(57)【要約】【課題】  位相制御にとって最適なモニタ信号を用いる機能を備えたプラズマ処理装置とプラズマ処理装置の制御方法を提供する。【解決手段】  プラズマ処理装置の真空容器外に設けた第１の高周波電源から真空容器内または真空容器外に設けた第１の電極に第１の高周波電圧を供給し、真空容器外に設けた第２の高周波電源から上面に試料が載置され真空容器内に設けた第２の電極に第２の高周波電圧を供給し、第１の電極の高周波電圧を測定した信号を用いて、第２の高周波電圧と第３の高周波電源からの第３の高周波電圧の位相差を制御する。【選択図】        図１
2007115867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内にプラズマが生成される真空容器と、前記真空容器外に設けた第１の高周波電源および第２の高周波電源ならびに第３の高周波電源と、前記第１の高周波電源からの第１の高周波電圧と前記第３の高周波電源からの第３の高周波電圧が供給される前記真空容器内または前記真空容器外に設けた第１の電極と、上面に試料が載置され前記第２の高周波電源からの第２の高周波電圧が供給される前記真空容器内に設けた第２の電極と、前記第１の電極あるいは第２の電極の高周波電圧を測定した信号を用いて、前記第２の高周波電圧と前記第３の高周波電圧の位相差を制御する位相制御装置と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記第１の電極あるいは第２の電極の高周波電圧を直接測定する手段として高電圧プローブを設け、前記高電圧プローブの出力を用いて位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
容器内にプラズマが生成される真空容器と、前記真空容器外に設けた第１の高周波電源および第２の高周波電源ならびに第３の高周波電源と、前記第１の高周波電源からの第１の高周波電圧と前記第３の高周波電源からの第３の高周波電圧が供給される前記真空容器内または前記真空容器外に設けた第１の電極と、上面に試料が載置され前記第２の高周波電源からの第２の高周波電圧が供給される前記真空容器内に設けた第２の電極と、前記第１の高周波電圧と前記第３の高周波電圧を混合する混合器と、前記第１の電源と前記混合器間に設けられた第１の整合器と、前記第２の電源と前記第２の電極間に設けられた第２の整合器と、前記第３の電源と前記混合器間に設けられた第３の整合器とを備え、
前記第３の整合器から前記混合器への高周波電圧の出力信号を用いて、前記第２及び第３の高周波電圧の位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
容器内にプラズマが生成される真空容器と、前記真空容器外に設けた第１の高周波電源および第２の高周波電源ならびに第３の高周波電源と、前記第１の高周波電源からの第１の高周波電圧と前記第３の高周波電源からの第３の高周波電圧が供給される前記真空容器内または前記真空容器外に設けた第１の電極と、上面に試料が載置され前記第２の高周波電源からの第２の高周波電圧が供給される前記真空容器内に設けた第２の電極と、前記第１の電極あるいは第２の電極の高周波電圧を検出する検出手段と、前記第２及び第３の高周波電圧を制御する制御手段を備えたプラズマ制御装置の制御方法であって、
前記検出手段から、前記第１の電極あるいは第２の電極の高周波電圧を検出し、前記第２の高周波電圧と前記第３の高周波電圧の位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置の制御方法。
【請求項５】
容器内にプラズマが生成される真空容器と、前記真空容器外に設けた第１の高周波電源および第２の高周波電源ならびに第３の高周波電源と、前記第１の高周波電源からの第１の高周波電圧と前記第３の高周波電源からの第３の高周波電圧が供給される前記真空容器内または前記真空容器外に設けた第１の電極と、上面に試料が載置され前記第２の高周波電源からの第２の高周波電圧が供給される前記真空容器内に設けた第２の電極と、前記第１の高周波電圧と前記第３の高周波電圧を混合する混合器と、前記第１の電源と前記混合器間に設けられた第１の整合器と、前記第２の電源と前記第２の電極間に設けられた第２の整合器と、前記第３の電源と前記混合器間に設けられた第３の整合器とを備えたプラズマ制御装置の制御方法であって、
