KR20150041752A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

처리 용기로 공급되는 2 종류의 고주파의 파워를 주파수가 상이한 펄스로 동시에 변조할 경우에, 쌍방의 정합기가 어느 쪽도 안정적이고 또한 정확한 정합 동작을 행할 수 있도록 한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마 생성용 고주파(RF₁) 및 이온 인입용 고주파(RF₂)의 파워에 주파수가 상이한 제 1 및 제 2 펄스(PS₁, PS₂)로 변조를 걸 경우, 플라즈마 생성계의 정합기(40)에서, 임피던스 센서(96A)가, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)의 각 사이클마다 고주파 급전 라인(43) 상에서 부하 임피던스의 평균값(일차 이동 평균값(ma))을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하여 부하 임피던스 측정값을 출력한다. 그리고, 부하 임피던스 측정값이 정합 포인트(50Ω)에 일치 또는 근사하도록, 매칭 컨트롤러(94A)가 정합 회로(88A) 내의 리액턴스 소자(X_H1, X_H2)의 리액턴스를 가변으로 제어한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 처리 용기 내에서 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 기술에 관한 것으로, 특히 처리 용기 내 또는 주위의 전극에 공급되는 고주파의 파워를 펄스로 변조하는 파워 변조 방식의 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 플라즈마 처리 장치는, 진공 배기 가능한 처리 용기 내에서 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 플라즈마에 포함되는 라디칼 또는 이온의 기상 반응 혹은 표면 반응에 의해, 처리 용기 내의 피처리체 상에 박막을 퇴적시키고, 혹은 피처리체 표면의 소재 또는 박막을 깎는 등의 미세 가공을 행하도록 하고 있다.

예를 들면, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기 내에 상부 전극과 하부 전극을 평행하게 배치하고, 하부 전극 상에 피처리체(반도체 웨이퍼, 글라스 기판 등)를 재치(載置)하고, 상부 전극 혹은 하부 전극에 플라즈마 생성에 적합한 주파수(통상 13.56 MHz 이상)의 고주파를 인가한다. 이 고주파의 인가에 의해 서로 대향하는 전극 간에 생성된 고주파 전계에 의해 전자가 가속되어, 전자와 처리 가스와의 충돌 전리에 의해 플라즈마가 생성되고, 이 플라즈마 하에서 성막 또는 에칭 등의 플라즈마 처리가 행해지도록 되어 있다.

최근에는, 반도체 디바이스 등의 제조 프로세스에서의 디자인 룰이 더욱 더 미세화되어, 특히 플라즈마 에칭은 보다 높은 치수 정밀도가 요구되고 있고, 에칭에서의 마스크 또는 하지에 대한 선택비 또는 면내 균일성을 보다 높게 하는 것도 요구되고 있다. 이 때문에, 챔버 내의 프로세스 영역의 저압력화, 저이온 에너지화가 지향되고, 40 MHz 이상과 같은 높은 주파수의 고주파가 이용되고 있다.

그러나, 이와 같이 저압력화 및 저이온 에너지화가 진행됨으로써, 종래에는 문제가 되지 않았던 차징 데미지의 영향을 무시할 수 없게 되고 있다. 즉, 이온 에너지가 높은 종래의 플라즈마 처리 장치에서는 플라즈마 전위가 면내에서 불균일하다 해도 큰 문제는 발생하지 않지만, 보다 저압으로 이온 에너지가 낮아지면, 플라즈마 전위의 면내 불균일이 게이트 산화막의 차징 데미지를 일으키기 쉬워진다고 하는 것과 같은 문제가 발생한다.

이 문제에 대해서는, 플라즈마 생성에 이용되는 고주파의 파워를 듀티비가 제어 가능한 온 / 오프(또는 H 레벨 / L 레벨)의 펄스로 변조하는 방식(이하, '제 1 파워 변조 방식'이라고 함)이 유효하다고 여겨지고 있다. 이 제 1 파워 변조 방식에 의하면, 플라즈마 에칭 중에 처리 가스의 플라즈마 생성 상태와 플라즈마 비생성 상태(플라즈마를 생성하고 있지 않는 상태)가 일정 주기로 교호로 반복되므로, 플라즈마 처리의 개시부터 종료까지 플라즈마를 계속 생성하는 통상의 플라즈마 처리에 비해, 플라즈마를 연속하여 생성하고 있는 시간이 짧아진다. 이에 의해, 플라즈마로부터 피처리체에 한 번에 유입되는 전하의 양 혹은 피처리체의 표면에 전하가 누적적으로 축적되는 양이 줄어들게 되므로, 차징 데미지는 발생하기 어려워져, 안정된 플라즈마 처리의 실현 및 플라즈마 프로세스의 신뢰성이 향상된다.

또한 종래부터, 플라즈마 처리 장치에서는, 피처리체를 재치하는 하부 전극에 낮은 주파수(통상 13.56 MHz 이하)의 고주파를 인가하고, 하부 전극 상에 발생하는 음의 바이어스 전압 또는 시스 전압에 의해 플라즈마 중의 이온을 가속하여 피처리체에 인입하는 RF 바이어스법이 많이 이용되고 있다. 이와 같이 플라즈마로부터 이온을 가속하여 피처리체의 표면에 충돌시킴으로써, 표면 반응, 이방성(異方性) 에칭, 혹은 막의 개질 등을 촉진할 수 있다.

그런데, 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 비아 홀 또는 컨택트 홀 등의 에칭을 행할 경우에는, 홀 사이즈의 대소(혹은 패턴의 소밀)에 따라 에칭 레이트가 상이한, 이른바 마이크로 로딩 효과가 발생하는 문제가 있어, 에칭 깊이의 컨트롤이 곤란하다고 하는 문제가 있다. 특히, 가이드 링(GR)과 같이 큰 에어리어에서는 에칭이 빠른 경우가 많고, CF계 라디칼이 들어가기 어려운 스몰 비아에서는 에칭 레이트가 느린 경우가 많다.

