JP7607539B2 - プラズマ処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置及び処理方法に関するものである。

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

特開２００９－２４６０９１号公報

本開示は、プラズマの生成において可変周波数を有する高周波電力を発生する高周波電源を用いるプラズマ処理装置において、高周波電源の負荷のインピーダンスの整合状態を反映する信号から不要な成分を除去する技術を提供する。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、バイアス電源、整合器、高周波電源、センサ、及びフィルタを備える。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。バイアス電源は、チャンバ内で生成されたプラズマから基板支持部上に載置された基板にイオンを引き込むために、電気バイアスエネルギーを基板支持部の電極に供給するように構成されている。電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有する。電気バイアスエネルギーの周期は、バイアス周波数の逆数である時間長を有する。整合器は、整合回路を有する。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するためにその周波数が可変の高周波電力を整合器を介して供給するように構成されている。高周波電源は、電気バイアスエネルギーの周期内の複数の位相期間の各々における高周波電力の周波数を調節するように構成されている。センサは、高周波電源の負荷のインピーダンスの整合状態からのずれを反映する電気信号を検出するように構成されている。フィルタは、複数の位相期間の各々においてセンサによって検出される電気信号から高周波電力と電気バイアスエネルギーとの相互変調歪み成分を除去することによりフィルタリングされた信号を生成するように構成されている。

一つの例示的実施形態によれば、プラズマの生成において可変周波数を有する高周波電力を発生する高周波電源を用いるプラズマ処理装置において、高周波電源の負荷のインピーダンスの整合状態を反映する信号から不要な成分を除去することが可能となる。

一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における高周波電源の構成例を示す図である。 電気バイアスエネルギー及び高周波電力の周波数の一例のタイミングチャートである。 電気信号の周波数スペクトルの例を示す図である。 一つの例示的実施形態に係る処理方法の流れ図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置において採用され得る別の例のフィルタの構成を示す図である。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、バイアス電源、整合器、高周波電源、センサ、及びフィルタを備える。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。バイアス電源は、チャンバ内で生成されたプラズマから基板支持部上に載置された基板にイオンを引き込むために、電気バイアスエネルギーを基板支持部の電極に供給するように構成されている。電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有する。電気バイアスエネルギーの周期は、バイアス周波数の逆数である時間長を有する。整合器は、整合回路を有する。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するためにその周波数が可変の高周波電力を整合器を介して供給するように構成されている。高周波電源は、電気バイアスエネルギーの周期内の複数の位相期間の各々における高周波電力の周波数を調節するように構成されている。センサは、高周波電源の負荷のインピーダンスの整合状態からのずれを反映する電気信号を検出するように構成されている。フィルタは、複数の位相期間の各々においてセンサによって検出される電気信号から高周波電力と電気バイアスエネルギーとの相互変調歪み成分を除去することによりフィルタリングされた信号を生成するように構成されている。

上記実施形態では、高周波電力の周波数が、電気バイアスエネルギーの周期内の複数の位相期間において調節される。複数の位相期間の各々において、高周波電源の負荷のインピーダンスの整合状態からのずれを反映する電気信号からは、高周波電力の周波数に応じて相互変調歪み成分が除去される。したがって、プラズマの生成において可変周波数を有する高周波電力を発生する高周波電源を用いるプラズマ処理装置において、高周波電源の負荷のインピーダンスの整合状態を反映する電気信号から不要な成分を除去することが可能となる。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、複数の位相期間の各々において、フィルタリングされた信号に基づいて高周波電源の負荷のインピーダンスを整合状態に近づけるよう、高周波電力の周波数を調節するように構成されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、センサによって検出される電気信号は、高周波電力の負荷からの反射波のパワーを表す信号を含んでいてもよい。

一つの例示的実施形態において、センサによって検出される電気信号は、高周波電力の伝送路上で測定される電圧及び電流表す信号を含んでいてもよい。

一つの例示的実施形態において、高周波電源は、発振器及び増幅器を含んでいてもよい。発振器は、高周波信号を発生するように構成されている。増幅器は、高周波信号を増幅して高周波電力を発生するように構成されている。プラズマ処理装置は、ミキサを更に含んでいてもよい。ミキサは、高周波信号と電気信号とを互いに混合して混合信号を生成するように構成されている。フィルタは、混合信号からフィルタリングされた信号を生成するように構成されており、その中心周波数が０である通過帯域を有する。フィルタの通過帯域の幅は、バイアス周波数よりも小さい。

