(57)【要約】【課題】  プラズマを確実かつ短時間に発生させ、また、プラズマが一旦発生した後にマッチング位置に移行するまで当該プラズマを安定して維持するプラズマ処理装置及び方法を提供する。【解決手段】  被処理物を収納して真空又は減圧環境下で前記被処理物にプラズマ処理を施す真空容器と、マイクロ波を発生するためのマイクロ波発生源と前記真空容器内の間に配置され、インピーダンス調整を行うインピーダンス整合器と、前記インピーダンス整合器の整合状態、整合状態においてプラズマ発生に必要なマイクロ波強度別分布、及び、前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる前記インピーダンス整合器の整合状態の関係に基づいて、前記インピーダンス整合器の動作を制御する制御部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を収納して真空又は減圧環境下で前記被処理物にプラズマ処理を施す真空容器と、
マイクロ波を発生するためのマイクロ波発生源と前記真空容器内の間に配置され、インピーダンス調整を行うインピーダンス整合器と、
前記インピーダンス整合器の整合状態、整合状態においてプラズマ発生に必要なマイクロ波強度別分布、及び、前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる前記インピーダンス整合器の整合状態の関係に基づいて、前記インピーダンス整合器の動作を制御する制御部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記関係は、前記インピーダンス整合器が生成する前記マイクロ波の反射波の位相と反射係数に対して、前記マイクロ波の強度別に前記プラズマを発生可能な領域を示すスミスチャート、又は、当該スミスチャートに一義的に投影可能なチャートを利用して表されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記プラズマ処理に使用する前記マイクロ波の出力以下の出力で前記プラズマを発生可能な整合状態に前記インピーダンス整合器を設定した状態で前記マイクロ波を投入した後で前記プラズマ処理を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に前記インピーダンス整合器を設定した状態で前記マイクロ波を投入して前記プラズマ処理を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記制御部は、投入される前記マイクロ波の出力でプラズマ発生可能な前記インピーダンス整合器の整合状態のうち、前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に最も近い整合状態に、前記該インピーダンス整合器を設定した状態で前記マイクロ波を投入して前記プラズマ処理を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記制御部は、所定の整合状態に前記インピーダンス整合器を設定した状態で前記マイクロ波を投入して前記プラズマ処理を開始した後、前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に迂回した経路を通って到達するように前記インピーダンス整合器を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記マイクロ波発生源からの前記マイクロ波が全反射される整合状態に前記インピーダンス整合器を設定した状態で前記マイクロ波の供給を開始し、前記マイクロ波の出力が所定の出力に到達した後に、前記投入されたマイクロ波でプラズマ発生可能な整合状態を経由して前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に到達するように前記インピーダンス整合器を制御することを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記マイクロ波でプラズマ発生可能な整合状態に前記インピーダンス整合器を予め設定した後で、前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に移行するように前記インピーダンス整合器を制御することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記マイクロ波でプラズマ発生可能な整合状態に前記インピーダンス整合器を予め設定した後で、前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に前記インピーダンス整合器が自動制御によって移行することを可能にすることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記スミスチャート上での前記インピーダンス整合器の位置と前記マイクロ波の強度を変更しながら前記マイクロ波を投入して前記プラズマを発生させることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記関係を格納するメモリを更に有す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１２】
被処理物を真空容器に収納して真空又は減圧環境下で前記被処理物にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