이 문제에 대해서는, 이온의 인입에 이용하는 고주파의 파워를 듀티비가 제어 가능한 제 1 레벨 / 제 2 레벨(또는 온 / 오프)의 펄스로 변조하는 방식(이하, '제 2 파워 변조 방식'이라고 함)이 유효하다고 여겨지고 있다. 이 제 2 파워 변조 방식에 의하면, 이온 인입용의 고주파가 피처리체 상의 소정의 막의 에칭이 진행되는데 적합한 비교적 높은 제 1 레벨(H 레벨)의 파워를 유지하는 기간과 피처리체 상의 소정의 막에 폴리머가 퇴적되는데 적합한 비교적 낮은 제 2 레벨(L 레벨)의 파워를 유지하는 기간이 일정 주기로 교호로 반복됨으로써, 홀 사이즈가 큰(넓은) 장소일수록 높은 퇴적 레이트로 소정의 막에 적당한 폴리머층이 퇴적되고, 에칭의 진행이 억제된다. 이에 의해, 바람직하지 않은 마이크로 로딩 효과를 저감하고, 고선택비 및 고에칭 레이트의 에칭이 가능해진다.

일본특허공개공보 2000-071292호 일본특허공개공보 2012-009544호 일본특허공개공보 2013-033856호

종래부터, 플라즈마 처리 장치에서 상기와 같은 제 1 및 제 2 파워 변조 방식을 병용 또는 동시 사용하는 것이 행해지고 있는데, 그 경우에는 쌍방의 고주파 전원에서 동일 주파수의 변조 펄스가 이용되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2, 3).

그러나, 본 발명자 등이 제 1 및 제 2 파워 변조 방식의 각각에 대하여 변조 펄스의 주파수를 파라미터로 하여 기대 효과를 개별로 평가한 바, 제 1 파워 변조 방식의 특성이 최대한 발휘되는 펄스의 주파수와 제 2 파워 변조 방식의 특성이 최대한 발휘되는 펄스의 주파수는 크게 상이한 경향이 있는 것을 알았다. 예를 들면, 어느 프로세스에서는, 제 1 파워 변조 방식에 의한 차지 업 데미지 억제의 효과가 최대로 나타나는 펄스의 주파수는 90 kHz 부근인데 반해, 제 2 파워 변조 방식에 의한 마이크로 로딩 저감의 효과가 최대로 나타나는 펄스의 주파수는 10 kHz 부근인 것을 알았다. 따라서, 제 1 파워 변조 방식과 제 2 파워 변조 방식을 동시에 사용할 경우에는, 당해 프로세스에서 양 파워 변조 방식의 특성이 각각 최대한으로 발휘되는 독립된 주파수의 변조 펄스를 이용하는 것이 이상적이라고 할 수 있다.

그런데, 제 1 및 제 2 파워 변조 방식을 동시 사용할 경우에 각각의 펄스의 주파수가 상이하면, 고주파 전원으로부터 처리 용기 내의 플라즈마까지 고주파를 전송하는 고주파 급전 라인 상에서 정합기의 정합 동작이 어려워진다. 특히, 주파수가 높은 쪽의 펄스로 변조되는 제 1 고주파측의 정합기가, 주파수가 낮은 쪽의 펄스에 동기한(제 2 고주파의 파워의 온·오프에 의해 발생함) 플라즈마 임피던스의 주기적인 변동의 영향을 받음으로써, 그 정합 동작이 불안정해지기 쉽다.

본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하는 것이며, 처리 용기 내 또는 주위의 전극에 공급되는 2 종류의 고주파의 파워를 주파수가 상이한 펄스로 동시에 변조할 경우에, 쌍방의 정합기가 어느 쪽도 안정적이고 또한 정확한 정합 동작을 행할 수 있도록 한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 제 1 관점에서의 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 출입 가능하게 수용하는 진공 배기 가능한 처리 용기 내에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마 하에서 상기 처리 용기 내의 상기 피처리체에 원하는 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 처리 용기 내 또는 주위에 배치되는 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에 설치되는 제 1 가변 리액턴스 소자 및 제 1 임피던스 센서를 가지고, 상기 제 1 임피던스 센서로부터 출력되는 제 1 부하 임피던스 측정값이 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 대응하는 제 1 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록 상기 제 1 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 가변으로 제어하는 제 1 정합부와, 상기 제 1 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 오프 상태 또는 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 주파수로 교호로 반복함으로써, 상기 제 1 고주파 전원의 출력을 제 1 펄스로 변조하는 제 1 고주파 파워 변조부와, 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 처리 용기 내 또는 주위에 배치되는 제 2 전극까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과, 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에 설치되는 제 2 가변 리액턴스 소자 및 제 2 임피던스 센서를 가지고, 상기 제 2 임피던스 센서로부터 출력되는 제 2 부하 임피던스 측정값이 상기 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 대응하는 제 2 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록 상기 제 2 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 가변으로 제어하는 제 2 정합부와, 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 3 레벨이 되는 제 3 기간과 오프 상태 또는 상기 제 3 레벨보다 낮은 제 4 레벨이 되는 제 4 기간을 상기 제 1 펄스의 고주파보다 낮은 일정한 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원의 출력을 제 2 파워로 변조하는 제 2 고주파 파워 변조부를 구비하고, 상기 제 1 임피던스 센서가, 상기 제 2 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하는 상기 제 1 부하 임피던스 측정값을 출력하고, 상기 제 2 임피던스 센서가 상기 제 2 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하는 상기 제 2 부하 임피던스 측정값을 출력한다.

