさＰｒ、進行波電力と反射波電力の位相差θの各々の値を取得する（ステップ２０４）。このステップ２０４では、第１の高周波電源１０３と可変コンデンサａ１２０との間の回路上に配置されたＲＦセンサ１１６が検知して出力した信号からマイクロコンピュータ１１７が第１の高周波電力が高出力の際のＰｆ，Ｐｒ，θを検出し、高出力の場合の反射係数Γを算出して求めるステップ２０５に移行する。
【００４１】
高出力時の反射係数Γを算出するステップ２０５では、マイクロコンピュータ１１７がステップ２０４で取得したＰｆ，Ｐｒ，θの値を用いて、予め内部の図示しない記憶装置内に取得され格納されたソフトウエアのアルゴリズムに基づいて第１の整合器１０４のセンサにおける入力反射係数Γを算出する。次に、ＶＳＷＲを算出するステップ２０６では、マイクロコンピュータ１１７はステップ２０５で算出された反射係数Γを用いて、ステップ２０５と同様に予め取得されたアルゴリズムに沿って第１の高周波電源１０３と第１の整合器１０４との間のＶＳＷＲを算出する。
【００４２】
次に、ステップ２０７において、マイクロコンピュータ１１７がステップ２０６で算出したＶＳＷＲと記憶装置内に予め記憶された整合判定値を読み出してこれと比較し、前者が後者の値以下であるかどうかを判定する。ＶＳＷＲが整合判定値以下である場合は、マイクロコンピュータ１１７が整合が取れていると判定し本フロー２ａはステップ２０４に戻る。一方、マイクロコンピュータ１１７がＶＳＷＲは整合判定値より大きいと判定した場合はステップ２０８に移行する。
【００４３】
ステップ２０８では、マイクロコンピュータ１１７が予め記憶装置に記憶されたアルゴリズムに沿ってステップ２０５で算出した反射係数Γを用いて高周波電源側から整合器を含むプラズマ負荷を見た負荷インピーダンスＺＬを算出する。さらに、次のステップ２０９においてマイクロコンピュータ１１７は、ステップ２０８で算出した負荷インピーダンスＺＬと高周波電源のインピーダンスＺ０とを整合させるための第１の整合器１０４の可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量値を算出する。
【００４４】
次のステップ２１０において、マイクロコンピュータ１１７は、第１の整合器１０４内のパルスモーターａ１１８およびパルスモーターｂ１１９に対して、可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量がステップ２０９で算出した各々の静電容量値となるように回転させる動作指令を発信する。その後、ステップ２０４に戻る。
【００４５】
一方、ステップ２０３にて設定された整合の目標値が低出力値と判定され整合フロー２ｂに移行した場合、低出力時のＰｆ，Ｐｒ，θを取得するステップ２１１に移行する。このステップ２１１では、高周波電力の出力が低い状態におけるＰｆ，Ｐｒ，θを取得し、ステップ２１２に移行する。ステップ２１２以降の整合フロー２ｂでは、上述した整合フロー２ａのステップ２０４以降と同様の過程で整合動作を行う。
【００４６】
ステップ２０２において分岐Ａに移行した場合、図３に示す高周波電源の出力に対する整合の目標値を判定するフロー３ａに移行する。図３は、図１に示す実施例に係る第１の高周波電源の電力に対して第１の整合器を整合させる目標値を検出する動作の流れを示すフローチャートである。
【００４７】
本図において示されるフロー３ａの検出の動作は、マイクロコンピュータ１１７の内部において実行されるものである。フロー３ａでは先ずステップ３０１において、第１の高周波電源１０３の電力が高出力時と低出力時のそれぞれの場合における負荷インピーダンスに対応した第１の整合器１０４内の可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量の値を算出するように、高出力の場合と低出力の場合との各々でフローを分岐させる。高周波電力が高出力値である場合にステップ３０２に移行する。高周波電力が低出力値の場合には、ステップ３０６に移行する。
【００４８】