マイクロ波発生するためのマイクロ波発生源と前記真空容器内の間に配置され、インピーダンス調整を行うインピーダンス整合器の整合状態、当該整合状態においてプラズマ発生に必要な前記マイクロ波の強度別分布、及び、前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる前記インピーダンス整合器の整合状態の関係を測定するステップと、
当該測定ステップによって得られた測定結果に基づいて前記インピーダンス整合器の前記インピーダンス調整を制御するステップとを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１３】
前記関係を、前記インピーダンス整合器が生成する前記マイクロ波の反射波の位相と反射係数に対して、前記マイクロ波の強度別に前記プラズマを発生可能な領域を示すスミスチャート、又は、当該スミスチャートに一義的に投影可能なチャートとして記憶するステップを更に有することを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１４】
前記制御ステップは、
前記プラズマ処理に使用する前記マイクロ波の出力以下の出力で前記プラズマを発生可能な整合状態に前記インピーダンス整合器を設定するステップと、
前記プラズマ処理に使用する前記マイクロ波の出力以下の前記出力で前記マイクロ波を投入して前記プラズマ処理を開始するステップとを特徴とする請求項１２又は１３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１５】
前記制御ステップは、
前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に前記インピーダンス整合器を設定するステップと、
前記マイクロ波を投入して前記プラズマ処理を開始するステップとを有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１６】
前記制御ステップは、
投入される前記マイクロ波の出力でプラズマ発生可能な前記インピーダンス整合器の整合状態のうち、前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に移行するために最も近い整合状態に、前記該インピーダンス整合器を設定するステップと、
前記マイクロ波を投入して前記プラズマ処理を開始するステップとを有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１７】
前記制御ステップは、
所定の整合状態に前記インピーダンス整合器を設定するステップと、
前記マイクロ波を投入して前記プラズマ処理を開始するステップと、
前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に迂回した経路を通って到達するように前記インピーダンス整合器を制御するステップとを有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１８】
前記制御ステップは、
前記マイクロ波発生源からの前記マイクロ波が全反射される整合状態に前記インピーダンス整合器を設定するステップと、
前記マイクロ波の供給を開始し、前記マイクロ波の出力が所定の出力に到達したかどうかを判断するステップと、
前記判断ステップが到達したと判断した場合に、前記投入されたマイクロ波でプラズマ発生可能な整合状態を経由して前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に到達するように前記インピーダンス整合器を制御するステップとを有することを特徴とする請求項１２又は１３記載のプラズマ処理方法。
【請求項１９】
前記制御ステップは、
前記プラズマ処理に適した整合状態を予め前記インピーダンス整合器に設定するステップと、
前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に移行するように前記インピーダンス整合器を制御するステップとを有することを特徴とする請求項１２乃至１８のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項２０】
前記制御ステップは、
前記マイクロ波でプラズマ発生可能な整合状態に前記インピーダンス整合器を予め設定するステップと、
前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる整合状態に前記インピーダンス整合器が自動制御によって移行することを可能にするステップとを有することを特徴とする請求項１２乃至１８のうちいずれか一項記載のプラズマ処理方法。
【請求項２１】
前記制御ステップは、前記スミスチャート上での前記インピーダンス整合器の位置と前記マイクロ波の強度を変更しながら前記マイクロ波を投入して前記プラズマを発生させることを特徴とする請求項１３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】
本発明は、マイクロ波を用いて発生させたプラズマによるプラズマ処理に係り、特に、プラズマを発生及び安定するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の発達により、当該電子機器に使用される電子部品を高品位に製造することが益々要求されるようになってきている。かかる電子部品の一例としての半導体装置を製造する工程において、成膜、エッチング、アッシング等の処理のためにマイクロ波プラズマ処理装置が使用される場合がある。
【０００３】
マイクロ波プラズマ処理装置は、典型的に、マイクロ波発生源からのマイクロ波を真空容器であるプラズマ処理室に導入し、プラズマを発生させ、かかるプラズマを利用して被処理物にプラズマ処理を行う。マイクロ波のような高周波をプラズマ処理室に導入してプラズマを発生する際には、例えば特開平１０−１３４９９６にも開示されるように、典型的に、負荷側とのマッチングをとるためのインピーダンス整合器がプラズマ処理室と高周波発生源との間の導波経路上に配置される。
