JP2003273035A - プラズマ処理装置及びその駆動方法並びにプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ放電電力の供給開始から、プラズマ
放電後の効率のよいプラズマ放電状態となるまでの時間
を短縮できるプラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 本発明のプラズマ処理装置は、高周波電
源1とプラズマ処理室CNとのインピーダンス整合をとる
整合回路2Aと、プラズマ生成のための放電前に、整合回
路2Aの出力インピーダンスを、放電していない状態のプ
ラズマ処理室CNのインピーダンスに整合させる整合制御
装置31を有し、例えば、プラズマ処理室のプラズマ放電
前のインピーダンスZ0を記憶部32に記憶させ、整合制御
装置31が、高周波電源１からの高周波電力投入時に、記
憶部32から放電前のインピーダンスZ0を呼び出し、整合
回路２Ａを構成するロードコンデンサ206及びチューニ
ングコンデンサ205のキャパシタンスを調整することに
より、高周波電力の投入から、放電開始前のプラズマ処
理室ＣＮのインピーダンスへZ0の調整が容易に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
スにおける、アッシング，エッチング等のプラズマ処理
に用いられるプラズマ処理装置及びこのプラズマ装置の
駆動方法並びにこの装置を用いたプラズマ処理方法に係
わるものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＶＤ（ chemical vapor depositio
n）、スパッタリング、ドライエッチング、アッシング
等のプラズマ処理をおこなうプラズマ処理装置の一例と
しては、従来から、図８に示すような、いわゆる１周波
励起タイプのものが知られている。図８に示すプラズマ
処理装置は、高周波電源１とプラズマ励起電極４との間
に、整合回路２Ｃが介在されている。整合回路２Ｃはこ
れら高周波電源１とプラズマ励起電極４との間のインピ
ーダンスの整合を得るための回路として設けられてい
る。

【０００３】高周波電源１からの高周波電力は整合回路
２Ｃを通して給電板３によりプラズマ励起電極４へ供給
される。この整合回路２Ｃは導電体からなるハウジング
により形成されるマッチングボックス２内に収納されて
おり、プラズマ励起電極４および給電板３は、導体から
なるシャーシ２１によって覆われている。プラズマ励起
電極（カソード電極）４の下側には凸部４ａが設けられ
るとともに、このプラズマ励起電極４の下には、多数の
孔７が形成されているシャワープレート５が凸部４ａに
接して設けられている。これらプラズマ励起電極４とシ
ャワープレート５との間には空間６が形成されている。
この空間６にはガス導入管１７が接続されており、導体
からなるガス導入管１７の途中には絶縁体１７ａが挿入
されてプラズマ励起電極４側とガス供給源側とが絶縁さ
れている。

【０００４】ガス導入管１７から導入されたガスは、シ
ャワープレート５の孔７を介してチャンバ壁１０により
形成されたチャンバ室６０内に供給される。なお、符号
９はチャンバ壁１０とプラズマ励起電極４とを絶縁する
絶縁体である。また、排気系の図示は省略してある。一
方、チャンバ室６０内には基板１６を載置するウエハサ
セプタ（サセプタ電極）８が設けられており、シャフト
１３で支持されている。

【０００５】シャフト１３の下端部とチャンバ底部１０
Ａとがベローズ１１により密閉接続されている。これ
ら、ウエハサセプタ８およびシャフト１３はベローズ１
１により上下動可能となっており、プラズマ励起電極
４，８間の距離の調整ができる。ウエハサセプタ８は直
流的に接地され、チャンバ壁１０と直流的に同電位とさ
れている。

【０００６】上記のプラズマ処理装置においては、一般
的に４０.６８ＭＨｚ程度の周波数の電力を投入して、
両電極４，８の間でプラズマを生成し、このプラズマに
より、ＣＶＤ（ chemical vapor deposition）、スパッ
タリング、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ
処理を行うものである。

【０００７】しかし、従来、上記のプラズマ処理装置に
おいては、プラズマ処理室ＣＮを含めたプラズマ処理装
置本体が装置メーカにより製作され、整合回路２Ｃが高
周波電源を作成した電源メーカにより製作されている。
そして、ユーザは、スパッタリング、ドライエッチン
グ、アッシング等のプラズマ処理毎に、これらプラズマ
処理室ＣＮと高周波電源１との間のインピーダンス整合
を上記整合回路２Ｃにより行う。ここで、プラズマ処理
室のインピーダンス（負荷インピーダンス）としては、
プラズマが発生する前のインピーダンスＺ0と、プラズ
マが発生した後のインピーダンスＺ1との２種類があ
る。

【０００８】インピーダンスＺ0は、装置メーカである
程度設計上で決定され、正確な数値が測定されるもので
あるが、機械的寸法誤差等により、完全に同一のプラズ
マ処理装置が製作される訳ではないので、製作されるプ
ラズマ処理室毎に異なった値を有している。また、プラ
ズマが発生すると、インピーダンスＺ1は、処理に用い
るガスの流量，プラズマ処理室の真空度，及び両電極
４，８の間隔により変化するため、同一のプラズマ処理
装置においても、処理するプラズマ処理により異なるこ
ととなる。

【０００９】例えば、インピーダンスＺ1は、ドライエ
ッチング装置の場合、どのような材料で形成されている
薄膜を、どのような条件（エッチング速度、エッチング
形状等）でエッチングするかにより異なったものとな
り、成膜装置の場合も、薄膜をどのようなガスで、どの
ような条件（成膜速度、薄膜構造など）で成膜するかに
より異なったものとなる。そして、ユーザは、プラズマ
処理開始時に、整合回路２Ｃの出力インピーダンスをイ
ンピーダンスＺ0に調整し、プラズマ放電を開始させ、
上記インピーダンスＺ1に対応させて、プラズマ放電を
安定化させる。