一つの例示的実施形態において、フィルタは、互いに異なる通過帯域を有する複数のフィルタを含んでいてもよい。複数のフィルタのうち複数の位相期間の各々における高周波電力の周波数をその通過帯域に含むフィルタが電気信号に適用されてもよい。

一つの例示的実施形態において、電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有するバイアス高周波電力であってもよい。或いは、電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数の逆数である時間長を有する時間間隔で周期的に発生される電圧のパルス又は周期的に発生される任意の波形の電圧を含んでいてもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、基板支持部の上方に設けられた上部電極を更に含んでいてもよい。高周波電源は、整合器を介して基板支持部の電極又は上部電極に電気的に接続されていてもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、電気バイアスエネルギーの伝送路上で電気バイアスエネルギーの電圧を検出するように構成された電圧センサを更に備えていてもよい。高周波電源は、電圧センサによって検出される電圧に基づいて電気バイアスエネルギーの周期及び複数の位相期間を特定するように構成されていてもよい。

別の例示的実施形態において、信号処理方法が提供される。信号処理方法は、（ａ）プラズマ処理装置のチャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電源から整合器を介して高周波電力を供給する工程（ａ）を含む。プラズマ処理装置は、チャンバ内に設けられた基板支持部を含む。信号処理方法は、プラズマから基板支持部上に載置された基板にイオンを引き込むために、電気バイアスエネルギーを基板支持部の電極に供給する工程（ｂ）を更に含む。信号処理方法は、センサを用いて、高周波電源の負荷のインピーダンスの整合状態からのずれを反映する電気信号を検出する工程（ｃ）を更に含む。信号処理方法は、フィルタを用いて、電気信号からフィルタリングされた信号を生成する工程（ｄ）を更に含む。電気バイアスエネルギーはバイアス周波数を有し、電気バイアスエネルギーの周期はバイアス周波数の逆数である時間長を有する。高周波電力の周波数は可変である。工程（ａ）において、電気バイアスエネルギーの周期内の複数の位相期間の各々における高周波電力の周波数が調節される。工程（ｄ）において、フィルタリングされた信号は、複数の位相期間の各々における電気信号から高周波電力と電気バイアスエネルギーとの相互変調歪み成分を除去することにより生成される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

プラズマ処理装置１は、高周波電源３１及びバイアス電源３２を更に備えている。以下、図２と共に、図３及び図４を参照する。図３は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における高周波電源の構成例を示す図である。図４は、電気バイアスエネルギー及び高周波電力の周波数の一例のタイミングチャートである。

高周波電源３１は、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成するために、高周波電力ＲＦ（即ち、ソース高周波電力）を整合器３１ｍを介して高周波電極に供給するように構成されている。高周波電力ＲＦの周波数、即ちソース周波数ｆ_ＲＦは、可変である。高周波電力ＲＦは、例えば、１３ＭＨｚ以上、１５０ＭＨｚ以下のソース周波数ｆ_ＲＦを有する。

高周波電源３１は、整合器３１ｍを介して高周波電極に電気的に接続されている。一実施形態において、高周波電極は、基板支持部１１の電極であってもよい。高周波電極は、基台１１１ｅであってもよい。整合器３１ｍは、整合回路を含んでいる。整合器３１ｍの整合回路は、可変インピーダンスを有する。整合器３１ｍの整合回路は、制御部２又は後述する制御部３６によって制御される。整合器３１ｍの整合回路のインピーダンスは、高周波電源３１の負荷側のインピーダンスを高周波電源３１の出力インピーダンスに整合させるように調整される。なお、高周波電極は、基台１１１ｅとは別の、基板支持部１１内に設けられた電極であってもよい。或いは、高周波電極は、上部電極であってもよい。

バイアス電源３２は、チャンバ１０内で生成されたプラズマから基板支持部１１上に載置された基板Ｗにイオンを引き込むために、電気バイアスエネルギーＢＥを基板支持部１１のバイアス電極に供給するように構成されている。バイアス電極は、基台１１１ｅであってもよい。バイアス電極は、基台１１１ｅとは別の、基板支持部１１の中に設けられた電極であってもよい。電気バイアスエネルギーＢＥは、バイアス周波数ｆ_Ｂを有する。電気バイアスエネルギーの周期ＣＹ（即ち、バイアス周期）は、バイアス周波数ｆ_Ｂの逆数である時間長を有する。バイアス周波数ｆ_Ｂは、例えば１００ｋＨｚ以上、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数である。