本フローにおいて、第１の高周波電源１０３が高出力時におけるＰｆ，Ｐｒ，θを検出するステップ３０２、高出力時の反射係数Γを算出するステップ３０３、負荷インピーダンス３０４を算出するステップ３０４及び高出力値の場合に第１の整合器１０４を整合させる第１の整合器１０４内の可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量の値を算出するステップ３０５は、図２に示すフロー２ａのステップ２０６、２０７を除いたステップ２０４乃至ステップ２０９の流れと同等である。さらに、第１の高周波電源１０３が低出力時におけるＰｆ，Ｐｒ，θを取得するステップ３０６、高出力時の反射係数Γを算出するステップ３０７、負荷インピーダンス３０４を算出するステップ３０８及び高出力値の場合に第１の整合器１０４を整合させる第１の整合器１０４内の可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量の値を算出するステップ３０９は、図２に示すフロー２ｂのステップ２１３、２１４を除いたステップ２１１乃至ステップ２１６の流れと同等である。
【００４９】
ステップ３０５において上記高出力時の静電容量値を算出しステップ３０９において低出力時の静電容量値を算出した後、高出力時と低出力時との中間の値での第１の整合器１０４の可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量を算出するステップ３１０に移行する。本例のステップ３１０において、高出力値と低出力値の中間値に対応する上記静電容量値は、ステップ３０５にて算出した高出力時に第１の整合器１０４を整合させる可変コンデンサａ１２０の静電容量値［ＶＣ１（ｈｉｇｈ）］及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量値［ＶＣ２（ｈｉｇｈ）］と，ステップ３０９にて算出した低出力時に整合させる可変コンデンサａ１２０の静電容量値［ＶＣ１（ｌｏｗ）］及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量値［ＶＣ２（ｌｏｗ）］を用いて高出力時と低出力時の反射波をそれぞれ抑制できる可変コンデンサａ１２０、可変コンデンサｂ１２１の静電容量値が算出される。
【００５０】
本例では、マイクロコンピュータ１１７は高出力時の進行波電力の大きさをＰｆ（ｈｉｇｈ）、低出力時の進行波電力の大きさをＰｆ（ｌｏｗ）とし、デューティー比をＤとすると、高出力時と低出力時との中間値に対応する可変コンデンサの静電容量値ＶＣ１（ｍｉｄｄｌｅ）、ＶＣ２（ｍｉｄｄｌｅ）の各々を次の式（１），（２）として算出する。これらの値は可変コンデンサａ１２０，可変コンデンサｂ１２１において実現されるべき値として設定される。
【００５１】
【数１】
0006424024.tif 000002
【００５２】
本例では、高出力時および低出力時の進行波出力とデューティー比の積により複数の可変コンデンサ各々の静電容量値に重み付けをすることで、高出力時と低出力時との後述する時間平均出力の比に応じて可変コンデンサの静電容量値を決定する。このような図３に示したフロー３ａに沿った中間の値に対する複数の可変コンデンサの静電容量値の算出とその設定とは、第２の整合器１０６においても同様に行われる。
【００５３】
次に、ステップ３１１に移行して、第１の整合器１０４のパルスモーターａ１１８およびパルスモーターｂ１１９に対して、可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量がステップ３１０において算出した各々の静電容量値となるように回転させる動作指令が発信される。フロー３ａは、この後ステップ３０１に戻る。
【００５４】
上記説明した実施例に係るプラズマ処理装置において図２乃至図３に示すフローチャートに従って整合の動作を実施した場合の結果について、図４乃至図６を用いて以下説明する。
【００５５】
図４は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が処理室１０１内において放電してプラズマ１１５を形成する条件を示す表である。図４の表は、第１の高周波電源１０３、第２の高周波１０５の各々における複数のパラメータの値の異なる組合せを条件４０１、４０２、４０３として複数の設定として示している。本図において、高出力時の時間平均出力Ｐｆ（ｈｉｇｈ）ａｖｅ．及び低出力時の時間平均出力Ｐｆ（ｌｏｗ）ａｖｅ．は、以下の式（３），（４）より算出された。
【００５６】
【数２】
0006424024.tif 000003
【００５７】
本実施例のプラズマ処理装置において時間の経過に伴なって実施される整合の動作を図５，６を用いて説明する。図５及び６は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の整合の動作を時間の経過に対して示すタイミングチャートである。
