JP2009076798A - プラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各高周波信号間で周波数干渉をなくすだけでなく、それらの各高周波信号に対して、ＩＣＰ電極用およびＦＳ電極用の各高周波電源とそれぞれに対応する各電極間で、容易にかつ短時間で正確にインピーダンス整合させることができ、プラズマの安定な着火を容易に実現し、プラズマ放電を確実に励起させることができるプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】自動整合処理のためのプリセット条件として、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１を所定の容量値に固定することで複数ある整合点を一つにすることにより、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比と出力パワー比の比率を１：１に管理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばチャンバ内に形成された空間内にプラズマ放電を発生し、そのプラズマ放電により、チャンバ内に載置された半導体基板を処理対象物としてプラズマ処理を行うプラズマ処理技術に関するものである。

従来から、例えばＬＳＩなどを構成する各種の半導体集積回路が形成される半導体基板の製造工程において、当該半導体基板をエッチングチャンバ内に載置した状態でプラズマ放電を発生し、そのプラズマ放電により、エッチングチャンバ内の半導体基板を処理対象物として、ドライエッチング等のプラズマ処理を行うプラズマ処理技術が用いられており、このプラズマ処理装置として、近年では、放電形式に誘導結合方式（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｐｌａｓｍａ）を採用したＩＣＰ型のプラズマ処理装置が広く利用されている。

上記のようなＩＣＰ型プラズマ処理装置は、半導体集積回路のさらなる微細化にともない、高密度のプラズマが得られ、高い均一性を保ち、チャージアップなどのダメージの抑制を図ることがますます重要となってきたことから、その実現手段として開発された。

上記のようなダメージの発生は、特に圧力の高いプラズマを使った装置や、磁場をかけてプラズマ密度を上げた装置で顕著で、プラズマが不均一である場合に発生することが多い。これを改善するためにＩＣＰ型では、電極であるアンテナ部分でプラズマを発生させることにより、磁石などによる磁界の発生を不要としている。

以上のようなＩＣＰ型プラズマ処理装置の従来技術（例えば、特許文献１を参照）について、以下に説明する。
図９は従来のＩＣＰ型プラズマ処理装置の基本構造を示す概略断面図である。図９に示すプラズマ処理装置は、エッチングチャンバ９００と、高周波電源９１０ａ、９１０ｂと、ガス導入路９２０と、排気口９３０と、誘電コイル９４０と、電極９５０と、誘電コイル９４０直下のエッチングチャンバ９００内壁に設けられた石英板等の誘電板９６０ａと、ファラデーシールド９７０ｂ上に配設された誘電板９６０ｂと、誘電コイル９４０と誘電板９６０ａとの間に配設されたファラデーシールド９７０ａと、誘電コイル９４０直下でないエッチングチャンバ９００内壁上に配設されたファラデーシールド９７０ｂとを備えている。

このプラズマ処理装置において図１０（ａ）に示す部分に着目すると、エッチングチャンバ９００の同一空間内に２つ以上の電極として例えば誘電コイル（ＩＣＰ電極）９４０およびファラデーシールド（ＦＳ電極）９７０ａ、９７０ｂが備えられたプラズマ処理装置において、夫々の電極９４０、９７０ａ、９７０ｂに対して、個別に接続した高周波電源９１０ａ、９１０ｂより、別々に高周波パワーを印加する場合に、図１０（ｂ）に示すように、実質的に同一周波数の高周波信号を印加した場合には、それらの高周波信号間で周波数干渉が起こりやすく、さらに位相が近いか同じ場合には特に周波数干渉が発生しやすくなる。

そこで、図９に示すプラズマ処理装置のようにエッチングチャンバ９００の同一空間内に２つ以上の電極９４０、９７０ａ、９７０ｂがある場合には、図１０（ｃ）に示すように、夫々の電極９４０、９７０ａ、９７０ｂに対して、個別に接続した各高周波電源９１０ａ、９１０ｂより、それぞれ独立して実質的に同一周波数の高周波信号を印加したうえで、位相シフト調整器９９０により、各高周波電源９１０ａ、９１０ｂ間でそれぞれの高周波信号の位相を、実質的に略１８０度（ここでは、１８０度±３０度）ずらすことにより略逆位相とした状態にして、エッチングチャンバ９００内の空間９８０にプラズマ放電を発生させるようにしている。
特開２００５−２０９８８５号公報

