JP2009246091A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理に用いる高周波のパワーを周期的に変調する方式において、プラズマインピーダンスの変動や高周波電源への反射を可及的に少なくして、プロセスの安定性・再現性および高周波電源の安全保護を保証する。
【解決手段】このプラズマ処理装置では、バイアス制御用高周波（ＬＦ）のパワーをプロセスに応じた特性てパルス変調するだけでなく、ＬＦパワーのパルス変調に同期してその周波数（ＬＦ周波数）もパルス変調する。すなわち、ＬＦパワーとＬＦ周波数との間に、１サイクル内で、ＬＦパワーがＨレベルの設定値Ｐ_Aを維持する期間Ｔ_Aの間はＬＦ周波数もＨレベルの設定値Ｆ_Aを維持し、ＬＦパワーがレベルの設定値Ｐ_Bを維持する期間Ｔ_Bの間はＬＦ周波数もＬレベルの設定値Ｆ_Bを維持するような同期関係を持たせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特にプラズマ処理に用いる高周波のパワーを周期的に変調する方式のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマが多く利用されている。

近年、製造プロセスのデザインルールが益々微細化し、特にプラズマエッチングでは、より高い寸法精度が求められており、エッチングにおけるマスクや下地に対する選択比および面内均一性をより高くすることが求められている。そのため、チャンバ内のプロセス領域の低圧力化、低イオンエネルギー化が指向され、プラズマ生成（高周波放電）に４０MＨｚ以上といった従来よりも格段に高い周波数の高周波が用いられつつある。また、プラズマから基板へ引き込むイオンのエネルギー（バイアス）をより精細に制御するために、基板を載置する電極に比較的低い周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以下）の高周波を印加することもよく行われている。

しかしながら、上記のように低圧力化および低イオンエネルギー化が進んだことにより、従来は問題とならなかったチャージングダメージの影響を無視することができなくなっている。すなわち、イオンエネルギーの高い従来の装置ではプラズマ電位が面内でばらついたとしても大きな問題は生じないが、より低圧でイオンエネルギーが低くなると、プラズマ電位の面内不均一がゲート酸化膜の電荷蓄積による破壊つまりチャージングダメージを引き起こしやすくなるといった問題が生じる。

この問題に関して、特許文献１では、ウエハに印加される高周波バイアスによる高周波電流経路のうち、ウエハの外周付近における電流経路部分を対向電極のウエハ対向面に向かうように矯正する電流経路矯正手段を設けること、または高周波バイアスから見たアースまでのインピーダンスがウエハ面内で略均一となるようにするインピーダンス調整手段を設けることを開示している。それにより、高周波バイアスを印加した際に発生する自己バイアスのウエハ面内での均一性が高まり、マクロダメージを抑制できるとしている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、電流経路矯正手段やインピーダンス調整手段を設ける必要があり装置構成が複雑化することや、プラズマ処理の面内均一性に対しては必ずしも十分とはいえない等の問題がある。

また、プラズマプロセスにおいては、ウエハ面内でイオンと電子のバランスがくずれることに起因する局所的な電場によってゲート酸化膜のチャージアップが誘起されて絶縁破壊に至るような形態のチャージングダメージもやっかいである。たとえば、プラズマエッチングにおいては、ウエハの主面に対してイオンは垂直に入射するが電子は斜め方向からも入射するので、局所的に電荷のバランスがくずれてチャージアップを誘発する箇所がランダムに発生しやすい。このようなチャージングダメージは、自己バイアスの面内不均一性だけでなくエッチングパターンのプロファイル等にも依存し、発生する箇所が不定であり、特許文献１に記載の技術では有効に解消することはできない。
特開２００１−１８５５４２号公報

上記のようなチャージングダメージを防止するうえで、プラズマ生成に用いる高周波のパワーをデューティ可変なＨレベル／ＬレベルまたはＯＮ／ＯＦＦのパルスで変調する方式が有効とされる。

しかしながら、上記のようにプラズマ処理に用いる高周波のパワーをパルス変調する方式は、高周波のパワーがパルス周波数で周期的に変化することによって、プラズマないしイオンシースのインピーダンスが周期的に変動し、これに整合器のオートマッチング機能が追従できず、処理容器内のプラズマ生成・分布特性あるいはイオンエネルギーの変動を招いてプロセスの再現性がとれないことや、反射波によって高周波電源がオーバーヒートや故障を来たすなどの課題があり、量産装置への適用が困難であった。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、プラズマ処理に用いる高周波のパワーを周期的に変調する方式において、プラズマまたはイオンシースのインピーダンス変動や高周波電源への反射を可及的に少なくして、プロセスの安定性・再現性および高周波電源の安全保護を保証する実用性の高いプラズマ処理装置、プラズマ処理方法およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を支持する第１電極と、前記処理容器内で前記第１電極の上に設定された処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で前記処理ガスを励起してプラズマを生成するプラズマ励起部と、前記プラズマ中のイオンを前記被処理基板に引き込むために前記第１電極に第１高周波を印加する第１高周波給電部と、前記第１高周波のパワーを所定の周期で変調する第１高周波パワー変調部と、前記第１高周波のパワー変調に実質的に同期して前記第１高周波の周波数を変調する第１周波数変調部とを有する。

上記の装置構成においては、第１高周波パワー変調部がプラズマ中のイオンを基板に引き込むための第１高周波のパワーを所定の周期で変調して、被処理基板に入射するイオンのエネルギーを時間的に制御する一方で、第１周波数変調部が第１高周波のパワー変調に実質的に同期して第１高周波の周波数を変調することにより、パワー変調に伴うシース容量の変動をキャンセルして、プラズマインピーダンスの変動ひいてはプラズマからの反射を抑制し、プロセスの安定性・再現性を図ることができる。

本発明の好適な一実施態様において、第１高周波パワー変調部は、１サイクルを第１、第２、第３および第４のステートに分割し、第１高周波のパワーが前記第１ステートでは第１パワー設定値を維持し、第２ステートでは第１パワー設定値からそれよりも高い第２パワー設定値に遷移し、第３ステートでは第２パワー設定値を維持し、第４ステートでは第２パワー設定値から第１パワー設定値に遷移するように、第１高周波のパワーを制御する。一方、第１周波数変調部は、第１高周波の周波数が第１ステートでは第１周波数設定値を維持し、第２ステートでは第１周波数設定値からそれよりも高い第２周波数設定値に遷移し、第３ステートでは第２周波数設定値を維持し、第４ステートでは第２周波数設定値から第１周波数設定値に遷移するように、第１高周波の周波数を制御する。第１高周波のパワーと周波数との間に上記のような同期関係を持たせることで、所望のプロセス特性またはプロセス性能を得るために第１高周波のパワー変調を任意に設定しても、周波数変調によってパワー変調に伴うプラズマインピーダンスの変動や反射を効果的に補償（抑制）することができる。

また、好適な一実施態様においては、第１高周波給電部が、第１高周波を発生する第１高周波電源と、この第１高周波電源の出力端子と第１電極との間に電気的に接続された可変リアクタンス素子を含む整合回路と、この整合回路を含めた負荷インピーダンスを測定するためのセンサと、このセンサの出力信号に応答して負荷インピーダンスを基準インピーダンスに一致させるように可変リアクタンス素子を可変するコントローラとを含む整合器と、第１ステートまたは第３ステートのいずれか一方においてインピーダンスの整合がとれるように整合器を制御するマッチング制御部とを有する。また、第１電極側から第１高周波電源へ伝送線路上を伝播してくる反射波のパワーを測定する反射波測定部が備えられる。

好ましくは、第３ステートにおいてインピーダンスの整合をとる場合、マッチング制御部は、第３ステートの中に設定された所定期間の間だけセンサの出力信号をコントローラにフィードバックさせる。この場合、第１周波数変調部は、第１ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように第１周波数設定値を選定する。

好ましくは、第１ステートにおいてインピーダンスの整合をとる場合、マッチング制御部は、第１ステートの中に設定された所定期間の間だけセンサの出力信号をコントローラにフィードバックさせる。この場合は、第１周波数変調部は、第３ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように第３周波数設定値を選定する。

第２ステートに関して、好ましくは、第２ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように、第１高周波パワー変調部が第１高周波のパワーを所定の立ち上がり特性で第１パワー設定値から第２パワー設定値に遷移させると同時に、第１周波数変調部が第１高周波の周波数を所定の立ち上がり特性で第１周波数設定値から第２周波数設定値に遷移させる。

第４ステートに関して、好ましくは、第４ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように、第１高周波パワー変調部が第１高周波のパワーを所定の立ち下がり特性で第２パワー設定値から第１パワー設定値に遷移させると同時に、第１周波数変調部が第１高周波の周波数を所定の立ち下がり特性で第２周波数設定値から第１周波数設定値に遷移させる。

