KR102107480B1 - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 처리 장치에 있어서 실행되는 플라즈마 처리 방법을 제공한다. 일실시 형태의 플라즈마 처리 방법에서는, 복수의 제 1 단계와 복수의 제 2 단계가 교호로 실행된다. 제 1 단계의 각각에 있어서, 가스 공급계로부터 처리 용기 내에 제 1 가스가 공급되고, 제 1 고주파 전원으로부터 제 1 고주파가 공급된다. 제 2 단계의 각각에서는, 직전의 제 1 단계로부터 연속하여 제 1 고주파 전원으로부터 제 1 고주파가 공급된다. 제 2 단계의 각각에서는, 제 1 가스로부터 제 2 가스로 전환하기 위한 가스 전환 신호가 가스 공급계에 부여된다. 또한, 가스 전환 신호가 가스 공급계에 부여된 후, 부하 임피던스와 같은 파라미터가 임계치를 초과했을 때, 제 2 고주파 전원에 의한 제 2 고주파의 공급이 개시된다.
Description
본 발명의 실시 형태는 피가공물의 가공에 이용되는 플라즈마 처리 장치에 있어서 실행되는 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스와 같은 전자 디바이스의 제조에 있어서는, 플라즈마 처리 장치를 이용하여 피가공물에 대한 플라즈마 처리가 행해진다. 플라즈마 처리 장치는, 일반적으로 처리 용기, 가스 공급계, 제 1 전극, 제 2 전극, 제 1 고주파 전원 및 제 2 고주파 전원을 구비하고 있다. 가스 공급계는 처리 용기 내에 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 제 1 전극과 제 2 전극은 그들 사이에 처리 용기 내의 공간이 개재되도록 마련되어 있다. 제 1 고주파 전원은 플라즈마 생성용의 제 1 고주파를 제 1 전극 또는 제 2 전극에 공급하고, 제 2 고주파 전원은 이온 인입용의 비교적 저주파의 제 2 고주파를 제 2 전극에 공급하도록 되어 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치에 있어서 실행되는 플라즈마 처리에서는, 일반적으로, 가스 공급계로부터 처리 용기 내에 가스가 공급되고, 제 1 고주파 전원으로부터의 제 1 고주파가 플라즈마의 생성을 위하여 제 1 전극 또는 제 2 전극에 공급된다. 제 2 고주파 전원으로부터의 제 2 고주파는 필요에 따라 제 2 전극에 공급된다.
플라즈마 처리에는 제 1 가스의 플라즈마를 생성하는 제 1 단계와 제 2 가스의 플라즈마를 생성하는 제 2 단계를 교호로 실행하는 것이 있다. 즉, 이 플라즈마 처리에서는, 제 1 가스와 제 2 가스가 교호로 처리 용기 내에 공급되고, 제 1 단계와 제 2 단계에 걸쳐, 제 1 고주파가 플라즈마의 생성을 위하여 제 1 전극 또는 제 2 전극에 공급된다. 또한, 제 1 단계에서는 제 2 고주파가 제 2 전극에 공급되지 않고, 제 2 단계에서 제 2 고주파가 제 2 전극에 공급되는 경우가 있다.
가스는 질량을 가지고 있으므로, 가스 공급계가, 처리 용기 내에 공급하는 가스를 제 1 가스로부터 제 2 가스로 전환하도록 가스 공급계가 제어된 시점으로부터, 실제로 제 2 가스가 처리 용기 내에 도달하는 시점까지는 시간을 필요로 한다. 한편, 제 2 고주파는, 제 2 고주파 전원이 제어된 시점으로부터, 무시할 수 있는 정도의 시간에 제 2 전극에 공급된다. 따라서, 제 2 가스가 처리 용기 내에 도달하고 있지 않은 시점에서, 제 2 고주파가 제 2 전극에 공급되는 사태가 발생한다.
따라서, 처리 용기 내에 있어서의 발광 스펙트럼의 검출 결과로부터, 제 2 가스가 처리 용기 내에 도달하고 있는 것이 확인된 후에, 제 2 고주파의 공급을 개시하는 기술이 제안되고 있다. 이러한 기술에 대해서는, 하기의 특허 문헌 1에 기재되어 있다.
제 1 가스의 플라즈마의 발광 스펙트럼과 제 2 가스의 플라즈마의 발광 스펙트럼과의 사이에는, 검출 가능한 정도의 차가 없는 경우가 있다. 예를 들면, 제 1 가스에 포함되는 가스의 종류와 제 2 가스에 포함되는 가스의 종류에 따라서는, 제 1 가스의 플라즈마의 발광의 스펙트럼과 제 2 가스의 플라즈마의 발광의 스펙트럼과의 사이에 검출 가능한 정도의 차가 없는 경우가 있다. 이와 같이 제 1 가스의 플라즈마의 발광의 스펙트럼과 제 2 가스의 플라즈마의 발광의 스펙트럼과의 사이에 검출 가능한 정도의 차가 없는 경우에는, 제 2 가스가 처리 용기 내에 도달한 타이밍을 고정밀도로 검출할 수 없다. 결과적으로, 제 2 고주파의 공급을 적절한 타이밍에 개시할 수 없다.
따라서, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에 있어서 제 1 가스의 플라즈마를 생성하는 제 1 단계와 당해 처리 용기 내에 있어서 제 2 가스의 플라즈마를 생성하는 제 2 단계를 교호로 실행하는 플라즈마 처리에 있어서, 처리 용기 내에 제 2 가스가 도달한 타이밍을 고정밀도로 검출하는 기술이 필요해지고 있다.
일태양에 있어서는, 플라즈마 처리 장치에 있어서 실행되는 플라즈마 처리 방법이 제공된다. 플라즈마 처리 장치는 처리 용기, 가스 공급계, 제 1 전극, 제 2 전극, 제 1 고주파 전원, 제 2 고주파 전원, 제 1 급전 라인, 제 2 급전 라인, 제 1 정합기, 제 2 정합기, 제 1 수단 및 제 2 수단을 구비하고 있다. 가스 공급계는 처리 용기 내에 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 제 1 전극 및 제 2 전극은 처리 용기 내의 공간이 그들 사이에 개재되도록 마련되어 있다. 제 1 고주파 전원은 플라즈마 생성용의 제 1 고주파를 출력하도록 구성되어 있다. 제 2 고주파 전원은 이온 인입용의 제 2 고주파를 출력하도록 구성되어 있다. 제 1 급전 라인은 제 1 전극 또는 제 2 전극과 제 1 고주파 전원을 접속하고 있다. 제 2 급전 라인은 제 2 전극과 제 2 고주파 전원을 접속하고 있다. 제 1 정합기는 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 조정하도록 구성되어 있다. 제 2 정합기는 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스를 조정하도록 구성되어 있다. 제 1 수단은 가스 공급계를 제어하도록 구성되어 있다. 제 2 수단은 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스, 부하 저항 및 부하 리액턴스, 그리고 제 1 고주파의 반사파 계수 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터를 구하도록 구성되어 있다.
일태양에 따른 플라즈마 처리 방법은, 복수의 제 1 단계와, 상기 복수의 제 1 단계와 교호로 실행되는 복수의 제 2 단계를 포함한다. 복수의 제 1 단계의 각각에서는, 처리 용기 내에 있어서 제 1 가스의 플라즈마가 생성된다. 복수의 제 2 단계의 각각에서는, 처리 용기 내에 있어서, 제 1 가스에 포함되는 가스와는 상이한 가스를 포함하는 제 2 가스의 플라즈마가 생성된다. 복수의 제 1 단계의 각각에 있어서, 가스 공급계로부터 처리 용기 내에 제 1 가스가 공급되고, 제 1 전극 또는 제 2 전극에 제 1 고주파 전원으로부터 제 1 고주파가 공급된다. 복수의 제 2 단계의 각각에서는, 복수의 제 1 단계 중 직전의 제 1 단계로부터 연속하여 제 1 전극 또는 제 2 전극에 제 1 고주파 전원으로부터 제 1 고주파가 공급된다. 복수의 제 2 단계의 각각은, 처리 용기 내에 공급되는 가스를 제 1 가스로부터 제 2 가스로 전환하기 위하여, 제 1 수단으로부터 가스 공급계에 가스 전환 신호를 부여하는 공정과, 가스 전환 신호가 가스 공급계에 부여된 후, 상기의 파라미터가 임계치를 초과했을 때, 제 2 수단이 제 2 고주파 전원에 제 2 전극에 대한 제 2 고주파의 공급을 개시시키는 공정을 포함한다.
제 1 고주파의 공급이 계속된 상태에서, 처리 용기 내에 존재하고 있는 가스가 제 1 가스로부터 제 2 가스로 전환되면, 처리 용기 내에 있어서 생성되는 플라즈마의 임피던스가 변화한다. 상술한 파라미터는, 플라즈마의 임피던스에 따라 변화하는 파라미터이므로, 처리 용기 내에 존재하고 있는 가스의 변화를 양호하게 반영한다. 일태양에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 이러한 파라미터에 기초하여 처리 용기 내에 제 2 가스가 도달하고 있는 것이 검출된다. 따라서, 처리 용기 내에 제 2 가스가 도달한 타이밍이 고정밀도로 검출된다. 그리고, 제 2 가스가 도달하고 있는 것이 검출되었을 때 제 2 고주파의 공급이 개시되므로, 제 2 고주파의 공급이 적절한 타이밍에 개시된다.
일실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치의 제 3 수단이 복수의 제 2 단계의 각각의 개시 시점과 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서 제 2 고주파의 공급이 개시된 시점 간의 시간차를 구하는 공정과, 선행되는 제 2 단계에 관하여 구해진 시간 차만큼 증가하도록, 상기 선행되는 제 2 단계보다 이후에 실행되는 제 2 단계의 정해진 실행 시간 길이를 조정하는 공정을 더 포함한다. 복수의 제 2 단계의 각각에는, 그 실행 시간 길이로서 초기적으로 정해진 실행 시간 길이가 설정되어 있다. 따라서, 복수의 제 2 단계 중 하나의 제 2 단계에 있어서, 제 2 고주파의 공급이 개시되는 타이밍이 늦어지면, 상기 하나의 제 2 단계에 있어서 제 2 고주파가 제 2 전극에 공급된 상태에서 행해지는 플라즈마 처리의 시간이 짧아진다. 이 실시 형태에 따르면, 선행되는 제 2 단계에 관하여 구해진 상기의 시간 차만큼, 이후에 실행되는 제 2 단계의 실행 시간 길이가 정해진 실행 시간 길이로부터 증가된다. 따라서 이 실시 형태에 따르면, 제 2 고주파가 제 2 전극에 공급된 상태에서 행해지는 제 2 가스의 플라즈마에 의한 처리의 총 실행 시간 길이가 실질적으로 유지된다.
일실시 형태에서는, 플라즈마 처리 방법은, 제 2 수단이, 파라미터의 계열로부터 구해지는 이동 평균값을 이용하여, 상기 임계치를 조정하는 공정을 더 포함한다. 파라미터의 계열은, 복수의 제 2 단계 중 실행 완료된 제 2 단계, 또는 상기 실행 완료된 제 2 단계와 실행 중의 제 2 단계의 각각에서 제 1 정합기에 의한 임피던스 정합이 완료된 상태에 있어서의, 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스, 부하 저항 및 부하 리액턴스, 그리고 제 1 고주파의 반사파 계수 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터로 구성된다. 제 2 단계에 있어서 제 1 정합기에 의한 임피던스 정합이 완료된 상태에서는, 처리 용기 내에는 제 2 가스가 충분히 도달하고 있다. 따라서, 이 상태에서의 파라미터의 계열의 이동 평균값을 이용하여 임계치를 조정함으로써, 제 2 가스가 처리 용기 내에 도달한 타이밍이 보다 고정밀도로 검출된다.
일실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 방법은, (i) 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서, 제 1 이동 평균값 및 제 2 이동 평균값이 정해진 조정 범위 내에 포함되는 경우에, 제 1 고주파 전원의 전원 제어부가, 제 1 고주파를 조정하는 공정이며, 제 1 이동 평균값으로부터 추정되는 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 제 1 부기간에 있어서 출력되는 제 1 고주파의 주파수를 조정하고, 제 2 이동 평균값으로부터 추정되는 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 제 2 부기간에 있어서 출력되는 제 1 고주파의 주파수를 조정하는, 상기 공정과, (ii) 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서, 제 3 이동 평균값 및 제 4 이동 평균값이 정해진 조정 범위 내에 포함되는 경우에, 제 2 고주파 전원의 전원 제어부가, 제 2 고주파를 조정하는 공정이며, 제 3 이동 평균값으로부터 추정되는 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 제 1 부기간에 있어서 출력되는 제 2 고주파의 주파수를 조정하고, 제 4 이동 평균값으로부터 추정되는 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 제 2 부기간에 있어서 출력되는 제 2 고주파의 주파수를 조정하는 상기 공정을 더 포함한다. 제 1 부기간은, 복수의 제 2 단계의 각각의 실행 기간 내에 있어서 제 2 고주파의 공급이 개시된 시점으로부터 상기 실행 기간의 도중까지의 사이의 기간이며, 제 2 부기간은, 상기 도중부터 실행 기간의 종료 시점까지의 사이의 기간이다. 제 1 이동 평균값은, 복수의 제 2 단계 중 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내에 있어서 제 2 고주파의 공급이 개시된 시점으로부터 상기 실행 기간의 도중까지의 사이의 제 1 부기간에 있어서의 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값이다. 제 2 이동 평균값은, 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내의 상기 도중부터 상기 실행 기간의 종료 시점까지의 사이의 제 2 부기간에 있어서의 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값이다. 제 3 이동 평균값은, 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내의 제 1 부기간에 있어서의 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값이다. 제 4 이동 평균값은, 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내의 제 2 부기간에 있어서의 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값이다.
제 2 단계에 있어서의 제 2 고주파의 공급의 개시 시점으로부터 제 2 단계의 실행 기간의 도중까지의 사이의 기간, 즉 제 1 부기간에서는, 제 1 급전 라인에 있어서의 반사파가, 상기 제 1 부기간 후인 제 2 부기간에 있어서의 반사파보다 커진다. 이는 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스의 변동에 의한 것이다. 제 2 고주파에 대해서도 동일하다. 따라서, 제 1 고주파의 반사파를 감소시키기 위해서는, 제 1 부기간과 제 2 부기간 각각의 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 개별로 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 정합시킬 필요가 있다. 또한, 제 2 고주파의 반사파를 감소시키기 위해서는, 제 1 부기간과 제 2 부기간 각각의 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스를 개별로 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 정합시킬 필요가 있다. 이 실시 형태에서는, 실행 완료된 제 2 단계의 실행 기간 내의 제 1 부기간의 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값, 즉 제 1 이동 평균값에 의해 추정되는 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록, 제 1 고주파의 주파수가 조정된다. 또한, 제 2 부기간에 있어서의 제 1 고주파의 주파수는, 제 2 이동 평균값에 기초하여 동일하게 조정된다. 또한, 제 1 부기간에 있어서의 제 2 고주파의 주파수는, 제 3 이동 평균값에 기초하여 동일하게 조정된다. 또한 제 2 부기간에 있어서의 제 2 고주파의 주파수는, 제 4 이동 평균값에 기초하여 똑같이 조정된다. 제 1 고주파 전원 및 제 2 고주파 전원은, 고속으로 고주파의 주파수를 변경할 수 있으므로, 이 실시 형태에 따르면, 부하 임피던스의 변화에 고속으로 추종하여 임피던스 정합을 행하는 것이 가능하다.
