JP4255686B2 - プラズマ処理装置及びその駆動方法並びにプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスにおける、アッシング，エッチング等のプラズマ処理に用いられるプラズマ処理装置及びこのプラズマ装置の駆動方法並びにこの装置を用いたプラズマ処理方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ（ chemical vapor deposition）、スパッタリング、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ処理をおこなうプラズマ処理装置の一例としては、従来から、図８に示すような、いわゆる１周波励起タイプのものが知られている。
図８に示すプラズマ処理装置は、高周波電源１とプラズマ励起電極４との間に、整合回路２Ｃが介在されている。整合回路２Ｃはこれら高周波電源１とプラズマ励起電極４との間のインピーダンスの整合を得るための回路として設けられている。
【０００３】
高周波電源１からの高周波電力は整合回路２Ｃを通して給電板３によりプラズマ励起電極４へ供給される。
この整合回路２Ｃは導電体からなるハウジングにより形成されるマッチングボックス２内に収納されており、プラズマ励起電極４および給電板３は、導体からなるシャーシ２１によって覆われている。
プラズマ励起電極（カソード電極）４の下側には凸部４ａが設けられるとともに、このプラズマ励起電極４の下には、多数の孔７が形成されているシャワープレート５が凸部４ａに接して設けられている。これらプラズマ励起電極４とシャワープレート５との間には空間６が形成されている。この空間６にはガス導入管１７が接続されており、導体からなるガス導入管１７の途中には絶縁体１７ａが挿入されてプラズマ励起電極４側とガス供給源側とが絶縁されている。
【０００４】
ガス導入管１７から導入されたガスは、シャワープレート５の孔７を介してチャンバ壁１０により形成されたチャンバ室６０内に供給される。なお、符号９はチャンバ壁１０とプラズマ励起電極４とを絶縁する絶縁体である。また、排気系の図示は省略してある。
一方、チャンバ室６０内には基板１６を載置するウエハサセプタ（サセプタ電極）８が設けられており、シャフト１３で支持されている。
【０００５】
シャフト１３の下端部とチャンバ底部１０Ａとがベローズ１１により密閉接続されている。
これら、ウエハサセプタ８およびシャフト１３はベローズ１１により上下動可能となっており、プラズマ励起電極４，８間の距離の調整ができる。
ウエハサセプタ８は直流的に接地され、チャンバ壁１０と直流的に同電位とされている。
【０００６】
上記のプラズマ処理装置においては、一般的に４０.６８ＭＨｚ程度の周波数の電力を投入して、両電極４，８の間でプラズマを生成し、このプラズマにより、ＣＶＤ（ chemical vapor deposition）、スパッタリング、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ処理を行うものである。
【０００７】
しかし、従来、上記のプラズマ処理装置においては、プラズマ処理室ＣＮを含めたプラズマ処理装置本体が装置メーカにより製作され、整合回路２Ｃが高周波電源を作成した電源メーカにより製作されている。
そして、ユーザは、スパッタリング、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ処理毎に、これらプラズマ処理室ＣＮと高周波電源１との間のインピーダンス整合を上記整合回路２Ｃにより行う。
ここで、プラズマ処理室のインピーダンス（負荷インピーダンス）としては、プラズマが発生する前のインピーダンスＺ0と、プラズマが発生した後のインピーダンスＺ1との２種類がある。
【０００８】
インピーダンスＺ0は、装置メーカである程度設計上で決定され、正確な数値が測定されるものであるが、機械的寸法誤差等により、完全に同一のプラズマ処理装置が製作される訳ではないので、製作されるプラズマ処理室毎に異なった値を有している。
また、プラズマが発生すると、インピーダンスＺ1は、処理に用いるガスの流量，プラズマ処理室の真空度，及び両電極４，８の間隔により変化するため、同一のプラズマ処理装置においても、処理するプラズマ処理により異なることとなる。
【０００９】
例えば、インピーダンスＺ1は、ドライエッチング装置の場合、どのような材料で形成されている薄膜を、どのような条件（エッチング速度、エッチング形状等）でエッチングするかにより異なったものとなり、成膜装置の場合も、薄膜をどのようなガスで、どのような条件（成膜速度、薄膜構造など）で成膜するかにより異なったものとなる。
そして、ユーザは、プラズマ処理開始時に、整合回路２Ｃの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整し、プラズマ放電を開始させ、上記インピーダンスＺ1に対応させて、プラズマ放電を安定化させる。
【００１０】
整合回路２Ｃは、プラズマ処理開始時、すなわちプラズマ放電開始時において、チューニングコンデンサ及びロードコンデンサがリセット状態（最大値か最小値）またはプラズマ放電後のインピーダンスＺ1に調整されている。
そして、制御回路１４は、整合回路２Ｃを構成するロードコンデンサＣL及びチューニングコンデンサＣTの各キャパシタンスを調整し、整合回路２Ｃの出力インピーダンスを、プラズマ放電が開始されるインピーダンスＺ0に調整する。
【００１１】
このとき、制御回路１４は、反射波測定部１５の測定する反射波の電力値（例えば、スプリアス電力として検出）が最小となるように、ロードコンデンサＣL及びチューニングコンデンサＣTの各キャパシタンスを調整する。
ここで、反射波測定部５０は、マッチングボックス２と高周波電源１との間に介挿されている。
ロードコンデンサＣL及びチューニングコンデンサＣTは、例えば、図示しないモータの回転などにより、各々キャパシタンスの値が調整可能な可変コンデンサ（バリアブルコンデンサ）であり、上記制御回路１４が図示しない上記モータにより調整シャフトを駆動することにより、キャパシタンスの値を調整する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のプラズマ処理装置には、プラズマ処理開始時において、整合回路２Ｃの出力インピーダンスがインピーダンスＺ0でないため、インピーダンスＺ0に調整されるまで時間がかかるという欠点がある。
また、この従来のプラズマ処理装置では、インピーダンスＺ0の数値がユーザには不明のため、制御回路１４が整合回路２Ｃの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0へ調整しきれずに、すなわち、インピーダンス整合がとれないために、プラズマ放電が開始されないという問題がある。
【００１３】
さらに、従来のプラズマ処理装置では、プラズマ放電後において、整合回路２Ｃの出力インピーダンスのインピーダンスＺ1が記憶されていないため、この出力インピーダンスがインピーダンスＺ1に調整されるまで時間がかかるという欠点がある。
加えて、プラズマ処理室ＣＮにおいてプラズマ放電が開始されると、このプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスがインピーダンスＺ0からインピーダンスＺ1へ変化するが、従来のプラズマ処理装置では、インピーダンスＺ1の数値がユーザには不明のため、インピーダンスＺ1へ調整しきれずに、すなわち、インピーダンス整合がとれないために、効率の良いプラズマ放電が行えないという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような背景の下になされたもので、高周波電源回路１からのプラズマ放電のための電力の供給開始から、プラズマ放電後の効率のよい放電状態となるまでの時間を短縮できるプラズマ処理装置を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、高周波電源（高周波電源１）と、プラズマ処理室（プラズマ処理室ＣＮ）と、前記高周波電源と前記プラズマ処理室とのインピーダンス整合をとる整合回路（整合回路２Ａ）と、プラズマ生成のための放電前に、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電していない状態の前記プラズマ処理室のインピーダンスに整合させる整合回路調整手段を具備しており、例えば、プラズマ処理室のプラズマ放電前のインピーダンス（インピーダンスＺ0）を記憶部（記憶部３２）に記憶させ、整合回路調整手段（整合制御装置３１）が、高周波電源からの高周波電力投入時に、上記記憶部から放電前のインピーダンスを呼び出し、整合回路を構成する各素子のパラメータを調整することにより、高周波電力の投入から、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置の場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さくすることが可能である。
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置は、前記プラズマ処理室における放電開始を検出する放電検知手段（反射波測定器３０）を有し、前記整合回路調整手段（整合制御装置３１）が前記放電検出手段の放電の検出に基づき、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダンスに対して整合させ、例えば、プラズマ処理室のプラズマ放電後のインピーダンス（インピーダンスＺ1）を上記記憶部に記憶させ、整合回路調整手段が、高周波電源からの高周波電力投入時に、上記記憶部から放電前のインピーダンスを読み出し、前記整合回路を構成する各素子のパラメータを調整することにより、放電開始前のインピーダンス（インピーダンスＺ0）とし、放電検知手段がプラズマ放電を検出した場合、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダンスから、放電後の前記プラズマ処理室のインピーダンス（インピーダンスＺ1）への調整を行うため、整合回路の出力インピーダンスの調整がプラズマ放電の前後において容易に行え、放電開始後において効率的な放電状態へ移行させるまでの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置の場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さくすることが可能である。
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置は、前記プラズマ処理室に、このプラズマ処理室の放電前のインピーダンスの測定を行う測定端子が設けられているので、放電前のインピーダンスが、プラズマ処理室の使用時間に対応して変化した場合であっても、所定の時間毎（またはプラズマ処理の終了時毎）に測定して、上記記憶部の放電前のインピーダンスの値を更新することにより、常に、高周波電力の投入から、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００１８】
本発明のプラズマ処理装置の駆動方法は、放電前の前記プラズマ処理室のインピーダンスに、整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第１の整合回路調整過程と、高周波電力が前記プラズマ処理室に供給される電力供給過程と、プラズマ処理室内での前記高周波電力による放電の検出を行う放電検出過程と、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダンスに、前記整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第２の整合回路調整過程とからなり、第１及び第２の整合回路検出過程において、記憶部に格納された、プラズマ処理室の放電前のインピーダンス（インピーダンスＺ0）と、放電後のインピーダンス（インピーダンスＺ1）とを各々呼び出し、整合回路の調整を行うため、高周波電力の投入から放電開始まで、さらに放電開始から効率的なプラズマ放電状態までの調整の時間を大幅に短縮することができ、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００１９】
