(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置の高周波電源であって、
前記下部電極に接続された第１の高周波電源及び第２の高周波電源を備え、
前記第１の高周波電源は、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための第１の高周波を発生する高周波発生源と、
前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し手段と、
前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振手段と、
前記高周波取り出し手段により取り出された第１の高周波及び前記発振手段により発振された第２の高周波を乗算する乗算手段と、
前記乗算手段により乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分を減衰・除去する高周波減衰手段と、
前記高周波減衰手段から出力される１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数を検波する検波手段と、
前記検波手段からの検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御手段とを備えることを特徴とする高周波電源。
【請求項２】
前記高周波発生源が発生する第１の高周波の周波数は、前記第２の高周波電源からの出力の周波数より高い周波数であることを特徴とする請求項１記載の高周波電源。
【請求項３】
前記高周波減衰手段からの出力の周波数は、前記第２の高周波電源からの出力の周波数より低い周波数であることを特徴とする請求項１又は２記載の高周波電源。
【請求項４】
前記第２の高周波電源は第３の高周波を発生する他の高周波発生源を備え、前記下部電極及び前記他の高周波発生源の間に整合器が配置され、且つ前記下部電極及び前記整合器の間にローパスフィルタが配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波電源。
【請求項５】
プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置の高周波電源であって、
前記下部電極に接続された第１の高周波電源と、
前記下部電極に接続された、前記第１の高周波電源が出力する第１の高周波の周波数よりも低い周波数の高周波を出力する第２の高周波電源とを備え、
前記第１の高周波電源は、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための第１の高周波を発生する高周波発生源と、
前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し手段と、
前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振手段と、
前記高周波取り出し手段により取り出された第１の高周波及び前記発振手段により発振された第２の高周波を乗算する乗算手段と、
前記乗算手段により乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分を減衰するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタから出力される、前記第２の高周波電源からの出力の周波数よりも低い周波数の出力を検波する検波手段と、
前記検波手段からの検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御手段とを備えることを特徴とする高周波電源。
【請求項６】
前記第２の高周波電源は第３の高周波を発生する他の高周波発生源を備え、前記下部電極及び前記他の高周波発生源の間に整合器が配置され、且つ前記下部電極及び前記整合器の間に他のローパスフィルタが配置されることを特徴とする請求項５記載の高周波電源。
【請求項７】
前記検波手段は前記ローパスフィルタから出力される１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数を検波することを特徴とする請求項５又は６記載の高周波電源。
【請求項８】
前記検波手段は理想検波器を有しており、当該理想検波器により前記ローパスフィルタからの出力を直流にすることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の高周波電源。
【請求項９】
プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置の高周波電源の制御方法であって、
前記高周波電源は、前記下部電極に接続された第１の高周波電源及び第２の高周波電源を備え、
前記第１の高周波電源は、前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための第１の高周波を発生する高周波発生源を備え、
前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し工程と、
前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振工程と、
前記高周波取り出し工程にて取り出された第１の高周波及び前記発振工程にて発振された第２の高周波を乗算する乗算工程と、
前記乗算工程にて乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分を減衰・除去する高周波減衰工程と、
前記高周波減衰工程後に出力される１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数を検波する検波工程と、
