(57)【要約】【課題】高精度に被処理基板の電圧制御が可能となるので、高精度なプラズマ処理が可能となるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】あらかじめ用意した電圧プローブ付き被処理基板から被処理基板の電圧Ｖｗを測定して、静電チャック機構２００に加えたバイアス電圧Ｖｅｓｃと、静電チャック機構２００を流れるバイアス電流Ｉｅｓｃとから、静電チャック機構２００の電気特性としてのインピーダンスである容量成分Ｃｅｓｃを数値的に算出する。そして、測定しようとする被処理基板１０２のバイアス電圧Ｖｅｓｃと、静電チャック機構２００を流れるバイアス電流Ｉｅｓｃと、あらかじめ取得したこのインピーダンスである容量成分Ｃｅｓｃの数値とを用いて、所定の式に基づいて被処理基板１０２の電圧Ｖｗを推定する。【選択図】図１
2007227562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理装置において、
前記被処理基板を収容する処理室と、
前記被処理基板を静電的に吸着して保持する静電チャック機構を有する基板電極と、
前記被処理基板に対してプラズマを供給するプラズマ生成手段と、
前記基板電極の前記被処理基板にバイアス電圧を供給するバイアス電圧印加手段と、
前記基板電極に載せた測定用被処理基板を用いて、前記測定用被処理基板から電圧を測定し、前記静電チャック機構の容量成分と、前記静電チャック機構に加えたバイアス電圧と、前記静電チャック機構を流れるバイアス電流とを用いて、取得した前記静電チャック機構のインピーダンス値を、格納するインピーダンス値格納手段と、を備え、
実際にプラズマ処理しようとする前記被処理基板に与えるバイアス電圧値とバイアス電流値と、前記静電チャック機構の前記取得したインピーダンス値を用いて、プラズマ処理しようとする前記被処理基板の電圧を推定する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
推定された前記被処理基板の電位を用いて、前記バイアス電圧印加手段の電源出力を制御す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】
前記インピーダンス値格納手段は、静電チャック機構に印加するバイアス電圧、バイアス電流を取り入れて格納し、前記静電チャック機構の電気特性であるインピーダンス値を格納し、
前記被処理基板の電圧値を推定する手段は、前記インピーダンス値格納手段に格納された、前記静電チャック機構に印加する電圧と電流と、前記静電チャック機構の電気特性であるインピーダンス値とから前記被処理基板の電圧値を推定し、
制御ユニットは、前記被処理基板の電圧値を推定する手段で推定された前記被処理基板の電圧値の推定値に基づいて、前記バイアス電圧印加手段の制御信号を作成して前記バイアス電圧印加手段に与え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４】
前記被処理基板の電圧のサグを平坦化するように前記被処理基板の前記バイアス電圧値の波形を制御す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５】
被処理基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理方法において、
前記被処理基板を処理室に収容して、前記被処理基板を基板電極の静電チャック機構に静電的に吸着して保持し、前記被処理基板に対してプラズマ生成手段からプラズマを供給し、前記基板電極の前記被処理基板にバイアス電圧印加手段からバイアス電圧を供給する際に、
前記基板電極に載せた測定用被処理基板を用いて、前記測定用被処理基板から電圧を測定し、前記静電チャック機構の容量成分と、前記静電チャック機構に加えたバイアス電圧と、前記静電チャック機構を流れるバイアス電流とを用いて、前記静電チャック機構のインピーダンス値を取得して、前記取得した前記静電チャック機構のインピーダンス値をインピーダンス値格納手段に格納し、
実際にプラズマ処理しようとする前記被処理基板に与えるバイアス電圧値とバイアス電流値と、前記静電チャック機構の前記取得したインピーダンス値を用いて、プラズマ処理しようとする前記被処理基板の電圧を推定する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
