JP2021174678A - 補正方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】チャンバに処理ガスの供給を開始してからチャンバ内に処理ガスが到達する到達時間を導出すること。【解決手段】補正方法は、基板が載置される載置台が内部に設けられたチャンバのインピーダンスの検出を開始する工程と、チャンバに処理ガスの供給を開始する工程と、検出されるインピーダンスの変化から、チャンバに処理ガスの供給を開始してからチャンバ内に処理ガスが到達する到達時間を導出する工程と、を有する。【選択図】図１２

Description

本開示は、補正方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
特許文献１は、プラズマ生成用の高周波電力とバイアス用の高周波電力とを、所定の位相差を有し、プラズマ生成用の高周波電力のデューティ比がバイアス用の高周波電力のデューティ比以上になるように制御して載置台に印加する技術を開示する。また、特許文献２は、処理ガスを安定して速やかに切り替える技術を開示する。
特開２０１６−１５７７３５号公報 特開２０２０−４９３１号公報
本開示は、チャンバに処理ガスの供給を開始してからチャンバ内に処理ガスが到達する到達時間を導出する技術を提供する。
本開示の一態様による補正方法は、基板が載置される載置台が内部に設けられたチャンバのインピーダンスの検出を開始する工程と、チャンバに処理ガスの供給を開始する工程と、検出されるインピーダンスの変化から、チャンバに処理ガスの供給を開始してからチャンバ内に処理ガスが到達する到達時間を導出する工程と、を有する。
本開示によれば、チャンバに処理ガスの供給を開始してからチャンバ内に処理ガスが到達する到達時間を導出できる。
図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の断面の一例を概略的に示す図である。 図２は、実施形態に係る整合器及び高周波電源の構成の一例を示す図である。 図３は、実施形態に係る整合器の整合回路の一例を示す図である。 図４は、実施形態に係る整合器のセンサの構成の一例を示す図である。 図５は、実施形態に係る整合器及び高周波電源の構成の一例を示す図である。 図６は、実施形態に係る整合器の整合回路の一例を示す図である。 図７は、実施形態に係る整合器のセンサの構成の一例を示す図である。 図８は、実施形態に係るガス供給システムの概略的な構成の一例を示す図である。 図９は、実施形態に係る原子層エッチングの概略的な工程の一例を示す図である。 図１０は、従来の原子層エッチングの一例を示す図である。 図１１Ａは、インピーダンスの変化の一例を示す図である。 図１１Ｂは、インピーダンスの変化の一例を示す図である。 図１２は、インピーダンスの変化の一例を示す図である。 図１３は、実施形態に係る処理ガスの供給タイミングを補正した一例を示す図である。 図１４は、実施形態に係る処理ガスの供給タイミングを補正した一例を示す図である。 図１５は、実施形態に係る補正方法の制御の流れの一例を説明する図である。
以下、図面を参照して本願の開示する補正方法及びプラズマ処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示する補正方法及びプラズマ処理装置が限定されるものではない。
ところで、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、処理ガスの供給及び高周波電力の印加を切り替えてプラズマ処理を行う場合がある。例えば、プラズマ処理の手法の一種として、基板を原子層単位でエッチングする原子層エッチング（ＡＬＥ：Atomic Layer Etching）法が知られている。原子層エッチングでは、基板に堆積物を堆積させる成膜工程と、基板をイオンやラジカルによりエッチングするエッチング工程と、を繰り返す。成膜工程とエッチング工程では処理ガスが切り替えられる。プラズマ処理装置は、処理ガスの供給の開始、停止を切り替えてから、チャンバ内で実際に処理ガスの供給が開始、停止するまでにタイムラグがあり、処理ガスの切り替えと高周波電力の切り替えを同期させ、高速に制御することが困難であった。このため、従来の原子層エッチングは、成膜工程とエッチング工程との間に切り替え用のバッファとなる工程を設けており、プロセスの処理期間が長くなっていた。
そこで、チャンバに処理ガスの供給を開始してからチャンバ内に処理ガスが到達する到達時間を導出できる技術が期待されている。
［実施形態］
［プラズマ処理装置の構成］
次に、実施形態について説明する。最初に、実施形態に係るプラズマ処理装置１０について説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１０の断面の一例を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型平行平板のプラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置１０は、略円筒状のチャンバ１２を備えている。
チャンバ１２は、内部に載置台１６が設けられている。載置台１６は、支持部材１８及び基台２０を含んでいる。支持部材１８の上面は、プラズマ処理の対象となる基板が載置される載置面とされている。本実施形態では、基板として、プラズマエッチングの対象となるウエハＷが支持部材１８の上面に載置される。基台２０は、略円盤形状を有しており、その主部において、例えばアルミニウムといった導電性の金属から構成されている。基台２０は、下部電極を構成している。基台２０は、支持部１４によって支持されている。支持部１４は、チャンバ１２の底部から延びる円筒状の部材である。
載置台１６の基台２０には、それぞれ給電ライン６５、６６が接続されている。給電ライン６５、６６は、基台２０との接続部分に導体（例えば、給電棒）が設けられている。給電ライン６５は、高周波電源６２が整合器６１を介して接続されている。給電ライン６６は、高周波電源６４が整合器６３を介して接続されている。即ち、高周波電源６２は、整合器６１及び給電ライン６５を介して下部電極に接続されている。高周波電源６４は、整合器６３及び給電ライン６６を介して下部電極に接続されている。高周波電源６２は、下部電極ではなく、後述する上部電極に整合器６１を介して接続されていてもよい。なお、プラズマ処理装置１は、高周波電源６２と整合器６１のセット及び高周波電源６４と整合器６３のセットのうち一方を備えていなくてもよい。
高周波電源６２は、プラズマの生成用の高周波電力ＨＦを出力する。高周波電力ＨＦの基本周波数ｆＢ１は、２７〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数であり、例えば１００ＭＨｚである。
高周波電源６４は、プラズマからウエハＷにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力ＬＦを出力する。高周波電力ＬＦの周波数は、高周波電力ＨＦの周波数よりも低い。高周波電力ＬＦの基本周波数ｆＢ２は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、例えば１３．５６ＭＨｚである。
