(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁に誘電体を有する真空チャンバーと、前記誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、前記高周波電源と前記誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の前記真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法であって、
前記真空チャンバー内に導電体を配置した状態で、前記誘導コイルからみた高周波インピーダンス値を求める工程と、
前記高周波インピーダンスの値が所定値に近づくように、前記誘導コイルの形状又は前記誘電体の形状を変化させる工程とを備えていることを特徴とする誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項２】
前記高周波インピーダンス値を求める工程は、
前記真空チャンバー内に直径が相対的に大きい第１の導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記真空チャンバー内に直径が相対的に小さい第２の導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記第１の高周波インピーダンス値、前記第２の高周波インピーダンス値、前記第１の導電体の直径及び前記第２の導電体の直径に基づき、前記高周波インピーダンス値を求める工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項３】
上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、前記誘電体の上側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、前記高周波電源と前記誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の前記真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法であって、
前記真空チャンバー内に導電体を配置した状態で、前記誘導コイルからみた高周波インピーダンス値を求める工程と、
前記高周波インピーダンスの値が所定値に近づくように、前記誘導コイルの形状又は前記誘電体の形状を変化させる工程とを備えていることを特徴とする誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項４】
前記高周波インピーダンス値を求める工程は、
前記真空チャンバー内に誘電体からの距離が相対的に小さい第１の導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記真空チャンバー内に誘電体からの距離が相対的に大きい第２の導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記第１の高周波インピーダンス値、前記第２の高周波インピーダンス値、前記誘電体と前記第１の導電体との距離及び前記誘電体と前記第２の導電体との距離に基づき、前記高周波インピーダンス値を求める工程とを含むことを特徴とする請求項３に記載の誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項５】
周壁に誘電体を有する真空チャンバーと、前記誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、前記高周波電源と前記誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の前記真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法であって、
前記真空チャンバー内に導電体を配置した状態で、前記誘導コイル及び前記誘電体により形成される、容量成分、誘導成分及び抵抗成分をそれぞれ求める工程と、
前記容量成分、誘導成分及び抵抗成分がそれぞれ所定値に近づくように、前記誘導コイルの形状又は前記誘電体の形状を変化させる工程とを備えていることを特徴とする誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項６】
前記容量成分、誘導成分及び抵抗成分を求める工程は、
前記真空チャンバー内に直径が相対的に大きい第１の導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記真空チャンバー内に直径が相対的に小さい第２の導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記第１の高周波インピーダンス値、前記第２の高周波インピーダンス値、前記第１の導電体の直径及び前記第２の導電体の直径に基づき、前記容量成分、誘導成分及び抵抗成分を求める工程とを含むことを特徴とする請求項３に記載の誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項７】
上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、前記誘電体の上側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、前記高周波電源と前記誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の前記真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法であって、
前記真空チャンバー内に導電体を配置した状態で、前記誘導コイル及び前記誘電体により形成される、容量成分、誘導成分及び抵抗成分をそれぞれ求める工程と、前記容量成分、誘導成分及び抵抗成分がそれぞれ所定値に近づくように、前記誘導コイルの形状又は前記誘電体の形状を変化させる工程とを備えていることを特徴とする誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項８】
前記容量成分、誘導成分及び抵抗成分を求める工程は、
前記真空チャンバー内に前記誘電体からの距離が相対的に小さい第１の導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記真空チャンバー内に前記誘電体からの距離が相対的に大きい第２の導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記第１の高周波インピーダンス値、前記第２の高周波インピーダンス値、前記誘電体と前記第１の導電体との距離、及び前記誘電体と前記第２の導電体との距離に基づき、前記容量成分、誘導成分及び抵抗成分を求める工程とを含むことを特徴とする請求項７に記載の誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項９】
周壁又は上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、前記誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、前記高周波電源と前記誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の前記真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法であって、
前記真空チャンバー内に導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記第１の高周波インピーダンス値と前記第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、前記高周波電源から前記誘導コイルに供給される高周波電力の大きさを制御する工程とを備えていることを特徴とする誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項１０】
周壁又は上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、前記誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、前記高周波電源と前記誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の前記真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法であって、