일실시 형태에서는, 제 1 고주파를 조정하는 공정에 있어서, 제 1 고주파 전원의 전원 제어부가, 제 1 부기간에 있어서의 제 1 고주파의 파워가 제 2 부기간에 있어서의 상기 제 1 고주파의 파워보다 커지도록 제 1 고주파의 파워를 조정하고, 제 2 고주파를 조정하는 공정에 있어서, 제 2 고주파 전원의 전원 제어부가, 제 1 부기간에 있어서의 제 2 고주파의 파워가 제 2 부기간에 있어서의 제 2 고주파의 파워보다 커지도록 제 2 고주파의 파워를 조정해도 된다. 이 실시 형태에 따르면, 제 1 부기간에 있어서 플라즈마에 결합되는 고주파의 파워가 부족할 경우에, 상기 고주파의 파워를 보충하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에 있어서 제 1 가스의 플라즈마를 생성하는 제 1 단계와 당해 처리 용기 내에 있어서 제 2 가스의 플라즈마를 생성하는 제 2 단계를 교호로 실행하는 플라즈마 처리에 있어서, 처리 용기 내에 제 2 가스가 도달한 타이밍을 고정밀도로 검출하는 것이 가능해진다.
도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 관한 타이밍 차트이다.
도 3은 제 1 고주파 전원 및 제 1 정합기의 구성을 예시하는 도이다.
도 4는 제 1 정합기의 센서 및 컨트롤러의 구성을 예시하는 도이다.
도 5는 제 2 고주파 전원 및 제 2 정합기의 구성을 예시하는 도이다.
도 6은 제 2 정합기의 센서 및 컨트롤러의 구성을 예시하는 도이다.
도 7은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 제 1 고주파 전원 및 제 1 정합기의 구성의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 제 1 고주파 전원의 임피던스 센서의 구성을 나타내는 도이다.
도 10은 제 2 고주파 전원 및 제 2 정합기의 구성의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 11은 도 10에 나타내는 제 2 고주파 전원의 임피던스 센서의 구성을 나타내는 도이다.
도 12는 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서 실행되는 임피던스 정합의 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 관한 타이밍 차트이다.
도 3은 제 1 고주파 전원 및 제 1 정합기의 구성을 예시하는 도이다.
도 4는 제 1 정합기의 센서 및 컨트롤러의 구성을 예시하는 도이다.
도 5는 제 2 고주파 전원 및 제 2 정합기의 구성을 예시하는 도이다.
도 6은 제 2 정합기의 센서 및 컨트롤러의 구성을 예시하는 도이다.
도 7은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 제 1 고주파 전원 및 제 1 정합기의 구성의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 제 1 고주파 전원의 임피던스 센서의 구성을 나타내는 도이다.
도 10은 제 2 고주파 전원 및 제 2 정합기의 구성의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 11은 도 10에 나타내는 제 2 고주파 전원의 임피던스 센서의 구성을 나타내는 도이다.
도 12는 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서 실행되는 임피던스 정합의 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
먼저, 플라즈마 처리 방법의 실시 형태가 적용될 수 있는 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치이다. 플라즈마 처리 장치(1)는 처리 용기(10)를 구비하고 있다. 처리 용기(10)는 대략 원통 형상을 가지고 있고, 알루미늄과 같은 재료로 형성되어 있다. 이 처리 용기(10)의 내벽면에는 양극 산화 처리가 실시되어 있다. 또한, 처리 용기(10)는 접지되어 있다.
처리 용기(10)의 저부 상에는 절연판(12)이 마련되어 있다. 절연판(12)은 예를 들면 세라믹으로 형성되어 있다. 이 절연판(12) 상에는 지지대(14)가 마련되어 있다. 지지대(14)는 대략 원주(圓柱) 형상을 가지고 있다. 이 지지대(14) 상에는 서셉터(16)가 마련되어 있다. 서셉터(16)는 알루미늄과 같은 도전성의 재료로 형성되어 있고, 하부 전극(제 2 전극)을 구성하고 있다.
서셉터(16) 상에는 정전 척(18)이 마련되어 있다. 정전 척(18)은, 절연층 또는 절연 시트의 사이에 도전막으로 구성된 전극(20)이 개재된 구조를 가지고 있다. 정전 척(18)의 전극(20)에는 스위치(22)를 개재하여 직류 전원(24)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전 척(18)은, 직류 전원(24)으로부터의 직류 전압에 의해 정전 흡착력을 발생시키고, 당해 정전 척(18) 상에 배치된 피가공물(W)을 정전 흡착력에 의해 유지하도록 되어 있다. 또한 피가공물(W)은, 예를 들면 웨이퍼와 같은 원반 형상의 물체이다. 이 정전 척(18)의 주위, 또한 서셉터(16) 상에는 포커스 링(26)이 배치되어 있다. 또한, 서셉터(16) 및 지지대(14)의 외주면에는 원통 형상의 내벽 부재(28)가 장착되어 있다. 이 내벽 부재(28)는 예를 들면 석영으로 형성되어 있다.
지지대(14)의 내부에는 냉매 유로(30)가 형성되어 있다. 냉매 유로(30)는, 예를 들면 연직 방향으로 연장되는 중심축선에 대하여 나선 형상으로 연장되어 있다. 이 냉매 유로(30)에는, 처리 용기(10)의 외부에 마련된 칠러 유닛으로부터 배관(32a)을 거쳐 냉매(cw)(예를 들면, 냉각수)가 공급된다. 냉매 유로(30)에 공급된 냉매는 배관(32b)을 거쳐 칠러 유닛으로 회수된다. 이 냉매의 온도가 칠러 유닛에 의해 조정됨으로써, 피가공물(W)의 온도가 조정되도록 되어 있다. 또한 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 가스 공급 라인(34)을 거쳐 공급되는 전열 가스(예를 들면 He 가스)가, 정전 척(18)의 상면과 피가공물(W)의 이면과의 사이로 공급되도록 되어 있다.
서셉터(16)에는 도체(44)(예를 들면 급전봉)가 접속되어 있다. 이 도체(44)에는 고주파 전원(36), 즉 제 1 고주파 전원이 정합기(40), 즉 제 1 정합기를 개재하여 접속되어 있고, 또한 고주파 전원(38), 즉 제 2 고주파 전원이 정합기(42), 즉 제 2 정합기를 개재하여 접속되어 있다. 고주파 전원(36)은 플라즈마의 생성용의 고주파(RF1), 즉 제 1 고주파를 출력한다. 고주파 전원(36)이 출력하는 고주파(RF1)의 기본 주파수(fB1)는 예를 들면 100 MHz이다. 고주파 전원(38)은 플라즈마로부터 피가공물(W)로 이온을 인입하기 위한 고주파(RF2), 즉 제 2 고주파를 출력한다. 고주파 전원(38)이 출력하는 고주파(RF2)의 기본 주파수(fB2)는 예를 들면 13.56 MHz이다.
정합기(40) 및 도체(44)는, 고주파 전원(36)으로부터의 고주파(RF1)를 서셉터(16)에 전송하는 급전 라인(43), 즉 제 1 급전 라인의 일부를 구성하고 있다. 또한, 정합기(42) 및 도체(44)는 고주파 전원(38)으로부터의 고주파(RF2)를 서셉터(16)에 전송하는 급전 라인(45), 즉 제 2 급전 라인의 일부를 구성하고 있다.
처리 용기(10)의 천부에는 상부 전극(46)이 마련되어 있다. 이 상부 전극(46)과 서셉터(16)의 사이에는, 플라즈마가 생성되는 처리 용기(10) 내의 처리 공간(PS)이 개재되어 있다. 상부 전극(46)은 천판(48) 및 지지체(50)를 가지고 있다. 천판(48)에는 다수의 가스 분출홀(48a)이 형성되어 있다. 천판(48)은 예를 들면 Si, SiC와 같은 실리콘계의 재료로 형성되어 있다. 지지체(50)는 천판(48)을 착탈 가능하게 지지하는 부재이며, 알루미늄으로 형성되어 있고, 그 표면에는 양극 산화 처리가 실시되어 있다.
지지체(50)의 내부에는 가스 버퍼실(52)이 형성되어 있다. 또한, 지지체(50)에는 다수의 가스 통기홀(50a)이 형성되어 있다. 가스 통기홀(50a)은 가스 버퍼실(52)로부터 연장되어, 가스 분출홀(48a)에 연통하고 있다. 가스 버퍼실(52)에는 가스 공급관(54)을 개재하여 가스 공급계(55)가 접속되어 있다. 가스 공급계(55)는 가스 소스군(56), 유량 제어기군(58) 및 밸브군(60)을 포함하고 있다. 가스 소스군(56)은 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 유량 제어기군(58)은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 복수의 유량 제어기는 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러일 수 있다. 또한, 밸브군(60)은 복수의 밸브를 포함하고 있다. 가스 소스군(56)의 복수의 가스 소스는, 유량 제어기군(58)의 대응의 유량 제어기 및 밸브군(60)의 대응의 밸브를 개재하여, 가스 공급관(54)에 접속되어 있다. 가스 공급계(55)는, 복수의 가스 소스 중 선택된 가스 소스로부터의 가스를, 조정된 유량으로 가스 버퍼실(52)로 공급하도록 구성되어 있다.
가스 버퍼실(52)에 도입된 가스는 가스 분출홀(48a)로부터 처리 공간(PS)으로 분출된다.
서셉터(16)와 처리 용기(10)의 측벽과의 사이, 및, 지지대(14)와 처리 용기(10)의 측벽과의 사이에는 평면에서 봤을 때 환상(環狀)의 공간이 형성되어 있고, 당해 공간의 저부는 처리 용기(10)의 배기구(62)에 연결되어 있다. 처리 용기(10)의 저부에는 배기구(62)에 연통하는 배기관(64)이 접속되어 있다. 이 배기관(64)은 배기 장치(66)에 접속되어 있다. 배기 장치(66)는 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 가지고 있다. 배기 장치(66)는 처리 용기(10)의 내부 공간을 원하는 압력으로 감압한다. 또한, 처리 용기(10)의 측벽에는 피가공물(W)의 반입 및 반출을 위한 개구(68)가 형성되어 있다. 처리 용기(10)의 측벽에는 개구(68)를 개폐하기 위한 게이트 밸브(70)가 장착되어 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(1)는 주제어부(72)를 구비하고 있다. 주제어부(72)는 하나 이상의 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되어 있는 소프트웨어(프로그램) 및 레시피 정보에 따라, 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부, 예를 들면 고주파 전원(36, 38), 정합기(40, 42), 가스 공급계(55), 즉 유량 제어기군(58)의 복수의 유량 제어기 및 밸브군(60)의 복수의 밸브, 배기 장치(66) 등의 개개의 동작 및 당해 플라즈마 처리 장치(1)의 장치 전체의 동작을 제어한다. 또한, 주제어부(72)는 키보드 등의 입력 장치 및 액정 디스플레이 등의 표시 장치를 포함하는 맨·머신·인터페이스용의 조작 패널, 그리고 각종 프로그램, 레시피 및 설정값 등의 각종 데이터를 저장하는 외부 기억 장치 등과도 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치의 기본 동작은 다음과 같이 하여 행해진다. 우선, 게이트 밸브(70)가 열리고, 피가공물(W)이 개구(68)를 경유하여 처리 용기(10) 내로 반입된다. 처리 용기(10) 내로 반입된 피가공물(W)은 정전 척(18) 상에 배치된다. 이어서, 가스 공급계(55)로부터 가스가 처리 용기(10) 내로 도입되고, 배기 장치(66)가 작동되어, 처리 용기(10) 내의 공간의 압력이 정해진 압력으로 설정된다. 또한, 고주파 전원(36)으로부터의 고주파(RF1)가 서셉터(16)에 공급되고, 필요에 따라 고주파 전원(38)으로부터의 고주파(RF2)가 서셉터(16)에 공급된다. 또한, 직류 전원(24)으로부터의 직류 전압이 정전 척(18)의 전극(20)에 인가되고, 피가공물(W)이 정전 척(18) 상에 유지된다. 그리고, 처리 용기(10) 내에 공급된 가스가, 서셉터(16)와 상부 전극(46)의 사이에 형성된 고주파 전계에 의해 여기된다. 이에 의해, 플라즈마가 생성된다. 이와 같이 생성된 플라즈마로부터의 라디칼 및 이온 중 적어도 하나에 의해 피가공물(W)이 처리된다.
이 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 실행되는 플라즈마 처리 방법의 실시 형태(이하, '방법(MT)'이라고 함)는, 복수의 제 1 단계(S1), 당해 복수의 제 1 단계(S1)와 교호로 실행되는 복수의 제 2 단계(S2)를 포함한다. 도 2는 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 관한 타이밍 차트이다. 도 2에서 횡축은 시간을 나타내고 있다. 또한 도 2에는, 방법(MT)에 있어서의 가스(A), 가스(B), 가스(C), 고주파(RF1) 및 고주파(RF2)의 각각의 타이밍 차트가 나타나 있다. 도 2에서, 가스(A)의 타이밍 차트의 레벨은 처리 용기(10) 내에 도달하고 있는 가스(A)의 양을 나타내고 있다. 가스(B) 및 가스(C)의 타이밍 차트에 관해서도 가스(A)의 타이밍 차트와 동일하다. 또한, 고주파(RF1)가 고레벨인 것은, 고주파(RF1)가 서셉터(16)에 공급되고 있는 것을 나타내고 있고, 고주파(RF1)가 저레벨인 것은, 고주파(RF1)가 서셉터(16)에 공급되고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 고주파(RF2)의 타이밍 차트에 대해서도 고주파(RF1)의 타이밍 차트와 동일하다.
방법(MT)의 제 1 단계(S1)에서는, 제 1 가스의 플라즈마가, 피가공물(W)을 수용하고 있는 처리 용기(10) 내에서 생성된다. 제 1 단계(S1)에서는, 가스 공급계(55) 및 고주파 전원(36)이 주제어부(72)에 의해 제어된다. 구체적으로, 제 1 단계(S1)에 있어서, 가스 공급계(55)는 처리 용기(10) 내에 제 1 가스를 공급하도록 제어된다. 보다 구체적으로, 제 1 단계(S1)의 개시 시에, 주제어부(72)는, 처리 용기(10) 내에 공급하는 가스를 제 1 가스로 전환하기 위한 가스 전환 신호를 가스 공급계(55)에 부여한다. 제 1 단계(S1)의 가스 공급계(55)에 대한 제어에 의해, 가스 공급계(55)는, 제 1 가스를 위한 가스 소스에 접속된 밸브군(60)의 밸브를 열고, 당해 가스 소스에 접속된 유량 제어기군(58)의 유량 제어기의 출력 유량을 정해진 출력 유량으로 설정한다. 또한 제 1 단계(S1)에 있어서, 고주파 전원(36)은, 고주파(RF1)를 서셉터(16)에 공급하도록 주제어부(72)에 의해 제어된다. 이에 의해, 제 1 단계(S1)에서는 제 1 가스의 플라즈마가 생성된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 일례에 있어서는, 제 1 가스는 가스(A)만을 포함한다. 가스(A)는 예를 들면 Ar 가스와 같은 희가스이다. 또한 제 1 단계(S1)에서는, 고주파 전원(38)으로부터의 고주파(RF2)는 서셉터(16)에 공급되지 않는다.