整合器６１は、高周波電源６２の負荷側（例えば下部電極（基台２０）側）のインピーダンスを高周波電源６２の出力インピーダンスに整合させるための回路を有している。整合器６３は、高周波電源６４の負荷側（下部電極側）のインピーダンスを高周波電源６４の出力インピーダンスに整合させるための回路を有している。整合器６１及び整合器６３の各々は、電子制御式の整合器である。整合器６１及び整合器６３の各々の詳細については後述する。
高周波電力ＨＦは、給電ライン６５を介して基台２０に供給される。高周波電力ＬＦは、給電ライン６６を介して基台２０に供給される。
基台２０上には、支持部材１８が設けられている。支持部材１８は、例えば、静電チャックである。支持部材１８は、クーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着し、当該ウエハＷを保持する。支持部材１８は、セラミック製の本体部内に静電吸着用の電極Ｅ１を有している。電極Ｅ１には、スイッチＳＷ１を介して直流電源２２が電気的に接続されている。なお、支持部材１８は、ウエハＷの温度に制御するため、ヒーターが設けられてもよい。
基台２０の上面の上、且つ、支持部材１８の周囲には、フォーカスリングＦＲが設けられている。フォーカスリングＦＲは、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、実行すべきプラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されており、例えば、シリコン、又は石英から構成され得る。
基台２０の内部には、冷媒流路２４が形成されている。冷媒流路２４には、チャンバ１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻るようになっている。
チャンバ１２内には、ウエハＷに向けてガスを噴出するシャワーヘッドを兼ねる上部電極３０が設けられている。上部電極３０は、載置台１６の上方において、基台２０と対向配置されており、基台２０と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。上部電極３０と下部電極（基台２０）との間は、ウエハＷにプラズマ処理を行うためのプラズマが生成される処理空間Ｓである。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、チャンバ１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面している。電極板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。
電極支持体３６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され、電極板３４を着脱自在に支持する。電極支持体３６は、水冷構造を有していてもよい。電極支持体３６の内部には、円板状の空間からなるガス拡散室３７が設けられている。ガス拡散室３７は、複数の空間に仕切られている。例えば、ガス拡散室３７は、環状の隔壁部材３８が設けられている。本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、ガス拡散室３７を、隔壁部材３８によって径方向に複数の空間に仕切っている。例えば、ガス拡散室３７は、ウエハＷの中央部分、周辺部分、最外殻部分に対応させて、ガス拡散室３７ｃと、ガス拡散室３７ｅと、ガス拡散室３７ｖの３つのゾーンに区画されている。なお、ガス拡散室３７を区画するゾーン数は、３つに限定されるものではなく、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。ガス拡散室３７ｃは、円板状の空間である。ガス拡散室３７ｅは、ガス拡散室３７ｃを囲むリング状の空間である。ガス拡散室３７ｖは、ガス拡散室３７ｅを囲むリング状の空間である。ガス拡散室３７ｃ、ガス拡散室３７ｅ、ガス拡散室３７ｖからは、それぞれガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方にそれぞれ延びている。
プラズマ処理装置１０には、プラズマ処理に用いる各種のガスを供給するガスボックス４０が設けられている。また、電極支持体３６には、ガスボックス４０から供給されるガスをガス拡散室３７ｃ、３７ｅ、３７ｖにそれぞれ供給するガス供給システム１１０が接続されている。ガス供給システム１１０の詳細は、後述する。
ガス拡散室３７ｃ、３７ｅ、３７ｖに供給されたガスは、ガス通流孔３６ｂ及びガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに吐出される。プラズマ処理装置１０は、ガスボックス４０及びガス供給システム１１０を制御することにより、ガス拡散室３７ｃ、３７ｅ、３７ｖのガス吐出孔３４ａから処理空間Ｓに吐出される処理ガスの流量を個別に制御可能とされている。
チャンバ１２の底部側においては、支持部１４とチャンバ１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成されている。チャンバ１２は、排気プレート４８の下方に排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０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１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、チャンバ１２は、側壁にウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられている。搬入出口１２ｇは、ゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
上記のように構成されたプラズマ処理装置１０は、制御部１００によって、動作が統括的に制御される。制御部１００は、例えば、コンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。プラズマ処理装置１０は、制御部１００によって、動作が統括的に制御される。
制御部１００は、ＣＰＵを備え、プラズマ処理装置１０の各部を制御するプロセスコントローラ１０１と、ユーザインターフェース１０２と、記憶部１０３とを有する。
ユーザインターフェース１０２は、工程管理者がプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１０の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部１０３には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセスコントローラ１０１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。また、記憶部１０３には、プラズマ処理を行う上での装置やプロセスに関するパラメータ等が格納されている。なお、制御プログラムやレシピ、パラメータは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）に記憶されていてもよい。また、制御プログラムやレシピ、パラメータは、他の装置に記憶され、例えば専用回線を介してオンラインで読み出して利用されてもよい。