前記真空チャンバー内に導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記第１の高周波インピーダンス値と前記第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、前記真空チャンバー内に導入される酸素ガスの流量を制御する工程とを備えていることを特徴とする誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項１１】
周壁又は上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、前記誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、前記高周波電源と前記誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の前記真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法であって、
前記真空チャンバー内に導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、
前記第１の高周波インピーダンス値と前記第２の高周波インピーダンス値との差が所定値を超えたときに、前記真空チャンバー内に配置されており且つ前記真空チャンバー内に発生するプラズマと接する内部部品を交換する工程とを備えていることを特徴とする誘導結合型プラズマの制御方法。
【請求項１２】
周壁又は上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、前記誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、前記高周波電源と前記誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置であって、
前記真空チャンバー内に導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する手段と、
前記真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する手段と、
前記第１の高周波インピーダンス値と前記第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、前記高周波電源から前記誘導コイルに供給される高周波電力の大きさを制御する手段とを備えていることを特徴とする誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項１３】
周壁又は上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、前記誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、前記高周波電源と前記誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置であって、
前記真空チャンバー内に導電体を配置した状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する手段と、
前記真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態で前記整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する手段と、
前記第１の高周波インピーダンス値と前記第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、前記真空チャンバー内に導入される酸素ガスの流量を制御する手段とを備えていることを特徴とする誘導結合型プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、高集積化された半導体集積回路装置の製造に用いる誘導結合型プラズマの制御方法及び誘導結合型プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、誘導結合型プラズマ源は、高集積化された半導体集積回路装置の製造プロセスにおけるエッチング方法又はＣＶＤ法等に用いられ、超ＬＳＩの製造プロセスには欠かせないものになっている。
【０００３】
以下、従来の誘導結合型プラズマ装置の一例について、図２１を参照しながら説明する。
【０００４】
図２１は、従来のプラズマ処理装置の概略断面構造を示しており、内部が真空に保持される真空チャンバー１００の周壁は石英製遮蔽板１０１よりなり、真空チャンバー１００の内部には、被処理基板１０２を保持すると共に下部電極となる試料台１０３が設けられている。また、真空チャンバー１００の上部には、プロセスガスを導入するガス導入口１０４ａを有するガス分散板１０４が設けられていると共に、真空チャンバー１００の下部にはガス排出口１０５が設けられている。
【０００５】
真空チャンバー１００の周壁の外側つまり石英製遮蔽板１０１の外側には誘導コイル１０６が設けられており、誘導コイル１０６の一端は第１の整合器１０７を介して第１の高周波電源１０８に接続されていると共に、誘導コイル１０６の他端は接地されている。第１の高周波電源１０８から第１の整合器１０７を介して誘導コイル１０６に第１の高周波電力を印加すると、真空チャンバー１００内に導入されるプロセスガスよりなるプラズマ１０９が生成される。
【０００６】
試料台１０３には、第２の整合器１１０を介して第２の高周波電源１１１が接続されており、第２の高周波電源１１１から第２の整合器１１０を介して試料台１０３に第２の高周波電力を印加すると、プラズマ１０９は試料台１０３に保持されている被処理基板１０２に照射される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、真空チャンバー１００の内部において生成されるプラズマ１０９の密度は、メンテナンスを行なう際に、誘導コイル１０６の部品交換を行なったり、石英製遮蔽板１０１等を一時的に取り外して再度取り付けたり、又は真空チャンバー１００の内部に設けられている部品を取り替えたりしたとき等に変化する。
【０００８】
これは、プラズマ１０９の密度は、種々の要因、例えば、誘導コイル１０６の長さ（全長）、誘導コイル１０６と石英製遮蔽板１０１との間隔、誘導コイル１０６の中心と真空チャンバー１００の中心とのずれ量、誘導コイル１０６のピッチ等の要因により変化するからである。
【０００９】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置においては、誘導コイル１０６又は石英製遮蔽板１０１等を取り外した後に再び取り付けたり、又は真空チャンバー１００の内部に設けられている部品を取り替えたりしたときには、誘導コイル１０６の長さ（全長）を調整することにより、プラズマ１０９の密度を制御していた。
【００１０】
ところが、前述のように、プラズマ１０９の密度は、誘導コイル１０６の長さ、誘導コイル１０６と石英製遮蔽板１０１との間隔、誘導コイル１０６の中心と真空チャンバー１００の中心とのずれ量、誘導コイル１０６のピッチ等の要因により変化するので、誘導コイル１０６の長さを調整するのみでは、プラズマの密度を正確に制御することができなかった。
【００１１】
前記に鑑み、本発明は、プラズマの密度を正確に制御できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の誘導結合型プラズマの制御方法は、周壁に誘電体を有する真空チャンバーと、誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、高周波電源と誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法を対象とし、真空チャンバー内に導電体を配置した状態で、誘導コイルからみた高周波インピーダンス値を求める工程と、高周波インピーダンスの値が所定値に近づくように、誘導コイルの形状又は誘電体の形状を変化させる工程とを備えている。
【００１３】
ここで、誘導コイルの形状とは、誘導コイルの長さ、ピッチ又は直径等のように高周波インピーダンス値に影響を及ぼすパラメータを意味し、誘電体の形状とは、誘電体の厚さ又は直径等のように高周波インピーダンス値に影響を及ぼすパラメータを意味する。