상기의 장치 구성에서는, 제 1 고주파에 주파수가 높은 쪽의 제 1 펄스로 변조가 걸려 있는 제 1 고주파측의 정합부에서는, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스의 제 1 기간과 제 2 기간과의 사이에서 발생하는 부하 임피던스의 주기적인 변동(주로 플라즈마 임피던스의 주기적인 변동)이 제 1 임피던스 센서 내의 제 2 펄스의 사이클을 기본 사이클로 하는 평균화 처리에 의해 캔슬된다. 이에 의해, 제 1 정합부는 정합 동작을 안정적으로 행할 수 있다.

한편, 제 2 펄스의 온 기간 중에 제 1 펄스의 각 사이클 내(제 1 기간 시와 제 2 기간 시)에서 플라즈마의 임피던스가 맥동해도, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스를 전송하는 제 2 정합부의 임피던스 센서에는 마치 제 1 고주파가 연속파로 플라즈마에 공급되고 있는 것처럼 보인다. 따라서 제 2 정합부는, 제 1 정합부와 동등한 평균화 처리를 행하지 않아도, 정합 동작을 안정적으로 행할 수 있다.

본 발명의 제 2 관점에서의 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 출입 가능하게 수용하는 진공 배기 가능한 처리 용기 내에 상대향하여 설치된 제 1 및 제 2 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마 하에서 상기 제 1 전극 상에 보지(保持)되는 상기 피처리체에 원하는 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 플라즈마를 생성하는데 적합한 주파수를 가지는 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에 설치되는 제 1 가변 리액턴스 소자 및 제 1 임피던스 센서를 가지고, 상기 제 1 임피던스 센서로부터 출력되는 제 1 부하 임피던스 측정값이 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 대응하는 제 1 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록 상기 제 1 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 가변으로 제어하는 제 1 정합부와, 상기 제 1 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 기간과 오프 상태 또는 상기 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 기간을 일정한 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 1 고주파 전원의 출력을 제 1 펄스로 변조하는 제 1 고주파 파워 변조부와, 상기 플라즈마로부터 상기 제 1 전극 상의 상기 피처리체에 이온을 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과, 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에 설치되는 제 2 가변 리액턴스 소자 및 제 2 임피던스 센서를 가지고, 상기 제 2 임피던스 센서로부터 출력되는 제 2 부하 임피던스 측정값이 상기 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 대응하는 제 2 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록 상기 제 2 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 가변으로 제어하는 제 2 정합부와, 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 3 레벨이 되는 제 3 기간과 오프 상태 또는 상기 제 3 레벨보다 낮은 제 4 레벨이 되는 제 4 기간을 상기 제 1 펄스의 주파수와는 상이한 독립된 일정한 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원의 출력을 제 2 펄스로 변조하는 제 2 고주파 파워 변조부를 가지고, 상기 제 1 펄스의 주파수가 상기 제 2 펄스의 주파수보다 높을 경우는, 상기 제 1 임피던스 센서가, 상기 제 2 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하여 상기 제 1 부하 임피던스 측정값을 출력하고, 또한 상기 제 2 임피던스 센서가, 상기 제 2 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하여 상기 제 2 부하 임피던스 측정값을 출력하고, 상기 제 1 펄스의 주파수가 상기 제 2 펄스의 주파수보다 낮을 경우는, 상기 제 1 임피던스 센서가, 상기 제 1 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하여 상기 제 1 부하 임피던스 측정값을 출력하고, 또한 상기 제 2 임피던스 센서가, 상기 제 1 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하여 상기 제 2 부하 임피던스 측정값을 출력한다.

본 발명의 플라즈마 처리 장치에 의하면, 상기와 같은 구성에 의해, 처리 용기 중 또는 주위의 전극에 공급되는 2 종류의 고주파의 파워를 주파수가 상이한 펄스로 동시에 변조할 경우에, 쌍방의 정합기가 어느 쪽도 안정적이고 또한 정확한 정합 동작을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에서의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2a는 상기 플라즈마 처리 장치에서 제 1 파워 변조 방식에 의해 변조가 걸리는 플라즈마 생성용 고주파의 파형도이다.
도 2b는 상기 플라즈마 처리 장치에서 제 2 파워 변조 방식에 의해 변조가 걸리는 이온 인입용 고주파의 파형도이다.
도 3은 플라즈마 생성용의 고주파 전원 및 정합기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 도 3의 정합기에 설치되는 임피던스 센서의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 도 4의 임피던스 센서에 설치되는 이동 평균값 연산부의 구성예를 도시한 블록도이다.
도 6은 이온 인입용의 고주파 전원 및 정합기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 도 6의 정합기에 설치되는 임피던스 센서의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8은 도 7의 임피던스 센서에 설치되는 이동 평균값 연산부의 구성예를 도시한 블록도이다.
도 9는 임피던스 센서의 제어에 관계하는 주제어부의 주요한 기능을 도시한 블록도이다.
도 10은 상기 플라즈마 처리 장치에서, 동시 변조의 경우에서의 제 1 및 제 2 펄스 주파수의 대소 관계의 일례를 나타낸 도이다.
도 11a는 동시 변조에서 변조 펄스의 주파수가 높은 쪽의 플라즈마 생성계의 임피던스 센서에서의 사이클 평균값 연산 회로의 작용을 나타낸 도이다.
도 11b는 동시 변조에서 변조 펄스의 주파수가 낮은 쪽의 이온 인입계의 임피던스 센서에서의 사이클 평균값 연산 회로의 작용을 나타낸 도이다.
도 12는 동시 변조에서 플라즈마 생성계의 임피던스 센서에서의 전치 이동 평균값 연산 처리의 구조를 도시한 도이다.
도 13은 동시 변조에서 플라즈마 생성계의 임피던스 센서에서의 주이동 평균값 연산 처리의 구조를 도시한 도이다.
도 14는 동시 변조에서 이온 인입계의 임피던스 센서에서의 주이동 평균값 연산 처리의 구조를 도시한 도이다.
도 15는 비교예(실험예의 이동 평균 연산 처리를 이용하지 않는 경우)에서 플라즈마 생성계의 정합기로 1 사이클마다 얻어지는 부하 임피던스의 분포를 스미스 차트 상에서 나타낸 도이다.
도 16a는 실험예에서 플라즈마 생성계의 정합기에서 제 1 펄스의 1 사이클마다 얻어지는 부하 임피던스와 제 2 펄스의 1 사이클마다 얻어지는 이동 평균값의 분포를 스미스 차트 상에서 나타낸 도이다.
도 16b는 도 16a의 상태로부터 이동 구간이 1 피치 이동했을 때의 부하 임피던스 및 이동 평균값의 분포를 스미스 차트 상에서 나타낸 도이다.
도 17은 일변형예에서의 임피던스 센서의 구성을 도시한 블록도이다.
도 18은 일변형예에서의 임피던스 센서의 구성을 도시한 블록도이다.

