JP2023001473A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマの生成のために用いられる高周波電力の反射を抑制する技術を提供する。【解決手段】開示されるプラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、高周波電源、及びバイアス電源を備える。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成するために高周波電力を供給する。バイアス電源は、電気バイアスエネルギーを基板支持部の電極に供給するように構成されている。電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数の逆数の時間長を有する周期を有する。高周波電源は、周期内の複数の位相期間における高周波電力の反射波のパワーレベルの評価値が許容値以下となるよう、該周期内の該複数の位相期間における高周波電力の出力パワーレベルを調整する。【選択図】図１

Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。

プラズマ処理装置が、基板に対するプラズマ処理において用いられている。プラズマ処理装置では、チャンバ内で生成されたプラズマからイオンを基板に引き込むために、高周波バイアス電力が用いられる。下記の特許文献１は、高周波バイアス電力のパワーレベル及び周波数を変調するプラズマ処理装置を開示している。

特開２００９－２４６０９１号公報

本開示は、プラズマの生成のために用いられる高周波電力の反射を抑制する技術を提供する。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、高周波電源、及びバイアス電源を備える。基板支持部は、電極を含み、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、電極に電気的に接続されており、基板支持部上に載置された基板にイオンを引き込むために電気バイアスエネルギーを基板支持部の電極に供給するように構成されている。電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数の逆数の時間長を有する周期を有する。高周波電源は、周期内の複数の位相期間における評価値が許容値以下となるよう、該周期内の該複数の位相期間における高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されている。評価値は、高周波電力の反射波のパワーレベル又は高周波電力の出力パワーレベルに対する前記反射波のパワーレベルの比の値である。

一つの例示的実施形態によれば、プラズマの生成のために用いられる高周波電力の反射を抑制することが可能となる。

一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図３の（ａ）及び図３の（ｂ）の各々は、高周波電力と電気バイアスエネルギーの一例のタイミングチャートである。 図４の（ａ）及び図４の（ｂ）の各々は、高周波電力と電気バイアスエネルギーの一例のタイミングチャートである。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置におけるパワー調整期間に関連する一例のタイミングチャートである。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置におけるパワー調整期間に関連する一例のタイミングチャートである。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における周波数設定期間に関連する一例のタイミングチャートである。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における周波数設定期間に関連する一例のタイミングチャートである。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における周波数設定期間に関連する一例のタイミングチャートである。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法の流れ図である。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、高周波電源、及びバイアス電源を備える。基板支持部は、電極を含み、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、電極に電気的に接続されており、基板支持部上に載置された基板にイオンを引き込むために電気バイアスエネルギーを基板支持部の電極に供給するように構成されている。電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数の逆数の時間長を有する周期を有する。高周波電源は、周期内の複数の位相期間における評価値が許容値以下となるよう、該周期内の該複数の位相期間における高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されている。評価値は、高周波電力の反射波のパワーレベル又は高周波電力の出力パワーレベルに対する反射波のパワーレベルの比の値である。

電気バイアスエネルギーの周期内において高周波電力の反射波のパワーレベルは、変動する。上記実施形態では、周期内の複数の位相期間における反射波のパワーレベルに関する評価値が許容値以下となるように、周期内の複数の位相期間における高周波電力の出力パワーレベルが調整される。したがって、プラズマの生成のために用いられる高周波電力の反射が抑制される。

一つの例示的実施形態において、電気バイアスエネルギーの先行する周期における複数の位相期間のうち、評価値が許容値よりも大きい一つ以上の位相期間が特定されてもよい。高周波電源は、電気バイアスエネルギーの後続の周期内の当該一つ以上の位相期間それぞれにおいて、評価値が許容値以下となるよう、高周波電力の出力パワーレベルを減少させるように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、上記一つ以上の位相期間それぞれにおける高周波電力の出力パワーレベルの減少量を、周期内の該一つ以上の位相期間以外の位相期間において補うよう、高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、周期内の高周波電力の出力パワーレベルの平均値が所定値となるよう、周期内の上記一つ以上の位相期間以外の位相期間における高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、周期内の基板における電気バイアスエネルギーの電圧の波高値が所定値となるように、該周期内の上記一つ以上の位相期間以外の位相期間における高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、信号発生器及び増幅器を含んでいてもよい。信号発生器は、高周波信号を発生するように構成されている。増幅器は、高周波信号を増幅して高周波電力を生成するように構成されている。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、高周波信号の振幅を調整することにより、高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、増幅器における高周波信号の増幅率を調整することにより、高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、信号発生器、減衰器、及び増幅器を含んでいてもよい。信号発生器は、高周波信号を発生するように構成されている。減衰器は、高周波信号を減衰させて減衰信号を発生するように構成されている。増幅器は、減衰信号を増幅して高周波電力を生成するように構成されていてもよい。高周波電源は、減衰器における高周波信号の減衰率を調整することにより、高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、周期内の複数の位相期間の各々における高周波電力の周波数を、該高周波電力の反射波のパワーレベルを抑制するように事前に決定された周波数に設定するように構成されていてもよい。

別の例示的実施形態において、プラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持部上に基板を載置する工程（ａ）を含む。プラズマ処理方法は、チャンバ内でプラズマを生成するために高周波電源から高周波電力を供給する工程（ｂ）を更に含む。プラズマ処理方法は、プラズマから基板にイオンを引き込むために、バイアス電源から基板支持部内の電極に電気バイアスエネルギーを供給する工程（ｃ）を更に含む。プラズマ処理方法は、高周波電力の出力パワーレベルを調整する工程（ｄ）を更に含む。電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数の逆数の時間長を有する周期を有する。工程（ｄ）において、周期内の複数の位相期間における高周波電力の出力パワーレベルは、該複数の位相期間における評価値が許容値以下となるよう、調整される。評価値は、高周波電力の反射波のパワーレベル又は高周波電力の出力パワーレベルに対する反射波のパワーレベルの比の値である。

一つの例示的実施形態において、電気バイアスエネルギーの先行する周期における複数の位相期間のうち、評価値が許容値よりも大きい一つ以上の位相期間が特定されてもよい。工程（ｄ）において、電気バイアスエネルギーの後続の周期内の一つ以上の位相期間における高周波電力の出力パワーレベルが、評価値が許容値以下となるよう、減少されてもよい。

一つの例示的実施形態では、工程（ｄ）において、周期内の一つ以上の位相期間それぞれにおける高周波電力の出力パワーレベルの減少量を周期内の一つ以上の位相期間以外の位相期間において補うよう、高周波電力の出力パワーレベルが調整されてもよい。

一つの例示的実施形態では、工程（ｄ）において、周期内の高周波電力の出力パワーレベルの平均値が所定値となるよう、周期内の一つ以上の位相期間以外の位相期間における高周波電力の出力パワーレベルが、調整されてもよい。