【００５８】
図５は、図４に示した条件４０１、４０２、４０３によりエッチング処理を実施した場合の第１の整合器１０４が整合を実施する場合の動作のタイミングチャートである。本図では、第１の整合器１０４において第１の高周波電源１０３の出力が中間値である場合での整合の動作の実施または不実施を示す信号５０１、第１の整合器１０４が整合させようとする目標の第１の高周波電源の出力のレベルを示す信号５０２、第１の整合器１０４の可変コンデンサａ１２０の静電容量値５０３、第１の整合器１０４の可変コンデンサｂ１２１の静電容量値５０４、第１の高周波電源１０３の進行波の電力値５０５、第１の高周波電源１０３の反射波の電力値５０６、第１の整合器１０４において高周波電力のパラメータを検出する動作の当否を示すセンシング信号５０７の時間の経過に伴なう変化を示している。
【００５９】
一方、図６は、図１に示す実施例に係る第２の整合器１０６が整合を実施する場合の動作のタイミングチャートである。本図では、第２の整合器１０６において第２の高周波電源１０５の中間値での整合の動作の実施または不実施を示す信号６０１、第２の整合器１０６の目標の出力を示す信号６０２、第２の整合器１０６の可変コンデンサａ１２７の静電容量値６０３、第２の整合器１０６の可変コンデンサｂ１２８の静電容量値６０４、第２の高周波電源１０５の進行波の電力値６０５、第２の高周波電源１０５の反射波の電力値６０６、第２の整合器１０６において高周波電力のパラメータを検出する動作の当否を示すセンシング信号６０７の時間の経過に伴う変化を示している。
【００６０】
尚、第１の整合器１０４のセンシング信号５０７及び第２の整合器１０６のセンシング信号６０７がＯＮの場合には、第１の整合器１０４内部のＲＦセンサ１１６及び第２の整合器１０６内部のＲＦセンサ１２３からの出力を受けてマイクロコンピュータ１１７，１２４が高周波電源の進行波電力の大きさＰｆ、反射波電力の大きさＰｒ、進行波電力と反射波電力位相差θが検出する。
【００６１】
図５，６に示すタイミングチャートを用いて、本実施例に係るプラズマ処理装置のエッチング処理が開始される時刻ｔ０からエッチング処理が終了する時刻ｔ５までの動作の流れを説明する。
【００６２】
時刻ｔ０においてウエハ１１４が処理台１１１に設置された後、処理室１０１内にプラズマ１１５が形成されウエハ１１４が処理台１１１上面に静電気力によって吸着保持された状態で、時刻ｔ１からウエハ１１４のエッチング処理が開始される。時刻ｔ０から時刻ｔ５までに制御部１０８ならびに制御部内のパルス発生器１０７から第１の高周波電源１０３及び第１の整合器１０４、第２の高周波電源１０５、第２の整合器１０６に対して所望のエッチング処理を実現するための動作の指令とその条件とを含んでこれを設定する信号が送受信される。
【００６３】
本図において、本例のプラズマ処理装置は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は図４に示す条件４０１に基いて動作してエッチング処理を実施する。この時刻ｔ１とｔ２との間で時間の経過とともに第１の高周波電源１０３及び第２の高周波電源１０５からの出力は所定の高出力値と低出力値との間で切り替えられて増減する。条件４０１では、第１の高周波電源１０３の出力値は、他の条件よりも高出力値と低出力値との間の出力差が大きく且つデューティー比を大きく（本例では９０％に）設定されているため、低出力時の時間平均出力に対し高出力時の時間平均出力が３０倍以上となっている。このため、本例では、第１の高周波電源１０３の電力が高出力値の場合の負荷インピーダンスに対して整合を行うことで時間平均反射波をより効果的に抑制できると判定して、第１の整合器１０３が整合させようとする目標の高周波電力の出力（の設定）を示す信号５０２を高出力値を示すものとした。
【００６４】
一方で、第２の高周波電源１０５の出力の値は、他の条件と比較して高出力と低出力の出力差は小さく且つデューティー比が小さい（本例では１０％にされている）ため、高出力時の時間平均出力に対する低出力時の時間平均出力は７倍程度となっている。このことから本例では、第２の高周波電源１０５が低出力の時の負荷インピーダンスに対して整合を行うことで時間平均反射波をより効果的に抑制できると判定して、第２の整合器１０６が目標とする高周波電力の出力を示す信号６０２を低出力値のものとした。また、第１の整合器１０４の可変コンデンサａ１２０の静電容量値６０３及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量値６０４、第２の整合器１０５の可変コンデンサａ１２７の静電容量値６０３及び可変コンデンサｂ１２８の静電容量値６０４の初期値は、これらの可変コンデンサ各々がその容量を可変に実現できる範囲の中心の値に設定されている。