一実施形態において、電気バイアスエネルギーＢＥは、バイアス周波数ｆ_Ｂを有する高周波電力、即ちバイアス高周波電力ＬＦであってもよい。バイアス高周波電力ＬＦは、周期ＣＹにおいて正弦波状の波形を有する。電気バイアスエネルギーＢＥがバイアス高周波電力ＬＦである場合には、バイアス電源３２は、整合器３２ｍを介してバイアス電極に接続される。整合器３２ｍは、整合回路を含んでいる。整合器３２ｍの整合回路は、可変インピーダンスを有する。整合器３２ｍの整合回路は、制御部２又は制御部３６によって制御される。整合器３２ｍの整合回路のインピーダンスは、バイアス電源３２の負荷側のインピーダンスをバイアス電源３２の出力インピーダンスに整合させるように調整される。

別の実施形態において、電気バイアスエネルギーＢＥは、バイアス周波数ｆ_Ｂの逆数である時間長を有する時間間隔（即ち、周期ＣＹ）で周期的に発生される電圧のパルスＰＶ又は任意の波形の電圧であってもよい。電気バイアスエネルギーＢＥとして用いられる電圧のパルスＰＶは、負の電圧のパルス又は負の直流電圧のパルスであってもよい。電圧のパルスＰＶは、三角波、矩形波といった任意の波形を有していてもよい。電気バイアスエネルギーＢＥとして電圧のパルスＰＶが用いられる場合には、整合器３２ｍの代わりに、高周波電力ＲＦを遮断するフィルタが、バイアス電源３２とバイアス電極との間で接続されていてもよい。

一実施形態において、高周波電源３１は、発振器３１ｇ、増幅器３１ａ、フィルタ３３、ミキサ３４、フィルタ３５、及び制御部３６を含んでいてもよい。なお、フィルタ３３、ミキサ３４、フィルタ３５、及び制御部３６は、高周波電源３１から分離された要素であってもよい。

発振器３１ｇは、高周波信号を発生するように構成されている。高周波信号は、制御部３６によって指定されるソース周波数ｆ_ＲＦを有する。増幅器３１ａは、発振器３１ｇによって生成された高周波信号を増幅して、高周波電力ＲＦを生成する。増幅器３１ａの増幅率は、制御部３６によって制御される。

制御部３６は、プロセッサから構成されている。制御部３６は、制御部２と通信可能に接続されている。ソース周波数ｆ_ＲＦ及び増幅器３１ａの増幅率は、初期的には記憶部２ａ２に記憶されたレシピデータに応じて制御部２から制御部３６に指定され得る。制御部３６は、高周波電源３１とバイアス電源３２との間の同期のために、同期信号をバイアス電源３２に送信し得る。

プラズマ処理装置１では、図４に示すように、電気バイアスエネルギーＢＥの周期ＣＹは、複数の位相期間ＳＰ、即ちＮ個の位相期間ＳＰ_１～ＳＰ_Ｎに分割される。位相期間ＳＰ_１～ＳＰ_Ｎそれぞれの時間長は予め定められている。位相期間ＳＰ_１～ＳＰ_Ｎそれぞれの時間長は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。

プラズマ処理装置１では、高周波電力ＲＦが供給され、電気バイアスエネルギーＢＥが供給されている期間において、周期ＣＹの中の複数の位相期間ＳＰの各々におけるソース周波数ｆ_ＲＦが調節される。即ち、周期ＣＹ内のｎ番目の位相期間ＳＰ_ｎにおけるソース周波数ｆ_ＲＦｎが調整される。ここで、「ｎ」は、１～Ｎの整数である。複数の位相期間ＳＰの各々におけるソース周波数ｆ_ＲＦ、即ちソース周波数ｆ_ＲＦｎは、制御部３６から指定される。なお、図４に示す例では、位相期間ＳＰ_３、ＳＰ_５、ＳＰ_Ｎそれぞれのソース周波数ｆ_ＲＦ３、ｆ_ＲＦ５、ｆ_ＲＦＮは、ｆ_０、ｆ_Ｂ、ｆ_Ａである。発振器３１ｇは、複数の位相期間ＳＰの各々において、制御部３６から指定されたソース周波数ｆ_ＲＦを有する高周波信号を発生する。