【０００４】
インピーダンス整合器は、プラズマ処理室に投入される全てのマイクロ波がプラズマ発生により消費されるようにするために、プラズマ処理中にプラズマ処理室等において反射されたマイクロ波である反射波が極小になる整合状態となる整合位置（以下、“マッチング位置”という）を自動的に探索し、且つ当該整合状態を維持する機能を有する。
【特許文献１】特開平１０−１３４９９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のインピーダンス整合器は、一旦マッチング位置を見出した後には、プラズマを安定して維持できるものの、（１）プラズマを確実かつ短時間に発生できない、（２）一旦発生したプラズマをマッチング位置に移行するまで必ずしも維持できない、（３）プラズマ発生からマッチング位置までの移行が必ずしも最短経路で行われない等の問題を有していた。
【０００６】
本発明者らはかかる問題の生じる原因を鋭意検討した結果、（１）プラズマを発生可能な整合位置は必ずしもマッチング位置と一致しないために、一定の迷走をした後に初めてプラズマを発生可能な整合状態に達すること、（２）プラズマ発生後に、プラズマを不安定化、又は消滅させる整合領域を通過する場合があること、（３）インピーダンス整合器がマッチング位置を探索しながら移行を行っていることを発見した。これらの問題は従来のインピーダンス発生器が、（１）プラズマを発生可能な整合位置、（２）プラズマを不安定化又は消滅させる整合領域、（３）マッチング位置等を認識しないままに動作していることに起因する。
【０００７】
更に、この結果、（１）プラズマを発生可能な整合状態の範囲が狭い場合には、プラズマを発生させることができない、（２）プラズマを発生可能な整合状態と発生したプラズマのマッチング位置の間にプラズマを不安定化又は消滅させる整合領域がある場合には、結果的にプラズマを安定維持できない、（３）十分に整合されていない不正なプラズマが生じている時間が延長される等の問題を生じる。
【０００８】
短時間でプラズマを発生できないと、被処理物にマイクロ波が照射されて電気的に悪影響を受けたり、加熱されたりする問題が発生し、被処理物に高品位な処理を施すことができない。例えば、被処理物が半導体装置である場合、照射されたマイクロ波により、半導体装置内の構造を破壊し、また特性を劣化させる場合がある。
【０００９】
また、プラズマを安定維持できない場合や、マッチング位置への移行に長時間を要する場合には、不正な状態のプラズマが生成して被処理物にダメージを与える場合がある。特に被処理物が半導体装置である場合、不正なプラズマが被処理物に接触することや不正なプラズマに関係して形成される電位の影響によって、半導体装置内の構造が破壊し、また特性が劣化する場合がある。
【００１０】
更に、プラズマ発生後にマッチング位置まで移行する間に、プラズマが不安定になる整合状態を通過すると、プラズマが不安定になる結果、マッチング位置に到達するために時間がかかり、場合によってはハンチングと呼ばれる不安定状態に陥る場合がある。不安定状態のプラズマが生じた場合、上記のように被処理物に悪影響が及ぶ他、プラズマ処理装置自体にも過大な負荷が発生し、装置の故障や破壊を生じる場合があった。
【００１１】
本発明は、これら従来技術の問題点を解決すべく、プラズマを確実かつ短時間に発生させ、また、プラズマが一旦発生した後にマッチング位置に移行するまで当該プラズマを安定して維持するプラズマ処理装置及び方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面としてのプラズマ処理装置は、被処理物を収納して真空又は減圧環境下で前記被処理物にプラズマ処理を施す真空容器と、マイクロ波を発生するためのマイクロ波発生源と前記真空容器内の間に配置され、インピーダンス調整を行うインピーダンス整合器と、前記インピーダンス整合器の整合状態、整合状態においてプラズマ発生に必要なマイクロ波強度との関係の分布、及び、前記プラズマ処理中に前記マイクロ波の反射波が極小となる前記インピーダンス整合器の整合状態の関係に基づいて、前記インピーダンス整合部の動作を制御する制御部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、プラズマを確実かつ短時間に発生させ、また、プラズマが一旦発生した後にマッチング位置に移行するまで当該プラズマを安定して維持するプラズマ処理装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、添付図面を参照して本発明の第１実施形態のプラズマ処理装置及び方法を説明する。図６に、本発明にかかるプラズマ処理装置２０の構成の概略ブロック図を示す。プラズマ処理装置２０は、マイクロ波発生源２１と、アイソレーター２２と、マイクロ波導波経路２３と、インピーダンス整合器２４と、制御部２５と、メモリ２６と、分離手段２７と、真空容器２８と、真空排気手段２９と、ガス供給手段３０とを有する。
【００１５】
マイクロ波発生源２１は、例えば、マグネトロンからなり、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。マイクロ波は、その後、図示しないモード変換器によりＴＭ、ＴＥ又はＴＥＭモードなどに変換されてマイクロ波導波経路２３を伝搬する。アイソレーター２２は、マイクロ波導波経路などで反射されたマイクロ波がマイクロ波発生源２１に戻ることを防止するため、そのような反射波を吸収する。