前記第３の整合器から前記混合器への高周波電圧の出力信号を用いて、前記第２及び第３の高周波電圧の位相差を制御することを特徴とするプラズマ処理装置の制御方法。
【請求項６】
請求項４及び５記載のプラズマ処理装置の制御方法において、
前記位相差制御に用いられる高周波電圧の出力として、Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ電圧Ｖｐｐ、自己バイアス電圧Ｖｄｃ、プラズマ空間電位の最大値Ｖ０ｐの何れかを位相差制御の指標として用いることを特徴とするプラズマ処理装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の製造技術に属する。特にプラズマを用いて半導体ウエハをプラズマ処理する際に好適なプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の高集積化にともない回路パターンは微細化の一途をたどっており、要求される加工寸法精度はますます厳しくなってきている。また、半導体素子の製造コスト低減の目的でウエハの口径が３００ｍｍと大口径化してきているが、歩留りを高めることを目的に、ウエハの中心から外周付近まで広い範囲でプラズマを均一にして高品質で均一な加工ができることが要求されている。これと同時に、異物の低減やスパッタ等による飛散によって生じる金属材料等によるウエハの汚染を低減することが要求されている。
【０００３】
このような目的を達成するため、従来では、上部の金属材料の平板電極と下部ウエハ（電極として動作する）よりなる平行平板型のプラズマ発生装置において、上部電極と下部電極（ウエハ）のそれぞれに同一周波数の高周波バイアスを印加し、それらのバイアス間の高周波の位相を制御し、プラズマを均一にする手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上下バイアス間の高周波の位相を制御することにより、上下電極のいずれかが常にアースとして動作する、プラズマの均一性を向上するとともに異物発生量を低減する、チャージングダメージを低減する手法が知られている（例えば、特許文献２，３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１２７０４５号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４７６６号公報
【特許文献３】特開２００４−１１１４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、プラズマの均一性を向上、異物発生量の低減やチャージングダメージ低減のために上下バイアス間の高周波の位相差の検出手段と調整手段があり、位相差を１８０度に制御することが良いとされているものの、従来の方法で位相差を例えば１８０度に制御したとしても、実際に上下電極に出現する電圧の位相差が１８０度であることが保証できないという問題がある。これらの方法では上下電極に高周波バイアスを印加する印加回路の整合器のところで位相情報を得ている。しかし、上下電極に印加される高周波は、整合器の出力部以降、様々な位相変動要因がある。例えば、上部電極へのバイアス高周波印加回路に関しては、高周波フィルタ等を通過する、プラズマを発生させるための別の高周波回路がバイアス高周波回路の負荷として存在する、上部電極への高周波伝送路は上部電極独特のものである、等の特徴がある。一方、下部電極へのバイアス高周波印加回路に関しては、搭載したウエハの温度を制御する構造が高周波バイアスの伝送路中に存在する、ウエハの静電吸着回路が高周波バイアスの伝送路中に負荷として存在する、ウエハの受け渡し機構等の機械部分やそれらを保護するカバー等が高周波バイアス伝送路のアースとして存在する、などの特徴がある。つまり、上下電極の各整合器で位相情報を得るものの、それ以降の電極に至る高周波伝送路が異なるため、電極に発生する電圧の位相差が制御した通りになっている保証が無い。