本発明のプラズマ処理方法は、放電前のプラズマ処理室のインピーダンスに、整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第１の整合回路調整過程と、高周波電力が前記プラズマ処理室に供給される電力供給過程と、前記プラズマ処理室内での前記高周波電力による放電の検出を行う放電検出過程と、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダンスに、前記整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第２の整合回路調整過程とからなり、例えば、プラズマ処理室のプラズマ放電前のインピーダンス（インピーダンスＺ0）を記憶しておき、第１の整合回路調整過程において、高周波電源からの高周波電力投入時に、上記記憶部から放電前のインピーダンスを呼び出し、整合回路を構成する各素子のパラメータを調整し、放電が開始された後、第２の整合回路調整過程においてプラズマ放電中のインピーダンスに調整することにより、高周波電力の投入から、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置の場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さくすることが可能である。
本発明のプラズマ装置の駆動方法またはプラズマ処理方法において、前記放電前のプラズマ処理室のインピーダンスと、前記放電後に他の機器と切り離した状態で測定されたプラズマ処理室のインピーダンスを前記記憶部に記憶し、電力投入時に前記放電前のプラズマ処理室のインピーダンスを呼び出し、放電開始時に前記放電後のプラズマ処理室のインピーダンスを呼び出して利用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成を示す概念図である。従来例の図８のプラズマ処理装置と同様な構成については同一の符号を付し、この構成の説明を省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置は、ＣＶＤ（ chemical vapor deposition）、スパッタリング、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ処理をおこなう１周波励起タイプのプラズマ処理装置とされ、プラズマを励起するための平行平板型電極４，８を有するプラズマ処理室ＣＮと、この電極３に接続された高周波電源１と、上記プラズマ処理室ＣＮと上記高周波電源１（すなわち、同軸ケーブル１Ｃの特性インピーダンス）とのインピーダンス整合を得るための整合回路２Ａとを具備する構成とされる。
【００２１】
さらに詳細に説明すると、本実施形態のプラズマ処理装置は、プラズマ処理室ＣＮの上部に高周波電源１に接続されたプラズマ励起電極（電極）４およびシャワープレート５が設けられ、プラズマ処理室ＣＮの下部にはシャワープレート５に対向して被処理基板１６を載置するサセプタ電極（電極）８が設けられている。プラズマ励起電極（電極）４は、給電板（高周波電力配電体）３および整合回路２Ａを介して第１の高周波電源１と接続されている。これらプラズマ励起電極４および給電板３は、シャーシ２１に覆われるとともに、整合回路２Ａは導電体からなるマッチングボックス２の内部に収納されている。
給電板３としては、幅５０〜１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、長さ１００〜３００ｍｍの形状を有する銅の表面に銀めっきを施したものが用いられており、この給電板３は、後述する整合回路２Ａのチューニングコンデンサ２０５の出力端子、および、プラズマ励起電極４にそれぞれネジ止めされている。
【００２２】
また、プラズマ励起電極（カソード電極）４の下側には凸部４ａが設けられるとともに、このプラズマ励起電極（カソード電極）４の下には、多数の孔７が形成されているシャワープレート５が凸部４ａに接して設けられている。これらプラズマ励起電極４とシャワープレート５との間には空間６が形成されている。この空間６にはガス導入管１７が接続されており、導体からなるガス導入管１７の途中には絶縁体１７ａが挿入されてプラズマ励起電極４側とガス供給源側とが絶縁されている。
【００２３】
ガス導入管１７から導入されたガスは、シャワープレート５の多数の孔７からチャンバ壁１０により形成されたチャンバ室６０内に供給される。チャンバ壁１０とプラズマ励起電極（カソード電極）４とは絶縁体９により互いに絶縁されている。また、排気系の図示は省略してある。
一方、チャンバ室６０内には基板１６を載置しプラズマ励起電極ともなるウエハサセプタ（サセプタ電極）８が設けられている。
【００２４】
サセプタ電極（対向電極）８の下部中央には、シャフト１３が接続され、このシャフト１３がチャンバ底部１０Ａを貫通して設けられるとともに、シャフト１３の下端部とチャンバ底部１０Ａ中心部とがベローズ１１により密閉接続されている。これら、ウエハサセプタ８およびシャフト１３はベローズ１１により上下動可能となっており、プラズマ励起電極４，８間の距離の調整ができる。
これらサセプタ電極８とシャフト１３とが接続されているため、サセプタ電極８，シャフト１３，ベローズ１１，チャンバ底部１０Ａ，チャンバ壁１０は直流的に同電位となっている。さらに、チャンバ壁１０とシャーシ２１は接続されているため、チャンバ壁１０，シャーシ２１，マッチングボックス２はいずれも直流的に同電位となっている。
【００２５】
ここで、整合回路２Ａは、プラズマ処理室ＣＮ内のプラズマ状態等の変化に対応してインピーダンスを調整するために、その多くは複数の受動素子を具備する構成とされている。
また、整合回路２Ａは、複数の受動素子として、高周波電源１と給電板３との間に、チューニングインダクタ２０４及びチューニングコンデンサ２０５が直列に設けられ、これらチューニングインダクタ２０４とチューニングコンデンサ２０５とには、並列にロードコンデンサ２０６が接続され、このロードコンデンサ２０６の一端はマッチングボックス２に接続されている。
【００２６】
ここで、チューニングコンデンサ２０４は給電板３を介してプラズマ励起電極４に接続されている。
マッチングボックス２は、同軸ケーブル１Ｃのシールド線に接続されており、このシールド線が直流的にアースされている。これにより、サセプタ電極８，シャフト１３，ベローズ１１，チャンバ底部１０Ａ，チャンバ壁１０，シャーシ２１，マッチングボックス２は接地電位に設定されることになり、同時に、ロードコンデンサ２０６の一端も直流的にアースされた状態となる。
【００２７】
また、本実施形態のプラズマ処理装置においては、１３．５６ＭＨｚ程度以上の周波数の電力、具体的には、例えば１３．５６ＭＨｚ，２７．１２ＭＨｚ，４０．６８ＭＨｚ等の周波数の電力を投入して、両電極４，８の間でプラズマを生成し、このプラズマにより、サセプタ電極８に載置した基板１６にＣＶＤ（ chemical vapor deposition）、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ処理をおこなう。
このとき、高周波電力は、高周波電源１から同軸ケーブル１Ｃ，整合回路２Ａ，給電板３，プラズマ励起電極（カソード電極）４に供給される。一方、高周波電流の経路を考えた場合、電流はこれらを介してプラズマ空間（チャンバ室６０）を経由した後、さらにもう一方の電極（サセプタ電極）８，シャフト１３，ベローズ１１，チャンバ底部１０Ａ，チャンバ壁１０を通る。その後、シャーシ２１，マッチングボックス２，同軸ケーブル１Ｃを通り、高周波電源１のアースに戻る。
【００２８】
次に、本発明の主要な構成要素である、マッチングボックス２周辺の反射波測定器３０，整合制御装置３１及び記憶部３２について詳述する。
高周波電源１は、反射波測定器３０及びマッチングボックス２を介してプラズマ処理室ＣＮに、プラズマ放電のための電力を供給する。
整合回路２Ａは、マッチングボックス２内に格納され、高周波電源１の出力インピーダンスとプラズマ処理室ＣＮの負荷インピーダンスとの整合をとる。
この整合回路２Ａは、ロードコンデンサ２０６，チューニングインダクタ２０４及びチューニングコンデンサ２０５から構成されている。
【００２９】
ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５は、図示しないモータが回転され、調整シャフトが駆動されることにより、各々キャパシタンスの値が調整可能な可変コンデンサ（バリアブルコンデンサ）である。
ここで、整合制御装置３１は、上記各モータの回転量及び回転方向を制御させつつ、調整シャフトを駆動させることにより、各々の上記バリアブルコンデンサ（ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５）のキャパシタンス量を調整する。
記憶部３２には、予め測定されたインピーダンスＺ0とインピーダンスＺ1とに調整する数値が記憶されている。
【００３０】
ここで、Ｚ0は、整合回路２Ａをプラズマ処理室から切り離し、後に説明するインピーダンス測定具を用いて測定することができる。
また、Ｚ1は、プラズマ放電が発生した後に、整合が取れた状態において、整合回路２Ａをプラズマ処理室から切り離し、高周波電源に変えてダミーロード５０Ωを接続し、整合回路２Ａの出力端から上記インピーダンス測定具を用いてそのインピーダンスＺ1*を測定する。
整合状態ではＺ1*とＺ1が複素共役の関係にあることを利用して、Ｚ1を予め測定することができる。
【００３１】
上記インピーダンス測定具について、インピーダンスＺ0の測定を例に取り以下に説明する。
図３はインピーダンス測定のため、プラズマ処理室ＣＮに接続するフィクスチャの構成を示す概念図である。
フィクスチャは、それぞれのインピーダンスが一致する複数本の導線１０１ａ〜１０１ｈの一端をプローブ取付具１０４に接続して構成されている。
プローブ取付具１０４は、例えば５０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍの銅板を、締め付け部１０６とリング部とができるように成形する。リング部はプローブ１０５の外側にはめ込み可能な径とする。
そして、上記プローブ取付部１０４に導線１０１ａ〜１０１ｈの一端をハンダ付けなどにより電気的に接続する。
また、導線１０１ａ〜１０１ｈの他端には、測定対象（被測定物）との着脱用の端子（圧着端子）１０２ａ〜１０２ｈが取り付けられている。
【００３２】
このフィクスチャを使用するに際しては、プローブ取付具１０４のリング状部１０４をプローブ１０５にはめ込み、締め付け部１０６で締め付けを行う。
一方各導線１０１ａ〜１０１ｈは、略点対称となるように圧着端子１０２ａ〜１０２ｈにおいて測定対象に、図４に示すようにねじ１１４により着脱自在ねじ止めする。
上記プローブ１０５は、図５に示すように、導線１１０上に絶縁被覆１１２を設け、この絶縁被覆１１２上に外周導体１１１を被覆してなるものである。
そして、プローブ１０５は、同軸ケーブルを通して図示を省略したインピーダンス測定装置に接続している。
胴体１０１ａ〜１０１ｈは、例えばアルミニウム、銅、銀、金により構成すればよく、または、銀、金を５０μｍ以上メッキして構成してもよい。
【００３３】
ここで、フィクスチャとは、プローブ１０５のアース側に取りつけた、測定対象物（ここではプラズマ処理室ＣＮ）の大きさや測定する２点間の距離に見合った長さの導線を示す。
そして、上述のように測定されたインピーダンスＺ0とインピーダンスＺ1とに調整する数値は、整合制御装置３１がロードコンデンサ２０６を調整する変化量、例えば、モータの回転量及び回転方向を示す変化量データＤ０（インピーダンスＺ0に対応），Ｄ１（インピーダンスＺ1に対応）である。