プロセスコントローラ１０１は、プログラムやデータを格納するための内部メモリを有し、記憶部１０３に記憶された制御プログラムを読み出し、読み出した制御プログラムの処理を実行する。プロセスコントローラ１０１は、制御プログラムが動作することにより各種の処理部として機能する。例えば、プロセスコントローラ１０１は、後述する導出部１０１ａ及び補正部１０１ｂの機能を有する。なお、本実施形態では、プロセスコントローラ１０１が、各種の処理部として機能する場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。例えば、導出部１０１ａ及び補正部１０１ｂの機能を複数のコントローラで分散して実現してもよい。
次に、実施形態に係る整合器６１及び高周波電源６２の構成について説明する。図２は、実施形態に係る整合器６１及び高周波電源６２の構成の一例を示す図である。図３は、実施形態に係る整合器６１の整合回路の一例を示す図である。図４は、実施形態に係る整合器６１のセンサの構成の一例を示す図である。
図２に示すように、高周波電源６２は、発振器６２ａ、パワーアンプ６２ｂ、パワーセンサ６２ｃ、及び電源制御部６２ｅを有している。電源制御部６２ｅは、ＣＰＵといったプロセッサから構成されている。電源制御部６２ｅは、プロセスコントローラ１０１及びパワーセンサ６２ｃから与えられる信号を利用して、発振器６２ａ及びパワーアンプ６２ｂのそれぞれに制御信号を与えて、発振器６２ａ及びパワーアンプ６２ｂを制御する。
電源制御部６２ｅには、プロセスコントローラ１０１から制御用の各種の信号が与えられる。プロセスコントローラ１０１から電源制御部６２ｅに与えられる信号は、例えば、第１の電力レベル設定信号及び第１の周波数設定信号である。第１の電力レベル設定信号は、高周波電力ＨＦの電力レベルを指定する信号であり、第１の周波数設定信号は、高周波電力ＨＦの設定周波数を指定する信号である。
高周波電源６２は、発振器６２ａの周波数を変更することにより、高周波電力ＨＦの周波数を変更できる。電源制御部６２ｅは、第１の周波数設定信号によって指定された設定周波数を有する高周波信号を出力するよう、発振器６２ａを制御する。発振器６２ａの出力は、パワーアンプ６２ｂの入力に接続されている。発振器６２ａから出力された高周波信号は、パワーアンプ６２ｂに入力される。パワーアンプ６２ｂは、入力された高周波信号から、第１の電力レベル設定信号によって指定される電力レベルを有する高周波電力ＨＦを生成するよう、当該高周波信号を増幅する。パワーアンプ６２ｂは、生成した高周波電力ＨＦを出力する。
パワーアンプ６２ｂの後段には、パワーセンサ６２ｃが設けられている。パワーセンサ６２ｃは、方向性結合器、進行波検出器、及び反射波検出器を有している。パワーセンサ６２ｃにおいて、方向性結合器は、高周波電力ＨＦの進行波の一部を進行波検出器に与え、反射波を反射波検出器に与える。パワーセンサ６２ｃには、高周波電力ＨＦの周波数を特定する信号が電源制御部６２ｅから与えられる。パワーセンサ６２ｃの進行波検出器は、進行波の全周波数成分のうち高周波電力ＨＦの設定周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち進行波の電力レベルの測定値Ｐｆ１１を生成する。測定値Ｐｆ１１は、パワーフィードバック用に電源制御部６２ｅに与えられる。
パワーセンサ６２ｃの反射波検出器は、反射波の全周波数成分のうち高周波電力ＨＦの周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ１１を生成する。また、パワーセンサ６２ｃの反射波検出器は、反射波の全周波数成分のトータルの電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ１２を生成する。測定値Ｐｒ１１は、モニタ表示用にプロセスコントローラ１０１に与えられる。測定値Ｐｒ１２は、パワーアンプ６２ｂの保護用に、電源制御部６２ｅに与えられる。
整合器６１は、整合回路６１ａ、センサ６１ｂ、コントローラ６１ｃ、分圧回路６１ｄ、及び電圧モニタ６１ｖを有している。整合回路６１ａは、電子制御式の整合回路である。図３に示すように、整合回路６１ａは、複数の直列回路６１１及び複数の直列回路６１２を有している。
複数の直列回路６１１は、互いに並列接続されている。図３に示す例では、複数の直列回路６１１は、高周波電源６２と負荷側の電極（例えば下部電極）との間のノードとグランドとの間で並列接続されている。複数の直列回路６１１の各々は、コンデンサ６１１ｃとスイッチング素子６１１ｓとを含んでいる。コンデンサ６１１ｃとスイッチング素子６１１ｓは、直列接続されている。スイッチング素子６１１ｓは、例えばＰＩＮダイオードである。
複数の直列回路６１２は、互いに並列接続されている。図３に示す例では、複数の直列回路６１２は、高周波電源６２と負荷側の電極（例えば下部電極）との間で並列接続されている。別の例では、複数の直列回路６１２は、高周波電源６２と負荷側の電極（例えば下部電極）との間の別のノードとグランドとの間で並列接続されていてもよい。複数の直列回路６１２の各々は、コンデンサ６１２ｃとスイッチング素子６１２ｓとを含んでいる。コンデンサ６１２ｃとスイッチング素子６１２ｓは、直列接続されている。スイッチング素子６１２ｓは、例えばＰＩＮダイオードである。なお、整合回路６１ａは、インダクタ等を更に含んでいてもよい。
図２を再び参照する。コントローラ６１ｃは、例えばプロセッサから構成される。コントローラ６１ｃは、プロセスコントローラ１０１の制御の下で動作する。コントローラ６１ｃは、センサ６１ｂから与えられる測定値を利用する。
図４に示すように、センサ６１ｂは、電流検出器７０ａ、電圧検出器７１ａ、フィルタ７２ａ、及びフィルタ７３ａを有している。電圧検出器７１ａは、給電ライン６５上で伝送される高周波電力ＨＦの電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ７２ａに入力される。フィルタ７２ａは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ７２ａは、プロセスコントローラ１０１からの信号によって特定される高周波電力ＨＦの設定周波数の成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、電圧波形信号を生成する。フィルタ７２ａによって生成された電圧波形信号は、コントローラ６１ｃに与えられる。なお、フィルタ７２ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
電流検出器７０ａは、給電ライン６５上で伝送される高周波電力ＨＦの電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ７３ａに入力される。フィルタ７３ａは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ７３ａは、プロセスコントローラ１０１からの信号によって特定される高周波電力ＨＦの設定周波数の成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、電流波形信号を生成する。フィルタ７３ａによって生成された電流波形信号は、コントローラ６１ｃに与えられる。なお、フィルタ７３ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