別の好適な一態様においては、第１高周波パワー変調部が、第１ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値（好ましくは移動平均値）に基づいて、後続の第１ステート中に負荷に供給されるロードパワーが目標値に一致するように第１パワー設定値を補正する。また、第１高周波パワー変調部は、第３ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値（好ましくは移動平均値）に基づいて、後続の第３ステート中に負荷に供給されるロードパワーが目標値に一致するように第３パワー設定値を補正する。

好適な一態様において、プラズマ励起部は、処理容器内で第１電極と平行に向かい合って配置される第２電極と、処理ガスのプラズマを生成するのに適した周波数の第２高周波を第２電極に印加する第２高周波給電部とを有する。別の好適な一態様におけるプラズマ励起部は、処理容器内で第１電極と平行に向かい合って配置される第２電極と、処理ガスのプラズマを生成するのに適した周波数の第２高周波を第１電極に印加する第２高周波給電部とを有する。この場合、第２周波数変調部を備え、第１高周波のパワー変調に実質的に同期して第２高周波の周波数を変調することも可能である。あるいは、第２高周波パワー変調部を備え、第１高周波のパワー変調に実質的に同期して第２高周波のパワーを変調してもよい。

本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で前記処理ガスを励起してプラズマを生成するために前記処理容器の中または近傍に配置された第１電極またはアンテナに第１高周波を印加する第１高周波給電部と、前記第１高周波のパワーを所定の周期で変調する第１高周波パワー変調部と、前記第１高周波のパワー変調に実質的に同期して前記第１高周波の周波数を変調する第１周波数変調部とを有する。

上記の装置構成においては、第１高周波パワー変調部がプラズマ生成に寄与する第１高周波のパワーを所定の周期で変調して、たとえばチャージングダメージの防止を図るためにプラズマ密度を時間的に制御する一方で、第１周波数変調部が第１高周波のパワー変調に実質的に同期して第１高周波の周波数を変調することにより、パワー変調に伴うプラズマ容量の変動をキャンセルして、プラズマインピーダンスの変動ひいてはプラズマからの反射を抑制し、プロセスの安定性・再現性を図ることができる。

本発明の好適な一実施態様において、第１高周波パワー変調部は、１サイクルを第１、第２、第３および第４のステートに分割し、第１高周波のパワーが第１ステートでは第１パワー設定値を維持し、第２ステートでは第１パワー設定値からそれよりも高い第２パワー設定値に遷移し、第３ステートでは第２パワー設定値を維持し、第４ステートでは第２パワー設定値から第１パワー設定値に遷移するように、第１高周波のパワーを制御する。一方、第１周波数変調部は、第１高周波の周波数が第１ステートでは第１周波数設定値を維持し、第２ステートでは第１周波数設定値からそれよりも低い第２周波数設定値に遷移し、第３ステートでは第２周波数設定値を維持し、第４ステートでは第２周波数設定値から第１周波数設定値に遷移するように、第１高周波の周波数を制御する。第１高周波のパワーと周波数との間に上記のような同期関係を持たせることで、所望のプロセス特性またはプロセス性能を得るために第１高周波のパワー変調を任意に設定しても、周波数変調によってパワー変調に伴うプラズマインピーダンスの変動や反射を効果的に補償（抑制）することができる。

また、好適な一実施態様においては、第１高周波給電部が、第１高周波を発生する第１高周波電源と、この第１高周波電源の出力端子と第１電極との間に電気的に接続された可変リアクタンス素子を含む整合回路と、この整合回路を含めた負荷インピーダンスを測定するためのセンサと、このセンサの出力信号に応答して負荷インピーダンスを基準インピーダンスに一致させるように可変リアクタンス素子を可変するコントローラとを含む整合器と、第１ステートまたは第３ステートのいずれか一方においてインピーダンスの整合がとれるように整合器を制御するマッチング制御部とを有する。第１電極側から第１高周波電源へ伝送線路上を伝播してくる反射波のパワーを測定する反射波測定部が備えられる。

好ましくは、第３ステートにおいてインピーダンスの整合をとる場合、マッチング制御部は、第３ステートの中に設定された所定期間の間だけセンサの出力信号をコントローラにフィードバックさせる。この場合、第１周波数変調部は、第１ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように第１周波数設定値を選定する。

好ましくは、第１ステートにおいてインピーダンスの整合をとる場合、マッチング制御部は、第１ステートの中に設定された所定期間の間だけセンサの出力信号をコントローラにフィードバックさせる。この場合は、第１周波数変調部は、第３ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように第３周波数設定値を選定する。

第２ステートに関して、好ましくは、第２ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように、第１高周波パワー変調部が第１高周波のパワーを所定の立ち上がり特性で第１パワー設定値から第２パワー設定値に遷移させると同時に、第１周波数変調部が第１高周波の周波数を所定の立ち下がり特性で第１周波数設定値から第２周波数設定値に遷移させる。

第４ステートに関して、好ましくは、第４ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように、第１高周波パワー変調部が第１高周波のパワーを所定の立ち下がり特性で第２パワー設定値から第１パワー設定値に遷移させると同時に、第１周波数変調部が第１高周波の周波数を所定の立ち上がり特性で第２周波数設定値から第１周波数設定値に遷移させる。

別の好適な一態様においては、第１高周波パワー変調部が、第１ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値（好ましくは移動平均値）に基づいて、後続の第１ステート中に負荷に供給されるロードパワーが目標値に一致するように第１パワー設定値を補正する。また、第１高周波パワー変調部は、第３ステート中に反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値（好ましくは移動平均値）に基づいて、後続の第３ステート中に負荷に供給されるロードパワーが目標値に一致するように第３パワー設定値を補正する。

好適な一態様においては、プラズマ生成用の第１高周波を印加される第１電極が処理容器内で被処理基板を支持する。別の好適な一態様においては、プラズマ生成用の第１高周波を印加される第１電極が処理容器内で被処理基板を支持する第２電極と平行に向かい合う。この場合、プラズマからイオンを基板に引き込むために、第２高周波給電部からの第２高周波を第１電極に印加してもよい。

本発明の第１の観点におけるプラズマ処理方法は、真空排気可能な処理容器の中またはその近傍に設けられた電極またはアンテナに印加する高周波のパワーを一定周期で変調するプラズマ処理方法であって、前記高周波のパワー変調に実質的に同期して前記高周波の周波数を変調する。

上記プラズマ処理方法においては、第１高周波のパワーを所定の周期で変調して、プラズマ密度あるいはイオンエネルギーを時間的に制御する一方で、第１高周波のパワー変調に実質的に同期して第１高周波の周波数を変調することにより、パワー変調に伴うプラズマ容量の変動をキャンセルして、プラズマインピーダンスの変動ひいてはプラズマからの反射を抑制し、プロセスの安定性・再現性を図ることができる。

本発明の好適な一態様においては、１サイクル内で、第１高周波のパワーおよび周波数を少なくとも２段階に同時に可変する。

また、本発明におけるコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、本発明のプラズマ処理方法が行われるようにプラズマ処理装置を制御する。

本発明のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法あるいはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体によれば、上記のような構成および作用により、プラズマ処理に用いる高周波のパワーを所望のプロセス特性を得るために周期的に変調しても、プラズマまたはイオンシースのインピーダンス変動や高周波電源への反射を可及的に少なくして、プロセスの安定性・再現性および高周波電源の安全保護を保証することができる。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、容量結合型の平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が下部電極として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部１４により非接地で支持されている。この筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状内壁部１６とチャンバ１０の側壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の底に排気口２０が設けられている。この排気口２０には排気管２２を介して排気装置２４が接続されている。排気装置２４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２６が取り付けられている。

サセプタ１２には、高周波電源２８がＲＦケーブル３０、下部整合器３２および下部給電棒３４を介して電気的に接続されている。高周波電源２８は、サセプタ１２上の半導体ウエハＷに引き込まれるイオンのエネルギーを制御するのに適した周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以下）を有するバイアス制御用の高周波（ＬＦ）を出力する。この実施形態の高周波電源２８は、制御部８０の制御の下で、バイアス制御用高周波（ＬＦ）のパワーをパルス変調（ＡＭ変調）できるだけでなく、その周波数もパルス変調（ＦＭ変調）できるように構成されている。ＲＦケーブル３０は、たとえば同軸ケーブルからなる。

下部整合器３２には、後述するように、高周波電源２８側のインピーダンスと負荷（電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合回路が収容されるとともに、オートマッチング用のＲＦセンサ、ステップモータ、コントローラ等も備わっている。