이하, 첨부도를 참조하여 본 발명의 적합한 실시예를 설명한다.

[플라즈마 처리 장치의 구성]

도 1에, 본 발명의 일실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한다. 이 플라즈마 처리 장치는, 하부 2 고주파 중첩 인가 방식의 용량 결합형(평행 평판형) 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 예를 들면 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통형의 진공 챔버(처리 용기)(10)를 가지고 있다. 챔버(10)는 접지되어 있다.

챔버(10)의 저부에는, 세라믹 등의 절연판(12)을 개재하여 원기둥 형상의 서셉터 지지대(14)가 배치되고, 이 서셉터 지지대(14) 상에 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 서셉터(16)가 설치되어 있다. 서셉터(16)는 하부 전극을 구성하고, 이 위에 피처리체로서 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)가 재치된다.

서셉터(16)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)를 보지하기 위한 정전 척(18)이 설치되어 있다. 이 정전 척(18)은 도전막으로 이루어지는 전극(20)을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트의 사이에 개재한 것이며, 전극(20)에는 스위치(22)를 개재하여 직류 전원(24)이 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(24)으로부터의 직류 전압에 의해, 반도체 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 정전 척(18)에 보지할 수 있도록 되어 있다. 정전 척(18)의 주위로 서셉터(16)의 상면에는, 에칭의 균일성을 향상시키기 위한 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 포커스 링(26)이 배치되어 있다. 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)의 측면에는 예를 들면 석영으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(28)가 부착되어 있다.

서셉터 지지대(14)의 내부에는, 예를 들면 원주 방향으로 연장되는 냉매실(30)이 설치되어 있다. 이 냉매실(30)에는, 외부 장착의 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(32a, 32b)을 거쳐 소정 온도의 냉매 예를 들면 냉각수(cw)가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 온도를 제어할 수 있도록 되어 있다. 또한, 전열 가스 공급 기구(도시하지 않음)로부터의 전열 가스 예를 들면 He 가스가, 가스 공급 라인(34)을 거쳐 정전 척(18)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면과의 사이로 공급된다.

서셉터(16)에는, 고주파 전원(36, 38)이 각각 정합기(40, 42) 및 공통의 급전 도체(예를 들면 급전봉)(44)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 일방의 고주파 전원(36)은, 플라즈마의 생성에 적합한 일정한 주파수(f_RF1)(예를 들면 100 MHz)의 고주파(RF₁)를 출력한다. 타방의 고주파 전원(38)은, 플라즈마로부터 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)에의 이온의 인입에 적합한 일정한 주파수(f_RF2)(예를 들면 13.56 MHz)의 고주파(RF₂)를 출력한다.

이와 같이, 정합기(40) 및 급전봉(44)은, 고주파 전원(36)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파(RF₁)를 서셉터(16)까지 전송하는 고주파 급전 라인(고주파 전송로)(43)의 일부를 구성한다. 한편, 정합기(42) 및 급전봉(44)은, 고주파 전원(38)으로부터 이온 인입용의 고주파(RF₂)를 서셉터(16)까지 전송하는 고주파 급전 라인(고주파 전송로)(45)의 일부를 구성하고 있다.

챔버(10)의 천장에는, 서셉터(16)와 평행하게 마주보아 접지 전위의 상부 전극(46)이 설치되어 있다. 이 상부 전극(46)은, 다수의 가스 분출홀(48a)을 가지는 예를 들면 Si, SiC 등의 실리콘 함유 재질로 이루어지는 전극판(48)과, 이 전극판(48)을 착탈 가능하게 지지하는 도전 재료 예를 들면 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄으로 이루어지는 전극 지지체(50)로 구성되어 있다. 이 상부 전극(46)과 서셉터(16)의 사이에 플라즈마 생성 공간 또는 처리 공간(PA)이 형성되어 있다.

전극 지지체(50)는 그 내부에 가스 버퍼실(52)을 가지고, 또한 그 하면에 가스 버퍼실(52)로부터 전극판(48)의 가스 분출홀(48a)에 연통하는 다수의 가스 통기홀(50a)을 가지고 있다. 가스 버퍼실(52)에는 가스 공급관(54)을 개재하여 처리 가스 공급원(56)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(56)에는, 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(58) 및 개폐 밸브(60)가 설치되어 있다. 처리 가스 공급원(56)으로부터 소정의 처리 가스(에칭 가스)가 가스 버퍼실(52)로 도입되면, 전극판(48)의 가스 분출홀(48a)로부터 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)를 향해 처리 공간(PA)에 처리 가스가 샤워 형상으로 분출되도록 되어 있다. 이와 같이, 상부 전극(46)은, 처리 공간(PA)으로 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드를 겸하고 있다.

또한, 전극 지지체(50)의 내부에는 냉매 예를 들면 냉각수를 흘리는 통로(도시하지 않음)도 설치되어 있고, 외부의 칠러 유닛에 의해 냉매를 개재하여 상부 전극(46)의 전체, 특히 전극판(48)을 소정 온도로 온도 조절하도록 되어 있다. 또한, 상부 전극(46)에 대한 온도 제어를 보다 안정화시키기 위하여, 전극 지지체(50)의 내부 또는 상면에 예를 들면 저항 발열 소자로 이루어지는 히터(도시하지 않음)를 장착하는 구성도 가능하다.