推定された前記被処理基板の電位を用いて、前記バイアス電圧印加手段の電源出力を制御することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記被処理基板の電圧のサグを平坦化するように、前記被処理基板の前記バイアス電圧値の波形を制御することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記インピーダンス値格納手段は、静電チャック機構に印加するバイアス電圧、バイアス電流を取り入れて格納し、前記静電チャック機構の電気特性であるインピーダンス値を格納し、
前記被処理基板の電圧値を推定する手段は、前記インピーダンス値格納手段に格納された、前記静電チャック機構に印加する電圧と電流と、前記静電チャック機構の電気特性であるインピーダンス値とから前記被処理基板の電圧値を推定し、
制御ユニットは、前記被処理基板の電圧値を推定する手段で推定された前記被処理基板の電圧値の推定値に基づいて、前記バイアス電圧印加手段の制御信号を作成して前記バイアス電圧印加手段に与えることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に被処理基板に対するプラズマ処理の高精度化と高性能化を図るのに好適なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にプラズマ処理装置、特にプラズマエッチング装置は、被処理基板に高周波バイアス電位（バイアス電圧）を与えることで、プラズマ中のイオンのエネルギーを制御して、プラズマ処理の高性能化と高精度化を図ることが多い。
【０００３】
また、被処理基板の温度もプラズマ処理の品質には大きな影響を与えるために、被処理基板の温度制御性を高めることが重要である。これに対応して、被処理基板を基板電極に静電的に吸着させ、被処理基板と基板電極の間に温度制御用のガスを介在させて被処理基板の温度制御を高精度に行うことを狙った構造を採用することが多い。
【０００４】
この種の従来技術を用いたプラズマ処理装置としては、プラズマエッチング装置がある。プラズマエッチング装置の処理室内にプラズマを発生させ、プラズマ中のイオンを被処理基板に引き込むために、前述の静電的に被処理基板を吸着させることのできる構造体（以下、静電チャックと呼ぶ）を介して高周波バイアス電位を与えることが多い（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１９３５６４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、特許文献１に記載の技術では、被処理基板に印加された電圧波形をモニタするために、被処理基板の電流や電圧、電力、またはこれらの演算量を用いることの記載があるが、これらのモニタ量から被処理基板の電圧波形を演算する方法等についての開示が充分で無く、被処理基板の電圧を所望の波形に制御することが事実上困難であった。
【０００６】
静電チャックでは直流的な高電圧を静電チャック内の電極に加えなければならないため、直接被処理基板に印加されるバイアス電位を計測できず、静電チャック機構の電圧やバイアス電源の出力電力と反射電力を計測するに留まっていた。上記従来技術では、このように被処理基板に与えるバイアス電位を計測する手段が充分で無いため、バイアス電位の制御性が悪いという課題があった。これにより、被処理基板のプラズマエッチング処理の高精度化と高品質化が充分に図れない場合があった。
【０００７】
本発明の目的は、高精度に被処理基板の電圧制御を可能として、高精度なプラズマ処理が可能となるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は被処理基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理装置において、前記被処理基板を収容する処理室と、前記被処理基板を静電的に吸着して保持する静電チャック機構を有する基板電極と、前記被処理基板に対してプラズマを供給するプラズマ生成手段と、前記基板電極の前記被処理基板にバイアス電圧を供給するバイアス電圧印加手段と、前記基板電極に載せた測定用被処理基板を用いて、前記測定用被処理基板から電圧を測定し、前記静電チャック機構の容量成分と、前記静電チャック機構に加えたバイアス電圧と、前記静電チャック機構を流れるバイアス電流とを用いて、取得した前記静電チャック機構のインピーダンス値を、格納するインピーダンス値格納手段と、を備え、実際にプラズマ処理しようとする前記被処理基板に与えるバイアス電圧値とバイアス電流値と、前記静電チャック機構の前記取得したインピーダンス値を用いて、プラズマ処理しようとする前記被処理基板の電圧を推定する。