제 2 단계(S2)에 있어서는, 제 1 가스와는 상이한 가스를 포함하는 제 2 가스의 플라즈마가, 피가공물(W)을 수용하고 있는 처리 용기(10) 내에서 생성된다. 제 2 단계(S2)에서는, 가스 공급계(55), 고주파 전원(36) 및 고주파 전원(38)이 주제어부(72)에 의해 제어된다. 구체적으로, 제 2 단계(S2)에서, 가스 공급계(55)는 처리 용기(10) 내에 제 2 가스를 공급하도록 제어된다. 보다 구체적으로, 제 2 단계(S2)의 개시 시에, 주제어부(72)는, 처리 용기(10) 내에 공급하는 가스를 제 1 가스로부터 제 2 가스로 전환하기 위한 가스 전환 신호를 가스 공급계(55)에 부여한다. 제 2 단계(S2)의 가스 공급계(55)에 대한 제어에 의해, 가스 공급계(55)는, 제 2 가스를 위한 가스 소스에 접속된 밸브군(60)의 밸브를 열고, 당해 가스 소스에 접속된 유량 제어기군(58)의 유량 제어기의 출력 유량을 정해진 출력 유량으로 설정한다. 또한 제 2 단계(S2)에 있어서, 고주파 전원(36)은, 직전의 제 1 단계(S1)에 연속하여, 고주파(RF1)를 서셉터(16)에 공급하도록 주제어부(72)에 의해 제어된다. 이에 의해, 제 2 단계(S2)에서는 제 2 가스의 플라즈마가 생성된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 일례에 있어서는, 제 2 가스는 가스(A) 및 당해 가스(A)에 첨가된 가스(B)를 포함한다. 가스(B)는 예를 들면 플루오르카본 가스일 수 있다.
가스 전환 신호가 가스 공급계(55)에 부여된 시점으로부터, 제 2 가스가 처리 용기(10) 내에 도달하는 시점까지의 사이에는 시간을 필요로 한다. 따라서 제 2 단계(S2)에서는, 처리 용기(10) 내에 제 2 가스가 도달한 것을 검출하기 위하여, 정합기(40)의 연산부에 의해, 후술하는 파라미터가 임계치를 초과하고 있는지 여부가 판정된다. 파라미터가 임계치를 초과하고 있다고 판정되면, 처리 용기(10) 내에 제 2 가스가 도달하고 있는 것으로 판정되어, 정합기(40)의 연산부는, 서셉터(16)에 대한 고주파(RF2)의 공급을 개시시키기 위한 고주파 공급 개시 신호를 고주파 전원(38)에 부여한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 일실시 형태에서는, 방법(MT)은 복수의 제 3 단계(S3) 및 복수의 제 4 단계(S4)를 더 포함하고 있어도 된다. 복수의 제 3 단계(S3)는 각각, 복수의 제 2 단계(S2)의 실행 후에 실행되고, 복수의 제 4 단계(S4)는 각각, 복수의 제 3 단계(S3)의 실행 후에 실행된다.
제 3 단계(S3)에 있어서는, 제 3 가스의 플라즈마가, 피가공물(W)을 수용하고 있는 처리 용기(10) 내에서 생성된다. 제 3 단계(S3)에서는, 가스 공급계(55) 및 고주파 전원(36)이 주제어부(72)에 의해 제어된다. 구체적으로, 제 3 단계(S3)에 있어서, 가스 공급계(55)는, 피가공물(W)이 수용되어 있는 처리 용기(10) 내에 제 3 가스를 공급하도록 제어된다. 보다 구체적으로, 제 3 단계(S3)의 개시 시에, 주제어부(72)는, 처리 용기(10) 내에 공급하는 가스를 제 2 가스로부터 제 3 가스로 전환하기 위한 가스 전환 신호를 가스 공급계(55)에 부여한다. 제 3 단계(S3)의 가스 공급계(55)에 대한 제어에 의해, 가스 공급계(55)는, 제 3 가스를 위한 가스 소스에 접속된 밸브군(60)의 밸브를 열고, 당해 가스 소스에 접속된 유량 제어기군(58)의 유량 제어기의 출력 유량을 정해진 출력 유량으로 설정한다. 또한 제 3 단계(S3)에 있어서, 고주파 전원(36)은, 직전의 제 2 단계(S2)에 연속하여, 고주파(RF1)를 서셉터(16)에 공급하도록 주제어부(72)에 의해 제어된다. 이에 의해, 제 3 단계(S3)에서는, 제 3 가스의 플라즈마가 생성된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 일례에 있어서는, 제 3 가스는 가스(A), 및 당해 가스(A)에 첨가된 가스(C)를 포함한다. 가스(C)는 예를 들면 산소 가스일 수 있다. 또한 제 3 단계(S3)에서는, 고주파 전원(38)으로부터의 고주파(RF2)는 서셉터(16)에 공급되지 않는다. 단, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 3 단계(S3)의 개시 시점으로부터 제 3 가스가 처리 용기(10) 내에 도달할 때까지의 동안, 제 2 단계(S2)로부터 계속하여 고주파(RF2)가 서셉터(16)에 공급되어도 된다. 제 3 단계(S3)에 있어서 고주파(RF2)가 공급되는 시간 길이는 정해진 시간 길이여도 되고, 혹은 후술하는 파라미터가 임계치를 초과할 때까지의 시간 길이여도 된다.
제 4 단계(S4)에 있어서는, 제 4 가스의 플라즈마가, 피가공물(W)을 수용하고 있는 처리 용기(10) 내에서 생성된다. 제 4 단계(S4)에서는, 가스 공급계(55) 및 고주파 전원(38)이 주제어부(72)에 의해 제어된다. 구체적으로, 제 4 단계(S4)에 있어서, 가스 공급계(55)는, 피가공물(W)이 수용되어 있는 처리 용기(10) 내에 제 4 가스를 공급하도록 제어된다. 보다 구체적으로, 제 4 단계(S4)의 개시 시에, 주제어부(72)는, 처리 용기(10) 내에 공급하는 가스를 제 3 가스로부터 제 4 가스로 전환하기 위하여 가스 전환 신호를 가스 공급계(55)에 부여한다. 제 4 단계(S4)의 가스 공급계(55)에 대한 제어에 의해, 가스 공급계(55)는, 제 4 가스를 위한 가스 소스에 접속된 밸브군(60)의 밸브를 열고, 당해 가스 소스에 접속된 유량 제어기군(58)의 유량 제어기의 출력 유량을 정해진 출력 유량으로 설정한다. 또한 제 4 단계(S4)에 있어서, 고주파 전원(38)은, 고주파(RF2)를 서셉터(16)에 공급하도록 주제어부(72)에 의해 제어된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 일례에 있어서는, 제 4 가스는 가스(A) 및 당해 가스(A)에 첨가된 가스(C)를 포함한다. 가스(C)는 예를 들면 산소 가스일 수 있다. 또한 도 2에 나타내는 예인 제 4 단계(S4)에서는, 고주파 전원(36)으로부터의 고주파(RF1)는 서셉터(16)에 공급되지 않는다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 제 4 단계(S4)의 후속의 제 1 단계(S1)에 있어서는, 그 개시 시점으로부터 제 1 가스가 처리 용기(10) 내에 도달할 때까지의 동안, 제 4 단계(S4)부터 계속하여 고주파(RF2)가 서셉터(16)에 공급되어도 된다. 제 4 단계(S4)의 후속의 제 1 단계(S1)에 있어서 고주파(RF2)가 공급되는 시간 길이는 정해진 시간이어도 된다. 제 4 단계(S4)의 후속의 제 1 단계(S1)에 있어서는, 이 시간 길이의 종료 시점에 있어서, 고주파(RF1)의 공급이 개시될 수 있다.
이하, 도 3 ~ 도 6을 참조하여, 고주파 전원(36) 및 정합기(40), 그리고 고주파 전원(38) 및 정합기(42)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 3은 고주파 전원(36) 및 정합기(40)의 구성을 예시하는 도이며, 도 4는 정합기(40)의 센서 및 컨트롤러의 구성을 예시하는 도이다. 또한, 도 5는 고주파 전원(38) 및 정합기(42)의 구성을 예시하는 도이며, 도 6은 정합기(42)의 센서 및 컨트롤러의 구성을 예시하는 도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 일실시 형태에 있어서, 고주파 전원(36)은 발진기(36a), 파워 앰프(36b), 파워 센서(36c) 및 전원 제어부(36e)를 가지고 있다. 전원 제어부(36e)는 CPU와 같은 프로세서로 구성되어 있고, 주제어부(72)로부터 부여되는 신호, 및 파워 센서(36c)로부터 부여되는 신호를 이용하여, 발진기(36a) 및 파워 앰프(36b)의 각각에 제어 신호를 부여하여, 발진기(36a) 및 파워 앰프(36b)를 제어한다.
주제어부(72)로부터 전원 제어부(36e)에 부여되는 신호는, 상술한 단계(S1 ~ S4)의 각각의 개시 시에 부여되는 제 1 고주파 설정 신호이다. 제 1 고주파 설정 신호는 단계(S1 ~ S4)의 각각에 있어서의 고주파(RF1)의 공급 또는 그 정지, 그리고 고주파(RF1)의 파워 및 설정 주파수를 지정하는 신호이다. 본 실시 형태에서는, 이 설정 주파수는 기본 주파수(fB1)이다. 또한 이하의 설명에서는, 고주파가 서셉터(16)에 공급되고 있는 것을 고주파가 ON이라고 하고, 고주파가 서셉터(16)에 공급되고 있지 않은 것을 고주파가 OFF라고 한다.
전원 제어부(36e)는 단계(S1 ~ S4)의 각각의 개시 시에 부여되는 제 1 고주파 설정 신호에 의해 고주파(RF1)를 ON으로 설정하는 것이 지정되어 있는 경우에는, 제 1 고주파 설정 신호에 의해 지정되는 주파수를 가지는 고주파를 출력하도록 발진기(36a)를 제어한다. 이 발진기(36a)의 출력은 파워 앰프(36b)의 입력에 접속되어 있다. 발진기(36a)로부터 출력된 고주파는 파워 앰프(36b)에 입력된다. 파워 앰프(36b)는 제 1 고주파 설정 신호에 의해 지정되는 파워를 가지는 고주파(RF1)를 그 출력으로부터 출력하기 위하여 입력된 고주파를 증폭한다. 이에 의해, 고주파 전원(36)으로부터 고주파(RF1)가 출력된다.
파워 앰프(36b)의 후단에는 파워 센서(36c)가 마련되어 있다. 파워 센서(36c)는 방향성 결합기, 진행파 파워 검출부 및 반사파 파워 검출부를 가지고 있다. 방향성 결합기는 고주파(RF1)의 진행파의 일부를 진행파 파워 검출부에 부여하고, 반사파를 반사파 파워 검출부에 부여한다. 이 파워 센서(36c)에는 고주파(RF1)의 주파수를 특정하는 신호가 전원 제어부(36e)로부터 부여된다. 진행파 파워 검출부는 진행파의 전체 주파수 성분 중 고주파(RF1)의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 성분의 파워의 측정값, 즉 진행파 파워 측정값(PF1)을 생성한다. 이 진행파 파워 측정값은 파워 피드백용으로 전원 제어부(36e)에 부여된다.
반사파 파워 검출부는, 반사파의 전체 주파수 성분 중 고주파(RF1)의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 성분의 파워의 측정값, 즉 반사파 파워 측정값(PR11), 및 반사파의 전체 주파수 성분의 토탈 파워의 측정값, 즉 반사파 파워 측정값(PR12)을 생성한다. 반사파 파워 측정값(PR11)은 모니터 표시용으로 주제어부(72)에 부여된다. 또한, 반사파 파워 측정값(PR12)은 파워 앰프(36b)의 보호용으로 전원 제어부(36e)에 부여된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 정합기(40)는 정합 회로(40a), 센서(40b), 컨트롤러(40c), 그리고 액츄에이터(40d 및 40e)를 가지고 있다. 정합 회로(40a)는 가변 리액턴스 소자(40g 및 40h)를 포함하고 있다. 가변 리액턴스 소자(40g 및 40h)는 예를 들면 가변 콘덴서이다. 또한, 정합 회로(40a)는 인덕터 등을 더 포함하고 있어도 된다.
컨트롤러(40c)는 예를 들면 프로세서로 구성되고, 주제어부(72)의 제어 하에서 동작한다. 컨트롤러(40c)는 센서(40b)로부터 부여되는 측정값을 이용하여 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 구하도록 되어 있다. 또한, 컨트롤러(40c)는 구해진 부하 임피던스를 고주파 전원(36)의 출력 임피던스 또는 정합 포인트에 근접하도록 액츄에이터(40d 및 40e)를 제어하여, 가변 리액턴스 소자(40g 및 40h) 각각의 리액턴스를 조정하도록 되어 있다. 액츄에이터(40d 및 40e)는 예를 들면 모터이다.
또한, 컨트롤러(40c)는 센서(40b)로부터 부여되는 측정값을 이용하여, 후술하는 파라미터를 산출하고, 제 2 단계(S2)에 있어서의 고주파(RF2)의 공급의 개시 타이밍을 결정하도록 되어 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 센서(40b)는 전류 검출기(102A), 전압 검출기(104A), 필터(106A) 및 필터(108A)를 가지고 있다. 전압 검출기(104A)는, 급전 라인(43) 상에서 전송되는 고주파(RF1)의 전압 파형을 검출하고, 당해 전압 파형을 나타내는 전압 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전압 파형 아날로그 신호는 필터(106A)에 입력된다. 필터(106A)는 입력된 전압 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전압 파형 디지털 신호를 생성한다. 그리고, 필터(106A)는 주제어부(72)로부터의 신호에 의해 특정되는 고주파(RF1)의 설정 주파수의 성분만을 전압 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전압 파형 신호를 생성한다. 필터(106A)에 의해 생성된 여과 전압 파형 신호는 컨트롤러(40c)의 연산부(150A)에 부여된다. 또한 필터(106A)는, 예를 들면 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성된다.
전류 검출기(102A)는, 급전 라인(43) 상에서 전송되는 고주파(RF1)의 전류 파형을 검출하고, 당해 전류 파형을 나타내는 전류 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전류 파형 아날로그 신호는 필터(108A)에 입력된다. 필터(108A)는 입력된 전류 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전류 파형 디지털 신호를 생성한다. 그리고, 필터(108A)는 주제어부(72)로부터의 신호에 의해 특정되는 고주파(RF1)의 설정 주파수의 성분만을 전류 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전류 파형 신호를 생성한다. 필터(108A)에 의해 생성된 여과 전류 파형 신호는 컨트롤러(40c)의 연산부(150A)에 부여된다. 또한 필터(108A)는, 예를 들면 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성된다.