高周波電源３１において、周期ＣＹ及び複数の位相期間ＳＰは、制御部３６によって特定され得る。一実施形態においては、制御部３６は、方向性結合器３２ｄにおいて取得される電気バイアスエネルギーＢＥの進行波のパワーから周期ＣＹを特定し、周期ＣＹを分割することにより複数の位相期間ＳＰを特定してもよい。方向性結合器３２ｄは、バイアス電源３２と整合器３２ｍとの間に接続され得る。

或いは、制御部３６は、電圧センサ３２ｖによって検出される電圧に基づいて、周期ＣＹを特定し、周期ＣＹを分割することにより複数の位相期間ＳＰを特定してもよい。電圧センサ３２ｖは、電気バイアスエネルギーＢＥの伝送路上で電気バイアスエネルギーＢＥの電圧を検出するように構成されている。電圧センサ３２ｖは、整合器３２ｍとバイアス電極との間の伝送路上で電気バイアスエネルギーＢＥの電圧を検出してもよい。

プラズマ処理装置１では、複数の位相期間ＳＰの各々において高周波電力ＲＦの伝送路上でセンサによって一つ以上の電気信号が取得される。そして、複数の位相期間ＳＰの各々において、取得された一つ以上の電気信号に基づいて、インピーダンス整合が行われる。一つ以上の電気信号は、高周波電源３１の負荷のインピーダンスの整合状態からのずれを反映する。

一つ以上の電気信号は、高周波電力の負荷からの反射波のパワーＰｒを表す信号を含んでいてもよい。一つ以上の電気信号は、高周波電力の負荷からの進行波のパワーＰｆを表す信号を更に含んでいてもよい。反射波のパワーＰｒを表す信号及び進行波のパワーＰｆを表す信号は、方向性結合器３１ｄによって取得される。方向性結合器３１ｄは、高周波電源３１と整合器３１ｍとの間で接続されている。方向性結合器３１ｄは、増幅器３１ａの一部であってもよい。或いは、方向性結合器３１ｄは、整合器３１ｍの一部であってもよい。

一つ以上の電気信号は、高周波電力ＲＦの伝送路上で測定される高周波電力ＲＦの電圧Ｖ_ＲＦを表す信号及び電流Ｉ_ＲＦを表す信号を含んでいてもよい。電圧Ｖ_ＲＦを表す信号及び電流Ｉ_ＲＦを表す信号はセンサ３１ｅによって測定される。センサ３１ｅは、整合器３１ｍの一部であってもよい。

一つ以上の電気信号の各々は、高調波成分を含む。高調波成分の周波数は、ｆ_ＲＦ±ｋ×ｆ_ＲＦである。ｋは、自然数であり、１，２，３，・・・である。また、一つ以上の電気信号の各々は、高周波電力ＲＦと電気バイアスエネルギーＢＥとの相互変調歪み成分を含む。図５は、電気信号の周波数スペクトルの例を示す図である。図５に示すように、相互変調歪み成分の周波数は、ｆ_ＲＦ±ｍ×ｆ_Ｂである。ｍは、自然数であり、１，２，３，・・・である。

プラズマ処理装置１では、複数の位相期間ＳＰの各々において取得された一つ以上の電気信号から一つ以上の信号Ｓ_ＦＩが生成される。このために、フィルタ３３、ミキサ３４、及びフィルタ３５が用いられる。

フィルタ３３は、一つ以上の電気信号の各々から高調波成分を除去する。フィルタ３３により、一つ以上の電気信号から一つ以上の信号Ｓ_ＰＦが生成される。一つ以上の信号Ｓ_ＰＦの各々は、ミキサ３４に入力される。なお、一つ以上の電気信号の各々が、ミキサ３４に入力されてもよい。この場合には、プラズマ処理装置１は、フィルタ３３を含んでいなくてもよい。

ミキサ３４は、一つ以上の信号Ｓ_ＰＦの各々又は一つ以上の電気信号の各々と発振器３１ｇによって生成された高周波信号とを混合する。ミキサ３４により、一つ以上の信号Ｓ_ＰＦ又は一つ以上の電気信号から、一つ以上の混合信号Ｓ_ＭＩＸが生成される。一つ以上の混合信号Ｓ_ＭＩＸの各々は、対応の信号Ｓ_ＰＦ又は対応の電気信号の周波数を、ｆ_ＲＦだけ負の方向にシフトさせた中間周波数信号である。混合信号Ｓ_ＭＩＸにおいてソース周波数ｆ_ＲＦに対応する中間周波数は、０である。