【００１６】
分離手段２７は、真空容器２８を真空封止すると共にマイクロ波を真空容器２８に透過及び導入する。分離手段２７は、例えば、絶縁体である誘電板を含む。必要があれば、誘電板とマイクロ導波経路２３との間にラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）、その他のアンテナ部材を設けてもよい。
【００１７】
真空容器２８は、被処理物Ｗを収納して真空又は減圧環境下で被処理物Ｗに成膜、エッチング、アッシング等のプラズマ処理を施す処理室である。なお、図１０においては、被処理物Ｗを支持する載置台や、被処理物Ｗを図示しないロードロック室との間で受け渡すためのゲートバルブなどは省略されている。
【００１８】
真空排気手段２９は、真空容器２８を排気して、所定の圧力に保つ。真空排気手段２９は、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）により構成され、図示しないコンダクタンスバルブなどの圧力調整バルブを介して真空容器２８に接続されている。
【００１９】
ガス供給手段３０は、ガス供給源と、バルブと、マスフローコントローラと、これらを接続するガス供給路を含み、マイクロ波により励起されて所定のプラズマを得るための反応ガス（例えば、ＮＨ３やＮＯ）や放電ガス（例えば、ＸｅやＡｒ）を供給する。  
【００２０】
インピーダンス整合器２４は、マイクロ波発生源２１から負荷に供給される進行波と負荷により反射されてマイクロ波発生源２１に戻ろうとする反射波のそれぞれの強度と位相を検知するパワーメータを有し、マイクロ波発生源２１と負荷側とのマッチングをとる機能を果たすものであって、ＥＨチューナやスタブチューナ等から構成される。
【００２１】
制御部２５は、プラズマ処理装置２０の各部の動作を制御するが、本実施形態では特に、メモリ２６に格納されたデータ（即ち、図７及び図８を参照して後述される関係と図１乃至図５を参照して後述されるプラズマ処理方法）に基づいて、インピーダンス整合器２４のインピーダンス調整を制御する。
【００２２】
メモリ２６は、インピーダンス整合器２４の整合状態、整合状態においてプラズマ発生に必要なマイクロ波の強度別分布、及び、プラズマ処理中にマイクロ波の反射波が極小となるインピーダンス整合器２４の整合状態の関係を格納し、より具体的には、図７及び図８を参照して後述されるスミスチャート又はスミスチャートから一義的に投影可能なチャートを格納する。また、メモリ２６は、図１乃至図５に示す、本実施形態のプラズマ処理方法も格納する。
【００２３】
インピーダンス整合器２４は、真空容器２８内のプラズマの状態やマイクロ波導波経路２３等の負荷状態により決定される特性インピーダンスに対して、自身の特性インピーダンスを変化することで、全体としてのインピーダンスを調整して投入したマイクロ波の反射波の発生を抑制している。このインピーダンス整合器２４の機能により、真空容器２８に投入される全てのマイクロ波がプラズマ発生により消費されるようにしている。インピーダンス調整は、具体的には、インピーダンス整合器２４の負荷側から入力されるマイクロ波の反射波の強度と位相を検出して、この反射波が極小となるように動作する。プラズマ発生後に当該反射波が極小となる整合状態がインピーダンス整合器２４のマッチング位置となる。
【００２４】
図７は、プラズマ処理装置２０で観察されたインピーダンス整合器２４の整合状態と当該整合状態の際のプラズマ発生に必要なマイクロ波の強度分布の一例を示す。図７は、インピーダンス整合器２４の整合状態を示すためにスミスチャートを使用し、インピーダンス整合器２４により形成されるマイクロ波の反射波の位相と反射係数に対して、真空容器２８内において１ｋＷ〜３ｋＷのマイクロ波がプラズマを発生することができる領域をそれぞれ示している。また、位置ｂ３１と位置ｃ３４はそれぞれ出力１ｋＷと３ｋＷのマイクロ波により生成されるプラズマが定常になった場合に負荷からの反射波が極小になるマッチング位置を示している。図７では、特に真空容器２８内に１Ｔｏｒｒの酸素が存在する場合を例にして示している。図７に示したプラズマ発生に必要なマイクロ波強度の分布等は、プラズマ処理装置２０の構成やプラズマを発生するためのガス種や圧力等により大きく変化し、本発明を限定するものではない。
【００２５】
上述のように、インピーダンス整合器２４の本来の目的はマイクロ波の反射波を抑制して、プラズマを安定的に維持することにあるが、図７に示すように、その整合状態はプラズマの発生過程に関しても極めて重要であることが理解される。つまり、図７に示すように、インピーダンス整合器２４の整合状態によりプラズマ発生に必要なマイクロ波の出力が決定され、低出力のマイクロ波によりプラズマの発生が可能であるプラズマ発生容易位置がある一方で、高出力のマイクロ波によってもプラズマが発生しない状態のあることが明らかである。一方、マッチング位置である位置ｂ３１は必ずしもプラズマの発生が容易な整合状態の位置にないことが分かる。
【００２６】
図７に示したようにマッチング位置がプラズマの発生が容易な整合状態の位置にない場合、マイクロ波を断続的に供給してプラズマ処理を行う際のインピーダンス整合器２４の動作は必ずしも理想的でなかった。
【００２７】
つまり、プラズマ処理中にはインピーダンス整合器２４は当該プラズマに適したマッチング位置にある（例えば、位置ｂ３１）。一方、一度マイクロ波の供給を切断して再度供給した場合、インピーダンス整合器２４はマイクロ波の再投入を検知して当該マッチング位置からプラズマ発生可能な整合状態に変化し、その後に再びマッチング位置に移行する必要があった。これにより、マイクロ波投入からプラズマ発生までに一定の時間を要し、この間に被処理物Ｗにマイクロ波が照射されるという問題が発生する。更に、マッチング位置から離れた状態でプラズマが発生した場合には、インピーダンス整合器２４がマッチング位置に移行するまでに不正なプラズマが生成し、被処理物Ｗに悪影響を与える場合がある。