一般に、プラズマ処理装置においては、処理容器の中または近傍に配置された電極またはアンテナに高周波を印加する高周波給電部は、高周波を出力する高周波電源だけでなく、負荷側（電極、プラズマ、チャンバ）のインピーダンスと高周波電源側のインピーダンスとの間で整合（マッチング）をとるための整合器を備えている。高周波電源は通常５０Ωの純抵抗出力になるように設計されるため、整合器も含めた負荷側のインピーダンスが５０Ωになるように、整合器内のインピーダンスが設定または調節される。この種の整合器は、整合回路内に１個または複数の可変リアクタンス素子（可変コンデンサ、可変インダクタンスコイル等）を含み、ステップモータ等により可変範囲内の各ステップ位置またはポジションを選択することで整合器内のインピーダンスひいては負荷インピーダンスを可変調整できるように構成されている。プラズマ処理中には、圧力変動などによってプラズマ・インピーダンスが変わると、整合器のオートマッチング機能が働いて、それら可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変調整して自動的に負荷インピーダンスを補正して整合ポイント（５０Ω）に合わせるようになっている。

サセプタ１２は半導体ウエハＷよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ１２の上面には、処理対象の半導体ウエハＷが載置され、その半導体ウエハＷを周囲にフォーカスリング３６が取り付けられる。このフォーカスリング３６は、半導体ウエハＷの被エッチング材に応じて、たとえばＳi，ＳiＣ，Ｃ，ＳiＯ2の中のいずれかの材質で構成されている。

サセプタ１２の上面には、ウエハ吸着用の静電チャック３８が設けられている。この静電チャック３８は、膜状または板状の誘電体の中にシート状またはメッシュ状の導電体を挟んだもので、サセプタ１２の上面に一体形成または一体固着されており、該導電体にはチャンバ１０の外に配置される直流電源４０がスイッチ４２および高圧線４４を介して電気的に接続されている。直流電源４０より印加される直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷを静電チャック３８上に吸着保持できるようになっている。

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室４６が設けられている。この冷媒室４６には、チラーユニット（図示せず）より配管４８，５０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック３８上の半導体ウエハＷの温度を制御できる。さらに、ウエハ温度の精度を一層高めるために、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５２およびサセプタ１２内部のガス通路５４を介して静電チャック３８と半導体ウエハＷとの間に供給される。

チャンバ１０の天井には、サセプタ１２と平行に向かい合って上部電極を兼ねるシャワーヘッド５６が設けられている。このシャワーヘッド５６は、サセプタ１２と向かい合う電極板５８と、この電極板５８をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体６０とを有し、電極支持体６０の内部にガス室６２を設け、このガス室６２からサセプタ１２側に貫通する多数のガス吐出孔６４を電極支持体６０および電極板５８に形成している。電極板５８とサセプタ１２との間の空間Ｓがプラズマ生成空間ないし処理空間となる。ガス室６２の上部に設けられるガス導入口６２ａには、処理ガス供給部６５からのガス供給管６６が接続されている。電極板５８はたとえばＳi、ＳiＣあるいはＣからなり、電極支持体６０はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。

シャワーヘッド５６とチャンバ１０の上面開口縁部との間は、たとえばアルミナからなるリング形状の絶縁体６８が気密に塞いでいる。シャワーヘッド５６は電気的に非接地でチャンバ１０に取り付けられており、別の高周波電源７０がＲＦケーブル７２、上部整合器７４および上部給電棒７６を介してシャワーヘッド５６に電気的に接続されている。高周波電源７０は、高周波放電つまりプラズマ生成に適した周波数（好ましくは４０ＭＨｚ以上）を有する高周波（ＨＦ）を無変調つまり一定パワーおよび一定周波数で出力する。ＲＦケーブル７２は、たとえば同軸ケーブルからなる。整合器７４には、高周波電源７０側のインピーダンスと負荷（電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合回路が収容されるとともに、オートマッチング用のＲＦセンサ、ステップモータ、コントローラ等も備わっている。

制御部８０は、後述するようにマイクロコンピュータおよび各種インタフェースを含み、外部メモリまたは内部メモリに格納されるソフトウェア（プログラム）およびレシピ情報にしたがって、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２４、高周波電源２８，７０、整合器３２，７４、直流電源スイッチ４２、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）および処理ガス供給部６５等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。

このプラズマエッチング装置において、エッチングを行うには、先ずゲートバルブ２６を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３８の上に載置する。そして、処理ガス供給部６５よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量でチャンバ１０内に導入し、排気装置２４によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源７０より上部整合器７４を介してプラズマ生成用の高周波（ＨＦ）を上部電極５６に印加すると同時に、高周波電源２８から下部整合器３２を介してバイアス制御用の高周波（ＬＦ）をサセプタ１２に印加する。また、直流電源４０より直流電圧を静電チャック３８に印加して、半導体ウエハＷを静電チャック３８上に固定する。シャワーヘッド５６より吐出されたエッチングガスは両電極１２，５６間で高周波放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷ表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。

この容量結合型プラズマエッチング装置は、上部電極（シャワーヘッド）５６にプラズマ生成に適した比較的高い周波数（４０ＭＨｚ以上）の高周波（ＨＦ）を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。それと同時に、サセプタ１２にイオン引き込みに適した比較的低い周波数（１３．５６ＭＨｚ以下）の高周波（ＬＦ）を印加することにより、イオンエネルギーをより精細に制御し、異方性エッチングの加工精度を高めることができる。

さらに、バイアス制御用高周波（ＬＦ）のパワーを制御部８０の制御により高周波電源２８においてデューティ可変なＨレベル／ＬレベルまたはＯＮ／ＯＦＦのパルスで変調することにより、半導体ウエハＷに入射するイオンのエネルギーを時間的に制御して選択性等の加工特性を一層向上させることができる。

図２に、この実施形態におけるパルス変調方式の基本的な手法を示す。この実施形態では、バイアス制御用高周波（ＬＦ）のパワーをプロセスに応じた一定の周波数（たとえば１０ｋＨｚ）およびデューティ（たとえば５０％）でパルス変調するだけでなく、ＬＦパワーのパルス変調に同期してその周波数（ＬＦ周波数）もパルス変調する。すなわち、ＬＦパワーとＬＦ周波数との間に、１サイクル内で、ＬＦパワーがＨレベルの設定値Ｐ_A（たとえば５００Ｗ）を維持する期間Ｔ_Aの間はＬＦ周波数もＨレベルの設定値Ｆ_A（たとえば１３．５６ＭＨｚ）を維持し、ＬＦパワーがレベルの設定値Ｐ_B（たとえば１００Ｗ）を維持する期間Ｔ_Bの間はＬＦ周波数もＬレベルの設定値Ｆ_B（たとえば１２．０５ＭＨｚ）を維持するような同期関係を持たせる。ここで、ＬＦ周波数のＨレベル／Ｌレベルは２つの異なる周波数設定値間の相対的な高低関係を意味し、Ｈレベルが相対的に高い方の周波数設定値で、Ｌレベルが相対的に低い方の周波数設定値である。

なお、図２ではＬＦパワーのパルス変調とＬＦ周波数のパルス変調とを全く同じタイミング（同一位相、同一デューティ）で行っているが、現実的には、時間軸上でＬＦパワーやＬＦ周波数が変化するタイミング（位相、デューティ）にずれが生じてもよい。ただし、パルス変調の周波数はＬＦパワーとＬＦ周波数とで同期または一致させる必要がある。

サセプタ１２にバイアス制御用の高周波（ＬＦ）を印加する場合は、ＬＦパワーとサセプタ１２上に形成されるイオンシースの厚さ（下部シース厚さ）との間に一定の比例関係があり、ＬＦパワーがＨレベルの一定の値_Aをとる時は下部シース厚さもＨレベルの或る値Ｄ_Aになり、ＬＦパワーがＬレベルの一定の値Ｐ_Bをとる時は下部シース厚さもＬレベルの或る値Ｄ_Bになる。ここで、下部シースの厚さが大きいほどそのシース容量（キャパシタンス）は小さくなり、下部シースの厚さが小さいほどシース容量は大きくなる。

この実施形態では、制御部８０の制御の下で、下部整合器３２が、Ｈレベル期間Ｔ_Aにおける負荷側のインピーダンスを高周波電源２８側のインピーダンスにマッチングさせるように動作し、Ｌレベル期間Ｔ_B中の負荷インピーダンスを無視（非検知）するようになっている。もっとも、そのようにすると、Ｈレベル期間Ｔ_Aにおいて下部シース厚さがＨレベルの値Ｄ_Aでインピーダンスマッチングがとれている状態から、Ｌレベル期間Ｔ_Bに移行すると下部シース厚さがＨレベルの値Ｄ_AからＬレベルの値Ｄ_Bに変じた分だけ（つまり下部シース容量が増大した分だけ）共振点からずれてインピーダンスマッチングがとれなくなる。そこで、Ｌレベル期間Ｔ_Bにおけるそのようなインピーダンスマッチングのずれを極力少なくするために、下部シース厚さの減少つまりシース容量（キャパシタンス）の増大をキャンセルするように、ＬＦ周波数をＨレベルのときの基準周波数Ｆ_Aよりも適当に低いＬレベルの値Ｆ_Bまで下げる。