【０００９】
本発明は、上記プラズマ処理装置において、推定された前記被処理基板の電位を用いて、前記バイアス電圧印加手段の電源出力を制御する。
【００１０】
本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記インピーダンス値格納手段は、静電チャック機構に印加するバイアス電圧、バイアス電流を取り入れて格納し、前記静電チャック機構の電気特性であるインピーダンス値を格納し、前記被処理基板の電圧値を推定する手段は、前記インピーダンス値格納手段に格納された、前記静電チャック機構に印加する電圧と電流と、前記静電チャック機構の電気特性であるインピーダンス値とから前記被処理基板の電圧値を推定し、制御ユニットは、前記被処理基板の電圧値を推定する手段で推定された前記被処理基板の電圧値の推定値に基づいて、前記バイアス電圧印加手段の制御信号を作成して前記バイアス電圧印加手段に与える。
【００１１】
本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記被処理基板の電圧のサグを平坦化するように前記被処理基板の前記バイアス電圧値の波形を制御する。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、被処理基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理方法において、前記被処理基板を処理室に収容して、前記被処理基板を基板電極の静電チャック機構に静電的に吸着して保持し、前記被処理基板に対してプラズマ生成手段からプラズマを供給し、前記基板電極の前記被処理基板にバイアス電圧印加手段からバイアス電圧を供給する際に、前記基板電極に載せた測定用被処理基板を用いて、前記測定用被処理基板から電圧を測定し、前記静電チャック機構の容量成分と、前記静電チャック機構に加えたバイアス電圧と、前記静電チャック機構を流れるバイアス電流とを用いて、前記静電チャック機構のインピーダンス値を取得して、前記取得した前記静電チャック機構のインピーダンス値をインピーダンス値格納手段に格納し、実際にプラズマ処理しようとする前記被処理基板に与えるバイアス電圧値とバイアス電流値と、前記静電チャック機構の前記取得したインピーダンス値を用いて、プラズマ処理しようとする前記被処理基板の電圧を推定する。
【００１３】
本発明は、上記プラズマ処理方法において、推定された前記被処理基板の電位を用いて、前記バイアス電圧印加手段の電源出力を制御する。さらに、本発明は、上記プラズマ処理方法において、前記被処理基板の電圧のサグを平坦化するように、前記被処理基板の前記バイアス電圧値の波形を制御する。
【００１４】
本発明は、上記プラズマ処理方法において、前記インピーダンス値格納手段は、静電チャック機構に印加するバイアス電圧、バイアス電流を取り入れて格納し、前記静電チャック機構の電気特性であるインピーダンス値を格納し、前記被処理基板の電圧値を推定する手段は、前記インピーダンス値格納手段に格納された、前記静電チャック機構に印加する電圧と電流と、前記静電チャック機構の電気特性であるインピーダンス値とから前記被処理基板の電圧値を推定し、制御ユニットは、前記被処理基板の電圧値を推定する手段で推定された前記被処理基板の電圧値の推定値に基づいて、前記バイアス電圧印加手段の制御信号を作成して前記バイアス電圧印加手段に与える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、基板電極に載せた測定用被処理基板を用いて、測定用被処理基板から電圧を測定し、静電チャック機構の容量成分と、静電チャック機構に加えたバイアス電圧と、静電チャック機構を流れるバイアス電流とを用いて、取得した静電チャック機構のインピーダンス値を格納して、実際にプラズマ処理しようとする被処理基板に与えるバイアス電圧値とバイアス電流値と、静電チャック機構の取得したインピーダンス値を用いて、プラズマ処理しようとする被処理基板の電圧を推定する。これにより、本発明は、プラズマ処理装置において、高精度に被処理基板の電圧制御が可能となるので、高精度なプラズマ処理が可能となる効果がある。