【００２８】
これに対して、以下に説明する本実施形態によれば、制御部２５が、プラズマ処理に使用するプラズマ処理装置２０と処理条件に関して、図７及び図８に示すような関係を予め測定してメモリ２６に格納し、これに基づいてインピーダンス整合器２４の整合状態の制御を行うことによって、被処理物Ｗへのマイクロ波や不正なプラズマからの影響を最小限に抑制することができる。更に、プラズマが安定するまでの時間が短縮されるため、被処理物Ｗへの悪影響を最小限にすることができると共に処理効率を高めることができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、インピーダンス整合器２４の整合状態を示すための手段の一例としてスミスチャート上にその状態を示しているが、それ以外にもインピーダンス整合器２４の機械的な位置等とプラズマ発生に必要なマイクロ波出力の関係として測定を行い、その結果を利用することもできる。特に、最短時間でプラズマ発生容易位置からマッチング位置に整合状態を変化させる場合などは、インピーダンス整合器２４の機械的な位置に基づいた制御をすることが望ましい。またその他の、スミスチャート上に一義的に投影可能なチャート上にインピーダンス整合器の整合状態を示しても同様の効果を得ることが可能である。
【００３０】
以下、図１を参照して、図７に示すデータを利用したプラズマ処理方法を説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態のプラズマ処理方法を説明するためのフローチャートであり、プラズマ発生容易位置でプラズマを発生させた後、マッチング位置に移行してプラズマ処理を行うインピーダンス整合器２４の制御法を示す図である。
【００３１】
出力１ｋＷのマイクロ波を使用してプラズマ処理を行う場合、従来はインピーダンス整合器が一定の探索動作により１ｋＷでプラズマ発生可能な整合状態に達することでプラズマを発生させた後、図７中に示した１ｋＷでのマッチング位置ｂ３１に移行する必要があった。
【００３２】
これに対して、本実施形態においては、まず、予め図７に示す分布を測定してメモリ２６に格納しておく。そして、実際のプラズマ処理においては、制御部２５は、１ｋＷでプラズマ発生可能な整合状態の内の一点である位置、例えば、位置ａ４０にインピーダンス整合器２４の整合状態を予め設定し（ステップ１０２）、その後、マイクロ波発生源２１を制御することによって確実にプラズマを発生させる（ステップ１０４）。これにより、早期にプラズマを発生させることができ、プラズマ発生前に生じる被処理物Ｗへのマイクロ波の直接照射量を減少することが可能である。次いで、制御部２５は、整合状態が位置ａ４０からマッチング位置ｂ３１に移行経路３３を通って移行するようにインピーダンス制御器２４を制御する（ステップ１０６）。これによって、プラズマの発生前に被処理物Ｗに照射されるマイクロ波を最小限に抑制しつつ円滑にプラズマを発生させてプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００３３】
プラズマ発生のための整合状態である位置ａ４０としては、なるべく低いマイクロ波出力でプラズマが発生可能な位置を用いることが、早期にプラズマを発生させるためには好ましい。
【００３４】
また、プラズマ発生のための位置ａ４０からマッチング位置ｂ３１に移行経路３３により整合状態を移行する際、予めマッチング位置ｂ３１をメモリ２６に記憶させておき、プラズマの発生後に強制的にマッチング位置ｂ３１に移行させる方法の他、被処理物Ｗからガスが発生するなどによりマッチング位置が変動する可能性がある場合には、プラズマの発生後にインピーダンス整合器２４を自動制御に切替え、自動制御によりマッチング位置ｂ３１に移行させてもよい（ステップ１０６）。
（第２実施形態）
図７に示す特性をもつ装置において、出力３ｋＷのマイクロ波を使用してプラズマ処理を行う場合、制御部２５は、インピーダンス整合器２４を図７の破線で示された３ｋＷでプラズマ発生可能な領域内の整合状態に予め設定しておくことによって、第１実施形態と同様に円滑にプラズマを発生させることができる。一方、特に図７のように３ｋＷでのマッチング位置ｃ３２が３ｋＷでプラズマ発生可能な領域に含まれる場合には、これを利用して更に円滑にプラズマを発生し、安定化することができる。つまり、予めインピーダンス整合器をマッチング位置ｃ３２に設定しておくことで、プラズマ発生と同時に定常状態のプラズマとすることが可能で有り、整合位置の移行中に生じる不正なプラズマによる被処理物への影響を抑制することが可能である。この際の制御の流れを図２に示す。
【００３５】
図２を参照するに、まず、予め図７に示す分布と３ｋＷでのマッチング位置ｃ３２を測定してメモリ２６に格納しておく。この際、マッチング位置ｃ３２が３ｋＷでプラズマ発生可能な領域に含まれることを確認する。そして、実際のプラズマ処理においては、制御部２５は、３ｋＷでプラズマ発生可能な整合状態の一点であり、マッチング位置でもある位置ｃ３２にインピーダンス整合器２４の整合状態を予め設定し（ステップ１１２）、その後、マイクロ波発生源２１を制御することによって確実にプラズマを発生させる（ステップ１１４）。これにより、早期にプラズマを発生させることができ、プラズマ発生前に生じる被処理物Ｗへのマイクロ波の直接照射量を減少することが可能である。
【００３６】