このように、この実施形態のパルス変調方式においては、Ｈレベル期間Ｔ_A中は下部整合器３２のオートマッチング機能により高周波電源２８と負荷との間でインピーダンスマッチングをとり、Ｌレベル期間Ｔ_B中は下部整合器３２が負荷インピーダンスに応答しないで代わりに高周波電源２８がＬＦ周波数を適宜下げる手法でインピーダンスマッチングのずれを補正するようにしている。したがって、ＬＦパワーがＨレベルとＬレベルとの間で周期的に変化することによって、下部シースの容量が周期的で変動しても、プラズマインピーダンスないし負荷インピーダンスの急激な変動はないので、下部整合器３２のオートマッチングがハンチングを起こすおそれはなく、プラズマ負荷から高周波電源２８への反射を効果的に抑制することができる。

図３に、この実施形態のパルス変調方式におけるＬＦパワーとＬＦ周波数との間の同期関係をより詳細に示す。図示のように、パルス変調の１サイクルが４つのステート、すなわち第１ステートＴ_B、第２ステートＴ_C、第３ステートＴ_Aおよび第４ステートＴ_Dに分割される。ここで、第１ステートＴ_Bは上記Ｌレベル期間に対応し、第３ステートＴ_Aは上記Ｈレベル期間に対応する。第２ステートＴ_Cは、ＬＦパワーおよびＬＦ周波数をそれぞれＬレベルの設定値Ｐ_B，Ｆ_BからＨレベルの設定値Ｐ_A，Ｆ_Aに遷移させる期間である。第４ステートＴ_Dは、ＬＦパワーおよびＬＦ周波数をそれぞれＨレベルの設定値Ｐ_A，Ｆ_AからＬレベルの設定値Ｐ_B，Ｆ_Bに遷移させる期間である。

第３ステートＴ_Aの期間中は、上記のように、下部整合器３２のオートマッチングによりインピーダンスマッチングがとられるので、負荷のプラズマから高周波電源２８にはね返ってくるＬＦ反射波のパワーは非常に低い（Ｊ_A）。第１ステートＴ_Bの期間中も、上記のように、ＬＦ周波数のパルス変調によりインピーダンスマッチングのずれが補正されるので、ＬＦ反射パワーが相当低いレベルＪ_Bに抑え込まれる。しかし、第２ステートＴ_Cおよび第４ステートＴ_Dの期間中は、オートマッチングの機能あるいはその補償機能が実質的に働かないため、インパルス状のＬＦ反射パワーが発生する。

そのような第２ステートＴ_Cおよび第４ステートＴ_DにおけるＬＦ反射パワーの変動に下部整合器３２が感応したならば、オートマッチングの安定性・精度が低下して第３ステートＴ_AにおけるＬＦ反射パワーが増大し、ひいては第１ステートＴ_BにおけるＬＦ反射パワーも増大してしまう。

この実施形態では、制御部８０が、高周波電源２８を通じてパルス変調の時間的な特性（周波数、デューティ、位相等）の一切を制御しており、第１〜第４ステートを順次かつ繰り返し切り換えるタイミングも全て管理している。さらに、制御部８０は、下部整合器３２が負荷インピーダンスに感応するサイクルないし期間も制御しており、図３に示すように、第３ステートＴ_Aの中に、第２ステートＴ_Cの終端または第４ステートＴ_Dの始端にかからないタイミングで、整合器感応期間Ｔ_Mを設定している。

図４に、この実施形態における高周波電源２８および下部整合器３２の構成を示す。高周波電源２８は、周波数可変の正弦波を発振出力する発振器８２と、この発振器８２より出力された正弦波のパワーを可変の増幅率で増幅するパワーアンプ８４とを備えている。制御部８０は、発振器８２を通じてＬＦ周波数のパルス変調または可変制御を行い、パワーアンプ８４を通じてＬＦパワーのパルス変調または可変制御を行う。

下部整合器３２は、少なくとも１つの可変リアクタンス素子を含む整合回路９０と、この整合回路９０の各可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを個別に可変制御するためのコントローラ９２と、整合回路９０を含めた負荷インピーダンスを測定する機能を有するＲＦセンサ９４とを有している。

図示の例では、整合回路９０が２つの可変コンデンサＣ₁，Ｃ₂と１つのインダクタンスコイルＬ₁とからなるＴ形回路として構成され、コントローラ９２がステップモータ９６，９８を通じて可変コンデンサＣ₁，Ｃ₂のインピーダンス・ポジションを可変制御するようになっている。ＲＦセンサ９４は、たとえばその設置位置における伝送線路上のＲＦ電圧およびＲＦ電流をそれぞれ検出する電圧センサおよび電流センサを有し、電圧測定値および電流測定値から負荷インピーダンスの測定値を複素数表示で求める。コントローラ９２は、たとえばマイクロコンピュータからなり、ＲＦセンサ９４より負荷インピーダンスの測定値をゲート回路１００を介して受け取り、制御部８０からは各種の設定値やコマンドを受け取る。

ゲート回路１００は、制御部８０の制御の下で、パルス変調の各サイクルにおいて第３ステートＴ_A内に設定された整合器感応期間Ｔ_M（図３）の間だけＲＦセンサ９４の出力信号（負荷インピーダンス測定値）をコントローラ９２に与える。これにより、コントローラ９２は、第３ステートＴ_A内の整合器感応期間Ｔ_M中だけＲＦセンサ９４の出力信号を入力し、負荷インピーダンス測定値が基準インピーダンスまたは整合ポイント（通常５０Ω）に一致するように、ステップモータ９６，９８を通じて可変コンデンサＣ₁，Ｃ₂のインピーダンス・ポジションを可変制御する。

この実施形態では、高周波電源２８の出力端子に負荷側から伝送線路上を伝播してくる反射波を受信して反射波のパワーを測定する反射波測定回路１０２も備わっている。後述するように、制御部８０は、反射波測定回路１０２より受け取る反射パワー測定値に基づいて、パルス変調の各ステートにおける各種パラメータの選定や制御を行うようにしている。

上記のように、この実施形態におけるＬＦ周波数のパルス変調では、第１ステートＴ_B中にＬＦ周波数を第３ステートＴ_AのときのＨレベルの基準周波数Ｆ_Aよりも適当に低いＬレベルの値Ｆ_Bまで下げるようにしている。

図５に、Ｌレベルの周波数設定値Ｆ_Bを決定するために制御部８０で実行されるプログラムの手順を示す。このフローは、システムの起動を開始した直後で、上記のような制御部８０および下部整合器３２によるオートマッチチングが安定してから実行されてよい。

先ず、初期化で所要のパラメータおよび設定値を取り込む（ステップＳ₁）。そして、前サイクルの第４ステートＴ_Dから現サイクルの第１ステートＴ_Bに切り換わったなら（ステップＳ₂）、パワーアンプ８４を通じてＬＦパワーをＬレベルの設定値Ｐ_Bに制御するとともに、発振器８２を通じてＬＦ周波数をＬレベルの仮周波数設定値Ｆ_B(1)に制御する（ステップＳ₃）。そして、当該第１ステートＴ_B中に設定されたＬＦパワー測定期間に反射波測定回路１０２がＬＦ反射パワーを検知して測定値（実効値または平均値）Ｊ_B(1)を求め、制御部８０はメモリ上でＬＦ反射パワー測定値Ｊ_B(1)を仮設定値Ｆ_B(1)に対応づける（ステップＳ₄）。

各サイクル毎に第１ステートＴ_Bの仮周波数設定値Ｆ_B(n)を図６に示すように一定のステップ幅でディクリメントし、または図７に示すように一定のステップ幅でインクリメントして、ＬＦ反射パワー測定値Ｊ_B(n)を仮周波数設定値Ｆ_B(n)に対応づけて記録し、この一連の処理を所定回数繰り返す（ステップＳ₂〜Ｓ₆）。なお、図６および図７では、第２ステートＴ_Cおよび第４ステートＴ_Dを省略している。

そして、測定値データを例えば図８に示すようにグラフ化し、最小自乗法等により求められるＬＦ反射パワーの最小値Ｊ_Bmまたはその付近の値に対応するＬＦ周波数を割り出し、これを第１ステートＴ_BにおけるＬレベルの周波数設定値Ｆ_Bとする（ステップＳ₇）。

なお、各サイクル毎に第１ステートＴ_Bの仮周波数設定値を一定のステップ幅でディクリメントまたはインクリメントする代わりに、図９に示すように複数サイクルに亘って第１ステートＴ_B中にＬＦ周波数を一定の上昇率または減少率で連続的にスイープする手法も可能である。

また、上記のようなフロー（図５）を使う代わりに、過去のデータおよびプロセス条件（たとえばＨＦ／ＬＦパワー、圧力、ガス種等）を基に下部シース厚さを推定して、下部シース厚さを変数とする所定の演算式から第１ステートＴ_BにおけるＬレベルの周波数設定値Ｆ_Bを選定ないし決定することも可能である。この場合、反射波測定回路１０２より得られるＬＦ反射パワー測定値を基に周波数設定値Ｆ_Bの検証や再選定を行ってよい。