【００６５】
上記の設定に基いて、時刻ｔ１に第１の高周波電源１０３および第２の高周波電源１０５から高周波電力が出力される。第１の整合器１０４では、高出力時のプラズマ１１５のインピーダンスを整合の目標値にするため、第１の高周波電源１０３からの出力が高出力の場合にのみ第１の整合器１０４がパラメータを検出する動作の当否を示すセンシング信号５０７がＯＮとなる。一方で、第２の整合器１０６では、低出力時のインピーダンスを整合の目標値にしていることから、低出力時にのみ第２の整合器１０６に係るセンシング信号６０７がＯＮとなる。なお、本例では、第１の高周波電源１０３が高出力値となる時刻或いはタイミング及び時間は第２の高周波電源１０５が低出力値となる時刻或いはタイミングと時間とに同期するように調節されているが、これに限られるものではない。
【００６６】
この状態で、時刻ｔ１乃至ｔ２において第１の整合器の可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１、第２の整合器１０６の可変コンデンサａ１２７及び可変コンデンサｂ１２８は静電容量の値が調節されて、第１の整合器１０４及び第２の整合器１０６は、図２のフローチャートの整合フロー２ａまたは整合フロー２ｂに従って整合を実施する。すなわち、時刻ｔ１から第１の高周波電源１０３は高出力値の電力を出力する。時刻ｔ１以降、第１の整合器１０４は高出力の電力が供給されている間は当該高出力値に対して整合を行う為、第１の高周波電源の反射波電力は時刻ｔ１直後から減少し始め、第１の整合器１０４が時刻ｔ２までの間の時刻ｔ６において上記高出力時のプラズマのインピーダンスに対し整合の条件を満たすと反射波の電力値を示す信号５０６は実質的に０となる。
【００６７】
一方で、図６の信号６０５に示すように、第２の高周波電源１０５は第１の高周波電源１０３と同様に時刻ｔ１から高出力値の供給を開始する。第２の整合器１０６が低出力値の時に整合を行う設定である為、第２の高周波電源１０５が低出力値に切替った時刻ｔ７からその整合が開始されて第２の高周波電源１０５の反射波電力は減少し始め、時刻ｔ８において第２の整合器１０６において第２の高周波電源１０５が低出力の時のプラズマインピーダンスに対する整合の条件が満たされると反射波の電力値を示す信号６０６は実質的に０になる。
【００６８】
時刻ｔ６からｔ２の間で、第１の整合器１０４は、上記第１の高周波電源１０３からの高出力値に対応しこれによる反射波の電力が実質的に０となるようなプラズマ（負荷）のインピーダンスを実現するように可変コンデンサの静電容量値が調節される整合を実施する。このため、図５に示すように、時刻ｔ６乃至ｔ２では信号５０３，５０４の値は一定にされ信号５０６は実質的に０にされている。
【００６９】
同様に、時刻ｔ８からｔ２の間で、第２の整合器１０６は、上記第２の高周波電源１０５からの低出力値に対応しこれによる反射波の電力が実質的に０となるようなプラズマ（負荷）のインピーダンスを実現するように可変コンデンサの静電容量値が調節される整合を実施するため、図６に示すように、時刻ｔ８乃至ｔ２では信号６０３，６０４の値は一定にされ信号６０６は実質的に０にされている。しかしながら、条件４０１に沿ったエッチング処理の間でも、第１の高周波電源１０３の反射波電力は第１の整合器１０４が整合の目標としていない低出力値が出力される間及び第２の高周波電源１０５の反射波電力は第２の整合器１０６が整合の目標としていない高出力を出力する間は、第１の整合器１０４、第２の整合器１０６の整合の動作にも拘らず、これが抑制されず少なくとも一時的な変化として検出される。
【００７０】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、図４に示す条件４０２の条件でエッチング処理が実行される。条件４０２は、図４に示されるように、第１の高周波電源１０３の電力の高出力値は条件４０１のものと等しく低出力値が条件４０１のものより高くされる一方で、第２の高周波電源１０５の電力の高出力値は条件４０１のものと等しく低出力値は条件４０１のものより低いものにされている。また、第１の高周波電源１０３及び第２の高周波電源１０５のデューティー比は条件４０１とは逆の値にされている。