【００１０】整合回路２Ｃは、プラズマ処理開始時、す
なわちプラズマ放電開始時において、チューニングコン
デンサ及びロードコンデンサがリセット状態（最大値か
最小値）またはプラズマ放電後のインピーダンスＺ1に
調整されている。そして、制御回路１４は、整合回路２
Ｃを構成するロードコンデンサＣL及びチューニングコ
ンデンサＣTの各キャパシタンスを調整し、整合回路２
Ｃの出力インピーダンスを、プラズマ放電が開始される
インピーダンスＺ0に調整する。

【００１１】このとき、制御回路１４は、反射波測定部
１５の測定する反射波の電力値（例えば、スプリアス電
力として検出）が最小となるように、ロードコンデンサ
ＣL及びチューニングコンデンサＣTの各キャパシタンス
を調整する。ここで、反射波測定部５０は、マッチング
ボックス２と高周波電源１との間に介挿されている。ロ
ードコンデンサＣL及びチューニングコンデンサＣTは、
例えば、図示しないモータの回転などにより、各々キャ
パシタンスの値が調整可能な可変コンデンサ（バリアブ
ルコンデンサ）であり、上記制御回路１４が図示しない
上記モータにより調整シャフトを駆動することにより、
キャパシタンスの値を調整する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のプラズマ処理装置には、プラズマ処理開始時に
おいて、整合回路２Ｃの出力インピーダンスがインピー
ダンスＺ0でないため、インピーダンスＺ0に調整される
まで時間がかかるという欠点がある。また、この従来の
プラズマ処理装置では、インピーダンスＺ0の数値がユ
ーザには不明のため、制御回路１４が整合回路２Ｃの出
力インピーダンスをインピーダンスＺ0へ調整しきれず
に、すなわち、インピーダンス整合がとれないために、
プラズマ放電が開始されないという問題がある。

【００１３】さらに、従来のプラズマ処理装置では、プ
ラズマ放電後において、整合回路２Ｃの出力インピーダ
ンスのインピーダンスＺ1が記憶されていないため、こ
の出力インピーダンスがインピーダンスＺ1に調整され
るまで時間がかかるという欠点がある。加えて、プラズ
マ処理室ＣＮにおいてプラズマ放電が開始されると、こ
のプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスがインピーダン
スＺ0からインピーダンスＺ1へ変化するが、従来のプラ
ズマ処理装置では、インピーダンスＺ1の数値がユーザ
には不明のため、インピーダンスＺ1へ調整しきれず
に、すなわち、インピーダンス整合がとれないために、
効率の良いプラズマ放電が行えないという問題がある。

【００１４】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、高周波電源回路１からのプラズマ放電のための電
力の供給開始から、プラズマ放電後の効率のよい放電状
態となるまでの時間を短縮できるプラズマ処理装置を提
供する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、高周波電源（高周波電源１）と、プラズマ処理室
（プラズマ処理室ＣＮ）と、前記高周波電源と前記プラ
ズマ処理室とのインピーダンス整合をとる整合回路（整
合回路２Ａ）と、プラズマ生成のための放電前に、前記
整合回路の出力インピーダンスを、放電していない状態
の前記プラズマ処理室のインピーダンスに整合させる整
合回路調整手段を具備しており、例えば、プラズマ処理
室のプラズマ放電前のインピーダンス（インピーダンス
Ｚ0）を記憶部（記憶部３２）に記憶させ、整合回路調
整手段（整合制御装置３１）が、高周波電源からの高周
波電力投入時に、上記記憶部から放電前のインピーダン
スを呼び出し、整合回路を構成する各素子のパラメータ
を調整することにより、高周波電力の投入から、放電開
始前のプラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易
に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理
の生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置
の場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さ
くすることが可能である。

【００１６】本発明のプラズマ処理装置は、前記プラズ
マ処理室における放電開始を検出する放電検知手段（反
射波測定器３０）を有し、前記整合回路調整手段（整合
制御装置３１）が前記放電検出手段の放電の検出に基づ
き、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電中の前
記プラズマ処理室のインピーダンスに対して整合させ、
例えば、プラズマ処理室のプラズマ放電後のインピーダ
ンス（インピーダンスＺ1）を上記記憶部に記憶させ、
整合回路調整手段が、高周波電源からの高周波電力投入
時に、上記記憶部から放電前のインピーダンスを読み出
し、前記整合回路を構成する各素子のパラメータを調整
することにより、放電開始前のインピーダンス（インピ
ーダンスＺ0）とし、放電検知手段がプラズマ放電を検
出した場合、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダ
ンスから、放電後の前記プラズマ処理室のインピーダン
ス（インピーダンスＺ1）への調整を行うため、整合回
路の出力インピーダンスの調整がプラズマ放電の前後に
おいて容易に行え、放電開始後において効率的な放電状
態へ移行させるまでの時間を短縮でき、プラズマ処理の
生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置の
場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さく
することが可能である。

【００１７】本発明のプラズマ処理装置は、前記プラズ
マ処理室に、このプラズマ処理室の放電前のインピーダ
ンスの測定を行う測定端子が設けられているので、放電
前のインピーダンスが、プラズマ処理室の使用時間に対
応して変化した場合であっても、所定の時間毎（または
プラズマ処理の終了時毎）に測定して、上記記憶部の放
電前のインピーダンスの値を更新することにより、常
に、高周波電力の投入から、放電開始前のプラズマ処理
室のインピーダンスへの調整が容易に行え、放電開始ま
での時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させ
ることが可能である。

