JP3977114B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、装置固有の高周波特性を検出してプロセス性能を評価可能なプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ ＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）等の製造工程においては、エッチング、薄膜形成、およびスパッタリング等のプラズマを利用した多くのプロセスがある。
【０００３】
これらのプロセスにおいては、高周波電力がプロセスを行なう処理チャンバ内に外部から印加され、プラズマが処理チャンバ内で発生される。そして、プラズマを発生させるとき、高周波電源からの高周波電力を効率良く処理チャンバ内に供給するために高周波電源と処理チャンバとの間に、可変インダクタンス素子および可変キャパシタンス素子等からなるインピーダンス整合回路が設けられる。
【０００４】
このようなプラズマを利用して各種の処理を行なうプラズマ処理装置においては、歩留まりの良い製品を生産するためにプロセス性能を一定に保持することが重要である。そして、製品の量産は複数のプラズマ処理装置を用いて行なわれるため、プロセス性能がプラズマ処理装置間でばらつかないようにする必要がある。
【０００５】
しかし、プロセス性能の経時変化およびプラズマ処理装置間でのプロセス性能のバラツキを検知することは困難であり、従来は、製品に異常が発生したときにプロセス性能が変化したものとしてプラズマ処理装置のメンテナンスを行ない、プロセス性能を一定に保持していた。また、経験的にプロセス性能が変化する時期を予測し、定期的にプラズマ処理装置のメンテナンスを行なうことによりプロセス性能を一定に保持していた。
【０００６】
これに対して、特開平１１−１２１４４０号公報には、高周波電力を処理チャンバへ供給する高周波給電系の電気的な変化を検出してプラズマ処理装置およびプロセスを評価する方法が開示されている。
【０００７】
図２９を参照して、プラズマ処理装置３００は、チャンバ２５０と、放電電極２５１と、テーブル２５３と、モニタ２５４と、整合回路２５５と、高周波電源２５６と、コンピュータ２５７とを備える。
【０００８】
放電電極２５１は、テーブル２５３上に設けられる。モニタ２５４は放電電極２５１に接続され、プラズマＱが発生したときの電気的な物理量としてプラズマＱのインピーダンスを測定する。
【０００９】
整合回路２５５は、モニタ２５４と高周波電源２５６との間に接続され、高周波電源２５６から出力された高周波電力を効率良くチャンバ２５０へ供給するためにインピーダンスを整合する。
【００１０】
高周波電源２５６は、整合回路２５５と接地ノードＧＮＤとの間に接続され、高周波電力を発生する。コンピュータ２５７は、モニタ２５４に接続され、モニタ２５４により測定されたインピーダンスに基づいてプラズマ処理装置およびプロセス性能を評価する。
【００１１】
半導体ウェハ２５２が放電電極２５１上に載置された状態で、高周波電源２５６は高周波電力を出力し、整合回路２５５は、高周波電源２５６から出力された高周波電力を効率良くチャンバ２５０へ供給するためにインピーダンスを整合する。そして、高周波電力は、モニタ２５４を介して放電電極２５１へ供給され、チャンバ２５０内にプラズマＱが発生する。この場合、チャンバ２５０には、エッチングまたは薄膜形成等を行なうための反応ガスが供給されており、プラズマＱが発生することにより、半導体ウェハ２５２はエッチング等される。
【００１２】
モニタ２５４は、プラズマＱが発生した状態でプラズマＱのインピーダンスを測定し、その測定したインピーダンスをコンピュータ２５７へ出力する。そして、コンピュータ２５７は、モニタ２５４により測定されたインピーダンスを受け、その受けたインピーダンスに基づいてプラズマ処理装置３００およびプロセス性能を評価する。
【００１３】
また、特開２０００−２６９１９５公報には、プラズマ処理装置におけるプラズマのインピーダンス、高周波電圧のピーク間電圧および高周波電圧が印加される電極に生じる自己バイアス電圧を測定することにより、プラズマを用いた半導体ウェハの加工特性の経時変化、および真空容器内の洗浄時期を検知することが開示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１１−１２１４４０号公報および特開２０００−２６９１９５公報に開示された方法は、プラズマ処理装置内で発生するプラズマのインピーダンス、プラズマ処理装置の幾何学的な構成により決定される装置固有のインピーダンス、およびプラズマのインピーダンスをモニターするインピーダンスモニタからプラズマ処理装置までの高周波給電部のインピーダンスを含む全体のインピーダンスを測定する。
【００１５】
すなわち、プラズマが発生した場合の等価回路は図３０に示す回路となる。図３０を参照して、回路２１０は、マッチングボックスの等価回路であり、回路２２０は、処理チャンバまでの同軸ケーブルの等価回路であり、回路２３０は、処理チャンバ内の等価回路であり、回路２４０は、アース系の等価回路である。
【００１６】
回路２１０は、インピーダンスＺ_Mを有する。回路２２０は、インピーダンスＺ_Cを有する。回路２３０は、インピーダンスＺ_Qを有する。回路２４０は、インピーダンスＺ_Eを有する。高周波電源２００は、接地ノードＧＮＤと回路２１０との間に接続され、高周波電力を出力する。
【００１７】
高周波電源２００から出力された高周波電力は、回路２１０，２２０を介して処理チャンバである回路２３０へ供給される。そして、リターン電流は、アース系である回路２４０を介して高周波電源２００の接地ノードＧＮＤ側へ流れる。
【００１８】
したがって、プラズマが発生したときのインピーダンスは、インピーダンスＺ_M，Ｚ_Cによって決定される処理チャンバまでのインピーダンスと、インピーダンスＺ_Q，Ｚ_Eによって決定されるプラズマのインピーダンスおよび装置固有のインピーダンスとを含む。
【００１９】
その結果、従来の方法では、装置固有のインピーダンスだけを抽出することができないという問題がある。
【００２０】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、装置固有の高周波特性を検出し、その検出した高周波特性に基づいてプロセス性能を評価するプラズマ処理装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、プラズマ処理装置は、プラズマを発生するためのチャンバと、チャンバに高周波電力を供給する高周波電源と、プラズマが発生するまでの高周波電力の範囲でチャンバにおける高周波特性を検出し、その検出した高周波特性に基づいてチャンバにおけるプロセス性能を評価する特性評価回路とを備える。
【００２２】
チャンバ内でプラズマが発生しない範囲の高周波電力が供給されて高周波特性が検出される。そして、検出された高周波特性に基づいてプロセス性能が評価される。
【００２３】
したがって、この発明によれば、プラズマ処理装置に固有な高周波特性を検出できる。また、プラズマ処理装置に固有な高周波特性に基づいて正確にプロセス性能を評価できる。
【００２４】
好ましくは、特性評価回路は、検出された高周波特性をプロセス性能が正常であるときの標準高周波特性と比較し、その比較結果に応じてプロセス性能が正常か否かを評価する。
【００２５】
検出された高周波特性を標準高周波特性と比較することによりプロセス性能が評価される。
【００２６】
したがって、この発明によれば、プロセス性能が正常か否かを容易に評価できる。
【００２７】
より好ましくは、特性評価回路は、検出された高周波特性が標準高周波特性に一致するときプロセス性能は正常であると評価し、検出された高周波特性が標準高周波特性に不一致であるときプロセス性能は異常であると評価する。
【００２８】
検出された高周波特性と標準高周波特性との一致／不一致を検出し、その検出結果に基づいてプロセス性能が評価される。
【００２９】
したがって、この発明によれば、プロセス性能が正常か否かを迅速に評価できる。
【００３０】
さらに好ましくは、プラズマ処理装置は、チャンバにおけるプラズマの発生を検知するプラズマ検知回路をさらに備え、特性評価回路は、プラズマ検知回路がプラズマの発生を検知すると、高周波特性の検出を中止する。
【００３１】
チャンバにおいてプラズマが発生したとき、プロセス性能の評価が中止される。
【００３２】
したがって、この発明によれば、プラズマ処理装置に固有の高周波特性を性格に検出できる。
【００３３】
好ましくは、プラズマ処理装置は、プラズマが発生されるまでの範囲の高周波電力をチャンバへ供給するもう１つの高周波電源と、高周波電源から出力された高周波電力のチャンバへの供給をオン／オフする第１のスイッチと、もう１つの高周波電源から出力された高周波電力のチャンバへの供給をオン／オフする第２のスイッチとをさらに備え、プロセス性能の評価時、第１のスイッチはオフされ、第２のスイッチはオンされる。
【００３４】
専用の高周波電源を用いて、プラズマが発生しない範囲の高周波電力がチャンバに供給されて、プラズマ処理装置に固有の高周波特性が検出される。
【００３５】
したがって、この発明によれば、プラズマの発生を検知する特別の検出器を設けなくても、装置固有の高周波特性を正確に検出できる。
【００３６】
より好ましくは、特性評価回路は、もう１つの高周波電源から出力される高周波電圧のチャンバへの入射波に対するチャンバからの反射波の比である反射係数を検出し、その検出した反射係数に基づいてプロセス性能を評価する。
【００３７】
高周波電圧のチャンバへの入射波、およびチャンバからの反射波が検出され、入射波に対する反射波の比が演算される。そして、演算結果である反射係数に基づいてプロセス性能が評価される。
【００３８】
したがって、この発明によれば、チャンバに起因したプラズマ処理装置に固有の高周波特性に基づいてプロセス性能を評価できる。
【００３９】
さらに好ましくは、もう１つの高周波電源は、周波数を固定した高周波電力を発生し、特性評価回路は、高周波電力の周波数を固定したときの高周波特性を検出し、その検出した高周波特性に基づいてプロセス性能を評価する。
【００４０】
高周波電力の周波数が固定されて高周波特性が検出される。そして、検出された高周波特性に基づいてプロセス性能が評価される。
【００４１】
したがって、この発明によれば、迅速にプロセス性能を評価できる。
さらに好ましくは、もう１つの高周波電源は、周波数を所定の範囲で変化させた高周波電力を発生し、特性評価回路は、高周波電力の周波数を変えたときの高周波特性を検出し、その検出した高周波特性に基づいてプロセス性能を評価する。
【００４２】
高周波電力の周波数を変化させて高周波特性が検出される。そして、検出された高周波特性に基づいてプロセス性能が評価される。
【００４３】
したがって、この発明によれば、プラズマ処理装置の各部の経時変化等に起因したプロセス性能の変化を検出できる。
【００４４】
さらに好ましくは、高周波特性は、チャンバにおけるインピーダンスであり、特性評価回路は、高周波電力の周波数を変化させたときのインピーダンスの周波数特性および電圧と電流との位相差の周波数特性に基づいて共振周波数を検出し、その検出した共振周波数に基づいてプロセス性能を評価する。
【００４５】
周波数の変化させて検出された高周波特性に基づいてプラズマ処理装置の共振周波数が検出される。そして、検出された共振周波数に基づいてプロセス性能が評価される。
【００４６】