컨트롤러(40c)의 연산부(150A)는, 필터(106A)로부터 부여되는 여과 전압 파형 신호, 및, 필터(108A)로부터 부여되는 여과 전류 파형 신호를 이용하여, 정합기(40)에 있어서의 임피던스 정합을 위하여, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스(ZL1)를 구한다. 구체적으로, 연산부(150A)는 여과 전압 파형 신호에 의해 특정되는 교류 전압(V1), 여과 전류 파형 신호에 의해 특정되는 교류 전류(I1), 및 교류 전압(V1)과 교류 전류(I1)의 위상차(Φ1)로부터, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스(ZL1)를 구한다. 또한, 연산부(150A)는 교류 전압(V1), 교류 전류(I1) 및 위상차(Φ1)로부터 후술하는 파라미터를 구하도록 되어 있다. 파라미터는 상기의 부하 임피던스(ZL1)여도 된다. 이 경우에는, 정합기(40)의 임피던스 정합을 위하여 구해진 부하 임피던스를 파라미터로 이용할 수 있으므로, 별도로 파라미터를 구할 필요는 없다. 혹은, 파라미터는 부하 저항(Zr1) 및 부하 리액턴스(Zi1), 그리고 반사파 계수(Γ1) 중 어느 것이어도 된다. 또한, 연산부(150A)에 의해 구해지는 파라미터로서, 부하 임피던스(ZL1), 부하 저항(Zr1), 부하 리액턴스(Zi1), 및 반사파 계수(Γ1)로부터 선택되는 하나 이상의 파라미터가 이용되어도 된다.
부하 임피던스(ZL1)는 V1 / I1에 의해 구해지고, 부하 저항(Zr1)은 부하 임피던스(ZL1)의 실부를 구함으로써 얻어지고, 부하 리액턴스(Zi1)는 부하 임피던스(ZL1)의 허부를 구함으로써 얻어진다. 또한, 반사파 계수(Γ1)는 이하에 식 (1)에 의해 구해진다.
[수 1]
또한 반사파 계수(Γ1)는, 파워 센서(36c)에 의해 구해지는 진행파 파워 측정값(PF1) 및 반사파 파워 측정값(PR11)으로부터, PR11 / PF1에 의해 구해져도 된다.
연산부(150A)는 구해진 부하 임피던스(ZL1)를 매칭 제어부(152A)에 출력한다. 매칭 제어부(152A)는, 부하 임피던스(ZL1)를 고주파 전원(36)의 출력 임피던스(또는 정합 포인트)에 근접하도록 액츄에이터(40d 및 40e)를 제어하여, 가변 리액턴스 소자(40g 및 40h)의 리액턴스를 조정한다. 이에 의해, 정합기(40)에 의한 임피던스 정합이 실행된다. 또한 매칭 제어부(152A)는, 연산부(150A)에 의해 출력되는 부하 임피던스(ZL1)의 계열의 이동 평균값을, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스(또는 정합 포인트)에 근접하도록 액츄에이터(40d 및 40e)를 제어해도 된다.
또한, 연산부(150A)는 제 2 단계(S2)의 각각에 있어서, 구해진 파라미터가 대응의 임계치를 초과하고 있는지 여부를 판정한다. 이 임계치는, 초기적으로는, 처리 용기(10) 내에 제 2 가스가 도달한 것이라고 판단할 수 있는 정해진 값으로서 설정되어 있다. 연산부(150A)는, 제 2 단계(S2)의 각각에 있어서 파라미터가 임계치를 초과했을 때, 서셉터(16)에 대한 고주파(RF2)의 공급을 고주파 전원(38)에 개시시키는 고주파 공급 개시 신호를 당해 고주파 전원(38)에 부여한다.
또한, 연산부(150A)는 제 2 단계(S2)의 각각에 있어서, 고주파 공급 개시 신호를 고주파 전원(38)에 부여한 시점, 즉 고주파 전원(38)에 의한 고주파(RF2)의 공급이 개시된 시점을 특정하는 제 1 개시 시점 특정 정보를 시간 조정부(80)에 부여한다. 이 시간 조정부(80)는 예를 들면 CPU와 같은 프로세서일 수 있다. 시간 조정부(80)는, 또한 제 2 단계(S2)의 각각의 개시 시점을 특정하는 제 2 개시 시점 특정 정보를 주제어부(72)로부터 받는다. 시간 조정부(80)는, 제 2 개시 시점 특정 정보에 의해 특정되는 시점과 제 1 개시 시점 특정 정보에 의해 특정되는 시점 간의 시간차를 구한다. 시간 조정부(80)는 이 시간차를 특정하는 시간차 특정 정보를 주제어부(72)에 부여한다. 주제어부(72)는, 선행되는 제 2 단계(S2)에 관하여 시간 조정부(80)로부터 부여된 시간차 특정 정보를 받아, 당해 시간차 특정 정보에 의해 특정되는 시간 차만큼 증가시키도록, 당해 선행되는 제 2 단계(S2) 후에 실행되는 제 2 단계(S2)의 실행 시간 길이를 조정한다.
또한, 연산부(150A)는 파라미터의 계열로부터 이동 평균값을 구하고, 당해 이동 평균값을 이용하여 상술한 임계치를 조정한다. 파라미터의 계열은, 실행 완료된 제 2 단계(S2), 또는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)와 실행 중의 제 2 단계(S2)의 각각에서 정합기(40)에 의한 임피던스 정합이 완료된 상태에 있어서의 파라미터를 포함한다. 당해 계열에 포함되는 파라미터의 각각은, 상술한 임계치와 비교되는 파라미터와 동일한 종류의 파라미터일 수 있다.
이하, 도 5를 참조한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 일실시 형태에 있어서, 고주파 전원(38)은 발진기(38a), 파워 앰프(38b), 파워 센서(38c) 및 전원 제어부(38e)를 가지고 있다. 전원 제어부(38e)는 CPU와 같은 프로세서로 구성되어 있고, 주제어부(72)로부터 부여되는 신호, 파워 센서(38c)로부터 부여되는 신호 및 연산부(150A)로부터 부여되는 신호를 이용하여, 발진기(38a) 및 파워 앰프(38b)의 각각에 제어 신호를 부여하여, 발진기(38a) 및 파워 앰프(38b)을 제어한다.
주제어부(72)로부터 전원 제어부(38e)에 부여되는 신호는, 상술한 단계(S1 ~ S4)의 각각의 개시 시에 부여되는 제 2 고주파 설정 신호이다. 제 2 고주파 설정 신호는, 단계(S1 ~ S4)의 각각에 있어서의 고주파(RF2)의 공급 또는 그 정지, 그리고 고주파(RF2)의 파워 및 설정 주파수를 지정하는 신호이다. 본 실시 형태에서는, 이 설정 주파수는 기본 주파수(fB2)이다.
전원 제어부(38e)는, 단계(S1 ~ S4)의 각각의 개시 시에 부여되는 제 2 고주파 설정 신호에 의해 고주파(RF2)를 ON으로 설정하는 것이 지정되어 있는 경우에는, 제 2 고주파 설정 신호에 의해 지정되는 주파수를 가지는 고주파를 출력하도록 발진기(38a)를 제어한다. 이 발진기(38a)의 출력은 파워 앰프(38b)의 입력에 접속되어 있다. 발진기(38a)로부터 출력된 고주파는 파워 앰프(38b)에 입력된다. 파워 앰프(38b)는, 제 2 고주파 설정 신호에 의해 지정되는 파워를 가지는 고주파(RF2)를 그 출력으로부터 출력하기 위하여, 입력된 고주파를 증폭한다. 도 2에 나타낸 예에서는, 고주파 전원(38)은 제 4 단계(S4)의 각각의 개시 시점에 있어서, 고주파(RF2)를 출력하도록 되어 있다. 또한, 고주파 전원(38)은 제 2 단계(S2)의 각각에 있어서는, 연산부(150A)로부터 부여되는 고주파 공급 개시 신호를 받았을 때, 고주파(RF2)의 서셉터(16)에 대한 공급을 개시한다.
파워 앰프(38b)의 후단에는 파워 센서(38c)가 마련되어 있다. 파워 센서(38c)는 방향성 결합기, 진행파 파워 검출부 및 반사파 파워 검출부를 가지고 있다. 방향성 결합기는 고주파(RF2)의 진행파의 일부를 진행파 파워 검출부에 부여하고, 반사파를 반사파 파워 검출부에 부여한다. 이 파워 센서(38c)에는 고주파(RF2)의 주파수를 특정하는 신호가 전원 제어부(38e)로부터 부여된다. 진행파 파워 검출부는, 진행파의 전체 주파수 성분 중 고주파(RF2)의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 성분의 파워의 측정값, 즉 진행파 파워 측정값(PF2)을 생성한다. 이 진행파 파워 측정값은 파워 피드백용으로 전원 제어부(38e)에 부여된다.
반사파 파워 검출부는, 반사파의 전체 주파수 성분 중 고주파(RF2)의 주파수와 동일한 주파수를 가지는 성분의 파워의 측정값, 즉 반사파 파워 측정값(PR21), 및, 반사파의 전체 주파수 성분의 토탈 파워의 측정값, 즉 반사파 파워 측정값(PR22)을 생성한다. 반사파 파워 측정값(PR21)은 모니터 표시용으로 주제어부(72)에 부여된다. 또한, 반사파 파워 측정값(PR22)은 파워 앰프(38b)의 보호용으로 전원 제어부(38e)에 부여된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 정합기(42)는 정합 회로(42a), 센서(42b), 컨트롤러(42c) 및 액츄에이터(42d 및 42e)를 가지고 있다. 정합 회로(42a)는 가변 리액턴스 소자(42g 및 42h)를 포함하고 있다. 가변 리액턴스 소자(42g 및 42h)는, 예를 들면 가변 콘덴서이다. 또한 정합 회로(42a)는, 인덕터 등을 더 포함하고 있어도 된다.
컨트롤러(42c)는 예를 들면 프로세서로 구성되고, 주제어부(72)의 제어 하에서 동작한다. 컨트롤러(42c)는, 센서(42b)로부터 부여되는 측정값을 이용하여 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 구하도록 되어 있다. 또한, 컨트롤러(42c)는 구한 부하 임피던스를 고주파 전원(38)의 출력 임피던스 또는 정합 포인트에 근접하도록, 액츄에이터(42d 및 42e)를 제어하여, 가변 리액턴스 소자(42g 및 42h) 각각의 리액턴스를 조정하도록 되어 있다. 액츄에이터(42d 및 42e)는 예를 들면 모터이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 센서(42b)는 전류 검출기(102B), 전압 검출기(104B), 필터(106B) 및 필터(108B)를 가지고 있다. 전압 검출기(104B)는, 급전 라인(45) 상에서 전송되는 고주파(RF2)의 전압 파형을 검출하고, 당해 전압 파형을 나타내는 전압 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전압 파형 아날로그 신호는 필터(106B)에 입력된다. 필터(106B)는 입력된 전압 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전압 파형 디지털 신호를 생성한다. 그리고, 필터(106B)는 주제어부(72)로부터의 신호에 의해 특정되는 고주파(RF2)의 설정 주파수의 성분만을 전압 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전압 파형 신호를 생성한다. 필터(106B)에 의해 생성된 여과 전압 파형 신호는 컨트롤러(42c)의 연산부(150B)에 부여된다.
전류 검출기(102B)는, 급전 라인(45) 상에서 전송되는 고주파(RF2)의 전류 파형을 검출하고, 당해 전류 파형을 나타내는 전류 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전류 파형 아날로그 신호는 필터(108B)에 입력된다. 필터(108B)는 입력된 전류 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전류 파형 디지털 신호를 생성한다. 그리고, 필터(108B)는 주제어부(72)로부터의 신호에 의해 특정되는 고주파(RF2)의 설정 주파수의 성분만을 전류 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전류 파형 신호를 생성한다. 필터(108B)에 의해 생성된 여과 전류 파형 신호는 컨트롤러(42c)의 연산부(150B)에 부여된다.
컨트롤러(42c)의 연산부(150B)는, 필터(106B)로부터 부여되는 여과 전압 파형 신호, 및 필터(108B)로부터 부여되는 여과 전류 파형 신호를 이용하여, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스(ZL2)를 구한다. 구체적으로, 연산부(150B)는, 여과 전압 파형 신호에 의해 특정되는 교류 전압(V2), 여과 전류 파형 신호에 의해 특정되는 교류 전류(I2) 및 교류 전압(V2)과 교류 전류(I2)와의 위상차(Φ2)로부터 부하 임피던스(ZL2)를 구한다.
연산부(150B)는 구해진 부하 임피던스(ZL2)를 매칭 제어부(152B)에 출력한다. 매칭 제어부(152B)는, 부하 임피던스(ZL2)를 고주파 전원(38)의 출력 임피던스(또는 정합 포인트)에 근접하도록 액츄에이터(42d 및 42e)를 제어하여, 가변 리액턴스 소자(42g 및 42h)의 리액턴스를 조정한다. 이에 의해, 정합기(42)에 의한 임피던스 정합이 실행된다. 또한 매칭 제어부(152B)는, 연산부(150B)에 의해 출력되는 부하 임피던스(ZL2)의 계열의 이동 평균값을, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스(또는 정합 포인트)에 근접하도록 액츄에이터(42d 및 42e)를 제어해도 된다.
이하, 도 2와 함께 도 7을 참조하여, 방법(MT)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 7은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다. 방법(MT)에서는 공정(ST1)에 있어서 제 n 단계가 개시된다. 'n'은 도 2에 나타내는 예에서는 1 ~ 4의 정수이다.
공정(ST1)에서는, 주제어부(72)가 레시피에 따라 실행할 단계를 전환한다. 도 2에 나타내는 예의 경우, 주제어부(72)는 제 1 단계(S1)의 실행, 제 2 단계(S2)의 실행, 제 3 단계(S3)의 실행 및 제 4 단계(S4)의 실행의 순으로 전환하여, 단계(S1 ~ S4)를 각각이 포함하는 시퀀스를 정해진 횟수만큼 반복한다.
단계(S1 ~ S4)의 각각의 공정(ST1)에서는, 레시피에 따라, 주제어부(72)로부터 가스 전환 신호가 가스 공급계(55)에 부여된다. 도 2에 나타내는 예의 경우, 제 1 단계(S1)의 공정(ST1)에서는 가스 공급계(55)에 제 1 가스를 공급시키기 위하여, 제 2 단계(S2)의 공정(ST1)에서는 가스 공급계(55)에 제 2 가스를 공급시키기 위하여, 제 3 단계(S3)의 공정(ST1)에서는 가스 공급계(55)에 제 3 가스를 공급시키기 위하여, 제 4 단계(S4)의 공정(ST1)에서는 가스 공급계(55)에 제 4 가스를 공급시키기 위하여, 가스 전환 신호가 주제어부(72)로부터 가스 공급계(55)에 부여된다. 또한 방법(MT)의 개시 시에는, 제 1 단계(S1)의 개시 시점보다 전에 제 1 가스의 공급을 개시하도록, 가스 공급계(55)가 주제어부(72)에 의해 제어된다.