【００１８】本発明のプラズマ処理装置の駆動方法は、
放電前の前記プラズマ処理室のインピーダンスに、整合
回路の出力インピーダンスの整合が行われる第１の整合
回路調整過程と、高周波電力が前記プラズマ処理室に供
給される電力供給過程と、プラズマ処理室内での前記高
周波電力による放電の検出を行う放電検出過程と、放電
中の前記プラズマ処理室のインピーダンスに、前記整合
回路の出力インピーダンスの整合が行われる第２の整合
回路調整過程とからなり、第１及び第２の整合回路検出
過程において、記憶部に格納された、プラズマ処理室の
放電前のインピーダンス（インピーダンスＺ0）と、放
電後のインピーダンス（インピーダンスＺ1）とを各々
呼び出し、整合回路の調整を行うため、高周波電力の投
入から放電開始まで、さらに放電開始から効率的なプラ
ズマ放電状態までの調整の時間を大幅に短縮することが
でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能で
ある。

【００１９】本発明のプラズマ処理方法は、放電前のプ
ラズマ処理室のインピーダンスに、整合回路の出力イン
ピーダンスの整合が行われる第１の整合回路調整過程
と、高周波電力が前記プラズマ処理室に供給される電力
供給過程と、前記プラズマ処理室内での前記高周波電力
による放電の検出を行う放電検出過程と、放電中の前記
プラズマ処理室のインピーダンスに、前記整合回路の出
力インピーダンスの整合が行われる第２の整合回路調整
過程とからなり、例えば、プラズマ処理室のプラズマ放
電前のインピーダンス（インピーダンスＺ0）を記憶し
ておき、第１の整合回路調整過程において、高周波電源
からの高周波電力投入時に、上記記憶部から放電前のイ
ンピーダンスを呼び出し、整合回路を構成する各素子の
パラメータを調整し、放電が開始された後、第２の整合
回路調整過程においてプラズマ放電中のインピーダンス
に調整することにより、高周波電力の投入から、放電開
始前のプラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易
に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理
の生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置
の場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さ
くすることが可能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。 ＜第１の実施形態＞図１は本発明の第１の実施形態によ
るプラズマ処理装置の概略構成を示す概念図である。従
来例の図８のプラズマ処理装置と同様な構成については
同一の符号を付し、この構成の説明を省略する。本実施
形態のプラズマ処理装置は、ＣＶＤ（ chemical vapor
deposition）、スパッタリング、ドライエッチング、ア
ッシング等のプラズマ処理をおこなう１周波励起タイプ
のプラズマ処理装置とされ、プラズマを励起するための
平行平板型電極４，８を有するプラズマ処理室ＣＮと、
この電極３に接続された高周波電源１と、上記プラズマ
処理室ＣＮと上記高周波電源１（すなわち、同軸ケーブ
ル１Ｃの特性インピーダンス）とのインピーダンス整合
を得るための整合回路２Ａとを具備する構成とされる。

【００２１】さらに詳細に説明すると、本実施形態のプ
ラズマ処理装置は、プラズマ処理室ＣＮの上部に高周波
電源１に接続されたプラズマ励起電極（電極）４および
シャワープレート５が設けられ、プラズマ処理室ＣＮの
下部にはシャワープレート５に対向して被処理基板１６
を載置するサセプタ電極（電極）８が設けられている。
プラズマ励起電極（電極）４は、給電板（高周波電力配
電体）３および整合回路２Ａを介して第１の高周波電源
１と接続されている。これらプラズマ励起電極４および
給電板３は、シャーシ２１に覆われるとともに、整合回
路２Ａは導電体からなるマッチングボックス２の内部に
収納されている。給電板３としては、幅５０〜１００ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍ、長さ１００〜３００ｍｍの形状を
有する銅の表面に銀めっきを施したものが用いられてお
り、この給電板３は、後述する整合回路２Ａのチューニ
ングコンデンサ２０５の出力端子、および、プラズマ励
起電極４にそれぞれネジ止めされている。

【００２２】また、プラズマ励起電極（カソード電極）
４の下側には凸部４ａが設けられるとともに、このプラ
ズマ励起電極（カソード電極）４の下には、多数の孔７
が形成されているシャワープレート５が凸部４ａに接し
て設けられている。これらプラズマ励起電極４とシャワ
ープレート５との間には空間６が形成されている。この
空間６にはガス導入管１７が接続されており、導体から
なるガス導入管１７の途中には絶縁体１７ａが挿入され
てプラズマ励起電極４側とガス供給源側とが絶縁されて
いる。

【００２３】ガス導入管１７から導入されたガスは、シ
ャワープレート５の多数の孔７からチャンバ壁１０によ
り形成されたチャンバ室６０内に供給される。チャンバ
壁１０とプラズマ励起電極（カソード電極）４とは絶縁
体９により互いに絶縁されている。また、排気系の図示
は省略してある。一方、チャンバ室６０内には基板１６
を載置しプラズマ励起電極ともなるウエハサセプタ（サ
セプタ電極）８が設けられている。

【００２４】サセプタ電極（対向電極）８の下部中央に
は、シャフト１３が接続され、このシャフト１３がチャ
ンバ底部１０Ａを貫通して設けられるとともに、シャフ
ト１３の下端部とチャンバ底部１０Ａ中心部とがベロー
ズ１１により密閉接続されている。これら、ウエハサセ
プタ８およびシャフト１３はベローズ１１により上下動
可能となっており、プラズマ励起電極４，８間の距離の
調整ができる。これらサセプタ電極８とシャフト１３と
が接続されているため、サセプタ電極８，シャフト１
３，ベローズ１１，チャンバ底部１０Ａ，チャンバ壁１
０は直流的に同電位となっている。さらに、チャンバ壁
１０とシャーシ２１は接続されているため、チャンバ壁
１０，シャーシ２１，マッチングボックス２はいずれも
直流的に同電位となっている。

【００２５】ここで、整合回路２Ａは、プラズマ処理室
ＣＮ内のプラズマ状態等の変化に対応してインピーダン
スを調整するために、その多くは複数の受動素子を具備
する構成とされている。また、整合回路２Ａは、複数の
受動素子として、高周波電源１と給電板３との間に、チ
ューニングインダクタ２０４及びチューニングコンデン
サ２０５が直列に設けられ、これらチューニングインダ
クタ２０４とチューニングコンデンサ２０５とには、並
列にロードコンデンサ２０６が接続され、このロードコ
ンデンサ２０６の一端はマッチングボックス２に接続さ
れている。