また、チューニングコンデンサ２０５に対しての上記数値は、整合制御装置３１が調整する変化量、例えば、モータの回転量及び回転方向を示す変化量データＥ０（インピーダンスＺ0に対応），Ｅ１（インピーダンスＺ1に対応）である。
【００３４】
上記変化量データＤ０，Ｅ０は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の基本位置からの調整量を示している。
上記変化量データＤ１，Ｅ１は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５において、変化量データＤ０，Ｅ０による調整位置からの調整量を示している。
このため、整合制御装置３１は、プラズマ処理が終了した後、モータを回転させ、調整シャフトを駆動させて、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の調整位置を基本位置に戻す。
【００３５】
整合制御装置３１は、プラズマ放電前の段階において、変化量データＤ０及びＥ０に基づき、ロードコンデンサ２０６，チューニングコンデンサ２０５各々のモータにより調整シャフトを駆動して、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整する。
一方、整合制御装置３１は、インピーダンスＺ0に調整後に、反射波測定器３０が反射波を検出することにより、プラズマ放電が発生したことを検知し、変化量データＤ１及びＥ１に基づき、ロードコンデンサ２０６，チューニングコンデンサ２０５各々のモータにより調整シャフトを駆動して、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ1に調整する。
また、整合制御装置３１は、インピーダンスＺ0またはインピーダンスＺ1に調整した後、反射波測定器３０の検出する反射波の電力値（例えば、スプリアス電力として検出）が最小となるように、整合回路２Ａのロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の微調整を行う。
【００３６】
次に、図１及び図２を参照し、一実施形態の動作例を説明する。図２は、図１のプラズマ処理装置の動作例を説明するフローチャートである。
ステップＳ１において、作業者がプラズマ処理室ＣＮ内に被処理基板１６をセットした後、プラズマ処理の開始を示すスイッチをオンとすると、整合制御装置３１は、記憶部３２から変化量データＤ０及びＥ０を読み出し、この変化量データＤ０，Ｅ０に基づき、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整する。
【００３７】
そして、ステップＳ２において、整合制御装置３１は、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整した後、高周波電源１をオン状態とし、プラズマ放電を行う高周波電力を、プラズマ処理室ＣＮへ供給する。
次に、ステップＳ３において、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される反射波の強度（反射波電力の大きさ）を示す検出信号が、所定のしきい強度を超えているか否かの検出を行う。
ここで、上記所定のしきい強度は、予めプラズマ放電が開始された場合の反射波の強度を測定しておき、この強度の例えば９０％の値として設定される。
このとき、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される検出信号の強度が所定のしきい強度を越えた場合、プラズマ放電が発生したとして、処理をステップＳ５へ進める。
一方、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される検出信号の強度が所定のしきい強度を越えない場合、プラズマ放電が発生ていないとして、処理をステップＳ４へ進める。
【００３８】
次に、ステップＳ４において、整合制御装置３１は、インピーダンスＺ0を中心にして、図示しないモータを駆動させて、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の各キャパシタンスを微調整し、すなわち、インピーダンスＺ0の値を中心として、整合回路２Ａの出力インピーダンスの数値を上下に反復させ調整する。
このとき、整合制御装置３１は、反復する毎に、インピーダンスＺ0の値を中心として上下にずらす値を順次大きくして、１回数値をずらす毎（ここで、上側または下側の一方にずらす場合を１回とする）に、プラズマ放電が発生したか否かの判定を行うため、処理をステップＳ３へ戻す。
【００３９】
次に、ステップＳ５において、記憶部３２から変化量データＤ０及びＥ０を読み出し、この変化量データＤ１，Ｅ１に基づき、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ1に調整し、処理をステップＳ６へ進める。
そして、ステップＳ６において、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される反射波の強度（反射波電力の大きさ）を示す検出信号が、所定の放電しきい強度以下であるか否かの検出を行う。
ここで、上記所定の放電しきい強度は、整合回路２Ａの出力インピーダンスがインピーダンスＺ1の場合（すなわち整合がとれている場合）において、予めプラズマ放電が開始された場合の反射波の強度を測定しておき、この強度の数値が設定される。
【００４０】
このとき、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される検出信号の強度が所定の放電しきい強度以下である場合、反射波が無い状態、すなわち効率的なプラズマ放電状態であることを検知して、処理をステップＳ８へ進める。
一方、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される検出信号の強度が所定の放電しきい強度を越えている場合、反射波が有る状態、すなわち効率的なプラズマ放電状態でないことを検知して、処理をステップＳ７へ進める。
そして、ステップＳ７において、整合制御装置３１は、インピーダンスＺ1を中心にして、図示しないモータを駆動させて、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の各キャパシタンスを微調整し、すなわち、インピーダンスＺ1の値を中心として、整合回路２Ａの出力インピーダンスの数値を上下に反復させ調整する。
【００４１】
このとき、整合制御装置３１は、反復する毎に、インピーダンスＺ1の値を中心として上下にずらす値を順次大きくして、１回数値をずらす毎（ここで、上側または下側の一方にずらす場合を１回とする）に、効率的なプラズマ放電状態であるか否かの判定を行うため、処理をステップＳ６へ戻す。
次に、ステップＳ８において、整合制御装置３１は、所定の時間が経過してプラズマ処理が終了、または作業者がプラズマ処理を終了させるか否かの検出を行う。
このとき、整合制御装置３１は、プロセス終了を検出した場合、高周波電源１からの電力の供給を停止してプラズマ処理を終了する。
一方、整合制御装置３１は、プロセス終了を検出しない場合、処理をステップＳ６へ進める。
【００４２】
上述した本願発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置は、プラズマ処理室ＣＮのプラズマ放電前の負荷インピーダンスであるインピーダンスＺ0の数値を記憶部３２に記憶させ、整合制御装置３１が、高周波電源１からの高周波電力投入時に、記憶部３２からインピーダンスＺ0を読み込み、整合回路２Ａを構成するロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５各々のキャパシタンスを調整することにより、高周波電力の投入から、インピーダンスＺ0への調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００４３】
また、本願発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置は、整合制御装置３１が反射波測定器３０からの検出信号により、プラズマ処理室ＣＮにおける放電開始を検出し、整合制御装置３１がプラズマ放電の発生を検出すると、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ1に対して整合させ、例えば、プラズマ処理室ＣＮのプラズマ放電前及び後のインピーダンスＺ0，Ｚ1各々を記憶部３２に記憶させておき、整合制御装置３１が高周波電源１からの高周波電力投入時に、記憶部３２から放電前のインピーダンスＺ0を読み出し、整合回路２Ａのロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５のキャパシタンスを調整することにより、放電開始前のインピーダンスＺ0に調整し、プラズマ放電が開始されたことを検出した後、放電後のインピーダンスＺ1へ調整することにより、インピーダンスＺ0からインピーダンスＺ1への調整が容易に行え、放電開始前から放電開始後において、効率的なプラズマ放電状態へ移行させるまでの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００４４】
さらに、本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置の駆動方法は、放電前のプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスＺ0に、整合回路２Ａの出力インピーダンスの整合が行われる第１の整合回路調整過程と、高周波電力が高周波電源１からプラズマ処理室ＣＮに供給される電力供給過程と、プラズマ処理室ＣＮ内での高周波電力によるプラズマ放電の検出を行うプラズマ放電検出過程と、放電中のプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスＺ1に、整合回路２Ａの出力インピーダンスの整合が行われる第２の整合回路調整過程とからなり、第１及び第２の整合回路検出過程において、記憶部３２に格納された、プラズマ処理室の放電前のインピーダンスＺ0に調整する変化量データＤ０，Ｅ０と、放電後のインピーダンスＺ1に調整する変化量データＤ１，Ｅ１とを各々呼び出し、整合回路２Ａの出力インピーダンスの調整を行うため、高周波電力の投入から放電開始まで、さらに放電開始から効率的なプラズマ放電状態までの調整の時間を大幅に短縮することができ、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
図６は本発明の第２の実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成を示す概念図である。第１の実施形態の図１のプラズマ処理装置と同様な構成については同一の符号を付し、この構成の説明を省略する。
本願発明の主要な構成要素である、マッチングボックス２周辺の反射波測定器３０，整合制御装置３３，記憶部３４及び演算器３５について詳述する。
高周波電源１は、反射波測定器３０及びマッチングボックス２を介してプラズマ処理室ＣＮに、プラズマ放電のための電力を供給する。
整合回路２Ａは、マッチングボックス２内に格納され、高周波電源１の出力インピーダンスとプラズマ処理室ＣＮの負荷インピーダンスとの整合をとる。
この整合回路２Ａは、ロードコンデンサ２０６，チューニングインダクタ２０４及びチューニングコンデンサ２０５から構成されている。
【００４６】
ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５は、図示しないモータの回転などにより、各々キャパシタンスの値が調整可能な可変コンデンサであり、整合制御装置３３が上記モータを各々駆動することにより、キャパシタンスの値が調整される。