プラズマが安定な場合には、整合状態をマッチング位置ｃ３２に設定しておくことで良好なプラズマ処理が可能であるが、被処理物からガスが発生するなどによりマッチング位置が変動する可能性がある場合には、マッチング位置ｃ３２においてプラズマを発生させた後にインピーダンス整合器を自動制御に切替え、自動制御により反射波を極小に維持してもよい（ステップ１１６）。
（第３実施形態）
更に、制御部２５は、処理に用いるマイクロ波出力よりも低い出力で予めプラズマを発生させ、インピーダンス整合器２４で良好な整合状態を保ちつつ本来所望のマイクロ波出力まで出力を高めてプラズマ処理を行うことも可能である。つまり、予め処理に用いるマイクロ波出力（例えば、３ｋＷ）以下の出力（例えば、１ｋＷ）でプラズマを発生可能な整合状態にインピーダンス整合器２４を設定した状態でマイクロ波発生源２１を制御して１ｋWのマイクロ波を投入してプラズマ処理を開始し、図１に示した操作によりプラズマを安定化させる。その後、インピーダンス整合器２４により反射波を極小に保ちながらマイクロ波を３ｋWまで増加させてプラズマ処理をおこなってもよい。かかる構成によれば、高出力のマイクロ波により処理を行う場合にも予め低出力のマイクロ波で早期にプラズマを発生させることで、プラズマが発生していない状態で高出力のマイクロ波を投入した際に生じる被処理物へのマイクロ波の直接照射を減少することが可能である。また、不正なプラズマにより被処理物が受ける影響も減少することができる。
（第４実施形態）
先に説明した第１実施形態の変形の実施形態であるプラズマ処理について図３及び図８を参照して説明する。ここで、図３は、図１の変形例としてのインピーダンス整合器の制御法を示すフローチャートである。図３においては、所定のマイクロ波出力でプラズマの発生が可能な領域の内で、マッチング位置に略最も近いプラズマ発生可能領域内の位置でプラズマを発生させた後、マッチング位置に移行してプラズマ処理を行う。具体的にはマッチング位置とプラズマ発生可能領域の最短距離の１２０％以内の距離にある位置でプラズマを発生させることで良好な処理が可能となる。
【００３７】
図８は、図７とは異なる、インピーダンス整合器２４の整合状態とその際のプラズマ発生のために必要なマイクロ波の強度分布である。図８において、位置ｅ３６は、出力３ｋＷのマイクロ波のマッチング位置である。また、位置ｄ４２は出力３ｋＷのマイクロ波でプラズマを発生可能な領域内の位置であって、上記マッチング位置ｅ３６に十分に近い位置である。
【００３８】
図８において、例えば、出力３ｋＷのマイクロ波を使用してプラズマ処理を行う場合、３ｋＷでのマッチング位置である位置ｅ３６ではプラズマを発生させることができないため、制御部２５は、予めプラズマ発生可能な整合状態にインピーダンス整合器２４を設定しておくことが有効であることは上述の通りである。制御部２５は、プラズマ発生容易位置をそのマッチング位置ｅ３６に略最も近く、且つ３ｋＷでプラズマ発生が可能な整合状態である例えば位置ｄ４２に設定することによって、プラズマ発生後にマッチング位置ｅ３６に移行する経路３７を最短にすることができ、マッチング完了以前に生じる不正なプラズマにより被処理物Ｗが受ける悪影響を抑制することが可能である。この際の制御の流れを図３に示す。
【００３９】
図３を参照するに、まず、予め図８に示す分布を測定してメモリ２６に格納しておく。そして、実際のプラズマ処理においては、制御部２５は、３ｋＷでプラズマ発生可能な整合状態の一点である位置でマッチング位置ｅ３６に略最も近い位置、例えば、位置ｄ４２にインピーダンス整合器２４の整合状態を予め設定し（ステップ１２２）、その後、マイクロ波発生源２１を制御することによって確実にプラズマを発生させる（ステップ１２４）。これにより、早期にプラズマを発生させることができ、プラズマ発生前に生じる被処理物Ｗへのマイクロ波の直接照射量を減少することが可能である。次いで、制御部２５は、整合状態が位置ｄ４２からマッチング位置ｅ３６に移行経路３７を通って移行するようにインピーダンス制御器２４を制御する（ステップ１２６）。これによって、プラズマの発生前に被処理物Ｗに照射されるマイクロ波を最小限に抑制しつつ円滑にプラズマを発生させてプラズマ処理を行うことが可能となる。
（第５実施形態）
本実施形態においては、一度発生したプラズマが極度に不安定となって消滅する整合状態を有する場合のインピーダンス整合器２４の制御方法について説明する。図８は、一度発生したプラズマが極度に不安定となり、消滅する整合状態の領域３４を示している。また、本実施形態におけるマイクロ波出力が１ｋＷの場合のマッチング位置ｇ３５と最も低い出力でプラズマの発生が可能な位置ｆ４３は図８に示すとおりである。
【００４０】
例えば、出力１ｋＷのマイクロ波を利用してプラズマ処理を行う場合、上述のように、予めプラズマ発生位置ｆ４３にインピーダンス整合器２４を設定してプラズマを発生した後にマッチング位置に移行することは有用である。しかし、図８に示すように、プラズマ発生位置ｆ４３とマッチング位置ｇ３５との間にプラズマが消滅する領域３４がある場合、位置ｆ４３でプラズマを発生した後にマッチング位置ｇ３５に自動制御又は設定により直接移行しようとした場合、移行中にプラズマが消滅してしまうという問題が発生する。そこで、この場合には、図８中の移行経路３８で示すように、領域３４を避けるために、プラズマを、例えば、位置ｆ４３で発生させた後、一旦別の整合状態である、例えば、位置ｈ４４にインピーダンス整合器２４を経由させることで円滑にマッチング位置に移行することが可能である。この際の制御の流れを図４に示す。
【００４１】
図４は、図１の別の変形例としてのフローチャートであり、プラズマ発生容易位置でプラズマを発生させた後、最短経路とは別の経路を経由してマッチング位置に移行してプラズマ処理を行うインピーダンス整合器の制御法を示す図である。