【００２６】ここで、チューニングコンデンサ２０４は
給電板３を介してプラズマ励起電極４に接続されてい
る。マッチングボックス２は、同軸ケーブル１Ｃのシー
ルド線に接続されており、このシールド線が直流的にア
ースされている。これにより、サセプタ電極８，シャフ
ト１３，ベローズ１１，チャンバ底部１０Ａ，チャンバ
壁１０，シャーシ２１，マッチングボックス２は接地電
位に設定されることになり、同時に、ロードコンデンサ
２０６の一端も直流的にアースされた状態となる。

【００２７】また、本実施形態のプラズマ処理装置にお
いては、１３．５６ＭＨｚ程度以上の周波数の電力、具
体的には、例えば１３．５６ＭＨｚ，２７．１２ＭＨ
ｚ，４０．６８ＭＨｚ等の周波数の電力を投入して、両
電極４，８の間でプラズマを生成し、このプラズマによ
り、サセプタ電極８に載置した基板１６にＣＶＤ（ che
mical vapor deposition）、ドライエッチング、アッシ
ング等のプラズマ処理をおこなう。このとき、高周波電
力は、高周波電源１から同軸ケーブル１Ｃ，整合回路２
Ａ，給電板３，プラズマ励起電極（カソード電極）４に
供給される。一方、高周波電流の経路を考えた場合、電
流はこれらを介してプラズマ空間（チャンバ室６０）を
経由した後、さらにもう一方の電極（サセプタ電極）
８，シャフト１３，ベローズ１１，チャンバ底部１０
Ａ，チャンバ壁１０を通る。その後、シャーシ２１，マ
ッチングボックス２，同軸ケーブル１Ｃを通り、高周波
電源１のアースに戻る。

【００２８】次に、本発明の主要な構成要素である、マ
ッチングボックス２周辺の反射波測定器３０，整合制御
装置３１及び記憶部３２について詳述する。高周波電源
１は、反射波測定器３０及びマッチングボックス２を介
してプラズマ処理室ＣＮに、プラズマ放電のための電力
を供給する。整合回路２Ａは、マッチングボックス２内
に格納され、高周波電源１の出力インピーダンスとプラ
ズマ処理室ＣＮの負荷インピーダンスとの整合をとる。
この整合回路２Ａは、ロードコンデンサ２０６，チュー
ニングインダクタ２０４及びチューニングコンデンサ２
０５から構成されている。

【００２９】ロードコンデンサ２０６及びチューニング
コンデンサ２０５は、図示しないモータが回転され、調
整シャフトが駆動されることにより、各々キャパシタン
スの値が調整可能な可変コンデンサ（バリアブルコンデ
ンサ）である。ここで、整合制御装置３１は、上記各モ
ータの回転量及び回転方向を制御させつつ、調整シャフ
トを駆動させることにより、各々の上記バリアブルコン
デンサ（ロードコンデンサ２０６及びチューニングコン
デンサ２０５）のキャパシタンス量を調整する。記憶部
３２には、予め測定されたインピーダンスＺ0とインピ
ーダンスＺ1とに調整する数値が記憶されている。

【００３０】ここで、Ｚ0は、整合回路２Ａをプラズマ
処理室から切り離し、後に説明するインピーダンス測定
具を用いて測定することができる。また、Ｚ1は、プラ
ズマ放電が発生した後に、整合が取れた状態において、
整合回路２Ａをプラズマ処理室から切り離し、高周波電
源に変えてダミーロード５０Ωを接続し、整合回路２Ａ
の出力端から上記インピーダンス測定具を用いてそのイ
ンピーダンスＺ1*を測定する。整合状態ではＺ1*とＺ1
が複素共役の関係にあることを利用して、Ｚ1を予め測
定することができる。

【００３１】上記インピーダンス測定具について、イン
ピーダンスＺ0の測定を例に取り以下に説明する。図３
はインピーダンス測定のため、プラズマ処理室ＣＮに接
続するフィクスチャの構成を示す概念図である。フィク
スチャは、それぞれのインピーダンスが一致する複数本
の導線１０１ａ〜１０１ｈの一端をプローブ取付具１０
４に接続して構成されている。プローブ取付具１０４
は、例えば５０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍの銅板を、
締め付け部１０６とリング部とができるように成形す
る。リング部はプローブ１０５の外側にはめ込み可能な
径とする。そして、上記プローブ取付部１０４に導線１
０１ａ〜１０１ｈの一端をハンダ付けなどにより電気的
に接続する。また、導線１０１ａ〜１０１ｈの他端に
は、測定対象（被測定物）との着脱用の端子（圧着端
子）１０２ａ〜１０２ｈが取り付けられている。

【００３２】このフィクスチャを使用するに際しては、
プローブ取付具１０４のリング状部１０４をプローブ１
０５にはめ込み、締め付け部１０６で締め付けを行う。
一方各導線１０１ａ〜１０１ｈは、略点対称となるよう
に圧着端子１０２ａ〜１０２ｈにおいて測定対象に、図
４に示すようにねじ１１４により着脱自在ねじ止めす
る。上記プローブ１０５は、図５に示すように、導線１
１０上に絶縁被覆１１２を設け、この絶縁被覆１１２上
に外周導体１１１を被覆してなるものである。そして、
プローブ１０５は、同軸ケーブルを通して図示を省略し
たインピーダンス測定装置に接続している。胴体１０１
ａ〜１０１ｈは、例えばアルミニウム、銅、銀、金によ
り構成すればよく、または、銀、金を５０μｍ以上メッ
キして構成してもよい。