또한 공정(ST1)에서는, 레시피에 따라, 실행 중의 단계에 따라 설정된 상술한 제 1 고주파 설정 신호가 고주파 전원(36)에 부여된다. 또한 공정(ST1)에서는, 레시피에 따라, 실행 중의 단계에 따라 설정된 상술한 제 2 고주파 설정 신호가 고주파 전원(38)에 부여된다. 도 2에 나타내는 예의 경우, 제 1 단계(S1), 제 2 단계(S2) 및 제 3 단계(S3)에서는, 제 1 고주파 설정 신호는 고주파(RF1)를 서셉터(16)에 공급하는 것을 지정하도록 설정된다. 또한 제 4 단계(S4)에서는, 제 1 고주파 설정 신호는 서셉터(16)에 대한 고주파(RF1)의 공급을 정지하는 것을 지정하도록 설정된다. 이러한 제 1 고주파 설정 신호에 따라, 고주파 전원(36)은 고주파(RF1)를 서셉터(16)에 공급하거나, 또는 서셉터(16)에 대한 고주파(RF1)의 공급을 정지한다. 또한, 제 1 단계(S1) 및 제 3 단계(S3)에서는, 제 2 고주파 설정 신호는 서셉터(16)에 대한 고주파(RF2)의 공급을 정지하는 것을 지정하도록 설정된다. 또한, 제 2 단계(S2) 및 제 4 단계(S4)에서는, 제 2 고주파 설정 신호는 고주파(RF2)를 서셉터(16)에 공급하는 것을 지정하도록 설정된다. 이러한 제 2 고주파 설정 신호에 따라, 고주파 전원(38)은 고주파(RF2)를 서셉터(16)에 공급하거나, 또는 서셉터(16)에 대한 고주파(RF2)의 공급을 정지한다. 또한 제 2 단계(S2)에 있어서는, 후술하는 공정(ST4)의 실행에 의해, 서셉터(16)에 대한 고주파(RF2)의 공급이 개시된다.
또한 공정(ST1)에서는, 실행 중의 단계에 따라, 처리 용기(10) 내의 압력을 레시피에 따라 지정된 압력으로 유지하도록, 주제어부(72)에 의해 배기 장치(66)가 제어된다. 또한 고주파(RF1)를 공급하는 단계의 공정(ST1)에서는, 고주파(RF1)의 주파수를 특정하는 신호가 정합기(40)에 부여된다. 이에 의해, 정합기(40)는 고주파(RF1)의 설정 주파수에 대응하는 주파수의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 구하여, 당해 부하 임피던스에 기초하여 임피던스 정합을 실행한다. 또한, 고주파(RF2)를 공급하는 단계의 공정(ST1)에서는, 고주파(RF2)의 주파수를 특정하는 신호가 정합기(42)에 부여된다. 정합기(42)는, 고주파(RF2)의 설정 주파수에 대응하는 주파수의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 구하여, 당해 부하 임피던스에 기초하여 임피던스 정합을 실행한다.
이어지는 공정(ST2)에서는, 가스 공급계(55)가, 주제어부(72)로부터의 가스 전환 신호에 의해 지정된 가스를 처리 용기(10)에 공급하도록 전환된다.
방법(MT)에서는, 제 1 단계(S1), 제 3 단계(S3) 및 제 4 단계(S4) 중 어느 하나를 실행 중에는, 그 단계의 플라즈마 처리가 레시피에 따른 시간 길이, 실행되고, 방법(MT)은 후술하는 판정(J4)에 이른다(판정(J1)의 'NO'의 경로를 참조). 한편, 제 2 단계(S2)를 실행 중에는, 방법(MT)은 공정(ST3)으로 이행되고(판정(J1)의 'YES'의 경로를 참조), 공정(ST3)에 있어서 상술한 파라미터가 연산부(150A)에 의해 구해진다.
그리고 판정(J2)에 있어서, 구해진 파라미터가 임계치를 초과했는지 여부를 연산부(150A)가 판정한다. 파라미터가 임계치를 초과하고 있지 않다고 판정되는 경우에는, 연산부(150A)는 판정(J3)에 있어서, 제 2 단계(S2)의 개시 후, 정해진 시간이 경과되어 있는지 여부를 판정한다. 판정(J3)에 있어서, 정해진 시간이 경과되지 않았다고 판정된 경우에는 다시 공정(ST3)이 실행된다. 한편, 판정(J3)에 있어서, 정해진 시간이 경과되었다고 판정된 경우에는, 방법(MT)은 공정(ST4)으로 이행된다. 이 판정(J3)에 의해, 제 2 단계(S2)에 있어서 오동작에 의해 고주파(RF2)의 공급이 개시되지 않는 사태를 회피할 수 있다.
또한 판정(J2)에 있어서, 파라미터가 임계치를 초과하고 있다고 판정된 경우에는, 방법(MT)은 공정(ST4)으로 이행된다. 공정(ST4)에서는, 고주파 공급 개시 신호가 연산부(150A)로부터 고주파 전원(38)에 부여된다. 이에 의해, 제 2 단계(S2)에 있어서의 고주파(RF2)의 공급이 개시된다. 또한 임계치는, 초기적으로는, 제 2 가스가 처리 용기(10) 내에 도달하고 있다고 판단할 수 있는 정해진 값으로서 설정되어 있다.
방법(MT)에서는, 제 1 단계(S1)와 제 2 단계(S2)에 걸쳐 고주파(RF1)가 서셉터(16)에 공급되고 있다. 이 상태에서는, 처리 용기(10) 내에 존재하고 있는 가스가 제 1 가스로부터 제 2 가스로 전환되면, 처리 용기 내에서 생성되는 플라즈마의 임피던스가 변화한다. 상술한 파라미터는, 플라즈마의 임피던스에 따라 변화하는 파라미터이므로, 처리 용기(10) 내에 존재하고 있는 가스의 변화를 양호하게 반영한다. 방법(MT)의 제 2 단계(S2)에서는, 이러한 파라미터에 기초하여 처리 용기(10) 내에 제 2 가스가 도달하고 있는 것이 검출된다. 따라서, 처리 용기(10) 내에 제 2 가스가 도달한 타이밍이 고정밀도로 검출된다. 그리고, 제 2 가스가 도달하고 있는 것이 검출되었을 때 고주파(RF2)의 공급이 개시되므로, 고주파(RF2)의 공급이 적절한 타이밍에 개시된다.
방법(MT)에서는, 이어서 공정(ST5)이 실행된다. 공정(ST5)은 공정(ST5a) 및 공정(ST5b)을 포함한다. 공정(ST5a)에서는, 상술한 시간차가 구해진다. 구체적으로, 제 2 단계(S2)의 각각의 공정(ST4)에 있어서, 시간 조정부(80)에는, 고주파 공급 개시 신호가 고주파 전원(38)에 부여된 시점, 즉, 고주파 전원(38)에 의한 고주파(RF2)의 공급이 개시된 시점을 특정하는 제 1 개시 시점 특정 정보가 연산부(150A)로부터 부여되어 있다. 또한, 제 2 단계(S2)의 각각의 공정(ST1)에 있어서, 시간 조정부(80)에는, 제 2 단계(S2)의 각각의 개시 시점(공정(ST1)의 실행 시)을 특정하는 제 2 개시 시점 특정 정보가 부여되어 있다. 공정(ST5a)에서는, 제 2 개시 시점 특정 정보에 의해 특정되는 시점과 제 1 개시 시점 특정 정보에 의해 특정되는 시점 간의 시간차가, 시간 조정부(80)에 의해 구해진다. 그리고, 이 시간차를 특정하는 시간차 특정 정보가 시간 조정부(80)로부터 주제어부(72)에 부여된다. 이어지는 공정(ST5b)에서는, 선행되는 제 2 단계(S2)에 관한 시간차 특정 정보에 의해 특정되는 시간 차만큼 증가시키도록, 당해 선행되는 제 2 단계(S2) 후에 실행되는 제 2 단계(S2)의 실행 시간 길이가 주제어부(72)에 의해 조정된다.
여기서, 제 2 단계(S2)의 각각에는, 그 실행 시간 길이로서 초기적으로 정해진 실행 시간 길이가 설정되어 있다. 따라서, 제 2 단계(S2) 중 하나의 제 2 단계에 있어서, 고주파(RF2)의 공급이 개시되는 타이밍이 늦어지면, 당해 하나의 제 2 단계에 있어서 고주파(RF2)가 서셉터(16)에 공급된 상태에서 행해지는 플라즈마 처리의 시간이 짧아진다. 그러나 방법(MT)에서는, 선행되는 제 2 단계(S2)에 관하여 구해진 상기의 시간 차만큼, 이후에 실행되는 제 2 단계(S2)의 실행 시간 길이가 정해진 실행 시간 길이로부터 증가된다. 따라서, 고주파(RF2)가 서셉터(16)에 공급된 상태에서 행해지는 제 2 가스의 플라즈마에 의한 처리의 총 실행 시간 길이가 실질적으로 유지된다.
방법(MT)에서는, 이어서 공정(ST6)이 실행된다. 공정(ST6)에서는 판정(J2)에 있어서 이용되는 임계치가 조정된다. 구체적으로, 연산부(150A)에 있어서, 파라미터의 계열로부터 이동 평균값이 구해지고, 당해 이동 평균값을 이용하여 임계치가 조정된다. 파라미터의 계열은, 실행 완료된 제 2 단계(S2), 또는 실행 완료된 제 2 단계(S2)와 실행 중의 제 2 단계(S2)의 각각에서 정합기(40)에 의한 임피던스 정합이 완료된 상태에 있어서의 파라미터를 포함한다. 당해 계열에 포함되는 파라미터의 각각은, 상술한 임계치와 비교되는 파라미터와 동일한 종류의 파라미터일 수 있다. 제 2 단계(S2)에 있어서 정합기(40)에 의한 임피던스 정합이 완료된 상태에서는, 처리 용기(10) 내에는 제 2 가스가 충분히 도달하고 있다. 따라서, 이 상태에서의 파라미터의 계열의 이동 평균값을 이용하여 임계치를 조정함으로써, 제 2 가스가 처리 용기 내에 도달한 타이밍이 보다 고정밀도로 검출된다.
방법(MT)에서는, 이어서 판정(J4)이 행해진다. 판정(J4)에서는, 주제어부(72)에 의해, 단계(S1 ~ S4)를 포함하는 시퀀스의 정해진 횟수의 반복이 실행되었는지 여부가 판정된다. 시퀀스의 정해진 횟수의 반복이 완료되지 않았다고 판정된 경우에는, 공정(ST1)으로 돌아와, 단계(S1 ~ S4) 중 다음의 단계가 실행된다. 한편, 시퀀스의 정해진 횟수의 반복이 완료되었다고 판정된 경우에는 방법(MT)이 종료된다.
이하, 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 다른 실시 형태의 방법(MT)에서는, 적어도 제 2 단계(S2)에 있어서, 고주파(RF1) 및 고주파(RF2) 각각의 주파수가 조정된다. 또한 또 다른 실시 형태에서는, 적어도 제 2 단계(S2)에 있어서, 고주파(RF1) 및 고주파(RF2) 각각의 주파수에 더하여, 고주파(RF1)의 파워 및 고주파(RF2)의 파워가 조정된다. 이하에서는, 도 8 ~ 도 11을 참조하여, 이 실시 형태의 방법(MT)의 실행을 위하여, 고주파 전원(36), 정합기(40), 고주파 전원(38), 정합기(42) 대신에 플라즈마 처리 장치(1)에 채용되는 고주파 전원(36A), 정합기(40A), 고주파 전원(38A), 정합기(42A)에 대하여 설명한다. 도 8은 고주파 전원(36A) 및 정합기(40A)의 구성을 나타내는 도이다. 도 9는 고주파 전원(36A)의 임피던스 센서의 구성을 나타내는 도이다. 도 10은 고주파 전원(38A) 및 정합기(42A)의 구성을 나타내는 도이다. 도 11은 고주파 전원(38A)의 임피던스 센서의 구성을 나타내는 도이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 고주파 전원(36A)은, 고주파 전원(36)과 마찬가지로 발진기(36a), 파워 앰프(36b), 파워 센서(36c) 및 전원 제어부(36e)를 가지고 있다. 고주파 전원(36A)은 임피던스 센서(36d)를 더 가지고 있다. 이하, 고주파 전원(36A)의 각 요소에 관하여, 고주파 전원(36)의 대응의 요소와 상이한 점을 설명한다. 또한, 임피던스 센서(36d)에 대해서도 설명한다.
고주파 전원(36A)의 전원 제어부(36e)는, 제 2 단계(S2)의 실행 기간 내의 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각에 있어서의 고주파(RF1)의 주파수를 설정하는 주파수 제어 신호를 발진기(36a)에 부여하도록 되어 있다. 구체적으로, 전원 제어부(36e)는, 임피던스 센서(36d)로부터, 과거의 제 1 부기간(Ts1)의 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp11) 및 과거의 제 2 부기간(Ts2)의 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp12)을 받는다. 그리고 전원 제어부(36e)는, 이동 평균값(Imp11) 및 이동 평균값(Imp12)이 정해진 조정 범위 내에 포함되는 경우에는, 이동 평균값(Imp11)으로부터 추정되는 제 1 부기간(Ts1)의 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스 및 이동 평균값(Imp12)으로부터 추정되는 제 2 부기간(Ts2)의 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스를 정합 포인트에 근접시키기 위하여, 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파(RF1)의 주파수를 설정하는 주파수 제어 신호를 발진기(36a)에 부여한다. 발진기(36a)는, 당해 주파수 제어 신호에 따라, 제 1 부기간(Ts1)의 고주파의 주파수 및 제 2 부기간(Ts2)의 고주파의 주파수를 설정한다. 한편, 이동 평균값(Imp11) 또는 이동 평균값(Imp12)이 정해진 조정 범위 내에 포함되지 않는 경우에는, 전원 제어부(36e)는, 고주파 전원(36A)에 관한 임피던스 정합을 정합기(40A)에서 행하게 하기 위하여, 정합기(40A)에 제어 신호를 송출한다. 또한 부하 임피던스를 정합 포인트에 근접시킨다는 것은, 부하 임피던스를 이상적으로는 정합 포인트에 일치시키는 것을 의미한다. 또한, '정해진 조정 범위'는, 고주파(RF1)의 주파수의 조정에 의해, 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스를 고주파 전원(36A)의 출력 임피던스 또는 정합 포인트에 정합시키는 것이 가능한 범위이다.
파워 앰프(36b)는, 발진기(36a)로부터 출력된 고주파를 증폭함으로써 고주파(RF1)를 생성하고, 당해 고주파(RF1)를 출력한다. 이 파워 앰프(36b)는 전원 제어부(36e)에 의해 제어된다. 구체적으로, 전원 제어부(36e)는, 주제어부(72)에 의해 지정되는 파워의 고주파(RF1)를 출력하도록 파워 앰프(36b)를 제어한다.
일실시 형태에 있어서, 전원 제어부(36e)는, 제 1 부기간(Ts1)의 고주파(RF1)의 파워가 제 2 부기간(Ts2)의 고주파(RF1)의 파워보다 커지도록 파워 앰프(36b)를 제어해도 된다. 예를 들면, 제 1 부기간(Ts1)의 고주파(RF1)의 파워는, 제 1 부기간(Ts1)의 반사파 파워 측정값(PR11) 또는 정해진 수의 제 1 부기간(Ts1)의 반사파 파워 측정값(PR11)의 이동 평균값에 따라, 플라즈마에 결합되는 고주파(RF1)의 파워가 정해진 파워가 되도록 설정될 수 있다. 또한, 제 2 부기간(Ts2)의 고주파(RF1)의 파워는, 제 2 부기간(Ts2)의 반사파 파워 측정값(PR11) 또는 정해진 수의 제 2 부기간(Ts2)의 반사파 파워 측정값(PR11)의 이동 평균값에 따라, 플라즈마에 결합되는 고주파(RF1)의 파워가 정해진 파워가 되도록 설정될 수 있다.