서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)와 챔버(10)의 측벽과의 사이에 형성되는 환상(環狀)의 공간은 배기 공간이 되어 있고, 이 배기 공간의 바닥에는 챔버(10)의 배기구(62)가 형성되어 있다. 이 배기구(62)에 배기관(64)을 개재하여 배기 장치(66)가 접속되어 있다. 배기 장치(66)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있고, 챔버(10)의 실내, 특히 처리 공간(PA)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 반도체 웨이퍼(W)의 반입출구(68)를 개폐하는 게이트 밸브(70)가 장착되어 있다.

주제어부(72)는, 1 개 또는 복수의 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되는 소프트웨어(프로그램) 및 레시피 정보에 따라, 장치 내의 각 부, 특히 고주파 전원(36, 38), 정합기(40, 42), MFC(58), 개폐 밸브(60), 배기 장치(66) 등의 개개의 동작 및 장치 전체의 동작(시퀀스)을 제어한다.

또한 주제어부(72)는, 키보드 등의 입력 장치 및 액정 디스플레이 등의 표시 장치를 포함하는 맨·머신·인터페이스용의 조작 패널(도시하지 않음) 및 각종 프로그램 또는 레시피, 설정값 등의 각종 데이터를 저장 또는 축적하는 외부 기억 장치(도시하지 않음) 등과도 접속되어 있다. 이 실시예에서는, 주제어부(72)가 1 개의 제어 유닛으로서 나타나 있지만, 복수의 제어 유닛이 주제어부(72)의 기능을 병렬적 또는 계층적으로 분담하는 형태를 채용해도 된다.

이 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에서의 매엽 드라이 에칭의 기본 동작은 다음과 같이 하여 행해진다. 먼저, 게이트 밸브(70)를 개방 상태로 하여 가공 대상의 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내로 반입하여, 정전 척(18) 상에 재치한다. 그리고, 처리 가스 공급원(56)으로부터 처리 가스 즉 에칭 가스(일반적으로 혼합 가스)를 소정의 유량 및 유량비로 챔버(10) 내로 도입하고, 배기 장치(66)에 의한 진공 배기로 챔버(10) 내의 압력을 설정값으로 한다. 또한, 고주파 전원(36, 38)으로부터 각각 소정의 파워로 플라즈마 생성용의 고주파(RF₁)(100 MHz) 및 이온 인입용의 고주파(RF₂)(13.56 MHz)를 중첩하여 서셉터(16)에 인가한다. 또한, 직류 전원(24)으로부터 직류 전압을 정전 척(18)의 전극(20)에 인가하여, 반도체 웨이퍼(W)를 정전 척(18) 상에 고정한다. 상부 전극(46)의 샤워 헤드로부터 토출된 에칭 가스는 양 전극(46, 16) 간의 고주파 전계 하에서 방전되고, 처리 공간(PA) 내에 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마에 포함되는 라디칼 또는 이온에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 주면의 피가공막이 에칭된다.

이 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에서는, 예를 들면 상술한 바와 같은 차징 데미지 대책으로서, 고주파 전원(36)으로부터 출력되는 플라즈마 생성용의 고주파(RF₁)의 파워를, 예를 들면 1 kHz ~ 100 kHz의 범위 내에서 선택되는 일정한 주파수(f_S1) 및 가변의 듀티비(D_S1)를 가지는 제 1 펄스(PS₁)로 변조하는 제 1 파워 변조 방식을 소여의 에칭 프로세스에 이용할 수 있다. 또한, 예를 들면 상술한 바와 같은 마이크로 로딩 효과 대책으로서, 고주파 전원(38)으로부터 출력되는 이온 인입용의 고주파(RF₂)의 파워를, 예를 들면 100 Hz ~ 50 kHz의 범위 내에서 선택되는 일정한 주파수(f_S2) 및 가변의 듀티비(D_S2)를 가지는 제 2 펄스(PS₂)로 변조하는 제 2 파워 변조 방식을 동일 또는 별개의 에칭 프로세스에 이용하는 것도 가능하게 되어 있다.

주제어부(72)는, 상기 드라이 에칭의 플라즈마 프로세스에서 제 1 파워 변조 방식을 이용할 경우에는, 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1) 및 듀티비(D_S1)를 지시하는 독립된 제어 신호를 고주파 전원(36)에 부여한다. 고주파 전원(36)은, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 제 1 펄스(PS₁)에 동기하여 플라즈마 생성용 고주파(RF₁)의 파워를 온·오프한다. 여기서, 제 1 펄스(PS₁)의 주기, 온 기간(제 1 또는 제 3 기간), 오프 기간(제 2 또는 제 4 기간)을 각각 T_C1, T_on1, T_off1로 하면, T_C1 = 1 / f_S1, T_C1 = T_on1 + T_off1, D_S1 = T_on1 / (T_on1 + T_off1)의 관계식이 성립된다.

한편 주제어부(72)는, 상기 드라이 에칭의 플라즈마 프로세스에서 제 2 파워 변조 방식을 이용할 경우는, 제 2 펄스(PS₂)의 주파수(f_S2) 및 듀티비(D_S2)를 지시하는 독립된 제어 신호를 고주파 전원(38)에 부여한다. 고주파 전원(38)은, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 제 2 펄스(PS₂)에 동기하여 이온 인입용 고주파(RF₂)의 파워를 온·오프한다. 여기서, 제 2 펄스(PS₂)의 주기, 온 기간(제 1 또는 제 3 기간), 오프 기간(제 2 또는 제 4 기간)을 각각 T_C2, T_on2, T_off2로 하면, T_C2 = 1 / f_S2, T_C2 = T_on2 + T_off2, D_S2 = T_on2 / (T_on2 + T_off2)의 관계식이 성립된다.