【０００６】
これらの電力の経路による位相のずれは、電力の経路に存在する浮遊容量やコイル成分によるものであるから、周波数が高くなるほど位相のずれは大きくなることになる。装置構成にも依るが、一般に１ＭＨｚ以上の周波数で位相のずれの効果が顕著になる。
【０００７】
以上のことから言えるのは、上下各電極にそれぞれ発生する電圧の位相差は、各電極を通過する高周波の全回路と高周波の周波数により定まるべきものであり、従来のように上下電極の位相差をモニタする方法ではウエハ処理時に正確に位相差を検出できないため、精度良く位相差制御できないということである。
【０００８】
本発明は、上下各電極における位相差を精度良く制御可能なプラズマ処理装置とプラズマ処理装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、容器内にプラズマが生成される真空容器と、前記真空容器外に設けた第１の高周波電源および第２の高周波電源ならびに第３の高周波電源と、前記第１の高周波電源からの第１の高周波電圧と前記第３の高周波電源からの第３の高周波電圧が供給される前記真空容器内または前記真空容器外に設けた第１の電極と、上面に試料が載置され前記第２の高周波電源からの第２の高周波電圧が供給される前記真空容器内に設けた第２の電極と、前記第１の電極あるいは第２の電極の高周波電圧を測定した信号を用いて、前記第２の高周波電圧と前記第３の高周波電圧の位相差を制御する位相制御装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第３の高周波電力と、処理基板にバイアスを印加する第２の高周波電力の各電圧波形の位相制御において、上下各電極における位相差を、位相を検出することなく精度よく制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１のプラズマ処理装置の全体構造を示す概略断面図を示す。
プラズマ処理装置は、アルミニウムなどの導電体によって作られた真空容器１を持ち、その内部にアンテナ２、シャワープレート３がそれぞれのシャワープレ−ト支持フランジ５，６で取り付けられている。真空容器１は接地されている。アンテナ２とシャワープレート３の間には、大気側よりプロセスガス導入管７を経由してガスが供給され、シャワープレート３に開けられた多数の微小孔より真空容器１の中に噴出する構造となっている。ここでアンテナ２は当然導体によって形成されているが、シャワープレート３は導体・誘電体あるいは半導体で形成されている場合がある。このシャワープレート３が導体あるいは半導体で形成されている場合、シャワープレート３はプラズマに直接電力を伝達するアンテナとして動作する。プロセスガスは、排気ダクト１０を通って真空排気装置１１で排気され、プロセスに適切な気圧に保たれている。
【００１３】
このアンテナ２に、第１の高周波電源４から所定の周波数の、所定の電力を整合器２８を通して供給することによって、プロセスに適した特性をもつプラズマ９を生成する。なお、磁石（電磁石）８は、プラズマの特性を制御するために用いられることがあるが、無くてもかまわない。
【００１４】
ウエハ（処理基板）１２は、この真空容器１に大気側より搬入口（図示せず）を通って搬入され、適切な受け渡し装置（図示せず）によって、処理電極１４上に設置される。処理電極１４の上面は、適切な特性をもつ静電吸着膜（図示せず）があり、外部よりチョークコイル２２を通じてＤＣ電源２３より印加される電圧により、静電吸着される。また、処理電極１４は、その内部に冷媒溝１５を持ち、外部から冷媒を供給され（図示せず）、ウエハ１２はプロセスに適した温度に温調される。ウエハ１２の外周部には、フォーカスリング１３があり、また、処理電極１４をプラズマ９から保護するサセプタ１６がある。処理電極１４は、絶縁ベース１７と電極ベースフランジ１８を介して、真空容器１に取り付けられている。処理電極１４は、適切な上下機構（図示せず）により、昇降させることが可能であり、ウエハ１２とシャワープレート３の間隔を可変できるようにする場合もある。本発明は、この上下機構の有無には関係なく、適用できるものである。