【００１４】
第１の誘導結合型プラズマの制御方法によると、誘導コイルからみた高周波インピーダンス値が所定値に近づくように、誘導コイルの形状又は誘電体の形状を変化させるため、真空チャンバー内に発生するプラズマの密度を正確に制御することができる。
【００１５】
第１の誘導結合型プラズマの制御方法において、高周波インピーダンス値を求める工程は、真空チャンバー内に直径が相対的に大きい第１の導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、真空チャンバー内に直径が相対的に小さい第２の導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、第１の高周波インピーダンス値、第２の高周波インピーダンス値、第１の導電体の直径及び第２の導電体の直径に基づき、高周波インピーダンス値を求める工程とを含むことが好ましい。
【００１６】
このようにすると、誘導コイル及び誘電体により形成される高周波インピーダンス値を確実に測定することができる。
【００１７】
本発明に係る第２の誘導結合型プラズマの制御方法は、上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、誘電体の上側に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、高周波電源と誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法を対象とし、真空チャンバー内に導電体を配置した状態で、誘導コイルからみた高周波インピーダンス値を求める工程と、高周波インピーダンスの値が所定値に近づくように、誘導コイルの形状又は誘電体の形状を変化させる工程とを備えている。
【００１８】
ここで、誘導コイルの形状とは、誘導コイルの長さ、ピッチ又は直径等のように高周波インピーダンス値に影響を及ぼすパラメータを意味し、誘電体の形状とは、誘電体の厚さ又は直径等のように高周波インピーダンス値に影響を及ぼすパラメータを意味する。
【００１９】
第２の誘導結合型プラズマの制御方法によると、誘導コイルからみた高周波インピーダンス値が所定値に近づくように、誘導コイルの形状又は誘電体の形状を変化させるため、真空チャンバー内に発生するプラズマの密度を正確に制御することができる。
【００２０】
このようにすると、誘導コイル及び誘電体により形成される高周波インピーダンス値を確実に測定することができる。
【００２１】
第２の誘導結合型プラズマの制御方法において、高周波インピーダンス値を求める工程は、真空チャンバー内に誘電体からの距離が相対的に小さい第１の導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、真空チャンバー内に誘電体からの距離が相対的に大きい第２の導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、第１の高周波インピーダンス値、第２の高周波インピーダンス値、誘電体と第１の導電体との距離及び誘電体と第２の導電体との距離に基づき、高周波インピーダンス値を求める工程とを含むことが好ましい。
【００２２】
この場合、第１の導電体と第２の導電体とは、同一の導電体であってもよいし、異なる導電体であってもよい。
【００２３】
このようにすると、誘導コイル及び誘電体により形成される高周波インピーダンス値を確実に測定することができる。
【００２４】
本発明に係る第３の誘導結合型プラズマの制御方法は、周壁に誘電体を有する真空チャンバーと、誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、高周波電源と誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法を対象とし、真空チャンバー内に導電体を配置した状態で、誘導コイル及び誘電体により形成される、容量成分、誘導成分及び抵抗成分をそれぞれ求める工程と、容量成分、誘導成分及び抵抗成分がそれぞれ所定値に近づくように、誘導コイルの形状又は誘電体の形状を変化させる工程とを備えている。
【００２５】
第３の誘導結合型プラズマの制御方法によると、誘導コイル及び誘電体により形成される、容量成分、誘導成分及び抵抗成分が所定値に近づくように、誘導コイルの形状又は誘電体の形状を変化させるため、真空チャンバー内に発生するプラズマの密度を正確に制御することができる。
【００２６】
第３の誘導結合型プラズマの制御方法において、容量成分、誘導成分及び抵抗成分を求める工程は、真空チャンバー内に直径が相対的に大きい第１の導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、真空チャンバー内に直径が相対的に小さい第２の導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、第１の高周波インピーダンス値、第２の高周波インピーダンス値、第１の導電体の直径及び第２の導電体の直径に基づき、容量成分、誘導成分及び抵抗成分を求める工程とを含むことが好ましい。
【００２７】
このようにすると、誘導コイル及び誘電体により形成される、容量成分、誘導成分及び抵抗成分を確実に測定することができる。
【００２８】
本発明に係る第４の誘導結合型プラズマの制御方法は、上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、誘電体の上側に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、高周波電源と誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法を対象とし、真空チャンバー内に導電体を配置した状態で、誘導コイル及び誘電体により形成される、容量成分、誘導成分及び抵抗成分をそれぞれ求める工程と、容量成分、誘導成分及び抵抗成分がそれぞれ所定値に近づくように、誘導コイルの形状又は誘電体の形状を変化させる工程とを備えている。
【００２９】
第４の誘導結合型プラズマの制御方法によると、誘導コイル及び誘電体により形成される、容量成分、誘導成分及び抵抗成分が所定値に近づくように、誘導コイルの形状又は誘電体の形状を変化させるため、真空チャンバー内に発生するプラズマの密度を正確に制御することができる。
【００３０】
第４の誘導結合型プラズマの制御方法において、容量成分、誘導成分及び抵抗成分を求める工程は、真空チャンバー内に誘電体からの距離が相対的に小さい第１の導電体を配置した状態で整合器から前記真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、真空チャンバー内に誘電体からの距離が相対的に大きい第２の導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、第１の高周波インピーダンス値、第２の高周波インピーダンス値、誘電体と第１の導電体との距離、及び誘電体と第２の導電体との距離に基づき、容量成分、誘導成分及び抵抗成分を求める工程とを含むことが好ましい。
【００３１】
この場合、第１の導電体と第２の導電体とは、同一の導電体であってもよいし、異なる導電体であってもよい。
【００３２】
このようにすると、誘導コイル及び誘電体により形成される、容量成分、誘導成分及び抵抗成分を確実に測定することができる。
【００３３】
本発明に係る第５の誘導結合型プラズマの制御方法は、周壁又は上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、高周波電源と誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法を対象とし、真空チャンバー内に導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、高周波電源から誘導コイルに供給される高周波電力の大きさを制御する工程とを備えている。
【００３４】