算出した被処理基板の電圧または電流をバイアス電源により制御することで、被処理基板のプラズマエッチング処理の高精度化と高品質化が充分に図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。本発明のプラズマ処理装置を用いた第１の実施例として、プラズマエッチング装置を説明する。図１には、本実施例で用いられているプラズマエッチング装置の概略図を示す。図１のプラズマ処理装置は、高周波電源１１５により発生した高周波電力は、自動整合機１１４および同軸線路１１３を介して、アンテナ１１２に導入される。高周波電源１１５の発振周波数としては、４５０ＭＨｚを用いた。
【００１７】
図１のアンテナ１１２から放射された高周波は、電磁波導入窓１１１とシャワープレート１１０を介して、処理室１０１内に導入される。処理室１０１には、図示しない処理ガスの供給系、および真空排気系が接続されている。処理室１０１には、処理に適したガスを所定の流量分供給して排気することで、処理室１０１内をプラズマエッチング処理に適した圧力とガス雰囲気に調整することができる。処理ガスは、シャワープレート１１０により処理室１０１内にシャワー状に供給され、処理室１０１内のガス流れを処理に適した所定の分布に制御することができる。
【００１８】
図１の処理室１０１の周囲には、静磁界の発生手段としての電磁石１１８が設置されており、電磁石１１８は処理室１０１内に静磁界を加えることができる。周波数４５０ＭＨｚの高周波電力に対し、０．０１６テスラの静磁界を加えると、処理室１０１内のプラズマ中の電子のサイクロトロン周波数が４５０ＭＨｚとなり、電磁波が共鳴的に強く吸収される電子サイクロトロン共鳴現象が起きることが知られている。この電子サイクロトロン共鳴現象により、通常ではプラズマが発生できない極低圧力域等でもプラズマの発生が可能となり、このため被処理基板１０２に対してプラズマエッチングを行い得る条件が広く取れる利点がある。
【００１９】
また、電子サイクロトロン共鳴を起こす０．０１６テスラとなる位置で強くプラズマが発生する傾向にあることから、０．０１６テスラとなる位置を制御してプラズマ発生位置を制御することができる。
【００２０】
さらに、図１の電磁石１１８を用いて処理室１０１内に静磁界を形成する別の効果として、プラズマ中の電子が静磁界に拘束される効果があるため、処理室１０１内におけるプラズマの拡散を制御でき、処理室１０１内でのプラズマ拡散制御によってもプラズマ密度分布を制御することが可能となる。本実施例では、同軸線路１１３を中心として、３つの電磁石１１８を同軸に設置することで静磁界の制御性を高めて、プラズマ密度分布の制御性を高めている。
【００２１】
図１の処理室１０１内には、被処理基板１０２を戴置するための基板電極１０３が設置されている。基板電極１０３には、被処理基板１０２にバイアス電位を与えるためのバイアス電源１１７が、自動整合機１１６を介して接続されている。バイアス電源１１７の発振周波数としては、４００ＫＨｚを用いた。
【００２２】
図２に、この基板電極１０３付近の構造をより詳細に示す。被処理基板１０２を基板電極１０３上において保持するために、静電チャック機構２００が用いられる。この静電チャック機構２００は、主として誘電体層２０４と、この誘電体層２０４内に埋め込まれた電極層２０５と、下地層２０６とから構成される。電極層２０５には、直流電圧を印加するための直流電源２０３が、帯域阻止フィルタ２０９を介して接続されている。
【００２３】
図２の基板電極１０３は、サセプタ２０１と電極カバー２０２を有している。被処理基板１０２の周囲にはサセプタ２０１が設けられており、さらにサセプタ２０１の下部には電極カバー２０２が配置されていることで全体を覆っている。サセプタ２０１は、被処理基板１０２の周辺部の表面状態を制御するために設けられており、本実施例ではサセプタ２０１の材質としては、石英を用いた。電極カバー２０２の材質としては、陽極酸化したアルミニウムを用いた。
【００２４】
図２の基板電極１０３には、被処理基板１０２を静電気力により吸着するために、直流電源２０３によりプラスまたはマイナス側に数百ボルト程度の電圧を加える。直流電源２０３による電圧は、電極層２０５に印加される。誘電体層２０４は、比較的絶縁性の高い材料として例えばアルミナセラミックを主成分とし、二酸化ケイ素や酸化チタン等の材料の混合物で形成されている。
【００２５】