【００４２】
図４を参照するに、まず、予め図８に示す分布を測定してメモリ２６に格納しておく。そして、実際のプラズマ処理においては、制御部２５は、３ｋＷでプラズマ発生可能な整合状態の一点である位置、例えば、位置ｆ４３にインピーダンス整合器２４の整合状態を予め設定し（ステップ１３２）、その後、マイクロ波発生源２１を制御することによって確実にプラズマを発生させる（ステップ１３４）。これにより、早期にプラズマを発生させることができ、プラズマ発生前に生じる被処理物Ｗへのマイクロ波の直接照射量を減少することが可能である。次いで、制御部２５は、整合状態が位置ｆ４３から位置ｈ４４を経由する移行経路３８を通ってマッチング位置ｇ３５に移行するようにインピーダンス制御器２４を制御する（ステップ１３６）。これによって、プラズマの発生前に被処理物Ｗに照射されるマイクロ波を最小限に抑制しつつ円滑にプラズマを発生させてプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００４３】
なお、図３及び図４に示す制御の流れでプラズマの発生と安定化を図る場合、マッチング位置の直前の整合状態の設定位置からマッチング位置への移行、及びマッチング位置の保持に関して、インピーダンス整合器の自動制御の機能を用いることも可能である。
（第６実施形態）
以下、本発明の別の実施形態のプラズマ処理について図５及び図７を参照して説明する。ここで、図５は、図１の変形例としてのフローチャートであり、インピーダンス整合器２４の反射係数が１の状態でマイクロ波発生源２１を立上げた後、プラズマ発生容易位置を経由してプラズマを発生させ、マッチング位置に移行してプラズマ処理を行うインピーダンス整合器の制御法を示す図である。
【００４４】
図７中の整合位置ｊ４１はスミスチャート上の反射係数＝１であって、１ｋＷでのマッチング位置ｂ３１への移行経路３９上に１ｋＷでプラズマ発生可能な整合状態を含む整合位置である。インピーダンス整合器２４を整合位置ｊ４１に設定した場合、マイクロ波発生源２１からのマイクロ波はインピーダンス整合器２４で全て反射され、真空容器２８へマイクロ波は供給されない。
【００４５】
上述の実施形態において説明したように、所定のマイクロ波出力でプラズマ発生容易位置に予めインピーダンス整合器２４を設定してプラズマを確実に発生させることで、被処理物Ｗへのマイクロ波の照射を防止することは有効である。しかしながら、そのような操作を行った場合でも、実際にはマイクロ波発生源２１からのマイクロ波出力が一定量になる以前にはプラズマは発生しないため、被処理物Ｗへのマイクロ波照射が発生する。これはマイクロ波発生源の出力の立上り速度が遅い場合に顕著になる。
【００４６】
このため所定のマイクロ波出力に達するまでの時間がインピーダンス整合器２４の整合状態の移行時間に対して長時間であるようなマイクロ波発生源２１を用いる場合、インピーダンス整合器２４を利用して真空容器２８へのマイクロ波の供給を遮断した状態でマイクロ波発生源２１の出力を所定値にした後、インピーダンス整合器２４を操作してプラズマを発生させて安定化することで、マイクロ波発生源２１の立上り中に生じる被処理物Ｗへのマイクロ波の照射を防ぐために有効である。この際の制御の流れを図５に示す。
【００４７】
図５を参照するに、まず、予め図８に示す分布を測定してメモリ２６に格納しておく。そして、実際のプラズマ処理においては、制御部２５は、反射係数＝１である位置、例えば、位置ｊ４１にインピーダンス整合器２４の整合状態を予め設定し（ステップ１４２）、その後、マイクロ波発生源２１を制御することによってマイクロ波を発生させる。この状態では、インピーダンス整合器２４によってマイクロ波は全反射して真空容器２１には導入されない。次に、制御部２５は、インピーダンス整合器２４に設けられたパワーメータによりマイクロ波が所定の出力（本実施形態では１ｋＷ）に到達したかどうかを判断する（ステップ１４６）。
【００４８】
制御部２５は、所定の出力に到達したと判断した場合、インピーダンス制御器２４がプラズマ発生容易位置を経由して移行経路３９を通ってマッチング位置ｂ３１に移行するように制御する（ステップ１４８）。これにより、マイクロ波発生源２１の立上り中の被処理物へのマイクロ波照射が防止されると共に、マイクロ波出力の安定後に円滑なプラズマの発生とプラズマ処理が可能である。
【００４９】
図７及び図８に示したインピーダンス整合器２４の整合状態とその際のプラズマ発生のために必要なマイクロ波の強度別分布の関係を求めるためには、プラズマ処理を行うガス種、圧力、ガス流量およびプラズマ処理装置において、各インピーダンス整合器の反射係数と位相の組合せにおいてマイクロ波出力を順次変えながらプラズマ発生の有無を確認する方法が実際的であり、有効である。
【００５０】
また、各プラズマ条件におけるマッチング位置を求めるためには、その条件でプラズマを生成している状態で反射波が極小になるインピーダンス整合器２４の反射係数と位相を求めるのが実際的である。
【００５１】
また、インピーダンス整合器の整合状態を表すために、スミスチャート上に表される反射係数と位相による方法を用いる他、実際のインピーダンス値やインピーダンス整合器が整合状態を変えるために動作する機構部の位置などにより整合状態を表し、それらにより表される整合状態とその整合状態でプラズマ発生に必要なマイクロ波出力の関係を求めても、同様の効果を得ることができる。
【００５２】
次に、プラズマ処理装置２０の動作について説明する。まず予備段階として、制御部２５は、上述のように、図７及び図８に示す関係を測定を通じて取得してメモリ２６に格納する。
【００５３】