第５の誘導結合型プラズマの制御方法によると、真空チャンバー内に導電体を配置した状態での第１の高周波インピーダンス値と、真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態での第２の高周波インピーダンス値との差は、プラズマシース領域において形成される容量成分、プラズマシース領域において形成される抵抗成分及びバルクプラズマ領域における抵抗成分よりなる高周波インピーダンス値に相当する。また、この高周波インピーダンスの値は、高周波電源から誘導コイルに供給される高周波電力の大きさと相関関係にある。従って、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、高周波電源から誘導コイルに供給される高周波電力の大きさを制御すると、プラズマシース領域において形成される容量成分、プラズマシース領域において形成される抵抗成分及びバルクプラズマ領域における抵抗成分よりなる高周波インピーダンス値を制御できるので、真空チャンバー内に発生するプラズマの密度を正確に制御することができる。
【００３５】
本発明に係る第６の誘導結合型プラズマの制御方法は、周壁又は上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、高周波電源と誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法を対象とし、真空チャンバー内に導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、真空チャンバー内に導入される酸素ガスの流量を制御する工程とを備えている。
【００３６】
第６の誘導結合型プラズマの制御方法によると、真空チャンバー内に導電体を配置した状態での第１の高周波インピーダンス値と、真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態での第２の高周波インピーダンス値との差は、プラズマシース領域において形成される容量成分、プラズマシース領域において形成される抵抗成分及びバルクプラズマ領域における抵抗成分よりなる高周波インピーダンス値に相当する。また、この高周波インピーダンスの値は、真空チャンバー内に導入される酸素ガスの流量と相関関係にある。従って、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、真空チャンバー内に導入される酸素ガスの流量を制御すると、プラズマシース領域において形成される容量成分、プラズマシース領域において形成される抵抗成分及びバルクプラズマ領域における抵抗成分よりなる高周波インピーダンス値を制御できるので、真空チャンバー内に発生するプラズマの密度を正確に制御することができる。
【００３７】
本発明に係る第７の誘導結合型プラズマの制御方法は、周壁又は上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、高周波電源と誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置の真空チャンバー内に発生するプラズマを制御する方法を対象とし、真空チャンバー内に導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する工程と、真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する工程と、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値を超えたときに、真空チャンバー内に配置されており且つチャンバー内に発生するプラズマと接する内部部品を交換する工程とを備えている。
【００３８】
第７の誘導結合型プラズマの制御方法によると、真空チャンバー内に導電体を配置した状態での第１の高周波インピーダンス値と、真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態での第２の高周波インピーダンス値との差は、プラズマシース領域において形成される容量成分、プラズマシース領域において形成される抵抗成分及びバルクプラズマ領域における抵抗成分よりなる高周波インピーダンス値に相当する。従って、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値を超えたときに、真空チャンバー内に発生するプラズマと接する内部部品を交換すると、真空チャンバー内に発生するプラズマの密度が変化する事態を抑制できる。
【００３９】
本発明に係る第１の誘導結合型プラズマ処理装置は、周壁又は上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、高周波電源と誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置を対象とし、真空チャンバー内に導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する手段と、真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する手段と、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、高周波電源から誘導コイルに供給される高周波電力の大きさを制御する手段とを備えている。
【００４０】
第１の誘導結合型プラズマ処理装置によると、第５の誘導結合型プラズマの制御方法と同様、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、高周波電源から誘導コイルに供給される高周波電力の大きさを制御すると、プラズマシース領域において形成される容量成分、プラズマシース領域において形成される抵抗成分及びバルクプラズマ領域における抵抗成分よりなる高周波インピーダンス値を制御できるので、真空チャンバー内に発生するプラズマの密度を正確に制御することができる。
【００４１】
本発明に係る第２の誘導結合型プラズマ処理装置は、周壁又は上壁に誘電体を有する真空チャンバーと、誘電体の外側に設けられた誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力源と、高周波電源と誘導コイルとの間に設けられた整合器とを備えた誘導結合型プラズマ処理装置を対象とし、真空チャンバー内に導電体を配置した状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第１の高周波インピーダンス値を測定する手段と、真空チャンバー内にプラズマを発生させた状態で整合器から真空チャンバー内をみたときの第２の高周波インピーダンス値を測定する手段と、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、真空チャンバー内に導入される酸素ガスの流量を制御する手段とを備えている。
【００４２】
第２の誘導結合型プラズマ処理装置によると、第４の誘導結合型プラズマの制御方法と同様、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、真空チャンバー内に導入される酸素ガスの流量を制御すると、プラズマシース領域において形成される容量成分、プラズマシース領域において形成される抵抗成分及びバルクプラズマ領域における抵抗成分よりなる高周波インピーダンス値を制御できるので、真空チャンバー内に発生するプラズマの密度を正確に制御することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００４４】
図１は、第１の実施形態に係る誘導結合型プラズマの制御方法に用いられるプラズマ処理装置の概略断面構造を示しており、内部が真空に保持される真空チャンバー１０の周壁は誘電体としての石英製遮蔽板１１よりなり、真空チャンバー１０の内部には、被処理基板１２を保持すると共に下部電極となる試料台１３が設けられている。また、真空チャンバー１０の上部には、プロセスガスを導入するガス導入口１４ａを有するガス分散板１４が真空チャンバー１０に対して着脱可能に設けられていると共に、真空チャンバー１０の下部にはガス排出口１５が設けられている。
【００４５】
真空チャンバー１０の周壁の外側つまり石英製遮蔽板１１の外側には誘導コイル１６が設けられており、誘導コイル１６の一端は第１の整合器１７を介して第１の高周波電源１８に接続されていると共に、誘導コイル１６の他端は接地されている。第１の高周波電源１８から第１の整合器１７を介して誘導コイル１６に第１の高周波電力を印加すると、真空チャンバー１０内に導入されたプロセスガスよりなるプラズマ１９が生成される。
【００４６】
試料台１３には、第２の整合器２０を介して第２の高周波電源２１が接続されており、第２の高周波電源２１から第２の整合器２０を介して試料台１３に第２の高周波電力を印加すると、プラズマ１９は試料台１３に保持されている被処理基板１２に照射される。
【００４７】