記憶部３４には、予め測定されたインピーダンスＺ0とインピーダンスＺ1とに調整する数値が記憶されている。
ここで、ロードコンデンサ２０６に対しての上記数値は、整合制御装置３３が調整する変化量、例えば、モータの回転量及び回転方向を示す変化量データＤ０（インピーダンスＺ0に対応），Ｄ１（インピーダンスＺ1に対応）である。
【００４７】
また、チューニングコンデンサ２０５に対しての上記数値は、整合制御装置３３が調整する変化量、例えば、モータの回転量及び回転方向を示す変化量データＥ０（インピーダンスＺ0に対応），Ｅ１（インピーダンスＺ1に対応）である。
上記変化量データＤ０，Ｅ０は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の基本位置からの調整量を示している。
上記変化量データＤ１，Ｅ１は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５において、変化量データＤ０，Ｅ０による調整位置からの調整量を示している。
このため、整合制御装置３３は、プラズマ処理が終了した後、モータを駆動させて、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の調整位置を基本位置に戻す。
【００４８】
整合制御装置３３は、プラズマ放電前の段階において、変化量データＤ０及びＥ０に基づき、ロードコンデンサ２０６，チューニングコンデンサ２０５各々のモータを駆動して、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整する。
一方、整合制御装置３３は、インピーダンスＺ0に調整後に、反射波測定器３０が反射波を検出することにより、プラズマ放電が発生したことを検知し、変化量データＤ１及びＥ１に基づき、ロードコンデンサ２０６，チューニングコンデンサ２０５各々のモータを駆動して、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ1に調整する。
また、整合制御装置３３は、インピーダンスＺ0またはインピーダンスＺ1に調整した後、反射波測定器３０の検出する反射波の電力値（例えば、スプリアス電力として検出）が最小となるように、整合回路２Ａのロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の微調整を行う。
【００４９】
整合制御装置３３は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５において、インピーダンスＺ0の調整位置からインピーダンスＺ1への調整位置への変化量を、各々新しい変化量データＤ１，Ｅ１として、記憶部３４の変化量データＤ１，Ｅ１へ上書きして、変化量データの更新を行う。
インピーダンス測定器ＡＮは、プラズマ処理が終了し、高周波電源１が高周波電力の供給を停止した後、プラズマ処理室ＣＮの放電前の負荷インピーダンスとしてインピーダンスＺ0を測定する。
演算器３５は、インピーダンスと、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の調整位置との関係を示す関数、またはテーブルに基づき、上記インピーダンスＺ0から変化量データＤ０，Ｅ０の演算を行う。
整合制御装置３３は、演算された上記変化量データＤ０，Ｅ０を各々新しい変化量データＤ１，Ｅ１として、記憶部３４の変化量データＤ０，Ｅ０へ上書きして、変化量データの更新を行う。
【００５０】
次に、図６及び図７を参照し、第２の実施形態の動作例を説明する。図７は、図６のプラズマ処理装置の動作例を説明するフローチャートである。
ステップＳ１１〜ステップ１７までの各々の処理は、ステップＳ１〜ステップＳ７の各々の処理と同様のため、説明を省略する。
上記各ステップにおいて、整合制御装置３３は整合制御装置３１と同様な動作を行い、記憶部３４は記憶部３２と同様な動作を行う。
ステップＳ１８において、整合制御装置３３は、所定の時間が経過してプラズマ処理が終了、または作業者がプラズマ処理を終了させるか否かの検出を行う。
このとき、整合制御装置３３は、プロセス終了を検出した場合、高周波電源１からの電力の供給を停止してプラズマ処理の処理を終了し、処理をステップＳ１９へ進める。
一方整合制御装置３３は、プロセス終了を検出しない場合、処理をステップＳ１６へ進める。
【００５１】
次に、ステップＳ１９において、整合制御装置３３は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５において、インピーダンスＺ0の調整位置からインピーダンスＺ1への調整位置への変化量を検出して、検出された変化量データを、各々新しい変化量データＤ１，Ｅ１として、記憶部３４の変化量データＤ１，Ｅ１へ上書きして、変化量データの更新を行う。
そして、ステップＳ２０において、インピーダンス測定器ＡＮは、プラズマ処理室ＣＮの負荷インピーダンス、すなわちプラズマ放電前のインピーダンスＺ0の測定を行う。
このとき、インピーダンス測定器ＡＮは、スイッチＳＷ１をオフ状態とし、スイッチＳＷ２をオン状態として、インピーダンスＺ0の測定を行う。
インピーダンス測定器ＡＮは、通常、すなわちプラズマ処理を行う場合、スイッチＳＷ１をオン状態とし、スイッチＳＷ２をオフ状態とする。
なお、スイッチＳＷ１〜点Ｂ（図６）までのインピーダンスと、スイッチＳＷ２〜上記点Ｂまでのインピーダンスとは、一致するように設計されている。
【００５２】
次に、ステップＳ２１において、演算器３５は、測定されたインピーダンスＺ0に基づき、変化量データＤ０，Ｅ０の演算を行う。
そして、ステップＳ２２において、整合制御装置３３は、演算された変化量データＤ０，Ｅ０各々を、新しい変化量データＤ０，変化量データＥ０として、記憶部３４の各々対応する変化量データＤ０，Ｅ０へ上書きして、変化量データの更新を行う。
そして、インピーダンス測定器ＡＮはスイッチＳＷ１をオン状態とし、スイッチＳＷ２をオフ状態とし、プラズマ処理装置はプラズマ処理の処理を終了する。
【００５３】
本願発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置は、第１の実施形態の効果に加え、プラズマ処理室ＣＮに、このプラズマ処理室ＣＮの放電前のインピーダンスＺ0の測定を行う測定端子６１が設けられているので、放電前のインピーダンスＺ0が、プラズマ処理室ＣＮの使用時間に対応して変化した場合であっても、所定の時間毎（またはプラズマ処理の終了時毎）に測定して、記憶部３４の放電前のインピーダンスＺ0とする変化量データＤ０，Ｅ０の値を更新することにより、常に、高周波電力の投入から、各ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５のキャパシタンスを調整する調整位置を、基本位置から放電開始前のプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスＺ0となる調整位置への調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置によれば、高周波電源とプラズマ処理室とのインピーダンス整合をとる整合回路と、プラズマ生成のための放電前に、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電していない状態の前記プラズマ処理室のインピーダンスに整合させる整合回路調整手段を具備しており、例えば、プラズマ処理室のプラズマ放電前のインピーダンスを記憶部に記憶させ、整合回路調整手段が、高周波電源からの高周波電力投入時に、上記記憶部から放電前のインピーダンスを呼び出し、整合回路を構成する各素子のパラメータを調整することにより、高周波電力の投入から、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置の場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理室ユニットの概略構成を示す断面図である。
【図２】 図１のプラズマ処理装置の整合制御装置３１の動作例を示すフローチャートである。
【図３】 インピーダンス測定具の構成を示す概念図である。
【図４】 図３に示したインピーダンス測定具を用いて、図１に示したプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスを測定する方法を示す図である。
【図５】 インピーダンス測定具に用いたプローブ１０５の構成を示す概念図である。
【図６】 本願発明の第２の実施形態によるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理室ユニットの概略構成を示す断面図である。
【図７】 図６のプラズマ処理装置の整合制御装置３３の動作例を示すフローチャートである。
【図８】 従来例によるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理室ユニットの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 高周波電源
２ マッチングボックス
２Ａ 整合回路
３ 給電板
４ プラズマ励起電極
５ シャワープレート
６ 空間
７ 孔
８ ウェハサセプタ
９ 絶縁体
１０ チャンバ壁
１１ ベローズ
１３ シャフト
１６ 基板
１７ ガス導入管
２１ シャーシ
３０ 反射波測定器
３１，３３ 整合制御装置
３２，３４ 記憶部
３５ 演算器
６０ チャンバ室
２０４ チューニングインダクタ
２０５ チューニングコンデンサ
２０６ ロードコンデンサ
ＡＮ インピーダンス測定器
ＣＮ プラズマ処理室
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスにおける、アッシング，エッチング等のプラズマ処理に用いられるプラズマ処理装置及びこのプラズマ装置の駆動方法並びにこの装置を用いたプラズマ処理方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ（ chemical vapor deposition）、スパッタリング、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ処理をおこなうプラズマ処理装置の一例としては、従来から、図８に示すような、いわゆる１周波励起タイプのものが知られている。
図８に示すプラズマ処理装置は、高周波電源１とプラズマ励起電極４との間に、整合回路２Ｃが介在されている。整合回路２Ｃはこれら高周波電源１とプラズマ励起電極４との間のインピーダンスの整合を得るための回路として設けられている。
【０００３】
高周波電源１からの高周波電力は整合回路２Ｃを通して給電板３によりプラズマ励起電極４へ供給される。
この整合回路２Ｃは導電体からなるハウジングにより形成されるマッチングボックス２内に収納されており、プラズマ励起電極４および給電板３は、導体からなるシャーシ２１によって覆われている。
プラズマ励起電極（カソード電極）４の下側には凸部４ａが設けられるとともに、このプラズマ励起電極４の下には、多数の孔７が形成されているシャワープレート５が凸部４ａに接して設けられている。これらプラズマ励起電極４とシャワープレート５との間には空間６が形成されている。この空間６にはガス導入管１７が接続されており、導体からなるガス導入管１７の途中には絶縁体１７ａが挿入されてプラズマ励起電極４側とガス供給源側とが絶縁されている。
【０００４】
ガス導入管１７から導入されたガスは、シャワープレート５の孔７を介してチャンバ壁１０により形成されたチャンバ室６０内に供給される。なお、符号９はチャンバ壁１０とプラズマ励起電極４とを絶縁する絶縁体である。また、排気系の図示は省略してある。
一方、チャンバ室６０内には基板１６を載置するウエハサセプタ（サセプタ電極）８が設けられており、シャフト１３で支持されている。
【０００５】
シャフト１３の下端部とチャンバ底部１０Ａとがベローズ１１により密閉接続されている。