しかしながら上記のような従来のプラズマ処理装置では、ＩＣＰ電極およびＦＳ電極のそれぞれに供給される各高周波信号に対して、それら各高周波信号間の位相関係を略逆位相にすることにより、相互の周波数干渉をほぼ抑えることはできるが、ＩＣＰ電極用の高周波電源とＩＣＰ電極との間、およびＦＳ電極用の高周波電源とＦＳ電極との間のインピーダンス整合そのものについて、またその正確性や作業性についても殆んど考慮されておらず、上記のように各高周波信号間で周波数干渉を抑制しただけでは、プラズマの安定な着火を得ることが難しく、そのための各高周波電源の出力パワーなど各部の調整に非常に手間がかるだけでなく、プラズマ放電を確実に励起させることができない場合があるという問題点を有していた。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、ＩＣＰ電極用およびＦＳ電極用の各高周波信号間で周波数干渉をなくすだけでなく、それらの各高周波信号に対して、ＩＣＰ電極用およびＦＳ電極用の各高周波電源とそれぞれに対応する各電極間で、容易にかつ短時間で正確にインピーダンス整合させることができ、プラズマの安定な着火を容易に実現し、プラズマ放電を確実に励起させることができるプラズマ処理方法を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のプラズマ処理方法は、同一の空間内に、その空間と誘導結合する第１電極、および前記空間と前記第１電極との間をファラデーシールドする第２電極が設けられ、前記第１電極に第１高周波信号を供給する第１高周波電源と、前記第２電極に前記第１高周波信号に対して略逆位相の第２高周波信号を供給し前記第１高周波電源とは独立した第２高周波電源と、前記第１高周波電源と前記第１電極の間で、前記第１高周波信号に対してインピーダンス整合する第１整合器と、前記第２高周波電源と前記第２電極の間で、前記第２高周波信号に対してインピーダンス整合する第２整合器とを備え、前記第１整合器は、前記第１高周波電源と前記第１電極の間の前記インピーダンス整合のために、前記第１電極に直列接続されたインピーダンス調整用の第１可変コンデンサと、前記第１高周波電源の出力側に並列接続された負荷用の第２可変コンデンサとを有し、前記第２整合器は、前記第２高周波電源と前記第２電極の間の前記インピーダンス整合のために、前記第２電極に直列接続されたインピーダンス調整用の第３可変コンデンサと、前記第２高周波電源の出力側に並列接続された負荷用の第４可変コンデンサとを有し、前記第１電極に前記第１高周波信号が供給されるとともに、前記第２電極に前記第２高周波信号が供給されて、前記空間内にプラズマ放電を発生し、前記空間内の処理対象物にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に対して、前記第４可変コンデンサの容量値を変更して、前記第１高周波信号による前記第１整合器への入力パワーと、前記第２高周波信号による前記第２整合器への入力パワーとの比である入力パワー比に応じて、前記第１高周波信号による前記第１電極の出力パワーと、前記第２高周波信号による前記第２電極の出力パワーとの比である出力パワー比を制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理方法は、請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、前記第４可変コンデンサの容量値を変更して、前記入力パワー比と前記出力パワー比とが等しくなる前記容量値に固定することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載のプラズマ処理方法は、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法であって、前記第４可変コンデンサの容量値を固定して、前記出力パワー比を固定した状態で、前記入力パワー比と前記出力パワー比の比率が所定値となるように、前記入力パワー比を変化させることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載のプラズマ処理方法は、請求項３に記載のプラズマ処理方法であって、前記入力パワー比を変化させるために、前記第１整合器への入力パワーを変化させることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載のプラズマ処理方法は、請求項３に記載のプラズマ処理方法であって、前記入力パワー比を変化させるために、前記第２整合器への入力パワーを変化させることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載のプラズマ処理方法は、請求項３または請求項４または請求項５に記載のプラズマ処理方法であって、前記第４可変コンデンサを前記出力パワー比に応じた容量値に固定して、前記第１電極および前記第２電極に各高周波信号が投入された状態で、前記第３可変コンデンサをプラズマ放電着火開始位置に固定し、前記第１可変コンデンサと前記第２可変コンデンサの容量値の変更により前記第１整合器を自動整合させて、前記プラズマ放電が励起して安定した時点で、前記第３可変コンデンサの容量値の変更により前記第２整合器を自動整合させることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に記載のプラズマ処理方法は、請求項６に記載のプラズマ処理方法であって、前記プラズマ放電の着火開始時の着火整合領域と、前記プラズマ放電の着火後から時間経過時の着火整合領域とを求め、両着火整合領域を包含する領域に、前記プラズマ放電着火開始時の着火整合位置の設定を自動的に移動させることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、自動整合処理のためのプリセット条件として、第２整合器の第４可変コンデンサを所定の容量値に固定することで複数ある整合点を一つにすることにより、第１電極および第２電極に対して入力パワー比と出力パワー比の比率を１：１に管理することができ、特殊な換算テーブルを用いることなくプロセスをコントロールすることができる。

そのため、第１電極用および第２電極用の各高周波信号間で周波数干渉をなくすだけでなく、それらの各高周波信号に対して、第１電極用および第２電極用の各高周波電源とそれぞれに対応する各電極間で、容易にかつ短時間で正確にインピーダンス整合させることができ、プラズマの安定な着火を容易に実現し、プラズマ放電を確実に励起させることができる。

以下、本発明の実施の形態を示すプラズマ処理方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のプラズマ処理方法を説明する。