図２は、図１に示すプラズマ処理装置を構成する真空チャンバー１０のプラズマ発生領域に導電体としての金属体２２を配置すると共に、誘導コイル１６の一端にネットワークアナライザ２３を接続した状態を示している。尚、ネットワークアナライザ２３は第１の整合器１７が接続されていた位置に接続されている。また、金属体２２としては、いずれも中実であって、相対的に大きな直径を持つ短円柱状のものと、相対的に小さい直径を持つ短円柱状のものとの２種類を準備する。尚、中実の金属体２２に代えて中空状の金属体を用いる場合には、上部及び下部が閉鎖されているものを用いる必要がある。ネットワークアナライザ２３は、誘導コイル１６と金属体２２との間の高周波インピーダンスを、誘導成分、容量成分及び抵抗成分に分離して測定することができる。
【００４８】
図３(a) 、(b) は、プラズマ発生領域に金属体２２を配置したときに第１の整合器１７からプラズマ発生領域を見たときの高周波インピーダンスの等価回路を示しており、図３(a) は、プラズマ発生領域に相対的に大きい直径を持つ金属体２２を配置した場合であり、図３(b) はプラズマ発生領域に相対的に小さい直径を持つ金属体２２を配置した場合である。図３(a) 及び(b) において、Ｃ０は誘導コイル１６及び石英製遮蔽板１１により形成される容量成分（誘導コイル１６から石英製遮蔽板１１の内面までに形成される容量成分）を示し、Ｃ１は石英製遮蔽板１１の内面から大きい直径の金属体２２の外面までに形成される容量成分を示し、Ｃ２は石英製遮蔽板１１の内面から小さい直径の金属体２２の外面までに形成される容量成分を示し、Ｌ０は誘導コイル１６の誘導成分を示し、Ｒ０は誘導コイル１６の抵抗成分を示している。
【００４９】
図３(a) に示す等価回路において、つまりプラズマ発生領域に大きい直径の金属体２２を配置したときに、ネットワークアナライザ２３により測定される高周波インピーダンスの容量成分Ｃａは、
Ｃａ＝Ｃ０×Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１）……(1) で表わされる。
【００５０】
また、図３(b) に示す等価回路において、つまりプラズマ発生領域に小さい直径の金属体２２を配置したときに、ネットワークアナライザ２３により測定される高周波インピーダンスの容量成分Ｃｂは、
Ｃｂ＝Ｃ０×Ｃ２／（Ｃ０＋Ｃ２）……(2) で表わされる。
【００５１】
大きい直径を持つ金属体２２の半径をｒ１とし、小さい直径を持つ金属体の半径をｒ２とすると、Ｃ１／Ｃ２≒ｒ２／ｒ１……(3) の関係が成り立つ。
【００５２】
(1) 式、(2) 式及び(3) 式より、
Ｃ０＝Ｃａ×Ｃｂ×（ｒ２−ｒ１）／（Ｃｂ×ｒ２−Ｃａ×ｒ１）………(4)
が得られる。
【００５３】
従って、(4) 式に、測定された容量成分Ｃａ及びＣｂ、並びに既知の半径ｒ１及びｒ２を代入すると、Ｃ０の値が得られる。
【００５４】
図４は、図１に示す真空チャンバー１０の内部に実際にプラズマ１９を発生させたときに第１の整合器１７からプラズマ発生領域を見たときの高周波インピーダンスの等価回路を示している。図４において、Ｃ０は誘導コイル１６及び石英製遮蔽板１１により形成される容量成分を示し、Ｌ０は誘導コイル１６の容量成分を示し、Ｒ０は誘導コイル１６の抵抗成分を示し、ＣＳ０はプラズマシース領域において形成される容量成分、ＲＳ０はプラズマシース領域において形成される抵抗成分、ＲＰ０はバルクプラズマ領域における抵抗成分である。
【００５５】
ところで、図３(a) 、(b) 及び図４におけるＣ０、Ｌ０及びＲ０は、それぞれ同じ値である。また、Ｃ０、Ｌ０及びＲ０は、生成されるプラズマとは関係のないパラメータであって、プラズマが生成されない状態で測定可能な値である。
【００５６】
従って、図３(a) 及び(b) の等価回路で表わされる状態において、Ｃ０、Ｌ０及びＲ０がそれぞれ所定値（例えば初期値）になるように、誘導コイル１６の形状（長さ、ピッチ及び直径のうちの少なくとも１つ）又は石英製遮蔽板１１の形状（厚さ及び直径のうちの少なくとも１つ）を変更する。
【００５７】
このようにすると、図４に示す等価回路から分かるように、プラズマ密度に影響を与えるパラメータのうち、プラズマ処理装置における機械的な構成要素により決まるＣ０、Ｌ０及びＲ０をそれぞれ所定値（例えば、初期値）に設定することができる。このため、メンテナンスを行なったり部品を交換したりしたときなどにおいても、プラズマ処理装置の真空チャンバー１０内において発生するプラズマ密度を一定の状態（例えば、初期状態）に保つことができる。
【００５８】
図５は、誘導コイル１６の長さと、インダクタンス値（誘導成分）との関係を示しており、図５から、誘導コイル１６の長さが大きくなるにつれて、インダクタンス値が大きくなることが分かる。従って、誘導コイル１６の長さを調整することにより、インダクタンス値ひいては高周波インピーダンス値を調整できることが分かる。
【００５９】
図６は、誘電体（石英製遮蔽板）の厚さと、キャパシタンス値（容量成分）との関係を示しており、図６から、誘電体の厚さが大きくなるにつれて、キャパシタンス値が大きくなることが分かる。従って、誘電体の厚さを調整することにより、キャパシタンス値ひいては高周波インピーダンス値を調整できることが分かる。
【００６０】
図７は、誘導コイル１６のピッチと、インダクタンス値（誘導成分）との関係を示しており、図７から、誘導コイル１６のピッチが大きくなるにつれて、インダクタンス値が大きくなることが分かる。従って、誘導コイル１６のピッチを調整することにより、インダクタンス値ひいては高周波インピーダンス値を調整できることが分かる。
【００６１】
尚、誘導コイル１６の長さ、石英製遮蔽板１１（誘電体）の厚さ又は誘導コイル１６のピッチのみならず、誘導コイル１６の直径又は石英製遮蔽板１１の直径を調整することにより、高周波インピーダンス値を調整してもよい。
【００６２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図４、図８〜図１０を参照しながら説明する。
【００６３】
図８は、第２の実施形態に係る誘導結合型プラズマの制御方法に用いられるプラズマ処理装置の概略断面構造を示している。図８に示す第２の実施形態においては、図１に示す第１の実施形態と同じ部材については、同一の符号を付すことにより、説明を省略する。
【００６４】
第２の実施形態の特徴として、第１の整合器１７にはインピーダンスモニター２４が接続され、該インピーダンスモニター２４により検出される高周波インピーダンス値は制御手段２５に出力される。制御手段２５は、入力された高周波インピーダンス値に基づいて、第１の高周波電源１８又はマスフローコントローラ２６を制御して、誘導コイル１６に供給される第１の高周波電力又は真空チャンバー１０内に導入されるプロセスガスの流量を制御する。マスフローコントローラ２６は、一端がプロセスガス供給源２７に接続され且つ他端がガス分散板１４に接続されているガス供給路２８に設けられている。尚、第１の高周波電源１８及びマスフローコントローラ２６に対する制御方法については後述する。
【００６５】
ところで、図４に示す等価回路から分かるように、誘導コイル１６及び石英製遮蔽板１１により形成される容量成分：Ｃ０、誘導コイル１６の容量成分：Ｌ０、及び誘導コイル１６の抵抗成分：Ｒ０がそれぞれ一定であっても、真空チャンバー１０の内壁の状態又は真空チャンバー１０内に配置される部品の状態により、プラズマシース領域において形成される容量成分：ＣＳ０、プラズマシース領域において形成される抵抗成分：ＲＳ０、及びバルクプラズマ領域における抵抗成分：ＲＰ０等のパラメータが変化することがあり、これらの値が変化すると高周波インピーダンス値は変化する。
【００６６】
図９は、第１の高周波電源１８から誘導コイル１６に印加される高周波電力の大きさと、インピーダンスモニター２４により検出され、第１の整合器１７から真空チャンバー１０内を見たときの高周波インピーダンス値との関係を示している。図９から分かるように、高周波電力が大きくなるにつれて、プラズマ密度が高くなるので、プラズマシース領域において形成される容量成分ＣＳ０が大きくなる一方、プラズマシース領域において形成される抵抗成分ＲＳ０及びバルクプラズマ領域における抵抗成分ＲＰ０は低減する。このため、トータルの高周波インピーダンス値は低くなる。
【００６７】
従って、プラズマ密度に影響を与えるパラメータのうち、プラズマ処理装置における機械的な構成要素により決まるＣ０、Ｌ０及びＲ０をそれぞれ所定値（例えば、初期値）に設定しておいてから、インピーダンスモニター２４により検出される高周波インピーダンス値が所定値（例えば、初期値）に近づくように、第１の高周波電源１８から誘導コイル１６に印加される高周波電力の大きさを調整することにより、プラズマ処理装置の真空チャンバー１０内において発生するプラズマ密度を一定の状態（例えば、初期状態）に保つことができる。