前記検波工程後の検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御工程とを有することを特徴とする高周波電源の制御方法。
【請求項１０】
プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置の高周波電源の制御方法であって、
前記高周波電源は、前記下部電極に接続された第１の高周波電源と、前記下部電極に接続された、前記第１の高周波電源が出力する第１の高周波の周波数よりも低い周波数の高周波を出力する第２の高周波電源とを備え、
前記第１の高周波電源は、前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための第１の高周波を発生する高周波発生源を備え、
前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し工程と、
前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振工程と、
前記高周波取り出し工程にて取り出された第１の高周波及び前記発振工程にて発振された第２の高周波を乗算する乗算工程と、
前記乗算工程にて乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分をローパスフィルタにより減衰する高周波減衰工程と、
前記高周波減衰工程にて出力される、前記第２の高周波電源からの出力の周波数よりも低い周波数の出力を検波する検波工程と、
前記検波工程後の検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御工程とを有することを特徴とする高周波電源の制御方法。
【請求項１１】
プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置であって、
前記下部電極に接続された第１の高周波電源及び第２の高周波電源を備え、
前記第１の高周波電源は、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための第１の高周波を発生する高周波発生源と、
前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し手段と、
前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振手段と、
前記高周波取り出し手段により取り出された第１の高周波及び前記発振手段により発振された第２の高周波を乗算する乗算手段と、
前記乗算手段により乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分を減衰・除去する高周波減衰手段と、
前記高周波減衰手段から出力される１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数を検波する検波手段と、
前記検波手段からの検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御手段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記高周波発生源が発生する第１の高周波の周波数は、前記第２の高周波電源からの出力の周波数より高い周波数であることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記高周波減衰手段からの出力の周波数は、前記第２の高周波電源からの出力の周波数より低い周波数であることを特徴とする請求項１１又は１２記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第２の高周波電源は第３の高周波を発生する他の高周波発生源を備え、前記下部電極及び前記他の高周波発生源の間に配置された整合器と、前記下部電極及び前記整合器の間に配置されたローパスフィルタとをさらに備えることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置であって、
前記下部電極に接続された第１の高周波電源と、
前記下部電極に接続された、前記第１の高周波電源が出力する第１の高周波の周波数よりも低い周波数の高周波を出力する第２の高周波電源とを備え、
前記第１の高周波電源は、
前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための高周波であり、且つ前記第２の高周波電源からの出力の周波数よりも高い周波数である第１の高周波を発生する高周波発生源と、
前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し手段と、
前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振手段と、
前記高周波取り出し手段により取り出された第１の高周波及び前記発振手段により発振された第２の高周波を乗算する乗算手段と、
前記乗算手段により乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分を減衰するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタから出力される、前記第２の高周波電源からの出力の周波数よりも低い周波数の出力を検波する検波手段と、