フィルタ３５は、一つ以上の混合信号Ｓ_ＭＩＸの各々から相互歪み変調成分を除去する。混合信号Ｓ_ＭＩＸにおいて、相互変調歪み成分の周波数は、０±ｍ×ｆ_Ｂである。ｍは、自然数であり、１，２，３，４，５，・・・である。フィルタ３５により、一つ以上の混合信号Ｓ_ＭＩＸから一つ以上のフィルタリングされた信号、即ち一つ以上の信号Ｓ_ＦＩが生成される。フィルタ３５の通過帯域の中心周波数は０である。フィルタ３５の通過帯域は、中心周波数－Ｗｆ／２と中心周波数＋Ｗｆ／２との間の帯域である。Ｗｆは、フィルタ３５の通過帯域の幅である。Ｗｆ／２は、ｆ_Ｂよりも小さい。Ｗｆは、ｆ_Ｂよりも小さくてもよい。

プラズマ処理装置１では、複数の位相期間ＳＰの各々、即ち位相期間ＳＰ_ｎにおいて取得された一つ以上の信号Ｓ_ＦＩｎに基づいて、インピーダンス整合が行われる。ここで、Ｓ_ＦＩｎは、位相期間ＳＰ_ｎにおける一つ以上の信号Ｓ_ＦＩを表しており、ｎは、１～Ｎの整数の整数である。インピーダンス整合は、各周期の位相期間ＳＰ_ｎにおいて、一つ以上の信号Ｓ_ＦＩｎに基づいてリアルタイムに実行されてもよい。或いは、ある周期ＣＹ内で取得された一つ以上の信号Ｓ_ＦＩｎに基づくインピーダンス整合は、後の周期ＣＹの位相期間ＳＰ_ｎにおいて行われてもよい。インピーダンス整合においては、制御部３６によりプラズマ処理装置１の各部が制御される。

一実施形態では、高周波電源は、一つ以上の信号Ｓ_ＦＩｎに基づいて高周波電源３１の負荷のインピーダンスを整合状態に近づけるよう、ソース周波数ｆ_ＲＦｎを調節する。ソース周波数ｆ_ＲＦｎは、制御部３６によって発振器３１ｇに指定される。

一実施形態では、位相期間ＳＰ_ｎにおける電気信号として反射波のパワーＰｒを表す信号が用いられる。この実施形態では、位相期間ＳＰ_ｎにおける反射波のパワーＰｒを表す信号から信号Ｓ_ＦＩｎが取得される。そして、制御部３６により、信号Ｓ_ＦＩｎから位相期間ＳＰ_ｎにおける反射波のパワーＰｒが求められる。例えば、フィルタ３５の通過帯域における信号Ｓ_ＦＩｎの信号強度の積分値が、位相期間ＳＰ_ｎにおける反射波のパワーＰｒとして求められる。そして、求められた反射波のパワーＰｒを低減させるように設定されたソース周波数ｆ_ＲＦｎが、制御部３６によって発振器３１ｇに指定される。

別の実施形態では、位相期間ＳＰ_ｎにおける電気信号として反射波のパワーＰｒを表す信号及び進行波のパワーＰｆを表す信号が用いられる。この実施形態では、位相期間ＳＰ_ｎにおける反射波のパワーＰｒを表す信号、進行波のパワーＰｆを表す信号から二つの信号Ｓ_ＦＩｎが取得される。二つの信号Ｓ_ＦＩｎのうち第１の信号Ｓ１_ＦＩｎは、反射波のパワーＰｒを表す電気信号から生成され、二つの信号Ｓ_ＦＩｎのうち第２の信号Ｓ２_ＦＩｎは、進行波のパワーＰｆを表す電気信号から生成される。そして、制御部３６により、二つの信号Ｓ_ＦＩｎから位相期間ＳＰ_ｎにおける反射波のパワーＰｒ及び進行波のパワーＰｆが求められる。例えば、フィルタ３５の通過帯域における第１の信号Ｓ１_ＦＩｎの信号強度の積分値が、位相期間ＳＰ_ｎにおける反射波のパワーＰｒとして求められる。また、フィルタ３５の通過帯域における第２の信号Ｓ２_ＦＩｎの信号強度の積分値が、位相期間ＳＰ_ｎにおける進行波のパワーＰｆとして求められる。そして、求められた進行波のパワーＰｆに対する反射波のパワーＰｒの比の値を低減させるように設定されたソース周波数ｆ_ＲＦｎが、制御部３６によって発振器３１ｇに指定される。