【００６８】
換言すると、真空チャンバー１０内に金属体２２を配置した状態で第１の整合器１７から真空チャンバー１０内をみたときの第１の高周波インピーダンス値（Ｃ０、Ｌ０及びＲ０により決定されるインピーダンス値）と、真空チャンバー１０内にプラズマを発生させた状態で第１の整合器１７から真空チャンバー１０内をみたときの第２の高周波インピーダンス値（Ｃ０、Ｌ０、Ｒ０、ＣＳ０、ＲＳ０及びＲＰ０により決定されるインピーダンス値）との差（ＣＳ０、ＲＳ０及びＲＰ０により決定されるインピーダンス値）が所定値（例えば、初期値）に近づくように、第１の高周波電源１８から誘導コイル１６に供給される高周波電力の大きさを制御すると、真空チャンバー１０内において発生するプラズマ密度を一定の状態（例えば、初期状態）に保つことができる。
【００６９】
図１０は、真空チャンバー１０内に導入される酸素ガスの流量と、インピーダンスモニター２４により検出され、第１の整合器１７から真空チャンバー１０内を見たときの高周波インピーダンス値との関係を示している。尚、図１０は、プラズマ源及びプラズマ条件として次のように設定した場合である。
【００７０】
第１の高周波電源１８から誘導コイル１６に印加する第１の高周波電力の周波数は２ＭＨｚであり、第１の高周波電力の大きさは２６００Ｗである。
【００７１】
第２の高周波電源から試料台１３に印加する第２の高周波電力の周波数は１．８ＭＨｚであり、該第２の高周波電力の大きさは１３００Ｗである。
【００７２】
真空チャンバー１０内に導入するプロセスガスは、Ｃ2Ｆ6ガス（流量＝４０ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態））とＯ2 ガス（流量＝２ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態））との混合ガスである。
【００７３】
真空チャンバー１０内の圧力は、０．１３３Ｐａである。
【００７４】
図１０から分かるように、酸素ガスの流量が多くなるにつれて高周波インピーダンス値は低くなる。
【００７５】
従って、プラズマ密度に影響を与えるパラメータのうち、プラズマ処理装置における機械的な構成要素により決まるＣ０、Ｌ０及びＲ０をそれぞれ所定値（例えば、初期値）に設定しておいてから、インピーダンスモニター２４により検出される高周波インピーダンス値が所定値（例えば、初期値）に近づくように、マスフローコントローラ２６により、真空チャンバー１０内に導入される酸素ガスの流量を調整することにより、プラズマ処理装置の真空チャンバー１０内において発生するプラズマ密度を一定の状態（例えば、初期状態）に保つことができる。
【００７６】
換言すると、真空チャンバー１０内に金属体２２を配置した状態で第１の整合器１７から真空チャンバー１０内をみたときの第１の高周波インピーダンス値（Ｃ０、Ｌ０及びＲ０により決定されるインピーダンス値）と、真空チャンバー１０内にプラズマを発生させた状態で第１の整合器１７から真空チャンバー１０内をみたときの第２の高周波インピーダンス値（Ｃ０、Ｌ０、Ｒ０、ＣＳ０、ＲＳ０及びＲＰ０により決定されるインピーダンス値）との差（ＣＳ０、ＲＳ０及びＲＰ０により決定されるインピーダンス値）が所定値（例えば、初期値）に近づくように、真空チャンバー１０内に導入される酸素ガスの流量を調整すると、真空チャンバー１０内において発生するプラズマ密度を一定の状態（例えば、初期状態）に保つことができる。
【００７７】
尚、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、第１の高周波電源１８から誘導コイル１６に供給される高周波電力の大きさを制御したり又は真空チャンバー１０内に導入される酸素ガスの流量を制御したりする代わりに、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値を超えたときに、真空チャンバー１０内に配置されており且つ真空チャンバー１０内に発生するプラズマと接する内部部品を交換してもよい。
【００７８】
このようにすると、真空チャンバー１０内に発生するプラズマの密度が変化する事態を抑制できる。
【００７９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について、図１１〜図１７を参照しながら説明する。
【００８０】
図１１は、第３の実施形態に係る誘導結合型プラズマの制御方法に用いられるプラズマ処理装置の概略断面構造を示しており、内部が真空に保持される真空チャンバー３０の周壁は誘電体としてのＳｉＣ製の側壁遮蔽板３１ａよりなる。真空チャンバー３０の上壁は、プロセスガスを導入するガス導入口３４ａを有する絶縁性のガス分散板３４とＳｉＣ製の上壁遮蔽板３１ｂとから構成されており、これらガス分散板３４及び上壁遮蔽板３１ｂは、真空チャンバー３０に対して着脱可能に設けられている。また、真空チャンバー３０の内部には、被処理基板３２を保持し且つ下部電極となる試料台３３が設けられていると共に、真空チャンバー３０の下部にはガス排出口３５が設けられている。
【００８１】
真空チャンバー３０の上壁遮蔽板３１ｂの上側には誘導コイル３６が設けられており、誘導コイル３６の一端は第１の整合器３７を介して第１の高周波電源３８に接続されていると共に、誘導コイル３６の他端は接地されている。第１の高周波電源３８から第１の整合器３７を介して誘導コイル３６に第１の高周波電力を印加すると、真空チャンバー３０内に導入されたプロセスガスよりなるプラズマ３９が生成される。
【００８２】
試料台３３には、第２の整合器４０を介して第２の高周波電源４１が接続されており、第２の高周波電源４１から第２の整合器４０を介して試料台３３に第２の高周波電力を印加すると、プラズマ３９は試料台３３に保持されている被処理基板３２に照射される。
【００８３】
図１２は、図１１に示すプラズマ処理装置を構成する真空チャンバー３０のプラズマ発生領域に導電体としての金属体４２を配置すると共に、誘導コイル３６の一端にネットワークアナライザ４３を接続した状態を示している。尚、ネットワークアナライザ４３は第１の整合器３７が接続されていた位置に接続されている。また、金属体４２としては、中実であって、真空チャンバー３０の内部において、上壁からの距離が相対的に小さい位置及び相対的に大きい位置からなる複数の位置に固定可能である。尚、中実の金属体４２に代えて中空状の金属体を用いる場合には、上部及び下部が閉鎖されているものを用いる必要がある。ネットワークアナライザ４３は、誘導コイル３６と金属体４２との間の高周波インピーダンスを、誘導成分、容量成分及び抵抗成分に分離して測定することができる。
【００８４】
図１３(a) 、(b) は、プラズマ発生領域に金属体４２を配置したときに第１の整合器３７からプラズマ発生領域を見たときの高周波インピーダンスの等価回路を示しており、図１３(a) は、プラズマ発生領域における上壁からの距離つまりガス分散板３４からの距離が相対的に小さくなる位置に金属体４２を配置した場合であり、図１４(b) はプラズマ発生領域における上壁からの距離つまりガス分散板３４からの距離が相対的に大きくなる位置に金属体４２を配置した場合である。図１３(a) 及び(b) において、Ｃ０は誘導コイル３６及び上壁により形成される容量成分（誘導コイル３６からガス分散板３４の下面までの間に形成される容量成分）を示し、Ｃ１はガス分散板３４の下面から相対的に大きい距離にある金属体４２の上面までの間に形成される容量成分を示し、Ｃ２はガス分散板３４の下面から相対的に大きい距離にある金属体４２の上面までの間に形成される容量成分を示し、Ｌ０は誘導コイル３６の誘導成分を示し、Ｒ０は誘導コイル３６の抵抗成分を示している。
【００８５】
図１３(a) に示す等価回路において、つまりプラズマ発生領域における上壁からの距離が相対的に小さくなる位置に金属体４２を配置したときに、ネットワークアナライザ４３により測定される高周波インピーダンスの容量成分Ｃａは、Ｃａ＝Ｃ０×Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１）……(1) で表わされる。
【００８６】
また、図１３(b) に示す等価回路において、つまりプラズマ発生領域における上壁からの距離が相対的に大きくなる位置に金属体４２を配置したときに、ネットワークアナライザ４３により測定される高周波インピーダンスの容量成分Ｃｂは、Ｃｂ＝Ｃ０×Ｃ２／（Ｃ０＋Ｃ２）……(2) で表わされる。