【００７１】
このことから、条件４０２では第１の高周波電源１０３の出力の時間平均値は高出力値のものが低出力のものの６分の１になっており、第２の高周波電源１０５の出力の時間平均値はでは逆に３０倍になっている。このような条件で処理される時刻ｔ２乃至ｔ３では、当該条件４０２での第１の整合器１０４と第２の整合器１０６とが各々目標とする電力の出力値は、図４の高出力時の時間平均出力と低出力時の時間平均出力から検討し、第１の整合器１０４が整合させる目標を低出力時の出力とし、第２の整合器１０６の目標を高出力時のものとして、信号５０２，６０２の出力を設定した。
【００７２】
時刻ｔ２において第１の高周波電源１０３および第２の高周波電源１０５からそれぞれ低出力値の高周波電力が出力され、時刻ｔ３まで時間の経過とともに所定の高出力値と低出力値との間で切り替えられて増減する。本例では、これに応じて、第１の整合器１０４は、第１の高周波電源１０３の電力が低出力の場合のプラズマインピーダンスを整合の目標とするため、当該電力が低出力の時にのみ第１の整合器１０４に係るセンシング信号５０７がＯＮとなる。一方で、第２の整合器１０６は、第２の高周波電源１０５の電力が高出力時のプラズマインピーダンスを整合の目標値とするため、高出力時にのみ第２の整合器１０６のセンシング信号６０７がＯＮとなる。
【００７３】
本例では、第１の高周波電源１０３は時刻ｔ２から設定に基いて低出力値で出力を行う。この際、第１の整合器１０４は信号５０２に従って第１の高周波電源１０３の電力の低出力に対応して整合の動作を行うように設定されているので、第１の高周波電源１０３の反射波電力は時刻ｔ２から減少し始め、第１の整合器１０５が第１の高周波電源１０３の電力が低出力値である場合のプラズマインピーダンスに対して整合の条件を満たす時刻ｔ９において反射波の電力を示す信号５０６が実質的に０になる。
【００７４】
一方で、第１の高周波電源１０３と同様に第２の高周波電源１０５は時刻ｔ２からその低出力値を出力しているが、第２の整合器１０６が信号６０２に従って第２の高周波電源１０５の電力の高出力値に対応してに整合を行うように設定れているので、第２の高周波電源１０５の電力が高出力値に切替った時刻ｔ１０から第２の整合器１０６による整合が開始されて第２の高周波電源１０５の反射波の電力は減少し始め、第２の整合器１０６が上記高出力時のプラズマインピーダンスに対し整合の条件を満たす時刻ｔ１１において反射波の電力を示す信号６０６が実質的に０になる。
【００７５】
時刻ｔ９からｔ３の間で、第１の整合器１０４は、上記第１の高周波電源１０３からの低出力値に対応しこれによる反射波の電力が実質的に０となるようなプラズマ（負荷）のインピーダンスを実現するように可変コンデンサの静電容量値が調節される整合を実施する。このため、図５に示すように、時刻ｔ９乃至ｔ３では信号５０３，５０４の値は一定にされ信号５０６は実質的に０にされている。
【００７６】
同様に、時刻ｔ１１からｔ３の間で、第２の整合器１０６は、上記第２の高周波電源１０５からの高出力値に対応しこれによる反射波の電力が実質的に０となるようなプラズマ（負荷）のインピーダンスを実現するように可変コンデンサの静電容量値が調節される整合を実施するため、図６に示すように、時刻ｔ１１乃至ｔ３では信号６０３，６０４の値は一定にされ信号６０６は実質的に０にされている。しかしながら、条件４０１の処理（時刻ｔ１乃至ｔ２の処理）の場合と同様に条件４０２に沿ったエッチング処理の間でも、第１の高周波電源１０３の反射波電力は第１の整合器１０４が整合の目標としていない高出力値が出力される間及び第２の高周波電源１０５の反射波電力は第２の整合器１０６が整合の目標としていない低出力値を出力する間は、第１の整合器１０４、第２の整合器１０６の整合の動作にも拘らず、これが抑制されず少なくとも一時的な変化として検出される。
【００７７】
時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、図４に示す条件４０３に沿ってエッチング処理が実施される。条件４０３での第１の整合器１０４及び第２の整合器１０６の整合の目標を条件４０１、条件４０２の場合と同様に検討した。
【００７８】