図２に戻る。コントローラ６１ｃは、高周波電源６２の負荷側のインピーダンス（以下、「インピーダンスＺ１」という）を求めるようになっている。コントローラ６１ｃは、求めたインピーダンスＺ１を高周波電源６２の出力インピーダンス（整合ポイント）に近づけるように、整合回路６１ａの複数のスイッチング素子６１１ｓ及び複数のスイッチング素子６１２ｓを制御する。
コントローラ６１ｃは、インピーダンスＺ１を、フィルタ７２ａによって生成された電圧波形信号、及び、フィルタ７３ａによって生成された電流波形信号を用いて、求める。具体的に、コントローラ６１ｃは、以下の（１）式により、インピーダンスＺ１を求める。
Ｚ１＝Ｖ１／Ｉ１ （１）
（１）式において、Ｖ１は、フィルタ７２ａによって生成された電圧波形信号によって特定される電圧であり、Ｉ１は、フィルタ７３ａによって生成された電流波形信号によって特定される電流である。
コントローラ６１ｃは、求めたインピーダンスＺ１のデータをプロセスコントローラ１０１へ送信する。
実施形態に係る整合器６１は、複数の直列回路６１１の各スイッチング素子６１１ｓ及び複数の直列回路６１２の各スイッチング素子６１２ｓのオン・オフを電子制御することにより、インピーダンスを速やかに変更できる。これにより、整合器６１は、高周波電源６２の負荷側（例えば下部電極側）のインピーダンスを高周波電源６２の出力インピーダンスに速やかに整合させることができる。また、整合器６１は、インピーダンスＺ１を検出できる。
次に、実施形態に係る整合器６３及び高周波電源６４の構成について説明する。図５は、実施形態に係る整合器６３及び高周波電源６４の構成の一例を示す図である。図６は、実施形態に係る整合器６３の整合回路の一例を示す図である。図７は、実施形態に係る整合器６３のセンサの構成の一例を示す図である。
図５に示すように、高周波電源６４は、発振器６４ａ、パワーアンプ６４ｂ、パワーセンサ６４ｃ、及び電源制御部６４ｅを有している。電源制御部６４ｅは、ＣＰＵといったプロセッサから構成されている。電源制御部６４ｅは、プロセスコントローラ１０１及びパワーセンサ６４ｃから与えられる信号を利用して、発振器６４ａ及びパワーアンプ６４ｂのそれぞれに制御信号を与えて、発振器６４ａ及びパワーアンプ６４ｂを制御する。
電源制御部６４ｅには、プロセスコントローラ１０１から制御用の各種の信号が与えられる。プロセスコントローラ１０１から電源制御部６４ｅに与えられる信号は、例えば、第２の電力レベル設定信号及び第２の周波数設定信号である。第２の電力レベル設定信号は、高周波電力ＬＦの電力レベルを指定する信号であり、第２の周波数設定信号は、高周波電力ＬＦの設定周波数を指定する信号である。
高周波電源６４は、発振器６４ａの周波数を変更することにより、高周波電力ＬＦの周波数を変更できる。電源制御部６４ｅは、第２の周波数設定信号によって指定された設定周波数を有する高周波信号を出力するよう、発振器６４ａを制御する。発振器６４ａの出力は、パワーアンプ６４ｂの入力に接続されている。発振器６４ａから出力された高周波信号は、パワーアンプ６４ｂに入力される。パワーアンプ６４ｂは、入力された高周波信号から、第２の電力レベル設定信号によって指定される電力レベルを有する高周波電力ＬＦを生成するよう、当該高周波信号を増幅する。パワーアンプ６４ｂは、生成した高周波電力ＬＦを出力する。
パワーアンプ６４ｂの後段には、パワーセンサ６４ｃが設けられている。パワーセンサ６４ｃは、方向性結合器、進行波検出器、及び反射波検出器を有している。パワーセンサ６４ｃにおいて、方向性結合器は、高周波電力ＬＦの進行波の一部を進行波検出器に与え、反射波を反射波検出器に与える。パワーセンサ６４ｃには、高周波電力ＬＦの周波数を特定する信号が電源制御部６４ｅから与えられる。パワーセンサ６４ｃの進行波検出器は、進行波の全周波数成分のうち高周波電力ＬＦの設定周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち進行波の電力レベルの測定値Ｐｆ２１を生成する。測定値Ｐｆ２１は、パワーフィードバック用に電源制御部６４ｅに与えられる。
パワーセンサ６４ｃの反射波検出器は、反射波の全周波数成分のうち高周波電力ＬＦの周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ２１を生成する。また、パワーセンサ６４ｃの反射波検出器は、反射波の全周波数成分のトータルの電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ２２を生成する。測定値Ｐｒ２１は、モニタ表示用にプロセスコントローラ１０１に与えられる。測定値Ｐｒ２２は、パワーアンプ６４ｂの保護用に、電源制御部６４ｅに与えられる。
整合器６３は、整合回路６３ａ、センサ６３ｂ、コントローラ６３ｃ、分圧回路６３ｄ、及び電圧モニタ６３ｖを有している。整合回路６３ａは、電子制御式の整合回路である。図６に示すように、整合回路６３ａは、複数の直列回路６３１及び複数の直列回路６３２を有している。
複数の直列回路６３１は、互いに並列接続されている。図６に示す例では、複数の直列回路６３１は、高周波電源６４と負荷側の電極（下部電極）との間のノードとグランドとの間で並列接続されている。複数の直列回路６３１の各々は、コンデンサ６３１ｃとスイッチング素子６３１ｓとを含んでいる。コンデンサ６３１ｃとスイッチング素子６３１ｓは、直列接続されている。スイッチング素子６３１ｓは、例えばＰＩＮダイオードである。
複数の直列回路６３２は、互いに並列接続されている。図６に示す例では、複数の直列回路６３２は、高周波電源６４と負荷側の電極（下部電極）との間で並列接続されている。別の例では、複数の直列回路６３２は、高周波電源６４と負荷側の電極（下部電極）との間の別のノードとグランドとの間で並列接続されていてもよい。複数の直列回路６３２の各々は、コンデンサ６３２ｃとスイッチング素子６３２ｓとを含んでいる。コンデンサ６３２ｃとスイッチング素子６３２ｓは、直列接続されている。スイッチング素子６３２ｓは、例えばＰＩＮダイオードである。なお、整合回路６３ａは、インダクタ等を更に含んでいてもよい。
図５を再び参照する。コントローラ６３ｃは、例えばプロセッサから構成される。コントローラ６３ｃは、プロセスコントローラ１０１の制御の下で動作する。コントローラ６３ｃは、センサ６３ｂから与えられる測定値を利用する。
図７に示すように、センサ６３ｂは、電流検出器７０ｂ、電圧検出器７１ｂ、フィルタ７２ｂ、及びフィルタ７３ｂを有している。電圧検出器７１ｂは、給電ライン６６上で伝送される高周波電力ＬＦの電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ７２ｂに入力される。フィルタ７２ｂは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ７２ｂは、プロセスコントローラ１０１からの信号によって特定される高周波電力ＬＦの設定周波数の成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、電圧波形信号を生成する。フィルタ７２ｂによって生成された電圧波形信号は、コントローラ６３ｃに与えられる。なお、フィルタ７２ｂは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