図１は本実施の形態１のプラズマ処理方法のためのプラズマ処理装置の構成例を示す回路ブロック図である。図１において、ＩＤ１はＩＣＰ電極（コイル）、ＩＲ１はＩＣＰ用ＲＦ（高周波）電源（ここでは１３．５６ＭＨｚの高周波信号を出力）、ＩＭ１はＩＣＰ整合器、ＣＩＴ１はＩＣＰ整合器ＩＭ１側のＴｕｎｅ用（調整用）可変コンデンサ（ここでは１００−５００ｐＦ）、ＣＩＬ１はＩＣＰ整合器ＩＭ１側のＬｏａｄ用（負荷用）可変コンデンサ（ここでは１００−２０００ｐＦ）、ＦＤ１はＦＳ電極（導体板）、ＦＲ１はＦＳ用ＲＦ（高周波）電源（ここでは１３．５６ＭＨｚの高周波信号を出力）、ＦＭ１はＦＳ整合器、ＬＦ１はインダクタ（コイル）（ここでは２μＨ）、ＣＦＴ１はＦＳ整合器ＦＭ１側のＴｕｎｅ用（調整用）可変コンデンサ（ここでは５０−５００ｐＦ）、ＣＦＬ１はＦＳ整合器ＦＭ１側のＬｏａｄ用（負荷用）可変コンデンサ（ここでは１５０−１５００ｐＦ）、ＺＦＴ１はインピーダンス要素、ＳＳ１は制御手段、ＩＳ１は位相シフト調整器である。

また、本実施の形態１のプラズマ処理方法のためのプラズマ処理装置は、図１に示すように、ＩＣＰ整合器ＩＭ１として、ＩＣＰ用ＲＦ電源ＩＲ１の出力とＩＣＰ電極ＩＤ１との間に、ＩＣＰ用ＲＦ電源ＩＲ１の出力からＴｕｎｅ用可変コンデンサＣＩＴ１が直列接続されており、ＩＣＰ用ＲＦ電源ＩＲ１の出力とＴｕｎｅ用可変コンデンサＣＩＴ１の接続点からグランドへと、Ｌｏａｄ用可変コンデンサＣＩＬ１が並列接続されている。

また、ＦＳ整合器ＦＭ１として、ＦＳ用ＲＦ電源ＦＲ１の出力とＦＳ電極ＦＤ１との間に、ＦＳ用ＲＦ電源ＦＲ１の出力からＴｕｎｅ用インダクタＬＦ１、Ｔｕｎｅ用可変コンデンサＣＦＴ１の順に直列接続されており、ＦＳ用ＲＦ電源ＦＲ１の出力とインダクタＬＦ１の接続点からグランドへと、Ｌｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１が並列接続されている。

また、上記の制御手段ＳＳ１は、ＩＣＰ整合器ＩＭ１によりＩＣＰ用ＲＦ電源ＩＲ１とＩＣＰ電極ＩＤ１との間、および、ＦＳ整合器ＦＭ１によりＦＳ用ＲＦ電源ＦＲ１とＦＳ電極ＦＤ１との間で、各高周波信号に対して、インピーダンス整合を行う場合に、それらの間の現状の整合状態に応じて、ＩＣＰ整合器ＩＭ１およびＦＳ整合器ＦＭ１のそれぞれに設けられたＴｕｎｅ用可変コンデンサＣＩＴ１、ＣＦＴ１およびＬｏａｄ用可変コンデンサＣＩＬ１、ＣＦＬ１の調整位置を制御することにより、各Ｔｕｎｅ用可変コンデンサＣＩＴ１、ＣＦＴ１およびＬｏａｄ用可変コンデンサＣＩＬ１、ＣＦＬ１の各値（キャパシタンス）を調整する。

なお、上記のプラズマ処理装置において、各可変コンデンサは、操作手段（図示せず）から制御手段を介してまたは直接的に、手動（マニュアル）操作によっても、それらの調整位置を変更できるように、構成されている。

以上のように構成されたプラズマ処理装置について、その動作を以下に説明する。
なおここでは、ＩＣＰ用高周波信号によるＩＣＰ整合器ＩＭ１への入力パワー（以下では、単に「ＩＣＰ整合器ＩＭ１への入力パワー」と記載する）とＦＳ用高周波信号によるＦＳ整合器ＦＭ１への入力パワー（以下では、単に「ＦＳ整合器ＦＭ１への入力パワー」と記載する）との比を入力パワー比とし、ＩＣＰ用高周波信号によるＩＣＰ電極ＩＤ１の出力パワー（以下では、単に「ＩＣＰ電極ＩＤ１の出力パワー」と記載する）とＦＳ用高周波信号によるＦＳ電極ＦＤ１の出力パワー（以下では、単に「ＦＳ電極ＦＤ１の出力パワー」と記載する）との比を出力パワー比として説明する。

まず、整合しない従来構成から整合器を用いた本発明のプラズマ処理方法のための構成に至った過程として、図１に示すプラズマ処理装置のように整合器が必要な理由について、説明する。

図１に示すプラズマ処理装置に対して、従来のように位相シフト調整器ＩＳ１のみの調整（整合とは無関係）では整合しない。そこで、図１に示すように、ＩＣＰ用ＲＦ電源ＩＲ１の出力とＩＣＰ電極ＩＤ１との間でインピーダンス整合をとるためのＩＣＰ整合器ＩＭ１と、ＦＳ用ＲＦ電源ＦＲ１の出力とＦＳ電極ＦＤ１との間でインピーダンス整合をとるためのＦＳ整合器ＦＭ１と、位相シフト調整器ＩＳ１の調整を行う。すなわち、ＩＣＰ整合器ＩＭ１とＦＳ整合器ＦＭ１のインピーダンスを調整し、さらに位相シフト調整器ＩＳ１を調整して、ＩＣＰ整合器ＩＭ１からＩＣＰ電極ＩＤ１への出力電圧とＦＳ整合器ＦＭ１からＦＳ電極ＦＤ１への出力電圧の位相が略１８０度ずれるようにすると、ＩＣＰ用ＲＦ電源ＩＲ１の出力とＩＣＰ電極ＩＤ１間およびＦＳ用ＲＦ電源ＦＲ１の出力とＦＳ電極ＦＤ１間で、インピーダンス整合させることができる。