一つの例示的実施形態では、工程（ｄ）において、周期内の基板における電気バイアスエネルギーの電圧の波高値が所定値となるように、周期内の一つ以上の位相期間以外の位相期間における高周波電力の出力パワーレベルが調整されてもよい。

一つの例示的実施形態では、周期の複数の位相期間の各々における高周波電力の周波数が、該高周波電力の反射波のパワーレベルを抑制するように事前に決定された周波数に設定されてもよい。

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１及び図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。

一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも一つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも一つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも一つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。

プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも一つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

以下に、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合プラズマ処理装置の構成例について説明する。容量結合プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも一つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１ｅ及び静電チャック１１１ｃを含む。基台１１１ｅは、導電性部材を含む。基台１１１ｅの導電性部材は下部電極として機能する。静電チャック１１１ｃは、基台１１１ｅの上に配置される。静電チャック１１１ｃの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも一つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック１１１ｃ、リングアセンブリ１１２、及び基板Ｗのうち少なくとも一つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも一つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも一つのガス供給口１３ａ、少なくとも一つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

ガス供給部２０は、一つ以上のガスソース２１及び少なくとも一つ以上の流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、一つ以上の処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、一つ以上の処理ガスの流量を変調又はパルス化する一つ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

プラズマ処理装置１は、高周波電源３１及びバイアス電源３２を備えている。プラズマ処理装置１は、制御部３０ｃを更に備えていてもよい。

高周波電源３１は、チャンバ（プラズマ処理チャンバ１０）内でプラズマを生成するために高周波電力ＲＦを発生するように構成されている。高周波電力ＲＦは、例えば、１３ＭＨｚ以上、１５０ＭＨｚ以下の周波数を有する。一実施形態において、高周波電源３１は、高周波信号発生器３１ｇ及び増幅器３１ａを含んでいてもよい。高周波信号発生器３１ｇは、高周波信号を発生する。増幅器３１ａは、高周波信号発生器３１ｇから入力される高周波信号を増幅することにより高周波電力ＲＦを生成して、高周波電力ＲＦを出力する。高周波電源３１は、減衰器３１ｂを更に備えていてもよい。減衰器３１ｂは、高周波信号発生器３１ｇと増幅器３１ａとの間で接続されている。減衰器３１ｂは、高周波信号発生器３１ｇから入力される高周波信号を減衰させて減衰信号を発生し、増幅器３１ａは、減衰信号を増幅することにより高周波電力ＲＦを生成する。

一実施形態において、高周波電源３１は、整合器３１ｍを介してバイアス電極に接続されている。基台１１１ｅは、一実施形態においてバイアス電極を構成する。別の実施形態において、バイアス電極は、静電チャック１１１ｃの中に設けられた電極であってもよい。整合器３１ｍは、整合回路を含んでいる。整合器３１ｍの整合回路は、可変インピーダンスを有する。整合器３１ｍの整合回路は、制御部３０ｃによって制御される。整合器３１ｍの整合回路のインピーダンスは、高周波電源３１の負荷側のインピーダンスを高周波電源３１の出力インピーダンスに整合させるように調整される。なお、高周波電源３１は、整合器３１ｍを介して上部電極に接続されていてもよい。

バイアス電源３２は、基板支持部１１上に載置された基板Ｗにイオンを引き込むために、電気バイアスエネルギーＢＥをバイアス電極に供給するように構成されている。バイアス電源３２は、電気バイアスエネルギーＢＥを連続的にバイアス電極に与えてもよい。また、高周波電源３１も、高周波電力ＲＦを連続的に供給してもよい。即ち、高周波電力ＲＦ及び電気バイアスエネルギーＢＥは、単一の重複期間ＯＰにおいて同時に供給される。

或いは、バイアス電源３２は、複数のパルス期間ＰＰの各々において、電気バイアスエネルギーＢＥのパルスＢＥＰをバイアス電極に与えるように構成されている。バイアス電源３２は、パルスコントローラから与えられる信号により、複数のパルス期間ＰＰの各々のタイミングを特定してもよい。なお、制御部２が、パルスコントローラとして機能してもよい。

ここで、図３の（ａ）、図３の（ｂ）、図４の（ａ）、及び図４の（ｂ）を参照する。図３の（ａ）、図３の（ｂ）、図４の（ａ）、及び図４の（ｂ）の各々は、高周波電力ＲＦと電気バイアスエネルギーＢＥの一例のタイミングチャートである。これらの図において、高周波電力ＲＦの「ＯＮ」は、高周波電力ＲＦが供給されていることを示しており、高周波電力ＲＦの「ＯＦＦ」は、高周波電力ＲＦの供給が停止されていることを示している。また、電気バイアスエネルギーＢＥの「ＯＮ」は、電気バイアスエネルギーＢＥがバイアス電極に与えられていることを示しており、電気バイアスエネルギーＢＥの「ＯＦＦ」は、電気バイアスエネルギーＢＥがバイアス電極に与えられていないことを示している。また、電気バイアスエネルギーＢＥの「ＨＩＧＨ」は、「ＬＯＷ」で示される電気バイアスエネルギーＢＥのレベルよりも高いレベルを有する電気バイアスエネルギーＢＥがバイアス電極に与えられていることを示している。

複数のパルス期間ＰＰは、時間的に順に出現する。複数のパルス期間ＰＰは、パルス周波数で規定される時間間隔（周期）で順に出現してもよい。なお、以下の説明において、パルス期間ＰＰ（ｋ）は、複数のパルス期間ＰＰのうちｋ番目のパルス期間を表している。即ち、パルス期間ＰＰ（ｋ）は、複数のパルス期間ＰＰのうち任意のパルス期間を表している。パルス周波数は、後述するバイアス周波数よりも低く、例えば、１ｋＨｚ以上、１００ｋＨｚ以下の周波数である。上述したように、電気バイアスエネルギーＢＥのパルスＢＥＰは、複数のパルス期間ＰＰの各々において、バイアス電極に与えられる。複数のパルス期間ＰＰ以外の期間において、電気バイアスエネルギーＢＥは、バイアス電極に与えられなくてもよい。或いは、複数のパルス期間ＰＰにおける電気バイアスエネルギーＢＥのレベルよりも低いレベルを有する電気バイアスエネルギーＢＥが、複数のパルス期間ＰＰ以外の期間において、バイアス電極に与えられてもよい。

図３の（ａ）に示すように、高周波電力ＲＦは、連続波として供給されてもよい。図３の（ａ）に示す例では、高周波電力ＲＦとＯＮ又はＨＩＧＨ状態の電気バイアスエネルギーＢＥが同時に供給される複数の重複期間ＯＰはそれぞれ、複数のパルス期間ＰＰと一致する。

