JP2024004893A - プラズマ処理システムおよびプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理システムおよびプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】プラズマを用いた処理において、プラズマをより安定的に維持する。【解決手段】プラズマ処理システムは、プラズマ処理チャンバと、基板支持部と、整合器と、ＲＦ電源と、制御部とを備える。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に配置される。整合器は、基板支持部に電気的に接続される。ＲＦ電源は、整合器に電気的に接続され、第１の電力レベルと、第２の電力レベルと、第３の電力レベルとを含む周期的なＲＦパルスを生成する。制御部は、第１の電力レベルが供給される第１の期間、第２の電力レベルが供給される第２の期間、および第３の電力レベルが供給される第３の期間の各々において、ＲＦパルスの反射電力に基づいて負荷のインピーダンスを算出し、第１の期間、第２の期間、および第３の期間の各々において算出された負荷のインピーダンスに基づいて、整合器に含まれる整合素子を制御する。【選択図】図１

Description

本開示の種々の側面および実施形態は、プラズマ処理システムおよびプラズマ処理方法に関する。
プラズマを用いた基板の処理では、プラズマの状態が基板の処理の精度に影響を与える。例えば、プラズマを用いたエッチングでは、プラズマの状態が基板に形成されるエッチングパターンの形状に影響を与える。プラズマの状態は、チャンバ内に供給されるＲＦ電力の大きさ（電力レベル）によっても変化する。例えば下記の特許文献１には、プラズマを用いたエッチングにおいて、ＲＦ電力を３つの電力レベルに周期的に変化させる技術が開示されている。
特開２０２１－１４１０５０号公報
本開示は、プラズマを用いた処理において、プラズマをより安定的に維持することができるプラズマ処理システムおよびプラズマ処理方法を提供する。
本開示の一側面は、プラズマ処理システムであって、プラズマ処理チャンバと、基板支持部と、整合器と、ＲＦ電源と、制御部とを備える。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に配置される。整合器は、基板支持部に電気的に接続される。ＲＦ電源は、整合器に電気的に接続され、第１の電力レベルと、第２の電力レベルと、第３の電力レベルとを含む周期的なＲＦパルスを生成する。制御部は、第１の電力レベルが供給される第１の期間、第２の電力レベルが供給される第２の期間、および第３の電力レベルが供給される第３の期間の各々において、ＲＦパルスの反射電力に基づいて負荷のインピーダンスを算出し、第１の期間、第２の期間、および第３の期間の各々において算出された負荷のインピーダンスに基づいて、整合器に含まれる整合素子を制御する。
本開示の種々の側面および実施形態によれば、プラズマを用いた処理において、プラズマをより安定的に維持することができる。
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す概略断面図である。 図２は、第１のＲＦ生成部および第１のインピーダンス整合回路の一例を示すブロック図である。 図３は、第１のＲＦ電力の電力レベルの時間的な変化の一例を示す図である。 図４は、第２のＲＦ電力の電力レベルの時間的な変化の一例を示す図である。 図５は、比較例における第１のＲＦ電力に対する進行電力と反射電力の一例を示す図である。 図６は、比較例における第２のＲＦ電力に対する進行電力と反射電力の一例を示す図である。 図７は、比較例における各期間の負荷のインピーダンスの分布の一例を示すスミスチャートである。 図８は、本実施形態における各期間の負荷のインピーダンスの分布の一例を示すスミスチャートである。 図９は、本実施形態における第２のＲＦ電力に対する進行電力と反射電力の一例を示す図である。 図１０は、本実施形態における第１のＲＦ電力に対する進行電力と反射電力の一例を示す図である。 図１１は、プラズマ処理方法の一例を示すフローチャートである。
以下に、開示されるプラズマ処理システムおよびプラズマ処理方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示されるプラズマ処理システムおよびプラズマ処理方法が限定されるものではない。
ところで、プラズマに供給されるＲＦ電力の電力レベルが変化すると、プラズマの状態が変化する。プラズマの状態が変化すると、プラズマのインピーダンスが変化し、プラズマを含む負荷のインピーダンスが変化する。そのため、ＲＦ電力の電力レベルの変化に応じて、ＲＦ電力を供給する電力供給部の出力インピーダンスと、プラズマを含む負荷のインピーダンスとが整合するように、整合器の整合素子を制御することが好ましい。
しかし、整合器の整合素子は、例えばモータ等によって制御される可変コンデンサ等により構成されており、高速な制御が難しい。そのため、数ミリ秒周期で電力レベルが変化する場合、電力レベルの変化に合わせて整合器の整合素子を制御することが難しい。そのため、いずれかの電力レベルのＲＦ電力が供給された際のプラズマを含む負荷のインピーダンスに対して、電力供給部の出力インピーダンスを整合させる場合がある。このような場合、他の電力レベルのＲＦ電力が供給された際のプラズマを含む負荷のインピーダンスに対しては、電力供給部の出力インピーダンスが整合していないため、反射電力が大きくなり、プラズマに供給される実効電力が小さくなる。実効電力は、伝送線路上の進行電力と反射電力との差分である。これにより、プラズマを用いた処理中に、プラズマが不安定になり、プラズマが消えてしまう場合がある。
そこで、本開示は、プラズマを用いた処理において、プラズマをより安定的に維持することができる技術を提供する。
（第１の実施形態）
［プラズマ処理システムの構成］
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す概略断面図である。
プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０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１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。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１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１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０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Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。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。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（Radio Frequency）電源３１及び／又はＤＣ（Direct Current）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。
リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１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１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙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１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１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１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、少なくとも１つの上部電極を含む。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、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、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、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路３３を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。インピーダンス整合回路３３は、ＲＦ電源３１に電気的に接続されている。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上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生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つの下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。
一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、第１の電力供給部の一例であり、第２のＲＦ生成部３１ｂは、第２の電力供給部の一例である。第１のＲＦ生成部３１ａは、第１のインピーダンス整合回路３３ａを介して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。ソースＲＦ電力は、第１のＲＦ電力の一例である。第１のインピーダンス整合回路３３ａは、第１のＲＦ生成部３１ａに電気的に接続されている。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。
第２のＲＦ生成部３１ｂは、第２のインピーダンス整合回路３３ｂを介して少なくとも１つの下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ電力は、第２のＲＦ電力の一例である。第２のインピーダンス整合回路３３ｂは、第２のＲＦ生成部３１ｂに電気的に接続されている。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。
また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つの下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、少なくとも１つの上部電極に印加される。
種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
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。
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、処理部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。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。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。
［第１のＲＦ生成部３１ａおよび第１のインピーダンス整合回路３３ａの構成］
図２は、第１のＲＦ生成部３１ａおよび第１のインピーダンス整合回路３３ａの一例を示すブロック図である。図２では、第１のＲＦ生成部３１ａおよび第１のインピーダンス整合回路３３ａの構成の一例が図示されているが、第２のＲＦ生成部３１ｂおよび第２のインピーダンス整合回路３３ｂの構成も図２と同様である。
第１のＲＦ生成部３１ａは、ＲＦ発振器３１０、アンプ３１１、ＲＦ電力モニタ３１２、および電力コントローラ３１３を有する。ＲＦ発振器３１０は、例えば正弦波の波形を有する第１のＲＦ電力を発生する。アンプ３１１は、ＲＦ発振器３１０から出力される第１の電力を制御可能な利得または増幅率で増幅する。
ＲＦ電力モニタ３１２は、方向性結合器、進行電力モニタ部、および反射電力モニタ部を含む。方向性結合器は、伝送線路３５上を順方向（第１のＲＦ生成部３１ａから第１のインピーダンス整合回路３３ａの方向）に伝搬する進行電力ＰＦと逆方向に伝搬する反射電力ＰＲのそれぞれに対応する信号を取り出す。進行電力モニタ部は、方向性結合器によって取り出された進行電力ＰＦの電力レベルを示す測定値信号を生成する。生成された測定値信号は、電力コントローラ３１３および制御部２へ出力される。反射電力モニタ部は、プラズマ処理チャンバ１０内のプラズマから第１のＲＦ生成部３１ａに返ってくる反射電力ＰＲの電力レベルを示す測定値信号を生成する。生成された測定値信号は、電力コントローラ３１３および制御部２へ出力される。
電力コントローラ３１３は、制御部２から出力された制御信号と、ＲＦ電力モニタ３１２から出力された測定値信号とに従って、ＲＦ発振器３１０およびアンプ３１１を制御する。制御部２からの制御信号には、第１のＲＦ電力の電力レベルを指示する信号と、第１のＲＦ電力の供給および供給遮断を指示する信号とが含まれる。
第１のインピーダンス整合回路３３ａは、インピーダンスセンサ３３０、整合回路３３１、アクチュエータ３３２、アクチュエータ３３３、およびマッチングコントローラ３３４を有する。インピーダンスセンサ３３０は、制御部２から指示された期間において、伝送線路３５上で整合回路３３１のインピーダンスを含む負荷のインピーダンスを測定し、測定結果を制御部２へ出力する。整合回路３３１は、複数の制御可能なリアクタンス素子Ｘ１およびＸ２を含む。リアクタンス素子Ｘ１およびＸ２は、整合素子の一例である。
アクチュエータ３３２は、例えばモータ等であり、マッチングコントローラ３３４からの制御信号に応じて整合回路３３１のリアクタンス素子Ｘ１のリアクタンス値を変更する。アクチュエータ３３３は、例えばモータ等であり、マッチングコントローラ３３４からの制御信号に応じて整合回路３３１のリアクタンス素子Ｘ２のリアクタンス値を変更する。マッチングコントローラ３３４は、制御部２から指示された期間において、制御部２から指示された目標インピーダンスＺTと第１のＲＦ生成部３１ａの出力インピーダンスとが整合するためのリアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値を算出する。そして、マッチングコントローラ３３４は、算出されたリアクタンス値に対応する制御量を指示する制御信号を、アクチュエータ３３２およびアクチュエータ３３３へ出力する。