前記検波手段からの検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御手段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第２の高周波電源は第３の高周波を発生する他の高周波発生源を備え、前記下部電極及び前記他の高周波発生源の間に配置された整合器と、前記下部電極及び前記整合器の間に配置された他のローパスフィルタとをさらに備えることを特徴とする請求項１５記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記検波手段は前記ローパスフィルタから出力される１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数を検波することを特徴とする請求項１５又は１６記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記検波手段は理想検波器を有しており、当該理想検波器により前記ローパスフィルタからの出力を直流にすることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電源及びその制御方法、並びにプラズマ処理装置に関し、特に、半導体ウエハに対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置の高周波電源及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスの製造プロセスでは、比較的低圧の雰囲気内で高密度のプラズマを生成して半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にエッチングを行うプラズマ処理装置が用いられている。例えば、平行平板プラズマ処理装置は、プラズマチャンバ内に一対の平行平板電極（上部及び下部電極）を配置し、処理ガスを該チャンバ内に導入すると共に、電極の一方に高周波を印加して電極間に高周波電界を生成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを生成してウエハにエッチングを行っている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置は、エッチングを効率よく行うため下部電極にプラズマ生成用の高周波とプラズマ中のイオンを引き込むためのバイアス用の高周波とを重畳して同時に印加する。具体的には、プラズマ生成用の高周波電源を整合回路（以下「マッチングボックス」という。）を介して下部電極に接続すると共に、バイアス用の高周波電源をマッチングボックスを介して下部電極に接続して２つの高周波を重畳させる。プラズマ生成用高周波は、プラズマの生成効率を考慮して１００ＭＨｚの周波数に設定されている一方、バイアス用高周波は、３．２ＭＨｚの周波数に設定されている。
【０００４】
上記プラズマ処理装置では、プラズマ処理の際に、主周波数である１００ＭＨｚ，３．２ＭＨｚそれぞれに対応する高調波や変調波が発生し、これら高調波や変調波が入射波（Ｐｆ）の主周波数近傍に現れると共に（図４（ａ））、反射波（Ｐｒ）の主周波数近傍にも現れて（図４（ｂ））、マッチングボックスや高周波電源に誤動作等を引き起こしている。そのため、高周波電源は、入射波及び反射波を検出して高周波出力を制御するパワーモニタを備えており、該パワーモニタがＬＣ回路から成るバンドパスフィルタ等を含む検波回路（図５）により高調波や変調波を除去している。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、上記従来のバンドパスフィルタを備える高周波電源では、入射波であるプラズマ生成用高周波とバイアス用高周波との周波数の差が大きくなると、反射波に含まれる主周波数と変調波等の周波数との差が小さくなり、ＬＣ回路で構成されたバンドパスフィルタにより変調波等の減衰を十分に行えず、その結果、変調波等を反射波と見なしてしまい、高周波電源が誤動作を起こすおそれがあった。
【０００６】
また、変調波等の減衰が十分に行えないと、プラズマ処理時に適正な高周波を印加することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、プラズマ生成時に発生する高調波や変調波を精度よく除去して誤動作を防止すると共に、適正な高周波を印加することができる高周波電源及びその制御方法、並びにプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の高周波電源は、プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置の高周波電源であって、前記下部電極に接続された第１の高周波電源及び第２の高周波電源を備え、前記第１の高周波電源は、前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための第１の高周波を発生する高周波発生源と、前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し手段と、前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振手段と、前記高周波取り出し手段により取り出された第１の高周波及び前記発振手段により発振された第２の高周波を乗算する乗算手段と、前記乗算手段により乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分を減衰・除去する高周波減衰手段と、前記高周波減衰手段から出力される１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数を検波する検波手段と、前記検波手段からの検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項２記載の高周波電源は、請求項１記載の高周波電源において、前記高周波発生源が発生する第１の高周波の周波数は、前記第２の高周波電源からの出力の周波数より高い周波数であることを特徴とする。
請求項３記載の高周波電源は、請求項１又は２記載の高周波電源において、前記高周波減衰手段からの出力の周波数は、前記第２の高周波電源からの出力の周波数より低い周波数であることを特徴とする。