或いは、図３の（ｂ）、図４の（ａ）、及び図４の（ｂ）に示すように、高周波電力ＲＦのパルスが、供給されてもよい。高周波電源３１は、上述のパルスコントローラから与えられる信号により、高周波電力ＲＦのパルスを供給する期間のタイミングを特定してもよい。

図３の（ｂ）に示すように、高周波電力ＲＦのパルスは、複数のパルス期間ＰＰとそれぞれ一致する複数の期間の各々において供給されてもよい。図３の（ｂ）に示す例では、高周波電力ＲＦとＯＮ又はＨＩＧＨ状態の電気バイアスエネルギーＢＥが同時に供給される複数の重複期間ＯＰはそれぞれ、複数のパルス期間ＰＰと一致する。

図４の（ａ）及び図４の（ｂ）に示すように、高周波電力ＲＦのパルスは、複数のパルス期間ＰＰとそれぞれ部分的に重複する複数の期間の各々において供給されてもよい。図４の（ａ）及び図４の（ｂ）の各々に示す例では、高周波電力ＲＦとＯＮ又はＨＩＧＨ状の電気バイアスエネルギーＢＥが同時に供給される複数の重複期間ＯＰの各々は、複数のパルス期間ＰＰのうち対応のパルス期間ＰＰの一部である。

なお、以下の説明において、重複期間ＯＰ（ｋ）は、複数の重複期間ＯＰのうちｋ番目の重複期間を表している。即ち、重複期間ＯＰ（ｋ）は、複数の重複期間ＯＰのうち任意の重複期間を表している。

電気バイアスエネルギーＢＥは、上述の単一の重複期間ＯＰ又は複数のパルス期間ＰＰの各々に含まれる複数の周期ＣＹの各々においてバイアス電極に与えられる。複数の周期ＣＹは、バイアス周波数で規定される。バイアス周波数は、例えば５０ｋＨｚ以上、２７ＭＨｚ以下の周波数である。複数の周期ＣＹの各々の時間長は、バイアス周波数の逆数である。複数の周期ＣＹは時間的に順に出現する。以下の説明において、周期ＣＹ（ｍ）は、単一の重複期間ＯＰ又は複数の重複期間ＯＰの各々の中の複数の周期ＣＹのうち、ｍ番目の周期を表す。また、周期ＣＹ（ｋ，ｍ）は、ｋ番目の重複期間内のｍ番目の周期を表す。

ここで、図５及び図６を参照する。図５及び図６の各々は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置におけるパワー調整期間に関連する一例のタイミングチャートである。図５及び図６の各々には、電気バイアスエネルギーＢＥ、基板Ｗにおける電気バイアスエネルギーＢＥの電圧Ｖ_Ｓ、高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦ、高周波電力ＲＦの負荷からの反射波のパワーレベルＰｒ、高周波信号発生器３１ｇによって発生される高周波信号の振幅Ｓ_ＲＦ、及び増幅器３１ａの増幅率Ｇ_ａｍｐが示されている。

図５及び図６に示すように、一実施形態において、電気バイアスエネルギーＢＥは、バイアス周波数を有する高周波電力、即ち高周波バイアス電力ＬＦであってもよい。この場合には、図２に示すように、バイアス電源３２は、整合器３２ｍを介してバイアス電極に接続される。整合器３２ｍは、整合回路を含んでいる。整合器３２ｍの整合回路は、可変インピーダンスを有する。整合器３２ｍの整合回路は、制御部３０ｃによって制御される。整合器３２ｍの整合回路のインピーダンスは、バイアス電源３２の負荷側のインピーダンスをバイアス電源３２の出力インピーダンスに整合させるように調整される。

別の実施形態において、電気バイアスエネルギーＢＥは、複数の周期ＣＹの各々においてバイアス電極に与えられる電圧のパルスＰＶを含んでいてもよい。電気バイアスエネルギーＢＥとして用いられる電圧のパルスは、負の電圧のパルス又は負の直流電圧のパルスであってもよい。電圧のパルスＰＶは、三角波、矩形波といった任意の波形を有していてもよい。電気バイアスエネルギーＢＥとして電圧のパルスＰＶが用いられる場合には、図２に示す整合器３２ｍの代わりに、高周波電力ＲＦを遮断するフィルタが、バイアス電源３２とバイアス電極との間で接続されていてもよい。

プラズマ処理装置１では、複数の周期ＣＹの各々の中で高周波電力ＲＦの周波数及びパワーレベルを調整するために、高周波電源３１とバイアス電源３２は、互いに同期されている。このために用いられる同期信号は、バイアス電源３２から高周波電源３１に与えられてもよい。或いは、同期信号は、高周波電源３１からバイアス電源３２に与えられてもよい。或いは、同期信号は、制御部３０ｃのような別の装置から高周波電源３１及びバイアス電源３２に与えられてもよい。例えば、同期信号は、方向性結合器３２ｄから出力される電気バイアスエネルギーＢＥの進行波を用いて制御部３０ｃにより生成されてもよい。

制御部３０ｃは、高周波電源３１を制御するように構成されている。制御部３０ｃは、ＣＰＵといったプロセッサから構成され得る。制御部３０ｃは、整合器３１ｍの一部であってもよく、高周波電源３１の一部であってもよい。制御部３０ｃは、整合器３１ｍ及び高周波電源３１から分離されていてもよい。或いは、制御部２が、制御部３０ｃを兼ねていてもよい。

高周波電源３１は、パワー調整期間Ｐ_ＰＡ内で高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整するように構成されている。パワー調整期間Ｐ_ＰＡは、後述する周波数設定期間Ｐ_ｆｓｅｔの後の期間である。パワー調整期間Ｐ_ＰＡは、上述の単一の重複期間ＯＰ又は複数の重複期間ＯＰを含む。高周波電源３１は、パワー調整期間Ｐ_ＰＡ内の上述の単一の重複期間ＯＰ又は複数の重複期間ＯＰの各々に含まれる複数の周期ＣＹにおいて、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整する。

複数の周期ＣＹの各々は、Ｎ個の位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）を含んでいる。即ち、複数の周期ＣＹの各々は、Ｎ個の位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）に分割されている。Ｎは、２以上の整数である。複数の周期ＣＹの各々において、複数の位相期間ＳＰは、互いに同じ時間長を有していてもよく、互いに異なる時間長を有していてもよい。なお、以下の説明においては、位相期間ＳＰ（ｎ）は、位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）のうち、ｎ番目の位相期間を表す。また、位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）は、周期ＣＹ（ｍ）におけるｎ番目の位相期間を表す。