図１０に、第２ステートＴ_CにおいてＬＦパワーおよびＬＦ周波数をそれぞれＬレベルからＨレベルに遷移させる特性（立ち上がり特性）を決定するために制御部８０で実行されるプログラムの手順を示す。図１１に、このフローの作用を示す。このフローは、上記のような手法によって第３ステートＴ_Aおよび第１ステートＴ_Bに係る各種パラメータの設定値を確定し、両ステートＴ_B，Ｔ_A中のＬＦ反射パワーを低いレベルＪ_B，Ｊ_Aに抑え込んで安定にしてから、実行されてよい。

先ず、初期化で所要のパラメータおよび設定値を取り込む（ステップＳ₁₀）。そして、第１ステートＴ_Bから第２ステートＴ_Cに切り換わったなら（ステップＳ₁₁）、パワーアンプ８４および発振器８２を通じてＬＦパワーおよびＬＦ周波数をそれぞれ仮の遷移特性Ｐ_(n)，Ｆ_(n)で立ち上げる（ステップＳ₁₂）。ここで、仮の遷移特性Ｐ_(n)，Ｆ_(n)はそれぞれ独立に設定され、図１１に示すように、遷移（立ち上げ）の開始時間ｔ_ps，ｔ_fsおよび終了時間ｔ_pe，ｔ_fe、遷移変化関数等をパラメータとしている。遷移変化関数は、勾配一定の直線ＰＬ，ＦＬに限らず、対数関数的な曲線ＰＥ，ＦＥやＮ次関数（Ｎ≧２）または指数関数的な曲線ＰＮ，ＦＮ等でもよい。

そして、第２ステートＴ_Cの期間中に反射波測定回路１０２がＬＦ反射パワーを測定し、制御部８０はその測定値を現時点でのＬＦ反射パワー測定値の最小値と比較し（ステップＳ₁₃）、その比較で小さかった方をＬＦ反射パワー測定値の新たな最小値とする（ステップＳ₁₄）。なお、第１回目のときは、その時点での最小測定値は存在していないので、無条件で第１回目の測定値を最小値とする。ＬＦ反射パワーの測定値は、インパルス波形のピーク値、平均値または積分値として求められてよい。

各サイクル毎にＬＦパワーおよびＬＦ周波数の仮の遷移特性Ｐ_(n)，Ｆ_(n)を適宜または順次変更して、上記のような第２ステートＴ_CにおけるＬＦ反射パワーの測定、比較、最小値更新等の一連の処理を所定回数繰り返す（ステップＳ₁₁〜Ｓ₁₆）。その結果、逐次更新され最後に残ったＬＦ反射パワー測定値の最小値をデータベースに照会して適性な値または許容範囲内の値であるか否かを確認し（ステップＳ₁₇〜Ｓ₁₈）、適正であればそのＬＦ反射パワー測定値が得られたときの仮の遷移特性Ｐ_(n)，Ｆ_(n)を正規の遷移特性として設定する（ステップＳ₁₉）。データベースへの照会（ステップＳ₁₇）で今回得られたＬＦ反射パワー測定値の最小値が適正なものでない場合は、初期化における各種パラメータまたは設定値を適宜変更して上記フローを最初からやり直す（ステップＳ₁₇〜Ｓ₁₀）。

詳細な説明を省略するが、第４ステートＴ_DにおいてＬＦパワーおよびＬＦ周波数をそれぞれＨレベルからＬレベルに遷移させる特性（立ち下がり特性）も、上述したフロー（図１０）と同様の手順によって決定することができる。

次に、この実施形態のパルス変調においてエッチングプロセスの安定性・再現性を一層向上させるためにＬＦパワーを制御する手法を説明する。

上記のように、この実施形態においては、Ｌレベルの第１ステートＴ_BではＬＦ周波数のパルス変調により、Ｈレベルの第３ステートＴ_Aでは下部整合器３２のオートマッチングにより、プラズマ負荷から高周波電源２８へのＬＦ反射パワーを可及的に少なくしている。しかしながら、そのようなＬＦ反射パワーが少ないながらも実際に存在することによって、負荷に供給されるパワーつまりロードパワーが設定値または目標値よりも少なければ、イオンエネルギーは不所望に低下する。また、ＬＦ反射パワーが変動した時に、その影響でロードパワーも変動すれば、イオンエネルギーも変動する。こうしたことは、プロセスの安定性・再現性を下げる要因となる。

この実施形態のプラズマエッチング装置は、そのようなＬＦ反射パワーの存在ないし変動を補償する機能も備えている。図１２に、この実施形態においてＬＦパワーを制御するために制御部８０で実行されるプログラムの手順を示す。図１３に、このＬＦパワー制御法の作用の一例を示す。

先ず、初期化で所要のパラメータおよび設定値を取り込む（ステップＳ₂₀）。そして、前サイクルの第４ステートＴ_Dから現サイクルの第１ステートＴ_Bに切り換わったなら（ステップＳ₂₁）、パワーアンプ８４を通じてＬＦパワーを現サイクル用の設定値Ｐ_Bに制御する（ステップＳ₂₂）。そして、当該第１ステートＴ_B中に設定されたＬＦパワー測定期間に反射波測定回路１０２がＬＦ反射パワーを検知して測定値（実効値または平均値）Ｊ_nを求め、制御部８０がそのＬＦ反射パワー測定値Ｊ_nを取り込む（ステップＳ₂₃）。

次いで、制御部８０は、第１ステートＴ_Bにおける次サイクル用のＬＦパワー設定値Ｐ_Bを次の式（１）から求める（ステップＳ₂₄）。
Ｐ_B＝Ｐ_MB＋Ｊ_〜n ・・・・（１）

ここで、Ｐ_MBは第１ステートＴ_B中に負荷に供給すべきロードパワーの目標値であり、Ｊ_〜nは現サイクルの時点におけるＬＦ反射パワー測定値Ｊ_nの移動平均値である。

次に、現サイクルにおいて第２ステートＴ_Cから第３ステートＴ_Aに切り換わったなら（ステップＳ₂₅）、パワーアンプ８４を通じてＬＦパワーを現サイクル用の設定値Ｐ_Aに制御する（ステップＳ₂₆）。そして、当該第３ステートＴ_A中に設定されたＬＦパワー測定期間に反射波測定回路１０２がＬＦ反射パワーを検知して測定値（実効値または平均値）Ｊ_mを求め、制御部８０がそのＬＦ反射パワー測定値Ｊ_mを取り込む（ステップＳ₂₇）。

次いで、制御部８０は、第３ステートＴ_Aにおける次サイクル用のＬＦパワー設定値Ｐ_Aを次の式（２）から求める（ステップＳ₂₈）。
Ｐ_A＝Ｐ_MA＋Ｊ_〜m ・・・・（２）

ここで、Ｐ_MAは第３ステートＴ_A中に負荷に供給すべきロードパワーの目標値であり、Ｊ_〜mは現サイクルの時点におけるＬＦ反射パワー測定値Ｊ_mの移動平均値である。

パルス変調の各サイクル毎に上記一連の処理（ステップＳ₂₁〜Ｓ₂₈）を繰り返すことで、図１３に示すように、第１ステートＴ_Bおよび第３ステートＴ_Aでプラズマ負荷に供給すべきロードパワーにＬＦ反射パワーおよびその変動分（移動平均値）を上乗せしたＬＦパワーが高周波電源２８より出力される。これにより、ＬＦ反射パワーおよびその変動分がキャンセルされ、プラズマ負荷には設定通り（目標値）のロードパワーが安定に供給される。こうして、プロセスの安定性・再現性を一層向上させることができる。なお、上記のようなＬＦ反射パワーおよびその変動分を補償する機能は、第１ステートＴ_Bもしくは第３ステートＴ_Aのいずれかのみについて行ってもよい。

図１４に、本発明の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。図中、上記第１実施形態の装置（図１）と構成または機能的に共通する部分には同一の符号を附している。

このプラズマ処理装置は、サセプタ（下部電極）１２にプラズマ生成用の高周波とバイアス制御用の高周波とを同時に印加するカソードカップル方式（下部２周波印加方式）の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されている。より詳細には、バイアス制御用の高周波（ＬＦ）を発生する高周波電源２８が整合器３２を介してサセプタ１２に電気的に接続されるとともに、プラズマ生成用の高周波（ＨＦ）を発生する高周波電源１０２も整合器１０４を介してサセプタ１２に電気的に接続されている。上部電極（シャワーヘッド）５６は、チャンバ１０に直付けで取り付けられ、チャンバ１０を通じて電気的に接地されている。