図１のようなＦＳ−ＩＣＰ整合器ユニットは、ＩＣＰ用ＲＦ電源ＩＲ１／ＦＳ用ＲＦ電源ＦＲ１からの両高周波信号を印加および整合した位置での各高周波信号間の位相差によって、各高周波信号がＩＣＰ電極ＩＤ１／ＦＳ電極ＦＤ１の各電極に印加される比率が異なる。このように、例えばＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の値変化（調整位置の変化）により敏感にパワー配分が変動するため、両高周波信号がほぼ独立して印加されるように、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の固定値（調整位置）を予め取得する。

そのため、図１に示すプラズマ処理装置では、ＩＣＰ用ＲＦ電源ＩＲ１／ＦＳ用ＲＦ電源ＦＲ１の各電源に対して、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の値を変化させて、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比と出力パワー比の比率を制御することにより、その比率が所定値となる位置に、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の値を固定する。

また、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の値を所定の位置に固定した状態で、高周波信号のＩＣＰ整合器ＩＭ１およびＦＳ整合器ＦＭ１への入力パワー比を変化させることにより、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比と出力パワー比との比率が所定値になるように制御する。

なお、上記のＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して制御する入力パワー比と出力パワー比との比率は、動作的に１：１が好ましい。
このことについて、補足説明する。

ＩＣＰ電極ＩＤ１はエッチング処理を行うために高密度プラズマを発生させることが主な役割であり、ＦＳ電極ＦＤ１は誘電板９６０に付着したデポ物を除去するためにプラズマと容量結合し、誘電板に付着したデポ物をスパッタリング（除去）することが役割である。このようなプラズマ密度とデポ物の除去を独立して制御するためには、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１のそれぞれに対して、個別に入力パワーおよび出力パワーを制御する必要がある。

そこで、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対してそれらの入力パワー比と出力パワー比との比率を１：１とすることにより、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１の間で、独立電源を用いてのプラズマ密度とデポ物除去の独立制御を、操作上での大幅な数値換算の必要無く効率的に実行することができる。

このことは、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１の間で、プラズマ密度とデポ物除去の独立制御を効率的に実行するためには、それらの入力パワー比と出力パワー比との比率を１：１とすることが好ましい、ということになる。

ここで、ＦＳ整合器ＦＭ１のＴｕｎｅ用インダクタＬＦ１の回路定数の付帯条件について説明する。
図１に示すプラズマ処理装置は、図２（ａ）に示すように、概略的にＩＣＰ電極ＩＤ１とＦＳ電極ＦＤ１が真空状態の空間を介して重なるように配置された構成であり、その構成を等価回路で表すと、図２（ｂ）に示すように、ＩＣＰ電極ＩＤ１とＦＳ電極ＦＤ１が、上記の空間をキャパシタンスとして容量的につながっている。また、ＦＳ整合器ＦＭ１のＴｕｎｅ用可変素子であるＴｕｎｅ用可変コンデンサＣＦＴ１およびＴｕｎｅ用インダクタ（コイル）ＬＦ１によるインピーダンスＺＦＴ１は、ＦＳ整合器ＦＭ１の入力側で容量（キャパシタンス）成分として作用する。

図１に示すＦＳ整合器ＦＭ１において、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、Ｌｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の値（ＦＳ ＬＯＡＤの調整値）をパラメータとして、Ｔｕｎｅ用可変コンデンサＣＦＴ１の値（ＦＳ ＴＵＮＥの調整値）およびＴｕｎｅ用インダクタ（コイル）ＬＦ１の値を調整し、それらによるインピーダンス（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）ＺＦＴ１のＲ成分を変化させることで、ＩＣＰ電極ＩＤ１における出力パワーのチャンバ内への透過率を制御することができ、結果的に、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比と出力パワー比との比率を制御することができる。

例えば、図３において、ＦＳ ＬＯＡＤの調整値をパラメータとして、ＦＳ整合器ＦＭ１のＴｕｎｅ用可変コンデンサＣＦＴ１およびＴｕｎｅ用インダクタ（コイル）ＬＦ１のうち、Ｔｕｎｅ用可変コンデンサＣＦＴ１の値（ＦＳ ＴＵＮＥの調整値）を変化させた場合、図３（ｂ）に示すように、インピーダンス（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）ＺＦＴ１の実部（抵抗値：Ｒ）成分が変化することにより、ＩＣＰ電極ＩＤ１の端子電圧およびＦＳ電極ＦＤ１の端子電圧（Ｖｐｐ）を調整することができるが、この場合のインピーダンス（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）ＺＦＴ１の実部（抵抗値：Ｒ）成分は、その変化範囲として、変化範囲ＦＺＨ２（図３（ｂ）の点線側）より、できるかぎり低い値の変化範囲ＦＺＨ１（図３（ｂ）の実線側）に調整することが好ましく、そのためには、図１に示すＴｕｎｅ用可変コンデンサＣＦＴ１の可変範囲（５０−５００ｐＦ）に対して、Ｔｕｎｅ用インダクタ（コイル）ＬＦ１のインダクタンスの値を、図３（ｂ）に示すように、インピーダンス（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）ＺＦＴ１の実部（抵抗値：Ｒ）成分の変化範囲が適正値の変化範囲（約７〜１１０Ω）ＦＺＨ１となるように、例えばＴｕｎｅ用インダクタ（コイル）ＬＦ１の巻数を変更することにより調整する。