高周波電源３１は、周期ＣＹ内の複数の位相期間ＳＰにおける評価値が許容値Ｐ_ＡＣ以下となるよう、周期ＣＹ内の複数の位相期間ＳＰにおける高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整するように構成されている。評価値は、図５に示すように、高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒであってもよい。或いは、評価値は、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルに対する高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒの比の値であってもよい。許容値ＰＡＣは、高周波電源３１又は増幅器３１ａの特性に応じて決定され得る。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１は、方向性結合器３１ｄを更に備えていてもよい。方向性結合器３１ｄは、高周波電源３１と整合器３１ｍとの間で接続されていてもよい。方向性結合器３１ｄは、整合器３１ｍとバイアス電極又は上部電極との間で接続されていてもよい。方向性結合器３１ｄは、整合器３１ｍの一部であってもよい。

方向性結合器３１ｄは、高周波電力ＲＦの反射波を他の高周波から分離するように構成されている。方向性結合器３１ｄは、高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒを検出する検出器を含んでいてもよい。複数の周期ＣＹの各々の中の位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）の各々におけるパワーレベルＰｒは、制御部３０ｃに通知される。制御部３０ｃは、各周期ＣＹの中の各位相期間ＳＰにおけるパワーレベルＰｒから評価値を決定し、評価値が許容値Ｐ_ＡＣ以下となるように、各周期ＣＹの中の各位相期間ＳＰにおける高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整するよう、高周波電源３１を制御する。

一実施形態において、先行する周期ＣＹにおける複数の位相期間ＳＰのうち、評価値が許容値Ｐ_ＡＣよりも大きい一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａが特定されてもよい。一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａは、制御部３０ｃによって評価値から特定されてもよい。高周波電源３１は、後続の周期ＣＹ内の一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａにおいて、評価値が許容値Ｐ_ＡＣ以下となるよう、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを減少させてもよい。高周波電源３１は、後続の周期ＣＹ内の一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａにおける高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを減少させるために、制御部３０ｃによって制御されてもよい。なお、図５及び図６において、先行する周期ＣＹは、周期ＣＹ（ｍ）として表されている。後続の周期ＣＹは、周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（１））及び周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（２））として表されている。なお、Ｑ（１）は１以上の整数であり、Ｑ（２）は２以上の整数であり、Ｑ（１）＜Ｑ（２）が満たされる。

一実施形態では、高周波電源３１は、周期ＣＹ内の一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａそれぞれにおける高周波電力ＲＦの出力パワーレベルの減少量を一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａ以外の位相期間ＳＰにおいて補うよう、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整する。例えば、高周波電源３１は、周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（１））の後の周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（２））における一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａ以外の全ての位相期間ＳＰにおいて、上記減少量を均等に補うように、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整してもよい。高周波電源３１は、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整するために、制御部３０ｃによって制御されてもよい。

別の実施形態では、高周波電源３１は、周期ＣＹ内の高周波電力ＲＦの出力パワーレベルの平均値が所定値となるように、一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａ以外の位相期間ＳＰにおける高周波電力の出力パワーレベルを調整してもよい。例えば、高周波電源３１は、周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（１））の後の周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（２））において、高周波電力の出力パワーレベルの平均値が所定値となるように、一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａ以外の全ての位相期間ＳＰの出力パワーレベルを調整してもよい。一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａ以外の位相期間ＳＰの高周波電力ＲＦの出力パワーレベルは、均等に増加されてもよい。この実施形態においても、高周波電源３１は、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整するために、制御部３０ｃによって制御されてもよい。

更に別の実施形態では、高周波電源３１は、周期ＣＹ内の基板Ｗにおける電気バイアスエネルギーＢＥの電圧の波高値Ｖｐｐが所定値となるように、周期ＣＹ内の一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａ以外の位相期間ＳＰの高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整してもよい。例えば、高周波電源３１は、周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（１））の後の周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（２））において、波高値Ｖｐｐが所定値となるように、一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａ以外の位相期間ＳＰの高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整してもよい。一つ以上の位相期間ＳＰ_Ａ以外の位相期間ＳＰの高周波電力ＲＦの出力パワーレベルは、均等に増加されてもよい。この実施形態においても、高周波電源３１は、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整するために、制御部３０ｃによって制御されてもよい。なお、波高値Ｖｐｐは、整合器３２ｍをバイアス電極に接続する電気的パス上の電圧をセンサ３２ｖによって測定することにより、特定されてもよい。センサ３２ｖは、整合器３２ｍの一部であってもよい。

一実施形態において、高周波電源３１は、図５に示すように、高周波信号発生器３１ｇによって発生される高周波信号の振幅Ｓ_ＲＦを調整することにより、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整するように構成されていてもよい。別の実施形態において、高周波電源３１は、図６に示すように、増幅器３１ａにおける高周波信号の増幅率Ｇ_ａｍｐを調整することにより、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整するように構成されていてもよい。更に別の実施形態において、高周波電源３１は、減衰器３１ｂにおける高周波信号の減衰率を調整することにより、高周波電力ＲＦの出力パワーレベルを調整するように構成されていてもよい。

高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒは、電気バイアスエネルギーＢＥの周期ＣＹ内において変動する。プラズマ処理装置１では、周期ＣＹ内の複数の位相期間ＳＰにおける反射波のパワーレベルに関する評価値が許容値Ｐ_ＡＣ以下となるように、周期ＣＹ内の複数の位相期間ＳＰにおける高周波電力ＲＦの出力パワーレベルが調整される。したがって、プラズマの生成のために用いられる高周波電力ＲＦの反射が抑制される。故に、高周波電源３１が反射波から保護される。

一実施形態において、高周波電源３１は、図５及び図６に示すように、パワー調整期間Ｐ_ＰＡ内の各周期ＣＹの中の複数の位相期間ＳＰにおいて、高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦを、高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルを抑制するように設定してもよい。複数の位相期間ＳＰそれぞれにおける高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦの周波数は、パワー調整期間Ｐ_ＰＡの前の周波数設定期間Ｐ_ｆｓｅｔにおいて事前に決定される。決定された複数の位相期間ＳＰそれぞれにおける高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦの周波数は、制御部２又は制御部３０ｃの記憶装置に格納されていてもよく、制御部３０ｃから高周波電源３１に指定されてもよい。

以下、周波数設定期間Ｐ_ｆｓｅｔにおいて事前に行われる高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦの決定に関する幾つかの実施形態について説明する。

［周波数ｆ_ＲＦの決定の第１の実施形態]

図７は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における周波数設定期間に関連する一例のタイミングチャートである。図７に示すように、第１の実施形態において、周波数設定期間Ｐ_ｆｓｅｔは、複数の周期ＣＹ（Ｍ個の周期ＣＹ（１）～ＣＹ（Ｍ））を含む。