これら、ウエハサセプタ８およびシャフト１３はベローズ１１により上下動可能となっており、プラズマ励起電極４，８間の距離の調整ができる。
ウエハサセプタ８は直流的に接地され、チャンバ壁１０と直流的に同電位とされている。
【０００６】
上記のプラズマ処理装置においては、一般的に４０.６８ＭＨｚ程度の周波数の電力を投入して、両電極４，８の間でプラズマを生成し、このプラズマにより、ＣＶＤ（ chemical vapor deposition）、スパッタリング、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ処理を行うものである。
【０００７】
しかし、従来、上記のプラズマ処理装置においては、プラズマ処理室ＣＮを含めたプラズマ処理装置本体が装置メーカにより製作され、整合回路２Ｃが高周波電源を作成した電源メーカにより製作されている。
そして、ユーザは、スパッタリング、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ処理毎に、これらプラズマ処理室ＣＮと高周波電源１との間のインピーダンス整合を上記整合回路２Ｃにより行う。
ここで、プラズマ処理室のインピーダンス（負荷インピーダンス）としては、プラズマが発生する前のインピーダンスＺ0と、プラズマが発生した後のインピーダンスＺ1との２種類がある。
【０００８】
インピーダンスＺ0は、装置メーカである程度設計上で決定され、正確な数値が測定されるものであるが、機械的寸法誤差等により、完全に同一のプラズマ処理装置が製作される訳ではないので、製作されるプラズマ処理室毎に異なった値を有している。
また、プラズマが発生すると、インピーダンスＺ1は、処理に用いるガスの流量，プラズマ処理室の真空度，及び両電極４，８の間隔により変化するため、同一のプラズマ処理装置においても、処理するプラズマ処理により異なることとなる。
【０００９】
例えば、インピーダンスＺ1は、ドライエッチング装置の場合、どのような材料で形成されている薄膜を、どのような条件（エッチング速度、エッチング形状等）でエッチングするかにより異なったものとなり、成膜装置の場合も、薄膜をどのようなガスで、どのような条件（成膜速度、薄膜構造など）で成膜するかにより異なったものとなる。
そして、ユーザは、プラズマ処理開始時に、整合回路２Ｃの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整し、プラズマ放電を開始させ、上記インピーダンスＺ1に対応させて、プラズマ放電を安定化させる。
【００１０】
整合回路２Ｃは、プラズマ処理開始時、すなわちプラズマ放電開始時において、チューニングコンデンサ及びロードコンデンサがリセット状態（最大値か最小値）またはプラズマ放電後のインピーダンスＺ1に調整されている。
そして、制御回路１４は、整合回路２Ｃを構成するロードコンデンサＣL及びチューニングコンデンサＣTの各キャパシタンスを調整し、整合回路２Ｃの出力インピーダンスを、プラズマ放電が開始されるインピーダンスＺ0に調整する。
【００１１】
このとき、制御回路１４は、反射波測定部１５の測定する反射波の電力値（例えば、スプリアス電力として検出）が最小となるように、ロードコンデンサＣL及びチューニングコンデンサＣTの各キャパシタンスを調整する。
ここで、反射波測定部５０は、マッチングボックス２と高周波電源１との間に介挿されている。
ロードコンデンサＣL及びチューニングコンデンサＣTは、例えば、図示しないモータの回転などにより、各々キャパシタンスの値が調整可能な可変コンデンサ（バリアブルコンデンサ）であり、上記制御回路１４が図示しない上記モータにより調整シャフトを駆動することにより、キャパシタンスの値を調整する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のプラズマ処理装置には、プラズマ処理開始時において、整合回路２Ｃの出力インピーダンスがインピーダンスＺ0でないため、インピーダンスＺ0に調整されるまで時間がかかるという欠点がある。
また、この従来のプラズマ処理装置では、インピーダンスＺ0の数値がユーザには不明のため、制御回路１４が整合回路２Ｃの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0へ調整しきれずに、すなわち、インピーダンス整合がとれないために、プラズマ放電が開始されないという問題がある。
【００１３】
さらに、従来のプラズマ処理装置では、プラズマ放電後において、整合回路２Ｃの出力インピーダンスのインピーダンスＺ1が記憶されていないため、この出力インピーダンスがインピーダンスＺ1に調整されるまで時間がかかるという欠点がある。
加えて、プラズマ処理室ＣＮにおいてプラズマ放電が開始されると、このプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスがインピーダンスＺ0からインピーダンスＺ1へ変化するが、従来のプラズマ処理装置では、インピーダンスＺ1の数値がユーザには不明のため、インピーダンスＺ1へ調整しきれずに、すなわち、インピーダンス整合がとれないために、効率の良いプラズマ放電が行えないという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような背景の下になされたもので、高周波電源回路１からのプラズマ放電のための電力の供給開始から、プラズマ放電後の効率のよい放電状態となるまでの時間を短縮できるプラズマ処理装置を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、高周波電源（高周波電源１）と、プラズマ処理室（プラズマ処理室ＣＮ）と、前記高周波電源と前記プラズマ処理室とのインピーダンス整合をとる整合回路（整合回路２Ａ）と、プラズマ生成のための放電前に、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電していない状態の前記プラズマ処理室のインピーダンスに整合させる整合回路調整手段を具備しており、例えば、プラズマ処理室のプラズマ放電前のインピーダンス（インピーダンスＺ0）を記憶部（記憶部３２）に記憶させ、整合回路調整手段（整合制御装置３１）が、高周波電源からの高周波電力投入時に、上記記憶部から放電前のインピーダンスを呼び出し、整合回路を構成する各素子のパラメータを調整することにより、高周波電力の投入から、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置の場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さくすることが可能である。
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置は、前記プラズマ処理室における放電開始を検出する放電検知手段（反射波測定器３０）を有し、前記整合回路調整手段（整合制御装置３１）が前記放電検出手段の放電の検出に基づき、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダンスに対して整合させ、例えば、プラズマ処理室のプラズマ放電後のインピーダンス（インピーダンスＺ1）を上記記憶部に記憶させ、整合回路調整手段が、高周波電源からの高周波電力投入時に、上記記憶部から放電前のインピーダンスを読み出し、前記整合回路を構成する各素子のパラメータを調整することにより、放電開始前のインピーダンス（インピーダンスＺ0）とし、放電検知手段がプラズマ放電を検出した場合、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダンスから、放電後の前記プラズマ処理室のインピーダンス（インピーダンスＺ1）への調整を行うため、整合回路の出力インピーダンスの調整がプラズマ放電の前後において容易に行え、放電開始後において効率的な放電状態へ移行させるまでの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置の場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さくすることが可能である。
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置は、前記プラズマ処理室に、このプラズマ処理室の放電前のインピーダンスの測定を行う測定端子が設けられているので、放電前のインピーダンスが、プラズマ処理室の使用時間に対応して変化した場合であっても、所定の時間毎（またはプラズマ処理の終了時毎）に測定して、上記記憶部の放電前のインピーダンスの値を更新することにより、常に、高周波電力の投入から、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００１８】
本発明のプラズマ処理装置の駆動方法は、放電前の前記プラズマ処理室のインピーダンスに、整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第１の整合回路調整過程と、高周波電力が前記プラズマ処理室に供給される電力供給過程と、プラズマ処理室内での前記高周波電力による放電の検出を行う放電検出過程と、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダンスに、前記整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第２の整合回路調整過程とからなり、第１及び第２の整合回路検出過程において、記憶部に格納された、プラズマ処理室の放電前のインピーダンス（インピーダンスＺ0）と、放電後のインピーダンス（インピーダンスＺ1）とを各々呼び出し、整合回路の調整を行うため、高周波電力の投入から放電開始まで、さらに放電開始から効率的なプラズマ放電状態までの調整の時間を大幅に短縮することができ、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００１９】
本発明のプラズマ処理方法は、放電前のプラズマ処理室のインピーダンスに、整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第１の整合回路調整過程と、高周波電力が前記プラズマ処理室に供給される電力供給過程と、前記プラズマ処理室内での前記高周波電力による放電の検出を行う放電検出過程と、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダンスに、前記整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第２の整合回路調整過程とからなり、例えば、プラズマ処理室のプラズマ放電前のインピーダンス（インピーダンスＺ0）を記憶しておき、第１の整合回路調整過程において、高周波電源からの高周波電力投入時に、上記記憶部から放電前のインピーダンスを呼び出し、整合回路を構成する各素子のパラメータを調整し、放電が開始された後、第２の整合回路調整過程においてプラズマ放電中のインピーダンスに調整することにより、高周波電力の投入から、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置の場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さくすることが可能である。