【００１５】
処理電極１４には、絶縁管１９に保護された導体と整合器２０を通して、第２の高周波電源２１より高周波電力が印加され、ウエハ１２に高周波バイアスが印加される。前述したように、第１の高周波電源４と整合器２８は、本図の構成に従う必要はなく、例えばその出力が、第２の高周波電源２１および整合器２０と並列に、処理電極１４に印加されても良い。また、第１の高周波電源４がなく、第２の高周波電源２１がプラズマ９の生成とウエハ１２への高周波バイアス印加を兼用してもかまわない。
【００１６】
発振器３０から出た信号は位相制御器２６を通過し、その一方の出力から出力され、第２の高周波電源２１に入力される。位相制御器２６の他方の出力は、第２の高周波電源２１に行く信号に対して制御された位相差を持つ信号が出力され、第３の高周波電源２５に入力される。この第３の高周波電源２５の出力は、整合器２４を通し、混合器２７によって第１の高周波電源４の出力と混合され、上部の電極２（あるいはシャワープレート３）に印加される。
【００１７】
混合器２７は、第１の高周波電源４と第３の高周波電源２５の出力を混合するだけでなく、第１の高周波電源４の出力が第３の高周波電源２５とその整合器２４に進入することを防ぐフィルタ機能を有している。さらに、混合器２７は、第３の高周波電源２５の出力が第１の高周波電源４とその整合器２８に進入することを防ぐフィルタ機能を有している。以上のようにして、対向した上部の電極２（あるいはシャワープレート３）と下部の処理電極１４（あるいはウエハ１２）に、同一周波数で、位相が制御された高周波バイアスを印加することができる。
【００１８】
第１の高周波電源４の周波数は、プラズマを生成するため、通常、１３．５６ＭＨｚ、あるいは、それ以上２．４ＧＨｚ程度の周波数が利用できる。これに対して、第２の高周波電源２１及び第３の高周波電源２５の周波数は、プラズマを生成するよりもバイアスを印加することが主目的であり、通常、１３．５６ＭＨｚあるいはそれ以下の周波数が利用できる。
【００１９】
ここで、本発明に用いた上下電極の位相差と高周波電圧の関係について、図２を用いて説明する。
図２には、ウエハ表面のＲＦ電位とプラズマ空間電位（Ｖｓ）とシース電圧の関係が示されている。ＲＦ電位波形のＰｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ電圧Ｖｐｐと自己バイアス電圧Ｖｄｃは図中に定義してある。自己バイアス電圧Ｖｄｃは、プラズマから電極に流れ込む電子電流とイオン電流の和が、高周波１周期の間でちょうどゼロになる電位であり、かつ、電極の表面電圧の時間平均値である。一方、プラズマ空間電位（Ｖｓ）は、ＲＦ電圧が十分低い間は一定の値（図２中にＶｓ０と定義した）をとるが、ＲＦ電位がプラズマ空間電位（Ｖｓ０）以上になる時、ＲＦ電位に引きずられて上昇し、ＲＦ電位の最大値のところでＲＦ電位とほぼ等しくなる（図２中にＶ０ｐと定義した）。プラズマ空間電位がＲＦ電位に引きずられて上昇するのは、ＲＦ電位の上昇によってプラズマから多量の電子が引き抜かれるために、プラズマがイオンリッチになるためである。ここで、ＶｄｃとＶｐｐの比率（Ｖｄｃ／Ｖｐｐ）は、高周波の周波数と、ウエハから見たアースのインピーダンスで決まり、高周波の周波数が高くなれば高くなるほど、また、アース部のインピーダンスが大きくなるほどＶｄｃ／Ｖｐｐは０に近づく。つまり、Ｖｄｃ／Ｖｐｐは装置固有、さらに上下各電極、即ち、アンテナ２と電極１４に固有の値である。