請求項４記載の高周波電源は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波電源において、前記第２の高周波電源は第３の高周波を発生する他の高周波発生源を備え、前記下部電極及び前記他の高周波発生源の間に整合器が配置され、且つ前記下部電極及び前記整合器の間にローパスフィルタが配置されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項５記載の高周波電源は、プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置の高周波電源であって、前記下部電極に接続された第１の高周波電源と、前記下部電極に接続された、前記第１の高周波電源が出力する第１の高周波の周波数よりも低い周波数の高周波を出力する第２の高周波電源とを備え、前記第１の高周波電源は、前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための第１の高周波を発生する高周波発生源と、前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し手段と、前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振手段と、前記高周波取り出し手段により取り出された第１の高周波及び前記発振手段により発振された第２の高周波を乗算する乗算手段と、前記乗算手段により乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分を減衰するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタから出力される、前記第２の高周波電源からの出力の周波数よりも低い周波数の出力を検波する検波手段と、前記検波手段からの検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項６記載の高周波電源は、請求項５記載の高周波電源において、前記第２の高周波電源は第３の高周波を発生する他の高周波発生源を備え、前記下部電極及び前記他の高周波発生源の間に整合器が配置され、且つ前記下部電極及び前記整合器の間に他のローパスフィルタが配置されることを特徴とする。
請求項７記載の高周波電源は、請求項５又は６記載の高周波電源において、前記検波手段は前記ローパスフィルタから出力される１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数を検波することを特徴とする。
請求項８記載の高周波電源は、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の高周波電源において、前記検波手段は理想検波器を有しており、当該理想検波器により前記ローパスフィルタからの出力を直流にすることを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項９記載の高周波電源の制御方法は、プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置の高周波電源の制御方法であって、前記高周波電源は、前記下部電極に接続された第１の高周波電源及び第２の高周波電源を備え、前記第１の高周波電源は、前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための第１の高周波を発生する高周波発生源を備え、前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し工程と、前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振工程と、前記高周波取り出し工程にて取り出された第１の高周波及び前記発振工程にて発振された第２の高周波を乗算する乗算工程と、前記乗算工程にて乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分を減衰・除去する高周波減衰工程と、前記高周波減衰工程後に出力される１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数を検波する検波工程と、前記検波工程後の検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御工程とを有することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１０記載の高周波電源の制御方法は、プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置の高周波電源の制御方法であって、前記高周波電源は、前記下部電極に接続された第１の高周波電源と、前記下部電極に接続された、前記第１の高周波電源が出力する第１の高周波の周波数よりも低い周波数の高周波を出力する第２の高周波電源とを備え、前記第１の高周波電源は、前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための第１の高周波を発生する高周波発生源を備え、前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し工程と、前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振工程と、前記高周波取り出し工程にて取り出された第１の高周波及び前記発振工程にて発振された第２の高周波を乗算する乗算工程と、前記乗算工程にて乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分をローパスフィルタにより減衰する高周波減衰工程と、前記高周波減衰