制御部３０ｃは、複数の周期ＣＹの同一の位相期間ＳＰ（ｎ）において用いる高周波電力ＲＦの周波数を互いに異なる複数の周波数にそれぞれ設定するよう、高周波電源３１を制御する。制御部３０ｃは、複数の周波数のうち、複数の位相期間ＳＰの各々において高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒを最小化する適正周波数を選択することにより、複数の位相期間ＳＰそれぞれのための高周波電力の複数の適正周波数を決定する。

図７に示す例では、周期ＣＹ（１）～ＣＹ（Ｍ）の各々における高周波電力ＲＦの周波数は、一定の周波数に設定され、周期ＣＹ（１）～ＲＣＹ（Ｍ）のうち他の周期における高周波電力ＲＦの周波数とは異なる周波数に設定される。そして、周期ＣＹ（１）～ＣＹ（Ｍ）それぞれの位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）の高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒが取得される。そして、取得された反射波のパワーレベルＰｒから、位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）のそれぞれにおける反射波のパワーレベルＰｒを最小化する位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）それぞれのための高周波電力ＲＦの適正周波数が、選択される。位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）それぞれのための高周波電力ＲＦの適正周波数は、パワー調整期間Ｐ_ＰＡ内の位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）において高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦとして用いられる。

［周波数ｆ_ＲＦの決定の第２の実施形態]

図８は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における周波数設定期間に関連する一例のタイミングチャートである。図８に示すように、第２の実施形態において、周波数設定期間Ｐ_ｆｓｅｔは、複数の周期ＣＹ（Ｍ個の周期ＣＹ（１）～ＣＹ（Ｍ））を含む。

制御部３０ｃは、周期ＣＹ（ｍ）内の位相期間ＳＰ（ｎ）、即ち位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数を、高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒの変化に応じて、調整するように構成されている。反射波のパワーレベルＰｒの変化は、周期ＣＹ（ｍ）の前の二つ以上の周期ＣＹそれぞれにおける対応の位相期間ＳＰ（ｎ）において互いに異なる高周波電力ＲＦの周波数を用いることにより特定される。

一実施形態において、周期ＣＹ（ｍ）の前の二つ以上の周期ＣＹは、第１の周期及び第２の周期を含む。図８の例において、第１の周期は、周期ＣＹ（ｍ－Ｑ（２））であり、第２の周期は、第１の周期の後の周期であり、周期ＣＹ（ｍ－Ｑ（１））である。Ｑ（１）は１以上の整数であり、Ｑ（２）は２以上の整数であり、Ｑ（１）＜Ｑ（２）が満たされる。

制御部３０ｃは、位相期間ＳＰ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）に、位相期間ＳＰ（ｍ－Ｑ（２），ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数からの一方の周波数シフトを与える。ここで、ｆ（ｍ，ｎ）は、位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）で用いられる高周波電力ＲＦの周波数を表す。ｆ（ｍ，ｎ）は、ｆ（ｍ，ｎ）＝ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）＋Δ（ｍ，ｎ）で表される。Δ（ｍ，ｎ）は、周波数シフトの量を表す。一方の周波数シフトは、周波数の減少及び周波数の増加のうち一方である。一方の周波数シフトが周波数の減少であれば、Δ（ｍ，ｎ）は負の値を有する。一方の周波数シフトが周波数の増加であれば、Δ（ｍ，ｎ）は正の値を有する。

なお、図８において、周期ＣＹ（ｍ－Ｑ（２））における複数の位相期間ＳＰのそれぞれにおける高周波電力ＲＦの周波数は、互いに同一であり、ｆ_０であるが、互いに異なっていてもよい。また、図８において、周期ＣＹ（ｍ－Ｑ（１））における複数の位相期間ＳＰのそれぞれにおける高周波電力ＲＦの周波数は、互いに同一であり、周波数ｆ_０から減少された周波数に設定されているが、周波数ｆ_０から増加されてもよい。

一方の周波数シフトによりパワーレベルＰｒ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）がパワーレベルＰｒ（ｍ－２Ｑ，ｎ）から減少した場合には、制御部３０ｃは、周波数ｆ（ｍ，ｎ）を、周波数ｆ（ｍ－Ｑ，ｎ）に対して一方の周波数シフトを有する周波数に設定する。なお、Ｐｒ（ｍ，ｎ）は、位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）における高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒを表している。

位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）における一方の周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）は、位相期間ＳＰ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）における一方の周波数シフトの量Δ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）と同一であってもよい。即ち、周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）の絶対値は、周波数シフトの量Δ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）と同一であってもよい。或いは、周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）の絶対値は、周波数シフトの量Δ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）よりも大きくてもよい。或いは、周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）の絶対値は、位相期間ＳＰ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）における反射波のパワーレベルＰｒ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）が大きいほど大きくなるように、設定されてもよい。例えば、周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）の絶対値は、反射波のパワーレベルＰｒ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）の関数により決定されてもよい。

一方の周波数シフトにより反射波のパワーレベルＰｒ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）が反射波のパワーレベルＰｒ（ｍ－Ｑ（２），ｎ）から増加する場合が生じ得る。この場合には、制御部３０ｃは、周波数ｆ（ｍ，ｎ）を、周波数ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定してもよい。なお、周期ＣＹ（ｍ）の前の二つ以上の周期の各々の位相期間ＳＰ（ｎ）の高周波電力ＲＦの周波数が、その前の周期の位相期間ＳＰ（ｎ）の高周波電力ＲＦの周波数に対して一方の周波数シフトを有するように更新されてもよい。この場合において、当該二つ以上の周期の位相期間ＳＰ（ｎ）それぞれの反射波のパワーレベルＰｒ又はそれらの平均値が増加傾向にある場合には、他方の周波数シフトが、周期ＣＹ（ｍ）の位相期間ＳＰ（ｎ）の高周波電力ＲＦの周波数に与えられてもよい。例えば、周期ＣＹ（ｍ）の位相期間ＳＰ（ｎ）の高周波電力ＲＦの周波数は、当該二つ以上の周期のうち最も早い周期の高周波電力の周波数に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定されてもよい。

一方の周波数シフトにより反射波のパワーレベルＰｒ（ｍ，ｎ）が反射波のパワーレベルＰｒ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）から増加した場合には、制御部３０ｃは、周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（１））内の位相期間ＳＰ（ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数を中間の周波数に設定してもよい。周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（１））は、周期ＣＹ（ｍ）の後の第３の周期である。位相期間ＳＰ（ｍ＋Ｑ（１），ｎ）において設定され得る中間の周波数は、ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）とｆ（ｍ，ｎ）との間の周波数であり、ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）とｆ（ｍ，ｎ）の平均値であってもよい。