電流検出器７０ｂは、給電ライン６６上で伝送される高周波電力ＬＦの電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ７３ｂに入力される。フィルタ７３ｂは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ７３ｂは、プロセスコントローラ１０１からの信号によって特定される高周波電力ＬＦの設定周波数の成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、電流波形信号を生成する。フィルタ７３ｂによって生成された電流波形信号は、コントローラ６３ｃに与えられる。なお、フィルタ７３ｂは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
図５に戻る。コントローラ６３ｃは、高周波電源６４の負荷側のインピーダンス（以下、「インピーダンスＺ２」という）を求めるようになっている。コントローラ６３ｃは、求めたインピーダンスＺ２を高周波電源６４の出力インピーダンス（整合ポイント）に近づけるように、整合回路６３ａの複数のスイッチング素子６３１ｓ及び複数のスイッチング素子６３２ｓを制御する。
コントローラ６３ｃは、インピーダンスＺ２を、フィルタ７２ｂによって生成され電圧波形信号、及び、フィルタ７３ｂによって生成され電流波形信号を用いて、求める。具体的に、コントローラ６３ｃは、以下の（２）式により、インピーダンスＺ２を求める。
Ｚ２＝Ｖ２／Ｉ２ （２）
（２）式において、Ｖ２は、フィルタ７２ｂによって生成され電圧波形信号によって特定される電圧であり、Ｉ２は、フィルタ７３ｂによって生成され電流波形信号によって特定される電流である。
コントローラ６３ｃは、求めたインピーダンスＺ２のデータをプロセスコントローラ１０１へ送信する。
実施形態に係る整合器６３は、複数の直列回路６３１の各スイッチング素子６３１ｓ及び複数の直列回路６３２の各スイッチング素子６３２ｓのオン・オフを電子制御することにより、インピーダンスを速やかに変更できる。これにより、整合器６３は、高周波電源６４の負荷側（例えば下部電極側）のインピーダンスを高周波電源６４の出力インピーダンスに速やかに整合させることができる。また、整合器６３は、インピーダンスＺ２を検出できる。
次に、実施形態に係るガス供給システム１１０の構成について説明する。図８は、実施形態に係るガス供給システムの概略的な構成の一例を示す図である。なお、図８の例では、上部電極３０に設けられたガス拡散室３７ｃ、３７ｅ、３７ｖを簡略化して示している。
ガスボックス４０は、プラズマエッチングなどのプラズマ処理に用いる複数種類のガスソースを備えたガスソース群４１を有している。ガスボックス４０は、ガスソース群４１の複数のガスソースそれぞれにバルブや不図示の流量制御器などを備えており、プラズマ処理に応じて、１又は複数種類のガスを混合した処理ガスを供給する。
ガス供給システム１１０は、ガスボックス４０から供給される処理ガスを分配してガス拡散室３７ｃ、３７ｅ、３７ｖに供給する。
ところで、プラズマ処理装置１０では、処理ガスの供給及び高周波電力の印加を切り替えてプラズマ処理を行う場合がある。例えば、原子層エッチングでは、ウエハＷに堆積物を堆積させる成膜工程と、堆積物を活性化してウエハＷをエッチングするエッチング工程と、を繰り返すことにより、ウエハＷをエッチングする。
図９は、実施形態に係る原子層エッチングの概略的な工程の一例を示す図である。例えば、Ａプロセスでは、第１の処理ガスに基づく堆積物をウエハＷに堆積させる。Ｂプロセスでは、第２の処理ガスによりウエハＷをエッチングする。原子層エッチングでは、所望のエッチング量となるまで、ＡプロセスとＢプロセスを繰り返す。
実施形態に係るガス供給システム１１０は、ガス拡散室３７ｃ、３７ｅ、３７ｖに対して、処理ガスを供給する供給経路を複数有している。実施形態に係るガス供給システム１１０は、例えば、特許文献２と同様に構成されており、処理ガスを安定して速やかに切り替えることが可能とされている。
しかしながら、プラズマ処理装置１０は、処理ガスの供給の開始、停止を切り替えてから、チャンバ１２内で実際に処理ガスの供給が開始、停止するまでにタイムラグがある。プラズマ処理装置１０は、処理ガスが上部電極３０のガス拡散室３７などの空間を通過してガス吐出孔３４ａからチャンバ１２内に吐出される。
本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、整合器６１、整合器６３により、インピーダンスを速やかに整合させることができ、基台２０に供給する高周波電力ＨＦ、ＬＦの周波数及びパワーを速やか切り替えることができる。
しかし、本実施形態のように、処理ガスの切り替えが速やかなガス供給システム１１０であっても、処理ガスを切り替えてから、チャンバ１２内の処理ガスが切り替わるまでにタイムラグがある。このため、処理ガスの切り替えと高周波電力の切り替えを同期させること困難であった。
このため、従来の原子層エッチングのプロセスでは、成膜工程とエッチング工程との間に切り替え用のバッファとなる工程を設けている。図１０は、従来の原子層エッチングの一例を示す図である。図１０には、成膜工程（Depo Step）とエッチング工程（Etch Step）が示されている。成膜工程では、処理ガスとして例えばＣ４Ｈ６ガスとＯ２ガスを供給しつつ、第１のパワーで高周波電力を供給する。成膜工程では、第１のパワーよりも高い第２のパワーで高周波電力を供給する。図１０には、処理ガスの供給するバルブをオン、オフする制御の波形Ｗ１１と、実際に供給される処理ガスの波形Ｗ１２と、高周波電力の波形Ｗ１３が示されている。
従来のプラズマ処理装置は、整合器６１、６３として、機械制御式の整合器が一般的に用いられている。機械制御式の整合器は、静電容量を変更するためにモータによって駆動されるコンデンサを有している。機械制御式の整合器は、インピーダンスの制御速度がモータによるコンデンサの静電容量の制御速度によって制限される。このため、高周波電力は、波形Ｗ１３が示すようにパワーが変更されるまでにタイムラグがある。この高周波電力のタイムラグは、本実施形態に係る整合器６１及び整合器６３のように、スイッチング素子を用いた電子制御式とすることにより、大幅に減らすことができる。
一方、処理ガスは、波形Ｗ１１が示すように成膜工程に合わせて供給をオン、オフしているが、波形Ｗ１２が示すように、バルブのオン、オフを切り替えてから、実際に処理ガスが切り替わるまでにタイムラグがある。このため、処理ガスの切り替えと高周波電力の切り替えを同期させること困難であった。このため、従来の原子層エッチングのプロセスは、成膜工程（Depo Step）とエッチング工程（Etch Step）との間に切り替え用のバッファとなる工程（Trans）を設けている。
そこで、本実施形態では、以下ようにチャンバ１２に処理ガスの供給を開始してからチャンバ１２内に処理ガスが到達する到達時間を導出する。
プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２内の処理ガスのガス量の変化に応じて、チャンバ１２のインピーダンスが変化する。図１１Ａは、インピーダンスの変化の一例を示す図である。図１１Ａは、高周波電源６４から一定のパワーで高周波電力ＬＦを供給した状態で、処理ガスとしてＯ２ガスの供給をオン、オフした際のインピーダンスの変化が示されている。図１１Ａには、高周波電力ＬＦのパワー（LF Power）を示す波形Ｗ２１と、処理ガス（O２ Flow）の供給するバルブのオン、オフ（O２ Flow）の波形Ｗ２２が示されている。また、図１１Ａには、整合器６１により検出したインピーダンスＺ１の実数成分（HF Imp.R）の波形Ｗ２３と、整合器６３により検出したインピーダンスＺ２の実数成分（LF Imp.R）の波形Ｗ２４が示されている。波形Ｗ２２に示すように、処理ガス（Ｏ２ガス）の供給のオン、オフに応じて、波形Ｗ２３、波形Ｗ２４に示すように、インピーダンスＺ１、Ｚ２が変化する。例えば、処理ガス（Ｏ２ガス）の供給をオンすると、インピーダンスＺ１、Ｚ２が上昇する。特に、波形Ｗ２３に示すように、バイアス用の高周波電力ＬＦを出力する高周波電源６４側のインピーダンスＺ２が大きく変化する。
図１１Ｂは、インピーダンスの変化の一例を示す図である。図１１Ｂは、処理ガスとしてＯ２ガスを一定量ずつ供給した状態で、高周波電源６４から一定のパワーの高周波電力ＬＦの供給をオン、オフした際のインピーダンスの変化が示されている。図１１Ｂには、高周波電力ＬＦのパワー（LF Power）を示す波形Ｗ３１と、処理ガス（O２ Flow）の供給量の波形Ｗ３２が示されている。また、図１１Ｂには、整合器６１により検出したインピーダンスＺ１の実数成分（HF Imp.R）の波形Ｗ３３と、整合器６３により検出したインピーダンスＺ２の実数成分（LF Imp.R）の波形Ｗ３４が示されている。波形Ｗ３２に示すように処理ガス（Ｏ２ガス）を一定量ずつチャンバ１２に供給している場合、波形Ｗ３１、Ｗ３３、Ｗ３４に示すようにインピーダンスＺ１、Ｚ２は、高周波電力ＬＦのオン、オフに同期して変化し、高周波電力ＬＦがオンの期間ほぼ一定となる。これは、処理ガスを一定量ずつチャンバ１２に供給することで、チャンバ１２内に処理ガスがほぼ一定量で保たれるためと考えられる。
プラズマ処理装置１０は、図１１Ａに示したように、チャンバ１２内に処理ガスが供給されると、遅延してチャンバ１２のインピーダンスが変化する。そこで、処理ガスの供給するバルブのオン、オフを切り替えたタイミングからインピーダンスの波形に変化が現れるまでの期間に基づいて、チャンバ１２に処理ガスの供給を開始してからチャンバ１２内に処理ガスが到達する到達時間を導出する。
例えば、管理者は、プラズマ処理装置１０により、ウエハＷに対して原子層エッチングを開始する際、到達時間を導出するための事前処理を実施する。事前処理は、高周波電源６２、高周波電源６４の一方又は両方から高周波電力を供給した状態で、処理ガスの供給をオン、オフするものであればよい。事前処理は、ウエハＷに対する原子層エッチングの処理など実際の基板処理と同じであってもよい。また、事前処理は、到達時間を導出するための専用の処理であってもよい。例えば、事前処理は、図１１Ａに示したように、高周波電源６４から一定のパワーで高周波電力ＬＦを供給した状態で、処理ガスの供給をオン、オフする処理であってもよい。
整合器６１及び整合器６３は、事前処理中のチャンバ１２のインピーダンスを検出する。整合器６１及び整合器６３は、検出したインピーダンスのデータをプロセスコントローラ１０１へ送信する。
プロセスコントローラ１０１の導出部１０１ａは、整合器６１及び整合器６３によりチャンバ１２のインピーダンスを検出しつつガスボックス４０及びガス供給システム１１０を制御してチャンバ１２に処理ガスの供給を開始する。そして、導出部１０１ａは、整合器６１及び整合器６３により検出されるインピーダンスの変化から、チャンバ１２に処理ガスの供給を開始してからチャンバ１２内に処理ガスが到達する到達時間を導出する。
図１２は、インピーダンスの変化の一例を示す図である。図１２は、原子層エッチングと同様に、高周波電源６４から一定のパワーの高周波電力ＬＦをオン、オフしつつ、処理ガスとしてＯ２ガスの供給をオン、オフした際のインピーダンスの変化が示されている。図１２には、高周波電力ＬＦのパワー（LF Power）を示す波形Ｗ４１と、処理ガス（O２ Flow）の供給量の波形Ｗ４２が示されている。また、図１２には、整合器６１により検出したインピーダンスＺ１の実数成分（HF Imp.R）の波形Ｗ４３と、整合器６３により検出したインピーダンスＺ２の実数成分（LF Imp.R）の波形Ｗ４４が示されている。図１２では、処理ガスの供給するバルブのオン、オフと高周波電力ＬＦのオン、オフは、同期している。波形Ｗ４３、波形Ｗ４４に示すように、インピーダンスＺ１、Ｚ２は、チャンバ１２内に処理ガスが供給されると、変化する。例えば、処理ガスの供給をオンすると、遅延してインピーダンスＺ２が徐々に上昇する。導出部１０１ａは、処理ガスの供給をオンしてから、インピーダンスＺ２の波形に変化が現れるまでの期間を導出する。例えば、導出部１０１ａは、処理ガスの供給をオンした時点から、インピーダンスＺ２がオンした時点のインピーダンスから所定の値以上、上昇するまでの時間を計測し、計測した時間を到達時間と導出する。
補正部１０１ｂは、導出された到達時間に基づき、処理ガスの供給タイミングを補正する。例えば、補正部１０１ｂは、導出された到達時間を補正情報として記憶部１０３に記憶する。補正部１０１ｂは、記憶部１０３に記憶した補正情報に基づき、処理ガスの供給タイミングを補正する。例えば、記憶部１０３には、原子層エッチングにおいて使用する処理ガスの種類や処理ガスの切り替えタイミング、高周波電力ＨＦ、ＬＦの切り替えタイミングなど関する情報がレシピとして記憶されている。補正部１０１ｂは、レシピに記憶された処理ガスの切り替えタイミングを補正情報の到達時間分だけ前に補正する。
なお、処理ガスの供給タイミングの補正は、管理者等が実施してもよい。例えば、導出された到達時間をユーザインターフェース１０２に表示し、管理者等が、表示された到達時間に基づいて、レシピの処理ガスの供給タイミングを補正してもよい。
図１３は、実施形態に係る処理ガスの供給タイミングを補正した一例を示す図である。図１３は、図１２の処理の処理ガスの供給タイミングを補正した場合を示している。図１３には、高周波電力ＬＦのパワー（LF Power）を示す波形Ｗ５１と、処理ガス（O２ Flow）の供給量の波形Ｗ５２が示されている。波形Ｗ５２に示すように、バルブのオン、オフするタイミングは、到達時間分だけ前に補正されている。また、図１３には、整合器６１により検出したインピーダンスＺ１の実数成分（HF Imp.R）の波形Ｗ５３と、整合器６３により検出したインピーダンスＺ２の実数成分（LF Imp.R）の波形Ｗ５４が示されている。また、図１３には、成膜工程（Depo Step）とエッチング工程（Etch Step）が示されている。図１３は、波形Ｗ５４に示すように、成膜工程の開始からインピーダンスＺ２が上昇していることから、チャンバ１２内に処理ガスが到達しており、処理ガスの切り替えタイミングと高周波電力ＨＦ、ＬＦの切り替えが同期している。