本発明のプラズマ装置の駆動方法またはプラズマ処理方法において、前記放電前のプラズマ処理室のインピーダンスと、前記放電後に他の機器と切り離した状態で測定されたプラズマ処理室のインピーダンスを前記記憶部に記憶し、電力投入時に前記放電前のプラズマ処理室のインピーダンスを呼び出し、放電開始時に前記放電後のプラズマ処理室のインピーダンスを呼び出して利用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成を示す概念図である。従来例の図８のプラズマ処理装置と同様な構成については同一の符号を付し、この構成の説明を省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置は、ＣＶＤ（ chemical vapor deposition）、スパッタリング、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ処理をおこなう１周波励起タイプのプラズマ処理装置とされ、プラズマを励起するための平行平板型電極４，８を有するプラズマ処理室ＣＮと、この電極３に接続された高周波電源１と、上記プラズマ処理室ＣＮと上記高周波電源１（すなわち、同軸ケーブル１Ｃの特性インピーダンス）とのインピーダンス整合を得るための整合回路２Ａとを具備する構成とされる。
【００２１】
さらに詳細に説明すると、本実施形態のプラズマ処理装置は、プラズマ処理室ＣＮの上部に高周波電源１に接続されたプラズマ励起電極（電極）４およびシャワープレート５が設けられ、プラズマ処理室ＣＮの下部にはシャワープレート５に対向して被処理基板１６を載置するサセプタ電極（電極）８が設けられている。プラズマ励起電極（電極）４は、給電板（高周波電力配電体）３および整合回路２Ａを介して第１の高周波電源１と接続されている。これらプラズマ励起電極４および給電板３は、シャーシ２１に覆われるとともに、整合回路２Ａは導電体からなるマッチングボックス２の内部に収納されている。
給電板３としては、幅５０〜１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、長さ１００〜３００ｍｍの形状を有する銅の表面に銀めっきを施したものが用いられており、この給電板３は、後述する整合回路２Ａのチューニングコンデンサ２０５の出力端子、および、プラズマ励起電極４にそれぞれネジ止めされている。
【００２２】
また、プラズマ励起電極（カソード電極）４の下側には凸部４ａが設けられるとともに、このプラズマ励起電極（カソード電極）４の下には、多数の孔７が形成されているシャワープレート５が凸部４ａに接して設けられている。これらプラズマ励起電極４とシャワープレート５との間には空間６が形成されている。この空間６にはガス導入管１７が接続されており、導体からなるガス導入管１７の途中には絶縁体１７ａが挿入されてプラズマ励起電極４側とガス供給源側とが絶縁されている。
【００２３】
ガス導入管１７から導入されたガスは、シャワープレート５の多数の孔７からチャンバ壁１０により形成されたチャンバ室６０内に供給される。チャンバ壁１０とプラズマ励起電極（カソード電極）４とは絶縁体９により互いに絶縁されている。また、排気系の図示は省略してある。
一方、チャンバ室６０内には基板１６を載置しプラズマ励起電極ともなるウエハサセプタ（サセプタ電極）８が設けられている。
【００２４】
サセプタ電極（対向電極）８の下部中央には、シャフト１３が接続され、このシャフト１３がチャンバ底部１０Ａを貫通して設けられるとともに、シャフト１３の下端部とチャンバ底部１０Ａ中心部とがベローズ１１により密閉接続されている。これら、ウエハサセプタ８およびシャフト１３はベローズ１１により上下動可能となっており、プラズマ励起電極４，８間の距離の調整ができる。
これらサセプタ電極８とシャフト１３とが接続されているため、サセプタ電極８，シャフト１３，ベローズ１１，チャンバ底部１０Ａ，チャンバ壁１０は直流的に同電位となっている。さらに、チャンバ壁１０とシャーシ２１は接続されているため、チャンバ壁１０，シャーシ２１，マッチングボックス２はいずれも直流的に同電位となっている。
【００２５】
ここで、整合回路２Ａは、プラズマ処理室ＣＮ内のプラズマ状態等の変化に対応してインピーダンスを調整するために、その多くは複数の受動素子を具備する構成とされている。
また、整合回路２Ａは、複数の受動素子として、高周波電源１と給電板３との間に、チューニングインダクタ２０４及びチューニングコンデンサ２０５が直列に設けられ、これらチューニングインダクタ２０４とチューニングコンデンサ２０５とには、並列にロードコンデンサ２０６が接続され、このロードコンデンサ２０６の一端はマッチングボックス２に接続されている。
【００２６】
ここで、チューニングコンデンサ２０４は給電板３を介してプラズマ励起電極４に接続されている。
マッチングボックス２は、同軸ケーブル１Ｃのシールド線に接続されており、このシールド線が直流的にアースされている。これにより、サセプタ電極８，シャフト１３，ベローズ１１，チャンバ底部１０Ａ，チャンバ壁１０，シャーシ２１，マッチングボックス２は接地電位に設定されることになり、同時に、ロードコンデンサ２０６の一端も直流的にアースされた状態となる。
【００２７】
また、本実施形態のプラズマ処理装置においては、１３．５６ＭＨｚ程度以上の周波数の電力、具体的には、例えば１３．５６ＭＨｚ，２７．１２ＭＨｚ，４０．６８ＭＨｚ等の周波数の電力を投入して、両電極４，８の間でプラズマを生成し、このプラズマにより、サセプタ電極８に載置した基板１６にＣＶＤ（ chemical vapor deposition）、ドライエッチング、アッシング等のプラズマ処理をおこなう。
このとき、高周波電力は、高周波電源１から同軸ケーブル１Ｃ，整合回路２Ａ，給電板３，プラズマ励起電極（カソード電極）４に供給される。一方、高周波電流の経路を考えた場合、電流はこれらを介してプラズマ空間（チャンバ室６０）を経由した後、さらにもう一方の電極（サセプタ電極）８，シャフト１３，ベローズ１１，チャンバ底部１０Ａ，チャンバ壁１０を通る。その後、シャーシ２１，マッチングボックス２，同軸ケーブル１Ｃを通り、高周波電源１のアースに戻る。
【００２８】
次に、本発明の主要な構成要素である、マッチングボックス２周辺の反射波測定器３０，整合制御装置３１及び記憶部３２について詳述する。
高周波電源１は、反射波測定器３０及びマッチングボックス２を介してプラズマ処理室ＣＮに、プラズマ放電のための電力を供給する。
整合回路２Ａは、マッチングボックス２内に格納され、高周波電源１の出力インピーダンスとプラズマ処理室ＣＮの負荷インピーダンスとの整合をとる。
この整合回路２Ａは、ロードコンデンサ２０６，チューニングインダクタ２０４及びチューニングコンデンサ２０５から構成されている。
【００２９】
ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５は、図示しないモータが回転され、調整シャフトが駆動されることにより、各々キャパシタンスの値が調整可能な可変コンデンサ（バリアブルコンデンサ）である。
ここで、整合制御装置３１は、上記各モータの回転量及び回転方向を制御させつつ、調整シャフトを駆動させることにより、各々の上記バリアブルコンデンサ（ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５）のキャパシタンス量を調整する。
記憶部３２には、予め測定されたインピーダンスＺ0とインピーダンスＺ1とに調整する数値が記憶されている。
【００３０】
ここで、Ｚ0は、整合回路２Ａをプラズマ処理室から切り離し、後に説明するインピーダンス測定具を用いて測定することができる。
また、Ｚ1は、プラズマ放電が発生した後に、整合が取れた状態において、整合回路２Ａをプラズマ処理室から切り離し、高周波電源に変えてダミーロード５０Ωを接続し、整合回路２Ａの出力端から上記インピーダンス測定具を用いてそのインピーダンスＺ1*を測定する。
整合状態ではＺ1*とＺ1が複素共役の関係にあることを利用して、Ｚ1を予め測定することができる。
【００３１】
上記インピーダンス測定具について、インピーダンスＺ0の測定を例に取り以下に説明する。
図３はインピーダンス測定のため、プラズマ処理室ＣＮに接続するフィクスチャの構成を示す概念図である。
フィクスチャは、それぞれのインピーダンスが一致する複数本の導線１０１ａ〜１０１ｈの一端をプローブ取付具１０４に接続して構成されている。
プローブ取付具１０４は、例えば５０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍの銅板を、締め付け部１０６とリング部とができるように成形する。リング部はプローブ１０５の外側にはめ込み可能な径とする。
そして、上記プローブ取付部１０４に導線１０１ａ〜１０１ｈの一端をハンダ付けなどにより電気的に接続する。
また、導線１０１ａ〜１０１ｈの他端には、測定対象（被測定物）との着脱用の端子（圧着端子）１０２ａ〜１０２ｈが取り付けられている。
【００３２】
このフィクスチャを使用するに際しては、プローブ取付具１０４のリング状部１０４をプローブ１０５にはめ込み、締め付け部１０６で締め付けを行う。
一方各導線１０１ａ〜１０１ｈは、略点対称となるように圧着端子１０２ａ〜１０２ｈにおいて測定対象に、図４に示すようにねじ１１４により着脱自在ねじ止めする。
上記プローブ１０５は、図５に示すように、導線１１０上に絶縁被覆１１２を設け、この絶縁被覆１１２上に外周導体１１１を被覆してなるものである。
そして、プローブ１０５は、同軸ケーブルを通して図示を省略したインピーダンス測定装置に接続している。
胴体１０１ａ〜１０１ｈは、例えばアルミニウム、銅、銀、金により構成すればよく、または、銀、金を５０μｍ以上メッキして構成してもよい。
【００３３】
ここで、フィクスチャとは、プローブ１０５のアース側に取りつけた、測定対象物（ここではプラズマ処理室ＣＮ）の大きさや測定する２点間の距離に見合った長さの導線を示す。
そして、上述のように測定されたインピーダンスＺ0とインピーダンスＺ1とに調整する数値は、整合制御装置３１がロードコンデンサ２０６を調整する変化量、例えば、モータの回転量及び回転方向を示す変化量データＤ０（インピーダンスＺ0に対応），Ｄ１（インピーダンスＺ1に対応）である。
また、チューニングコンデンサ２０５に対しての上記数値は、整合制御装置３１が調整する変化量、例えば、モータの回転量及び回転方向を示す変化量データＥ０（インピーダンスＺ0に対応），Ｅ１（インピーダンスＺ1に対応）である。
【００３４】
上記変化量データＤ０，Ｅ０は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の基本位置からの調整量を示している。
上記変化量データＤ１，Ｅ１は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５において、変化量データＤ０，Ｅ０による調整位置からの調整量を示している。
このため、整合制御装置３１は、プラズマ処理が終了した後、モータを回転させ、調整シャフトを駆動させて、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の調整位置を基本位置に戻す。
【００３５】
整合制御装置３１は、プラズマ放電前の段階において、変化量データＤ０及びＥ０に基づき、ロードコンデンサ２０６，チューニングコンデンサ２０５各々のモータにより調整シャフトを駆動して、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整する。
一方、整合制御装置３１は、インピーダンスＺ0に調整後に、反射波測定器３０が反射波を検出することにより、プラズマ放電が発生したことを検知し、変化量データＤ１及びＥ１に基づき、ロードコンデンサ２０６，チューニングコンデンサ２０５各々のモータにより調整シャフトを駆動して、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ1に調整する。
また、整合制御装置３１は、インピーダンスＺ0またはインピーダンスＺ1に調整した後、反射波測定器３０の検出する反射波の電力値（例えば、スプリアス電力として検出）が最小となるように、整合回路２Ａのロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の微調整を行う。
【００３６】
次に、図１及び図２を参照し、一実施形態の動作例を説明する。図２は、図１のプラズマ処理装置の動作例を説明するフローチャートである。