[플라즈마 생성계의 고주파 전원 및 정합기의 구성]

도 3에, 이 실시예에서의 플라즈마 생성계의 고주파 전원(36) 및 정합기(40)의 구성을 도시한다.

고주파 전원(36)은, 플라즈마 생성용의 일정 주파수(예를 들면 100 MHz)의 정현파를 발생하는 발진기(80A)와, 이 발진기(80A)로부터 출력되는 정현파의 파워를 제어 가능한 이득 또는 증폭률로 증폭하는 파워 앰프(82A)와, 주제어부(72)로부터의 제어 신호에 따라 발진기(80A) 및 파워 앰프(82A)를 직접 제어하는 전원 제어부(84A)를 구비하고 있다. 주제어부(72)로부터 전원 제어부(84A)에는, 상기 변조 제어 펄스 신호(PS₁)뿐 아니라, 통상의 전원 온·오프 또는 파워 인터록 관계 등의 제어 신호 및 파워 설정값 등의 데이터도 부여된다. 주제어부(72)와 전원 제어부(84A)는 고주파(RF₁)계의 파워 변조부를 구성한다.

고주파 전원(36)의 유닛 내에는 RF 파워 모니터(86A)도 구비되어 있다. 이 RF 파워 모니터(86A)는 도시 생략하지만, 방향성 결합기, 진행파 파워 모니터부 및 반사파 파워 모니터부를 가지고 있다. 여기서, 방향성 결합기는, 고주파 급전 라인(43) 상을 순방향으로 전반하는 RF 파워(진행파)와 역방향으로 전반하는 RF 파워(반사파)의 각각에 대응하는 신호를 취출한다. 진행파 파워 모니터부는, 방향성 결합기에 의해 취출된 진행파 파워 검출 신호를 기초로, 고주파 급전 라인(43) 상의 진행파에 포함되는 기본파 진행파(100 MHz)의 파워를 나타내는 신호를 생성한다. 이 신호 즉 기본파 진행파 파워 측정값 신호는, 파워 피드백 제어용으로 고주파 전원(36) 내의 전원 제어부(84A)에 부여되고, 또한 모니터 표시용으로 주제어부(72)에도 부여된다. 반사파 파워 모니터부는, 챔버(10) 내의 플라즈마로부터 고주파 전원(36)으로 되돌아오는 반사파에 포함되는 기본파 반사파(100 MHz)의 파워를 측정하고, 또한 챔버(10) 내의 플라즈마로부터 고주파 전원(36)으로 되돌아오는 반사파에 포함되는 모든 반사파 스펙트럼의 토탈의 파워를 측정한다. 반사파 파워 모니터부에 의해 얻어지는 기본파 반사파 파워 측정값은 모니터 표시용으로 주제어부(72)에 부여되고, 토탈 반사파 파워 측정값은 파워 앰프 보호용의 모니터값으로서 고주파 전원(36) 내의 전원 제어부(84A)에 부여된다.

정합기(40)는, 고주파 급전 라인(43)에 접속되어 있는 복수 예를 들면 2 개의 제어 가능한 리액턴스 소자(예를 들면 가변 콘덴서 혹은 가변 인덕터)(X_H1, X_H2)를 포함하는 정합 회로(88A)와, 리액턴스 소자(X_H1, X_H2)의 리액턴스를 액츄에이터 예를 들면 모터(M)(90A, 92A)를 개재하여 제어하는 매칭 컨트롤러(94A)와, 고주파 급전 라인(43) 상에서 정합 회로(88A)의 임피던스를 포함하는 부하측의 임피던스를 측정하는 임피던스 센서(96A)를 가지고 있다.

도 4에, 임피던스 센서(96A) 내의 구성을 도시한다. 이 임피던스 센서(96A)는, 전압 센서계의 RF 전압 검출기(100A), 전압 검지 신호 생성 회로(102A), 사이클 평균값 연산 회로(104A) 및 이동 평균값 연산부(106A)와, 전류 센서계의 RF 전류 검출기(108A), 전류 검지 신호 생성 회로(110A), 사이클 평균값 연산 회로(112A) 및 상기 이동 평균값 연산부(106A)와 부하 임피던스 연산 회로(114A)를 가지고 있다.

전압 센서계에서 RF 전압 검출기(100A)는, 고주파 급전 라인(43) 상에서 고주파(RF₁)의 전압을 검출한다. 전압 검지 신호 생성 회로(102A)는 예를 들면 슈퍼헤테로다인 수신 장치 방식의 필터 회로를 가지고, RF 전압 검출기(100A)로부터의 고주파 전압 검출 신호를 아날로그의 필터링 처리를 하여, 고주파(RF₁)에 대응하는 전압 검지 신호를 생성한다.

사이클 평균값 연산 회로(104A)는 제 1 파워 변조 방식의 파워 변조에 동기하여 동작하고, 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클 내에 설정되는 소정의 모니터 시간(T_H) 중에 전압 검지 신호 생성 회로(102A)로부터의 전압 검지 신호를 소정의 주파수로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값을 연산한다. 이 구성예에서는, 전압 검지 신호 생성 회로(102A)로부터의 아날로그의 전압 검지 신호를 사이클 평균값 연산 회로(104A)에서 디지털 신호로 변환한다. 주제어부(72)(도 1)는, 샘플링용의 클록(ACK₁)과, 고주파(RF₁)계의 모니터 시간(T_H)을 지시하는 RF₁ 모니터 신호(AS)를 사이클 평균값 연산 회로(104A)에 부여한다. 사이클 평균값 연산 회로(104A)는, 수 10 MHz 이상의 샘플링 클록(ACK₁)에 동기하여 고속이고 또한 다량의 신호 처리가 요구되기 때문에, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)를 적합하게 이용할 수 있다.