図４に示される通り、条件４０３の第１の高周波電源１０３及び第２の高周波電源１０５各々の電力の低出力値は条件４０１での値と４０２のものとの中間の値にされている。また、両者のデューティー比は５０％で等しくされている。本例では、条件４０３の第１の高周波電源１０３及び第２の高周波電源１０５各々の高出力値、低出力値となる時刻或いはタイミングと時間は同期するように調節されているが、条件４０２の場合のように同期していなくても良い。
【００７９】
このような条件４０３では、第１の高周波電源１０３の電力が高出力値の場合の出力の時間平均値はその低出力値の場合の時間平均値の２倍未満になっており、高出力の場合の負荷インピーダンスに対して整合を行うのみでは反射波またはその時間平均値の大きさを抑制することができないと想定される。そこで、本実施例では、第１の整合器１０４の整合の目標値を、第１の高周波電源１０３の電力が高出力である場合のプラズマ（負荷）インピーダンスと低出力である場合のプラズマインピーダンスとの中間の値に設定して整合を実施するものとし、これを示す第１の整合器１０４による中間値に対応した整合の当否を示す信号５０１が時刻ｔ３乃至ｔ４の間においてＯＮにされる。
【００８０】
また、第２の高周波電源１０５の電力の高出力値と低出力値との時間平均値の比も、第１の高周波電源１０３の場合と同様に２倍未満であるので、第２の整合器１０６の整合の目標も第２の高周波電源１０５の電力が高出力値時のプラズマインピーダンスと低出力値時のプラズマインピーダンスとの中間の値に設定して、第２の整合器１０６による中間値に対応した整合の当否を示す信号６０１が時刻ｔ３乃至ｔ４の間においてＯＮにされる。なお、このような信号は、制御部１０８ならびに制御部内のパルス発生器１０７から第１の高周波電源１０３及び第１の整合器１０４、第２の高周波電源１０５、第２の整合器１０６に対して所望のエッチング処理を実現するための動作の指令及びその条件を含んでこれを設定する信号に含まれて送信される。
【００８１】
時刻ｔ３において、第１の高周波電源１０３および第２の高周波電源１０５から高周波電力が出力される。時刻ｔ３及びその直後の時点では、両者は各々の低出力値にされている。時刻ｔ３からＯＮの値にされた信号５０１に対応して、第１の整合器４のセンシング信号５０７がＯＮになっており、同様に時刻ｔ３からＯＮにされた信号６０１に対応して第２の整合器１０６も第２の整合器１０６のセンシング信号６０７がＯＮとなっている。
【００８２】
このため、第１の整合器１０４及び第２の整合器１０６は時刻ｔ３から各々第１の高周波電源１０３の出力及び第２の高周波電源１０６の出力の中間値に対応した整合の動作が開始される。すなわち、第１の整合器１０４では、その可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１が、第２の整合器１０４ではその可変コンデンサａ１２７及び可変コンデンサｂ１２８が、図３に示されたフローチャートのフロー３ａに沿ってマイクロコンピュータ１１７或いは１２４において検出されたパラメータから算出された各々の値となるように静電容量が調節されて整合を行われる。
【００８３】
本例において、第１の高周波電源１０３は時刻ｔ３から低出力値で出力している。第１の高周波電源１０３の出力が高出力値に切替わるまでは、図３に示されたフロー３ａのステップ３１０ではステップ３０９において算出れた低出力値に対応して整合する可変コンデンサの静電容量値のみが入力されるので、ステップ３１０の算出の結果は第１の高周波電源１０３の電力が低出力値の場合に対応した第１の整合器１０４の可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量の値となり、実質的に第１の整合器１０４は上記低出力に対応した整合となるように動作することになる。
【００８４】
時刻ｔ１２に第１の高周波電源１０３の出力は高出力値に切り替わり、時刻ｔ１２から以降は所定のデューティー比に応じた時間で交互に切り替わる高出力値の場合と低出力値の場合との夫々において、第１の整合器１０４のフロー３ａにおいては、第１の高周波電源１０３の電力が高出力値の場合及び低出力値の場合の各々でのパラメータがセンサの出力を用いて検出される。そして、これらを用いてステップ３１０において（１）式及び（２）式により算出される高出力値と低出力値の中間の値を目標値としてプラズマインピーダンスを適合させて反射波を所定の値となるように第１の整合器１０３の可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１の静電容量値が調節される整合が行われる。