したがって、この発明によれば、プロセス性能が変化した要因を詳細に特定できる。
【００４７】
さらに好ましくは、特性評価回路は、検出した共振周波数および共振特性に基づいて等価回路の回路定数を求め、その求めた回路定数に基づいてプロセス性能を評価する。
【００４８】
周波数の変化させて検出された高周波特性に基づいて、プラズマ処理装置の各部における等価回路の回路定数が決定される。そして、決定された回路定数に基づいてプロセス性能が評価される。
【００４９】
したがって、この発明によれば、プロセス性能が変化したプラズマ処理装置の場所および原因を検出できる。
【００５０】
さらに好ましくは、共振特性は、共振周波数よりも高い周波数における特性と共振周波数よりも低い周波数における特性とを含む。
【００５１】
共振周波数を中心として、共振周波数の高周波数側および低周波数側で選択された周波数における高周波特性と、共振周波数における高周波特性とに基づいてプロセス性能が評価される。
【００５２】
したがって、この発明によれば、装置の固有の高周波特性に基づいてプロセス性能を評価できる。
【００５３】
さらに好ましくは、共振特性は、高周波電圧と高周波電流との位相差、およびインピーダンスを含む。
【００５４】
共振周波数の近傍におけるインピーダンス、および高周波電圧と高周波電流との位相差に基づいてプロセス性能が評価される。
【００５５】
したがって、この発明によれば、プロセス性能を容易に評価できる。
さらに好ましくは、プラズマ処理装置は、もう１つの高周波電源をチャンバに接続するケーブルをさらに備え、特性評価回路は、ケーブルとチャンバとの接続部において高周波特性を検出する。
【００５６】
高周波特性は、チャンバに最も近い位置で検出される。
したがって、この発明によれば、プラズマ処理装置に固有の高周波特性を容易に検出できる。
【００５７】
さらに好ましくは、高周波特性は、インピーダンスであり、特性評価回路は、予め検出されたケーブルのインピーダンスを検出したインピーダンスから除去し、その除去したインピーダンスに基づいてプロセス性能を評価する。
【００５８】
チャンバと、チャンバの周辺部に起因するインピーダンスが検出される。
したがって、この発明によれば、プラズマ処理装置に固有の高周波特性を正確に検出できる。
【００５９】
さらに好ましくは、プラズマ処理装置は、特性評価回路により検出された高周波特性が、プロセス性能が正常であるときの標準高周波特性からずれているとき高周波特性を補正する補正回路をさらに備える。
【００６０】
検出された高周波特性が正常時の特性に対して変化しているとき、高周波特性が補正される。
【００６１】
したがって、この発明によれば、プラズマ処理装置の移設等の前後において、高周波特性を一定に保持できる。
【００６２】
さらに好ましくは、補正回路は、検出された高周波特性が標準高周波特性になるように高周波特性を補正する。
【００６３】
検出された高周波特性が標準高周波特性に対して変化しているとき、高周波特性が標準高周波特性になるように補正される。
【００６４】
したがって、複数のプラズマ処理装置の高周波特性を一定に保持できる。
さらに好ましくは、補正回路は、高周波電力をチャンバに供給する系に設けられる。
【００６５】
高周波電力を効率良くチャンバに供給できるように高周波特性が補正される。
したがって、この発明によれば、高周波電力の供給経路に経時変化が生じても高周波特性を一定に保持できる。
【００６６】
さらに好ましくは、補正回路は、チャンバから高周波電源へのリターン電流が流れる系に設けられる。
【００６７】
リターン電流の漏れが少なくなるように高周波特性が補正される。
したがって、この発明によれば、リターン電流が流れる経路に経時変化が生じても高周波特性を一定に保持できる。
【００６８】
好ましくは、プラズマ処理装置は、所定期間ごとに高周波特性を検出するように特性評価回路を制御する制御回路をさらに備える。
【００６９】
プラズマ処理装置に固有の高周波特性が定期的に検出される。
したがって、この発明によれば、プラズマ処理装置のメンテナンスを行なう時期を容易に検知できる。
【００７０】
より好ましくは、プラズマ処理装置は、特性評価回路により検出された高周波特性をプロセス性能が正常であるときの標準高周波特性と比較し、検出された高周波特性が標準高周波特性から所定量だけずれているときアラームを発生するアラーム回路をさらに備える。
【００７１】
検出された高周波特性が標準高周波特性から所定量だけずれているとき、アラームが発生される。
【００７２】
したがって、この発明によれば、プラズマ処理装置のプロセス性能の変化を容易に検知できる。
【００７３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００７４】
［実施の形態１］
図１を参照して、この発明の実施の形態１によるプラズマ処理装置１００は、チャンバ１と、ステージ４と、上部電極６と、ガスライン７と、排気口８と、高周波整合器９と、高周波電源１０と、高周波電流検出器１１と、コンピュータ１２とを備える。
【００７５】
ステージ４は、下部電極２と、絶縁体３とから成る。下部電極２は、その主面以外の部分が絶縁体３に囲まれる。そして、下部電極２は、高周波電源１０からの高周波電力を受ける。絶縁体３は、下部電極２を電気的に絶縁する。
【００７６】
上部電極６は、ステージ４に対向して設けられる。ガスライン７は、反応ガスをチャンバ１に導入する。排気口８は、チャンバ１内に導入された反応ガスを真空ポンプ（図示せず）により排気するための口である。
【００７７】
高周波電源１０は、その一方端が接地ノードＧＮＤに接続され、他方端が高周波整合器９に接続される。そして、高周波電源１０は、たとえば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する。
【００７８】
高周波整合器９は、高周波電源１０と高周波電流検出器１１との間に接続される。そして、高周波整合器９は、高周波電源１０から出力された高周波電力を効率良くチャンバ１内の下部電極２に供給するためにインピーダンスを整合する。
【００７９】
高周波電流検出器１１は、下部電極２と高周波整合器９との間に設けられる。そして、高周波電流検出器１１は、高周波電源１０と下部電極２との間の高周波給電経路に流れる高周波電流を検出し、その検出した高周波電流をコンピュータ１２へ出力する。
【００８０】
コンピュータ１２は、高周波電流検出器１１から受けた高周波電流と高周波電源１０が出力した高周波電力とに基づいて、後述する方法によってプロセス性能を評価する。
【００８１】
プラズマ処理装置１００においては、ガスライン７から反応ガスがチャンバ１に導入され、その導入された反応ガスが排気口８から排気されてチャンバ１内の圧力が１０〜２００Ｐａ程度に保持される。そして、下部電極２に高周波電力が供給され、プラズマが下部電極２と上部電極６との間で発生され、下部電極２上に載置された半導体ウェハ５が処理される。プラズマ処理装置１００においては、平行に配置された下部電極２と上部電極６との間でプラズマが発生されるため、プラズマ処理装置１００は平行平板型のプラズマ処理装置である。
【００８２】
このような平行平板型のプラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置がある。したがって、以下においては、プラズマ処理装置１００がプラズマエッチング装置である場合について説明する。
【００８３】
まず、プラズマ処理装置１００の通常時の動作について説明する。半導体ウェハ５は洗浄された後、チャンバ１内の下部電極２上にセットされる。チャンバ１の蓋が閉められた後、チャンバ１内の気体は真空ポンプ（図示せず）により排気口８から排気される。そして、チャンバ１は、チャンバ１内の圧力が１０^-8Ｐａ程度になるまで真空ポンプにより排気され、蓋を開けたときにチャンバ１内に入った酸素等の不純物が除去される。
【００８４】
その後、ガスライン７から反応ガスが導入され、チャンバ１内の圧力が１０〜２００Ｐａ程度に保持される。そうすると、高周波電源１０は、高周波電力を発生し、高周波整合器９および高周波電流検出器１１を介して高周波電力を下部電極２に供給する。この場合、高周波整合器９は、高周波電源１０からの高周波電力を効率良く下部電極２に供給するためにインピーダンスを整合する。
【００８５】
そして、下部電極２と上部電極６との間で放電が生じ、チャンバ１内にプラズマが発生する。そうすると、半導体ウェハ５は、発生したプラズマ中のイオンによってエッチング処理される。半導体ウェハ５のエッチング処理が終了すると、高周波電源１０は、高周波電力の発生を停止し、チャンバ１内の反応ガスは真空ポンプにより排気されて半導体ウェハ５が交換される。そして、次の半導体ウェハが下部電極２に載置され、上述した操作が繰返し行なわれる。
【００８６】
上述したエッチングを長時間行なうと、エッチングにより生成物が生成され、その生成された生成物がステージ４および上部電極６を含むチャンバ１の内壁に付着する。また、エッチングを長時間行なうと、ステージ４を構成する各種の部品が消耗・劣化したり、締め付け部の緩みによる組立て精度が低下する。
【００８７】
その結果、プラズマ処理装置１００における高周波特性が変化し、それに対応してチャンバ１内に生成されるプラズマの特性が変化する。そうすると、プラズマ処理装置１００におけるプロセス性能が初期状態、またはメンテナンス直後の正常状態から外れ、所定のエッチングが行なわれないという不具合が生じる。
【００８８】
したがって、このようなエッチングの不具合が生じる前に、プロセス性能が変化する原因を事前に検知する必要がある。
【００８９】
そこで、次に、プラズマ処理装置１００におけるプロセス性能を評価してプロセス性能が変化したか否かを検知する方法について説明する。プロセス性能は、チャンバ１内にプラズマが発生しない高周波電力を下部電極２に供給して評価される。これは、チャンバ１内にプラズマが発生する高周波電力を下部電極２に供給してプロセス性能を評価した場合、発生したプラズマの特性も反映されるため、エッチングによる生成物が付着したこと等に起因したチャンバ１の内壁の状態変化による高周波特性の変化を検出できないからである。
【００９０】
プロセス性能を評価する場合、高周波電源１０は、チャンバ１内にプラズマが発生しない範囲の高周波電力を発生し、その発生した高周波電力を高周波整合器９および高周波電流検出器１１を介して下部電極２へ供給する。そして、高周波電流検出器１１は、高周波電源１０から下部電極２までの間の高周波給電部に流れる高周波電流を検出し、その検出した高周波電流をコンピュータ１２へ出力する。
【００９１】
より具体的には、高周波電源１０は、図２に示すように、高周波電力を零からＡ（チャンバ１内にプラズマが発生しない高周波電力の上限値）まで増加させる。この場合、高周波電流検出器１１は、プロセス性能が正常な場合、特性イで示される高周波電流を検出する。また、高周波電流検出器１１は、ステージ４の絶縁体３が消耗して実質的に部品寸法または厚さが変化した場合、特性ロで示される高周波電流を検出する。さらに、高周波電流検出器１１は、ステージ４の構成部品の組立て精度が劣化した場合またはステージ４のうちプラズマに晒された部分にエッチングによる生成物が付着した場合、特性ハで示される高周波電流を検出する。
【００９２】
図２の零からＡまでの領域は、チャンバ１内にプラズマが発生しない高周波電力の範囲であるため、この範囲の高周波電力が下部電極２に供給された場合に、高周波電流検出器１１が検出する高周波電流はマイクロアンペア程度の微小な電流である。したがって、高周波電流検出器１１は、このような微小電流を検出可能な高周波電流検出器であることが好ましい。