전류 센서계에서 RF 전류 검출기(108A)는, 고주파 급전 라인(43) 상에서 고주파(RF₁)의 전류를 검출한다. 전류 검지 신호 생성 회로(110A)는, 상술한 전압 검지 신호 생성 회로(102A)와 동일한 구성 및 기능을 가지고, 고주파(RF₁)의 전류에 대하여 전류 검지 신호를 생성한다. 사이클 평균값 연산 회로(112A)는, 상술한 전압 센서계의 사이클 평균값 연산 회로(104A)와 동일한 구성 및 기능을 가지고, 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클 내의 모니터 시간(T_H) 중에 전류 검지 신호 생성 회로(110A)로부터의 전류 검지 신호를 소정의 주파수로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값을 연산한다.

이동 평균값 연산부(106A)는 적합하게는 CPU로 구성되고, 소여의 에칭 프로세스에서 제 1 및 제 2 펄스 변조 방식이 동시 사용될 경우는, 후술하는 바와 같이 제 1 및 제 2 펄스(PS₁, PS₂)의 주파수(f_S1, f_S2)의 대소 관계에 따라 이동 평균값 연산의 모드를 전환하도록 되어 있다.

도 5에 이동 평균값 연산부(106A)의 일구성예를 도시한다. 전압 센서계 및 전류 센서계 모두, 동일한 구성의 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A), 전환 회로(124A, 126A) 및 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A)가 설치되어 있다.

여기서, 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A)는, 양 고주파(RF₁, RF₂)의 파워에 각각 제 1 및 제 2 펄스(PS₁, PS₂)에 의한 펄스 변조가 동시에 걸리는 경우에, 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1)가 제 2 펄스(PS₂)의 주파수(f_S2)보다 높을 때 동작한다. 즉, 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A)는, 주파수가 높은 쪽의 제 1 펄스(PS₁)로 펄스 변조가 걸려 있는 고주파(RF₁)측의 정합기(40)가, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)에 동기한(고주파(RF₂)의 파워의 온·오프에 의해 발생함) 플라즈마 임피던스의 주기적인 변동을 캔슬하기 위하여 설치되어 있다.

한편, 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A)는, 플라즈마 생성용의 고주파(RF₁)의 파워에 제 1 펄스(PS₁)의 펄스 변조가 걸릴 경우에는 항상 동작한다. 즉, 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A)는, 제 1 펄스(PS₁)의 사이클마다 임피던스 측정의 평균값 연산을 행하는 사이클 평균값 연산 회로(104A, 112A)의 동작 속도(빠른 속도)와 정합기(40) 내에서 가변 리액턴스 소자(X_H1, X_H2)를 가변으로 제어하는 동작 속도(느린 속도)를 인터페이스하기 위하여 설치되어 있다.

보다 상세하게는, 양 고주파(RF₁, RF₂)의 파워가 동시에 펄스 변조가 걸리는 경우에, 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1)가 제 2 펄스(PS₂)의 주파수(f_S2)보다 높을 경우(f_S1 > f_S2의 경우)에는, 이동 평균값 연산부(106A)가 제 1 이동 평균값 연산 모드로 전환되고, 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A)가 액티브 상태로 동작한다. 이 경우는, 주제어부(72)(도 1)로부터, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)의 1 사이클에 상당하는 이동 구간을 지시하는 제어 신호(AJ₂)와, 주파수가 높은 쪽의 제 1 펄스(PS₁)의 AN₁ 사이클(AN₁은 2 이상 또한 f_S1 / f_S2 이하의 임의의 정수)에 상당하는 임의의 이동 피치를 규정하는 샘플링용의 클록(ACK₂)이 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A)에 부여된다. 또한 전환 회로(124A, 126A)는, 주제어부(72)로부터의 전환 제어 신호(AG)에 따라, 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A)의 출력을 후단의 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A)에 전송하도록 전환된다. 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A)에는, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)의 AN₂ 사이클(AN₂는 2 이상의 임의의 정수)에 상당하는 임의의 이동 구간을 지시하는 제어 신호(AJ₃)와, 제 2 펄스(PS₂)의 AN₃ 사이클(AN₃는 2 이상 또한 AN₂ 이하의 임의의 정수)에 상당하는 임의의 이동 피치를 규정하는 샘플링용의 클록(ACK₃)이 주제어부(72)로부터 부여된다.

반대로, 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1)가 제 2 펄스(PS₂)의 주파수(f_S2)보다 낮을 경우(f_S1 < f_S2의 경우)는, 이동 평균값 연산부(106A)가 제 2 이동 평균값 연산 모드로 전환되고, 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A)는 동작하지 않도록 되어 있다. 전환 회로(124A, 126A)는, 전환 제어 신호(AG)에 따라, 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A)를 개재하지 않고, 사이클 평균값 연산 회로(104A, 112A)의 출력을 후단의 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A)에 전송하도록 전환된다. 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A)에는, 주파수가 낮은 쪽의 제 1 펄스(PS₁)의 AN₂ 사이클에 상당하는 임의의 이동 구간을 지시하는 제어 신호(AJ₃)와, 제 1 펄스(PS₁)의 AN₃ 사이클에 상당하는 임의의 이동 피치를 규정하는 샘플링용의 클록(ACK₃)이 주제어부(72)로부터 부여된다.

또한 고주파(RF₁, RF₂)의 파워 중 어느 일방에 펄스의 변조가 걸리고, 타방이 연속파일 경우는, 상기 제 2 이동 평균값 연산 모드와 마찬가지로, 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A)는 동작하지 않고, 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A)가 단독으로 동작하도록 되어 있다.