ここでは、図１に示すように、Ｔｕｎｅ用可変コンデンサＣＦＴ１の容量値を５０ｐＦ〜５００ｐＦと可変できるようにした場合に対して、Ｔｕｎｅ用インダクタ（コイル）ＬＦ１のインダクタンス値を２μＦとしている。

以上の説明を基にして、ＩＣＰ整合器ＩＭ１およびＦＳ整合器ＦＭ１によるプラズマ特性独立制御方式において、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して行う入力パワー比と出力パワー比との比率の調整方法として、ＩＣＰ整合器ＩＭ１およびＦＳ整合器ＦＭ１に対する入力パワー比およびＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対する出力パワー比と、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の値（ＦＳ ＬＯＡＤの調整位置）の設定について説明する。

図４は本実施の形態１のプラズマ処理方法における出力パワー比調整方法の説明図である。この整合調整時の出力パワー比調整方法では、図４に示すように、個別高周波電源ＩＲ１、ＦＲ１に対して、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の値（ＦＳ ＬＯＡＤの調整位置）を変化させて、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対する出力パワー比を調整し、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比と出力パワー比との比率を制御することにより、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の値（ＦＳ ＬＯＡＤの調整位置）を、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比と出力パワー比とが等しくなる位置に固定する。

図４（ａ）はＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比が３００Ｗ／６００Ｗ（１：２）の場合を示し、図４（ｂ）はＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比が６００Ｗ／３００Ｗ（２：１）の場合を示し、図４（ｃ）はＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比が９００Ｗ／３００Ｗ（３：１）の場合を示し、図４（ｄ）はＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比が９００Ｗ／６００Ｗ（３：２）の場合を示しており、ここでは以下の説明に対する便宜上、各場合の入力パワー比と等しい出力パワー比を得るためのＦＳ ＬＯＡＤの調整位置を、全ての場合について６．５と仮定している。

前述したように、ＩＣＰ電極ＩＤ１によりプラズマ密度の調整を行い、ＦＳ電極ＦＤ１により天板に付着したデポ除去（容量結合の強さおよびプラズマと誘電板との間に発生する電圧の強さ）の調整を行っている。

ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１への各入力パワーを変化させることにより、ＩＣＰ電極ＩＤ１は、プラズマ密度を上げて、より高速なエッチングを行う場合や、プラズマ密度を調整して適切な値まで下げて、レジストとの選択比を保つ場合や、着火ステップ時に着火安定性を高めるために高いパワーを投入し、その後メインエッチステップでは入力パワーを所望の値に下げる（調整）場合などに、適切に対応させることができ、ＦＳ電極ＦＤ１は、天板に付着したデポ物の除去を行うが、エッチングする膜種やパターン・条件に応じて天板に付着するデポ物の量に差があるため、それに応じて入力パワーを調整する場合に、適切に対応させることができる。

以上のように、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１への各入力パワーを変化させることにより、プラズマ処理の前段階的な使い方もできるし、条件に応じた調整もできるため、本発明のプラズマ処理方法のためのプラズマ処理装置における整合回路及び整合動作により、個別高周波電源ＩＲ１、ＦＲ１による相互干渉を抑えて、それぞれの独立制御性を確保し効率的な制御が可能となる。

以上のことを踏まえて、次に、ＩＣＰ整合器ＩＭ１およびＦＳ整合器ＦＭ１によるプラズマ特性独立制御方式において、各高周波信号による入力パワー比の変化に対するＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対する出力パワー比の調整方法として、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の値（ＦＳ ＬＯＡＤの調整位置）を所定位置に固定した場合に、各高周波信号によるＩＣＰ整合器ＩＭ１およびＦＳ整合器ＦＭ１への各入力パワーを変化させた時のＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１の各出力パワーへの影響依存性について説明する。

図５は本実施の形態１のプラズマ処理方法における各電極側の入力パワーによる依存性の説明図である。この整合調整時の出力パワー比調整方法では、図５に示すように、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の値（ＦＳ ＬＯＡＤの調整位置）を所定の位置（ここでは便宜上、図４で求めた調整位置の６．５と仮定）に固定した状態で、入力パワー比を変化させることにより出力パワー比を調整して、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に対して入力パワー比と出力パワー比との比率が所定値になるように制御する。