更に別の実施形態では、位相期間ＳＰ_ｎにおける電気信号として電圧Ｖ_ＲＦを表す信号及び電流Ｉ_ＲＦを表す信号が用いられる。この実施形態では、位相期間ＳＰ_ｎにおける電圧Ｖ_ＲＦを表す信号、電流Ｉ_ＲＦを表す信号から二つの信号Ｓ_ＦＩｎが取得される。二つの信号Ｓ_ＦＩｎのうち第１の信号Ｓ１_ＦＩｎは、電圧Ｖ_ＲＦを表す電気信号から生成され、二つの信号Ｓ_ＦＩｎのうち第２の信号Ｓ２_ＦＩｎは、電流Ｉ_ＲＦを表す電気信号から生成される。そして、制御部３６により、二つの信号Ｓ_ＦＩｎから位相期間ＳＰ_ｎにおける電圧Ｖ_ＲＦ、電流Ｉ_ＲＦがそれぞれ求められる。例えば、フィルタ３５の通過帯域における第１の信号Ｓ１_ＦＩｎの信号強度の積分値が、位相期間ＳＰ_ｎにおける電圧Ｖ_ＲＦとして求められる。また、フィルタ３５の通過帯域における第２の信号Ｓ２_ＦＩｎの信号強度の積分値が、位相期間ＳＰ_ｎにおける電流Ｉ_ＲＦとして求められる。そして、求められた電圧Ｖ_ＲＦ及び電流Ｉ_ＲＦから、制御部３６によって位相期間ＳＰ_ｎにおける高周波電源３１の負荷のインピーダンスが求められる。そして、求められた高周波電源３１の負荷のインピーダンスを整合ポイントに近づけるように設定されたソース周波数ｆ_ＲＦｎが、制御部３６によって発振器３１ｇに指定される。

なお、各実施形態においては、高周波電源３１の負荷のインピーダンスを整合状態に近づけるよう、整合器３１ｍの整合回路のインピーダンスが調節されてもよい。

プラズマ処理装置１では、ソース周波数ｆ_ＲＦが、電気バイアスエネルギーＢＥの周期ＣＹ内の複数の位相期間ＳＰの各々において調節される。複数の位相期間の各々において、高周波電源３１の負荷のインピーダンスの整合状態からのずれを反映する電気信号からは、ソース周波数ｆ_ＲＦに応じて相互変調歪み成分が除去される。したがって、プラズマの生成において可変周波数を有する高周波電力ＲＦを発生する高周波電源３１を用いるプラズマ処理装置１において、高周波電源３１の負荷のインピーダンスの整合状態を反映する電気信号から不要な成分を除去することが可能となる。また、プラズマ処理装置１では、電気信号から不要な成分が除去されることにより得られる信号に基づいてインピーダンス整合が行われる。したがって、複数の位相期間の各々において、高周波電力ＲＦからの反射波のパワーを効果的に抑制することが可能となる。

以下、図６を参照して、一つの例示的実施形態に係る処理方法について説明する。図６は、図６は、一つの例示的実施形態に係る処理方法の流れ図である。図６に示す処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、プラズマ処理装置１に適用され得る。方法ＭＴを行うために、プラズマ処理装置１の各部は制御部２によって制御される。方法ＭＴは、処理されるべき基板Ｗが基板支持部１１上に載置された状態で行われる。

方法ＭＴは、工程ＳＴａを含む。工程ＳＴａでは、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成するために高周波電源３１から整合器３１ｍを介して高周波電力が供給される。工程ＳＴａの期間においては、チャンバ１０内にガスを供給するようにガス供給部２０が制御される。工程ＳＴａの期間においては、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するように排気システム４０が制御される。また、工程ＳＴａにおいては、高周波電力ＲＦを供給するよう、高周波電源３１が制御される。

方法ＭＴは、工程ＳＴｂを更に含む。工程ＳＴｂでは、プラズマから基板支持部１１上に載置された基板Ｗにイオンを引き込むために、電気バイアスエネルギーＢＥが基板支持部１１のバイアス電極に供給される。工程ＳＴｂにおいては、電気バイアスエネルギーＢＥを供給するよう、バイアス電源３２が制御される。