【００９３】
高周波電流検出器１１が検出する高周波電流は、下部電極２から絶縁体３を介して接地電位であるチャンバ１に流れる漏れ電流、または下部電極２へ高周波電力を給電する高周波給電部における漏れ電流である。
【００９４】
したがって、下部電極２および絶縁体３を含むステージ４の構成部品に劣化がなく、組立て精度が良い場合には、ステージ４部分におけるインピーダンスは安定しており、零からＡまでの範囲の高周波電力が下部電極２に供給された場合、特性イで示されるように、高周波電流は高周波電力の増加に伴い直線的に増加する。
【００９５】
一方、絶縁体３が消耗して実質的に部品寸法または厚さが変化した場合、絶縁体３の絶縁性が低下するためステージ４部の絶縁抵抗が低下する。その結果、特性ロで示されるように、高周波電流は、高周波電力の増加に伴い特性イで示される高周波電流よりも大きくなる。
【００９６】
また、ステージ４部の部品の締め付けが緩くなったり、エッチングによる生成物がステージ４に付着した場合、ステージ４の構成部品間の浮遊容量または接触抵抗が不安定になり、その結果、ステージ４部におけるインピーダンスが不安定になる。そうすると、特性ハで示されるように、高周波電流は高周波電力の増加に伴い非線形に変化する。
【００９７】
なお、ステージ４部の正常／異常に拘わらず、高周波電力がＡよりも右側の領域ではチャンバ１内にプラズマが発生し、高周波電流は急激に大きくなる。
【００９８】
この発明においては、コンピュータ１２は、ステージ４部のインピーダンスが安定しており、プロセス性能が正常であることを示す特性イを記憶している。そして、コンピュータ１２は、高周波電流検出器１１からの高周波電流を特性イで示される高周波電流と比較し、その比較結果に応じてプロセス性能が正常か否かを評価する。
【００９９】
具体的には、コンピュータ１２は、高周波電流検出器１１からの高周波電流が特性イで示される高周波電流と一致した場合、プロセス性能は正常であると評価し、一致しない場合、プロセス性能は異常であると評価する。
【０１００】
好ましくは、コンピュータ１２は、プロセス性能が異常であると評価した場合、高周波電流検出器１１からの高周波電流が特性イで示される高周波電流とどのようにずれているかを判定する。すなわち、コンピュータ１２は、高周波電流検出器１１からの高周波電流が特性ロで示される高周波電流であるのか、特性ハで示される高周波電流であるのかを評価する。これにより、プロセス性能が変化したプラズマ処理装置１００における場所および原因を特定することができる。
【０１０１】
つまり、高周波電流検出器１１からの高周波電流が特性ロで示される高周波電流である場合、上述したように、絶縁体３が消耗して実質的に部品寸法または厚さが変化していることになり、高周波電流検出器１１からの高周波電流が特性ハで示される高周波電流である場合、上述したように、ステージ４部の部品の締め付けが緩くなったり、エッチングによる生成物がステージ４に付着していることになる。
【０１０２】
このように、プラズマが発生しない範囲の高周波電力を下部電極２に供給した場合の高周波電流を検出し、その検出した高周波電流を、プロセス性能が正常である場合の特性イで示される高周波電流と比較することにより、プロセス性能が正常か否かを評価できる。また、検出した高周波電流が、正常な場合の高周波電流からどのようにずれているかを検出することによりプロセス性能が変化したプラズマ処理装置１００における場所および原因を特定できる。
【０１０３】
上記においては、プラズマが発生しない範囲の高周波電力を下部電極２に供給して高周波電流を検出すると説明したが、この発明においては、高周波電流に代えて高周波電圧を検出してもよい。この場合、検出される高周波電圧は、ステージ４部のインピーダンスを反映した電圧であるので、上述した場合と同様にしてプロセス性能を評価できる。
【０１０４】
また、上述したような、プラズマが発生しない場合の高周波特性を評価する方法と、プラズマが発生した場合の高周波特性を評価する方法とを併用してもよい。この場合、エッチングを行なっている途中で装置全体の高周波特性を評価してプラズマ処理装置１００に異常が発生しているか否かを判定し、異常が発生している場合、上述したような、プラズマが発生しない場合の高周波特性を評価する。その結果、プラズマが発生しない場合の高周波特性に異常がない場合、プラズマの変動、上部電極６、およびチャンバ１の異常を疑えば良いので、異常場所の特定を迅速に行なうことができる。
【０１０５】
さらに、上記においては、平行平板型のプラズマ処理装置について説明したが、この発明においては、これに限らず、誘導結合型のプラズマ処理装置であったてもよい。
【０１０６】
さらに、上記においては、エッチング装置について説明したが、この発明においては、これに限らず、高周波放電を利用したプラズマＣＶＤ装置、およびスパッタリング装置等の成膜装置であってもよい。
【０１０７】
実施の形態１によれば、プラズマ処理装置は、プラズマが発生しない高周波電力の範囲における高周波電流を検出する高周波電流検出器と、その検出した高周波電流をプロセス性能が正常である場合の高周波電流と比較してプロセス性能を評価するコンピュータとを備えるので、プロセス性能が変化したとき、プロセス性能が変化する要因となったプラズマ処理装置における場所および原因を特定できる。
【０１０８】
［実施の形態２］
図３を参照して、実施の形態２によるプラズマ処理装置１０１は、チャンバ１と、下部電極２と、絶縁体３と、上部電極６と、高周波整合器９と、高周波電源１０と、発光検知器１３と、窓１４と、モニタ１５と、給電ライン１６と、制御装置２０とを備える。なお、プラズマ処理装置１０１においては、ガスラインおよび排気口は省略されている。
【０１０９】
チャンバ１、下部電極２、絶縁体３、上部電極６、高周波整合器９、および高周波電源１０については、実施の形態１において説明したとおりである。
【０１１０】
発光検知器１３は、チャンバ１内のプラズマ発光を検知し、その検知したプラズマ発光を電気信号に変換して制御装置２０へ出力する。発光検知器１３は、具体的には光電子増倍管から成る。窓１４は、チャンバ１内にプラズマが発生した場合、プラズマ発光を発光検知器１３に導くための窓であり、プラズマを吸収しない材質から成る。そして、窓１４には、チャンバ１の外部からの光（迷光）が発光検知器１３に入射するのを防止する遮光板が設けられている。
【０１１１】
モニタ１５は、下部電極２と高周波整合器９との間に接続され、高周波電力が下部電極２に供給されたとき、給電ライン１６に流れる高周波電流、および給電ライン１６に高周波電流が流れることに起因して発生する高周波電圧を検出し、その検出した高周波電圧および高周波電流を制御装置２０へ出力する。
【０１１２】
制御装置２０は、高周波電源１０および高周波整合器９を制御する。また、制御装置２０は、発光検知器１３からの電気信号と、モニタ１５からの高周波電圧および高周波電流とを受け、その受けた高周波電圧および高周波電流に基づいて、プラズマ処理装置１０１におけるプロセス性能を評価するとともに、発光検知器１３からの電気信号が所定の強度に達したときプロセス性能の評価を中止する。
【０１１３】
図４を参照して、モニタ１５は、電流検出回路１５０Ａと、電圧検出回路１５０Ｂとを含む。電流検出回路１５０Ａは、ピックアップコイル１５１と、抵抗１５２と、積分回路１５３とから成る。ピックアップコイル１５１は、給電ライン１６に近接して配置され、その一方端は接地ノードＧＮＤに接続され、他方端はノードＮ１に接続される。抵抗１５２は、ノードＮ１と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。積分回路１５３は、ピックアップコイル１５１の他方端に接続され、ノードＮ１上に発生する電圧Ｖｉを積分して高周波電流を求める。
【０１１４】
給電ライン１６に高周波電流が流れると、ピックアップコイル１５１に電流が発生し、その発生した電流はピックアップコイル１５１と抵抗１５２とから成る回路を流れる。その結果、ノードＮ１には、電流が抵抗１５２を流れることによる電圧Ｖｉが発生する。すなわち、給電ライン１６に高周波電流が流れると、電圧Ｖｉが発生し、その発生する電圧Ｖｉは、次式により表される。
【０１１５】
【数１】

【０１１６】
ただし、Ｍは給電ライン１６とピックアップコイル１５１との間の相互インダクタンスである。
【０１１７】
したがって、積分回路１５３は、ノードＮ１上の電圧Ｖｉを積分し、式（１）に基づいて高周波電流を求める。
【０１１８】
電圧検出回路１５０Ｂは、電極１５４と、抵抗１５５と、増幅回路１５６とを含む。電極１５４は、給電ライン１６に近接して配置される。抵抗１５５は、ノードＮ２と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。増幅回路１５６は、ノードＮ２を介して電極１５４に接続され、給電ライン１６に高周波電流が流れることにより電極１５４に誘起される電圧Ｖｖを積分して高周波電圧を求める。
【０１１９】
電極１５４は、接地ノードＧＮＤから絶縁されているため、給電ライン１６に高周波電流が流れると、電圧Ｖｖが電極１５４に誘起される。そして、電圧Ｖｖは次式により表される。
【０１２０】
【数２】

【０１２１】
ただし、Ｒは抵抗１５５の抵抗値であり、Ｃは電極１５４と給電ライン１６との間のキャパシタンスである。
【０１２２】
したがって、増幅回路１５６は、電極１５４に誘起された電圧Ｖｖを積分し、式（２）により高周波電圧を求める。
【０１２３】
なお、電流検出回路１５０Ａにより検出された高周波電流と、電圧検出回路１５０Ｂにより検出された高周波電圧との位相差θの誤差を少なくするために、ピックアップコイル１５１は、できる限り電極１５４に近づけて配置される。
【０１２４】
また、検出された高周波電流および高周波電圧は、同軸ケーブルを介して制御装置２０へ出力される。これは、検出した高周波電流および高周波電圧がＲＦノイズにより影響されるのを防止するためである。
【０１２５】
さらに、積分回路１５３および増幅回路１５６は、モニタ１５の外部に設けられてもよい。
【０１２６】
このように、モニタ１５は、高周波電力が下部電極２に供給されたとき、給電ライン１６に高周波電流が流れることに起因して発生する高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖを検出して制御装置２０へ出力する。
【０１２７】
モニタ１５により検出された高周波電流Ｉ（ベクトルにより表示される電流を意味する。以下、同じ。）および高周波電圧Ｖ（ベクトルにより表示される電圧を意味する。以下、同じ。）に基づいてインピーダンスＺが求められる。そして、このインピーダンスＺは、プラズマ処理装置１０１のチャンバ１内部の配置構造、たとえば、下部電極２および上部電極６の配置等の幾何学的な構成によって決定される装置固有のインピーダンス、モニタ１５から下部電極２までの高周波給電部のインピーダンス、およびプラズマ処理装置１０１のアースライン（高周波電流Ｉの帰路）のインピーダンス等を含むものである。
【０１２８】
したがって、モニタ１５により高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖを検出することは、インピーダンスＺを検出することに相当する。
【０１２９】
プラズマ処理装置１０１において、通常のエッチング処理が行なわれるとき、制御装置２０は、所定の高周波電力を出力するように高周波電源１０を制御する。その他の操作は実施の形態１において説明したとおりである。