位相期間ＳＰ（ｍ＋Ｑ（１），ｎ）において中間の周波数を用いた場合のパワーレベルＰｒが所定の閾値よりも大きくなる場合が生じ得る。この場合に、制御部３０ｃは、周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（２））内の位相期間ＳＰ（ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数を、中間の周波数に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定してもよい。周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（２））は、周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（２））の後の第４の周期である。閾値は、予め定められている。他方の周波数シフトの量Δ（ｍ＋Ｑ（２），ｎ）の絶対値は、一方の周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）の絶対値よりも大きい。この場合には、反射波のパワーレベルＰｒをローカルな極小値から減少させることができなくなることを回避することが可能となる。なお、複数の周期ＣＹの各々における複数の位相期間ＳＰのそれぞれのための閾値は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。

第２の実施形態においては、周波数設定期間Ｐ_ｆｓｅｔ内の周期ＣＹ（Ｍ）の位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）それぞれのために設定された高周波電力ＲＦの周波数が、適正周波数として決定される。位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）それぞれのための高周波電力ＲＦの適正周波数は、パワー調整期間Ｐ_ＰＡ内の位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）において高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦとして用いられる。

［周波数ｆ_ＲＦの決定の第３の実施形態]

図９は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における周波数設定期間に関連する一例のタイミングチャートである。図９に示す周波数ｆ_ＲＦの決定の第３の実施形態は、複数のパルス期間ＰＰの各々において電気バイアスエネルギーＢＥのパルスＢＥＰが供給される場合に用いられる。この実施形態において、周波数設定期間Ｐ_ｆｓｅｔは、複数（Ｋ個）の重複期間ＯＰを含む。また、複数の重複期間ＯＰの各々は、複数（Ｍ個）の周期ＣＹを含む。複数の周期ＣＹの各々は、複数（Ｎ個）の位相期間ＳＰを含む。

第３の実施形態において、制御部３０ｃは、複数の重複期間ＯＰの各々に含まれる複数の周期ＣＹの各々の中の複数の位相期間ＳＰの各々における高周波電力ＲＦの適正周波数を設定するように構成されている。なお、複数の重複期間ＯＰ以外の期間において供給される高周波電力ＲＦの適正周波数としては、予め準備されたテーブルに登録されている周波数の時系列が用いられ得る。

以下では、まず、１番目の重複期間ＯＰ、即ち重複期間ＯＰ（１）における高周波電力ＲＦの周波数の設定について説明する。制御部３０ｃは、重複期間ＯＰ（１）内の周期ＣＹ（１，ｍ）内の位相期間ＳＰ（１，ｍ，ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数を、高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒの変化に応じて、調整する。なお、位相期間ＳＰ（ｋ，ｍ，ｎ）は、ｋ番目の重複期間ＯＰ（ｋ）内の周期ＣＹ（ｋ，ｍ）におけるｎ番目の位相期間ＳＰを表す。第３の実施形態における位相期間ＳＰ（１，ｍ，ｎ）の高周波電力ＲＦの周波数の設定処理は、第２の実施形態における位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）の高周波電力ＲＦの周波数の設定処理と同一である。

以下、２番目から（Ｔ－１）番目までの重複期間ＯＰ（ｋ）における高周波電力ＲＦの周波数の設定について説明する。なお、Ｔは、３以上且つＫより小さい整数である。重複期間ＯＰ（ｋ）内の複数の周期ＣＹの中の複数の位相期間ＳＰの高周波電力ＲＦの周波数は、重複期間ＯＰ（１）内の複数の周期ＣＹの中の複数の位相期間ＳＰの高周波電力ＲＦの周波数の上述の設定処理と同一の設定処理を用いて設定されてもよい。なお、重複期間ＯＰ（ｋ）内の周期ＣＹ（１）の中の複数の位相期間ＳＰの高周波電力ＲＦの周波数の設定では、重複期間ＯＰ（ｋ－１）内の周期ＣＹ（Ｍ－１）及び周期ＣＹ（Ｍ）が、第１の周期及び第２の周期として用いられてもよい。また、重複期間ＯＰ（ｋ）内のＣＹ（２）の中の複数の位相期間ＳＰの高周波電力ＲＦの周波数の設定では、重複期間ＯＰ（ｋ－１）内の周期ＣＹ（Ｍ）及び重複期間ＯＰ（ｋ）内の周期ＣＹ（１）が、第１の周期及び第２の周期として用いられてもよい。

別の実施形態において、重複期間ＯＰ（ｋ）内の複数の周期ＣＹの中の複数の位相期間ＳＰの高周波電力ＲＦの周波数は、予め準備されたテーブルに登録されているそれぞれの周波数を用いて設定されてもよい。

以下、図９を参照して、Ｔ番目からＫ番目までの重複期間ＯＰ（ｋ）における高周波電力ＲＦの周波数の設定について説明する。制御部３０ｃは、重複期間ＯＰ（ｋ）内の周期ＣＹ（ｍ）内の位相期間ＳＰ（ｎ）、即ち位相期間ＳＰ（ｋ，ｍ，ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数を、高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒの変化に応じて、調整する。反射波のパワーレベルＰｒの変化は、重複期間ＯＰ（ｋ）の前の二つ以上の重複期間ＯＰ内の周期ＣＹ（ｍ）内の対応の位相期間ＳＰ（ｎ）において互いに異なる高周波電力ＲＦの周波数を用いることにより特定される。

一実施形態において、重複期間ＯＰ（ｋ）の前の二つ以上の重複期間ＯＰは、第１の重複期間及び第２の重複期間を含む。第１の重複期間は、重複期間ＯＰ（ｋ－Ｑ（２））であり、第２の重複期間は、第１の重複期間の後の重複期間であり、重複期間ＯＰ（ｋ－Ｑ（１））である。Ｑ（１）は１以上の整数であり、Ｑ（２）は２以上の整数であり、Ｑ（１）＜Ｑ（２）が満たされる。

制御部３０ｃは、位相期間ＳＰ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数ｆ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）に、位相期間ＳＰ（ｋ－Ｑ（２），ｍ，ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数からの一方の周波数シフトを与える。ここで、ｆ（ｋ，ｍ，ｎ）は、位相期間ＳＰ（ｋ，ｍ，ｎ）で用いられる高周波電力ＲＦの周波数を表す。ｆ（ｋ，ｍ，ｎ）は、ｆ（ｋ，ｍ，ｎ）＝ｆ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）＋Δ（ｋ，ｍ，ｎ）で表される。Δ（ｋ，ｍ，ｎ）は、周波数シフトの量を表す。一方の周波数シフトは、周波数の減少及び周波数の増加のうち一方である。一方の周波数シフトが周波数の減少であれば、Δ（ｋ，ｍ，ｎ）は負の値を有する。一方の周波数シフトが周波数の増加であれば、Δ（ｋ，ｍ，ｎ）は正の値を有する。