임피던스 센서(36d)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)의 각각의 실행 기간 내의 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp11)을 구한다. 또한 임피던스 센서(36d)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)의 각각의 실행 기간 내의 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp12)을 구한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 1 부기간(Ts1)은, 제 2 단계(S2)의 각각의 실행 기간 내에 있어서, 고주파(RF2)의 공급의 개시 시점으로부터 당해 실행 기간의 도중까지의 사이의 기간이다. 제 2 부기간(Ts2)은, 제 2 단계(S2)의 각각의 실행 기간 내에 있어서, 당해 도중부터 당해 실행 기간의 종료 시점까지의 사이의 기간이다. 또한, 제 2 단계(S2)의 각각의 실행 기간 내의 제 1 부기간(Ts1)과 제 2 부기간(Ts2)을 포함하는 기간을 기간(T1)이라고 부른다.
제 1 부기간(Ts1)의 시간 길이 및 제 2 부기간(Ts2)의 시간 길이는 전원 제어부(36e)에 의해 지정된다. 예를 들면, 제 1 부기간(Ts1)의 시간 길이는 전원 제어부(36e)가 기억하고 있는 정해진 시간 길이여도 되고, 제 2 부기간(Ts2)의 시간 길이는 전원 제어부(36e)가 기억하고 있는 다른 정해진 시간 길이여도 된다. 혹은, 전원 제어부(36e)는, 상술한 반사파 파워 측정값(PR11)의 시계열로부터, 기간(T1)에 있어서 반사파 파워 측정값(PR11)이 정해진 값 이하로 안정되는 기간을 제 2 부기간(Ts2)으로 설정하고, 기간(T1)에 있어서 당해 제 2 부기간(Ts2)보다 전의 기간을 제 1 부기간(Ts1)으로 설정해도 된다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 임피던스 센서(36d)는 전류 검출기(102C), 전압 검출기(104C), 필터(106C), 필터(108C), 평균값 연산기(110C), 평균값 연산기(112C), 이동 평균값 연산기(114C), 이동 평균값 연산기(116C) 및 임피던스 연산기(118C)를 가지고 있다.
전압 검출기(104C)는, 급전 라인(43) 상에서 전송되는 고주파(RF1)의 전압 파형을 검출하고, 당해 전압 파형을 나타내는 전압 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전압 파형 아날로그 신호는 필터(106C)에 입력된다. 필터(106C)는 입력된 전압 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전압 파형 디지털 신호를 생성한다. 그리고, 필터(106C)는 전원 제어부(36e)로부터 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파(RF1)의 주파수를 특정하는 신호를 받아, 당해 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 성분만을 전압 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전압 파형 신호를 생성한다. 또한 필터(106C)는, 예를 들면 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
필터(106C)에 의해 생성된 여과 전압 파형 신호는 평균값 연산기(110C)에 출력된다. 평균값 연산기(110C)에는, 전원 제어부(36e)로부터 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2)을 특정하는 부기간 특정 신호가 부여된다. 평균값 연산기(110C)는, 여과 전압 파형 신호로부터, 부기간 특정 신호를 이용하여 특정한 각 기간(T1) 내의 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 전압의 평균값(VA11)을 구한다. 또한 평균값 연산기(110C)는, 여과 전압 파형 신호로부터, 부기간 특정 신호를 이용하여 특정한 각 기간(T1) 내의 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 전압의 평균값(VA12)을 구한다. 또한 평균값 연산기(110C)는, 예를 들면 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
평균값 연산기(110C)에 의해 구해진 평균값(VA11) 및 평균값(VA12)은 이동 평균값 연산기(114C)에 출력된다. 이동 평균값 연산기(114C)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)에 관하여 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(VA11) 중, 최근에 실행된 정해진 수의 제 2 단계(S2)에 있어서의 제 1 부기간(Ts1)에 대하여 구해진 정해진 개수의 평균값(VA11)의 이동 평균값(이동 평균값(VMA11))을 구한다. 또한, 이동 평균값 연산기(114C)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)에 관하여 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(VA12) 중, 최근에 실행된 정해진 수의 제 2 단계(S2)에 있어서의 제 2 부기간(Ts2)에 대하여 구해진 정해진 개수의 평균값(VA12)의 이동 평균값(이동 평균값(VMA12))을 구한다. 이동 평균값 연산기(114C)에 의해 구해진 이동 평균값(VMA11 및 VMA12)은 임피던스 연산기(118C)에 출력된다. 또한 이동 평균값 연산기(114C)는, 예를 들면 CPU 또는 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
전류 검출기(102C)는, 급전 라인(43) 상에서 전송되는 고주파(RF1)의 전류 파형을 검출하고, 당해 전류 파형을 나타내는 전류 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전류 파형 아날로그 신호는 필터(108C)에 입력된다. 필터(108C)는 입력된 전류 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전류 파형 디지털 신호를 생성한다. 그리고 필터(108C)는, 전원 제어부(36e)로부터 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파(RF1)의 주파수를 특정하는 신호를 받아, 당해 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 성분만을 전류 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전류 파형 신호를 생성한다. 또한 필터(108C)는, 예를 들면 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
필터(108C)에 의해 생성된 여과 전류 파형 신호는 평균값 연산기(112C)에 출력된다. 또한, 평균값 연산기(112C)에는 전원 제어부(36e)로부터 상술한 부기간 특정 신호가 부여된다. 평균값 연산기(112C)는, 여과 전류 파형 신호로부터, 부기간 특정 신호를 이용하여 특정한 각 기간(T1) 내의 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 전류의 평균값(IA11)을 구한다. 또한 평균값 연산기(112C)는, 여과 전류 파형 신호로부터, 부기간 특정 신호를 이용하여 특정한 각 기간(T1) 내의 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 전류의 평균값(IA12)을 구한다. 또한 평균값 연산기(112C)는, 예를 들면 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
평균값 연산기(112C)에 의해 구해진 평균값(IA11) 및 평균값(IA12)은 이동 평균값 연산기(116C)에 출력된다. 이동 평균값 연산기(116C)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)에 관하여 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(IA11) 중, 최근에 실행된 정해진 수의 제 2 단계(S2)에 있어서의 제 1 부기간(Ts1)에 대하여 구해진 정해진 개수의 평균값(IA11)의 이동 평균값(이동 평균값(IMA11))을 구한다. 또한 이동 평균값 연산기(116C)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)에 관하여 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(IA12) 중, 최근에 실행된 정해진 수의 제 2 단계(S2)에 있어서의 제 2 부기간(Ts2)에 대하여 구해진 정해진 개수의 평균값(IA12)의 이동 평균값(이동 평균값(IMA12))을 구한다. 이동 평균값 연산기(116C)에 의해 구해진 이동 평균값(IMA11 및 IMA12)은 임피던스 연산기(118C)에 출력된다. 또한 이동 평균값 연산기(116C)는, 예를 들면 CPU 또는 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
임피던스 연산기(118C)는, 이동 평균값(IMA11) 및 이동 평균값(VMA11)로부터, 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp11)을 구한다. 이 이동 평균값(Imp11)은 절대값과 위상 성분을 포함한다. 또한, 임피던스 연산기(118C)는 이동 평균값(IMA12) 및 이동 평균값(VMA12)으로부터, 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp12)을 구한다. 이 이동 평균값(Imp12)은 절대값과 위상 성분을 포함한다. 임피던스 연산기(118C)에 의해 구해진 이동 평균값(Imp11 및 Imp12)은 전원 제어부(36e)에 출력된다. 이동 평균값(Imp11 및 Imp12)은 상술한 바와 같이 전원 제어부(36e)에 있어서, 고주파(RF1)의 주파수의 설정을 위하여 이용된다.
도 8로 돌아와, 정합기(40A)는 정합기(40)와 마찬가지로, 정합 회로(40a), 센서(40b), 컨트롤러(40c) 및 액츄에이터(40d 및 40e)를 가지고 있다. 이하, 정합기(40A)의 각 요소에 관하여, 정합기(40)의 대응의 요소와 상이한 점을 설명한다.
정합기(40A)의 센서(40b)는, 임피던스 센서(36d)와 마찬가지로 전원 제어부(36e)로부터 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파(RF1)의 주파수를 특정하는 신호를 받아, 당해 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 성분만을 전압 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전압 파형 신호를 생성한다. 그리고, 센서(40b)는 여과 전압 파형 신호를 컨트롤러(40c)에 출력한다. 또한, 정합기(40A)의 센서(40b)는 임피던스 센서(36d)와 마찬가지로, 전원 제어부(36e)로부터 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파(RF1)의 주파수를 특정하는 신호를 받아, 당해 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 성분만을 전류 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전류 파형 신호를 생성한다. 센서(40b)는 여과 전류 파형 신호를 컨트롤러(40c)에 출력한다.
정합기(40A)의 컨트롤러(40c)는, 이동 평균값(Imp11) 또는 이동 평균값(Imp12)이 정해진 조정 범위 내에 포함되지 않는 경우에 전원 제어부(36e)로부터 송출되는 상기의 제어 신호를 받으면, 이동 평균값(Imp21)과 이동 평균값(Imp22)의 평균값에 의해 특정되는 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스를 정합 포인트에 근접하도록 액츄에이터(40d 및 40e)를 제어한다. 혹은, 정합기(40A)의 컨트롤러(40c)는, 이동 평균값(Imp11) 또는 이동 평균값(Imp12)이 정해진 조정 범위 내에 포함되지 않는 경우에 전원 제어부(36e)로부터 송출되는 상기의 제어 신호를 받으면, 이동 평균값(Imp22)에 의해 특정되는 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스를 정합 포인트에 근접하도록 액츄에이터(40d 및 40e)를 제어한다.
이하, 도 10을 참조한다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 고주파 전원(38A)은 고주파 전원(38)과 마찬가지로, 발진기(38a), 파워 앰프(38b), 파워 센서(38c) 및 전원 제어부(38e)를 가지고 있다. 고주파 전원(38A)은 임피던스 센서(38d)를 더 가지고 있다. 이하, 고주파 전원(38A)의 각 요소에 관하여, 고주파 전원(38)의 대응의 요소와 상이한 점을 설명한다. 또한, 임피던스 센서(38d)에 대해서도 설명한다.
고주파 전원(38A)의 전원 제어부(38e)는, 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각에 있어서의 고주파(RF2)의 주파수를 설정하는 주파수 제어 신호를 발진기(38a)에 부여하도록 되어 있다. 구체적으로, 전원 제어부(38e)는, 임피던스 센서(38d)로부터, 과거의 제 1 부기간(Ts1)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp21) 및 과거의 제 2 부기간(Ts2)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp22)을 받는다. 그리고 전원 제어부(38e)는, 이동 평균값(Imp21) 및 이동 평균값(Imp22)이 정해진 조정 범위 내에 포함되는 경우에는, 이동 평균값(Imp21)으로부터 추정되는 제 1 부기간(Ts1)의 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스 및 이동 평균값(Imp22)으로부터 추정되는 제 2 부기간(Ts2)의 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스를 정합 포인트에 근접시키기 위하여, 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파(RF2)의 주파수를 설정하는 주파수 제어 신호를 발진기(38a)에 부여한다. 발진기(38a)는, 당해 주파수 제어 신호에 따라, 제 1 부기간(Ts1)의 고주파의 주파수 및 제 2 부기간(Ts2)의 고주파의 주파수를 설정한다. 한편, 전원 제어부(38e)는 이동 평균값(Imp21) 또는 이동 평균값(Imp22)이 정해진 조정 범위 내에 포함되지 않는 경우에는, 고주파 전원(38A)에 관한 임피던스 정합을, 정합기(42A)에 행하게 하기 위하여 정합기(42A)에 제어 신호를 송출한다. 또한 '정해진 조정 범위'는, 고주파(RF2)의 주파수의 조정에 의해, 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스를 고주파 전원(38A)의 출력 임피던스 또는 정합 포인트에 정합시키는 것이 가능한 범위이다.
파워 앰프(38b)는, 발진기(38a)로부터 출력된 고주파를 증폭함으로써 고주파(RF2)를 생성하고, 당해 고주파(RF2)를 출력한다. 이 파워 앰프(38b)는 전원 제어부(38e)에 의해 제어된다. 구체적으로, 전원 제어부(38e)는 주제어부(72)에 의해 지정되는 파워의 고주파(RF2)를 출력하도록 파워 앰프(38b)를 제어한다.
일실시 형태에 있어서, 전원 제어부(38e)는, 제 1 부기간(Ts1)의 고주파(RF2)의 파워가 제 2 부기간(Ts2)의 고주파(RF2)의 파워보다 커지도록 파워 앰프(38b)를 제어해도 된다. 예를 들면, 제 1 부기간(Ts1)의 고주파(RF2)의 파워는, 제 1 부기간(Ts1)의 반사파 파워 측정값(PR21) 또는 정해진 수의 제 1 부기간(Ts1)의 반사파 파워 측정값(PR21)의 이동 평균값에 따라, 플라즈마에 결합되는 고주파(RF2)의 파워가 정해진 파워가 되도록 설정될 수 있다. 또한, 제 2 부기간(Ts2)의 고주파(RF2)의 파워는, 제 2 부기간(Ts2)의 반사파 파워 측정값(PR21) 또는 정해진 수의 제 2 부기간(Ts2)의 반사파 파워 측정값(PR21)의 이동 평균값에 따라, 플라즈마에 결합되는 고주파(RF2)의 파워가 정해진 파워가 되도록 설정될 수 있다. 또한 제 2 단계(S2)의 각각에 있어서, 제 2 부기간(Ts2)용으로 그 주파수 및 파워가 설정된 고주파(RF2)는, 당해 고주파(RF2)의 공급이 정지될 때까지 계속될 수 있다.
임피던스 센서(38d)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)의 각각의 실행 기간 내의 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp21)을 구한다. 또한 임피던스 센서(38d)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)의 각각의 실행 기간 내의 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp22)을 구한다. 또한 전원 제어부(38e)는 전원 제어부(36e)와 마찬가지로, 제 1 부기간(Ts1)의 시간 길이의 정해진 시간 길이 및 제 2 부기간(Ts2)의 다른 정해진 시간 길이를 기억하고 있어도 된다. 혹은, 전원 제어부(38e)는 전원 제어부(36e)와 마찬가지로, 상술한 반사파 파워 측정값(PR21)의 시계열로부터, 기간(T1)에 있어서 반사파 파워 측정값(PR21)이 정해진 값 이하로 안정되는 기간을 제 2 부기간(Ts2)으로 설정하고, 기간(T1)에 있어서 당해 제 2 부기간(Ts2)보다 전의 기간을 제 1 부기간(Ts1)으로 설정해도 된다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 임피던스 센서(38d)는 전류 검출기(102D), 전압 검출기(104D), 필터(106D), 필터(108D), 평균값 연산기(110D), 평균값 연산기(112D), 이동 평균값 연산기(114D), 이동 평균값 연산기(116D) 및 임피던스 연산기(118D)를 가지고 있다.