【０１３０】
プラズマ処理装置１０１におけるプロセス性能を評価する場合、チャンバ１内にプラズマが発生しない範囲の高周波電力を下部電極２に供給する。これは、チャンバ１内にプラズマが発生した状態で高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖを検出して求めたインピーダンスには、プラズマのインピーダンスも含まれるため、プラズマ処理装置１０１に固有のインピーダンスを検出できないからである。
【０１３１】
図５は、高周波電力とプラズマ発光の発光強度との関係を示す図である。縦軸は発光強度を示し、横軸は高周波電力を示す。図５に示す関係を測定した場合のチャンバ１における放電条件は、反応ガス：窒素、ガスの圧力：６６．５Ｐａ、ガスの流量：１００ｓｃｃｍ、電極間距離：１ｃｍ、被処理物：無し、である。
【０１３２】
図５を参照して、高周波電力が零から増加すると、５０Ｗまではプラズマ発光は観測されず、高周波電力が５０Ｗから６０Ｗの間でプラズマが発生する。そして、高周波電力が６０Ｗでプラズマ発光が検知され、高周波電力の増加に伴いプラズマ発光の強度も強くなる。
【０１３３】
したがって、プラズマ処理装置１０１においてプロセス性能を評価する場合、高周波電力を１０Ｗとした。
【０１３４】
また、プラズマ処理装置１０１においてプロセス性能を評価する場合、高周波整合器９の動作を強制的に停止する。これは、高周波整合器９がインピーダンスの自動整合を行なった場合、給電ライン１６に流れる高周波電流および高周波電圧が変化し、上述したインピーダンスＺに誤差が生じ、測定の再現性を低下させるからである。
【０１３５】
再び、図３を参照して、プラズマ処理装置１０１のプロセス性能を評価する動作が開始されると、制御装置２０は、１０Ｗの高周波電力を発生するように高周波電源１０を制御し、高周波整合器９の動作を停止する。高周波電源１０は、１０Ｗの高周波電力を発生し、その発生した１０Ｗの高周波電力を高周波整合器９、給電ライン１６およびモニタ１５を介して下部電極２に供給する。
【０１３６】
そうすると、モニタ１５は、上述した方法によって高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖを検出し、その検出した高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖを制御装置２０へ出力する。制御装置２０は、モニタ１５から受けた高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖに基づいてインピーダンスＺを求める。このインピーダンスＺは、上述したようにプラズマ処理装置１０１に固有のインピーダンスである。また、制御装置２０は、高周波電流Ｉと高周波電圧Ｖとの位相差θを求める。そして、制御装置２０は、インピーダンスＺおよび／または位相差θによってプロセス性能を評価する。
【０１３７】
この場合、発光検知器１３は、チャンバ１内におけるプラズマ発光を検知し続け、プラズマ発光を検知すると、その検知したプラズマ発光を電気信号に変換して制御装置２０へ出力する。制御装置２０は、発光検知器１３からの電気信号の強度が所定の強度を超えない限り、モニタ１５から受けた高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖに基づいてインピーダンスＺおよび位相差θを求め、その求めたインピーダンスＺおよび／または位相差θに基づいてプロセス性能を評価する。
【０１３８】
インピーダンスＺは、モニタ１５から下部電極２までの高周波給電部、下部電極２の部分、およびリターン電流が下部電極２からチャンバ１の接地ノードＧＮＤを介して高周波電源１０へ帰る帰路に起因したインピーダンスであるため、求めたインピーダンスＺが変化すれば、これらの各部におけるインピーダンスが変化したことになり、このインピーダンスＺの変化はプラズマ処理装置１０１におけるエッチング性能を変化させる。
【０１３９】
また、位相差θが変化した場合も、上述した各部におけるインピーダンスが変化したことになり、この位相差θの変化はプラズマ処理装置１０１におけるエッチング性能を変化させる。
【０１４０】
したがって、制御装置２０は、求めたインピーダンスＺが変化した場合、プラズマ処理装置１０１のプロセス性能が変化したと評価し、インピーダンスＺが変化しない場合、プラズマ処理装置１０１のプロセス性能が変化しないと評価する。
【０１４１】
また、制御装置２０は、求めた位相差θが変化した場合、プラズマ処理装置１０１のプロセス性能が変化したと評価し、位相差θが変化しない場合、プラズマ処理装置１０１のプロセス性能が変化しないと評価する。
【０１４２】
さらに、制御装置２０は、求めたインピーダンスＺおよび位相差θが変化した場合、プラズマ処理装置１０１のプロセス性能が変化したと評価し、インピーダンスＺおよび位相差θが変化しない場合、プラズマ処理装置１０１のプロセス性能が変化しないと評価する。
【０１４３】
この制御装置２０は、インピーダンスＺおよび位相差θのいずれか一方に基づいてプロセス性能を評価しても良いし、インピーダンスＺおよび位相差θの両方に基づいてプロセス性能を評価しても良い。そして、このプロセス性能の評価は、定期的に行ない、インピーダンスＺおよび／または位相差θが変化した場合に、プロセス性能が変化したと評価してプラズマ処理装置１０１のメンテナンスを行なう。
【０１４４】
上記においては、モニタ１５により検出した高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖに基づいてインピーダンスＺおよび位相差θを求めてプラズマ処理装置１０１のプロセス性能を評価すると説明したが、この発明においては、モニタ１５が検出した高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖに基づいてプロセス性能を評価するようにしてもよい。高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖは、モニタ１５から下部電極２までの高周波給電部、下部電極２の部分、およびリターン電流が下部電極２からチャンバ１の接地ノードＧＮＤを介して高周波電源１０へ帰る帰路に起因したインピーダンスによって変化するからである。
【０１４５】
したがって、制御装置２０は、モニタ１５から受けた高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖが変化するか否かによってプラズマ処理装置１０１のプロセス性能を評価する。
【０１４６】
このように、制御装置２０は、プラズマが発生しない高周波電力が下部電極２へ供給されたときの高周波特性（高周波電流Ｉ、高周波電圧Ｖ、インピーダンスＺおよび位相差θ）に基づいてプラズマ処理装置１０１のプロセス性能を評価する。そして、制御装置２０は、発光検知器１３から受けた電気信号の強度が所定の強度を超えると、高周波電源１０を強制的に停止する。これにより、プロセス性能の評価が中止される。
【０１４７】
上記においては、発光検知器１３は、光電子増倍管から成ると説明したが、発光検知器１３としてフォトダイオードを用いてもよい。この場合、フォトダイオードの感度は、一般的には、光電子増倍管よりも低いため、プラズマ発光のスペクトル分布に感度が一致するフォトダイオードを選択することが重要である。
【０１４８】
発光検知器１３は、光を用いてチャンバ１におけるプラズマの発生を検知する手段であるが、電気を用いてチャンバ１におけるプラズマの発生を検知してもよい。以下、各種の方法について説明する。
【０１４９】
チャンバ１においてプラズマが発生した場合、下部電極２に印加される高周波電圧に、図６に示すバイアス電圧Ｖｄｃと呼ばれる直流電圧が重畳され、電圧波形はマイナス側にシフトする。したがって、このバイアス電圧Ｖｄｃを検出することにより、プラズマがチャンバ１内で発生したことを検知することができる。
【０１５０】
プラズマ処理装置においては、通常、ブロッキングコンデンサが高周波整合器９の出力側に設けられる。そうすると、プラズマ中の電子が下部電極２に入射する速度と、プラズマ中のイオンが下部電極２に入射する速度との間に速度差が生じる。その結果、バイアス電圧Ｖｄｃが発生する。
【０１５１】
そこで、このバイアス電圧Ｖｄｃを検出する手段を設けたプラズマ処理装置を図７に示す。図７を参照して、プラズマ処理装置１０２は、プラズマ処理装置１０１から発光検知器１３および窓１４を除去し、制御装置２０を制御装置２０Ａに代え、ブロッキングコンデンサ１７および検出回路１８を追加したものであり、その他はプラズマ処理装置１０１と同じである。
【０１５２】
ブロッキングコンデンサ１７は、高周波整合器９の出力側に接続される。検出回路１８は、ブロッキングコンデンサ１７とモニタ１５との間に接続される。そして、検出回路１８は、チャンバ１内でプラズマが発生すると、バイアス電圧Ｖｄｃを検出し、その検出したバイアス電圧Ｖｄｃを制御装置２０Ａへ出力する。制御装置２０Ａは、検出回路１８からバイアス電圧Ｖｄｃを受けると、チャンバ１内でプラズマが発生したことを検知し、高周波電源１０を強制的に停止する。これにより、プラズマ処理装置１０２のプロセス性能の評価が中止される。
【０１５３】
制御装置２０Ａは、検出回路１８からバイアス電圧Ｖｄｃを受けない限り、制御装置２０と同じようにモニタ１５から受けた高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖに基づいてプロセス性能を評価する。
【０１５４】
最近のプラズマ処理装置においては、被処理物である半導体ウェハの温度を正確に制御するために、下部電極２のうち半導体ウェハを載置する側に誘電体膜を形成し、高周波電源１０とは別に下部電極２に直流電圧を供給することにより、半導体ウェハと下部電極２との間に静電力を発生させ、その発生させた静電力により半導体ウェハを下部電極２に吸着させる、いわゆる、静電チャックが広く用いられている。
【０１５５】
このような静電チャックを用いたプラズマ処理装置においては、下部電極２のうち半導体ウェハを載置する側に設けられた誘電体膜の影響により、検出回路１８によってバイアス電圧Ｖｄｃを検出できなくなる。
【０１５６】
そこで、モニタ１５が検出した高周波電圧Ｖのピーク間電圧Ｖｐｐの不連続な変化を検出する。高周波電力を増加させ、チャンバ１内でプラズマが発生すると、上述したインピーダンスＺにプラズマのインピーダンスが加わるため、ピーク間電圧Ｖｐｐは、プラズマの発生により不連続に変化する。したがって、制御装置２０，２０Ａは、モニタ１５から受けた高周波電圧Ｖに基づいてピーク間電圧Ｖｐｐを求め、その求めたピーク間電圧Ｖｐｐが不連続に変化するとチャンバ１におけるプラズマの発生を検知する。そして、制御装置２０，２０Ａは、チャンバ１におけるプラズマの発生を検知すると、高周波電源１０を強制的に停止して、プロセス性能の評価を終了する。
【０１５７】
なお、上述した検出回路１８およびピーク間電圧を検出する手段をモニタ１５に設けてもよい。
【０１５８】
また、給電ライン１６には、高周波電圧Ｖを検出するセンサのみを設け、そのセンサが検出した高周波電圧Ｖに基づいてプラズマの発生の有無を判断する手段を他の部分に設けてもよい。
【０１５９】
さらに、バイアス電圧Ｖｄｃまたはピーク間電圧Ｖｐｐを検出する素子は、通常、高周波整合器９の内部に設けられるので、高周波整合器９の内部に設けられた素子によってバイアス電圧Ｖｄｃまたはピーク間電圧Ｖｐｐを検出するようにしてもよい。
【０１６０】