方法ＭＴは、工程ＳＴｃを更に含む。工程ＳＴｃでは、センサ（例えば、方向性結合器３１ｄ及び／又はセンサ３１ｅ）を用いて、高周波電源３１の負荷のインピーダンスの整合状態からのずれを反映する一つ以上の電気信号が検出される。一つ以上の電気信号については、プラズマ処理装置１に関する上述の説明を参照されたい。

方法ＭＴは、工程ＳＴｄを更に含む。工程ＳＴｄでは、複数の位相期間ＳＰの各々、即ち位相期間ＳＰ_ｎにおける一つ以上の電気信号からフィルタリングされた信号、即ち一つ以上の信号Ｓ_ＦＩｎが生成される。一つ以上の信号Ｓ_ＦＩｎの生成には、上述したようにフィルタ３５が用いられる。

工程ＳＴａにおいては、位相期間ＳＰ_ｎにおける高周波電力ＲＦの周波数、即ちソース周波数ｆ_ＲＦｎが調節される。工程ＳＴｄにおいては、一つ以上の信号Ｓ_ＦＩｎは、上述したように、位相期間ＳＰ_ｎにおける一つ以上の電気信号から高周波電力ＲＦと電気バイアスエネルギーＢＥとの相互変調歪み成分を除去することにより生成される。

方法ＭＴは、工程ＳＴｅを更に含む。工程ＳＴｅでは、一つ以上の信号Ｓ_ＦＩｎに基づいて位相期間ＳＰ_ｎにおけるインピーダンス整合が行われる。インピーダンス整合の詳細については、プラズマ処理装置１に関する上述の説明を参照されたい。

以下、図７を参照する。図７は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置において採用され得る別の例のフィルタの構成を示す図である。プラズマ処理装置１においては、図７に示すフィルタ３５Ｂが、フィルタ３５に代えて用いられてもよい。フィルタ３５Ｂは、互いに異なる通過帯域を有する複数（Ｊ個）のフィルタ３５ｆ_１～３５ｆ_Ｊを含む。複数のフィルタ３５ｆ_１～３５ｆ_Ｊの中心周波数はそれぞれ、高周波電源３１に設定可能な複数のソース周波数である。複数のフィルタ３５ｆ_１～３５ｆ_Ｊの各々の通過帯域は、中心周波数－Ｗｆ／２と中心周波数＋Ｗｆ／２との間の帯域である。Ｗｆは、フィルタ３５の通過帯域の幅である。Ｗｆ／２は、ｆ_Ｂよりも小さい。

フィルタ３５Ｂは、セレクタ３５ｓを更に含む。セレクタ３５ｓは、複数のフィルタ３５ｆ_１～３５ｆ_Ｊのうち、位相期間ＳＰ_ｎにおけるソース周波数ｆ_ＲＦｎをその中心周波数として有するフィルタを選択し、選択したフィルタに一つ以上の混合信号Ｓ_ＭＩＸを入力する。これにより、位相期間ＳＰ_ｎにおいて、選択されたフィルタから一つ以上の信号Ｓ_ＦＩｎが出力される。

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

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

また、プラズマ処理装置１では、一つのセットのフィルタ３３、ミキサ３４、及びフィルタ３５（又はフィルタ３５Ｂ）を備えている。別の実施形態において、プラズマ処理装置は、複数個のセットのフィルタ３３、ミキサ３４、及びフィルタ３５を備えていてもよい。なお、セットの個数は、センサによって取得される電気信号の個数と同数である。

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

１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１１…基板支持部、３１…高周波電源、３１ｍ…整合器、３２…バイアス電源、３１ｄ…方向性結合器、３１ｅ…センサ、３５…フィルタ。