【００３３】ここで、フィクスチャとは、プローブ１０
５のアース側に取りつけた、測定対象物（ここではプラ
ズマ処理室ＣＮ）の大きさや測定する２点間の距離に見
合った長さの導線を示す。そして、上述のように測定さ
れたインピーダンスＺ0とインピーダンスＺ1とに調整す
る数値は、整合制御装置３１がロードコンデンサ２０６
を調整する変化量、例えば、モータの回転量及び回転方
向を示す変化量データＤ０（インピーダンスＺ0に対
応），Ｄ１（インピーダンスＺ1に対応）である。ま
た、チューニングコンデンサ２０５に対しての上記数値
は、整合制御装置３１が調整する変化量、例えば、モー
タの回転量及び回転方向を示す変化量データＥ０（イン
ピーダンスＺ0に対応），Ｅ１（インピーダンスＺ1に対
応）である。

【００３４】上記変化量データＤ０，Ｅ０は、ロードコ
ンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の基
本位置からの調整量を示している。上記変化量データＤ
１，Ｅ１は、ロードコンデンサ２０６及びチューニング
コンデンサ２０５において、変化量データＤ０，Ｅ０に
よる調整位置からの調整量を示している。このため、整
合制御装置３１は、プラズマ処理が終了した後、モータ
を回転させ、調整シャフトを駆動させて、ロードコンデ
ンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の調整位
置を基本位置に戻す。

【００３５】整合制御装置３１は、プラズマ放電前の段
階において、変化量データＤ０及びＥ０に基づき、ロー
ドコンデンサ２０６，チューニングコンデンサ２０５各
々のモータにより調整シャフトを駆動して、整合回路２
Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整す
る。一方、整合制御装置３１は、インピーダンスＺ0に
調整後に、反射波測定器３０が反射波を検出することに
より、プラズマ放電が発生したことを検知し、変化量デ
ータＤ１及びＥ１に基づき、ロードコンデンサ２０６，
チューニングコンデンサ２０５各々のモータにより調整
シャフトを駆動して、整合回路２Ａの出力インピーダン
スをインピーダンスＺ1に調整する。また、整合制御装
置３１は、インピーダンスＺ0またはインピーダンスＺ1
に調整した後、反射波測定器３０の検出する反射波の電
力値（例えば、スプリアス電力として検出）が最小とな
るように、整合回路２Ａのロードコンデンサ２０６及び
チューニングコンデンサ２０５の微調整を行う。

【００３６】次に、図１及び図２を参照し、一実施形態
の動作例を説明する。図２は、図１のプラズマ処理装置
の動作例を説明するフローチャートである。ステップＳ
１において、作業者がプラズマ処理室ＣＮ内に被処理基
板１６をセットした後、プラズマ処理の開始を示すスイ
ッチをオンとすると、整合制御装置３１は、記憶部３２
から変化量データＤ０及びＥ０を読み出し、この変化量
データＤ０，Ｅ０に基づき、整合回路２Ａの出力インピ
ーダンスをインピーダンスＺ0に調整する。

【００３７】そして、ステップＳ２において、整合制御
装置３１は、整合回路２Ａの出力インピーダンスをイン
ピーダンスＺ0に調整した後、高周波電源１をオン状態
とし、プラズマ放電を行う高周波電力を、プラズマ処理
室ＣＮへ供給する。次に、ステップＳ３において、整合
制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される反射
波の強度（反射波電力の大きさ）を示す検出信号が、所
定のしきい強度を超えているか否かの検出を行う。ここ
で、上記所定のしきい強度は、予めプラズマ放電が開始
された場合の反射波の強度を測定しておき、この強度の
例えば９０％の値として設定される。このとき、整合制
御装置３１は、反射波測定器３０から入力される検出信
号の強度が所定のしきい強度を越えた場合、プラズマ放
電が発生したとして、処理をステップＳ５へ進める。一
方、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力さ
れる検出信号の強度が所定のしきい強度を越えない場
合、プラズマ放電が発生ていないとして、処理をステッ
プＳ４へ進める。

【００３８】次に、ステップＳ４において、整合制御装
置３１は、インピーダンスＺ0を中心にして、図示しな
いモータを駆動させて、ロードコンデンサ２０６及びチ
ューニングコンデンサ２０５の各キャパシタンスを微調
整し、すなわち、インピーダンスＺ0の値を中心とし
て、整合回路２Ａの出力インピーダンスの数値を上下に
反復させ調整する。このとき、整合制御装置３１は、反
復する毎に、インピーダンスＺ0の値を中心として上下
にずらす値を順次大きくして、１回数値をずらす毎（こ
こで、上側または下側の一方にずらす場合を１回とす
る）に、プラズマ放電が発生したか否かの判定を行うた
め、処理をステップＳ３へ戻す。

【００３９】次に、ステップＳ５において、記憶部３２
から変化量データＤ０及びＥ０を読み出し、この変化量
データＤ１，Ｅ１に基づき、整合回路２Ａの出力インピ
ーダンスをインピーダンスＺ1に調整し、処理をステッ
プＳ６へ進める。そして、ステップＳ６において、整合
制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される反射
波の強度（反射波電力の大きさ）を示す検出信号が、所
定の放電しきい強度以下であるか否かの検出を行う。こ
こで、上記所定の放電しきい強度は、整合回路２Ａの出
力インピーダンスがインピーダンスＺ1の場合（すなわ
ち整合がとれている場合）において、予めプラズマ放電
が開始された場合の反射波の強度を測定しておき、この
強度の数値が設定される。