プラズマの発生を光により検知する方法、およびプラズマの発生を電気（電圧）により検知する方法のいずれにおいても、チャンバ１内においてプラズマが発生しない高周波電力を事前に検出しておき、その検出した高周波電力の範囲において、上述した高周波特性（高周波電流Ｉ、高周波電圧Ｖ、インピーダンスＺおよび位相差θ）の検出を行なう必要がある。そして、バイアス電圧Ｖｄｃが検出された場合、またはピーク間電圧Ｖｐｐが不連続に変化した場合、高周波特性の検出は中止される。
【０１６１】
高周波特性の検出は、反応ガスをチャンバ１に導入して行なうことは必ずしも必要でないが、プラズマ処理装置の安全上、反応ガスをチャンバ１に導入しないと高周波電圧を下部電極２に供給できないようにインターロックが設定されている場合が多い。
【０１６２】
チャンバ１に反応ガスを流さず、チャンバ１内の圧力が低い場合に、または逆にチャンバ１内の圧力が高い（たとえば大気圧）場合に、高周波電力を下部電極２に印加すると、パッシェンの法則で知られているように、プラズマの発生電圧が高くなり、プラズマを生成するための高周波電力も高くなる。また、これらの条件下においては、一般的に安定したプラズマの生成が困難であり、アーク的な放電が発生して下部電極２、上部電極６および高周波電源１０に障害を与えることが多い。
【０１６３】
そこで、高周波特性の検出は、チャンバ１内に反応ガスを流した条件下で行なうことが望ましい。
【０１６４】
８インチウェハ対応の平行平板型のプラズマ処理装置（エッチング装置）において、装置固有のインピーダンスを検出した例を図８に示す。図８においては、７台のプラズマ処理装置について、装置固有のインピーダンスを検出した結果を示す。
【０１６５】
７台のプラズマ処理装置のうち、１台のプラズマ処理装置におけるインピーダンスが他の６台のプラズマ処理装置におけるインピーダンスよりも低い。
【０１６６】
インピーダンスが低いプラズマ処理装置について、メンテナンス時に調査した結果、下部電極２の周りに設けられた絶縁体３に不具合が見つかり、これが、インピーダンスが低い原因であることがわかった。
【０１６７】
なお、上記においては、下部電極２上に半導体ウェハを載置しない条件で高周波特性の検出を行なうように説明したが、この発明においては、下部電極２に半導体ウェハを載置した条件で高周波特性を検出してもよい。
【０１６８】
また、上記においては、プラズマ処理装置１０１，１０２は平行平板型のプラズマ処理装置であるとして説明したが、この発明においては、誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよい。
【０１６９】
実施の形態２によれば、プラズマ処理装置は、プラズマが発生しない高周波電力の範囲において高周波特性を検出するモニタと、その検出した高周波特性に基づいてプロセス性能を評価する制御装置とを備えるので、高周波特性が変化する否かを検出することによりプロセス性能の変化の有無を検知できる。
【０１７０】
［実施の形態３］
図９を参照して、実施の形態３によるプラズマ処理装置１０３は、プラズマ処理装置１０１に高周波電源２１、スイッチ２２，２３、および給電ライン２４を追加し、制御装置２０を制御装置２０Ｂに代えたものであり、その他はプラズマ処理装置１０１と同じである。
【０１７１】
スイッチ２２は、給電ライン１６に接続された給電ライン２４に接続され、オン／オフされることにより、高周波電源２１からの高周波電力を下部電極２に供給したり、供給を停止したりする。
【０１７２】
高周波電源２１は、スイッチ２２と接地ノードＧＮＤとの間に接続され、チャンバ１にプラズマが発生しない範囲の高周波電力を発生する。なお、高周波電源２１は、高周波電源１０と同じ周波数（１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力を発生する。スイッチ２３は、高周波整合器９と給電ライン１６との間に接続される。
【０１７３】
制御装置２０Ｂは、高周波電源１０，２１、高周波整合器９、およびスイッチ２２，２３を制御する。
【０１７４】
より具体的には、制御装置２０Ｂは、プラズマ処理装置１０３が半導体ウェハのエッチング装置として使用される場合、スイッチ２２をオフし、高周波電源２１を停止させ、スイッチ２３をオンし、高周波電源１０および高周波整合器９を駆動する。また、制御装置２０Ｂは、プラズマ処理装置１０３における装置固有のインピーダンスＺを検出する場合、スイッチ２２をオンし、高周波電源２１を駆動し、スイッチ２３をオフし、高周波電源１０および高周波整合器９を停止する。
【０１７５】
プラズマ処理装置１０３においては、通常動作時、高周波電源１０からの高周波電力を下部電極２へ供給して半導体ウェハのエッチング処理を行ない、プロセス性能を評価するとき、高周波電源２１からの高周波電力を下部電極２へ供給して上述した方法と同じ方法によって装置固有のインピーダンスＺを検出する。そして、半導体ウェハのエッチング処理を行なう動作は実施の形態１において説明したとおりであり、インピーダンスＺを検出する動作は実施の形態２において説明したとおりである。
【０１７６】
このように、インピーダンスＺを検出するために、プラズマが発生しない低い範囲の高周波電力を発生する高周波電源２１を設けることによって、モニタ１５は高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖを高精度に測定でき、その結果、インピーダンスＺおよび位相差θを高精度に検出できる。
【０１７７】
したがって、実施の形態３によるプラズマ処理装置は、装置固有の高周波特性を検出するために、チャンバ１内にプラズマが発生しない範囲の高周波電力を発生する高周波電源を備えることを特徴とする。
【０１７８】
高周波電源２１は、通常、数ワット程度の低い高周波電力を発生するため、プラズマが発生しない範囲の高周波電力を安定して出力でき、その結果、チャンバ１内にプラズマが発生したか否かを検知する手段を設ける必要がない。
【０１７９】
次に、チャンバ１内にプラズマが発生しない範囲の高周波電力を発生する手段としてネットワークアナライザーを用いた例について説明する。
【０１８０】
ネットワークアナライザーは、プラズマが発生しない範囲の高周波電力を発生するとともに、測定系の特性インピーダンスに対する被測定物（実施の形態３においてはプラズマ処理装置）の反射係数と透過係数の測定から被測定物の高周波特性を測定するものである。
【０１８１】
図１０を参照して、ネットワークアナライザーを用いてプラズマ処理装置の高周波特性（インピーダンスＺ）を検出する方法について説明する。ネットワークアナライザー３０とチャンバ１とが特性インピーダンスＺ０である給電ライン２６によって接続されている。この場合、通常、インピーダンスの整合が取れず、ネットワークアナライザー３０からチャンバ１に供給された高周波電力は反射する。したがって、接続部２７においてチャンバ１に入射する信号の電圧と、反射する信号の電圧とを振幅および位相を含む複素ベクトルとしてそれぞれａ，ｂと表すと、電圧の反射係数Γは次式により定義される。
【０１８２】
【数３】

【０１８３】
そうすると、プラズマ処理装置のインピーダンスＺは、電圧の反射係数Γと、給電ライン２６の特性インピーダンスＺ０とを用いて次式のように表される。
【０１８４】
【数４】

【０１８５】
式（４）から明らかなように、Ｚ＝Ｚ０のとき、電圧の反射係数Γ＝０となり、反射波は生じない。この条件は一般にインピーダンス整合条件と呼ばれる。
【０１８６】
したがって、給電ライン２６の特性インピーダンスＺ０を予め測定しておけば、ネットワークアナライザー３０によって入射波ａと反射波ｂとを検出することにより、プラズマ処理装置の装置固有のインピーダンスＺを式（３）および（４）を用いて検出することができる。
【０１８７】
図１１を参照して、プラズマ処理装置１０４は、プラズマ処理装置１０３のモニタ１５および高周波電源２１をネットワークアナライザー３０に代え、制御装置２０Ｂを制御装置２０Ｃに代えたものであり、その他は、プラズマ処理装置１０３と同じである。
【０１８８】
ネットワークアナライザー３０は、チャンバ１内にプラズマが発生しない範囲の高周波電力を発生し、その発生した高周波電力を下部電極２に供給する。そして、ネットワークアナライザー３０は、接続部２７における高周波電圧の入射波ａと反射波ｂとを検出し、その検出した入射波ａおよび反射波ｂを制御装置２０Ｃへ出力する。
【０１８９】
制御装置２０Ｃは、高周波整合器９、高周波電源１０、スイッチ２２，２３およびネットワークアナライザー３０を制御する。
【０１９０】
装置固有のインピーダンスＺを検出するとき、制御装置２０Ｃは、スイッチ２２をオンし、ネットワークアナライザー３０を駆動し、スイッチ２３をオフし、高周波整合器９および高周波電源１０を停止する。そうすると、ネットワークアナライザー３０は、チャンバ１内にプラズマが発生しない範囲の高周波電力を発生して下部電極２へ供給する。そして、ネットワークアナライザー３０は、接続部２７における高周波電圧の入射波ａおよび反射波ｂを検出し、その検出した入射波ａおよび反射波ｂを制御装置２０Ｃへ出力する。
【０１９１】
そうすると、制御装置２０Ｃは、上記式（３）および（４）に基づいてプラズマ処理装置１０４の装置固有のインピーダンスＺを求める。
【０１９２】
この場合、ネットワークアナライザー３０から接続部２７までの高周波給電部（給電ライン１６，２４）のインピーダンスの影響を除去するため、予め、接続部２７に基準となる既知のインピーダンスを挿入して給電ライン１６，２４のインピーダンスを校正している。そして、この実施の形態３においては、給電ライン１６，２４のインピーダンスとして５０Ωが用いられた。
【０１９３】
上述した方法によって求めたインピーダンスＺの抵抗成分Ｒおよび容量成分Ｃを図１２に示す。インピーダンスＺの測定に用いたプラズマ処理装置は１１台であり、そのうち、２台のプラズマ処理装置（符号２８で示すプラズマ処理装置）は、他のプラズマ処理装置に対してインピーダンスＺの容量成分Ｃが大きいことが解った。
【０１９４】
インピーダンスＺの測定を行なった期間に、容量成分Ｃの大きい２台のプラズマ処理装置で処理した製品を調査した結果、アルミニウム配線の側壁がエッチングされ、配線幅が細くなるサイドエッチング現象の発生頻度が大きいことが解った。このため、この容量成分Ｃの大きい２台のプラズマ処理装置について、メンテナンスを行なった。
【０１９５】
そして、再度、上述した方法によってインピーダンスＺを測定した。その結果を図１３に示す。図１３において、白丸は、図１２において容量成分Ｃが大きかった２台のプラズマ処理装置（符号２８で示すプラズマ処理装置）におけるインピーダンスＺの抵抗成分Ｒおよび容量成分Ｃを表す。図１３に示すように、容量成分Ｃは、他のプラズマ処理装置の容量成分Ｃと同等となり、その後、実際に半導体ウェハのエッチング処理を行なった結果、サイドエッチング現象は観測されなかった。そして、容量成分が変化した主な原因は、チャンバ１内部の部品の組み立て精度が低いことと絶縁部材が劣化したためと解った。
【０１９６】
上述したように、本来の高周波電源１０と別に設けたネットワークアナライザー３０を用いてプラズマ処理装置１０４に固有のインピーダンスＺを測定することにより、プロセス性能が変化する原因を特定することができる。
【０１９７】