［第１のＲＦ電力および第２のＲＦ電力］
図３は、第１のＲＦ電力の電力レベルの時間的な変化の一例を示す図であり、図４は、第２のＲＦ電力の電力レベルの時間的な変化の一例を示す図である。図３および図４には、プラズマを含む負荷に供給される実効電力ＰＬの時間的な変化の一例が図示されている。
本実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、第１のインピーダンス整合回路３３ａを介して、例えば図３に示されるように、周期Ｔで繰り返される第１のＲＦ電力を、基台１１１０およびシャワーヘッド１３の少なくともいずれか一方に供給する。また、本実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、第２のインピーダンス整合回路３３ｂを介して、例えば図４に示されるように、周期Ｔで繰り返される第２のＲＦ電力を、基台１１１０および静電チャック１１１１内に配置されるバイアス電極の少なくともいずれか一方に供給する。本実施形態において、周期Ｔは数ミリ秒である。
周期Ｔには、第１の期間Ｔ1、第２の期間Ｔ2、および第３の期間Ｔ3が含まれる。図３および図４の例では、第１の期間Ｔ1は第２の期間Ｔ2よりも長く、第３の期間Ｔ3は第１の期間Ｔ1および第２の期間Ｔ2よりも長い。即ち、図３および図４の例では、第１の期間Ｔ1～第３の期間Ｔ3の中で、第２の期間Ｔ2が最も短く、第３の期間Ｔ3が最も長い。なお、第１の期間Ｔ1、第２の期間Ｔ2、および第３の期間Ｔ3の長さの関係は、図３および図４に例示された関係に限られない。
第１のＲＦ生成部３１ａは、例えば図３に示されるように、第１の期間Ｔ1において電力レベルＰH1の第１のＲＦ電力を供給し、第２の期間Ｔ2において電力レベルＰH2の第１のＲＦ電力を供給し、第３の期間Ｔ3において第１のＲＦ電力の供給を停止する。第３の期間Ｔ3では、電力レベルが０の第１のＲＦ電力が供給されていると考えることもできる。図３の例では、電力レベルＰH1は電力レベルＰH2よりも大きい。なお、第１の期間Ｔ1、第２の期間Ｔ2、および第３の期間Ｔ3のそれぞれにおいて供給される第１のＲＦ電力の大きさの関係は、図３に例示された関係に限られない。
第２のＲＦ生成部３１ｂは、例えば図４に示されるように、第１の期間Ｔ1において電力レベルＰL1の第２のＲＦ電力を供給し、第２の期間Ｔ2において電力レベルＰL2の第２のＲＦ電力を供給し、第３の期間Ｔ3において電力レベルＰL3の第２のＲＦを供給する。図４の例では、電力レベルＰL1～電力レベルＰL3の中で、電力レベルＰL3が最も大きく、電力レベルＰL2が最も小さい。なお、第１の期間Ｔ1、第２の期間Ｔ2、および第３の期間Ｔ3のそれぞれにおいて供給される第２のＲＦ電力の大きさの関係は、図４に例示された関係に限られない。
［比較例における進行電力ＰＦと反射電力ＰＲ］
図５は、比較例における第１のＲＦ電力に対する第１の進行電力ＰＦ１と第１の反射電力ＰＲ１の一例を示す図である。図６は、比較例における第２のＲＦ電力に対する第２の進行電力ＰＦ２と第２の反射電力ＰＲ２の一例を示す図である。
例えば図５に示されるように、第１のＲＦ生成部３１ａから供給された第１のＲＦ電力の第１の進行電力ＰＦ１は、プラズマを含む負荷に供給された後、その一部が第１の反射電力ＰＲ１となって第１のＲＦ生成部３１ａに戻ってくる。第１の進行電力ＰＦ１と第１の反射電力ＰＲ１との差分が、負荷に供給される第１の実効電力ＰＬ１となる。
同様に、例えば図６に示されるように、第２のＲＦ生成部３１ｂから供給された第２のＲＦ電力の第２の進行電力ＰＦ２は、プラズマを含む負荷に供給された後、その一部が第２の反射電力ＰＲ２となって第２のＲＦ生成部３１ｂに戻ってくる。第２の進行電力ＰＦ２と第２の反射電力ＰＲ２との差分が、負荷に供給される第２の実効電力ＰＬ２となる。
ここで、第１のインピーダンス整合回路３３ａおよび第２のインピーダンス整合回路３３ｂのリアクタンス素子Ｘ１およびＸ２は、モータ等のアクチュエータ３３２および３３３によって制御される。そのため、リアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値を数ミリ秒の周期で高速に制御することが難しい。そのため、周期Ｔに含まれる第１の期間Ｔ1～第３の期間Ｔ3のそれぞれの期間内に、その期間における負荷の状態に合わせてリアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値を調整することが難しい。
そのため、あるタイミングで測定された負荷のインピーダンスに合わせて、ＲＦ電源３１の出力インピーダンスと負荷のインピーダンスとが整合するようにリアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値が調整される。そして、その後、しばらくの間は、調整されたリアクタンス値が維持される。
例えば第１のＲＦ電力では、周期Ｔの中で第１の実効電力ＰＬ１が最も大きい第１の期間Ｔ1において、第１のＲＦ生成部３１ａの出力インピーダンスと負荷のインピーダンスとが整合するようにリアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値が調整される。また、例えば第２のＲＦ電力では、周期Ｔの中で第２の実効電力ＰＬ２が最も大きい第３の期間Ｔ3において、第２のＲＦ生成部３１ｂの出力インピーダンスと負荷のインピーダンスとが整合するようにリアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値が調整される。
図７は、比較例における各期間の負荷のインピーダンスの分布の一例を示す図である。図７では、第２のＲＦ電力について、整合回路３３１のインピーダンスを含む負荷のインピーダンスが図示されている。また、図７の「Ｚ1」は、整合回路３３１のインピーダンスを含む第１の期間Ｔ1における負荷のインピーダンスを示す。また、図７の「Ｚ2」は、整合回路３３１のインピーダンスを含む第２の期間Ｔ2における負荷のインピーダンスを示す。また、図７の「Ｚ3」は、整合回路３３１のインピーダンスを含む第３の期間Ｔ3における負荷のインピーダンスを示す。比較例では、第３の期間Ｔ3における負荷のインピーダンスＺ3が、第２のＲＦ生成部３１ｂの出力インピーダンス（例えば５０Ω）に整合するように調整される。
しかし、周期Ｔに含まれる特定の期間で調整されたリアクタンス値では、周期Ｔに含まれる他の期間において第２のＲＦ生成部３１ｂの出力インピーダンスと負荷のインピーダンスとが整合していないため、第２の反射電力ＰＲ２が大きくなる。例えば図７では、第１の期間Ｔ1における負荷のインピーダンスＺ1、および、第２の期間Ｔ2における負荷のインピーダンスＺ2は、第２のＲＦ生成部３１ｂの出力インピーダンスから大きくずれている。