以上のＩＣＰ電極ＩＤ１側の入力パワーによる出力パワーへの依存性として、図５（ａ）は入力パワー比が＊＊／２００ＷでありＩＣＰ電極ＩＤ１側の入力パワーを変化させた場合の各出力パワーの変化を示し、図５（ｂ）は入力パワー比が＊＊／６００ＷでありＩＣＰ電極ＩＤ１側の入力パワーを変化させた場合の各出力パワーの変化を示し、また、ＦＳ電極ＦＤ１側の入力パワーによる出力パワーへの依存性として、図５（ｃ）は入力パワー比が２００Ｗ／＊＊でありＦＳ電極ＦＤ１側の入力パワーを変化させた場合の各出力パワーの変化を示し、図５（ｄ）は入力パワー比が６００Ｗ／＊＊でありＦＳ電極ＦＤ１側の入力パワーを変化させた場合の各出力パワーの変化を示している。

以上のようにして、自動整合処理のためのプリセット条件として、ＦＳ（第２）整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用（第４）可変コンデンサＣＦＬ１を所定の容量値に固定することで複数ある整合点を一つにすることにより、ＩＣＰ（第１）電極ＩＤ１およびＦＳ（第２）電極ＦＤ１に対して入力パワー比と出力パワー比の比率を１：１に管理することができ、特殊な換算テーブルを用いることなくプロセスにおけるコントロールが可能となる。

次に、本実施の形態１のプラズマ処理方法における個別高周波電源供給時の自動整合フィードバック方法を説明する。
図６は本実施の形態１のプラズマ処理方法による処理工程の説明図である。図７は本実施の形態１のプラズマ処理方法によるプラズマ放電着火状況の説明図である。

図１に示すプラズマ処理装置の個別高周波電源供給時において、自動整合フィードバック方法では、図６および図７に示すように、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサ（ＦＳ ＬＯＡＤ）ＣＦＬ１を出力パワー比に応じたプリセット位置に固定した状態で、同一空間内のＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１に、それぞれ個別の高周波電源ＩＲ１、ＦＲ１より高周波信号（ＲＦ信号）を出力して高周波パワーを投入し、ＦＳ整合器ＦＭ１のＴｕｎｅ用可変コンデンサ（ＦＳ ＴＵＮＥ）ＣＦＴ１をＩＣＰ電極ＩＤ１によるプラズマ着火開始位置であるＯｎ Ｐｒｉｓｅｔ位置に固定し、さらにＩＣＰ電極ＩＤ１側を自動整合させてＩＣＰ電極ＩＤ１によるプラズマ放電の励起後（ＩＣＰ電極ＩＤ１側において、プラズマ放電が励起して安定化し、整合も安定し、反射波が減少して許容値内に入る時点であり、例えばタイマー測定で予め設定した１秒後）に、ＦＳ電極ＦＤ１側を、自動整合動作によりＦＳ整合器ＦＭ１のＴｕｎｅ用可変コンデンサ（ＦＳ ＴＵＮＥ）ＣＦＴ１を位置調整し、自動的にインピーダンス整合させる。

まず、プラズマ放電着火ＮＧ時の動作フローを説明する。
プラズマ放電着火ＮＧ時の動作では、図６（ａ）、図７（ａ）に示すように、ＩＣＰ用ＲＦ電源ＩＲ１からのＩＣＰ用ＲＦ信号およびＦＳ用ＲＦ電源ＦＲ１からのＦＳ用ＲＦ信号を印加しない状態でプラズマ処理装置をプリセットする（ステップＳ６００Ａ）。ここでは、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の容量値（ＦＳ ＬＯＡＤの調整位置）を、図４および図５に示した説明に従ってプリセット条件として求めた容量値（調整位置）に固定し、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１の出力パワー比を固定する。

そして、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１の各電極にそれぞれに対応するＲＦ電源ＩＲ１、ＦＲ１からＲＦ信号パワーを投入する（ステップＳ６０１Ａ）。この場合、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１の各電極にそれぞれに対応するＲＦ電源から同一周波数のＲＦ信号パワーを投入するため、ＩＣＰ電極ＩＤ１側およびＦＳ電極ＦＤ１側の各整合位置が相互に干渉し合い動作上で問題となる。

その後、ＩＣＰ電極ＩＤ１によるプラズマ放電が励起するまでに、ＩＣＰ整合器ＩＭ１およびＦＳ整合器ＦＭ１の両整合器が同時に、自動整合動作（Ｍａｔｃｈｉｎｇ）を開始する（ステップＳ６０２Ａ）ことにより、ＩＣＰ電極ＩＤ１によるプラズマ放電着火を開始する（ステップＳ６０３Ａ）。

この場合、ＩＣＰ整合器ＩＭ１およびＦＳ整合器ＦＭ１の自動整合動作の開始により、プラズマ着火前に、ＩＣＰ整合器ＩＭ１およびＦＳ整合器ＦＭ１のどちらか一方のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＩＬ１、ＣＦＬ１あるいはＴｕｎｅ用可変コンデンサＣＩＴ１、ＣＦＴ１の調整位置が大きく移動した場合、他方のＬｏａｄ用可変コンデンサあるいはＴｕｎｅ用可変コンデンサの調整位置も、正常な整合点から大きくずれる。そのため、ＩＣＰ電極ＩＤ１からの反射波が増大し、ＩＣＰ電極ＩＤ１によるプラズマ放電が正常に着火せず励起しない場合がある。