図２の直流電源２０３からの電圧により被処理基板１０２には電荷が誘起され、静電気力により被処理基板１０２を静電吸着することができる。直流電源２０３にはバイアス電源１１７からのバイアス電流が流れ込むことを防止するために、バイアス電源１１７からの電流を阻止するための帯域阻止フィルタ２０９を用いている。
【００２６】
図２のバイアス電源１１７から供給される電圧と電流は、電圧モニタ（電圧計）２０７と電流モニタ（電流計）２０８によりそれぞれモニタすることができる。
【００２７】
バイアス電源１１７からのバイアス電力は、静電チャック機構２００の下地層２０６に加えられ、静電チャック機構２００を介して被処理基板１０２に印加される。通常、静電チャック機構２００は、高周波に対するインピーダンスの大きさが小さくなるように作られており、本質的に薄い絶縁膜層で構成されているため、電気的には概略、容量の大きなコンデンサとして働くことになる。
【００２８】
本来的には、被処理基板１０２の表面の電位をモニタして、モニタした被処理基板１０２の表面の電位の値（電圧値）に基づいて、バイアス電源１１７のバイアス電圧出力等を制御すべきであるが、前述した様に静電チャック機構２００を介してバイアス電力を被処理基板１０２に供給する構成をとっており、被処理基板１０２の表面の電位を直接測定することは事実上、困難である。
【００２９】
そこで、静電チャック機構２００での電圧降下や電力損失を無視して、静電チャック機構２００に印加する電圧や電力のみを測定することが多い。
【００３０】
ただし、静電チャック機構２００を介して流れるバイアス電流が大きい場合や、静電チャック機構２００のインピーダンスの大きさが大きい場合には、静電チャック機構２００で生じる電圧降下が無視できなくなる場合が考えられる。
【００３１】
また、バイアス電源出力波形が正弦波ではなく、複数の周波数成分を含む場合には、各周波数成分に対する静電チャック機構のインピーダンスが異なるため、波形ひずみが生じることになる。時間的に繰り返し変化する電圧の大小を表現するのに、ピークトゥピーク電圧（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ電圧）と呼ばれる表現方法が用いられることが多い。
このピークトゥピーク電圧とは、電圧の最大値から最小値を引いた値を指す。ピークトゥピーク電圧のみでは、波形ひずみが生じた場合には電圧の大小を正確に表現できているとは言いがたく、被処理基板１０２のプラズマ処理特性を安定して制御することは困難となる。
【００３２】
そこで、本発明の実施例では、被処理基板１０２上に印加されるバイアス電圧を正確にモニタするために、電圧測定用プローブを付加した測定用被処理基板を用いてこの測定用被処理基板の表面のバイアス電圧を測定し、事前に静電チャック機構２００の電気特性であるインピーダンスを取得しておき、さらに電圧モニタ２０７および電流モニタ２０８によりそれぞれ実際に処理しようとしている被処理基板１０２のモニタされたバイアス電源１１７のバイアス電圧およびバイアス電流を用いて、実際に処理しようとしている被処理基板１０２上のバイアス電圧を算出して推定することができる。
【００３３】
図３（ａ）と図３（ｂ）には、静電チャック機構２００の電気特性を測定するために行ったバイアス電圧とバイアス電流の測定結果を示す。図３（ａ）の横軸は時間であり、縦軸は電圧と電流を示している。図３（ｂ）の横軸は時間であり、縦軸は電圧を示している。
図２に示す電圧モニタ２０７、電流モニタ２０８に加えて、電圧測定用プローブを付加した測定用被処理基板を、図２の基板電極１０３上に設置して、静電チャック機構２００の各部のバイアス電圧とバイアス電流を測定した。
【００３４】
図２に示す電圧モニタ（電圧計）２０７、電流モニタ２０８（電流計）によって測定されたバイアス電圧Ｖｅｓｃとバイアス電流Ｉｅｓｃの経時変化を、図３（ａ）に示す。また、同時に測定用被処理基板上の電圧も計測した結果を、図３（ｂ）に示す。
【００３５】
図２の静電チャック機構２００に印加した電圧Ｖｅｓｃの波形は、図３（ａ）に示すように、正弦波ではなく電圧の負側をクリップした波形とした。この場合に、前述のように静電チャック機構２００が容量性インピーダンスを持つため、低周波成分が透過しにくく、被処理基板上の電圧Ｖｗの波形は、図３（ｂ）に示すように、クリップした部分に相当して、サグ３００と呼ばれる傾きが生じている。このサグ３００を平坦化するように、バイアス電圧Ｖｅｓｃの波形を制御することにより、そろったイオンエネルギーを得ることができ、プラズマエッチングの効率と精度を上げることができる。