また、期間の境界では、負荷に供給される第１の実効電力ＰＬ１および第２の実効電力ＰＬ２を変更するために、第１のＲＦ生成部３１ａから供給される第１の進行電力ＰＦ１および第２のＲＦ生成部３１ｂから供給される第２の進行電力ＰＦ２の大きさが変化する。これにより、プラズマの状態が過渡的に変化し、プラズマのインピーダンスが過渡的に変化する。そのため、例えば図５および図６に示されるように、期間の境界では、第１の反射電力ＰＲ１および第２の反射電力ＰＲ２がさらに大きくなる。第１の反射電力ＰＲ１および第２の反射電力ＰＲ２の変動が大きいと、プラズマに供給される第１の実効電力ＰＬ１および第２の実効電力ＰＬ２の変動も大きくなり、プラズマの状態が不安定になる。プラズマの状態が不安定になると、プラズマが消えてしまう場合がある。プラズマが消えてしまうと、プラズマを用いたプロセスを継続することができない。
そこで、本実施形態では、周期Ｔに含まれるそれぞれの期間の負荷のインピーダンスＺ1～Ｚ3に基づいて、目標インピーダンスＺTが算出される。そして、算出された目標インピーダンスＺTがＲＦ電源３１の出力インピーダンスと整合するようにリアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値が調整される。本実施形態では、負荷のインピーダンスＺ1～Ｚ3のそれぞれに重みを割り当てた加重平均により、目標インピーダンスＺTが算出される。
本実施形態において、周期Ｔに含まれるｉ番目の期間の負荷のインピーダンスＺiに対する重みｗiは、例えば下記の式（１）を用いて算出される。
Figure 2024004893000002
 上記した式（１）において、ＰＬiはｉ番目の期間において負荷に供給される実効電力ＰＬの大きさを示し、ｎは周期Ｔに含まれる期間の総数を示す。上記した式（１）から明らかなように、負荷に供給される実効電力ＰＬが大きい期間に対応する負荷のインピーダンスＺiに対して、より大きな値の重みｗiが割り当てられる。
そして、目標インピーダンスＺTは、例えば下記の式（２）を用いて算出される。
Figure 2024004893000003
目標インピーダンスＺTは、例えば上記した式（２）に示されるように、重みｗiとそれぞれの期間における負荷のインピーダンスＺiとの積の合計値である。これにより、調整後の各期間における負荷のインピーダンスは、例えば図８のようになる。図８は、本実施形態における各期間の負荷のインピーダンスＺiの分布の一例を示す図である。本実施形態では、例えば図８に示されるように、目標インピーダンスＺTがＲＦ電源３１の出力インピーダンスと整合するように、リアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値が調整される。これにより、各期間の負荷のインピーダンスＺ1～Ｚ3における反射係数の大きさの差を小さくすることができる。
図９は、本実施形態における第２のＲＦ電力に対する第２の進行電力ＰＦ２と第２の反射電力ＰＲ２の一例を示す図である。例えば図９に示されるように、周期Ｔに含まれる各期間における第２の反射電力ＰＲ２の差が小さくなっている。これにより、周期Ｔに含まれる各期間においてプラズマの変動を小さくすることができ、プラズマを安定的に維持することができる。
なお、第１のＲＦ電力においても、第１のＲＦ電力の供給が遮断される期間を除くその他の各期間において、前述の式（１）および（２）を用いて、目標インピーダンスＺTが算出される。そして、算出された目標インピーダンスＺTが第１のＲＦ生成部３１ａの出力インピーダンスに整合するように、リアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値が調整される。これにより、例えば図１０に示されるように、周期Ｔに含まれる各期間における第１の反射電力ＰＲ１の差を小さくすることができる。これにより、第１のＲＦ電力においても、周期Ｔに含まれる各期間においてプラズマを安定的に維持することができる。
［プラズマ処理方法］
図１１は、プラズマ処理方法の一例を示すフローチャートである。図１１に例示される処理は、制御部２がプラズマ処理装置１の各部を制御することにより実現される。また、図１１に例示される処理は、プラズマ処理の初期の方で実行される。また、図１１に例示される処理は、未処理の基板Ｗに対するプラズマ処理が開始された場合、処理条件が異なるプラズマ処理が開始された場合等に、実行される。
なお、整合回路３３１内のリアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値は、図１１に例示される処理の開始前に、予め定められた初期値に設定される。また、図１１では、周期的に３つの異なる電力レベルに制御される第２のＲＦ電力を用いて説明するが、周期的に２つの異なる電力レベルに制御される第１のＲＦ電力についても同様の処理を適用することができる。
まず、制御部２は、周期Ｔに含まれ各期間の第２の反射電力ＰＲ２の大きさのばらつきＡを算出する（Ｓ１０）。ステップＳ１０は、第１の処理および工程ｃ）の一例である。ステップＳ１０では、周期Ｔに含まれ各期間の第２の反射電力ＰＲ２iの大きさが測定される。第２の反射電力ＰＲ２iは、ｉ番目の期間の第２の反射電力ＰＲ２の大きさを示す。なお、各期間の第２の反射電力ＰＲ２iの大きさは、例えば図６に示されるように、期間の境界付近では過渡的な変化が激しい。そのため、制御部２は、各期間において、第２の反射電力ＰＲ２iの大きさの変化が安定した後（例えば期間の後半）に第２の反射電力ＰＲ２iの大きさを測定することが好ましい。
そして、制御部２は、測定された各期間の第２の反射電力ＰＲ２iの大きさに基づいて、第２の反射電力ＰＲ２の大きさのばらつきＡを算出する。本実施形態において、第２の反射電力ＰＲ２の大きさのばらつきＡは、例えば、各期間の第２の反射電力ＰＲ２iの大きさの標準偏差σであり、例えば下記の式（３）および式（４）を用いて算出される。
Figure 2024004893000004
Figure 2024004893000005
次に、制御部２は、インピーダンスセンサ３３０を制御し、各期間における負荷のインピーダンスＺiを測定する（Ｓ１１）。ステップＳ１１は、工程ａ）の一例である。なお、期間の境界付近では、第２の実効電力ＰＬ２が変化するため、プラズマの状態が過渡的な変化する。そのため、期間の境界付近では、各期間の負荷のインピーダンスＺiの変化も激しい。そのため、制御部２は、各期間において、プラズマの状態が安定した後（例えば期間の後半）に、インピーダンスセンサ３３０に負荷のインピーダンスＺiを測定させることが好ましい。
次に、制御部２は、目標インピーダンスＺTを算出する（Ｓ１２）。ステップＳ１２では、例えば前述の式（１）を用いて各期間の重みｗiが算出され、例えば前述の式（２）を用いて目標インピーダンスＺTが算出される。
次に、制御部２は、目標インピーダンスＺTが第２のＲＦ生成部３１ｂの出力インピーダンスと整合するように整合素子を調整する（Ｓ１３）。ステップＳ１３は、工程ｂ）の一例である。ステップＳ１３では、アクチュエータ３３２および３３３が制御され、目標インピーダンスＺTが第２のＲＦ生成部３１ｂの出力インピーダンスと整合するように整合回路３３１内のリアクタンス素子Ｘ１およびＸ２のリアクタンス値が調整される。
整合素子が調整された後、制御部２は、再び周期Ｔに含まれ各期間の第２の反射電力ＰＲ２の大きさのばらつきＢを算出する（Ｓ１４）。ステップＳ１４では、ステップＳ１０と同様の方法により、周期Ｔに含まれ各期間の第２の反射電力ＰＲ２の大きさのばらつきＢが算出される。ステップＳ１４は、第２の処理および工程ｄ）の一例である。
そして、制御部２は、ステップＳ１０で算出されたばらつきＡと、ステップＳ１４で算出されたばらつきＢとの差が、予め定められた値Ｃ未満か否かを判定する（Ｓ１５）。予め定められた値Ｃは、例えば１．０である。また、ステップＳ１５は、第３の処理および工程ｅ）の一例である。