このプラズマエッチング装置においても、制御部８０は、バイアス制御用の高周波（ＬＦ）について、高周波電源２８および整合器３２を通じて上記と同様の二重パルス変調、つまりＬＦパワーのパルス変調およびこれに同期したＬＦ周波数のパルス変調を行うことができる。

一方で、そのようなＬＦパルス変調を行うと、下部シース厚さが周期的に変化し、その影響でサセプタ１２から見たＨＦのプラズマインピーダンスが周期的に変化し、これによってプラズマから高周波電源１０２にはね返るＨＦ反射パワーが増大する。ＨＦ反射パワーの増大は、プラズマの密度やその分布特性の低下を来たし、高周波電源１０２の故障の原因にもなる。

そこで、この実施形態では、ＬＦのパルス変調に同期させてＨＦのパワーおよび／または周波数もパルス変調できる構成としている。すなわち、図示省略するが、高周波電源１０２を高周波電源２８と同様に周波数可変の発振器および増幅率可変のパワーアンプで構成し、制御部８０が、該発振器を通じてＨＦ周波数のパルス変調および可変制御を行い、該パワーアンプを通じてＨＦパワーのパルス変調および可変制御を行うようにしている。また、整合器１０４内でＲＦセンサとコントローラとの間にゲート回路が設けられ、制御部８０の制御の下で該ゲート回路が所定の整合器感応期間中だけＲＦセンサの出力信号をコントローラに送るようになっている。さらに、高周波電源１０２の出力端子に負荷側から伝送線路上を伝播してくるＨＦ反射波のパワーを測定するための反射波測定回路（図示せず）も設けられ、制御部８０は該反射波測定回路より受け取る反射パワー測定値に基づいて、ＨＦのパルス変調に係る各種パラメータの選定や制御を行うようにしている。

なお、図１の装置のようにプラズマ生成用の高周波（ＨＦ）を上部電極５６に印加する上下部２周波印加方式においても、制御部８０が高周波電源７０および整合器７４を通じて、この実施形態と同様にＬＦのパルス変調に同期させてＨＦのパワーおよび／または周波数をパルス変調するように構成することも可能である。

図１５に、本発明の第３の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。図中、上記第１実施形態または上記第２実施形態の装置（図１、図１４）と構成または機能的に共通する部分には同一の符号を附している。

このプラズマ処理装置は、サセプタ（下部電極）１２にプラズマ生成用の高周波を印加するカソードカップル方式の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されている。

このプラズマエッチング装置において、高周波電源１０２より４０ＭＨｚ以上の高周波を出力させて、プラズマ密度を高くすると、低イオンエネルギー化すなわち半導体ウエハW上のシース電位が小さくなる（低バイアス化）が、このように低バイアス化が従来と比べて進んだことにより、チャージングダメージ（絶縁破壊）の影響を無視することができなくなりつつある。チャージングダメージは、プラズマから半導体ウエハW（ゲート電極）に流入する電荷量がある閾値を越えたときに生ずる。この流入電荷量は、ウエハW面内におけるシース電位の相対的な差異と相関がある。

従来の低い周波数を用いたプラズマエッチング装置では、シース電位が数百ボルトと大きいため、プラズマ中の電位（プラズマ電位）に面内不均一が生じたとしても、シース電位の変化はウエハ面内において相対的に小さく、半導体ウエハWのゲート電極へ流入する電荷量は閾値を超えることはない。

しかし、この実施形態のような高密度プラズマでは、シース電位が数十ボルト程度と小さいため、プラズマ電位に面内不均一が生じた場合のシース電位の変化は相対的に大きく、ゲート電極への多量の電子流入が起こりやすく、基板表面がプラズマに連続的に曝される時間の長さに依存したチャージングダメージが生じやすい。

また、プラズマプロセスにおいては、プラズマ電位の面内不均一性あるいは回路パターンのプロファイル等が関係して局所的にイオンと電子のバランスがくずれることに起因して基板上の絶縁膜（たとえばゲート酸化膜）にチャージアップが発生することがある。チャージアップの発生した絶縁膜には、蓄積電荷の量に比例した電位勾配または電場がかかる。このようなチャージアップの状態が累積増大してある閾値を越えれば、当該箇所で絶縁膜が損傷し、あるいは破壊してしまう。

この実施形態では、ゲート電極への流入電荷量が閾値を超えないように、あるいはチャージアップによって絶縁膜に蓄積する電荷の量が閾値を越えないように、プラズマ生成状態とプラズマ非生成状態（プラズマを生成していない状態）とが所定周期で交互に繰り返されるようにする。すなわち、連続したプラズマ生成の時間を流入電荷量あるいはチャージアップ電荷量が閾値を超えない程度の短い時間として、その後プラズマが生成しない状態を作り出し、それを断続的に繰り返すのである。プラズマ生成状態の期間中にウエハＷ上の任意の箇所で過分な流入電荷あるいはチャージアップが発生してもプラズマ非生成状態の期間中に余分な電荷または蓄積電荷を周囲に分散させて中和性を回復させるので、流入電荷あるいは蓄積電荷の累積増大を阻止し、絶縁膜のダメージを効果的に防止することができる。これによって、プラズマプロセスの信頼性を大きく改善することができる。

プラズマエッチング中にプラズマ生成状態とプラズマ非生成状態とを交互に繰り返すために、この実施形態では、プラズマ生成用の高周波（ＨＦ）がプラズマを生成させるようなＨレベルの振幅または波高値（つまり実効的なパワー）を有するＨレベルの期間と、プラズマ生成用の高周波（ＨＦ）がプラズマを生成させないようなＬレベルの振幅または波高値（つまり実効的なパワーを有していない）を有するＬレベルの期間とが所定のサイクルで交互に繰り返されるように、制御部８０が高周波電源１０２および整合器１０４を制御するようにしている。

図１６に、この実施形態におけるパルス変調方式の基本的な手法を示す。この実施形態では、ＨＦパワーのパルス変調に同期してその周波数（ＨＦ周波数）もパルス変調する。より詳細には、ＨＦパワーとＨＦ周波数との間に、１サイクル内で、ＨＦパワーがＨレベルの設定値Ｐ_A（たとえば５００Ｗ）を維持する期間Ｔ_Aの間はＨＦ周波数がＬレベルの設定値Ｆ_A（たとえば基準の６０ＭＨｚ）を維持し、ＨＦパワーがＬレベルの設定値Ｐ_B（たとえば１００Ｗ）を維持する期間Ｔ_Bの間はＨＦ周波数がＨレベルの設定値Ｆ_B（たとえば６２．４５ＭＨｚ）を維持するような同期関係を持たせる。この場合も、ＨＦ周波数のＨレベル／Ｌレベルは２つの異なる周波数設定値間の相対的な高低関係を意味し、Ｈレベルが相対的に高い方の周波数設定値で、Ｌレベルが相対的に低い方の周波数設定値である。

容量結合型においては、上部電極と下部電極との間にプラズマが無いときよりも有るときの方がプラズマ容量は大きく、プラズマ密度を高くするほどプラズマ容量は大きくなる。つまり、ＨＦの印加が無いときよりも有るときの方がプラズマ容量は大きく、ＨＦのパワーが高いほどプラズマ容量は大きくなる。

したがって、ＨＦパワーのパルス変調に同期させてＨＦ周波数に逆位相のパルス変調をかけることで、ＨＦパワーのパルス変調に伴ってプラズマ容量が周期的に変化するのを周波数の可変制御でキャンセルして、プラズマインピーダンスの急激な変動を抑えることができる。

したがって、この実施形態のパルス変調方式においても、ＨＦパワーのＨレベル期間Ｔ_A中は整合器１０４のオートマッチング機能により高周波電源１０２と負荷との間でインピーダンスマッチングをとり、ＨＦパワーのＬレベル期間Ｔ_B中は整合器１０４が負荷インピーダンスに応答しないで代わりに高周波電源１０２がＨＦ周波数を適宜上げる手法でインピーダンスマッチングのずれを補正することができる。したがって、ＨＦパワーがＨレベルとＬレベルとの間で周期的に変化することによって、プラズマ容量が周期的に変動しても、プラズマインピーダンスないし負荷インピーダンスの急激な変動はないので、整合器１０４のオートマッチングがハンチングを起こすおそれはなく、負荷（特にプラズマ）側から高周波電源１０２への反射を効果的に抑制することができる。

なお、上記第２実施形態のような下部２周波印加方式のプラズマエッチング装置（図１４）において、プラズマ生成用の高周波（ＨＦ）に対して上記第３実施形態と同様のパルス変調をかけることも可能である。

また、図示省略するが、プラズマ生成用の高周波（ＨＦ）を上部電極に印加するアノードカップル方式のプラズマ処理装置においても、上記第３の実施形態と同様のパルス変調をＨＦにかけてよい。