전압 검출기(104D)는, 급전 라인(45) 상에서 전송되는 고주파(RF2)의 전압 파형을 검출하고, 당해 전압 파형을 나타내는 전압 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전압 파형 아날로그 신호는 필터(106D)에 입력된다. 필터(106D)는 입력된 전압 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전압 파형 디지털 신호를 생성한다. 그리고 필터(106D)는, 전원 제어부(38e)로부터 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파(RF2)의 주파수를 특정하는 신호를 받아, 당해 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 성분만을 전압 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써 여과 전압 파형 신호를 생성한다. 또한 필터(106D)는, 예를 들면 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
필터(106D)에 의해 생성된 여과 전압 파형 신호는 평균값 연산기(110D)에 출력된다. 평균값 연산기(110D)에는 전원 제어부(38e)로부터 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2)을 특정하는 부기간 특정 신호가 부여된다. 평균값 연산기(110D)는, 여과 전압 파형 신호로부터, 부기간 특정 신호를 이용하여 특정한 각 기간(T1) 내의 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 전압의 평균값(VA21)을 구한다. 또한, 평균값 연산기(110D)는 여과 전압 파형 신호로부터, 부기간 특정 신호를 이용하여 특정한 각 기간(T1) 내의 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 전압의 평균값(VA22)을 구한다. 또한 평균값 연산기(110D)는, 예를 들면 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
평균값 연산기(110D)에 의해 구해진 평균값(VA21) 및 평균값(VA22)은 이동 평균값 연산기(114D)에 출력된다. 이동 평균값 연산기(114D)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)에 관하여 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(VA21) 중, 최근에 실행된 정해진 수의 제 2 단계(S2)에 있어서의 제 1 부기간(Ts1)에 대하여 구해진 정해진 개수의 평균값(VA21)의 이동 평균값(이동 평균값(VMA21))을 구한다. 또한, 이동 평균값 연산기(114D)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)에 관하여 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(VA22) 중, 최근에 실행된 정해진 수의 제 2 단계(S2)에 있어서의 제 2 부기간(Ts2)에 대하여 구해진 정해진 개수의 평균값(VA22)의 이동 평균값(이동 평균값(VMA22))을 구한다. 이동 평균값 연산기(114D)에 의해 구해진 이동 평균값(VMA21 및 VMA22)은 임피던스 연산기(118D)에 출력된다. 또한 이동 평균값 연산기(114D)는, 예를 들면 CPU 또는 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
전류 검출기(102D)는, 급전 라인(45) 상에서 전송되는 고주파(RF2)의 전류 파형을 검출하고, 당해 전류 파형을 나타내는 전류 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전류 파형 아날로그 신호는 필터(108D)에 입력된다. 필터(108D)는 입력된 전류 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전류 파형 디지털 신호를 생성한다. 그리고 필터(108D)는, 전원 제어부(38e)로부터 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파(RF2)의 주파수를 특정하는 신호를 받아, 당해 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 성분만을 전류 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전류 파형 신호를 생성한다. 또한 필터(108D)는, 예를 들면 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
필터(108D)에 의해 생성된 여과 전류 파형 신호는 평균값 연산기(112D)에 출력된다. 또한, 평균값 연산기(112D)에는 전원 제어부(38e)로부터 상술한 부기간 특정 신호가 부여된다. 평균값 연산기(112D)는, 여과 전류 파형 신호로부터, 부기간 특정 신호를 이용하여 특정한 각 기간(T1) 내의 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 전류의 평균값(IA21)을 구한다. 또한 평균값 연산기(112D)는, 여과 전류 파형 신호로부터, 부기간 특정 신호를 이용하여 특정한 각 기간(T1) 내의 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 전류의 평균값(IA22)을 구한다. 또한 평균값 연산기(112D)는, 예를 들면 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
평균값 연산기(112D)에 의해 구해진 평균값(IA21) 및 평균값(IA22)은 이동 평균값 연산기(116D)에 출력된다. 이동 평균값 연산기(116D)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)에 관하여 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(IA21) 중, 최근에 실행된 정해진 수의 제 2 단계(S2)에 있어서의 제 1 부기간(Ts1)에 대하여 구해진 정해진 개수의 평균값(IA21)의 이동 평균값(이동 평균값(IMA21))을 구한다. 또한 이동 평균값 연산기(116D)는, 실행 완료된 제 2 단계(S2)에 관하여 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(IA22) 중, 최근에 실행된 정해진 수의 제 2 단계(S2)에 있어서의 제 2 부기간(Ts2)에 대하여 구해진 정해진 개수의 평균값(IA22)의 이동 평균값(이동 평균값(IMA22))을 구한다. 이동 평균값 연산기(116D)에 의해 구해진 이동 평균값(IMA21 및 IMA22)은 임피던스 연산기(118D)에 출력된다. 또한 이동 평균값 연산기(116D)는, 예를 들면 CPU 또는 FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
임피던스 연산기(118D)는 이동 평균값(IMA21) 및 이동 평균값(VMA21)으로부터, 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp21)을 구한다. 이 이동 평균값(Imp21)은 절대값과 위상 성분을 포함한다. 또한 임피던스 연산기(118D)는, 이동 평균값(IMA22) 및 이동 평균값(VMA22)으로부터, 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(Imp22)을 구한다. 이 이동 평균값(Imp22)은 절대값과 위상 성분을 포함한다. 임피던스 연산기(118D)에 의해 구해진 이동 평균값(Imp21 및 Imp22)은 전원 제어부(38e)에 출력된다. 이동 평균값(Imp21 및 Imp22)은, 상술한 바와 같이 전원 제어부(38e)에 있어서 고주파(RF2)의 주파수의 설정을 위하여 이용된다.
도 10으로 돌아와, 정합기(42A)는, 정합기(42)와 마찬가지로 정합 회로(42a), 센서(42b), 컨트롤러(42c) 그리고 액츄에이터(42d 및 42e)를 가지고 있다. 이하, 정합기(42A)의 각 요소에 관하여, 정합기(42)의 대응의 요소와 상이한 점을 설명한다.
정합기(42A)의 센서(42b)는 임피던스 센서(38d)와 마찬가지로, 전원 제어부(38e)로부터 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파(RF2)의 주파수를 특정하는 신호를 받아, 당해 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 성분만을 전압 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전압 파형 신호를 생성한다. 그리고, 센서(42b)는 여과 전압 파형 신호를 컨트롤러(42c)에 출력한다. 또한, 정합기(42A)의 센서(42b)는 임피던스 센서(38d)와 마찬가지로, 전원 제어부(38e)로부터 제 1 부기간(Ts1) 및 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파(RF2)의 주파수를 특정하는 신호를 받아, 당해 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 성분만을 전류 파형 디지털 신호로부터 추출함으로써, 여과 전류 파형 신호를 생성한다. 센서(42b)는 여과 전류 파형 신호를 컨트롤러(42c)에 출력한다.
정합기(42A)의 컨트롤러(42c)는, 이동 평균값(Imp21) 또는 이동 평균값(Imp22)이 정해진 조정 범위 내에 포함되지 않는 경우에 전원 제어부(38e)로부터 송출되는 상기의 제어 신호를 받으면, 이동 평균값(Imp21)과 이동 평균값(Imp22)의 평균값에 의해 특정되는 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스를 정합 포인트에 근접하도록 액츄에이터(42d 및 42e)를 제어한다. 혹은, 정합기(42A)의 컨트롤러(42c)는, 이동 평균값(Imp21) 또는 이동 평균값(Imp22)이 정해진 조정 범위 내에 포함되지 않는 경우에 전원 제어부(38e)로부터 송출되는 상기의 제어 신호를 받으면, 이동 평균값(Imp22)에 의해 특정되는 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스를 정합 포인트에 근접하도록 액츄에이터(42d 및 42e)를 제어한다.
이하, 도 8 ~ 도 11을 참조하여 설명한 고주파 전원(36A), 정합기(40A), 고주파 전원(38A) 및 정합기(42A)를 가지는 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 행해지는 임피던스 정합의 방법에 대하여 설명한다. 도 12는 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서 실행되는 임피던스 정합의 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12에 나타내는 임피던스 정합의 방법(MTI)은, 방법(MT)에 있어서의 제 2 단계(S2)에서 이용된다. 제 2 단계(S2) 이외의 다른 단계에 있어서는, 정합기(40) 및 정합기(42)에 관하여 상술한 임피던스 정합이 행해질 수 있다.
방법(MT)의 실시의 초기에 있어서는, 제 2 단계(S2)가 상술한 이동 평균값(Imp11), 이동 평균값(Imp12), 이동 평균값(Imp21) 및 이동 평균값(Imp22)을 구하는데 충분한 횟수만큼, 실행되어 있지 않다. 따라서, 방법(MT)의 실시의 초기에 있어서는, 상술한 평균값(VA11), 평균값(IA11), 평균값(VA12), 평균값(IA12), 평균값(VA21), 평균값(IA21), 평균값(VA22) 및 평균값(IA22)의 산출, 그리고 이들의 축적만이 행해진다.
제 2 단계(S2)가 이동 평균값(Imp11), 이동 평균값(Imp12), 이동 평균값(Imp21) 및 이동 평균값(Imp22)을 구하는데 충분한 횟수만큼 실행된 후에는, 임피던스 센서(36d)에 있어서 이동 평균값(Imp11) 및 이동 평균값(Imp12)이 구해지고, 임피던스 센서(38d)에 있어서 이동 평균값(Imp21) 및 이동 평균값(Imp22)이 구해진다.
이동 평균값(Imp11), 이동 평균값(Imp12), 이동 평균값(Imp21) 및 이동 평균값(Imp22)이 구해진 후에는, 복수의 단계(S2)의 각각에 있어서, 도 12에 나타내는 바와 같이 판정(J10)이 행해진다. 판정(J10)에서는, 이동 평균값(Imp11) 및 이동 평균값(Imp12)이 상술한 정해진 조정 범위 내에 있는지 여부가 전원 제어부(36e)에 의해 판정된다. 또한, 이동 평균값(Imp21) 및 이동 평균값(Imp22)이 상술한 정해진 조정 범위 내에 있는지 여부가 전원 제어부(38e)에 의해 판정된다.
이동 평균값(Imp11) 및 이동 평균값(Imp12)이 상술한 정해진 조정 범위 내에 있다고 판정된 경우에는, 공정(ST11)에 있어서, 전원 제어부(36e)는, 상술한 바와 같이 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 고주파(RF1)의 주파수를 설정하고, 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 고주파(RF1)의 주파수를 설정한다. 이어지는 공정(ST12)에 있어서, 전원 제어부(36e)는, 상술한 바와 같이 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 고주파(RF1)의 파워를 설정하고, 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 고주파(RF1)의 파워를 설정한다. 또한, 이동 평균값(Imp21) 및 이동 평균값(Imp22)이 상술한 정해진 조정 범위 내에 있다고 판정된 경우에는, 공정(ST11)에 있어서 전원 제어부(38e)는, 상술한 바와 같이 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 고주파(RF2)의 주파수를 설정하고, 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 고주파(RF2)의 주파수를 설정한다. 이어지는 공정(ST12)에 있어서 전원 제어부(38e)는, 상술한 바와 같이 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 고주파(RF2)의 파워를 설정하고, 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 고주파(RF2)의 파워를 설정한다.
한편, 이동 평균값(Imp11) 또는 이동 평균값(Imp12)이 상술한 정해진 조정 범위 내에 없다고 판정된 경우에는, 공정(ST13)에 있어서, 고주파 전원(36A)에 관한 임피던스 정합을 정합기(40A)에 행하게 하기 위하여, 전원 제어부(36e)로부터 정합기(40A)에 제어 신호가 송출된다. 이 제어 신호를 받은 정합기(40A)의 컨트롤러(40c)는, 상술한 바와 같이, 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스를 정합 포인트에 근접하도록 액츄에이터(40d 및 40e)를 제어한다. 또한, 이동 평균값(Imp21) 또는 이동 평균값(Imp22)이 상술한 정해진 조정 범위 내에 없다고 판정된 경우에는, 공정(ST13)에 있어서, 고주파 전원(38A)에 관한 임피던스 정합을 정합기(42A)에 행하게 하기 위하여, 전원 제어부(38e)로부터 정합기(42A)에 제어 신호가 송출된다. 이 제어 신호를 받은 정합기(42A)의 컨트롤러(42c)는, 상술한 바와 같이 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스를 정합 포인트에 근접하도록 액츄에이터(42d 및 42e)를 제어한다.
제 2 단계(S2)에 있어서의 제 1 부기간(Ts1)에서는, 고주파(RF2)의 공급의 개시 시점을 포함하는 기간이므로, 급전 라인(43)에 있어서의 반사파가, 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 반사파보다 커질 수 있다. 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스의 변동에 의한 것이다. 고주파(RF2)에 대해서도 동일하다. 따라서, 고주파(RF1)의 반사파를 감소시키기 위해서는, 제 1 부기간(Ts1)과 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스를 개별로 고주파 전원(36A)의 출력 임피던스에 정합시킬 필요가 있다. 또한, 고주파(RF2)의 반사파를 감소시키기 위해서는, 제 1 부기간(Ts1)과 제 2 부기간(Ts2) 각각의 고주파 전원(38A)의 부하 임피던스를 개별로 고주파 전원(38A)의 출력 임피던스에 정합시킬 필요가 있다. 도 12에 나타낸 임피던스 정합의 방법(MTI)에 의하면, 실행 완료된 제 2 단계(S2)의 제 1 부기간(Ts1)의 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스의 이동 평균값(이동 평균값(Imp11)), 즉 제 1 이동 평균값에 의해 추정되는 고주파 전원(36A)의 부하 임피던스를 고주파 전원(36A)의 출력 임피던스에 근접하도록 고주파(RF1)의 주파수가 조정된다. 또한, 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 고주파(RF1)의 주파수는, 이동 평균값(Imp12), 즉 제 2 이동 평균값에 기초하여 동일하게 조정된다. 또한, 제 1 부기간(Ts1)에 있어서의 고주파(RF2)의 주파수는 이동 평균값(Imp21), 즉 제 3 이동 평균값에 기초하여 동일하게 조정된다. 또한, 제 2 부기간(Ts2)에 있어서의 고주파(RF2)의 주파수는 이동 평균값(Imp22), 즉 제 4 이동 평균값에 기초하여 동일하게 조정된다. 고주파 전원(36A) 및 고주파 전원(38A)은 고속으로 고주파의 주파수를 변경할 수 있으므로, 방법(MTI)에 의하면, 부하 임피던스의 변화에 고속으로 추종하여 임피던스 정합을 행하는 것이 가능해진다.
또한 공정(ST12)에 의하면, 제 1 부기간(Ts1)에 있어서 플라즈마에 결합되는 고주파(RF1)의 파워가 부족할 경우에는, 고주파(RF1)의 파워를 보충할 수 있다. 또한 공정(ST12)에 의하면, 제 1 부기간(Ts1)에 있어서 플라즈마에 결합되는 고주파(RF2)의 파워가 부족할 경우에는, 고주파(RF2)의 파워를 보충할 수 있다.
이상, 다양한 실시 형태에 대하여 설명해 왔지만, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고 다양한 변형 태양을 구성 가능하다. 예를 들면, 고주파 전원(36) 및 고주파 전원(36A)은 상부 전극(46)에 고주파(RF1)를 공급하도록 구성되어 있어도 된다. 또한, 방법(MT)이 적용되는 플라즈마 처리 장치는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에 한정되는 것은 아니다. 방법(MT)은, 제 1 전극 및 제 2 전극을 가지는 임의의 플라즈마 처리 장치, 예를 들면 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에도 적용될 수 있다.