ばらつきＡとばらつきＢとの差が、予め定められた値Ｃ以上である場合（Ｓ１５：Ｎｏ）、再びステップＳ１０に示された処理が実行される。一方、ばらつきＡとばらつきＢとの差が、予め定められた値Ｃ未満である場合（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、プラズマ処理が継続される（Ｓ１６）。そして、プラズマ処理が終了した場合に、本フローチャートに例示されたプラズマ処理方法が終了する。
以上、実施形態について説明した。上記したように、本実施形態のプラズマ処理システムは、プラズマ処理チャンバ１０と、基板支持部１１と、インピーダンス整合回路３３と、ＲＦ電源３１と、制御部２とを備える。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。インピーダンス整合回路３３は、基板支持部１１に電気的に接続される。ＲＦ電源３１は、インピーダンス整合回路３３に電気的に接続され、第１の電力レベルと、第２の電力レベルと、第３の電力レベルとを含む周期的なＲＦパルスを生成する。制御部２は、第１の電力レベルが供給される第１の期間、第２の電力レベルが供給される第２の期間、および第３の電力レベルが供給される第３の期間の各々において、ＲＦパルスの反射電力ＰＲに基づいて負荷のインピーダンスＺiを算出し、第１の期間、第２の期間、および第３の期間の各々において算出された負荷のインピーダンスＺiに基づいて、インピーダンス整合回路３３に含まれる整合素子を制御する。これにより、プラズマを用いた処理において、プラズマをより安定的に維持することができる。
また、上記した実施形態において、制御部２は、第１の電力レベルに基づく第１の重みｗ1、第２の電力レベルに基づく第２の重みｗ2、および第３の電力レベルに基づく第３の重みｗ3を算出し、第１の期間Ｔ1における第１の負荷インピーダンスＺ1と第１の重みｗ1の積、第２の期間Ｔ2における第２の負荷インピーダンスＺ2と第２の重みｗ2の積、および第３の期間Ｔ3における第３の負荷インピーダンスＺ3と第３の重みｗ3の積の合計値を算出し、当該合計値とＲＦ電源３１の出力インピーダンスとが整合するように、インピーダンス整合回路３３に含まれる整合素子を制御する。これにより、各期間における反射電力ＰＲの差を小さくすることができる。
また、上記した実施形態において、第１の重みｗ1は、第１の電力レベル、第２の電力レベル、および第３の電力レベルの合計値に対する第１の電力レベルであり、第２の重みｗ2は、第１の電力レベル、第２の電力レベル、および第３の電力レベルの合計値に対する第２の電力レベルであり、第３の重みｗ3は、第１の電力レベル、第２の電力レベル、および第３の電力レベルの合計値に対する第３の電力レベルである。これにより、負荷に供給される電力レベルが大きい期間ほど、反射電力ＰＲが小さくなるため、電力の無駄を削減することができる。
また、上記した実施形態において、制御部２は、第１の処理と、第２の処理と、第３の処理とを実行する。第１の処理では、第１の期間Ｔ1、第２の期間Ｔ2、および第３の期間Ｔ3の各々における反射電力ＰＲのばらつきＡが算出される。第２の処理では、第１の負荷インピーダンスＺ1、第２の負荷インピーダンスＺ2、および第３の負荷インピーダンスＺ3に基づいてインピーダンス整合回路３３に含まれる整合素子が制御された後に、第１の期間Ｔ1、第２の期間Ｔ2、および第３の期間Ｔ3の各々における反射電力ＰＲのばらつきＢが再度算出される。第３の処理では、第１の処理で算出された反射電力ＰＲのばらつきＡと、第２の処理で算出された反射電力ＰＲのばらつきＢとの差が予め定められた値Ｃ未満になるまで、第１の処理および第２の処理が、この順番で繰り返される。これにより、各期間における反射電力ＰＲの差を小さくすることができる。
また、上記した実施形態において、ばらつきは、第１の期間Ｔ1、第２の期間Ｔ2、および第３の期間Ｔ3の各々における反射電力ＰＲの値の標準偏差である。これにより、複数の期間における反射電力ＰＲの値のばらつきを精度よく評価することができる。
また、上記した実施形態において、ＲＦ電源３１は、プラズマ生成用の第１のＲＦ電力を供給する第１のＲＦ生成部３１ａと、第１のＲＦ電力よりも周波数が低いバイアス用の第２のＲＦ電力を供給する第２のＲＦ生成部３１ｂとを有する。また、インピーダンス整合回路３３は、第１のＲＦ生成部３１ａに電気的に接続される第１のインピーダンス整合回路３３ａと、第２のＲＦ生成部３１ｂに電気的に接続される第２のインピーダンス整合回路３３ｂとを有する。第１のＲＦ生成部３１ａおよび第２のＲＦ生成部３１ｂの少なくともいずれか一方は、第１の電力レベルと、第２の電力レベルと、第３の電力レベルとを含む周期的なＲＦパルスを生成する。
また、上記した実施形態において、電極を有し、プラズマ処理チャンバ１０内にガスを供給するシャワーヘッド１３をさらに備える。また、基板支持部１１は電極を有する。第１のＲＦ生成部３１ａは、シャワーヘッド１３の電極および基板支持部１１の電極の少なくともいずれか一方に第１のＲＦ電力を供給する。また、第２のＲＦ生成部３１ｂは、基板支持部１１の基台１１１０と静電チャック１１１１内の電極の少なくともいずれか一方に第２のＲＦ電力を供給する。
また、上記した実施形態におけるプラズマ処理方法は、プラズマ処理システムで実行され、工程ａ）および工程ｂ）とを含む。プラズマ処理システムは、プラズマ処理チャンバ１０と、基板支持部１１と、インピーダンス整合回路３３と、ＲＦ電源３１と、制御部２とを備える。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。インピーダンス整合回路３３は、基板支持部１１に電気的に接続される。ＲＦ電源３１は、インピーダンス整合回路３３に電気的に接続され、第１の電力レベルと、第２の電力レベルと、第３の電力レベルとを含む周期的なＲＦパルスを生成する。制御部２は、工程ａ）において、第１の電力レベルが供給される第１の期間Ｔ1、第２の電力レベルが供給される第２の期間Ｔ2、および第３の電力レベルが供給される第３の期間Ｔ3の各々において、ＲＦパルスの反射電力ＰＲに基づいて負荷のインピーダンスＺiを算出する。また、制御部２は、工程ｂ）において、第１の期間Ｔ1、第２の期間Ｔ2、および第３の期間Ｔ3の各々において算出された負荷のインピーダンスＺiに基づいて、インピーダンス整合回路３３に含まれる整合素子を制御する。これにより、プラズマを用いた処理において、プラズマをより安定的に維持することができる。
また、上記した実施形態における工程ｂ）では、第１の電力レベルに基づく第１の重みｗ1、第２の電力レベルに基づく第２の重みｗ2、および第３の電力レベルに基づく第３の重みｗ3を算出し、第１の期間Ｔ1における第１の負荷インピーダンスＺ1と第１の重みｗ1の積、第２の期間Ｔ2における第２の負荷インピーダンスＺ2と第２の重みｗ2の積、および第３の期間Ｔ3における第３の負荷インピーダンスＺ3と第３の重みｗ3の積の合計値を算出し、当該合計値とＲＦ電源３１の出力インピーダンスとが整合するように、インピーダンス整合回路３３に含まれる整合素子が制御される。これにより、各期間における反射電力ＰＲの差を小さくすることができる。