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは決してなく、種々の変形が可能である。

たとえば、上記の実施形態では、パルス変調をかけられる高周波のパワーがＨレベルの設定値を維持する期間（パワーＨレベルの期間）Ｔ_A内に整合器感応期間を設定し、パワーＨレベルの期間Ｔ_A中にインピーダンスマッチングをとるようにした。しかし、デューティが小さい場合、つまり１サイクル内でパワーＨレベルの期間Ｔ_Aの占める割合が小さくてパワーＬレベルの期間Ｔ_Bの占める割合が大きい場合は、パワーＬレベルの期間Ｔ_B内に整合器感応期間を設定し、パワーＬレベルの期間Ｔ_B中にインピーダンスマッチングをとるようにしてもよい。

図１７に、上記実施形態におけるプラズマエッチング方法を行うために上記プラズマ処理装置（図１、図１４、図１５）の各部の制御および全体のシーケンスを制御する制御部８０の構成例を示す。

この構成例の制御部８０は、バス１５０を介して接続されたプロセッサ（ＣＰＵ）１５２、メモリ（ＲＡＭ）１５４、プログラム格納装置（ＨＤＤ）１５６、フロッピドライブあるいは光ディスクなどのディスクドライブ（ＤＲＶ）１５８、キーボードやマウスなどの入力デバイス（ＫＥＹ）１６０、表示装置（ＤＩＳ）１６２、ネットワーク・インタフェース（ＣＯＭ）１６４、および周辺インタフェース（Ｉ／Ｆ）１６６を有する。

プロセッサ（ＣＰＵ）１５２は、ディスクドライブ（ＤＲＶ）１５８に装填されたＦＤあるいは光ディスクなどの記憶媒体１６８から所要のプログラムのコードを読み取って、ＨＤＤ１５６に格納する。あるいは、所要のプログラムをネットワークからネットワーク・インタフェース１６４を介してダウンロードすることも可能である。そして、プロセッサ（ＣＰＵ）１５２は、各段階または各場面で必要なプログラムのコードをＨＤＤ１５６からワーキングメモリ（ＲＡＭ）１５４上に展開して各ステップを実行し、所要の演算処理を行って周辺インタフェース１６６を介して装置内の各部（特に、排気装置２４、高周波電源２８，７０，１０２、整合器３２，７４，１０４、処理ガス供給部６５等）を制御する。上記実施形態で説明したプラズマエッチング方法を実施するためのプログラムは全てこのコンピュータシステムで実行される。

上記実施形態は、チャンバ内で平行平板電極間の高周波放電によってプラズマを生成する容量結合型プラズマ処理装置に係るものであった。しかし、本発明は、チャンバの上面または周囲にアンテナを配置して誘電磁界の下でプラズマを生成する誘導結合型プラズマ処理装置や、マイクロ波のパワーを用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置等にも適用可能である。

本発明は、プラズマエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。

本発明の第１の実施形態における容量結合型プラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。 第１の実施形態におけるパルス変調方式の基本的な手法を説明するための波形図である。 第１の実施形態のパルス変調方式におけるＬＦパワーとＬＦ周波数との間の同期関係を示す波形図である。 第１の実施形態におけるバイアス制御用の高周波電源および整合器の構成を示す図である。 第１の実施形態においてＬレベルの周波数設定値を決定するためのプログラムの手順を示すフローチャートである。 図５のフローで用いる一手法を説明するための波形図である。 図５のフローで用いる一手法を説明するための波形図である。 図５のフローで測定値データをグラフ化する手法を説明するための図である。 図５のフローで用いる変形例の手法を説明するための波形図である。 ＬＦパワー／周波数の立ち上がり特性を決定するためのプログラムの手順を示すフローチャートである。 図１０のフローの作用を示す波形図である。 ＬＦパワーを制御するためのプログラムの手順を示すフローチャートである。 図１２のフローの作用を示す波形図である。 第２の実施形態におけるプラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。 第３の実施形態におけるプラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。 第３の実施形態におけるパルス変調方式の基本的な手法を説明するための波形図である。 実施形態における制御部の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１０ チャンバ（処理容器）
１２ サセプタ（下部電極）
２４ 排気装置
２８ （バイアス制御用）高周波電源
３２ 下部整合器
５６ 上部電極（シャワーヘッド）
７０ （プラズマ生成用）高周波電源
７２ 上部整合回路
６５ 処理ガス供給部
８０ 制御部
８２ 発振器
８４ パワーアンプ
９０ 整合回路
９２ コントローラ
９４ ＲＦセンサ
１００ ゲート回路
１０２ （プラズマ生成用）高周波電源
１０４ 整合器

Claims (45)