図１４は、実施形態に係る処理ガスの供給タイミングを補正した一例を示す図である。図１４は、原子層エッチングの処理ガスの供給タイミングを補正した場合を示している。図１４には、成膜工程（Depo Step）とエッチング工程（Etch Step）が示されている。成膜工程では、処理ガスとして例えばＣ４Ｈ６ガスとＯ２ガスを供給しつつ、第１のパワーで高周波電力を供給する。成膜工程では、第１のパワーよりも高い第２のパワーで高周波電力を供給する。図１４には、処理ガスの供給するバルブをオン、オフする制御の波形Ｗ６１と、実際に供給される処理ガスの波形Ｗ６２と、高周波電力の波形Ｗ６３が示されている。波形Ｗ６１に示すように、バルブのオン、オフするタイミングは、成膜工程の開始よりも到達時間分だけ前に補正されている。これにより、処理ガスの切り替えと高周波電力の切り替えを同期させることができる。
また、処理ガスの切り替えと高周波電力の切り替えが同期できることにより、原子層エッチングは、処理時間を短縮できる。例えば、図１０に示した従来の原子層エッチングのプロセスでは、成膜工程とエッチング工程との間に切り替え用のバッファとなる工程（Trans）を設けている。例えば、図１０に示した従来の原子層エッチングのプロセスでは、処理ガスの切り替え時にマージンをもってバッファとなる工程を２秒以上設けている。
一方、図１４に示す原子層エッチングは、処理ガスの切り替えと高周波電力の切り替えが同期できることにより、成膜工程とエッチング工程との間の切り替え用のバッファとなる工程が不要となって省略できるため、処理時間を短縮できる。
また、処理ガスの切り替えと高周波電力の切り替えが同期できることにより、成膜工程やエッチング工程の時間を短くすることも可能になる。また、処理ガスの切り替えと高周波電力の切り替えが同期できることにより、高周波電力のパワーを今までは使用できなかった低いパワー（例えば７５０Ｗ程度）まで低下させて使用可能になる。原子層エッチングは、成膜工程やエッチング工程の時間を短くしたり、高周波電力のパワーを低下させることにより、堆積物の堆積量を細かくコントロールができるようになり、より薄いエッチングが可能なる。
［補正方法］
次に、プラズマ処理装置１０が処理ガスの供給タイミングを補正する補正方法の制御の流れの一例について説明する。図１５は、実施形態に係る補正方法の制御の流れの一例を説明する図である。
プロセスコントローラ１０１は、プラズマ処理装置１０を制御して、到達時間を導出するための事前処理を開始する（ステップＳ１１）。事前処理では、チャンバ１２内を所望の真空度まで減圧する。また、事前処理では、高周波電源６２、高周波電源６４の一方又は両方から高周波電力を供給する。
プラズマ処理装置１０は、整合器６１及び整合器６３により、事前処理中のチャンバ１２のインピーダンスの検出を開始する（ステップＳ１２）。整合器６１及び整合器６３は、検出したインピーダンスのデータをプロセスコントローラ１０１へ送信する。
プロセスコントローラ１０１は、ガスボックス４０及びガス供給システム１１０を制御して、チャンバ１２に処理ガスの供給を開始する（ステップＳ１３）。
プロセスコントローラ１０１の導出部１０１ａは、検出されるインピーダンスの変化から、チャンバ１２に処理ガスの供給を開始してからチャンバ１２内に処理ガスが到達する到達時間を導出する（ステップＳ１４）。例えば、導出部１０１ａは、処理ガスの供給をオンした時点から、インピーダンスＺ２がオンした時点のインピーダンスから所定の値以上、上昇するまでの時間を計測し、計測した時間を到達時間と導出する。
プロセスコントローラ１０１の補正部１０１ｂは、導出された到達時間に基づき、処理ガスの供給タイミングを補正し（ステップＳ１５）、処理を終了する。例えば、補正部１０１ｂは、処理ガスの切り替えタイミングを到達時間分だけ前に補正する。
このように、本実施形態に係る補正方法は、ウエハＷ（基板）が載置される載置台１６が内部に設けられたチャンバ１２のインピーダンスの検出を開始する工程（ステップＳ１２）と、チャンバ１２に処理ガスの供給を開始する工程（ステップＳ１３）と、検出されるインピーダンスの変化から、チャンバ１２に処理ガスの供給を開始してからチャンバ１２内に処理ガスが到達する到達時間を導出する工程（ステップＳ１４）とを有する。これにより、本実施形態に係る補正方法は、チャンバ１２に処理ガスの供給を開始してからチャンバ１２内に処理ガスが到達する到達時間を導出できる。
また、本実施形態に係る補正方法は、導出された到達時間に基づき、処理ガスの供給を開始するタイミングを補正する工程（ステップＳ１５）をさらに有する。これにより、本実施形態に係る補正方法は、処理ガスの切り替えと高周波電力の切り替えを同期させることができる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、チャンバ１２と、ガスボックス４０及びガス供給システム１１０（ガス供給部）と、整合器６１及び整合器６３（検出部）と、導出部１０１ａとを有する。チャンバ１２は、ウエハＷ（基板）が載置される載置台１６が内部に設けられている。ガスボックス４０及びガス供給システム１１０は、チャンバ１２に処理ガスを供給する。整合器６１及び整合器６３は、チャンバ１２のインピーダンスを検出する。導出部１０１ａは、整合器６１及び整合器６３によりチャンバ１２のインピーダンスを検出しつつガスボックス４０及びガス供給システム１１０からチャンバ１２に処理ガスの供給を開始し、整合器６１及び整合器６３により検出されるインピーダンスの変化から、チャンバ１２に処理ガスの供給を開始してからチャンバ１２内に処理ガスが到達する到達時間を導出する。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、チャンバ１２に処理ガスの供給を開始してからチャンバ１２内に処理ガスが到達する到達時間を導出できる。
以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上記の実施形態では、処理ガスの供給及び高周波電力の印加を切り替えて原子層エッチングを実施する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。処理ガスの供給及び高周波電力の印加を同期させて切り替えることが好ましい処理であれば、何れの処理に使用してもよい。例えば、今回開示した技術は、ＡＬＤ（atomic layer deposition）に適用してもよい。
また、上記の実施形態では、導出された到達時間に基づき、処理ガスの供給を開始するタイミングを補正する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。導出された到達時間に基づき、載置台１６への高周波電力の供給を開始するタイミングを補正してもよい。例えば、補正部１０１ｂは、載置台１６へ高周波電力を供給するタイミングを到達時間分だけ後に補正する。この場合も、処理ガスの切り替えと高周波電力の切り替えを同期させることができる。
また、上記の実施形態では、ウエハＷに対して原子層エッチングを開始する前に、到達時間を導出する事前処理を実施する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。原子層エッチングの処理の際にインピーダンスを検出し、処理ガスの供給するバルブのオン、オフを切り替えたタイミングからインピーダンスの波形に変化が現れるまでの期間に基づいて、到達時間を導出してもよい。そして、導出した到達時間に基づいて、処理ガスの供給を開始するタイミング又は載置台１６への高周波電力の供給を開始するタイミングを補正してもよい。すなわち、プラズマ処理装置１０は、原子層エッチングの処理中に到達時間を検出し、検出した到達時間に基づいて処理ガスの供給を開始するタイミング又は載置台１６への高周波電力の供給を開始するタイミングを補正するフィードバック制御を行ってもよい。