また、実線は、上下各電極、即ち、アンテナ２と電極１４の電位が同相（位相差が０°）の場合を示し、点線は、上下各電極、即ち、アンテナ２と電極１４の電位が逆相（位相差が１８０°）の場合を示している。逆相（位相差が１８０°）の場合には、プラズマ空間電位（Ｖｓ）が最小となる、即ち、自己バイアス電圧Ｖｄｃが、負方向に最大となることが示されている。
【００２０】
従来の方式で位相差を検出した場合と本発明の高周波電圧を検出する効果を、図３を用いて説明する。図３（ａ）において、アンテナ２高周波電圧と電極１４高周波電圧の位相差が１８０°の状態を示す。前述した通り自己バイアス電圧Ｖｄｃは負方向に最大になっている。一方、図３（ｂ）には、アンテナ２高周波電圧と電極１４高周波電圧が図３（ａ）の状態である時の整合器２４と整合器２０の出力電力の状態を示す。図３（ｂ）で示されるように、整合器２４の高周波電圧は、混合器２７に内蔵されているフィルタおよび整合器２４からアンテナ２への高周波伝送路によって、位相遅れＴａが生じていることが分かる。同様に整合器２０から電極１４間の高周波伝送路においても位相遅れＴｂを生じている。これらの遅れＴａ、Ｔｂに基づくずれにより、各整合器で検出される位相に基づき位相差を求めても、位相差が１８０°−（Ｔａ＋Ｔｂ）となるため、実際のアンテナ２と電極１４の位相差を正しく検出できていない。
【００２１】
そこで、本発明者らは、位相情報を直接検出する必要の無い構成を検討した。具体的には、アンテナ２と処理電極１４に直接検出器（オシロスコープ、高電圧プローブなど）を接続し、これらの検出器から得られる情報（Ｖｐｐ，Ｖ０ｐ、Ｖｄｃ）と、アンテナ２と処理電極１４の高周波電圧の位相差の関係を調査、検討した。その結果を図５に示す。
図５は、位相差とアンテナ２・処理電極１４で測定したＶｄｃ／Ｖｐｐの相関を表す。これによれば、Ｖｄｃ／Ｖｐｐは、アンテナ２、処理電極１４のどちらにおいても相関が取れており、Ｖｄｃ／Ｖｐｐが最小値を示すところがほぼ位相差が１８０°であることが分かる。
即ち、測定位置でずれる可能性が非常に高い位相情報を直接測らずとも、アンテナ２あるいは処理電極１４のＶｄｃとＶｐｐが測定できれば、位相制御を行うことが可能になると言える。
【００２２】
以上の見地に基づき、本実施例では、上部電極であるアンテナ２の電位を直接測定する高電圧プローブ３１を備える（図１参照）。高電圧プローブ３１は、アンテナ２のＶｐｐ、Ｖｄｃ、Ｖ０ｐを直接測定することが出来る。高電圧プローブ３１は、位相制御器２６に接続され、検出値が位相制御に利用される。尚、高電圧プローブ３１をアンテナ２に代えて、電極２へ接続しても良い。
【００２３】
次に、図４を用いて、位相制御器２６を説明する。図４のブロック図は、位相制御器２６内の回路構成である。
ＶｐｐとＶ０ｐの検出には、高電圧プローブ３１で検出したアンテナ２の高周波電圧を高電圧分圧部で分圧する。Ｖｐｐの絶対値によっても分圧比の最適値は異なるが、通常は１０００：１程度とする。分圧後の少信号バンドパスフィルタなどで高調波成分などを除去することが望ましい。更に、フィルタ通過後の少信号を、Ｖｐｐの場合は全波整流回路などのＶｐｐ検出回路で検出し、Ｖ０ｐの場合は半波整流回路などのＶ０ｐ検出回路で検出し、ＤＣの信号に変換する。変換された信号はＡ／Ｄ変換で、制御部に取り込む。
又、Ｖｄｃは、ローパスフィルタなどで高周波成分をカットし、Ｖｄｃ検出回路内の抵抗で分圧した電圧を検出値として用いる。Ｖｄｃの絶対値は、理論上Ｖｐｐの絶対値の半分が最大と考えて構わないので、分圧比は５００：１程度とする。分圧後の信号電圧はＡ／Ｄ変換し制御部に入力する。信号のレベルは例えば０〜１０Ｖフルスケール程度が利用できる。
制御部では、所定のルール（後述）に基づき、高周波電源２１，２５に対する指令値を演算し、デジタル信号で出力する。出力された指令値は、Ｄ／Ａ変換器でアナログ信号に変換され、スプリッター・シフタ回路などの位相シフタを経て正弦波の外部発信信号として、高周波電源２１，２５に出力される。位相シフタの外部発振信号に基づき高周波電源から各整合器を通して上下各電極へ電力が供給される。位相シフタからは発信器３０へも信号が出力される。
尚、制御部からの出力は、Ｄ／Ａ変換し位相シフタに入力する構成としたが、オペアンプなどで構成した除算回路を使っても良い。