1. 真空排気可能な処理容器と、
   前記処理容器内で被処理基板を支持する第１電極と、
   前記処理容器内で前記第１電極の上に設定された処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   前記処理容器内で前記処理ガスを励起してプラズマを生成するプラズマ励起部と、
   前記プラズマからイオンを前記被処理基板に引き込むために前記第１電極に第１高周波を印加する第１高周波給電部と、
   前記第１高周波のパワーを所定の周期で変調する第１高周波パワー変調部と、
   前記第１高周波のパワー変調に実質的に同期して前記第１高周波の周波数を変調する第１周波数変調部と
   を有するプラズマ処理装置。
2. 前記第１高周波パワー変調部は、１サイクルを第１、第２、第３および第４のステートに分割し、前記第１高周波のパワーが前記第１ステートでは第１パワー設定値を維持し、前記第２ステートでは前記第１パワー設定値からそれよりも高い第２パワー設定値に遷移し、前記第３ステートでは前記第２パワー設定値を維持し、前記第４ステートでは前記第２パワー設定値から前記第１パワー設定値に遷移するように、前記第１高周波のパワーを制御し、
   前記第１周波数変調部は、前記第１高周波の周波数が前記第１ステートでは第１周波数設定値を維持し、前記第２ステートでは前記第１周波数設定値からそれよりも高い第２周波数設定値に遷移し、前記第３ステートでは第２周波数設定値を維持し、前記第４ステートでは前記第２周波数設定値から前記第１周波数設定値に遷移するように、前記第１高周波の周波数を制御する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第１高周波給電部が、
   前記第１高周波を発生する第１高周波電源と、
   前記第１高周波電源の出力端子と前記第１電極との間に電気的に接続された可変リアクタンス素子を含む整合回路と、前記整合回路を含めた負荷インピーダンスを測定するためのセンサと、前記センサの出力信号に応答して前記負荷インピーダンスを基準インピーダンスに一致させるように前記可変リアクタンス素子を可変するコントローラとを含む整合器と、
   前記第１ステートまたは前記第３ステートのいずれか一方においてインピーダンスの整合がとれるように前記整合器を制御するマッチング制御部と
   を有する請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１電極側から前記第１高周波電源へ伝送線路上を伝播してくる反射波のパワーを測定する反射波測定部を有する請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記マッチング制御部が、前記第３ステートの中に設定された所定期間の間だけ前記センサの出力信号を前記コントローラにフィードバックさせる請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記第１周波数変調部は、前記第１ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように前記第１周波数設定値を選定する請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記マッチング制御部が、前記第１ステートの中に設定された所定期間の間だけ前記センサの出力信号を前記コントローラにフィードバックさせる請求項４に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記第１周波数変調部は、前記第３ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように前記第３周波数設定値を選定する請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記第２ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように、前記第１高周波パワー変調部が前記第１高周波のパワーを所定の立ち上がり特性で前記第１パワー設定値から前記第２パワー設定値に遷移させると同時に、前記第１周波数変調部が前記第１高周波の周波数を所定の立ち上がり特性で前記第１周波数設定値から前記第２周波数設定値に遷移させる請求項４〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記第４ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように、前記第１高周波パワー変調部が前記第１高周波のパワーを所定の立ち下がり特性で前記第２パワー設定値から前記第１パワー設定値に遷移させると同時に、前記第１周波数変調部が前記第１高周波の周波数を所定の立ち下がり特性で前記第２周波数設定値から前記第１周波数設定値に遷移させる請求項４〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記第１高周波パワー変調部が、前記第１ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値に基づいて、後続の前記第１ステート中に負荷に供給されるロードパワーが目標値に一致するように前記第１パワー設定値を補正する請求項４〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記第１高周波パワー変調部が、前記第３ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値に基づいて、後続の前記第３ステート中に負荷に供給されるロードパワーが目標値に一致するように前記第３パワー設定値を補正する請求項４〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記反射波測定部より前記反射波パワーの測定値が移動平均値として与えられる請求項１１または請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記プラズマ励起部が、
    前記処理容器内で前記第１電極と平行に向かい合って配置される第２電極と、
    前記処理ガスのプラズマを生成するのに適した周波数の第２高周波を前記第２電極に印加する第２高周波給電部と
    を有する請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記プラズマ励起部が、
    前記処理容器内で前記第１電極と平行に向かい合って配置される第２電極と、
    前記処理ガスのプラズマを生成するのに適した周波数の第２高周波を前記第１電極に印加する第２高周波給電部と
    を有する請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記第１高周波のパワー変調に実質的に同期して前記第２高周波の周波数を変調する第２周波数変調部を有する請求項１４または請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記第１高周波のパワー変調に実質的に同期して前記第２高周波のパワーを変調する第２高周波パワー変調部を有する請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
18. 真空排気可能な処理容器と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器内で前記処理ガスを励起してプラズマを生成するために前記処理容器の中または近傍に配置された第１電極またはアンテナに第１高周波を印加する第１高周波給電部と、
    前記第１高周波のパワーを所定の周期で変調する第１高周波パワー変調部と、
    前記第１高周波のパワー変調に実質的に同期して前記第１高周波の周波数を変調する第１周波数変調部と
    を有するプラズマ処理装置。
19. 前記第１高周波パワー変調部は、１サイクルを第１、第２、第３および第４のステートに分割し、前記第１高周波のパワーが前記第１ステートでは第１パワー設定値を維持し、前記第２ステートでは前記第１パワー設定値からそれよりも高い第２パワー設定値に遷移し、前記第３ステートでは前記第２パワー設定値を維持し、前記第４ステートでは前記第２パワー設定値から前記第１パワー設定値に遷移するように、前記第１高周波のパワーを制御し、
    前記第１周波数変調部は、前記第１高周波の周波数が前記第１ステートでは第１周波数設定値を維持し、前記第２ステートでは前記第１周波数設定値からそれよりも低い第２周波数設定値に遷移し、前記第３ステートでは第２周波数設定値を維持し、前記第４ステートでは前記第２周波数設定値から前記第１周波数設定値に遷移するように、前記第１高周波の周波数を制御する請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
20. 前記第１高周波給電部が、
    前記第１高周波を発生する第１高周波電源と、
    前記第１高周波電源の出力端子と前記第１電極との間に電気的に接続された可変リアクタンス素子を含む整合回路と、前記整合回路を含めた負荷インピーダンスを測定するためのセンサと、前記センサの出力信号に応答して前記負荷インピーダンスを基準インピーダンスに一致させるように前記可変リアクタンス素子を可変するコントローラとを含む整合器と、
    前記第１ステートまたは前記第３ステートのいずれか一方においてインピーダンスの整合がとれるように前記整合器を制御するマッチング制御部と
    を有する請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
21. 前記第１電極側から前記第１高周波電源へ伝送線路上を伝播してくる反射波のパワーを測定する反射波測定部を有する請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
22. 前記マッチング制御部が、前記第３ステートの中に設定された所定期間の間だけ前記センサの出力信号を前記コントローラにフィードバックさせる請求項２１に記載のプラズマ処理装置。
23. 前記第１周波数変調部は、前記第１ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように前記第１周波数設定値を選定する請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
24. 前記マッチング制御部が、前記第１ステートの中に設定された所定期間の間だけ前記センサの出力信号を前記コントローラにフィードバックさせる請求項２１に記載のプラズマ処理装置。
25. 前記第１周波数変調部は、前記第３ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように前記第３周波数設定値を選定する請求項２４に記載のプラズマ処理装置。
26. 前記第２ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように、前記第１高周波パワー変調部が前記第１高周波のパワーを所定の立ち上がり特性で前記第１パワー設定値から前記第２パワー設定値に遷移させると同時に、前記第１周波数変調部が前記第１高周波の周波数を所定の立ち下がり特性で前記第１周波数設定値から前記第２周波数設定値に遷移させる請求項２１〜２５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
27. 前記第４ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように、前記第１高周波パワー変調部が前記第１高周波のパワーを所定の立ち下がり特性で前記第２パワー設定値から前記第１パワー設定値に遷移させると同時に、前記第１周波数変調部が前記第１高周波の周波数を所定の立ち上がり特性で前記第２周波数設定値から前記第１周波数設定値に遷移させる請求項２１〜２６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
28. 前記第１高周波パワー変調部が、前記第１ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値に基づいて、後続の前記第１ステート中に負荷に供給されるロードパワーが目標値に一致するように前記第１パワー設定値を補正する請求項２１〜２７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
29. 前記第１高周波パワー変調部が、前記第３ステート中に前記反射波測定部より得られる反射波パワーの測定値に基づいて、後続の前記第３ステート中に負荷に供給されるロードパワーが目標値に一致するように前記第３パワー設定値を補正する請求項２１〜２８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
30. 前記反射波測定部より前記反射波パワーの測定値が移動平均値として与えられる請求項２８または請求項２９に記載のプラズマ処理装置。
31. 前記処理容器内で前記第１電極が被処理基板を支持する請求項１８〜３０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
32. 前記処理容器内で前記第１電極が被処理基板を支持する第２電極と平行に向かい合う請求項１８〜３０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
33. 前記プラズマからイオンを前記基板に引き込むために前記第１電極に第２高周波を印加する第２高周波給電部を有する請求項３１または請求項３２に記載のプラズマ処理装置。
34. 真空排気可能な処理容器の中またはその近傍に設けられた電極またはアンテナに印加する高周波のパワーを一定周期で変調するプラズマ処理方法であって、
    前記高周波のパワー変調に実質的に同期して前記高周波の周波数を変調するプラズマ処理方法。
35. １サイクル内で、前記第１高周波のパワーおよび周波数を少なくとも２段階に同時に可変する請求項３４に記載のプラズマ処理方法。
36. １サイクルを第１、第２、第３および第４のステートに分割し、
    前記第１高周波のパワーを、前記第１ステートでは第１パワー設定値を維持し、前記第２ステートでは前記第１のパワー設定値から第２パワー設定値に遷移し、前記第３ステートでは前記第２パワー設定値を維持し、前記第４ステートでは前記第２パワー設定値から前記第１パワー設定値に遷移するように制御し、
    前記第１高周波の周波数を、前記第１ステートでは第１周波数設定値を維持し、前記第２ステートでは前記第１周波数設定値から第２周波数設定値に遷移し、前記第３ステートでは第２周波数設定値を維持し、前記第４ステートでは前記第２周波数設定値から前記第１周波数設定値に遷移するように制御する請求項３４または請求項３５に記載のプラズマ処理方法。
37. 前記第１ステートおよび前記第３ステートのうちの一方において、前記第１高周波を発生する第１高周波電源側のインピーダンスに前記プラズマを含む負荷側のインピーダンスを整合させる請求項３６に記載のプラズマ処理方法。
38. 前記第１ステートおよび前記第３ステートのうちの一方の中に設定された所定期間の間だけ負荷インピーダンスを測定し、前記負荷インピーダンスの測定値を基準インピーダンスに一致させるように、前記第１高周波電源の出力端子と前記第１電極との間に電気的に接続された整合回路内の可変リアクタンス素子を可変する請求項３７に記載のプラズマ処理方法。
39. 前記第１ステートおよび前記第３ステートのうちの他方において前記第１電極側から前記第１高周波電源へ伝送線路上を伝播してくる反射波のパワーを測定し、後続の当該ステート中に前記反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように前記第１の周波数設定値を選定する請求項３８のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
40. 前記第２ステート中に前記第１電極側から前記第１高周波電源へ伝送線路上を伝播してくる反射波のパワーを測定し、後続の前記第２ステート中に前記反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように、前記第１高周波のパワーを前記第１パワー設定値から前記第２パワー設定値に所定の立ち上がり特性で遷移させると同時に、前記第１高周波の周波数を前記第１周波数設定値から前記第２周波数設定値に所定の立ち上がり特性または立ち下がり特性で遷移させる請求項３６〜３９のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
41. 前記第４ステート中に前記第１電極側から前記第１高周波電源へ伝送線路上を伝播してくる反射波のパワーを測定し、後続の前記第４ステート中に前記反射波パワーの測定値が最小値またはその付近の値になるように、前記第２高周波のパワーを前記第２パワー設定値から前記第１パワー設定値に所定の立ち下がり特性で遷移させると同時に、前記第２高周波の周波数を前記第２周波数設定値から前記第１周波数設定値に所定の立ち下がり特性または立ち上がり特性で遷移させる請求項３６〜４０のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
42. 前記第１ステート中に前記第１電極側から前記第１高周波電源へ伝送線路上を伝播してくる反射波のパワーを測定し、前記反射波パワーの測定値に基づいて後続の前記第１ステート中に負荷に供給されるロードパワーが目標値に一致するように前記第１パワー設定値を補正する請求項３６〜４１のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
43. 前記第３ステート中に前記第１電極側から前記第１高周波電源へ伝送線路上を伝播してくる反射波のパワーを測定し、前記反射波パワーの測定値に基づいて後続の前記第３ステート中に負荷に供給されるロードパワーが目標値に一致するように前記第３パワー設定値を補正する請求項３６〜４２のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
44. 前記反射波パワーの測定値を移動平均値として求める請求項４２または請求項４３に記載のプラズマ処理方法。
45. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、請求項３４〜４４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法が行われるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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