【００８５】
図５では、時刻ｔ１２から第１の整合器の可変コンデンサａ１２０及び可変コンデンサｂ１２１は高出力値と低出力値の中間の値に対応した静電容量値を具備するように調節され、第１の高周波電源１０３からの電力に対する反射波の電力は交互に繰り返される高出力値の期間と低出力値の期間との各々で時間の変化とともに平均的に抑制される。すなわち、図５の信号５０６のグラフに示されるように反射波の電力値は、時刻ｔ１３で第１の整合器１０４が中間値に対応したプラズマのインピーダンスに対し整合の条件を満たした結果所定の値になるまでの間、時刻ｔ１２から高出力値の期間と低出力値の期間との各々で交互に当該所定値に漸近するように変化していき、整合が達成され所定値となった時刻ｔ１３から時刻ｔ４まで当該値が維持される。
【００８６】
一方で、第２の高周波電源１０５は時刻ｔ３から低出力値で出力している。このため、第１の高周波電源１０３の場合と同様に、時刻ｔ３から時刻ｔ１４までは図３のフロー３ａに沿って第２の整合器１０６は実質的に第２の高周波電源１０５の低出力に整合するように調節される。時刻ｔ１４から第２の高周波電源１０５の電力は高出力値に切り替わり、時刻ｔ１４から第２の高周波電源１０５の高出力値と低出力値の中間の値を目標としてこれに対応してプラズマインピーダンスを適合させ反射波の電力が所定の値となるように第２の整合器の可変コンデンサａ１２７及び可変コンデンサｂ１２８の静電容量の値が調節される整合が実施される。
【００８７】
図６の信号６０６に示されるように、時刻ｔ１４乃至時刻ｔ１５の間で第２の高周波電源１０５の出力が連続して高出力値にされている一期間で整合の条件が達成され反射波の電力が所定値にされている。時刻ｔ１５において上記整合の上限が達成された後以降は、当該反射波の電力値が維持される。このようにして、第２の高周波電源１０５の反射波電力は平均的に抑制される。
【００８８】
時刻ｔ４において、第１の高周波電源１０３と第２の高周波電源１０５は出力を０または遮断して、第１の整合器１０３のセンシング信号５０７及び第２の整合器のセンシング信号６０７もＯＦＦの値にされる。この後、時刻ｔ５にてエッチング処理が終了する。
【００８９】
上記実施例のように、図４に示した第１の高周波電源１０３または第２の高周波電源１０５の電力の高出力値と低出力値に応じて、各々に電気的に接続された第１の整合器１０４及び第２の整合器１０６各々の整合の目標値を切り替えて整合を行うことで反射波の抑制が適切に行われる。このことにより、プラズマ処理装置に供給する電力の損失を低減することが可能となる。さらに、負荷としてのプラズマに供給される高周波の電力値をより設定に近似させることができウエハの処理の再現性が向上される。
【変形例】
【００９０】
上記の実施例では、第１の整合器１０４または第２の整合器１０６において、高出力値と低出力値の中間の値を目標として整合を行う際に、（１）式及び（２）式により複数の可変コンデンサの静電容量の値を算出しこの値となるように当該可変コンデンサの容量を調節する点を開示した。一方、以下に説明する例では、高出力値の場合における整合器を含む負荷インピーダンスの大きさ｜ＺＬ｜（ｈｉｇｈ）及び位相角∠ＺＬ（ｈｉｇｈ）と低出力値の場合の整合器を含む負荷インピーダンスの大きさ｜ＺＬ｜（ｌｏｗ）及び位相角∠ＺＬ（ｌｏｗ）とから、高出力値と低出力値の中間の値に対応した負荷インピーダンスの大きさ｜ＺＬ｜（ｍｉｄｄｌｅ）及び位相角∠ＺＬ（ｍｉｄｄｌｅ）を算出し、これに適合するように第１の整合器１０４または第２の整合器１０６による整合を行う例を示す。
【００９１】
図７は、第１の変形例に係るプラズマ処理装置において第１の高周波電源の電力に対して第１の整合器を整合させる目標値を検出する動作の流れを示すフローチャートである。図７では、第１の高周波電源１０３の出力の高出力値と低出力時の中間値に対応した第１の整合器１０４における整合の動作の流れであるフロー７ａについてのみ記載している。本例においては、整合の目標値を高出力値もしくは低出力値にした場合の整合動作は、図２に示したフロー２ａ及び整合フロー２ｂと同等である。
【００９２】