工程にて出力される、前記第２の高周波電源からの出力の周波数よりも低い周波数の出力を検波する検波工程と、前記検波工程後の検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御工程とを有することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１１記載のプラズマ処理装置は、プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置であって、前記下部電極に接続された第１の高周波電源及び第２の高周波電源を備え、前記第１の高周波電源は、前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための第１の高周波を発生する高周波発生源と、前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し手段と、前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振手段と、前記高周波取り出し手段により取り出された第１の高周波及び前記発振手段により発振された第２の高周波を乗算する乗算手段と、前記乗算手段により乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分を減衰・除去する高周波減衰手段と、前記高周波減衰手段から出力される１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数を検波する検波手段と、前記検波手段からの検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項１２記載のプラズマ処理装置は、請求項１１記載のプラズマ処理装置において、前記高周波発生源が発生する第１の高周波の周波数は、前記第２の高周波電源からの出力の周波数より高い周波数であることを特徴とする。
請求項１３記載のプラズマ処理装置は、請求項１１又は１２記載のプラズマ処理装置において、前記高周波減衰手段からの出力の周波数は、前記第２の高周波電源からの出力の周波数より低い周波数であることを特徴とする。
請求項１４記載のプラズマ処理装置は、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記第２の高周波電源は第３の高周波を発生する他の高周波発生源を備え、前記下部電極及び前記他の高周波発生源の間に配置された整合器と、前記下部電極及び前記整合器の間に配置されたローパスフィルタとをさらに備えることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１５記載のプラズマ処理装置は、プラズマ処理容器内に下部電極が配置されたプラズマ処理装置であって、前記下部電極に接続された第１の高周波電源と、前記下部電極に接続された、前記第１の高周波電源が出力する第１の高周波の周波数よりも低い周波数の高周波を出力する第２の高周波電源とを備え、前記第１の高周波電源は、前記プラズマ処理容器内にプラズマを生成するための高周波であり、且つ前記第２の高周波電源からの出力の周波数よりも高い周波数である第１の高周波を発生する高周波発生源と、前記第１の高周波を取り出す高周波取り出し手段と、前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波を発振する発振手段と、前記高周波取り出し手段により取り出された第１の高周波及び前記発振手段により発振された第２の高周波を乗算する乗算手段と、前記乗算手段により乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分を減衰するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタから出力される、前記第２の高周波電源からの出力の周波数よりも低い周波数の出力を検波する検波手段と、前記検波手段からの検波出力と、前記高周波発生源の出力を設定するための基準電圧とを比較し、当該比較結果に基づいて前記高周波発生源の出力を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項１６記載のプラズマ処理装置は、請求項１５記載のプラズマ処理装置において、前記第２の高周波電源は第３の高周波を発生する他の高周波発生源を備え、前記下部電極及び前記他の高周波発生源の間に配置された整合器と、前記下部電極及び前記整合器の間に配置された他のローパスフィルタとをさらに備えることを特徴とする。
請求項１７記載のプラズマ処理装置は、請求項１５又は１６記載のプラズマ処理装置において、前記検波手段は前記ローパスフィルタから出力される１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数を検波することを特徴とする。
請求項１８記載のプラズマ処理装置は、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記検波手段は理想検波器を有しており、当該理想検波器により前記ローパスフィルタからの出力を直流にすることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る高周波電源を備えるプラズマ処理装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１において、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理容器であるプラズマチャンバ２と、プラズマチャンバ２内の不図示の下部電極に接続された第１のマッチングボックス３と、第１のマッチングボックス３に接続された第１の高周波電源４と、プラズマチャンバ２内の前記電極にローパスフィルタ７を介して接続された第２のマッチングボックス５と、第２のマッチングボックス５に接続された第２の高周波電源６とで構成される。