また、上記の実施形態では、インピーダンスＺ２が所定の値以上上昇したタイミングを処理ガスがチャンバ１２に到達したタイミングと検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、インピーダンスＺ２の変化量が所定の変化量以上となったタイミングを処理ガスがチャンバ１２に到達したタイミングと検出してもよい。また、例えば、チャンバ１２内を処理ガスが満たしたタイミングをチャンバ１２に到達したタイミングとする場合、インピーダンスＺ２が変化した後、インピーダンスＺ２の変化が収まったタイミングをチャンバ１２に到達したタイミングと検出してもよい。
また、上記の実施形態では、プラズマ処理装置１０をプラズマエッチング装置した場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。プラズマ処理装置１０は、プラズマにより成膜を行う成膜装置や、膜質などの改質を行う改質装置であってもよい。
また、上記の実施形態では、プラズマ処理としてプラズマエッチングを行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。プラズマ処理は、プラズマを用いた処理であれば何れであってもよい。
また、上記の実施形態では、基板をウエハＷとした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。基板は、ガラス基板など何れの基板でもよい。
１０ プラズマ処理装置
１２ チャンバ
１６ 載置台
４０ ガスボックス
６１、６３ 整合器
６２、６４ 高周波電源
１００ 制御部
１０１ プロセスコントローラ
１０１ａ 導出部
１０１ｂ 補正部
１０２ ユーザインターフェース
１０３ 記憶部
１１０ ガス供給システム
Ｗ ウエハ

Claims (4)

  1. 基板が載置される載置台が内部に設けられたチャンバのインピーダンスの検出を開始する工程と、
    前記チャンバに処理ガスの供給を開始する工程と、
    検出されるインピーダンスの変化から、前記チャンバに処理ガスの供給を開始してから前記チャンバ内に処理ガスが到達する到達時間を導出する工程と、
    を有する補正方法。
  2. 導出された到達時間に基づき、前記処理ガスの供給を開始するタイミングを補正する工程
    をさらに有する請求項１に記載の補正方法。
  3. 導出された到達時間に基づき、前記載置台への高周波電力の供給を開始するタイミングを補正する工程
    をさらに有する請求項１に記載の補正方法。
  4. 基板が載置される載置台が内部に設けられたチャンバと、
    前記チャンバに処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記チャンバのインピーダンスを検出する検出部と、
    前記検出部により前記チャンバのインピーダンスを検出しつつ前記ガス供給部から前記チャンバに処理ガスの供給を開始し、前記検出部により検出されるインピーダンスの変化から、前記チャンバに処理ガスの供給を開始してから前記チャンバ内に処理ガスが到達する到達時間を導出する導出部と、
    を有するプラズマ処理装置。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05320916A (ja) * 1992-05-25 1993-12-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 薄膜形成方法および薄膜形成装置
US20040086434A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-06 Gadgil Pradad N. Apparatus and method for treating objects with radicals generated from plasma
WO2020012907A1 (ja) * 2019-06-20 2020-01-16 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080179948A1 (en) 2005-10-31 2008-07-31 Mks Instruments, Inc. Radio frequency power delivery system
JP2012060104A (ja) 2010-08-11 2012-03-22 Toshiba Corp 電源制御装置、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法
JP6334369B2 (ja) 2014-11-11 2018-05-30 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP6449674B2 (ja) 2015-02-23 2019-01-09 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
US20200066489A1 (en) * 2015-06-29 2020-02-27 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
JP6541596B2 (ja) * 2016-03-22 2019-07-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法
JP7089881B2 (ja) * 2018-01-10 2022-06-23 東京エレクトロン株式会社 成膜方法
US10269540B1 (en) 2018-01-25 2019-04-23 Advanced Energy Industries, Inc. Impedance matching system and method of operating the same
JP7296699B2 (ja) 2018-07-02 2023-06-23 東京エレクトロン株式会社 ガス供給システム、プラズマ処理装置およびガス供給システムの制御方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05320916A (ja) * 1992-05-25 1993-12-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 薄膜形成方法および薄膜形成装置
US20040086434A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-06 Gadgil Pradad N. Apparatus and method for treating objects with radicals generated from plasma
WO2020012907A1 (ja) * 2019-06-20 2020-01-16 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

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