また、上記した実施形態におけるプラズマ処理方法は、工程ｃ）、工程ｄ）、および工程ｅを含む。工程ｃ）は、工程ａ）およびｂ）の前に実行され、第１の期間Ｔ1、第２の期間Ｔ2、および第３の期間Ｔ3の各々における反射電力ＰＲのばらつきＡが算出される。工程ｄ）は、工程ａ）およびｂ）の後に実行され、第１の期間Ｔ1、第２の期間Ｔ2、および第３の期間Ｔ3の各々における反射電力ＰＲのばらつきＢが再度算出される。工程ｅ）では、工程ｃ）で算出された反射電力ＰＲのばらつきＡと、工程ｄ）で算出された反射電力ＰＲのばらつきＢとの差が予め定められた値Ｃ未満になるまで、工程ｃ）、工程ａ）、工程ｂ）、および工程ｄ）が、この順番で繰り返される。これにより、各期間における反射電力ＰＲの差を小さくすることができる。
［その他］
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した実施形態において、周期Ｔに含まれるそれぞれの期間の負荷のインピーダンスＺiに対する重みｗiは、前述の式（１）に基づいて算出されるが、開示の技術はこれに限られない。例えば、それぞれの期間の負荷のインピーダンスＺiに対する重みｗiは、周期Ｔに含まれる期間の総数をｍとした場合、ｗi＝１／ｍであってもよい。例えば、図４に例示された第２の電力の場合、各期間の負荷のインピーダンスＺiに対する重みｗiは全て１／３となる。
また、上記した実施形態において、第１のＲＦ電力および第２のＲＦ電力の少なくともいずれか一方は、周期的に３つの異なる電力レベルに変化するが、開示の技術はこれに限られない。第１のＲＦ電力および第２のＲＦ電力の少なくともいずれか一方は、周期的に４つ以上の異なる電力レベルに変化してもよい。また、第１のＲＦ電力および第２のＲＦ電力の少なくともいずれか一方は、周期的に２つの異なる電力レベルに変化してもよい。
また、上記した実施形態において、周期Ｔに含まれる各期間における反射電力ＰＲの大きさの標準偏差をばらつきの一例として算出したが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、周期Ｔに含まれる各期間における反射電力ＰＲの大きさのばらつきは、分散、または、最大値と最小値との差であるレンジ等であってもよい。
また、上記した実施形態におけるプラズマ処理は、プラズマを用いた基板Ｗの処理であれば、例えば、エッチング処理、成膜処理、改質処理、または洗浄処理等であってもよい。
また、上記した実施形態では、プラズマ源の一例として容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）が用いられたが、開示の技術はこれに限られない。プラズマ源としては、例えば、マイクロ波プラズマや誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）等であってもよい。
なお、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、添付の特許請求の範囲およ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。
また、上記の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に配置される基板支持部と、
前記基板支持部に電気的に接続される整合器と、
前記整合器に電気的に接続され、第１の電力レベルと、第２の電力レベルと、第３の電力レベルとを含む周期的なＲＦパルスを生成するＲＦ電源と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１の電力レベルが供給される第１の期間、前記第２の電力レベルが供給される第２の期間、および前記第３の電力レベルが供給される第３の期間の各々において、前記ＲＦパルスの反射電力に基づいて負荷のインピーダンスを算出し、
前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々において算出された前記負荷のインピーダンスに基づいて、前記整合器に含まれる整合素子を制御するプラズマ処理システム。
（付記２）
前記制御部は、
前記第１の電力レベルに基づく第１の重み、前記第２の電力レベルに基づく第２の重み、および前記第３の電力レベルに基づく第３の重みを算出し、
前記第１の期間における第１の負荷インピーダンスと前記第１の重みの積、前記第２の期間における第２の負荷インピーダンスと前記第２の重みの積、および前記第３の期間における第３の負荷インピーダンスと前記第３の重みの積の合計値を算出し、
前記合計値と前記ＲＦ電源の出力インピーダンスとが整合するように、前記整合器に含まれる整合素子を制御する付記１に記載のプラズマ処理システム。
（付記３）
前記第１の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第１の電力レベルであり、
前記第２の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第２の電力レベルであり、
前記第３の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第３の電力レベルである付記２に記載のプラズマ処理システム。
（付記４）
前記制御部は、
前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力のばらつきを算出する第１の処理と、
前記第１の負荷インピーダンス、前記第２の負荷インピーダンス、および前記第３の負荷インピーダンスに基づいて前記整合器に含まれる整合素子が制御された後に、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力のばらつきを再度算出する第２の処理と、
前記第１の処理で算出された反射電力のばらつきと、前記第２の処理で算出された反射電力のばらつきとの差が予め定められた値未満になるまで、前記第１の処理および前記第２の処理を、この順番で繰り返す第３の処理と
を実行する付記２または３に記載のプラズマ処理システム。
（付記５）
前記ばらつきは、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力の値の標準偏差である付記４に記載のプラズマ処理システム。
（付記６）
前記ＲＦ電源は、
プラズマ生成用の第１のＲＦ電力を供給する第１の電力供給部と、
前記第１のＲＦ電力よりも周波数が低いバイアス用の第２のＲＦ電力を供給する第２の電力供給部と
を有し、
前記整合器は、
前記第１の電力供給部に電気的に接続される第１の整合器と、
前記第２の電力供給部に電気的に接続される第２の整合器と
を有し、
前記第１の電力供給部および前記第２の電力供給部の少なくともいずれか一方は、前記第１の電力レベルと、前記第２の電力レベルと、前記第３の電力レベルとを含む周期的な前記ＲＦパルスを生成する付記１から５のいずれか一つに記載のプラズマ処理システム。
（付記７）
電極を有し、前記プラズマ処理チャンバ内にガスを供給するシャワーヘッドをさらに備え、
前記基板支持部は電極を有し、
前記第１の電力供給部は、前記シャワーヘッドの電極および前記基板支持部の電極の少なくともいずれか一方に第１のＲＦ電力を供給し、
前記第２の電力供給部は、前記基板支持部の基台と静電チャック内の電極の少なくともいずれか一方に第２のＲＦ電力を供給する付記６に記載のプラズマ処理システム。
（付記８）
プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に配置される基板支持部と、