【００８７】
上壁からの距離が相対的に小さい位置に配置された金属体４２とガス分散板３４との距離をｄ１とし、上壁からの距離が相対的に大きい位置に配置された金属体４２とガス分散板３４との距離をｄ２とすると、
Ｃ２／Ｃ１＝ｄ１／ｄ２……(3) の関係が成り立つ。
【００８８】
(1) 式、(2) 式及び(3) 式より、
Ｃ０＝Ｃａ×Ｃｂ×（ｄ２−ｄ１）／（Ｃｂ×ｄ２−Ｃａ×ｄ１）………(4)
が得られる。
【００８９】
従って、(4) 式に、測定された容量成分Ｃａ及びＣｂ、並びに既知の距離ｄ１及びｄ２を代入すると、Ｃ０の値が得られる。
【００９０】
図１４は、図１１に示す真空チャンバー３０の内部に実際にプラズマ３９を発生させたときに第１の整合器３７からプラズマ発生領域を見たときの高周波インピーダンスの等価回路を示している。図１４において、Ｃ０は誘導コイル３６及び上壁により形成される容量成分を示し、Ｌ０は誘導コイル３６の容量成分を示し、Ｒ０は誘導コイル３６の抵抗成分を示し、ＣＳ０はプラズマシース領域において形成される容量成分、ＲＳ０はプラズマシース領域において形成される抵抗成分、ＲＰ０はバルクプラズマ領域における抵抗成分である。
【００９１】
ところで、図１３(a) 、(b) 及び図１４におけるＣ０、Ｌ０及びＲ０は、それぞれ同じ値である。また、Ｃ０、Ｌ０及びＲ０は、生成されるプラズマとは関係のないパラメータであって、プラズマが生成されない状態で測定可能な値である。
【００９２】
従って、図１３(a) 及び(b) の等価回路で表わされる状態において、Ｃ０、Ｌ０及びＲ０がそれぞれ所定値（例えば初期値）になるように、誘導コイル３６の形状（長さ、ピッチ及び直径のうちの少なくとも１つ）又は上壁の形状（つまりガス分散板３４又は上壁遮蔽板３１ｂの厚さ）を変更する。
【００９３】
このようにすると、図１４に示す等価回路から分かるように、プラズマ密度に影響を与えるパラメータのうち、プラズマ処理装置における機械的な構成要素により決まるＣ０、Ｌ０及びＲ０をそれぞれ所定値（例えば、初期値）に設定することができる。このため、メンテナンスを行なったり部品を交換したりしたときなどにおいても、プラズマ処理装置の真空チャンバー３０内において発生するプラズマ密度を一定の状態（例えば、初期状態）に保つことができる。
【００９４】
図１５は、誘導コイル３６の長さとインダクタンス値（誘導成分）との関係を示しており、図１５から、誘導コイル３６の長さが大きくなるにつれて、インダクタンス値が大きくなることが分かる。従って、誘導コイル３６の長さを調整することにより、インダクタンス値ひいては高周波インピーダンス値を調整できることが分かる。
【００９５】
図１６は、誘電体（上壁）の厚さとキャパシタンス値（容量成分）との関係を示しており、図１６から、誘電体の厚さ（つまりガス分散板３４又は上壁遮蔽板３１ｂの厚さ）が大きくなるにつれて、キャパシタンス値が大きくなることが分かる。従って、誘電体の厚さを調整することにより、キャパシタンス値ひいては高周波インピーダンス値を調整できることが分かる。
【００９６】
図１７は、誘導コイル３６のピッチとインダクタンス値（誘導成分）との関係を示しており、図１７から、誘導コイル３６のピッチが大きくなるにつれて、インダクタンス値が大きくなることが分かる。従って、誘導コイル３６のピッチを調整することにより、インダクタンス値ひいては高周波インピーダンス値を調整できることが分かる。
【００９７】
尚、誘導コイル３６の長さ、上壁（誘電体）の厚さ又は誘導コイル３６のピッチのみならず、誘導コイル３６の直径を調整することにより、高周波インピーダンス値を調整してもよい。
【００９８】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について、図１４、図１８〜図２０を参照しながら説明する。
【００９９】
図１８は、第４の実施形態に係る誘導結合型プラズマの制御方法に用いられるプラズマ処理装置の概略断面構造を示している。図１８に示す第４の実施形態においては、図１１に示す第３の実施形態と同じ部材については、同一の符号を付すことにより、説明を省略する。
【０１００】
第４の実施形態の特徴として、第１の整合器３７にはインピーダンスモニター４４が接続され、該インピーダンスモニター４４により検出される高周波インピーダンス値は制御手段４５に出力される。制御手段４５は、入力された高周波インピーダンス値に基づいて、第１の高周波電源３８又はマスフローコントローラ４６を制御して、誘導コイル３６に供給される第１の高周波電力、又は真空チャンバー３０内に導入されるプロセスガスの流量を制御する。マスフローコントローラ４６は、一端がプロセスガス供給源４７に接続され且つ他端がガス分散板３４に接続されているガス供給路４８に設けられている。尚、第１の高周波電源３８及びマスフローコントローラ４６に対する制御方法については後述する。
【０１０１】
ところで、図１４に示す等価回路から分かるように、誘導コイル３６及び上壁により形成される容量成分：Ｃ０、誘導コイル３６の容量成分：Ｌ０、及び誘導コイル３６の抵抗成分：Ｒ０がそれぞれ一定であっても、真空チャンバー３０の内壁の状態又は真空チャンバー３０内に配置される部品の状態により、プラズマシース領域において形成される容量成分：ＣＳ０、プラズマシース領域において形成される抵抗成分：ＲＳ０、及びバルクプラズマ領域における抵抗成分：ＲＰ０等のパラメータが変化することがあり、これらの値が変化すると高周波インピーダンス値は変化する。
【０１０２】
図１９は、第１の高周波電源３８から誘導コイル３６に印加される高周波電力の大きさと、インピーダンスモニター４４により検出され、第１の整合器３７から真空チャンバー３０内を見たときの高周波インピーダンス値との関係を示している。図１９から分かるように、高周波電力が大きくなるにつれて、プラズマ密度が高くなるので、プラズマシース領域において形成される容量成分ＣＳ０が大きくなる一方、プラズマシース領域において形成される抵抗成分ＲＳ０及びバルクプラズマ領域における抵抗成分ＲＰ０は低減する。このため、トータルの高周波インピーダンス値は低くなる。
【０１０３】
従って、プラズマ密度に影響を与えるパラメータのうち、プラズマ処理装置における機械的な構成要素により決まるＣ０、Ｌ０及びＲ０をそれぞれ所定値（例えば、初期値）に設定しておいてから、インピーダンスモニター４４により検出される高周波インピーダンス値が所定値（例えば、初期値）に近づくように、第１の高周波電源３８から誘導コイル３６に印加される高周波電力の大きさを調整することにより、プラズマ処理装置の真空チャンバー３０内において発生するプラズマ密度を一定の状態（例えば、初期状態）に保つことができる。
【０１０４】
換言すると、真空チャンバー３０内に金属体４２を配置した状態で第１の整合器３７から真空チャンバー３０内をみたときの第１の高周波インピーダンス値（Ｃ０、Ｌ０及びＲ０により決定されるインピーダンス値）と、真空チャンバー３０内にプラズマを発生させた状態で第１の整合器３７から真空チャンバー３０内をみたときの第２の高周波インピーダンス値（Ｃ０、Ｌ０、Ｒ０、ＣＳ０、ＲＳ０及びＲＰ０により決定されるインピーダンス値）との差（ＣＳ０、ＲＳ０及びＲＰ０により決定されるインピーダンス値）が所定値（例えば、初期値）に近づくように、第１の高周波電源３８から誘導コイル３６に供給される高周波電力の大きさを制御すると、真空チャンバー３０内において発生するプラズマ密度を一定の状態（例えば、初期状態）に保つことができる。
【０１０５】
図２０は、真空チャンバー３０内に導入される酸素ガスの流量と、インピーダンスモニター４４により検出され、第１の整合器３７から真空チャンバー３０内を見たときの高周波インピーダンス値との関係を示している。尚、図２０は、プラズマ源及びプラズマ条件として次のように設定した場合である。
【０１０６】
第１の高周波電源３８から誘導コイル３６に印加する第１の高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、第１の高周波電力の大きさは２０００Ｗである。
【０１０７】
第２の高周波電源４１から試料台３３に印加する第２の高周波電力の周波数は４ＭＨｚであり、該第２の高周波電力の大きさは１６００Ｗである。
【０１０８】