一方の周波数シフトによりパワーレベルＰｒ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）がパワーレベルＰｒ（ｋ－Ｑ（２），ｍ，ｎ）から減少した場合には、制御部３０ｃは、周波数ｆ（ｋ，ｍ，ｎ）を、周波数ｆ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）に対して一方の周波数シフトを有する周波数に設定する。なお、Ｐｒ（ｋ，ｍ，ｎ）は、位相期間ＳＰ（ｋ，ｍ，ｎ）における高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒを表している。

重複期間ＯＰ（ｋ）の前の二つ以上の重複期間の各々の位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）の高周波電力ＲＦの周波数が、その前の重複期間の位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）の高周波電力ＲＦの周波数に対して一方の周波数シフトを有するように更新されてもよい。この場合において、当該二つ以上の重複期間の位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）それぞれの反射波のパワーレベルＰｒ又はそれらの平均値が増加傾向にある場合には、他方の周波数シフトが、重複期間ＯＰ（ｋ）の位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）の高周波電力ＲＦの周波数に与えられてもよい。例えば、重複期間ＯＰ（ｋ）の位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）の高周波電力ＲＦの周波数は、当該二つ以上の重複期間のうち最も早い重複期間の高周波電力ＲＦの周波数に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定されてもよい。

一実施形態において、位相期間ＳＰ（ｋ，ｍ，ｎ）における一方の周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）は、位相期間ＳＰ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）における一方の周波数シフトの量Δ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）と同一であってもよい。即ち、周波数シフトの量Δ（ｋ，ｍ，ｎ）の絶対値は、周波数シフトの量Δ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）と同一であってもよい。或いは、周波数シフトの量Δ（ｋ，ｍ，ｎ）の絶対値は、周波数シフトの量Δ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）よりも大きくてもよい。或いは、周波数シフトの量Δ（ｋ，ｍ，ｎ）の絶対値は、位相期間ＳＰ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）における反射波のパワーレベルＰｒ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）が大きいほど大きくなるように、設定されてもよい。例えば、周波数シフトの量Δ（ｋ，ｍ，ｎ）の絶対値は、反射波のパワーレベルＰｒ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）の関数により決定されてもよい。

一方の周波数シフトにより反射波のパワーレベルＰｒ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）が反射波のパワーレベルＰｒ（ｋ－Ｑ（２），ｍ，ｎ）から増加する場合が生じ得る。この場合に、制御部３０ｃは、周波数ｆ（ｋ，ｍ，ｎ）を、周波数ｆ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定してもよい。

また、一方の周波数シフトにより反射波のパワーレベルＰｒ（ｋ，ｍ，ｎ）が反射波のパワーレベルＰｒ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）から増加する場合が生じ得る。この場合には、制御部３０ｃは、位相期間ＳＰ（ｋ＋Ｑ（１），ｍ，ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数を中間の周波数に設定してもよい。即ち、この場合には、重複期間ＯＰ（ｋ＋Ｑ（１））内の周期ＣＹ（ｍ）内の位相期間ＳＰ（ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数を中間の周波数に設定してもよい。重複期間ＯＰ（ｋ＋Ｑ（１））は、重複期間ＯＰ（ｋ）の後の第３の重複期間である。位相期間ＳＰ（ｋ＋Ｑ（１），ｍ，ｎ）において設定され得る中間の周波数は、ｆ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）とｆ（ｋ，ｍ，ｎ）との間の周波数であり、ｆ（ｋ－Ｑ（１），ｍ，ｎ）とｆ（ｋ，ｍ，ｎ）の平均値であってもよい。

また、位相期間ＳＰ（ｋ＋Ｑ（１），ｍ，ｎ）において中間の周波数を用いた場合のパワーレベルＰｒが所定の閾値よりも大きくなる場合が生じ得る。この場合に、制御部３０ｃは、位相期間ＳＰ（ｋ＋Ｑ（２），ｍ，ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数を、中間の周波数に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定してもよい。即ち、この場合には、重複期間ＯＰ（ｋ＋Ｑ（２））内の周期ＣＹ（ｍ）内の位相期間ＳＰ（ｎ）における高周波電力ＲＦの周波数に、他方の周波数シフトを与えてもよい。重複期間ＯＰ（ｋ＋Ｑ（２））は、重複期間ＯＰ（ｋ＋Ｑ（１））の後の第４の重複期間である。閾値は、予め定められている。他方の周波数シフトの量Δ（ｋ＋Ｑ（２），ｍ，ｎ）の絶対値は、一方の周波数シフトの量Δ（ｋ，ｍ，ｎ）の絶対値よりも大きい。この場合には、反射波のパワーレベルＰｒをローカルな極小値から減少させることができなくなることを回避することが可能となる。なお、複数の重複期間ＯＰ内の複数の周期ＣＹの各々における複数の位相期間ＳＰのそれぞれのための閾値は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。

第３の実施形態においては、周波数設定期間Ｐ_ｆｓｅｔ内の重複期間ＯＰ（Ｋ）内の複数の周期ＣＹの位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）それぞれのために設定された高周波電力ＲＦの周波数が、適正周波数として決定される。重複期間ＯＰ（Ｋ）内の複数の周期ＣＹの位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）それぞれのための高周波電力ＲＦの適正周波数は、パワー調整期間Ｐ_ＰＡ内の複数の重複期間ＯＰの各々の中の複数の周期ＣＹの位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）において高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦとして用いられる。

以下、図１０を参照する。図１０は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法の流れ図である。

図１０に示すプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、工程ＳＴａ～工程ＳＴｄを含む。方法ＭＴは、工程ＳＴｐを更に含んでいてもよい。工程ＳＴｐは、周波数設定期間Ｐ_ｆｓｅｔにおいて行われる。工程ＳＴｐでは、パワー調整期間Ｐ_ＰＡにおいて用いられる高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦが決定される。工程ＳＴｐにおける高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦの設定の詳細については、周波数ｆ_ＲＦの決定の第１～第３の実施形態の説明を参照されたい。なお、工程ＳＴｐは、工程ＳＴａの前又は後に行われ得る。

工程ＳＴａでは、基板Ｗが基板支持部１１上に載置される。続く工程ＳＴｂは、チャンバ１０内でプラズマを生成するために行われる。工程ＳＴｂでは、高周波電力ＲＦが供給される。工程ＳＴｂが行われている間、処理ガスが、ガス供給部２０からチャンバ１０内に供給される。また、チャンバ１０内の圧力が、指定された圧力に排気システム４０によって減圧される。続く工程ＳＴｃでは、電気バイアスエネルギーＢＥが、バイアス電極に供給される。