上記に対して、本発明の実施の形態１では、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すように、まず、ＩＣＰ用ＲＦ電源ＩＲ１からのＩＣＰ用ＲＦ信号およびＦＳ用ＲＦ電源ＦＲ１からのＦＳ用ＲＦ信号を印加しない状態でプラズマ処理装置をプリセットする（ステップＳ６００Ｂ）。ここでも、ステップＳ６００Ａの場合と同様に、ＦＳ整合器ＦＭ１のＬｏａｄ用可変コンデンサＣＦＬ１の容量値（ＦＳ ＬＯＡＤの調整位置）を、図４および図５に示した説明に従ってプリセット条件として求めた容量値（調整位置）に固定し、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１の出力パワー比を固定する。

そして、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１の各電極にそれぞれに対応するＲＦ信号パワーを投入し（ステップＳ６０１Ｂ）、ＦＳ整合器ＦＭ１のＴｕｎｅ用可変コンデンサＣＦＴ１をＯｎ Ｐｒｉｓｅｔ位置（ＩＣＰ電極ＩＤ１により励起してプラズマ着火する位置）に固定した（ステップＳ６０２Ｂ）後、ＩＣＰ電極ＩＤ１側をＩＣＰ整合器ＩＭ１により自動整合する（ステップＳ６０３Ｂ）ことにより、ＩＣＰ電極ＩＤ１によるプラズマ放電を安定に着火する（ステップＳ６０４Ｂ）。

その後に、ＦＳ電極ＦＤ１側をＦＳ整合器ＦＭ１のＴｕｎｅ用可変コンデンサＣＦＴ１により自動整合する（ステップＳ６０５Ｂ）。
上記の動作により、ＩＣＰ電極ＩＤ１およびＦＳ電極ＦＤ１の各電極に供給する夫々の高周波信号間の位相が実質的に略逆位相（位相差１８０度±３０度の範囲）になり、ＩＣＰ電極用およびＦＳ電極用の各高周波信号間で周波数干渉をなくすだけでなく、それらの各高周波信号に対して、ＩＣＰ電極用およびＦＳ電極用の各高周波電源とそれぞれに対応する各電極ＩＤ１、ＦＤ１間で、容易にかつ短時間で正確にインピーダンス整合させることができ、プラズマの安定な着火を容易に実現し、プラズマ放電を確実に励起させることができる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のプラズマ処理方法を説明する。

図８は本実施の形態２のプラズマ処理方法の説明図である。図８において、ＰＣＳ１はプラズマ着火開始時（未消耗・未付着）の着火整合領域、ＰＣＫ１はエッチング量産処理時間経過後のプラズマ着火開始時（消耗・付着）の着火整合領域、ＣＭ１、ＣＭ２は着火整合位置である。

ここで、プラズマエッチングでの量産処理において、数百枚以上のウエハを処理した場合、誘電板９６０は、エッチング膜種・条件に応じて部分的にデポが付着したり、誘電板が削れたり（消耗）する。また、誘電板にデポが付着する場合に、誘電板９６０にデポが付着しないようにＦＳパワーを高く設定した場合は、誘電板９６０が少しずつ削れ、それが繰り返され、誘電板が薄くなる現象が生じる。その結果、プラズマエッチングでの量産処理後での誘電板が消耗もしくはデポが付着することにより、プラズマ着火整合領域がプラズマ着火開始時（未消耗・未付着）から変化してしまう。

本実施の形態２のプラズマ処理方法では、図８に示すように、誘電板初期状態（未消耗・未付着）のプラズマ着火開始時での着火整合領域ＰＣＳ１と、プラズマエッチングでの量産に使用して誘電板が消耗もしくは、デポが付着した時のプラズマ着火後の時間経過（消耗・付着状態）時の着火整合領域ＰＣＫ１との両着火整合領域を包含する領域を求め、着火整合領域ＰＣＳ１のみに存在する例えば着火整合位置ＣＭ１を、両着火整合領域を包含する領域に移動して例えば着火整合位置ＣＭ２とし、その着火整合位置ＣＭ２をプラズマ着火状態の経時変化に対応できる良好な着火整合位置として設定する。

以上により、長期間にわたってプラズマの安定な着火特性を得ることができる。

本発明のプラズマ処理方法は、ＩＣＰ電極用およびＦＳ電極用の各高周波信号間で周波数干渉をなくすだけでなく、それらの各高周波信号に対して、ＩＣＰ電極用およびＦＳ電極用の各高周波電源とそれぞれに対応する各電極間で、容易にかつ短時間で正確にインピーダンス整合させることができ、プラズマの安定な着火を容易に実現し、プラズマ放電を確実に励起させることができるもので、処理対象物として例えば半導体基板にプラズマ処理を行う等の各種プラズマ処理技術に適用できる。

本発明の実施の形態１のプラズマ処理方法のためのプラズマ処理装置の構成例を示す回路ブロック図 同実施の形態１のプラズマ処理方法のためのプラズマ処理装置における回路定数条件の説明図 同実施の形態１のプラズマ処理方法における回路定数条件発生の理由説明図 同実施の形態１のプラズマ処理方法における出力パワー比調整方法の説明図 同実施の形態１のプラズマ処理方法における各電極の入力パワー依存性の説明図 同実施の形態１のプラズマ処理方法による処理工程の説明図 同実施の形態１のプラズマ処理方法によるプラズマ放電着火状況の説明図 本発明の実施の形態２のプラズマ処理方法の説明図 従来のプラズマ処理装置の構成例を示す回路ブロック図 同従来例のプラズマ処理装置における動作を示す波形図