真空チャンバー３０内に導入するプロセスガスは、Ｃ4Ｆ8ガス（流量＝３０ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態））とＣＨ2Ｆ2ガス（流量＝１２ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態））とＣＯガス（流量＝１００ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態））とＡｒガス（流量＝３０ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態））との混合ガスである。
【０１０９】
真空チャンバー３０内の圧力は、０．１３３Ｐａである。
【０１１０】
図２０から分かるように、酸素ガスの流量が多くなるにつれて高周波インピーダンス値は低くなる。
【０１１１】
従って、プラズマ密度に影響を与えるパラメータのうち、プラズマ処理装置における機械的な構成要素により決まるＣ０、Ｌ０及びＲ０をそれぞれ所定値（例えば、初期値）に設定しておいてから、インピーダンスモニター４４により検出される高周波インピーダンス値が所定値（例えば、初期値）に近づくように、マスフローコントローラ４６により、真空チャンバー３０内に導入される酸素ガスの流量を調整することにより、プラズマ処理装置の真空チャンバー３０内において発生するプラズマ密度を一定の状態（例えば、初期状態）に保つことができる。
【０１１２】
換言すると、真空チャンバー３０内に金属体４２を配置した状態で第１の整合器３７から真空チャンバー３０内をみたときの第１の高周波インピーダンス値（Ｃ０、Ｌ０及びＲ０により決定されるインピーダンス値）と、真空チャンバー３０内にプラズマを発生させた状態で第１の整合器３７から真空チャンバー３０内をみたときの第２の高周波インピーダンス値（Ｃ０、Ｌ０、Ｒ０、ＣＳ０、ＲＳ０及びＲＰ０により決定されるインピーダンス値）との差（ＣＳ０、ＲＳ０及びＲＰ０により決定されるインピーダンス値）が所定値（例えば、初期値）に近づくように、真空チャンバー３０内に導入される酸素ガスの流量を調整すると、真空チャンバー３０内において発生するプラズマ密度を一定の状態（例えば、初期状態）に保つことができる。
【０１１３】
尚、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値に近づくように、第１の高周波電源３８から誘導コイル３６に供給される高周波電力の大きさを制御したり又は真空チャンバー３０内に導入される酸素ガスの流量を制御したりする代わりに、第１の高周波インピーダンス値と第２の高周波インピーダンス値との差が所定値を超えたときに、真空チャンバー３０内に配置されており且つ真空チャンバー３０内に発生するプラズマと接する内部部品を交換してもよい。
【０１１４】
このようにすると、真空チャンバー３０内に発生するプラズマの密度が変化する事態を抑制できる。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明に係る誘導結合型プラズマの制御方法又は誘導結合型プラズマ処理装置によると、真空チャンバー内において発生するプラズマの密度を正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る誘導結合型プラズマの制御方法に用いられるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置の真空チャンバーのプラズマ発生領域に金属体を配置すると共に、誘導コイルの一端にネットワークアナライザを接続した状態を示す概略断面図である。
【図３】  (a) は、プラズマ発生領域に相対的に大きい直径を持つ金属体を配置したときに第１の整合器からプラズマ発生領域を見たときの高周波インピーダンスの等価回路図であり、(b) はプラズマ発生領域に相対的に小さい直径を持つ金属体を配置したときに第１の整合器からプラズマ発生領域を見たときの高周波インピーダンスの等価回路図である。
【図４】図１に示すプラズマ処理装置の真空チャンバーに実際にプラズマを発生させたときに第１の整合器からプラズマ発生領域を見たときの高周波インピーダンスの等価回路図である。
【図５】誘導結合型プラズマ処理装置において、誘導コイルの長さとインダクタンス値（誘導成分）との関係を示す特性図である。
【図６】誘導結合型プラズマ処理装置において、誘電体（石英製遮蔽板）の厚さとキャパシタンス値（容量成分）長さとの関係を示す特性図である。
【図７】誘導結合型プラズマ処理装置において、誘導コイルのピッチとインダクタンス値（誘導成分）との関係を示す特性図である。
【図８】第２の実施形態に係る誘導結合型プラズマの制御方法に用いられるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図９】図８に示す誘導結合型プラズマ処理装置において、第１の高周波電源から誘導コイルに印加される高周波電力の大きさと、第１の整合器から真空チャンバー内を見たときの高周波インピーダンス値との関係を示す特性図である。
【図１０】図８に示す誘導結合型プラズマ処理装置において、真空チャンバー内に導入される酸素ガスの流量と、第１の整合器から真空チャンバー内を見たときの高周波インピーダンス値との関係を示す特性図である。
【図１１】第３の実施形態に係る誘導結合型プラズマの制御方法に用いられるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１２】図１１に示すプラズマ処理装置の真空チャンバーのプラズマ発生領域に金属体を配置すると共に、誘導コイルの一端にネットワークアナライザを接続した状態を示す概略断面図である。
【図１３】  (a) は、プラズマ発生領域における上壁からの距離が相対的に小さい位置に金属体を配置したときに第１の整合器からプラズマ発生領域を見たときの高周波インピーダンスの等価回路図であり、(b) はプラズマ発生領域における上壁からの距離が相対的に大きい位置に金属体を配置したときに第１の整合器からプラズマ発生領域を見たときの高周波インピーダンスの等価回路図である。
【図１４】図１１に示すプラズマ処理装置の真空チャンバーに実際にプラズマを発生させたときに第１の整合器からプラズマ発生領域を見たときの高周波インピーダンスの等価回路図である。
【図１５】誘導結合型プラズマ処理装置において、誘導コイルの長さとインダクタンス値（誘導成分）との関係を示す特性図である。
【図１６】誘導結合型プラズマ処理装置において、誘電体（上壁）の厚さとキャパシタンス値（容量成分）長さとの関係を示す特性図である。
【図１７】誘導結合型プラズマ処理装置において、誘導コイルのピッチとインダクタンス値（誘導成分）との関係を示す特性図である。
【図１８】第４の実施形態に係る誘導結合型プラズマの制御方法に用いられるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１９】図１８に示す誘導結合型プラズマ処理装置において、第１の高周波電源から誘導コイルに印加される高周波電力の大きさと、第１の整合器から真空チャンバー内を見たときの高周波インピーダンス値との関係を示す特性図である。
【図２０】図１８に示す誘導結合型プラズマ処理装置において、真空チャンバー内に導入される酸素ガスの流量と、第１の整合器から真空チャンバー内を見たときの高周波インピーダンス値との関係を示す特性図である。
【図２１】従来の誘導結合型プラズマ処理装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１０  真空チャンバー
１１  石英製遮蔽板
１２  被処理基板
１３  試料台
１４  ガス分散板
１４ａ  ガス導入口
１５  ガス排出口
１６  誘導コイル
１７  第１の整合器
１８  第１の高周波電源
１９  プラズマ
２０  第２の整合器
２１  第２の高周波電源
２２  金属体
２３  ネットワークアナライザ
２４  インピーダンスモニター
２５  制御手段
２６  マスフローコントローラ
２７  プロセスガス供給源
２８  ガス供給路
３０  真空チャンバー
３１ａ  側壁遮蔽板
３１ｂ  上壁遮蔽板
３２  被処理基板
３３  試料台
３４  ガス分散板
３４ａ  ガス導入口
３５  ガス排出口
３６  誘導コイル
３７  第１の整合器
３８  第１の高周波電源
３９  プラズマ
４０  第２の整合器
４１  第２の高周波電源
４２  金属体
４３  ネットワークアナライザ
４４  インピーダンスモニター
４５  制御手段
４６  マスフローコントローラ
４７  プロセスガス供給源
４８  ガス供給路
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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