前記基板支持部に電気的に接続される整合器と、
前記整合器に電気的に接続され、第１の電力レベルと、第２の電力レベルと、第３の電力レベルとを含む周期的なＲＦパルスを生成するＲＦ電源と、
制御部と
を備えるプラズマ処理システムで実行されるプラズマ処理方法において、
ａ） 前記第１の電力レベルが供給される第１の期間、前記第２の電力レベルが供給される第２の期間、および前記第３の電力レベルが供給される第３の期間の各々において、前記ＲＦパルスの反射電力に基づいて負荷のインピーダンスを算出する工程と、
ｂ） 前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々において算出された前記負荷のインピーダンスに基づいて、前記整合器に含まれる整合素子を制御する工程と
を含むプラズマ処理方法。
（付記９）
前記工程ｂ）では、
前記第１の電力レベルに基づく第１の重み、前記第２の電力レベルに基づく第２の重み、および前記第３の電力レベルに基づく第３の重みを算出し、
前記第１の期間における第１の負荷インピーダンスと前記第１の重みの積、前記第２の期間における第２の負荷インピーダンスと前記第２の重みの積、および前記第３の期間における第３の負荷インピーダンスと前記第３の重みの積の合計値を算出し、
前記合計値と前記ＲＦ電源の出力インピーダンスとが整合するように、前記整合器に含まれる整合素子が制御される付記８に記載のプラズマ処理方法。
（付記１０）
前記第１の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第１の電力レベルであり、
前記第２の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第２の電力レベルであり、
前記第３の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第３の電力レベルである付記９に記載のプラズマ処理方法。
（付記１１）
ｃ） 前記工程ａ）およびｂ）の前に実行され、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力のばらつきを算出する工程と、
ｄ） 前記工程ａ）およびｂ）の後に実行され、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力のばらつきを再度算出する工程と、
ｅ） 前記工程ｃ）で算出された反射電力のばらつきと、前記工程ｄ）で算出された反射電力のばらつきとの差が予め定められた値未満になるまで、前記工程ｃ）、前記工程ａ）、前記工程ｂ）、および前記工程ｄ）を、この順番で繰り返す工程と
を含む付記８から１０のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
（付記１２）
前記ばらつきは、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力の値の標準偏差である付記１１に記載のプラズマ処理方法。
（付記１３）
前記ＲＦ電源は、
プラズマ生成用の第１のＲＦ電力を供給する第１の電力供給部と、
前記第１のＲＦ電力よりも周波数が低いバイアス用の第２のＲＦ電力を供給する第２の電力供給部と
を有し、
前記整合器は、
前記第１の電力供給部に電気的に接続される第１の整合器と、
前記第２の電力供給部に電気的に接続される第２の整合器と
を有し、
前記第１の電力供給部および前記第２の電力供給部の少なくともいずれか一方は、前記第１の電力レベルと、前記第２の電力レベルと、前記第３の電力レベルとを含む周期的な前記ＲＦパルスを生成する付記８から１２のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
（付記１４）
前記プラズマ処理システムは、
電極を有し、前記プラズマ処理チャンバ内にガスを供給するシャワーヘッドをさらに備え、
前記基板支持部は電極を有し、
前記第１の電力供給部は、前記シャワーヘッドの電極および前記基板支持部の電極の少なくともいずれか一方に第１のＲＦ電力を供給し、
前記第２の電力供給部は、前記基板支持部の基台と静電チャック内の電極の少なくともいずれか一方に第２のＲＦ電力を供給する付記１３に記載のプラズマ処理方法。
ＰＦ 進行電力
ＰＬ 実効電力
ＰＲ 反射電力
Ｘ リアクタンス素子
Ｗ 基板
１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ａ 側壁
１０ｅ ガス排出口
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持部
１１１ 本体部
１１１ａ 中央領域
１１１ｂ 環状領域
１１１０ 基台
１１１０ａ 流路
１１１１ 静電チャック
１１１１ａ セラミック部材
１１１１ｂ 静電電極
１１２ リングアセンブリ
１３ シャワーヘッド
１３ａ ガス供給口
１３ｂ ガス拡散室
１３ｃ ガス導入口
２０ ガス供給部
２１ ガスソース
２２ 流量制御器
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３１０ ＲＦ発振器
３１１ アンプ
３１２ ＲＦ電力モニタ
３１３ 電力コントローラ
３２ ＤＣ電源
３２ａ 第１のＤＣ生成部
３２ｂ 第２のＤＣ生成部
３３ インピーダンス整合回路
３３ａ 第１のインピーダンス整合回路
３３ｂ 第２のインピーダンス整合回路
３３０ インピーダンスセンサ
３３１ 整合回路
３３２ アクチュエータ
３３３ アクチュエータ
３３４ マッチングコントローラ
３５ 伝送線路
４０ 排気システム
２ 制御部
２ａ コンピュータ
２ａ１ 処理部
２ａ２ 記憶部
２ａ３ 通信インターフェース

Claims (14)

  1. プラズマ処理チャンバと、
    前記プラズマ処理チャンバ内に配置される基板支持部と、
    前記基板支持部に電気的に接続される整合器と、
    前記整合器に電気的に接続され、第１の電力レベルと、第２の電力レベルと、第３の電力レベルとを含む周期的なＲＦパルスを生成するＲＦ電源と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記第１の電力レベルが供給される第１の期間、前記第２の電力レベルが供給される第２の期間、および前記第３の電力レベルが供給される第３の期間の各々において、前記ＲＦパルスの反射電力に基づいて負荷のインピーダンスを算出し、
    前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々において算出された前記負荷のインピーダンスに基づいて、前記整合器に含まれる整合素子を制御するプラズマ処理システム。
  2. 前記制御部は、
    前記第１の電力レベルに基づく第１の重み、前記第２の電力レベルに基づく第２の重み、および前記第３の電力レベルに基づく第３の重みを算出し、
    前記第１の期間における第１の負荷インピーダンスと前記第１の重みの積、前記第２の期間における第２の負荷インピーダンスと前記第２の重みの積、および前記第３の期間における第３の負荷インピーダンスと前記第３の重みの積の合計値を算出し、
    前記合計値と前記ＲＦ電源の出力インピーダンスとが整合するように、前記整合器に含まれる整合素子を制御する請求項１に記載のプラズマ処理システム。
  3. 前記第１の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第１の電力レベルであり、