【００２４】
次に、図１のプラズマ処理装置を用いたウエハの処理シーケンスについて述べる。まず、真空容器１を真空排気装置１１によって所定の真空度以下になるように排気する。このとき、真空容器１には、プロセスガス導入管７や大気からのガス漏れ量が十分低いことを確認する。また同時に真空容器１内の部品からのアウトガス量も十分低いことを確認する。この状態で処理基板（ウエハ）１２を処理電極１４の上に搭載する。次に、プロセスガス導入管７よりプロセスガスを真空容器１内に導入し、真空排気能力を調節してプロセスに最適な圧力に制御する。
【００２５】
以上のようなプロセス開始条件が整った後、まず、第１の高周波電源４から所定の電力を供給してプラズマ９を点火する。このとき整合器２８の動作が安定してアンテナ２からの反射波が十分小さくなる時間を最小にするように、あらかじめプリセット機能を用いて整合動作開始点を最適化する。整合器２８の動作が安定し、プラズマ９の点火を確認した後、第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５から、それぞれ所定の電力を供給する。このように、プラズマ９の点火を確認した後で第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５から電力を供給するのは、プラズマが無い状態では負荷インピーダンスが高いためアンテナ２と処理基板１２に高電圧が発生して異常放電やノイズによる装置誤動作などが生じる可能性が高くなるからである。第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５の電力印加開始タイミングは同時が望ましい。これは、第１、第２、第３の高周波電源の立ち上がり動作時間を最短にして処理基板１２の処理時間を短縮すること、高周波電源の立ち上がり時間内（つまり、プロセス開始前）に処理基板１２がプラズマに晒される時間を最短にすると同時に、処理基板１２にプラズマからの反応生成物が堆積することを最小限にすること、および、位相制御されたバイアス印加の効果を可能な限り処理開始時から実現することを目的としている。
【００２６】
第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５を同時にオンすると、それぞれの整合器２０，２４の整合動作がお互いの整合動作に影響を与え、整合動作の時間が長くなる場合がある。整合動作によりプラズマの特性、つまり、高周波電源の負荷インピーダンスが大きく変わる場合などがこれに相当する。この場合は、第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５の電力供給開始タイミングをずらす必要がある。この場合は、処理基板１２にバイアスを印加する、第２の高周波電源２１の電力供給開始を優先する。これは、処理基板１２へのダメージ低減と処理そのものを優先するからである。
【００２７】
以上の第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５の電力印加開始時、位相制御器２６は位相制御を行わず、プリセットモードにおいて所定の位相角に固定する。これは、整合器２０、２４の整合動作中、位相角が大きく変わるからで、整合動作中に位相制御を行っても正しい位相制御動作ができる保証が無いからである。当然、整合器２０、２４の動作開始から安定するまでの時間を最短にするため、各整合器の整合開始位置はプリセット機能を用いて最適化されなければならない。
【００２８】
位相制御器２６は、高周波電源の電力印加が安定した後、つまり、整合器２０、２４の整合動作が安定した事を確認後、位相制御を開始する。また、安定した位相制御動作を行うために、プリセットモードにおける位相角は、あらかじめ測定された望ましい位相角に固定する。以上のシーケンスを採ることにより、高周波電源立ち上がり及び位相制御操作を最短にし、迅速に処理基板１２の処理を開始することができる。
【００２９】