【００１６】
プラズマ処理装置１は、プラズマチャンバ２内に不図示の一対の平行平板電極（上部電極及び下部電極）を配置して処理ガスを導入すると共に、当該電極の一方に高周波を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界によりプラズマを生成して半導体ウエハ（以下「ウエハ」という。）にプラズマ処理を行う。
【００１７】
第１の高周波電源４は、プラズマチャンバ２に進行する入射波（入射電力：Ｐｆ）及びプラズマ生成時にプラズマチャンバ２から戻ってくる反射波（反射電力：Ｐｒ）を検出して高周波出力を制御するパワーモニタ８と、１００ＭＨｚの高周波を発生する高周波発生源１０とを備え、１００ＭＨｚのプラズマ生成用高周波電力を出力する。また、第１の高周波電源４は、高周波発生源１０から発生した高周波をパワーモニタ８により制御して第１のマッチングボックス３へ出力する。
【００１８】
第１のマッチングボックス３は、１００ＭＨｚの高周波を検波するＲＦセンサ（不図示）と、可変コンデンサ及びコイル等から成る回路（不図示）とを備え、反射波を最も少なくするようにプラズマチャンバ２側の負荷インピーダンスを第１の高周波電源４側の電源インピーダンスに合わせるための整合回路である。特に、第１のマッチングボックス３の入力側からみた負荷インピーダンスと第１の高周波電源４の出力側からみたインピーダンスとが同じ（５０Ω）になるように設定されている。
【００１９】
第２の高周波電源６は、入射波と反射波とを検出して高周波出力を制御するパワーモニタ９と、高周波発生源１０が発生する周波数と異なる３．２ＭＨｚの高周波を発生する高周波発生源１１とを備え、３．２ＭＨｚのバイアス用高周波電力を出力する。
【００２０】
第２のマッチングボックス５は、３．２ＭＨｚの高周波を検波するＲＦセンサ（不図示）と、可変コンデンサ及びコイル等から成る回路（不図示）とを備え、反射波を最も少なくするようにプラズマチャンバ２側の負荷インピーダンスを第２の高周波電源６側の電源インピーダンスに合わせるための整合回路である。ローパスフィルタ７は、第１の高周波電源４からの１００ＭＨｚの高周波から第２のマッチングボックス５及び第２の高周波電源６を保護し、反射波を減衰させるものである。
【００２１】
プラズマ処理時には、第１の高周波電源４により出力されたプラズマ生成用の高周波と、第２の高周波電源６により出力され、プラズマ放電中のイオンを引き込むためのバイアス用の高周波とを重畳したものをプラズマチャンバ２内の下部電極（不図示）に印加する。
【００２２】
図２は、図１におけるパワーモニタ８の内部構成を示す概略図である。
【００２３】
図２において、パワーモニタ８は、方向性結合器２１と、２入力１出力の乗算器（ＤＢＭ：ダブルバランスドミキサー）であるミキサー２２と、１００ｋＨｚのローパスフィルタ２３と、低周波検波器２４と、所定の周波数を発振する発振器２５とを備え、プラズマ生成時に発生する高調波及び変調波を除去して検波を行うと共に、プラズマ生成時に所定の高周波をプラズマチャンバ２に印加する制御装置である。
【００２４】
方向性結合器２１は、高周波発生源１０から発生した１００ＭＨｚの高周波を取り出してミキサー２２に入力する。発振器２５は、増幅器（不図示）や２倍の周波数逓倍器（不図示）、４９．９５ＭＨｚの水晶発振器（不図示）等を備え、ミキサー２２に９９．９ＭＨｚの高周波を入力する。ミキサー２２は、方向性結合器２１により取り出された高周波と発振器２５により入力された高周波とを乗算して周波数混合を行う。ローパスフィルタ２３は、ミキサー２２からの出力のうち高周波分を減衰する。低周波検波器２４は、増幅器（不図示）や１００ｋＨｚの理想検波器（不図示）等を備え、ローパスフィルタ２３からの出力のうち１００ｋＨｚの低周波を検波してＤＣ出力（検波出力）とする。図２のパワーモニタ８における検波（ビートダウン式）と図５における従来の検波（フィルタ式）の周波数特性を図３に示す。
【００２５】
次に、パワーモニタ８の動作について説明する。
【００２６】
例えば、プラズマチャンバ２内のプラズマ負荷の変調により生成された±３．２ＭＨｚのサイドバンド成分を含んだ主周波数１００ＭＨｚの高周波は、方向性結合器２１により取り出されてミキサー２２に入力される。一方、発振器２５からの９９．９ＭＨｚの高周波がミキサー２２に入力される。ミキサー２２では、これらの入力された高周波を乗算し、その結果、１９９．９ＭＨｚ±３．２ＭＨｚ、１００ＭＨｚ＋３．２ＭＨｚ等の信号がローパスフィルタ２３に出力される。
【００２７】
ミキサー２２からの出力のうち、周波数が１９９．９±３．２ＭＨｚや３．２ＭＨｚのものがローパスフィルタ２３により減衰・除去され、低周波検波器２４へ出力される。低周波検波器２４では、ローパスフィルタ２３からの出力である周波数が１００ｋＨｚの低周波をＤＣ出力として誤差増幅回路（不図示）へと出力される。この誤差増幅回路では、低周波検出器からの直流電圧（ＤＣ）と、出力を設定するための基準電圧とを比較して、この比較結果に応じて高周波増幅器（不図示）に比較電圧を与え、出力の制御を行う。これにより、プラズマ生成時に発生した高調波や変調波を精度よく除去して第１の高周波電源４の誤動作を防止すると共に、適正な高周波をプラズマ処理装置１に印加することができる。
【００２８】
主周波数の１００ＭＨｚに対して発振器２５からの周波数を９９．９ＭＨｚに選ぶことで、サイドバンド成分がローパスフィルタ２３のカットオフ周波数から十分離れた周波数となるため、ローパスフィルタ２３が簡易な構成であってもサイドバンド成分を十分に除去することが可能である。また、変調波が主周波数に近い場合であっても、ローパスフィルタ２３のカットオフ周波数を変調周波数に対して十分に低い値に選ぶことで、変調波成分を除去することができる。