すなわち、プラズマ処理装置１０４の組立て状態の差異、プラズマ処理装置１０４の設置場所に伴うケーブル等の長さの相違、プラズマ処理装置の接地アースの状態の差異、プラズマ処理装置１０４における下部電極２および上部電極６等の部品の消耗、磨耗および腐食等は、プラズマ処理装置１０４に固有なインピーダンスＺに大きく影響するため、上述した方法によってプラズマ処理装置１０４に固有なインピーダンスＺを測定し、インピーダンスＺの変化を検出することによって、インピーダンスＺを変化させる原因がプラズマ処理装置１０４のどの部分で発生しているのかを特定できる。
【０１９８】
なお、プラズマ処理装置１０４の組立て状態の差異としては、より具体的には、ボルト等の締め付けトルクの差異による接触抵抗の変化、または部品の取り付け距離の差異による静電容量の変化等がある。
【０１９９】
プラズマ処理装置１０４においては、ネットワークアナライザー３０は、スイッチ２３をオフして、インピーダンスＺを測定したが、接続部２７において、プラズマ処理装置１０４の本来の高周波電源１０を切り離し、ネットワークアナライザー３０を接続部２７に直接接続してインピーダンスＺを測定してもよい。
【０２００】
また、上記においては、ネットワークアナライザーを用いた例について説明したが、この発明においては、ＬＣＲブリッジを用いてインピーダンスＺを検出してもよい。特に、インピーダンスＺを測定する周波数が１０ＭＨｚ以下の場合には、ＬＣＲブリッジを用いることが可能である。
【０２０１】
さらに、上記においては、平行平板型のプラズマ処理装置を例にしたため、評価すべきインピーダンスＺの成分は抵抗成分Ｒおよび容量成分Ｃであったが、誘導結合型のプラズマ処理装置の場合には、評価すべきインピーダンスＺの成分は抵抗成分Ｒおよび誘導性リアクタンス成分Ｌになる。
【０２０２】
その他は、実施の形態２と同じである。
実施の形態３によれば、プラズマ処理装置は、本来の高周波電源の他に、チャンバ内でプラズマが発生しない範囲の高周波電力を発生し、下部電極に供給する高周波電圧の入射波および反射波を検出してプラズマ処理装置のインピーダンスを測定するネットワークアナライザーを備えるので、プラズマのインピーダンスを含まない装置固有のインピーダンスを正確に測定することができる。
【０２０３】
また、測定したインピーダンスの変化を検出することにより、プラズマ処理装置間におけるプロセス性能の違いを正確に評価できる。
【０２０４】
さらに、プラズマ処理装置の移設・保守・メンテナンス等を行なう前後に、インピーダンスを測定し、その測定したインピーダンスが変化しないことを確認することにより、プロセスの再現性の評価が容易となり、プロセスの再現性の評価に用いる半導体ウェハの使用量を削減できる。
【０２０５】
［実施の形態４］
図１４を参照して、実施の形態４によるプラズマ処理装置１０５は、プラズマ処理装置１０４の制御装置２０Ｃを制御装置２０Ｄに代えたものであり、その他はプラズマ処理装置１０４と同じである。
【０２０６】
ネットワークアナライザー３０は、高周波電力の周波数を掃引できるものである。したがって、制御装置２０Ｄは、高周波整合器９、高周波電源１０、およびスイッチ２２，２３を制御する他に、高周波電力の周波数を変化するようにネットワークアナライザー３０を制御する。
【０２０７】
プラズマ処理装置１０５においては、装置固有のインピーダンスＺを測定するとき、ネットワークアナライザー３０は、周波数の異なる高周波電力を発生してチャンバ１へ供給し、接続部２７における入射波および反射波を検出することを特徴とする。
【０２０８】
ネットワークアナライザー３０が固定した周波数を有する高周波電力を発生してプラズマ処理装置１０５のインピーダンスを測定する場合、図１５に示すように、接続部２７からチャンバ１側のインピーダンスは、インピーダンスＺにより表すことができる。そして、インピーダンスＺは、次式により表わされる。
【０２０９】
【数５】

【０２１０】
そして、プラズマ処理装置１０５が平行平板型のプラズマ処理装置である場合、Ｘ＝１／ωＣであり、プラズマ処理装置１０５が誘導結合型のプラズマ処理装置である場合、Ｘ＝ωＬである。
【０２１１】
したがって、未知数Ｒ，Ｃ（またはＬ）は、１つの周波数を有する高周波電力を下部電極２へ供給したときの接続部２７における入射波および反射波を検出することにより、式（３）〜（５）を用いて求めることができる。
【０２１２】
しかし、高周波電力の周波数を変化させた場合、図１６に示すように、接続部２７からチャンバ１の下部電極までの間に等価回路４２が挿入される。等価回路４２は、抵抗Ｒ、キャパシタンスＣ１，Ｃ２およびリアクタンスＬを含む。そして、この場合、プラズマ処理装置１０５に固有なインピーダンスＺは、次式により表される。
【０２１３】
【数６】

【０２１４】
ただし、Ｃ１は、接続部２７から下部電極２までの高周波給電部の対地間寄生容量であり、Ｃ２は下部電極２と接地電位であるチャンバ１との間に挿入される絶縁体３の寄生容量である。
【０２１５】
プラズマ処理装置１０５に固有なインピーダンスＺが式（６）によって表される場合、１つの周波数に固定された高周波電力を下部電極２に供給して接続部２７における入射波および反射波を検出する方法では式（６）の未知数Ｃ１，Ｃ２，Ｒ，Ｌを求めることができない。
【０２１６】
したがって、ネットワークアナライザー３０は、周波数を変化させた高周波電力を下部電極２に供給して接続部２７における入射波および反射波を検出する。そして、制御装置２０Ｄは、各周波数におけるインピーダンスＺおよび高周波電流と高周波電圧との位相差θを求める。
【０２１７】
図１７は、高周波電力の周波数を１ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの範囲で変化させた場合のインピーダンスＺおよび位相差θの周波数依存性を示す。この場合、プラズマ処理装置１０５におけるチャンバ１の直径は２０ｃｍであり、下部電極２および上部電極６の直径は１０ｃｍであり、下部電極２と上部電極６との間の距離は２ｃｍである。また、チャンバ１の内部は、真空ポンプ（図示せず）により真空に引かれている。さらに、ネットワークアナライザー３０は、１ＭＨｚ刻みで周波数を１ＭＨｚから５０ＭＨｚまで変化させた。
【０２１８】
高周波電力の周波数を高くしていくと、インピーダンスＺは、約３０ＭＨｚ近傍で最小となり、それ以上の周波数においては、逆に増加した。また、位相差θは、約３０ＭＨｚの周波数までは、−９０度、すなわち、容量性の負荷であることを示し、周波数が３０ＭＨｚを超えると、＋９０度、すなわち、誘導性の負荷に急変する。
【０２１９】
そこで、３０ＭＨｚの近傍で周波数を詳細に変化させてインピーダンスＺを測定した結果、インピーダンスＺは、２９．７２ＭＨｚの周波数で最小となり、位相差θは零（０）になった。したがって、２９．７２ＭＨｚの周波数はプラズマ処理装置１０５の共振周波数である。
【０２２０】
共振周波数（２９．７２ＭＨｚ）を含む共振周波数の前後の４点を用いてフィッティングを行ない、等価回路４２の未知数Ｃ１，Ｃ２，Ｒ，Ｌを求めることにより装置固有のインピーダンスを検出できる。
【０２２１】
なお、フィッティングを行なう場合、必ずしも、共振周波数を含む必要はないが、フィッティング精度を向上させるためには共振周波数を含むのが好ましい。
【０２２２】
また、同様に、共振周波数よりも大きい周波数か、または小さい周波数のように偏ることなく、共振周波数を挟んだ周波数を選択してインピーダンスＺを測定することが好ましい。
【０２２３】
図１７においては、円印が実測値であり、実線がフィッティングした結果を示す。このフィッティングは、周波数を１ＭＨｚ刻みで変化させた場合の全てのポイントを用いて行なわれた。実測値とフィッティングの結果とは良く一致している。
【０２２４】
そして、等価回路４２の未知数Ｃ１，Ｃ２，Ｒ，Ｌを求めた結果、Ｃ１＝１５．３ｐＦ、Ｃ２＝１７０．３ｐＦ、Ｌ＝１６８．２ｎＨ、Ｒ＝０．５１Ωであった。これらの値は、絶縁体３がアルミナセラミックスの場合の値である。
【０２２５】
絶縁体３が、同一形状の四弗化エチレン（テフロン（Ｒ））の場合、Ｃ１＝１１．９ｐＦ、Ｃ２＝１２６．４ｐＦ、Ｌ＝１５２．９ｎＨ、Ｒ＝０．６１Ωであった。
【０２２６】
絶縁体３の材質が、アルミナセラミックスからテフロン（Ｒ）に代わることにより、主にＣ２の値が大きく変化することがわかった。これは、アルミナセラミックスの誘電率が、四弗化エチレンの誘電率よりも大きいためと考えられる。
【０２２７】
これらの結果をまとめると表１に示すようになる。
【０２２８】
【表１】

【０２２９】
なお、測定の誤差は０．１％程度と再現性も非常に良好である。
プラズマ処理装置１０５の他の部分についても、等価回路を仮定し、測定したインピーダンスＺから等価回路の回路定数を求めることができる。
【０２３０】
したがって、ネットワークアナライザー３０により、高周波電力の周波数を変化させてインピーダンスＺを求めることにより、プラズマ処理装置１０５の各部の寸法変化、状態変化（磨耗、消耗など）、および組立て精度を高精度にモニタリングできる。そして、その結果、プラズマ処理装置間におけるプロセス性能の違い、プラズマ処理装置の経時変化等を定量的に把握することができ、プラズマ処理装置の安定稼動に寄与できる。
【０２３１】
上記においては、等価回路４２は図１８に示すπ型回路からなるとして説明したが、この発明においては、図１９に示すＴ型回路であっても良く、図２０に示す直列に接続されたｎ（ｎは自然数）個のＴ型回路５１〜５ｎであってもよい。なお、図１８〜図２０におけるＺ１〜Ｚ３は、Ｒ、Ｃ，Ｌ等の回路素子を表す。
【０２３２】
また、図２０に示すｎ個のＴ型回路に他の回路が加えられてもよいし、等価回路を並列に接続したり、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。
【０２３３】
このように、回路素子の数、すなわち、未知数が増加した場合、周波数を変化させて測定するインピーダンスＺの実測数を増加させる必要がある。等価回路が、たとえば、ｍ個の回路素子から成るとき、ｍ個以上の周波数でインピーダンスＺを測定する必要がある。
【０２３４】
高周波電力の周波数を変化させた場合に、８インチウェハ対応のシリコン酸化膜用のエッチング装置についてインピーダンスを測定した例を示す。
【０２３５】
１７台の平行平板型のエッチング装置について、高周波電力の周波数を変化させて装置固有のインピーダンスＺを測定し、その測定したインピーダンスＺに基づいて、上述した方法によって抵抗成分Ｒおよび容量成分Ｃを求めた結果を図２１に示す。ネットワークアナライザー３０の発振周波数は１〜５０ＭＨｚの範囲である。なお、図２１における容量成分Ｃは、実質的には下部電極２の下側の等価回路４２に含まれるキャパシタンスＣ２を表す（図１６参照）。
【０２３６】
また、同じ１７台のエッチング装置についての１ヶ月間におけるエッチング速度の平均値を図２２に示す。
【０２３７】
図２１において、符号２９で示すプラズマ処理装置は、他のプラズマ処理装置に比べ、抵抗成分Ｒおよび容量成分Ｃが大きい。そして、これに対応して、図２２に示すように、１ヶ月の平均のエッチング速度も、他のプラズマ処理装置における平均のエッチング速度よりも大きい。
【０２３８】
この原因としては、プラズマ処理装置の高周波給電ライン（接続部２７から下部電極２までの部分）の距離の相違、チャンバ１の蓋の開閉部における表面処理（絶縁性皮膜）が腐食により磨耗していること等が判明した。
【０２３９】
上述したように、図２１に示す容量成分Ｃは、下部電極２の下側の等価回路４２に含まれる容量成分Ｃ２を表すので、この判明した原因は、高周波電力の周波数を変化させて測定したインピーダンスに基づいて求めた容量成分の違いと良い一致を示す。
【０２４０】