ステップＳ１において、作業者がプラズマ処理室ＣＮ内に被処理基板１６をセットした後、プラズマ処理の開始を示すスイッチをオンとすると、整合制御装置３１は、記憶部３２から変化量データＤ０及びＥ０を読み出し、この変化量データＤ０，Ｅ０に基づき、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整する。
【００３７】
そして、ステップＳ２において、整合制御装置３１は、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整した後、高周波電源１をオン状態とし、プラズマ放電を行う高周波電力を、プラズマ処理室ＣＮへ供給する。
次に、ステップＳ３において、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される反射波の強度（反射波電力の大きさ）を示す検出信号が、所定のしきい強度を超えているか否かの検出を行う。
ここで、上記所定のしきい強度は、予めプラズマ放電が開始された場合の反射波の強度を測定しておき、この強度の例えば９０％の値として設定される。
このとき、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される検出信号の強度が所定のしきい強度を越えた場合、プラズマ放電が発生したとして、処理をステップＳ５へ進める。
一方、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される検出信号の強度が所定のしきい強度を越えない場合、プラズマ放電が発生ていないとして、処理をステップＳ４へ進める。
【００３８】
次に、ステップＳ４において、整合制御装置３１は、インピーダンスＺ0を中心にして、図示しないモータを駆動させて、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の各キャパシタンスを微調整し、すなわち、インピーダンスＺ0の値を中心として、整合回路２Ａの出力インピーダンスの数値を上下に反復させ調整する。
このとき、整合制御装置３１は、反復する毎に、インピーダンスＺ0の値を中心として上下にずらす値を順次大きくして、１回数値をずらす毎（ここで、上側または下側の一方にずらす場合を１回とする）に、プラズマ放電が発生したか否かの判定を行うため、処理をステップＳ３へ戻す。
【００３９】
次に、ステップＳ５において、記憶部３２から変化量データＤ０及びＥ０を読み出し、この変化量データＤ１，Ｅ１に基づき、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ1に調整し、処理をステップＳ６へ進める。
そして、ステップＳ６において、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される反射波の強度（反射波電力の大きさ）を示す検出信号が、所定の放電しきい強度以下であるか否かの検出を行う。
ここで、上記所定の放電しきい強度は、整合回路２Ａの出力インピーダンスがインピーダンスＺ1の場合（すなわち整合がとれている場合）において、予めプラズマ放電が開始された場合の反射波の強度を測定しておき、この強度の数値が設定される。
【００４０】
このとき、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される検出信号の強度が所定の放電しきい強度以下である場合、反射波が無い状態、すなわち効率的なプラズマ放電状態であることを検知して、処理をステップＳ８へ進める。
一方、整合制御装置３１は、反射波測定器３０から入力される検出信号の強度が所定の放電しきい強度を越えている場合、反射波が有る状態、すなわち効率的なプラズマ放電状態でないことを検知して、処理をステップＳ７へ進める。
そして、ステップＳ７において、整合制御装置３１は、インピーダンスＺ1を中心にして、図示しないモータを駆動させて、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の各キャパシタンスを微調整し、すなわち、インピーダンスＺ1の値を中心として、整合回路２Ａの出力インピーダンスの数値を上下に反復させ調整する。
【００４１】
このとき、整合制御装置３１は、反復する毎に、インピーダンスＺ1の値を中心として上下にずらす値を順次大きくして、１回数値をずらす毎（ここで、上側または下側の一方にずらす場合を１回とする）に、効率的なプラズマ放電状態であるか否かの判定を行うため、処理をステップＳ６へ戻す。
次に、ステップＳ８において、整合制御装置３１は、所定の時間が経過してプラズマ処理が終了、または作業者がプラズマ処理を終了させるか否かの検出を行う。
このとき、整合制御装置３１は、プロセス終了を検出した場合、高周波電源１からの電力の供給を停止してプラズマ処理を終了する。
一方、整合制御装置３１は、プロセス終了を検出しない場合、処理をステップＳ６へ進める。
【００４２】
上述した本願発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置は、プラズマ処理室ＣＮのプラズマ放電前の負荷インピーダンスであるインピーダンスＺ0の数値を記憶部３２に記憶させ、整合制御装置３１が、高周波電源１からの高周波電力投入時に、記憶部３２からインピーダンスＺ0を読み込み、整合回路２Ａを構成するロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５各々のキャパシタンスを調整することにより、高周波電力の投入から、インピーダンスＺ0への調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００４３】
また、本願発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置は、整合制御装置３１が反射波測定器３０からの検出信号により、プラズマ処理室ＣＮにおける放電開始を検出し、整合制御装置３１がプラズマ放電の発生を検出すると、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ1に対して整合させ、例えば、プラズマ処理室ＣＮのプラズマ放電前及び後のインピーダンスＺ0，Ｚ1各々を記憶部３２に記憶させておき、整合制御装置３１が高周波電源１からの高周波電力投入時に、記憶部３２から放電前のインピーダンスＺ0を読み出し、整合回路２Ａのロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５のキャパシタンスを調整することにより、放電開始前のインピーダンスＺ0に調整し、プラズマ放電が開始されたことを検出した後、放電後のインピーダンスＺ1へ調整することにより、インピーダンスＺ0からインピーダンスＺ1への調整が容易に行え、放電開始前から放電開始後において、効率的なプラズマ放電状態へ移行させるまでの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００４４】
さらに、本発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置の駆動方法は、放電前のプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスＺ0に、整合回路２Ａの出力インピーダンスの整合が行われる第１の整合回路調整過程と、高周波電力が高周波電源１からプラズマ処理室ＣＮに供給される電力供給過程と、プラズマ処理室ＣＮ内での高周波電力によるプラズマ放電の検出を行うプラズマ放電検出過程と、放電中のプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスＺ1に、整合回路２Ａの出力インピーダンスの整合が行われる第２の整合回路調整過程とからなり、第１及び第２の整合回路検出過程において、記憶部３２に格納された、プラズマ処理室の放電前のインピーダンスＺ0に調整する変化量データＤ０，Ｅ０と、放電後のインピーダンスＺ1に調整する変化量データＤ１，Ｅ１とを各々呼び出し、整合回路２Ａの出力インピーダンスの調整を行うため、高周波電力の投入から放電開始まで、さらに放電開始から効率的なプラズマ放電状態までの調整の時間を大幅に短縮することができ、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
図６は本発明の第２の実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成を示す概念図である。第１の実施形態の図１のプラズマ処理装置と同様な構成については同一の符号を付し、この構成の説明を省略する。
本願発明の主要な構成要素である、マッチングボックス２周辺の反射波測定器３０，整合制御装置３３，記憶部３４及び演算器３５について詳述する。
高周波電源１は、反射波測定器３０及びマッチングボックス２を介してプラズマ処理室ＣＮに、プラズマ放電のための電力を供給する。
整合回路２Ａは、マッチングボックス２内に格納され、高周波電源１の出力インピーダンスとプラズマ処理室ＣＮの負荷インピーダンスとの整合をとる。
この整合回路２Ａは、ロードコンデンサ２０６，チューニングインダクタ２０４及びチューニングコンデンサ２０５から構成されている。
【００４６】
ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５は、図示しないモータの回転などにより、各々キャパシタンスの値が調整可能な可変コンデンサであり、整合制御装置３３が上記モータを各々駆動することにより、キャパシタンスの値が調整される。
記憶部３４には、予め測定されたインピーダンスＺ0とインピーダンスＺ1とに調整する数値が記憶されている。
ここで、ロードコンデンサ２０６に対しての上記数値は、整合制御装置３３が調整する変化量、例えば、モータの回転量及び回転方向を示す変化量データＤ０（インピーダンスＺ0に対応），Ｄ１（インピーダンスＺ1に対応）である。
【００４７】
また、チューニングコンデンサ２０５に対しての上記数値は、整合制御装置３３が調整する変化量、例えば、モータの回転量及び回転方向を示す変化量データＥ０（インピーダンスＺ0に対応），Ｅ１（インピーダンスＺ1に対応）である。
上記変化量データＤ０，Ｅ０は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の基本位置からの調整量を示している。
上記変化量データＤ１，Ｅ１は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５において、変化量データＤ０，Ｅ０による調整位置からの調整量を示している。
このため、整合制御装置３３は、プラズマ処理が終了した後、モータを駆動させて、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の調整位置を基本位置に戻す。
【００４８】
整合制御装置３３は、プラズマ放電前の段階において、変化量データＤ０及びＥ０に基づき、ロードコンデンサ２０６，チューニングコンデンサ２０５各々のモータを駆動して、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ0に調整する。
一方、整合制御装置３３は、インピーダンスＺ0に調整後に、反射波測定器３０が反射波を検出することにより、プラズマ放電が発生したことを検知し、変化量データＤ１及びＥ１に基づき、ロードコンデンサ２０６，チューニングコンデンサ２０５各々のモータを駆動して、整合回路２Ａの出力インピーダンスをインピーダンスＺ1に調整する。
また、整合制御装置３３は、インピーダンスＺ0またはインピーダンスＺ1に調整した後、反射波測定器３０の検出する反射波の電力値（例えば、スプリアス電力として検出）が最小となるように、整合回路２Ａのロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の微調整を行う。
【００４９】
整合制御装置３３は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５において、インピーダンスＺ0の調整位置からインピーダンスＺ1への調整位置への変化量を、各々新しい変化量データＤ１，Ｅ１として、記憶部３４の変化量データＤ１，Ｅ１へ上書きして、変化量データの更新を行う。