工程ＳＴｄは、パワー調整期間Ｐ_ＰＡにおいて行われる。工程ＳＴｄは、工程ＳＴｂ及び工程ＳＴｃが行われているときに行われる。工程ＳＴｄでは、電気バイアスエネルギーＢＥの周期ＣＹ内の複数の位相期間ＳＰにおける高周波電力ＲＦの出力パワーレベルが調整される。周期ＣＹ内の複数の位相期間ＳＰにおける高周波電力ＲＦの出力パワーレベルは、周期ＣＹ内の複数の位相期間ＳＰそれぞれにおける上述の評価値が許容値Ｐ_ＡＣ以下となるよう、調整される。パワー調整期間Ｐ_ＰＡにおける高周波電力ＲＦの出力パワーレベルの調整については、プラズマ処理装置１に関する上記説明を参照されたい。なお、パワー調整期間Ｐ_ＰＡにおいては各位相期間ＳＰにおける高周波電力ＲＦの周波数ｆ_ＲＦとして、周波数設定期間Ｐ_ｆｓｅｔにおいて事前に決定された周波数が用いられてもよい。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

別の実施形態においては、プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、ＥＣＲプラズマ処理装置、ヘリコン波励起プラズマ処理装置、又は表面波プラズマ処理装置であってもよい。何れのプラズマ処理装置においても、高周波電力ＲＦは、プラズマの生成のために用いられる。

以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

１…プラズマ処理装置、１０…プラズマ処理チャンバ、１１…基板支持部、３１…高周波電源、３２…バイアス電源、３０ｃ…制御部。

Claims (16)

1. チャンバと、
   電極を含み、前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
   前記チャンバ内でプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
   前記電極に電気的に接続されており、前記基板支持部上に載置された基板にイオンを引き込むために電気バイアスエネルギーを前記電極に供給するように構成されたバイアス電源と、
   を備え、
   前記電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数の逆数の時間長を有する周期を有し、
   前記高周波電源は、前記周期内の複数の位相期間における前記高周波電力の反射波のパワーレベル又は前記高周波電力の出力パワーレベルに対する前記反射波の前記パワーレベルの比の値である評価値が許容値以下となるよう、該周期内の該複数の位相期間における前記高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されている、
   プラズマ処理装置。
2. 前記電気バイアスエネルギーの先行する周期における前記複数の位相期間のうち前記評価値が前記許容値よりも大きい一つ以上の位相期間が特定され、
   前記高周波電源は、前記電気バイアスエネルギーの後続の周期内の前記一つ以上の位相期間それぞれにおいて、前記評価値が前記許容値以下となるよう、前記高周波電力の出力パワーレベルを減少させるように構成されている、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記高周波電源は、前記周期内の前記一つ以上の位相期間それぞれにおける前記高周波電力の出力パワーレベルの減少量を、前記周期内の前記一つ以上の位相期間以外の位相期間において補うよう、前記高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されている、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記高周波電源は、前記周期内の前記高周波電力の出力パワーレベルの平均値が所定値となるよう、前記周期内の前記一つ以上の位相期間以外の位相期間における前記高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されている、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記高周波電源は、前記周期内の前記基板における前記電気バイアスエネルギーの電圧の波高値が所定値となるように、前記周期内の前記一つ以上の位相期間以外の位相期間における前記高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されている、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記高周波電源は、
   高周波信号を発生するように構成された信号発生器と、
   前記高周波信号を増幅して前記高周波電力を生成するように構成された増幅器と、
   を含む、請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記高周波電源は、前記高周波信号の振幅を調整することにより、前記高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されている、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記高周波電源は、前記増幅器における前記高周波信号の増幅率を調整することにより、前記高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されている、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記高周波電源は、
   高周波信号を発生するように構成された信号発生器と、
   高周波信号を減衰させて減衰信号を発生するように構成された減衰器と、
   前記減衰信号を増幅して前記高周波電力を生成するように構成された増幅器と、
   を含み、前記減衰器における前記高周波信号の減衰率を調整することにより、前記高周波電力の出力パワーレベルを調整するように構成されている、
   請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記高周波電源は、前記周期内の複数の位相期間の各々における前記高周波電力の周波数を、該高周波電力の反射波のパワーレベルを抑制するように事前に決定された周波数に設定するように構成されている、請求項１～９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. （ａ）プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持部上に基板を載置する工程と、
    （ｂ）前記チャンバ内でプラズマを生成するために高周波電源から高周波電力を供給する工程と、
    （ｃ）前記プラズマから前記基板にイオンを引き込むために、バイアス電源から前記基板支持部内の電極に電気バイアスエネルギーを供給する工程と、
    （ｄ）前記高周波電力の出力パワーレベルを調整する工程と、
    を含み、
    前記電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数の逆数の時間長を有する周期を有し、
    前記（ｄ）において、前記周期内の複数の位相期間における前記高周波電力の出力パワーレベルは、該複数の位相期間における前記高周波電力の反射波のパワーレベル又は前記高周波電力の出力パワーレベルに対する前記反射波の前記パワーレベルの比の値である評価値が許容値以下となるよう、調整される、
    プラズマ処理方法。
12. 前記電気バイアスエネルギーの先行する周期における前記複数の位相期間のうち、前記評価値が前記許容値よりも大きい一つ以上の位相期間が特定され、
    前記（ｄ）において、前記電気バイアスエネルギーの後続の周期内の前記一つ以上の位相期間における前記高周波電力の出力パワーレベルが、前記評価値が前記許容値以下となるよう、減少される、
    請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
13. 前記（ｄ）において、前記周期内の前記一つ以上の位相期間それぞれにおける前記高周波電力の出力パワーレベルの減少量を前記周期内の前記一つ以上の位相期間以外の位相期間において補うよう、前記高周波電力の出力パワーレベルが調整される、請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
14. 前記（ｄ）において、前記周期内の前記高周波電力の出力パワーレベルの平均値が所定値となるよう、前記周期内の前記一つ以上の位相期間以外の位相期間における前記高周波電力の出力パワーレベルが、調整される、請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
15. 前記（ｄ）において、前記周期内の前記基板における前記電気バイアスエネルギーの電圧の波高値が所定値となるように、前記周期内の前記一つ以上の位相期間以外の位相期間における前記高周波電力の出力パワーレベルが調整される、請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
16. 前記周期の複数の位相期間の各々における前記高周波電力の周波数が、該高周波電力の反射波のパワーレベルを抑制するように事前に決定された周波数に設定される、請求項１１～１５の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。

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