【００４０】このとき、整合制御装置３１は、反射波測
定器３０から入力される検出信号の強度が所定の放電し
きい強度以下である場合、反射波が無い状態、すなわち
効率的なプラズマ放電状態であることを検知して、処理
をステップＳ８へ進める。一方、整合制御装置３１は、
反射波測定器３０から入力される検出信号の強度が所定
の放電しきい強度を越えている場合、反射波が有る状
態、すなわち効率的なプラズマ放電状態でないことを検
知して、処理をステップＳ７へ進める。そして、ステッ
プＳ７において、整合制御装置３１は、インピーダンス
Ｚ1を中心にして、図示しないモータを駆動させて、ロ
ードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０
５の各キャパシタンスを微調整し、すなわち、インピー
ダンスＺ1の値を中心として、整合回路２Ａの出力イン
ピーダンスの数値を上下に反復させ調整する。

【００４１】このとき、整合制御装置３１は、反復する
毎に、インピーダンスＺ1の値を中心として上下にずら
す値を順次大きくして、１回数値をずらす毎（ここで、
上側または下側の一方にずらす場合を１回とする）に、
効率的なプラズマ放電状態であるか否かの判定を行うた
め、処理をステップＳ６へ戻す。次に、ステップＳ８に
おいて、整合制御装置３１は、所定の時間が経過してプ
ラズマ処理が終了、または作業者がプラズマ処理を終了
させるか否かの検出を行う。このとき、整合制御装置３
１は、プロセス終了を検出した場合、高周波電源１から
の電力の供給を停止してプラズマ処理を終了する。一
方、整合制御装置３１は、プロセス終了を検出しない場
合、処理をステップＳ６へ進める。

【００４２】上述した本願発明の第１の実施形態による
プラズマ処理装置は、プラズマ処理室ＣＮのプラズマ放
電前の負荷インピーダンスであるインピーダンスＺ0の
数値を記憶部３２に記憶させ、整合制御装置３１が、高
周波電源１からの高周波電力投入時に、記憶部３２から
インピーダンスＺ0を読み込み、整合回路２Ａを構成す
るロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ
２０５各々のキャパシタンスを調整することにより、高
周波電力の投入から、インピーダンスＺ0への調整が容
易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処
理の生産性を向上させることが可能である。

【００４３】また、本願発明の第１の実施形態によるプ
ラズマ処理装置は、整合制御装置３１が反射波測定器３
０からの検出信号により、プラズマ処理室ＣＮにおける
放電開始を検出し、整合制御装置３１がプラズマ放電の
発生を検出すると、整合回路２Ａの出力インピーダンス
をインピーダンスＺ1に対して整合させ、例えば、プラ
ズマ処理室ＣＮのプラズマ放電前及び後のインピーダン
スＺ0，Ｚ1各々を記憶部３２に記憶させておき、整合制
御装置３１が高周波電源１からの高周波電力投入時に、
記憶部３２から放電前のインピーダンスＺ0を読み出
し、整合回路２Ａのロードコンデンサ２０６及びチュー
ニングコンデンサ２０５のキャパシタンスを調整するこ
とにより、放電開始前のインピーダンスＺ0に調整し、
プラズマ放電が開始されたことを検出した後、放電後の
インピーダンスＺ1へ調整することにより、インピーダ
ンスＺ0からインピーダンスＺ1への調整が容易に行え、
放電開始前から放電開始後において、効率的なプラズマ
放電状態へ移行させるまでの時間を短縮でき、プラズマ
処理の生産性を向上させることが可能である。

【００４４】さらに、本発明の第１の実施形態によるプ
ラズマ処理装置の駆動方法は、放電前のプラズマ処理室
ＣＮのインピーダンスＺ0に、整合回路２Ａの出力イン
ピーダンスの整合が行われる第１の整合回路調整過程
と、高周波電力が高周波電源１からプラズマ処理室ＣＮ
に供給される電力供給過程と、プラズマ処理室ＣＮ内で
の高周波電力によるプラズマ放電の検出を行うプラズマ
放電検出過程と、放電中のプラズマ処理室ＣＮのインピ
ーダンスＺ1に、整合回路２Ａの出力インピーダンスの
整合が行われる第２の整合回路調整過程とからなり、第
１及び第２の整合回路検出過程において、記憶部３２に
格納された、プラズマ処理室の放電前のインピーダンス
Ｚ0に調整する変化量データＤ０，Ｅ０と、放電後のイ
ンピーダンスＺ1に調整する変化量データＤ１，Ｅ１と
を各々呼び出し、整合回路２Ａの出力インピーダンスの
調整を行うため、高周波電力の投入から放電開始まで、
さらに放電開始から効率的なプラズマ放電状態までの調
整の時間を大幅に短縮することができ、プラズマ処理の
生産性を向上させることが可能である。

【００４５】＜第２の実施形態＞図６は本発明の第２の
実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成を示す概念
図である。第１の実施形態の図１のプラズマ処理装置と
同様な構成については同一の符号を付し、この構成の説
明を省略する。本願発明の主要な構成要素である、マッ
チングボックス２周辺の反射波測定器３０，整合制御装
置３３，記憶部３４及び演算器３５について詳述する。
高周波電源１は、反射波測定器３０及びマッチングボッ
クス２を介してプラズマ処理室ＣＮに、プラズマ放電の
ための電力を供給する。整合回路２Ａは、マッチングボ
ックス２内に格納され、高周波電源１の出力インピーダ
ンスとプラズマ処理室ＣＮの負荷インピーダンスとの整
合をとる。この整合回路２Ａは、ロードコンデンサ２０
６，チューニングインダクタ２０４及びチューニングコ
ンデンサ２０５から構成されている。

【００４６】ロードコンデンサ２０６及びチューニング
コンデンサ２０５は、図示しないモータの回転などによ
り、各々キャパシタンスの値が調整可能な可変コンデン
サであり、整合制御装置３３が上記モータを各々駆動す
ることにより、キャパシタンスの値が調整される。記憶
部３４には、予め測定されたインピーダンスＺ0とイン
ピーダンスＺ1とに調整する数値が記憶されている。こ
こで、ロードコンデンサ２０６に対しての上記数値は、
整合制御装置３３が調整する変化量、例えば、モータの
回転量及び回転方向を示す変化量データＤ０（インピー
ダンスＺ0に対応），Ｄ１（インピーダンスＺ1に対応）
である。