したがって、高周波電力の周波数を変化させてインピーダンスを測定し、その測定したインピーダンスに基づいて求めた容量成分が、他のプラズマ処理装置の容量成分、またはプロセス性能が正常であるときの容量成分と異なるとき、下部電極２の下側、すなわち、接続部２７から下部電極２までの経路に原因があり、その部分をメンテナンスすればよい。
【０２４１】
その他は、実施の形態２と同じである。
実施の形態４によれば、プラズマが発生せず、かつ、周波数を変化させた高周波電力を下部電極に供給して装置固有のインピーダンスを測定し、その測定したインピーダンスに基づいてプラズマ処理装置の各部における等価回路の回路定数を決定するので、プラズマ処理装置に固有のインピーダンスの変化がプラズマ処理装置のどの部分で発生しているのかを正確に検出できる。
【０２４２】
［実施の形態５］
図２３を参照して、実施の形態５によるプラズマ処理装置１０６は、プラズマ処理装置１０１の制御装置２０を制御装置２０Ｅに代え、補正回路４３を追加したものであり、その他はプラズマ処理装置１０１と同じである。
【０２４３】
補正回路４３は、接続部２７とチャンバ１との間に接続される。そして、補正回路４３は、プラズマ処理装置１０６に固有のインピーダンスＺが、プロセス性能が正常であるときのインピーダンスからずれた場合に、そのずれたインピーダンスを補正するための回路である。たとえば、、補正回路４３は、可変キャパシタンス（Ｃ）と可変インダクタンス（Ｌ）とから成る。
【０２４４】
制御装置２０Ｅは、プラズマ処理装置１０１に含まれる制御装置２０の機能に加え、モニタ１５から入力された高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖに基づいて求めたインピーダンスＺが正常なインピーダンスからずれていると評価したとき、そのずれたインピーダンスを正常なインピーダンスになるように補正回路４３を構成する可変キャパシタンスＣおよび可変インダクタンスＬを補正する。
【０２４５】
インピーダンスを補正する方法について説明する。図２４および図２５を参照して、２つの接地ノードＧＮＤ，ＧＮＤの間に、高周波電源１０、高周波整合器９およびチャンバ１が直列に接続された系において、高周波電源１０は、高周波整合器９を介してチャンバ１に高周波電力を供給する。
【０２４６】
この場合、チャンバ１の本来のインピーダンスＺは、高周波整合器９とチャンバ１との間の接続部２７からチャンバ１側を見たインピーダンスであるとする。そして、図２４に示す系において、インピーダンスが、プラズマ処理装置１０６の経時変化等で変化した場合、図２５に示すように、インピーダンスが変化したチャンバ１Ａと接続部２７との間に補正回路４３を接続し、接続部２７からチャンバ１Ａ側を見た場合のインピーダンスがインピーダンスＺになるように補正回路４３のインピーダンスが補正される。
【０２４７】
補正回路４３は、基本的には、高周波整合器９からチャンバ１までの高周波給電部であれば、どの位置に配置されてもよいが、プラズマ処理装置に固有のインピーダンスＺを測定するポイントである接続部２７からチャンバ１までの位置に補正回路４３を配置することが好ましい。これは、補正回路４３を接続部２７からチャンバ１までの位置に接続した方が、インピーダンスＺの測定誤差が減少し、プラズマ処理装置間の差およびプラズマ処理装置の経時変化を見出し易いからである。
【０２４８】
実施の形態５によるプラズマ処理装置は、図２６に示すプラズマ処理装置１０７であってもよい。図２６を参照して、プラズマ処理装置１０７は、プラズマ処理装置１０１に補正回路４４を追加し、制御装置２０を制御装置２０Ｆに代えたものであり、その他はプラズマ処理装置１０１と同じである。
【０２４９】
補正回路４４は、チャンバ１と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。そして、補正回路４４は、プラズマ処理装置１０７に固有のインピーダンスＺが、プロセス性能が正常であるときのインピーダンスからずれた場合に、そのずれたインピーダンスを補正するための回路である。たとえば、、補正回路４４は、可変キャパシタンス（Ｃ）と可変インダクタンス（Ｌ）とから成る。なお、補正回路４４が、リターン電流４７が流れる系に配置される場合、チャンバ１から高周波電源１０の接地ノードＧＮＤまでの部分は、表皮抵抗の影響を小さくするために、細線ではなく、表面積の広い銅板４５，４６等で構成されることが好ましい。
【０２５０】
制御回路２０Ｆは、プラズマ処理装置１０１に含まれる制御装置２０の機能に加え、モニタ１５から入力された高周波電流Ｉおよび高周波電圧Ｖに基づいて求めたインピーダンスＺが正常なインピーダンスからずれていると評価したとき、そのずれたインピーダンスを正常なインピーダンスになるように補正回路４４を構成する可変キャパシタンスＣおよび可変インダクタンスＬを補正する。
【０２５１】
プラズマ処理装置１０７におけるインピーダンスの補正方法は、プラズマ処理装置１０６におけるインピーダンスの補正方法と同じである。
【０２５２】
プラズマ処理装置１０６においては、インピーダンスを補正するための補正回路４３は、高周波給電部に配置されるが、プラズマ処理装置１０７においては、インピーダンスを補正するための補正回路４４は、高周波電源１０から供給された高周波電力のリターン電流４７が流れる系に配置される。そして、補正回路４４は、チャンバ１から高周波電源１０へのリターン電流４７が流れる系であれば、どの位置に配置されてもよい。
【０２５３】
また、補正回路４４は、上部電極６とチャンバ１との間、またはチャンバ１の一部に設けられてもよい。
【０２５４】
上記においては、プラズマ処理装置のインピーダンスが経時変化した場合のインピーダンスの補正について説明したが、上述したインピーダンスの補正方法は、複数のプラズマ処理装置間でインピーダンスが異なる場合に、基準となるインピーダンスに各プラズマ処理装置のインピーダンスを補正する場合にも適用可能である。
【０２５５】
そこで、どのプラズマ処理装置のインピーダンスを正しいインピーダンス（基準となるインピーダンス）とするのかについて説明する。一般的には、プラズマ処理装置を新規に購入した場合、工場に納入されたときの立会い試験時のインピーダンスを正しいインピーダンスとする。これは、装置メーカ出荷時のインピーダンスを正しいインピーダンスとすることも考えられるが、工場に納入されたときのインピーダンスの方が、部品等の磨耗による変化もなく、そのプラズマ処理装置の本来の性能を発揮できると考えられるからである。
【０２５６】
しかし、同じ構成の複数のプラズマ処理装置を納入し、インピーダンスが相互に異なる場合、すでに工場で稼動中の複数のプラズマ処理装置において納入時のインピーダンスが不明となった場合、およびプラズマ処理装置の構成を納入時の状態から変える場合等、補正の対象となるプラズマ処理装置の本来のインピーダンスＺが不明である場合が生じる。
【０２５７】
このような場合には、基準となるプラズマ処理装置において、装置固有のインピーダンスと密接な関係にある諸量に基づいて、プラズマ処理装置に固有のインピーダンスを補正回路４３，４４によって補正することが可能である。
【０２５８】
チャンバ１にプラズマが発生した場合に誘起されるバイアス電圧Ｖｄｃ、または高周波電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを、基準となるインピーダンスＺを有するプラズマ処理装置において予め検出し、その他のプラズマ処理装置においても、これらのバイアス電圧Ｖｄｃまたはピーク間電圧Ｖｐｐが基準となるプラズマ処理装置のバイアス電圧Ｖｄｃまたはピーク間電圧Ｖｐｐと同じになるように補正回路４３，４４のインピーダンスを補正する。これによって、複数のプラズマ処理装置間において、装置間の差または装置状態の経時変化による装置性能の変化を防止できる。
【０２５９】
なお、この実施の形態５によるインピーダンスを補正する方法は、プラズマ処理装置１０２〜１０５にも適用可能である。
【０２６０】
その他は、実施の形態２と同じである。
実施の形態５によれば、プラズマ処理装置は、装置固有のインピーダンスが本来のインピーダンスからずれた場合、そのずれたインピーダンスを補正する補正回路を備えるので、プラズマ処理装置の各部の寸法変化または磨耗・消耗等による状態変化、組み立て精度に起因する装置間の差、および装置状態の経時変化等でインピーダンスが変化した場合にも、本来のインピーダンスに容易に補正できる。また、複数のプラズマ処理装置間において、インピーダンスが本来のインピーダンスになるように、インピーダンスを補正できる。
【０２６１】
［実施の形態６］
実施の形態１から実施の形態５においては、プラズマ処理装置に固有のインピーダンスを検出し、その検出したインピーダンスに基づいてプラズマ処理装置のプロセス性能を評価することについて説明したが、この実施の形態６においては、検出した装置固有のインピーダンスをプラズマ処理装置の点検、保守、および管理等に用いた例について説明する。
【０２６２】
プラズマ処理装置のプロセス性能の経時変化を検出するには、インピーダンスＺを定期的に測定する必要がある。
【０２６３】
実施の形態４において説明したように、８インチウェハ対応のシリコン酸化膜用の１７台の平行平板型のエッチング装置（プラズマ処理装置）について、プラズマが発生しない範囲の高周波電力を下部電極２に供給してインピーダンスＺを測定し、３台のプラズマ処理装置においては、他のプラズマ処理装置よりもエッチング速度が大きいことを検出した。そして、この３台のプラズマ処理装置については、原因を調査し、対策を実施した。
【０２６４】
これらの１７台のプラズマ処理装置においては、チャンバ１内の清掃、および部品の交換等を１ヶ月ごとに実施する定期メンテナンスの最後に、実施の形態３において説明した方法によって、装置固有のインピーダンスＺを定期的に測定した。
【０２６５】
図２７は、定期メンテナンス時にインピーダンスＺを測定した１７台のプラズマ処理装置におけるエッチング速度の１ヶ月の平均値を示したものである。図２２に示す場合に比べ、エッチング速度のバラツキは大幅に減少し、チップの歩留まりも向上した。
【０２６６】
図２７に示す例は、プラズマ処理装置を停止して行なう定期メンテナンスの機会を利用して装置固有のインピーダンスを測定した例を示したが、上述したプラズマ処理装置１０１〜１０７のモニタ１５またはネットワークアナライザー３０が検出したインピーダンスを制御装置２０〜２０Ｆへ入力することにより、プラズマ処理装置１０１〜１０７を停止することなく、定期的に装置固有のインピーダンスＺを測定することができる。
【０２６７】
また、モニタ１５またはネットワークアナライザー３０から制御装置２０〜２０Ｆへの信号を外部からモニタすることにより、プラズマ処理装置１０１〜１０７のインピーダンスをリアルタイムに把握することができ、プラズマ処理装置１０１〜１０７のインピーダンスＺが変化した場合に、アラーム（警告）を発生させ、プラズマ処理装置１０１〜１０７の異常を検知することができる。
【０２６８】
したがって、このアラーム機能を備えたプラズマ処理装置の一例として、プラズマ処理装置１０８を図２８に示す。図２８を参照して、プラズマ処理装置１０８は、プラズマ処理装置１０１にアラーム回路７０を追加したものであり、その他はプラズマ処理装置１０１と同じである。
【０２６９】
アラーム回路７０は、制御装置２０が上述した方法によって求めたインピーダンスＺを受け、その受けたインピーダンスＺが、プロセス性能が正常である場合のインピーダンスに対して所定量だけずれている場合、アラーム（警告）を発する。これにより、プラズマ処理装置１０８において、装置に固有のインピーダンスが変化し、プロセス性能が変化したことを容易に検知することができる。