処理の開始後、位相制御器２６は、高電圧プローブ３１からアンテナ２のＶｄｃ、Ｖｐｐ、Ｖ０ｐを得て、所定のルールに基づいて位相制御を開始する。
処理実行時において、処理基板１２へのダメージを最小にするためには、前述のようにアンテナ２と電極１４の高周波電極の位相差を１８０°にすることが理想である。この状態を保つための位相制御方法のルールとしては、幾つかの方法が考えられる。
【００３０】
まず一つ目は、制御部は、高電圧プローブ３１から入力された信号をリアルタイムでＶｄｃとＶｐｐの比（Ｖｄｃ／Ｖｐｐ値）を計算し、この値が最小値となるように、第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５の位相出力を可変しながら調節していくことである。Ｖｄｃ／Ｖｐｐ値が常に最小となるように第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５への出力を制御することで、アンテナ２と電極１４の高周波電極の位相差は１８０°を保つように制御される。
【００３１】
二つ目は、予め、位相とＶｄｃ／Ｖｐｐの相関データを装置側でデータベースとして格納しており、そのデータを基に、Ｖｄｃ／Ｖｐｐの最低値となるように第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５への出力を行うことである。データベースとしては、たとえば、図５のようなデータである。高電圧プローブ３１がアンテナ２に接続される場合は、アンテナ２で測定したＶｄｃ／Ｖｐｐと位相の相関データを格納し、高電圧プローブ３１が電極１４に接続される場合は、電極１４で測定したＶｄｃ／Ｖｐｐと位相の相関データを格納される。
【００３２】
たとえば、図１のように高電圧プローブ３１がアンテナ２に接続される場合は、図５に示されるアンテナ２で測定したＶｄｃ／Ｖｐｐと位相の相関データを基に制御されるが、図５のデータではＶｄｃ／Ｖｐｐの最小値は−０．４２程度である。従って、上下各電極、即ち、アンテナ２と電極１４の電位を逆相（位相差が１８０°）にするためには、Ｖｄｃ／Ｖｐｐが−０．４２となるように第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５への出力を調節する。こうすることにより、アンテナ２と電極１４に印加される高周波電圧の位相差が、直接位相を測らなくても制御可能となる。
【００３３】
また三つ目として、Ｖｄｃ／Ｖｐｐ以外にも、Ｖｄｃ、あるいはＶ０ｐの絶対値からも位相制御を行うことが可能である。前述したように、アンテナ２と電極１４の位相差が１８０°の時にＶｄｃは最大、０°の時にＶｄｃは最小の値をとる。逆に、アンテナ２と電極１４の位相差が１８０°の時にＶ０ｐは最小、０°の時にＶｄｃは最大の値をとる。したがって、Ｖｄｃ／Ｖｐｐを用いた制御と同様に、リアルタイムでＶｄｃの最大値、あるいはＶ０ｐの最小値を求めるように、第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５への出力を調節することで、位相差１８０°での処理が可能となる。尚、Ｖｄｃの絶対値が最大、Ｖ０ｐの絶対値の最小をリアルタイムで求める場合は、単純に最小、最大を求めるために応答性を犠牲にしなければならない可能性がある。この場合の現実的な構成は、プリセットを予め与え、所定の位置近傍から制御をスタートさせることで応答性を改善する方法が望ましい。
また、予めＶｄｃ、あるいはＶ０ｐの大きさと位相の相関データを取っておき、それぞれ最大あるいは最小となる第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５への出力を行ってもよい。
【実施例２】
【００３４】
本発明の実施例２では、高周波電圧は、アンテナ２（あるいは電極１４）に接続された高電圧プローブ３１ではなく、第３の高周波電源２５の整合器２４と、混合器２７との間の位置で測定される。図６の本実施例２の概要断面図を示す。