【００２９】
上記実施の形態によれば、方向性結合器２１により取り出された変調波等を含む主周波数１００ＭＨｚの高周波と発振器２５により発振された周波数９９．９ＭＨｚの高周波とをミキサー２２により加算し、その出力をローパスフィルタ２３及び低周波検波器２４により１００ｋＨｚに変換して検波を行うので、プラズマ生成時に発生する高調波や変調波を精度よく除去して第１の高周波電源４の誤動作を防止すると共に、適正な高周波をプラズマチャンバ２に印加することができる。
【００３０】
上記実施の形態では、平行平板プラズマ処理装置１について説明したが、例えば、マイクロ波プラズマ処理装置、ＥＣＲ（electron coupling resonance）プラズマ処理装置等の種々のプラズマソースを有するプラズマ処理装置に適応することが可能である。
【００３１】
また、上記実施の形態におけるパワーモニタ８は、１００ＭＨｚの主周波数を１００ｋＨｚに変換して検波を行ったが、それに限られず、１００ＭＨｚ以外、例えば、７０ＭＨｚ以上の主周波数を１００ｋＨｚに変換して検波を行うようにしてもよい。さらに、検波を行う周波数を１００ｋＨｚ以外の周波数、例えば、１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数にしてもよく、また、制御ループとしての十分速い応答速度を得たい場合には、１５Ｈｚ〜５００ｋＨｚ程度の値に設定するのが望ましい。
【００３２】
なお、上記実施の形態における第１のマッチングボックス３及び第２のマッチングボックス５における整合回路は、可変コンデンサ及びコイルで構成されていたが、例えば、７０ＭＨｚ以上の高周波を印加する場合には、特開２００１−１１８７００号公報に開示された整合器を用いて構成してもよい。
【００３３】
また、パワーモニタ８は、第１の高周波電源４内に内蔵されているが、第１の高周波電源４に代えて第１のマッチングボックス５に内蔵されるようにしてもよく、その場合、検波回路に代えて位相検出回路や演算回路を用い、ＲＦセンサとして使用するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載の高周波電源及び請求項１１記載のプラズマ処理装置によれば、高周波取り出し手段により取り出された第１の高周波及び発振手段により発振された第２の高周波を乗算し、乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分が減衰・除去されて１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数が検波されるので、プラズマ生成時に発生する高調波や変調波を精度よく除去して誤動作を防止すると共に、適正な高周波を印加することができ、さらに、簡易なフィルタにより高調波や変調波を除去することができる。
また、請求項５記載の高周波電源及び請求項１５記載のプラズマ処理装置によれば、高周波取り出し手段により取り出された第１の高周波及び発振手段により発振された第２の高周波を乗算し、乗算された結果からローパスフィルタにより高調波及び変調波の成分を含む高周波分が減衰されて検波されるので、プラズマ生成時に発生する高調波や変調波を精度よく除去して誤動作を防止すると共に、適正な高周波を印加することができる。
【００３７】
請求項９記載の高周波電源の制御方法によれば、高周波取り出し工程にて取り出された第１の高周波及び発振工程にて発振された第２の高周波を乗算し、乗算された結果から高調波及び変調波の成分を含む高周波分が減衰・除去されて１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲の周波数が検波されるので、プラズマ生成時に発生する高調波や変調波を精度よく除去して誤動作を防止すると共に、適正な高周波を印加することができ、さらに、簡易なフィルタにより高調波や変調波を除去することができる。
また、請求項１０記載の高周波電源の制御方法によれば、高周波取り出し工程にて取り出された第１の高周波及び発振工程にて発振された第２の高周波を乗算し、乗算された結果からローパスフィルタにより高調波及び変調波の成分を含む高周波分が減衰されて検波されるので、プラズマ生成時に発生する高調波や変調波を精度よく除去して誤動作を防止すると共に、適正な高周波を印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る高周波電源を備えるプラズマ処理装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１におけるパワーモニタ８の内部構成を示す概略図である。
【図３】図２のパワーモニタ８における検波（ビートダウン式）と図５における従来の検波（フィルタ式）の周波数特性を示す図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置における入出力の変調波スペクトルを示す図であり、（ａ）は入射波、（ｂ）は反射波である。
【図５】従来のプラズマ処理装置におけるパワーモニタの内部構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１  プラズマ処理装置
２  プラズマチャンバ
３  第１のマッチングボックス
４  第１の高周波電源
５  第２のマッチングボックス
６  第２の高周波電源
７  ローパスフィルタ
８，９  パワーモニタ
１０，１１  高周波発生源
２１  方向性結合器
２２  ミキサー
２３  ローパスフィルタ
２４  低周波検波器
２５  発振器
【図１】
0004131793.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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