符号の説明

ＩＤ１ ＩＣＰ電極（コイル）
ＩＲ１ ＩＣＰ用ＲＦ（高周波）電源
ＩＭ１ ＩＣＰ整合器
ＬＩ１ インダクタ（コイル）
ＣＩＴ１ Ｔｕｎｅ用（調整用）可変コンデンサ
ＣＩＬ１ Ｌｏａｄ用（負荷用）可変コンデンサ
ＣＩ１ コンデンサ
ＦＤ１ ＦＳ電極（導体板）
ＦＲ１ ＦＳ用ＲＦ（高周波）電源
ＦＭ１ ＦＳ整合器
ＬＦ２ インダクタ（コイル）
ＬＦ１ インダクタ（コイル）
ＣＦＴ１ Ｔｕｎｅ用（調整用）可変コンデンサ
ＣＦＬ１ Ｌｏａｄ用（負荷用）可変コンデンサ
ＣＦ２ コンデンサ
ＣＦ１ コンデンサ
ＺＦＴ１ インピーダンス要素
ＳＳ１ 制御手段
ＩＳ１ 位相シフト調整器
ＰＺ１ プラズマ容量
ＦＺＨ１ （ＦＳ ＴＵＮＥの低域位置に対する）インピーダンス実部の変化範囲
ＦＺＨ２ （ＦＳ ＴＵＮＥの高域位置に対する）インピーダンス実部の変化範囲
ＣＭ１、ＣＭ２ 着火整合位置
ＰＣＳ１ プラズマ着火開始時（未消耗・未付着）の着火整合領域
ＰＣＫ１ プラズマ着火開始時（消耗・付着）の着火整合領域

Claims (7)

1. 同一の空間内に、その空間と誘導結合する第１電極、および前記空間と前記第１電極との間をファラデーシールドする第２電極が設けられ、
   前記第１電極に第１高周波信号を供給する第１高周波電源と、
   前記第２電極に前記第１高周波信号に対して略逆位相の第２高周波信号を供給し前記第１高周波電源とは独立した第２高周波電源と、
   前記第１高周波電源と前記第１電極の間で、前記第１高周波信号に対してインピーダンス整合する第１整合器と、
   前記第２高周波電源と前記第２電極の間で、前記第２高周波信号に対してインピーダンス整合する第２整合器とを備え、
   前記第１整合器は、
   前記第１高周波電源と前記第１電極の間の前記インピーダンス整合のために、
   前記第１電極に直列接続されたインピーダンス調整用の第１可変コンデンサと、
   前記第１高周波電源の出力側に並列接続された負荷用の第２可変コンデンサとを有し、
   前記第２整合器は、
   前記第２高周波電源と前記第２電極の間の前記インピーダンス整合のために、
   前記第２電極に直列接続されたインピーダンス調整用の第３可変コンデンサと、
   前記第２高周波電源の出力側に並列接続された負荷用の第４可変コンデンサとを有し、
   前記第１電極に前記第１高周波信号が供給されるとともに、前記第２電極に前記第２高周波信号が供給されて、前記空間内にプラズマ放電を発生し、前記空間内の処理対象物にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に対して、
   前記第４可変コンデンサの容量値を変更して、
   前記第１高周波信号による前記第１整合器への入力パワーと、前記第２高周波信号による前記第２整合器への入力パワーとの比である入力パワー比に応じて、
   前記第１高周波信号による前記第１電極の出力パワーと、前記第２高周波信号による前記第２電極の出力パワーとの比である出力パワー比を制御する
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記第４可変コンデンサの容量値を変更して、前記入力パワー比と前記出力パワー比とが等しくなる前記容量値に固定する
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記第４可変コンデンサの容量値を固定して、前記出力パワー比を固定した状態で、前記入力パワー比と前記出力パワー比の比率が所定値となるように、前記入力パワー比を変化させる
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
4. 請求項３に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記入力パワー比を変化させるために、前記第１整合器への入力パワーを変化させる
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
5. 請求項３に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記入力パワー比を変化させるために、前記第２整合器への入力パワーを変化させる
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
6. 請求項３または請求項４または請求項５に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記第４可変コンデンサを前記出力パワー比に応じた容量値に固定して、
   前記第１電極および前記第２電極に各高周波信号が投入された状態で、前記第３可変コンデンサをプラズマ放電着火開始位置に固定し、
   前記第１可変コンデンサと前記第２可変コンデンサの容量値の変更により前記第１整合器を自動整合させて、
   前記プラズマ放電が励起して安定した時点で、前記第３可変コンデンサの容量値の変更により前記第２整合器を自動整合させる
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
7. 請求項６に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記プラズマ放電の着火開始時の着火整合領域と、前記プラズマ放電の着火後から時間経過時の着火整合領域とを求め、
   両着火整合領域を包含する領域に、前記プラズマ放電着火開始時の着火整合位置の設定を自動的に移動させる
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。

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