インピーダンス測定器ＡＮは、プラズマ処理が終了し、高周波電源１が高周波電力の供給を停止した後、プラズマ処理室ＣＮの放電前の負荷インピーダンスとしてインピーダンスＺ0を測定する。
演算器３５は、インピーダンスと、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５の調整位置との関係を示す関数、またはテーブルに基づき、上記インピーダンスＺ0から変化量データＤ０，Ｅ０の演算を行う。
整合制御装置３３は、演算された上記変化量データＤ０，Ｅ０を各々新しい変化量データＤ１，Ｅ１として、記憶部３４の変化量データＤ０，Ｅ０へ上書きして、変化量データの更新を行う。
【００５０】
次に、図６及び図７を参照し、第２の実施形態の動作例を説明する。図７は、図６のプラズマ処理装置の動作例を説明するフローチャートである。
ステップＳ１１〜ステップ１７までの各々の処理は、ステップＳ１〜ステップＳ７の各々の処理と同様のため、説明を省略する。
上記各ステップにおいて、整合制御装置３３は整合制御装置３１と同様な動作を行い、記憶部３４は記憶部３２と同様な動作を行う。
ステップＳ１８において、整合制御装置３３は、所定の時間が経過してプラズマ処理が終了、または作業者がプラズマ処理を終了させるか否かの検出を行う。
このとき、整合制御装置３３は、プロセス終了を検出した場合、高周波電源１からの電力の供給を停止してプラズマ処理の処理を終了し、処理をステップＳ１９へ進める。
一方整合制御装置３３は、プロセス終了を検出しない場合、処理をステップＳ１６へ進める。
【００５１】
次に、ステップＳ１９において、整合制御装置３３は、ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５において、インピーダンスＺ0の調整位置からインピーダンスＺ1への調整位置への変化量を検出して、検出された変化量データを、各々新しい変化量データＤ１，Ｅ１として、記憶部３４の変化量データＤ１，Ｅ１へ上書きして、変化量データの更新を行う。
そして、ステップＳ２０において、インピーダンス測定器ＡＮは、プラズマ処理室ＣＮの負荷インピーダンス、すなわちプラズマ放電前のインピーダンスＺ0の測定を行う。
このとき、インピーダンス測定器ＡＮは、スイッチＳＷ１をオフ状態とし、スイッチＳＷ２をオン状態として、インピーダンスＺ0の測定を行う。
インピーダンス測定器ＡＮは、通常、すなわちプラズマ処理を行う場合、スイッチＳＷ１をオン状態とし、スイッチＳＷ２をオフ状態とする。
なお、スイッチＳＷ１〜点Ｂ（図６）までのインピーダンスと、スイッチＳＷ２〜上記点Ｂまでのインピーダンスとは、一致するように設計されている。
【００５２】
次に、ステップＳ２１において、演算器３５は、測定されたインピーダンスＺ0に基づき、変化量データＤ０，Ｅ０の演算を行う。
そして、ステップＳ２２において、整合制御装置３３は、演算された変化量データＤ０，Ｅ０各々を、新しい変化量データＤ０，変化量データＥ０として、記憶部３４の各々対応する変化量データＤ０，Ｅ０へ上書きして、変化量データの更新を行う。
そして、インピーダンス測定器ＡＮはスイッチＳＷ１をオン状態とし、スイッチＳＷ２をオフ状態とし、プラズマ処理装置はプラズマ処理の処理を終了する。
【００５３】
本願発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置は、第１の実施形態の効果に加え、プラズマ処理室ＣＮに、このプラズマ処理室ＣＮの放電前のインピーダンスＺ0の測定を行う測定端子６１が設けられているので、放電前のインピーダンスＺ0が、プラズマ処理室ＣＮの使用時間に対応して変化した場合であっても、所定の時間毎（またはプラズマ処理の終了時毎）に測定して、記憶部３４の放電前のインピーダンスＺ0とする変化量データＤ０，Ｅ０の値を更新することにより、常に、高周波電力の投入から、各ロードコンデンサ２０６及びチューニングコンデンサ２０５のキャパシタンスを調整する調整位置を、基本位置から放電開始前のプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスＺ0となる調整位置への調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能である。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置によれば、高周波電源とプラズマ処理室とのインピーダンス整合をとる整合回路と、プラズマ生成のための放電前に、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電していない状態の前記プラズマ処理室のインピーダンスに整合させる整合回路調整手段を具備しており、例えば、プラズマ処理室のプラズマ放電前のインピーダンスを記憶部に記憶させ、整合回路調整手段が、高周波電源からの高周波電力投入時に、上記記憶部から放電前のインピーダンスを呼び出し、整合回路を構成する各素子のパラメータを調整することにより、高周波電力の投入から、放電開始前のプラズマ処理室のインピーダンスへの調整が容易に行え、放電開始までの時間を短縮でき、プラズマ処理の生産性を向上させることが可能であり、かつ成膜装置の場合、成膜初期に発生する厚さ方向の不均質さを小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明の第１の実施形態によるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理室ユニットの概略構成を示す断面図である。
【図２】 図１のプラズマ処理装置の整合制御装置３１の動作例を示すフローチャートである。
【図３】 インピーダンス測定具の構成を示す概念図である。
【図４】 図３に示したインピーダンス測定具を用いて、図１に示したプラズマ処理室ＣＮのインピーダンスを測定する方法を示す図である。
【図５】 インピーダンス測定具に用いたプローブ１０５の構成を示す概念図である。
【図６】 本願発明の第２の実施形態によるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理室ユニットの概略構成を示す断面図である。
【図７】 図６のプラズマ処理装置の整合制御装置３３の動作例を示すフローチャートである。
【図８】 従来例によるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理室ユニットの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 高周波電源
２ マッチングボックス
２Ａ 整合回路
３ 給電板
４ プラズマ励起電極
５ シャワープレート
６ 空間
７ 孔
８ ウェハサセプタ
９ 絶縁体
１０ チャンバ壁
１１ ベローズ
１３ シャフト
１６ 基板
１７ ガス導入管
２１ シャーシ
３０ 反射波測定器
３１，３３ 整合制御装置
３２，３４ 記憶部
３５ 演算器
６０ チャンバ室
２０４ チューニングインダクタ
２０５ チューニングコンデンサ
２０６ ロードコンデンサ
ＡＮ インピーダンス測定器
ＣＮ プラズマ処理室
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
Claims (7)
- 高周波電源と、プラズマ処理室と、前記高周波電源と前記プラズマ処理室とのインピーダンス整合をとる整合回路と、プラズマ生成のための放電前に、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電していない状態であって、他の機器と切り離した状態で測定された前記プラズマ処理室固有のインピーダンスに整合させる整合回路調整手段と、前記プラズマ処理室固有のインピーダンスを記憶する記憶部とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
- 前記プラズマ処理室における放電開始を検出する放電検知手段を有し、前記整合回路調整手段が前記放電検出手段の放電の検出に基づき、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダンスに対して整合させる機能を備え、前記記憶部に更に放電後に他の機器と切り離した状態で測定された前記プラズマ処理室のインピーダンスが記憶されてなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
- 前記プラズマ処理室に、放電前のこのプラズマ処理室のインピーダンスの測定を行う測定端子が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
- 高周波電源と、プラズマ処理室と、前記高周波電源と前記プラズマ処理室とのインピーダンス整合をとる整合回路と、プラズマ生成のための放電前に、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電していない状態であって、他の機器と切り離した状態で測定された前記プラズマ処理室固有のインピーダンスに整合させる整合回路調整手段を具備するプラズマ処理装置の駆動方法であって、放電前のプラズマ処理室のインピーダンスに、整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第１の整合回路調整過程と、高周波電力が前記プラズマ処理室に供給される電力供給過程と、前記プラズマ処理室内での前記高周波電力による放電の検出を行う放電検出過程と、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダンスに、前記整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第２の整合回路調整過程とを有することを特徴とするプラズマ処理装置の駆動方法。
- 高周波電源と、プラズマ処理室と、前記高周波電源と前記プラズマ処理室とのインピーダンス整合をとる整合回路と、プラズマ生成のための放電前に、前記整合回路の出力インピーダンスを、放電していない状態であって、他の機器と切り離した状態で測定された前記プラズマ処理室固有のインピーダンスに整合させる整合回路調整手段とを具備するプラズマ処理装置を用いて行うプラズマ処理方法であって、放電前のプラズマ処理室のインピーダンスに、整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第１の整合回路調整過程と、高周波電力が前記プラズマ処理室に供給される電力供給過程と、前記プラズマ処理室内での前記高周波電力による放電の検出を行う放電検出過程と、放電中の前記プラズマ処理室のインピーダンスに、前記整合回路の出力インピーダンスの整合が行われる第２の整合回路調整過程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
- 前記放電前のプラズマ処理室のインピーダンスと、前記放電後に他の機器と切り離した状態で測定されたプラズマ処理室のインピーダンスを前記記憶部に記憶し、電力投入時に前記放電前のプラズマ処理室のインピーダンスを呼び出し、放電開始時に前記放電後のプラズマ処理室のインピーダンスを呼び出すことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置の駆動方法。
- 前記放電前のプラズマ処理室のインピーダンスと、前記放電後に他の機器と切り離した状態で測定されたプラズマ処理室のインピーダンスを前記記憶部に記憶し、電力投入時に前記放電前のプラズマ処理室のインピーダンスを呼び出し、放電開始時に前記放電後のプラズマ処理室のインピーダンスを呼び出すことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理方法。
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