【００３６】
図３（ａ）、図３（ｂ）に示す電圧波形と電流波形から、静電チャック機構２００の容量Ｃｅｓｃを、以下の手順で数値的に算出することができる。
【００３７】
図２のバイアス電源１１７による電流が流れる経路を、図４に示す等価回路でモデル化する。図４では、測定記憶ユニット３０１は、静電チャック機構２００に印加する電圧値、電流値を取り入れて格納して、静電チャック機構２００の電気特性であるインピーダンス値である容量Ｃｅｓｃを格納する手段である。
【００３８】
図４の計算ユニット３０２は、測定記憶ユニット３０１に格納された、静電チャック機構２００に印加する電圧値、電流値と静電チャック機構２００の電気特性であるインピーダンス値から、式（１）、または式（２）により、被処理基板の電圧値を推定する手段である。
【００３９】
さらに、図４の制御ユニット３０３は、計算ユニット３０２で推定された被処理基板の電圧値の推定値に基づいて、バイアス電源１１７の制御信号を作成してバイアス電源１１７に与える手段である。
【００４０】
ここで、静電チャック機構２００のインピーダンス値である容量成分をＣｅｓｃ、図３（ａ）に示す静電チャック機構２００に加えたバイアス電圧をＶｅｓｃ、図３（ａ）に示す静電チャック機構２００を流れるバイアス電流をＩｅｓｃ、図３（ｂ）に示す被処理基板１０２の電圧をＶｗ、被処理基板１０２からアース電位に到る経路のインピーダンスをＺｐとすると、被処理基板１０２の電圧Ｖｗを時間領域で表現すると、下記（１）式で表される。なお、（１）式において、Ａは積分定数である。
【００４１】
【数１】
2007227562.tif 000003
【００４２】
上記（１）式を周波数領域で表すと、下記（２）式で表される。
【００４３】
【数２】
2007227562.tif 000004
【００４４】
上記（１）式で推定した被処理基板の電圧Ｖｗと、実測した被処理基板の電圧とを比較して、両者が最小二乗法的に誤差が最小になることを根拠に、静電チャック機構２００のインピーダンスである容量成分Ｃｅｓｃを算出し、さらにこの静電チャック機構２００の容量成分Ｃｅｓｃの値を用いて、（１）式で計算した被処理基板の電圧（被処理基板電圧推定値）を求めた。周波数領域の（２）式については、フーリエ級数展開により各周波数成分に分解した後、（２）式を各周波数成分に適用し、重ね合わせることで被処理基板１０２の電圧Ｖｗを推定できる。
【００４５】
図３（ｂ）に、（１）式で計算した被処理基板の電圧（被処理基板電圧推定値）を、被処理基板の電圧の実測値と共に示す。実測値は実線で示し推測値は■で示している。
【００４６】
図３（ｂ）に示すように、被処理基板の電圧の実測値と（１）式による被処理基板電圧推定値の波形はよく一致することが確認できた。誤差の評価方法としては、二乗誤差以外に、被処理基板電圧推定値と、被処理基板の電圧の実測値との差の絶対値の総和等、他の基準を用いても良い。
【００４７】
実験的には、測定用の被処理基板に電圧プローブを設置して構成した電圧プローブ付き被処理基板を用意して、被処理基板の電圧を直接的に測定することは可能である。しかし、通常のプラズマエッチング処理の運用時には、被処理基板毎に電圧プローブを設置することは事実上不可能なことが多い。
【００４８】
したがって、前述の様に、あらかじめ電圧プローブ付き被処理基板から直接的に被処理基板の電圧Ｖｗを測定して、図３（ａ）に示す静電チャック機構２００に加えたバイアス電圧をＶｅｓｃ、図３（ａ）に示す静電チャック機構２００を流れるバイアス電流をＩｅｓｃから、図２の静電チャック機構２００の電気特性としてのインピーダンスである容量成分Ｃｅｓｃを数値的に算出する。
【００４９】
そして、実際に測定しようとする被処理基板１０２のバイアス電圧Ｖｅｓｃと、静電チャック機構２００を流れるバイアス電流Ｉｅｓｃと、あらかじめ取得した静電チャック機構２００のインピーダンスである容量成分Ｃｅｓｃの数値と、を用いて、（１）式に基づいて被処理基板１０２の電圧Ｖｗを推定することが有効となる。ただし、バイアス電流Ｉｅｓｃは、プラズマ生成条件によって変化する。
【００５０】
図２のバイアス電源１１７による被処理基板１０２の電圧により、プラズマ中のイオンを被処理基板１０２に引き込んで、プラズマエッチング形状の制御や、プラズマエッチング速度の制御が行われる。そのため、被処理基板１０２の電圧は、プラズマエッチング特性を左右する重要なパラメータの一つである。被処理基板の電圧波形をモニタすることで、プラズマエッチング特性を高精度に制御することができる。