【００４７】また、チューニングコンデンサ２０５に対
しての上記数値は、整合制御装置３３が調整する変化
量、例えば、モータの回転量及び回転方向を示す変化量
データＥ０（インピーダンスＺ0に対応），Ｅ１（イン
ピーダンスＺ1に対応）である。上記変化量データＤ
０，Ｅ０は、ロードコンデンサ２０６及びチューニング
コンデンサ２０５の基本位置からの調整量を示してい
る。上記変化量データＤ１，Ｅ１は、ロードコンデンサ
２０６及びチューニングコンデンサ２０５において、変
化量データＤ０，Ｅ０による調整位置からの調整量を示
している。このため、整合制御装置３３は、プラズマ処
理が終了した後、モータを駆動させて、ロードコンデン
サ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の調整位置
を基本位置に戻す。

【００４８】整合制御装置３３は、プラズマ放電前の段
階において、変化量データＤ０及びＥ０に基づき、ロー
ドコンデンサ２０６，チューニングコンデンサ２０５各
々のモータを駆動して、整合回路２Ａの出力インピーダ
ンスをインピーダンスＺ0に調整する。一方、整合制御
装置３３は、インピーダンスＺ0に調整後に、反射波測
定器３０が反射波を検出することにより、プラズマ放電
が発生したことを検知し、変化量データＤ１及びＥ１に
基づき、ロードコンデンサ２０６，チューニングコンデ
ンサ２０５各々のモータを駆動して、整合回路２Ａの出
力インピーダンスをインピーダンスＺ1に調整する。ま
た、整合制御装置３３は、インピーダンスＺ0またはイ
ンピーダンスＺ1に調整した後、反射波測定器３０の検
出する反射波の電力値（例えば、スプリアス電力として
検出）が最小となるように、整合回路２Ａのロードコン
デンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の微調
整を行う。

【００４９】整合制御装置３３は、ロードコンデンサ２
０６及びチューニングコンデンサ２０５において、イン
ピーダンスＺ0の調整位置からインピーダンスＺ1への調
整位置への変化量を、各々新しい変化量データＤ１，Ｅ
１として、記憶部３４の変化量データＤ１，Ｅ１へ上書
きして、変化量データの更新を行う。インピーダンス測
定器ＡＮは、プラズマ処理が終了し、高周波電源１が高
周波電力の供給を停止した後、プラズマ処理室ＣＮの放
電前の負荷インピーダンスとしてインピーダンスＺ0を
測定する。演算器３５は、インピーダンスと、ロードコ
ンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の調
整位置との関係を示す関数、またはテーブルに基づき、
上記インピーダンスＺ0から変化量データＤ０，Ｅ０の
演算を行う。整合制御装置３３は、演算された上記変化
量データＤ０，Ｅ０を各々新しい変化量データＤ１，Ｅ
１として、記憶部３４の変化量データＤ０，Ｅ０へ上書
きして、変化量データの更新を行う。

【００５０】次に、図６及び図７を参照し、第２の実施
形態の動作例を説明する。図７は、図６のプラズマ処理
装置の動作例を説明するフローチャートである。ステッ
プＳ１１〜ステップ１７までの各々の処理は、ステップ
Ｓ１〜ステップＳ７の各々の処理と同様のため、説明を
省略する。上記各ステップにおいて、整合制御装置３３
は整合制御装置３１と同様な動作を行い、記憶部３４は
記憶部３２と同様な動作を行う。ステップＳ１８におい
て、整合制御装置３３は、所定の時間が経過してプラズ
マ処理が終了、または作業者がプラズマ処理を終了させ
るか否かの検出を行う。このとき、整合制御装置３３
は、プロセス終了を検出した場合、高周波電源１からの
電力の供給を停止してプラズマ処理の処理を終了し、処
理をステップＳ１９へ進める。一方整合制御装置３３
は、プロセス終了を検出しない場合、処理をステップＳ
１６へ進める。

【００５１】次に、ステップＳ１９において、整合制御
装置３３は、ロードコンデンサ２０６及びチューニング
コンデンサ２０５において、インピーダンスＺ0の調整
位置からインピーダンスＺ1への調整位置への変化量を
検出して、検出された変化量データを、各々新しい変化
量データＤ１，Ｅ１として、記憶部３４の変化量データ
Ｄ１，Ｅ１へ上書きして、変化量データの更新を行う。
そして、ステップＳ２０において、インピーダンス測定
器ＡＮは、プラズマ処理室ＣＮの負荷インピーダンス、
すなわちプラズマ放電前のインピーダンスＺ0の測定を
行う。このとき、インピーダンス測定器ＡＮは、スイッ
チＳＷ１をオフ状態とし、スイッチＳＷ２をオン状態と
して、インピーダンスＺ0の測定を行う。インピーダン
ス測定器ＡＮは、通常、すなわちプラズマ処理を行う場
合、スイッチＳＷ１をオン状態とし、スイッチＳＷ２を
オフ状態とする。なお、スイッチＳＷ１〜点Ｂ（図６）
までのインピーダンスと、スイッチＳＷ２〜上記点Ｂま
でのインピーダンスとは、一致するように設計されてい
る。

【００５２】次に、ステップＳ２１において、演算器３
５は、測定されたインピーダンスＺ0に基づき、変化量
データＤ０，Ｅ０の演算を行う。そして、ステップＳ２
２において、整合制御装置３３は、演算された変化量デ
ータＤ０，Ｅ０各々を、新しい変化量データＤ０，変化
量データＥ０として、記憶部３４の各々対応する変化量
データＤ０，Ｅ０へ上書きして、変化量データの更新を
行う。そして、インピーダンス測定器ＡＮはスイッチＳ
Ｗ１をオン状態とし、スイッチＳＷ２をオフ状態とし、
プラズマ処理装置はプラズマ処理の処理を終了する。