実際のプラズマ処理においては、図示しない搬送アームが図示しないロードロック室から被処理物Ｗを図示しないゲートバルブを介して真空容器２８の予め予熱された図示しない載置台に導入する。この状態では、例えば、図示しないロードロック室と真空容器２８とは真空又は減圧環境に維持されている。次いで、図示しないゲートバルブが閉口されて真空容器は密閉される。必要があれば、載置台の高さの調節がなされてもよい。次いで、ガス供給手段２８の図示しないバルブが開口され、マスフローコントローラを介して所定のガスが真空容器２８に導入される。
【００５４】
次に、制御部２５は、マイクロ波発生源２１からマイクロ波をマイクロ波導波経路２３及び分離手段２７を介して導入するが、上述のように、インピーダンス整合器２４がマイクロ波から短時間でプラズマを作成し、その後は、マッチング位置を維持するように、制御部２５はインピーダンス整合部２４の動作を制御する。この結果、被処理物Ｗはマイクロ波や不正なプラズマによる影響を大きく受けずに済み、プラズマ処理装置２０は高品位なプラズマ処理を被処理物Ｗに施すことができる。
【００５５】
プラズマ処理は、予め設定された所定時間だけ行われる。マイクロ波を投入した後で短時間でプラズマが発生するので被処理物Ｗには予め設定された量の処理（例えば、所定の膜圧の成膜処理）が施される。その後、被処理物Ｗは上述したのと逆の手順により図示しないゲートバルブを介して真空容器２１からロードロック室に導出される。真空容器２１から導出された被処理物Ｗは、必要があれば、次段のイオン注入装置などに搬送される。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、予め測定したインピーダンス整合器の整合状態とその状態でプラズマ発生に必要なマイクロ波出力の関係の分布図を用いることにより、インピーダンス整合器の整合状態を制御することで、プラズマの円滑な発生と安定状態への移行を可能とし、以って被処理物へのマイクロ波照射の極小化、不正なプラズマによる被処理物への悪影響の防止、処理時間の短縮とプラズマ処理の効果の再現性向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態としてのプラズマ処理方法を示すフローチャートであり、プラズマ発生容易位置でプラズマを発生させた後、マッチング位置に移行してプラズマ処理を行うインピーダンス整合器の制御法を示す図である。
【図２】本発明の別の実施形態としてのプラズマ処理方法を示すフローチャートであり、マッチング位置でプラズマを発生させ、プラズマ処理を行うインピーダンス整合器の制御法を示す図である。
【図３】本発明の更に別の実施形態としてのプラズマ処理方法を示すフローチャートであり、マッチング位置に略最も近いプラズマ発生容易位置でプラズマを発生させた後、マッチング位置に移行してプラズマ処理を行うインピーダンス整合器の制御法を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態としてのプラズマ処理方法を示すフローチャートであり、プラズマ発生容易位置でプラズマを発生させた後、一定の設定された経路を経由してマッチング位置に移行してプラズマ処理を行うインピーダンス整合器の制御法を示す図である。
【図５】本発明の更に別の実施形態としてのプラズマ処理方法を示すフローチャートであり、インピーダンス整合器の反射係数が１の状態でマイクロ波発生源を立上げた後、プラズマ発生容易位置を経由してプラズマを発生させ、マッチング位置に移行してプラズマ処理を行うインピーダンス整合器の制御法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態としてのプラズマ処理装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図７】図６に示すプラズマ処理装置において測定された、インピーダンス整合器の整合状態と当該整合状態でのプラズマ発生のために必要なマイクロ波強度、及び、マッチング位置の関係を示すスミスチャートである。
【図８】図７とは異なる例のスミスチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
２０          プラズマ処理装置
２１          マイクロ波発生源
２２          アイソレーター
２３          マイクロ波導波経路
２４          インピーダンス整合器
２５          制御部
２６          メモリ
２７          分離手段
２８          真空容器
２９          排気手段
３０          ガス供給手段
３１、３５    １ｋＷのマイクロ波がプラズマを発生するためのマッチング位置
３２、３６    ３ｋＷのマイクロ波がプラズマを発生するためのマッチング位置
３３、３７    プラズマ発生位置からマッチング位置までの移行経路の例
３４          プラズマが消滅する整合状態の領域
３８          プラズマ発生位置からマッチング位置までの迂回移行経路の例
３９          反射係数＝１の位置からマッチング位置までの移行経路の例
４０、４３    １ｋＷのマイクロ波のプラズマ発生容易位置
４１          マイクロ波を全反射する整合状態の例
４２          ３ｋＷのマイクロ波のプラズマ発生容易位置
４４          プラズマ発生位置とマッチング位置の間の迂回中継位置
【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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