図７に示すフローチャートを用いて変形例における整合の動作について説明する。図７に示す第１の高周波電源１０３の整合のフロー７ａにおけるステップ７０１は、図３に示すフロー３ａにおけるステップ３０１と対応している。図７のステップ７０１にて、第１の高周波電源１０３の出力が高出力値であると判定された場合はステップ７０２へ移行する。一方で、低出力値であると判定された場合はステップ７０５へ移行する。
【００９３】
本例において、第１の高周波電源１０３の出力が高出力値である場合のＰｆ，Ｐｒ，θを取得するステップ７０２から高出力の場合で負荷インピーダンスを算出するステップ７０４までの工程は、図３のフロー３ａにおけるステップ３０２からステップ３０４と同等である。同じく、第１の高周波電源１０３の出力が低出力値である場合のＰｆ，Ｐｒ，θを取得するステップ７０５から低出力の場合での負荷インピーダンスを算出するステップ７０７までの工程も、図３のフロー３ａにおけるステップ３０６からステップ３０８と同等である。
【００９４】
さらに本例では、ステップ７０４において、第１の高周波電源１０３の出力が高出力値の場合の第１の整合器１０４を含む負荷インピーダンスの大きさ｜ＺＬ｜（ｈｉｇｈ）及び位相角∠ＺＬ（ｈｉｇｈ）を算出する。また、ステップ７０７において、低出力時の第１の整合器１０４を含むプラズマ負荷のインピーダンスの大きさ｜ＺＬ｜（ｌｏｗ）及び位相角∠ＺＬ（ｌｏｗ）を算出する。その後、中間の値での負荷インピーダンスを算出するステップ７０８に移行する。
【００９５】
ステップ７０８では、ステップ７０４とステップ７０７で算出した負荷インピーダンスの大きさ及び位相の値と第１の高周波電源１０４の高出力値及び低出力値の場合の進行波の出力とデューティー比とを考慮することで、次に示す（５）式及び（６）式を用いて高出力値と低出力値との中間の値でのプラズマ負荷のインピーダンス大きさ｜ＺＬ｜（ｍｉｄｄｌｅ）及び位相角∠ＺＬ（ｍｉｄｄｌｅ）を算出する。
【００９６】
【数３】
0006424024.tif 000004
【００９７】
移動指令のステップ７０９では、（５）式により算出された中間値でのプラズマ負荷のインピーダンスの大きさ｜ＺＬ｜（ｍｉｄｄｌｅ）と高周波電源の特性インピーダンスの大きさ｜Ｚ０｜の差分が０となるように、第１の整合器１０４の可変コンデンサａ１２０の静電容量の値を調節し、（６）式より算出された中間値での位相角∠ＺＬ（ｍｉｄｄｌｅ）が０となるように可変コンデンサｂ１２１の静電容量の値を調節する。その後ステップ７０１に戻る。
【００９８】
なお、本例において、ステップ７０９に係る第１の整合器１０４の２つの可変コンデンサの静電容量値を調節する移動指令を与えるまで、パルス出力１周期分待つことになり、むだ時間が発生するが、可変コンデンサの駆動制御において、むだ時間補償を行っている。また、上記の説明では、図７のフロー７ａを第１の整合器１０４での整合の動作の流れとして説明したが、フロー７ａに沿った中間の値に対する複数の可変コンデンサの静電容量値の算出とその設定とは、第２の高周波電源１０５に係る第２の整合器１０６においても同様に行うことができる。
【００９９】
本変形例においても、第１の高周波電源１０３または第２の高周波電源１０５の電力の高出力値と低出力値に応じて、各々に電気的に接続された第１の整合器１０４及び第２の整合器１０６各々の整合の目標値を切り替えて整合を行うことで反射波の抑制が適切に行われる。このことにより、プラズマ処理装置に供給する電力の損失を低減することが可能となる。さらに、負荷としてのプラズマに供給される高周波の電力値をより設定に近似させることができウエハの処理の再現性が向上される。
【符号の説明】
【０１００】
１０１…処理室
１０２…ターボ分子ポンプ
１０３…第１の高周波電源
１０４…第１の整合器
１０５…第２の高周波電源
１０６…第２の整合器
１０７…パルス発生器
１０８…制御部
１０９…平面アンテナ
１１０…シャワープレート
１１１…処理台
１１２…ガス導入孔
１１３…コイル
１１４…ウエハ
１１５…プラズマ
１１６…ＲＦセンサ
１１７…マイクロコンピュータ
１１８…パルスモーターａ
１１９…パルスモーターｂ
１２０…可変コンデンサａ
１２１…可変コンデンサｂ
１２２…コイル
１２３…ＲＦセンサ
１２４…マイクロコンピュータ
１２５…パルスモーターａ
１２６…パルスモーターｂ
１２７…可変コンデンサａ
１２８…可変コンデンサｂ
１２９…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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