【０２７０】
このアラームを発生するレベルは、各プラズマ処理装置の構成等により異なるが、ネットワークアナライザー３０を用いた場合、容量成分において予め設定しておいた基準値から０．１％〜５％の範囲の変動を、アラームを発するしきい値として設定する。
【０２７１】
さらに、インピーダンスの定期的な測定は、各々のプラズマ処理装置について行なうとして説明したが、複数のプラズマ処理装置についてインピーダンスの測定を定期的に行ない、測定したインピーダンスが相互に異なる場合、実施の形態５において説明した補正方法を用いてインピーダンスを補正し、複数のプラズマ処理装置における装置固有のインピーダンスを相互に一致させることが可能である。
【０２７２】
実施の形態６によれば、装置固有のインピーダンスを定期的に測定するので、インピーダンスの変化を容易に検出できる。また、複数のプラズマ処理装置を対象として、装置固有のインピーダンスの変化を容易に検出できる。
【０２７３】
今回開示された実施の形態はすべ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。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１によるプラズマ処理装置の概略ブロック図である。
【図２】 高周波電流と高周波電力との関係図である。
【図３】 実施の形態２によるプラズマ処理装置の概略ブロック図である。
【図４】 図３に示すモニタの回路図である。
【図５】 プラズマの発光強度と高周波電力との関係図である。
【図６】 高周波電圧の波形図である。
【図７】 実施の形態２によるプラズマ処理装置の他の概略ブロック図である。
【図８】 図７に示すプラズマ処理装置において検出されたインピーダンスを示す図である。
【図９】 実施の形態３によるプラズマ処理装置の概略ブロック図である。
【図１０】 図９に示すネットワークアナライザーによるインピーダンスの測定方法を説明するための図である。
【図１１】 実施の形態３によるプラズマ処理装置の他の概略ブロック図である。
【図１２】 図１１に示すプラズマ処理装置において検出されたインピーダンスの容量成分および抵抗成分を示す図である。
【図１３】 図１１に示すプラズマ処理装置において検出されたインピーダンスの容量成分および抵抗成分を示す図である。
【図１４】 実施の形態４によるプラズマ処理装置の概略ブロック図である。
【図１５】 高周波電力の周波数が固定された場合のプラズマ処理装置の等価回路を示す図である。
【図１６】 高周波電力の周波数が変化する場合のプラズマ処理装置の等価回路を示す図である。
【図１７】 インピーダンスおよび位相の周波数依存性を示す図である。
【図１８】 π型等価回路を示す回路ブロック図である。
【図１９】 Ｔ型等価回路を示す回路ブロック図である。
【図２０】 ｎ個のＴ型等価回路を直列接続した図である。
【図２１】 図１４に示すプラズマ処理装置において検出されたインピーダンスの容量成分および抵抗成分を示す図である。
【図２２】 複数のプラズマ処理装置におけるエッチング速度の平均値を示す図である。
【図２３】 実施の形態５によるプラズマ処理装置の概略ブロック図である。
【図２４】 インピーダンスを補正する方法を説明するための第１のブロック図である。
【図２５】 インピーダンスを補正する方法を説明するための第２のブロック図である。
【図２６】 実施の形態５によるプラズマ処理装置の他の概略ブロック図である。
【図２７】 複数のプラズマ処理装置におけるエッチング速度の平均値を示す図である。
【図２８】 実施の形態６によるプラズマ処理装置の概略ブロック図である。
【図２９】 従来のプラズマ処理装置の概略ブロック図である。
【図３０】 従来のプラズマ処理装置の等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，２５０ チャンバ、２ 下部電極、３ 絶縁体、４ ステージ、５，２５２ 半導体ウェハ、６ 上部電極、７ ガスライン、８ 排気口、９ 高周波整合器、１０，２１，２００，２５６ 高周波電源、１１ 高周波電流検出器、１２，２５７ コンピュータ、１３ 発光検知器、１４ 窓、１５，２５４モニタ、１６，２４，２６ 給電ライン、１７ ブロッキングコンデンサ、１８ 検出回路、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ 制御装置、２２，２３ スイッチ、２７ 接続部、２８，２９ 領域、３０ ネットワークアナライザー、４２ 等価回路、４３，４４ 補正回路、４５，４６ 銅板、４７ リターン電流、５１〜５ｎ Ｔ型等価回路、７０ アラーム回路、１００〜１０８ プラズマ処理装置、１５０Ａ 電流検出回路、１５０Ｂ 電圧検出回路、１５１ ピックアップコイル、１５２，１５５ 抵抗、１５３ 積分回路、１５４ 電極、１５６ 増幅回路、２１０，２２０，２３０，２４０ 回路、２５１ 放電電極、２５３ テーブル、２５５ 整合回路。

Claims (19)

1. プラズマを発生するためのチャンバと、
   前記チャンバに高周波電力を供給する高周波電源と、
   前記高周波電源から前記チャンバに高周波電力を供給する経路に挿入される特性評価装置とを備え、
   前記特性評価装置は、
   前記プラズマが発生するまでの高周波電力の範囲で、前記チャンバにおけるインピーダンスである高周波特性を検出する高周波特性検出回路と、
   前記高周波特性検出回路が検出した高周波特性を前記チャンバにおけるプロセス性能が正常であるときの前記チャンバにおけるインピーダンスである標準高周波特性と比較し、その比較結果に応じて前記プロセス性能が正常か否かを判定する判定回路とを含む、プラズマ処理装置。
2. 前記判定回路は、前記検出された高周波特性が前記標準高周波特性に一致するとき前記プロセス性能は正常であると評価し、前記検出された高周波特性が前記標準高周波特性に不一致であるとき前記プロセス性能は異常であると評価する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記チャンバにおけるプラズマの発生を検知するプラズマ検知回路をさらに備え、
   前記高周波特性検出回路は、前記プラズマ検知回路が前記プラズマの発生を検知すると、前記高周波特性の検出を中止する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記プラズマが発生されるまでの範囲の高周波電力を前記チャンバへ供給するもう１つの高周波電源と、
   前記高周波電源から出力された高周波電力の前記チャンバへの供給をオン／オフする第１のスイッチと、
   前記もう１つの高周波電源から出力された高周波電力の前記チャンバへの供給をオン／オフする第２のスイッチとをさらに備え、
   前記プロセス性能の評価時、
   前記第１のスイッチはオフされ、
   前記第２のスイッチはオンされる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記高周波特性検出回路は、前記もう１つの高周波電源から出力される高周波電圧の前記チャンバへの入射波に対する前記チャンバからの反射波の比である反射係数を検出し、
   前記判定回路は、前記検出した反射係数に基づいて前記プロセス性能を評価する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記もう１つの高周波電源は、周波数を固定した高周波電力を発生し、
   前記高周波特性検出回路は、前記高周波電力の周波数を固定したときの高周波特性を検出し、
   前記判定回路は、前記検出した高周波特性に基づいて前記プロセス性能を評価する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記もう１つの高周波電源は、周波数を所定の範囲で変化させた高周波電力を発生し、
   前記高周波特性検出回路は、前記高周波電力の周波数を変えたときの高周波特性を検出し、
   前記判定回路は、前記検出した高周波特性に基づいて前記プロセス性能を評価する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記判定回路は、前記高周波電力の周波数を変化させたときのインピーダンスの周波数特性および電圧と電流との位相差の周波数特性に基づいて共振周波数を検出し、その検出した共振周波数に基づいて前記プロセス性能を評価する、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記判定回路は、前記検出した共振周波数および共振特性に基づいて等価回路の回路定数を求め、その求めた回路定数に基づいて前記プロセス性能を評価する、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記共振特性は、前記共振周波数よりも高い周波数における特性と前記共振周波数よりも低い周波数における特性とを含む、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記共振特性は、高周波電圧と高周波電流との位相差、およびインピーダンスを含む、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記もう１つの高周波電源を前記チャンバに接続するケーブルをさらに備え、
    前記高周波特性検出回路は、前記ケーブルと前記チャンバとの接続部において前記高周波特性を検出する、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記判定回路は、予め検出された前記ケーブルのインピーダンスを前記検出したインピーダンスから除去し、その除去したインピーダンスに基づいて前記プロセス性能を評価する、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記高周波特性検出回路により検出された高周波特性が、前記プロセス性能が正常であるときの標準高周波特性からずれているとき前記高周波特性を補正する補正回路をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記補正回路は、前記検出された高周波特性が前記標準高周波特性になるように前記高周波特性を補正する、請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記補正回路は、前記高周波電力を前記チャンバに供給する系に設けられる、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記補正回路は、前記チャンバから前記高周波電源へのリターン電流が流れる系に設けられる、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
18. 所定期間ごとに前記高周波特性を検出するように前記高周波特性検出回路を制御する制御回路をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
19. 前記高周波特性検出回路により検出された高周波特性を前記プロセス性能が正常であるときの標準高周波特性と比較し、前記検出された高周波特性が前記標準高周波特性から所定量だけずれているときアラームを発生するアラーム回路をさらに備える、請求項１８に記載のプラズマ処理装置。

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