Claims (10)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
   前記チャンバ内で生成されたプラズマから前記基板支持部上に載置された基板にイオンを引き込むために、電気バイアスエネルギーを前記基板支持部の電極に供給するように構成されたバイアス電源であり、該電気バイアスエネルギーは１００ｋＨｚ以上、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数であるバイアス周波数を有し、該電気バイアスエネルギーの周期は、該電気バイアスエネルギーの波形の周期であり、該バイアス周波数の逆数である時間長を有する、該バイアス電源と、
   整合回路を有する整合器と、
   前記チャンバ内でガスから前記プラズマを生成するためにその周波数が可変の高周波電力を前記整合器を介して供給するように構成された高周波電源であり、前記電気バイアスエネルギーの前記周期内の複数の位相期間の各々における該高周波電力の周波数を調節するように構成された該高周波電源と、
   前記高周波電源の負荷のインピーダンスの整合状態からのずれを反映する電気信号を検出するように構成されたセンサと、
   前記複数の位相期間の各々における前記電気信号から前記高周波電力と前記電気バイアスエネルギーとの相互変調歪み成分を除去することによりフィルタリングされた信号を生成するように構成されたフィルタと、
   を備え、
   前記高周波電源は、前記電気バイアスエネルギーの前記周期である第１の周期内の前記複数の位相期間の各々において取得された前記フィルタリングされた信号に基づいて、前記高周波電源の負荷のインピーダンスを整合状態に近づけるよう、前記第１の周期の後の前記電気バイアスエネルギーの前記周期である第２の周期内の同一の位相期間における前記高周波電力の前記周波数を調節するように構成されている、プラズマ処理装置。
2. 前記電気信号は、前記高周波電力の伝送路上で測定される電圧及び電流を表す信号を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記電気信号は、前記高周波電力の負荷からの反射波のパワーを表す信号含む、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記高周波電源は、
   高周波信号を発生するように構成された発振器と、
   前記高周波信号を増幅して前記高周波電力を発生するように構成された増幅器と、
   を含み、
   該プラズマ処理装置は、前記高周波信号と前記電気信号とを互いに混合して混合信号を生成するように構成されたミキサを更に含み、
   前記フィルタは、前記混合信号から前記フィルタリングされた信号を生成するように構成されており、その中心周波数が０である通過帯域を有し、該通過帯域の幅は前記バイアス周波数よりも小さい、
   請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記フィルタは、互いに異なる通過帯域を有する複数のフィルタを含み、該複数のフィルタのうち前記複数の位相期間の各々における前記高周波電力の前記周波数をその通過帯域に含むフィルタを前記電気信号に適用するように構成されている、請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記電気バイアスエネルギーは、前記バイアス周波数を有するバイアス高周波電力である、請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記電気バイアスエネルギーは、前記バイアス周波数の逆数である時間長を有する時間間隔で周期的に発生される電圧のパルス又は周期的に発生される任意の波形の電圧を含む、請求項１～５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記基板支持部の上方に設けられた上部電極を更に含み、
   前記高周波電源は、前記整合器を介して前記基板支持部の電極又は前記上部電極に電気的に接続されている、
   請求項１～７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記電気バイアスエネルギーの伝送路上で該電気バイアスエネルギーの電圧を検出するように構成された電圧センサを更に備え、
   前記高周波電源は、前記電圧センサによって検出される電圧に基づいて前記電気バイアスエネルギーの前記周期及び前記複数の位相期間を特定するように構成されている、
   請求項１～８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. （ａ）プラズマ処理装置のチャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電源から整合器を介して高周波電力を供給する工程であり、該プラズマ処理装置は、該チャンバ内に設けられた基板支持部を含む、該工程と、
    （ｂ）前記プラズマから前記基板支持部上に載置された基板にイオンを引き込むために、電気バイアスエネルギーを前記基板支持部の電極に供給する工程と、
    （ｃ）センサを用いて、前記高周波電源の負荷のインピーダンスの整合状態からのずれを反映する電気信号を検出する工程と、
    （ｄ）フィルタを用いて、前記電気信号からフィルタリングされた信号を生成する工程と、
    を含み、
    前記電気バイアスエネルギーは１００ｋＨｚ以上、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数であるバイアス周波数を有し、該電気バイアスエネルギーの周期は、該バイアスエネルギーの波形の周期であり、該バイアス周波数の逆数である時間長を有し、
    前記高周波電力の周波数は可変であり、
    前記（ａ）において、前記電気バイアスエネルギーの前記周期である第１の周期内の複数の位相期間の各々において取得された前記フィルタリングされた信号に基づいて、前記高周波電源の負荷のインピーダンスを整合状態に近づけるよう、前記第１の周期の後の前記電気バイアスエネルギーの前記周期である第２の周期内の同一の位相期間における前記高周波電力の周波数が調節され、
    前記（ｄ）において、前記フィルタリングされた信号は、前記複数の位相期間の各々における前記電気信号から前記高周波電力と前記電気バイアスエネルギーとの相互変調歪み成分を除去することにより生成される、
    処理方法。

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