또한 상술한 일실시 형태에서는, 제 2 단계(S2)의 제 1 부기간 및 제 2 부기간 각각에 있어서, 고주파(RF1)의 조정(고주파(RF1)의 주파수 및 파워의 조정)이 행해지고, 고주파(RF2)의 조정(고주파(RF2)의 주파수 및 파워의 조정)이 행해지고 있었지만, 제 1 단계(S1) 및 제 3 단계(S3) 각각에 있어서도, 마찬가지로 두 개의 부기간이 설정되고, 당해 두 개의 부기간 각각에 있어서 고주파(RF1)의 조정(고주파(RF1)의 주파수 및 파워의 조정)이 행해져도 된다. 또한 제 4 단계(S4)에 있어서도, 마찬가지로 두 개의 부기간이 설정되고, 당해 두 개의 부기간 각각에 있어서 고주파(RF2)의 조정(고주파(RF2)의 주파수 및 파워의 조정)이 행해져도 된다.
1 : 플라즈마 처리 장치
10 : 처리 용기
16 : 서셉터
18 : 정전 척
36, 36A : 고주파 전원
36d : 임피던스 센서
36e : 전원 제어부
38, 38A : 고주파 전원
38d : 임피던스 센서
38e : 전원 제어부
40, 40A : 정합기
150A : 연산부
40a : 정합 회로
40b : 센서
40c : 컨트롤러
42, 42A : 정합기
42a : 정합 회로
42b : 센서
42c : 컨트롤러
43 : 급전 라인
45 : 급전 라인
46 : 상부 전극
55 : 가스 공급계
66 : 배기 장치
72 : 주제어부
80 : 시간 조정부
10 : 처리 용기
16 : 서셉터
18 : 정전 척
36, 36A : 고주파 전원
36d : 임피던스 센서
36e : 전원 제어부
38, 38A : 고주파 전원
38d : 임피던스 센서
38e : 전원 제어부
40, 40A : 정합기
150A : 연산부
40a : 정합 회로
40b : 센서
40c : 컨트롤러
42, 42A : 정합기
42a : 정합 회로
42b : 센서
42c : 컨트롤러
43 : 급전 라인
45 : 급전 라인
46 : 상부 전극
55 : 가스 공급계
66 : 배기 장치
72 : 주제어부
80 : 시간 조정부
Claims (10)
- 플라즈마 처리 장치에 있어서 실행되는 플라즈마 처리 방법으로서,
상기 플라즈마 처리 장치는,
처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 처리 용기 내의 공간이 그들 사이에 개재되도록 마련된 제 1 전극 및 제 2 전극과,
플라즈마 생성용의 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과,
이온 인입용의 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과,
상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극과 상기 제 1 고주파 전원을 접속하는 제 1 급전 라인과,
상기 제 2 전극과 상기 제 2 고주파 전원을 접속하는 제 2 급전 라인과,
상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 조정하기 위한 제 1 정합기와,
상기 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스를 조정하기 위한 제 2 정합기와,
상기 가스 공급계를 제어하는 제 1 수단과,
상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스, 부하 저항 및 부하 리액턴스, 그리고 상기 제 1 고주파의 반사파 계수 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터를 구하는 제 2 수단
을 구비하고,
상기 플라즈마 처리 방법은,
상기 처리 용기 내에 있어서, 제 1 가스의 플라즈마를 생성하는 복수의 제 1 단계와,
상기 복수의 제 1 단계와 교호로 실행되는 복수의 제 2 단계이며, 상기 처리 용기 내에 있어서, 상기 제 1 가스에 포함되는 가스와는 상이한 가스를 포함하는 제 2 가스의 플라즈마를 생성하는 상기 복수의 제 2 단계
를 포함하고,
상기 복수의 제 1 단계의 각각에 있어서, 상기 가스 공급계로부터 상기 처리 용기 내에 상기 제 1 가스가 공급되고, 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에 상기 제 1 고주파 전원으로부터 상기 제 1 고주파가 공급되고,
상기 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서, 상기 복수의 제 1 단계 중 직전의 제 1 단계로부터 연속하여 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에 상기 제 1 고주파 전원으로부터 상기 제 1 고주파가 공급되고,
상기 복수의 제 2 단계의 각각은,
상기 처리 용기 내에 공급되는 가스를 상기 제 1 가스로부터 상기 제 2 가스로 전환하기 위하여, 상기 제 1 수단으로부터 상기 가스 공급계에 가스 전환 신호를 부여하는 공정과,
상기 가스 전환 신호가 상기 가스 공급계에 부여된 후, 상기 파라미터가 임계치를 초과했을 때, 상기 제 2 수단이 상기 제 2 고주파 전원에 상기 제 2 전극에 대한 상기 제 2 고주파의 공급을 개시시키는 공정
을 포함하는,
플라즈마 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 복수의 제 2 단계의 각각의 개시 시점과 상기 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서 상기 제 2 고주파의 공급이 개시된 시점 간의 시간차를 구하는 제 3 수단을 더 구비하고,
상기 제 3 수단이 상기 시간차를 구하는 공정과,
상기 복수의 제 2 단계 중 선행되는 제 2 단계보다 후에 실행되는 제 2 단계의 소정의 실행 시간 길이를 상기 시간차만큼 증가시키도록, 상기 소정의 실행 시간 길이를 조정하는 공정
을 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 수단이, 파라미터의 계열로부터 구해지는 이동 평균값을 이용하여, 상기 임계치를 조정하는 공정을 더 포함하고,
상기 파라미터의 계열은, 상기 복수의 제 2 단계 중 실행 완료된 제 2 단계, 또는 상기 실행 완료된 제 2 단계와 실행 중의 제 2 단계의 각각에서 상기 제 1 정합기에 의한 임피던스 정합이 완료한 상태에 있어서의, 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스, 부하 저항 및 부하 리액턴스, 그리고 상기 제 1 고주파의 반사파 계수 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터로 구성되는
플라즈마 처리 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서, 제 1 이동 평균값 및 제 2 이동 평균값이 정해진 조정 범위 내에 포함되는 경우에, 상기 제 1 고주파 전원의 전원 제어부가, 상기 제 1 고주파를 조정하는 공정이며, 상기 제 1 이동 평균값으로부터 추정되는 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 제 1 부기간에 있어서 출력되는 상기 제 1 고주파의 주파수를 조정하고, 상기 제 2 이동 평균값으로부터 추정되는 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 제 2 부기간에 있어서 출력되는 상기 제 1 고주파의 주파수를 조정하는 상기 공정과,
상기 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서, 제 3 이동 평균값 및 제 4 이동 평균값이 정해진 조정 범위 내에 포함되는 경우에, 상기 제 2 고주파 전원의 전원 제어부가, 상기 제 2 고주파를 조정하는 공정이며, 상기 제 3 이동 평균값으로부터 추정되는 상기 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 상기 제 1 부기간에 있어서 출력되는 상기 제 2 고주파의 주파수를 조정하고, 상기 제 4 이동 평균값으로부터 추정되는 상기 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 상기 제 2 부기간에 있어서 출력되는 상기 제 2 고주파의 주파수를 조정하는 상기 공정
을 더 포함하고,
상기 제 1 부기간은, 상기 복수의 제 2 단계의 각각의 실행 기간 내에 있어서 상기 제 2 고주파의 공급이 개시된 시점으로부터 상기 실행 기간의 도중까지의 사이의 기간이며, 상기 제 2 부기간은, 상기 도중부터 상기 실행 기간의 종료 시점까지의 사이의 기간이며,
상기 제 1 이동 평균값은, 상기 복수의 제 2 단계 중 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내에 있어서 상기 제 2 고주파의 공급이 개시된 시점으로부터 상기 실행 기간의 도중까지의 사이의 제 1 부기간에 있어서의 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값이며,
상기 제 2 이동 평균값은, 상기 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내의 상기 도중부터 상기 실행 기간의 종료 시점까지의 사이의 제 2 부기간에 있어서의 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값이며,
상기 제 3 이동 평균값은, 상기 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내의 상기 제 1 부기간에 있어서의 상기 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값이며,
상기 제 4 이동 평균값은, 상기 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내의 상기 제 2 부기간에 있어서의 상기 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값인,
플라즈마 처리 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 고주파를 조정하는 상기 공정에 있어서, 상기 제 1 고주파 전원의 상기 전원 제어부가, 상기 제 1 부기간에 있어서의 상기 제 1 고주파의 파워가 상기 제 2 부기간에 있어서의 상기 제 1 고주파의 파워보다 커지도록 상기 제 1 고주파의 파워를 조정하고,
상기 제 2 고주파를 조정하는 상기 공정에 있어서, 상기 제 2 고주파 전원의 상기 전원 제어부가, 상기 제 1 부기간에 있어서의 상기 제 2 고주파의 파워가 상기 제 2 부기간에 있어서의 상기 제 2 고주파의 파워보다 커지도록 상기 제 2 고주파의 파워를 조정하는
플라즈마 처리 방법. - 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 처리 용기 내의 공간이 그들 사이에 개재되도록 마련된 제 1 전극 및 제 2 전극과,
플라즈마 생성용의 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과,
이온 인입용의 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과,
상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극과 상기 제 1 고주파 전원을 접속하는 제 1 급전 라인과,
상기 제 2 전극과 상기 제 2 고주파 전원을 접속하는 제 2 급전 라인과,
상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 조정하기 위한 제 1 정합기와,
상기 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스를 조정하기 위한 제 2 정합기와,
상기 가스 공급계를 제어하는 제 1 수단과,
상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스, 부하 저항 및 부하 리액턴스, 그리고 상기 제 1 고주파의 반사파 계수 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터를 구하는 제 2 수단
을 구비하고,
상기 처리 용기 내에 있어서, 제 1 가스의 플라즈마를 생성하는 복수의 제 1 단계의 각각에 있어서, 상기 제 1 수단은, 상기 처리 용기 내에 상기 제 1 가스를 공급하도록 상기 가스 공급계를 제어하고, 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에 상기 제 1 고주파를 공급하도록 상기 제 1 고주파 전원을 제어하고,
상기 복수의 제 1 단계와 교호로 실행되는 복수의 제 2 단계이며, 상기 처리 용기 내에 있어서, 상기 제 1 가스에 포함되는 가스와는 상이한 가스를 포함하는 제 2 가스의 플라즈마를 생성하는, 상기 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서,
상기 제 1 수단은, 상기 복수의 제 1 단계 중 직전의 제 1 단계로부터 연속하여 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에 상기 제 1 고주파를 공급하도록 상기 제 1 고주파 전원을 제어하고,
상기 제 1 수단은, 상기 처리 용기 내에 공급되는 가스를 상기 제 1 가스로부터 상기 제 2 가스로 전환하기 위하여, 상기 가스 공급계에 가스 전환 신호를 부여하고,
상기 제 2 수단은, 상기 가스 전환 신호가 상기 가스 공급계에 부여된 후, 상기 파라미터가 임계치를 초과했을 때, 상기 제 2 고주파 전원에 상기 제 2 전극에 대한 상기 제 2 고주파의 공급을 개시시키는,
플라즈마 처리 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 제 2 단계의 각각의 개시 시점과 상기 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서 상기 제 2 고주파의 공급이 개시된 시점 간의 시간차를 구하는 제 3 수단을 더 구비하고,
상기 제 1 수단은, 상기 복수의 제 2 단계 중 선행되는 제 2 단계보다 후에 실행되는 제 2 단계의 소정의 실행 시간 길이를 상기 시간차만큼 증가시키도록, 상기 소정의 실행 시간 길이를 조정하는,
플라즈마 처리 장치. - 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 수단은, 파라미터의 계열로부터 구해지는 이동 평균값을 이용하여, 상기 임계치를 조정하고,
상기 파라미터의 계열은, 상기 복수의 제 2 단계 중 실행 완료된 제 2 단계, 또는 상기 실행 완료된 제 2 단계와 실행 중의 제 2 단계의 각각에서 상기 제 1 정합기에 의한 임피던스 정합이 완료된 상태에 있어서의, 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스, 부하 저항 및 부하 리액턴스, 그리고 상기 제 1 고주파의 반사파 계수 중 적어도 하나를 포함하는 파라미터로 구성되는,
플라즈마 처리 장치. - 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 고주파 전원은, 상기 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서, 제 1 이동 평균값 및 제 2 이동 평균값이 정해진 조정 범위 내에 포함되는 경우에, 상기 제 1 이동 평균값으로부터 추정되는 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 제 1 부기간에 있어서 출력되는 상기 제 1 고주파의 주파수를 조정하고, 상기 제 2 이동 평균값으로부터 추정되는 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 제 2 부기간에 있어서 출력되는 상기 제 1 고주파의 주파수를 조정하는 전원 제어부를 가지고,
상기 제 2 고주파 전원은, 상기 복수의 제 2 단계의 각각에 있어서, 제 3 이동 평균값 및 제 4 이동 평균값이 정해진 조정 범위 내에 포함되는 경우에, 상기 제 3 이동 평균값으로부터 추정되는 상기 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 상기 제 1 부기간에 있어서 출력되는 상기 제 2 고주파의 주파수를 조정하고, 상기 제 4 이동 평균값으로부터 추정되는 상기 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스를 상기 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 근접하도록 상기 제 2 부기간에 있어서 출력되는 상기 제 2 고주파의 주파수를 조정하는 전원 제어부를 가지고,
상기 제 1 부기간은, 상기 복수의 제 2 단계의 각각의 실행 기간 내에 있어서 상기 제 2 고주파의 공급이 개시된 시점으로부터 상기 실행 기간의 도중까지의 사이의 기간이며, 상기 제 2 부기간은, 상기 도중부터 상기 실행 기간의 종료 시점까지의 사이의 기간이며,
상기 제 1 이동 평균값은, 상기 복수의 제 2 단계 중 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내에 있어서 상기 제 2 고주파의 공급이 개시된 시점으로부터 상기 실행 기간의 도중까지의 사이의 제 1 부기간에 있어서의 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값이며,
상기 제 2 이동 평균값은, 상기 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내의 상기 도중부터 상기 실행 기간의 종료 시점까지의 사이의 제 2 부기간에 있어서의 상기 제 1 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값이며,
상기 제 3 이동 평균값은, 상기 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내의 상기 제 1 부기간에 있어서의 상기 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값이며,
상기 제 4 이동 평균값은, 상기 실행 완료된 제 2 단계 각각의 실행 기간 내의 상기 제 2 부기간에 있어서의 상기 제 2 고주파 전원의 부하 임피던스의 이동 평균값인,
플라즈마 처리 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 고주파 전원의 상기 전원 제어부는, 상기 제 1 부기간에 있어서의 상기 제 1 고주파의 파워가 상기 제 2 부기간에 있어서의 상기 제 1 고주파의 파워보다 커지도록 상기 제 1 고주파의 파워를 조정하고,
상기 제 2 고주파 전원의 상기 전원 제어부가, 상기 제 1 부기간에 있어서의 상기 제 2 고주파의 파워가 상기 제 2 부기간에 있어서의 상기 제 2 고주파의 파워보다 커지도록 상기 제 2 고주파의 파워를 조정하는
플라즈마 처리 장치.
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