【００５１】
本実施例の場合には、静電チャック機構２００が容量性のインピーダンスを持っていたため、（１）式でモデル化できた。静電チャック機構２００のインピーダンスが、抵抗分Ｒｅｓｃ、容量分Ｃｅｓｃ、誘導分Ｌｅｓｃが直列に接続された回路により表現できる場合には、（１）式相当の式として、次の（３）式を用いることができる。
【００５２】
【数３】
2007227562.tif 000005
【００５３】
同様に、電圧プローブ付き被処理基板の電圧Ｖｗを実測し、（３）式による推定値との比較から抵抗分Ｒｅｓｃ、容量分Ｃｅｓｃ、誘導分Ｌｅｓｃを算出して、通常の被処理基板の電圧Ｖｗの推定値を算出することができる。また、抵抗分Ｒｅｓｃ、容量分Ｃｅｓｃ、誘導分Ｌｅｓｃ等を測定する別の方法として、インピーダンスアナライザにより測定する方法を取ることもできる。
【００５４】
以上説明したように、従来技術を用いたプラズマエッチング装置では、静電チャック機構２００に印加するバイアス電力を所定の値に制御し、静電チャック機構に印加する電圧のピークトゥピーク電圧をモニタすることが行われてきた。前述の様にバイアス電圧の波形が正弦波でなく、複数の周波数成分を含む場合には、静電チャック機構が周波数特性をもつため、被処理基板に印加される電圧波形が歪むことになる。また、プラズマの密度が高い等の原因によりバイアス電流が大きい場合には、静電チャック機構での電圧降下を無視することになり、プラズマエッチング特性に直接影響を及ぼすと思われる被処理基板の電圧を高精度にモニタすることが困難な問題があった。プラズマエッチング特性を制御する立場からは、被処理基板に印加される電圧が直接制御されることが望ましい。
【００５５】
そこで、本発明では、静電チャック機構の電気的特性をあらかじめ測定しておき、実際の被処理基板の処理時の静電チャック機構の電圧、電流等を計測して、被処理基板の電圧や、電流を算出することができる。算出した被処理基板の電圧または電流をバイアス電源により制御することで上記課題は解決できる。すなわち、被処理基板のバイアス電位の制御性が良好になるので、被処理基板に対するプラズマエッチング処理の高精度化と高品質化が充分に図れる。
【００５６】
本発明の実施例では、上述のモニタ方法によりモニタリングされた被処理基板の電圧の大きさを指定できる制御方式とした。（１）式や（３）式を用いたモニタ方式を用いることで、プラズマの密度や状態によらず、被処理基板の電圧を安定してモニタできるので、プラズマエッチング性能の高性能化を図ることができる。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。
【００５８】
また、本発明のプラズマ処理装置として、プラズマエッチング装置を例に挙げているが、本発明は、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明を用いたプラズマ処理装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の基板電極の周辺構造の説明図である。
【図３】本発明の基板電極各部の電圧または電流の測定値、被処理基板電圧の推定値を示す図である。
【図４】本発明の基板電極周辺の等価回路モデルを示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１：処理室
１０２：被処理基板
１０３：基板電極
１０７：バイアス電源（バイアス電圧印加手段）
１１０：シャワープレート
１１１：電磁波導入窓
１１２：アンテナ
１１３：同軸線路
１１４：自動整合機
１１５：高周波電源
１１６：自動整合機
１１７：バイアス電源
１１８：電磁石
２００：静電チャック機構
２０１：サセプタ
２０２：電極カバー
２０３：直流電源
２０４：誘電体層
２０５：電極層
２０６：下地層
２０７：電圧モニタ（電圧計）
２０８：電流モニタ（電流計）
３００：被処理基板電圧のサグ
３０１：測定記憶ユニット（インピーダンス値格納手段）
３０２：計算ユニット（被処理基板の電圧値を推定する手段）
３０３：制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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