【００５３】本願発明の第２の実施形態のプラズマ処理
装置は、第１の実施形態の効果に加え、プラズマ処理室
ＣＮに、このプラズマ処理室ＣＮの放電前のインピーダ
ンスＺ0の測定を行う測定端子６１が設けられているの
で、放電前のインピーダンスＺ0が、プラズマ処理室Ｃ
Ｎの使用時間に対応して変化した場合であっても、所定
の時間毎（またはプラズマ処理の終了時毎）に測定し
て、記憶部３４の放電前のインピーダンスＺ0とする変
化量データＤ０，Ｅ０の値を更新することにより、常
に、高周波電力の投入から、各ロードコンデンサ２０６
及びチューニングコンデンサ２０５のキャパシタンスを
調整する調整位置を、基本位置から放電開始前のプラズ
マ処理室ＣＮのインピーダンスＺ0となる調整位置への
調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プ
ラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。

【００５４】以上、本発明の一実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。

【００５５】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置によれば、高
周波電源とプラズマ処理室とのインピーダンス整合をと
る整合回路と、プラズマ生成のための放電前に、前記整
合回路の出力インピーダンスを、放電していない状態の
前記プラズマ処理室のインピーダンスに整合させる整合
回路調整手段を具備しており、例えば、プラズマ処理室
のプラズマ放電前のインピーダンスを記憶部に記憶さ
せ、整合回路調整手段が、高周波電源からの高周波電力
投入時に、上記記憶部から放電前のインピーダンスを呼
び出し、整合回路を構成する各素子のパラメータを調整
することにより、高周波電力の投入から、放電開始前の
プラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易に行
え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生
産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置の場
合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さくす
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の第１の実施形態によるプラズマ処
理装置におけるプラズマ処理室ユニットの概略構成を示
す断面図である。

【図２】 図１のプラズマ処理装置の整合制御装置３１
の動作例を示すフローチャートである。

【図３】 インピーダンス測定具の構成を示す概念図で
ある。

【図４】 図３に示したインピーダンス測定具を用い
て、図１に示したプラズマ処理室ＣＮのインピーダンス
を測定する方法を示す図である。

【図５】 インピーダンス測定具に用いたプローブ１０
５の構成を示す概念図である。

【図６】 本願発明の第２の実施形態によるプラズマ処
理装置におけるプラズマ処理室ユニットの概略構成を示
す断面図である。

【図７】 図６のプラズマ処理装置の整合制御装置３３
の動作例を示すフローチャートである。

【図８】 従来例によるプラズマ処理装置におけるプラ
ズマ処理室ユニットの概略構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 高周波電源 ２ マッチングボックス ２Ａ 整合回路 ３ 給電板 ４ プラズマ励起電極 ５ シャワープレート ６ 空間 ７ 孔 ８ ウェハサセプタ ９ 絶縁体 １０ チャンバ壁 １１ ベローズ １３ シャフト １６ 基板 １７ ガス導入管 ２１ シャーシ ３０ 反射波測定器 ３１，３３ 整合制御装置 ３２，３４ 記憶部 ３５ 演算器 ６０ チャンバ室 ２０４ チューニングインダクタ ２０５ チューニングコンデンサ ２０６ ロードコンデンサ ＡＮ インピーダンス測定器 ＣＮ プラズマ処理室 ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ

フロントページの続き (72)発明者 熊谷 雅 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 大場 知文 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 大見 忠弘 宮城県仙台市青葉区米ケ袋２−１−17− 301 Ｆターム(参考） 4G075 AA30 BC02 BC04 BC06 BC10 DA02 EB42 EC21 EC30 EE02 EE07 FA01 FA08 FA12 4K030 CA04 FA03 KA30 LA15 5F004 AA16 BA04 BB18 BC08 BD01 BD04 BD05 5F045 AA08 BB01 DP03 DQ10 EH01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波電源と、プラズマ処理室と、前記
   高周波電源と前記プラズマ処理室とのインピーダンス整
   合をとる整合回路と、プラズマ生成のための放電前に、
   前記整合回路の出力インピーダンスを、放電していない
   状態の前記プラズマ処理室のインピーダンスに整合させ
   る整合回路調整手段とを具備することを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記プラズマ処理室における放電開始を
   検出する放電検知手段を有し、前記整合回路調整手段が
   前記放電検出手段の放電の検出に基づき、前記整合回路
   の出力インピーダンスを、放電中の前記プラズマ処理室
   のインピーダンスに対して整合させることを特徴とする
   請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記プラズマ処理室に、放電前のこのプ
   ラズマ処理室のインピーダンスの測定を行う測定端子が
   設けられていることを特徴とする請求項１または請求項
   ２に記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 放電前のプラズマ処理室のインピーダン
   スに、整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる
   第１の整合回路調整過程と、高周波電力が前記プラズマ
   処理室に供給される電力供給過程と、前記プラズマ処理
   室内での前記高周波電力による放電の検出を行う放電検
   出過程と、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダン
   スに、前記整合回路の出力インピーダンスの整合が行わ
   れる第２の整合回路調整過程とを有することを特徴とす
   るプラズマ処理装置の駆動方法。
5. 【請求項５】 放電前のプラズマ処理室のインピーダン
   スに、整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる
   第１の整合回路調整過程と、高周波電力が前記プラズマ
   処理室に供給される電力供給過程と、前記プラズマ処理
   室内での前記高周波電力による放電の検出を行う放電検
   出過程と、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダン
   スに、前記整合回路の出力インピーダンスの整合が行わ
   れる第２の整合回路調整過程とを有することを特徴とす
   るプラズマ処理方法。