この実施例２の構成は、位相情報を直接検出せずに、Ｖｐｐ、Ｖｄｃ、Ｖ０ｐといった高周波電圧の絶対値の推移を検出することによって位相制御を行う、という本発明の特徴を生かしたものである。
【００３５】
本実施例２で位相制御を行う場合は、アンテナ２で測定された高周波電圧と、整合器２４で測定された高周波電圧の相関関係が事前に確認されている場合に限る。したがって、たとえば図５のようなアンテナ２で測定された高周波電圧と上下電極の位相差の相関データに加え、整合器２４で測定された高周波電圧と上下電極の位相差の相関データを取得しておき、これらの間にどの程度のズレが発生しているのかを確認しておく。
実際に処理を行う場合に、整合器２４の出力部で抽出された高周波電圧を位相制御器２６へ導き、Ｖｐｐ、Ｖｄｃ、Ｖ０ｐを検出し、上記の位相ズレの情報を加味した上で、実施例１と同様に第２の高周波電源２１と第３の高周波電源２５への出力を行う。
本実施例２では、高電圧プローブ３１などの検出手段を設けずに済み、簡単な装置構成で本発明を実行することが可能となる。
【実施例３】
【００３６】
上記実施例１では、処理基板１２のダメージを可能な限り低減するために、上下電極に印加される高周波電圧の位相差を１８０°にする様に制御する例を示した。
本実施例３では、実施例１と異なり、上下電極に印加される高周波電圧の位相差が、真空容器内に与えるダメージを逆に利用するものである。
具体的に、本実施例３では、処理基板１２を処理する以外のときに、プラズマ空間電位（Ｖｓ）が最大になるように位相差を制御する。即ち、上下電極の位相差が０°あるいはその近傍になるように制御するものである。装置構成は、実施例１及び２で示した例と同じものを使用できる。使用する検出パラメータも同じであり、Ｖｄｃ／Ｖｐｐ、Ｖｄｃ絶対値あるいはＶ０ｐ絶対値を用いる。
制御目標として、Ｖｄｃ／ＶｐｐおよびＶｄｃ絶対値は最小、Ｖ０ｐの絶対値は最大になるように位相を制御する。また、図５のような既知相関データを用いて制御する場合は、Ｖｄｃ／Ｖｐｐであれば、たとえば、−0.1以上となるように制御する。このような制御を行うことにより、プラズマ空間電位（Ｖｓ）を最大にすることができ、真空容器内の壁にダメージを与えることで、付着した異物のプラズマクリーニングを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１のプラズマ処理装置の全体構造を示す概略断面図である。
【図２】高周波電位、プラズマ空間電位とシース電圧の関係を示すグラフである。
【図３】上下電極と各整合器で検出した電圧・位相の特徴を示すグラフである。
【図４】位相制御器２６の概略ブロック図である。
【図５】アンテナ２、あるいは電極１４で測定したＶｄｃ／Ｖｐｐと位相の相関データを表すグラフである。
【図６】実施例２のプラズマ処理装置の全体構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    真空容器
２    アンテナ
３    シャワープレート
４    第１の高周波電源
５    シャワープレート支持フランジ
６    アンテナ支持フランジ
７    プロセスガス導入管
８    磁石（電磁石）
９    プラズマ
１０    排気ダクト
１１    真空排気装置
１２    処理基板（ウエハ）
１３    フォーカスリング
１４    電極（処理電極）
１５    冷媒溝
１６    サセプタ
１７    絶縁ベース
１８    電極ベースフランジ  
１９    絶縁管
２０    整合器
２１    第２の高周波電源
２２    チョークコイル
２３    ＤＣ電源
２４    整合器
２５    第３の高周波電源
２６    位相制御器
２７    混合器
２８    整合器
２９    発信器
３０    発振器
３１    高電圧プローブ
【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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