    前記第２の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第２の電力レベルであり、
    前記第３の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第３の電力レベルである請求項２に記載のプラズマ処理システム。
  4. 前記制御部は、
    前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力のばらつきを算出する第１の処理と、
    前記第１の負荷インピーダンス、前記第２の負荷インピーダンス、および前記第３の負荷インピーダンスに基づいて前記整合器に含まれる整合素子が制御された後に、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力のばらつきを再度算出する第２の処理と、
    前記第１の処理で算出された反射電力のばらつきと、前記第２の処理で算出された反射電力のばらつきとの差が予め定められた値未満になるまで、前記第１の処理および前記第２の処理を、この順番で繰り返す第３の処理と
    を実行する請求項３に記載のプラズマ処理システム。
  5. 前記ばらつきは、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力の値の標準偏差である請求項４に記載のプラズマ処理システム。
  6. 前記ＲＦ電源は、
    プラズマ生成用の第１のＲＦ電力を供給する第１の電力供給部と、
    前記第１のＲＦ電力よりも周波数が低いバイアス用の第２のＲＦ電力を供給する第２の電力供給部と
    を有し、
    前記整合器は、
    前記第１の電力供給部に電気的に接続される第１の整合器と、
    前記第２の電力供給部に電気的に接続される第２の整合器と
    を有し、
    前記第１の電力供給部および前記第２の電力供給部の少なくともいずれか一方は、前記第１の電力レベルと、前記第２の電力レベルと、前記第３の電力レベルとを含む周期的な前記ＲＦパルスを生成する請求項１に記載のプラズマ処理システム。
  7. 電極を有し、前記プラズマ処理チャンバ内にガスを供給するシャワーヘッドをさらに備え、
    前記基板支持部は電極を有し、
    前記第１の電力供給部は、前記シャワーヘッドの電極および前記基板支持部の電極の少なくともいずれか一方に第１のＲＦ電力を供給し、
    前記第２の電力供給部は、前記基板支持部の基台と静電チャック内の電極の少なくともいずれか一方に前記第２のＲＦ電力を供給する請求項６に記載のプラズマ処理システム。
  8. プラズマ処理チャンバと、
    前記プラズマ処理チャンバ内に配置される基板支持部と、
    前記基板支持部に電気的に接続される整合器と、
    前記整合器に電気的に接続され、第１の電力レベルと、第２の電力レベルと、第３の電力レベルとを含む周期的なＲＦパルスを生成するＲＦ電源と、
    制御部と
    を備えるプラズマ処理システムで実行されるプラズマ処理方法において、
    ａ） 前記第１の電力レベルが供給される第１の期間、前記第２の電力レベルが供給される第２の期間、および前記第３の電力レベルが供給される第３の期間の各々において、前記ＲＦパルスの反射電力に基づいて負荷のインピーダンスを算出する工程と、
    ｂ） 前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々において算出された前記負荷のインピーダンスに基づいて、前記整合器に含まれる整合素子を制御する工程と
    を含むプラズマ処理方法。
  9. 前記工程ｂ）では、
    前記第１の電力レベルに基づく第１の重み、前記第２の電力レベルに基づく第２の重み、および前記第３の電力レベルに基づく第３の重みを算出し、
    前記第１の期間における第１の負荷インピーダンスと前記第１の重みの積、前記第２の期間における第２の負荷インピーダンスと前記第２の重みの積、および前記第３の期間における第３の負荷インピーダンスと前記第３の重みの積の合計値を算出し、
    前記合計値と前記ＲＦ電源の出力インピーダンスとが整合するように、前記整合器に含まれる整合素子が制御される請求項８に記載のプラズマ処理方法。
  10. 前記第１の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第１の電力レベルであり、
    前記第２の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第２の電力レベルであり、
    前記第３の重みは、前記第１の電力レベル、前記第２の電力レベル、および前記第３の電力レベルの合計値に対する第３の電力レベルである請求項９に記載のプラズマ処理方法。
  11. ｃ） 前記工程ａ）およびｂ）の前に実行され、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力のばらつきを算出する工程と、
    ｄ） 前記工程ａ）およびｂ）の後に実行され、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力のばらつきを再度算出する工程と、
    ｅ） 前記工程ｃ）で算出された反射電力のばらつきと、前記工程ｄ）で算出された反射電力のばらつきとの差が予め定められた値未満になるまで、前記工程ｃ）、前記工程ａ）、前記工程ｂ）、および前記工程ｄ）を、この順番で繰り返す工程と
    を含む請求項８から１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
  12. 前記ばらつきは、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間の各々における反射電力の値の標準偏差である請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
  13. 前記ＲＦ電源は、
    プラズマ生成用の第１のＲＦ電力を供給する第１の電力供給部と、
    前記第１のＲＦ電力よりも周波数が低いバイアス用の第２のＲＦ電力を供給する第２の電力供給部と
    を有し、
    前記整合器は、
    前記第１の電力供給部に電気的に接続される第１の整合器と、
    前記第２の電力供給部に電気的に接続される第２の整合器と
    を有し、
    前記第１の電力供給部および前記第２の電力供給部の少なくともいずれか一方は、前記第１の電力レベルと、前記第２の電力レベルと、前記第３の電力レベルとを含む周期的な前記ＲＦパルスを生成する請求項８に記載のプラズマ処理方法。
  14. 前記プラズマ処理システムは、
    電極を有し、前記プラズマ処理チャンバ内にガスを供給するシャワーヘッドをさらに備え、
    前記基板支持部は電極を有し、
    前記第１の電力供給部は、前記シャワーヘッドの電極および前記基板支持部の電極の少なくともいずれか一方に第１のＲＦ電力を供給し、
    前記第２の電力供給部は、前記基板支持部の基台と静電チャック内の電極の少なくともいずれか一方に前記第２のＲＦ電力を供給する請求項１３に記載のプラズマ処理方法。
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