도 4에서, 부하 임피던스 연산 회로(114A)는, 이동 평균값 연산부(106A)로부터의 전압 검지 신호의 이동 평균값과 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여, 고주파 전원(36)측으로부터 보이는 고주파 급전 라인(43) 상의 부하 임피던스의 측정값을 연산한다. 부하 임피던스 연산 회로(114A)로부터 출력되는 부하 임피던스의 측정값은, 상기 클록(ACK₃)에 동기하여 갱신된다. 통상, 부하 임피던스 연산 회로(114A)로부터 출력되는 부하 임피던스의 측정값에는, 부하 임피던스의 절대값 및 위상의 측정값이 포함된다. 이동 평균값 연산부(106A)를 구성하는 CPU에 부하 임피던스 연산 회로(114A)의 기능을 갖게 하는 것도 가능하다.

또한 고주파 급전 라인(43) 상의 부하 임피던스는, 서셉터(16)로부터 보이는 챔버(10)의 임피던스(주로 플라즈마의 임피던스) 및 정합 회로(88A)의 임피던스 등이 합성된 것이다.

도 3에서, 정합기(40) 내의 매칭 컨트롤러(94A)는, 임피던스 센서(96A)로부터 부여되는 부하 임피던스의 측정값에 응답하고, 부하측 임피던스 측정값의 위상이 영(0), 절대값이 50 Ω이 되도록, 모터(90A, 92A)를 구동 제어하여 정합 회로(88A) 내의 리액턴스 소자(X_H1, X_H2)의 리액턴스를 제어한다.

임피던스 센서(96A)로부터 매칭 컨트롤러(94A)에 부여되는 부하 임피던스 측정값은, 상기와 같이 클록(ACK₃)에 동기하여 갱신된다. 매칭 컨트롤러(94A)는, 이 갱신의 사이에도 정합 동작 즉 리액턴스 소자(X_H1, X_H2)의 리액턴스 제어를 정지하지 않고, 갱신 직전의 부하 임피던스 측정값을 정합 포인트에 일치 내지 근사시키도록 모터(90A, 92A)를 연속적으로 구동 제어한다.

[이온 인입계의 고주파 전원 및 정합기의 구성]

도 6에, 이 실시예에서의 이온 인입용의 고주파 전원(38) 및 정합기(42)의 구성을 도시한다.

고주파 전원(38)은, 이온 인입용의 일정 주파수(예를 들면 13.56 MHz)의 정현파를 발생하는 발진기(80B)와, 이 발진기(80B)로부터 출력되는 정현파의 파워를 제어 가능한 이득 또는 증폭률로 증폭하는 파워 앰프(82B)와, 주제어부(72)로부터의 제어 신호에 따라 발진기(80B) 및 파워 앰프(82B)를 직접 제어하는 전원 제어부(84B)와, RF 파워 모니터(86B)를 구비하고 있다. 발진기(80B)의 주파수(13.56 MHz)가 발진기(80A)의 주파수(100 MHz)와 상이한 점을 제외하고, 고주파 전원(38) 내의 각 부(80B ~ 86B)는 플라즈마 생성용의 고주파 전원(36) 내의 각 부(80A ~ 86A)와 각각 동일한 구성 및 기능을 가지고 있다. 또한, 주제어부(72)와 전원 제어부(84B)는 고주파(RF₂)계의 파워 변조부를 구성한다.

정합기(42)는, 복수 예를 들면 2 개의 제어 가능한 리액턴스 소자(예를 들면 가변 콘덴서 혹은 가변 인덕터)(X_L1, X_L2)를 포함하는 정합 회로(88B)와, 그들 리액턴스 소자(X_L1, X_L2)의 리액턴스를 액츄에이터 예를 들면 모터(M)(90B, 92B)를 개재하여 제어하는 매칭 컨트롤러(94B)와, 고주파 급전 라인(45) 상에서 정합 회로(88B)의 임피던스를 포함하는 부하측의 임피던스를 측정하는 임피던스 센서(96B)를 가지고 있다.

도 7에 임피던스 센서(96B) 내의 구성을 도시한다. 이 임피던스 센서(96B)는 전압 센서계의 RF 전압 검출기(100B), 전압 검지 신호 생성 회로(102B), 사이클 평균값 연산 회로(104B) 및 이동 평균값 연산부(106B)와, 전류 센서계의 RF 전류 검출기(108B), 전류 검지 신호 생성 회로(110B), 사이클 평균값 연산 회로(112B) 및 상기의 이동 평균값 연산부(106B)와 부하 임피던스 연산 회로(114B)를 가지고 있다.

전압 센서계에서 RF 전압 검출기(100B)는, 고주파 급전 라인(45) 상의 고주파(RF₂)의 전압을 검출한다. 전압 검지 신호 생성 회로(102B)는, 예를 들면 슈퍼헤테로다인 수신 장치 방식의 필터 회로를 가지고, RF 전압 검출기(100B)로부터의 고주파 전압 검출 신호를 아날로그의 필터링 처리를 하여, 고주파(RF₂)에 대응하는 전압 검지 신호를 생성한다.

사이클 평균값 연산 회로(104B)는 제 2 파워 변조 방식의 파워 변조에 동기하여 동작하고, 제 2 펄스(PS₂)의 1 사이클 내에 설정되는 소정의 모니터 시간(T_L) 중에 전압 검지 신호 생성 회로(102B)로부터의 전압 검지 신호를 소정의 주파수로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값을 연산한다. 이 구성예에서는, 전압 검지 신호 생성 회로(102B)로부터의 아날로그의 전압 검지 신호를 사이클 평균값 연산 회로(104B)에서 디지털 신호로 변환한다. 주제어부(72)(도 1)는, 샘플링용의 클록(BCK₁)과 고주파(RF₂)계의 모니터 시간(T_L)을 지시하는 RF₂ 모니터 신호(BS)를 사이클 평균값 연산 회로(104B)에 부여한다. 사이클 평균값 연산 회로(104B)는, 수 10 MHz 이상의 샘플링 클록(BCK₁)에 동기하여 고속이고 또한 다량의 신호 처리가 요구되기 때문에, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)를 적합하게 이용할 수 있다.

전류 센서계에서 RF 전류 검출기(108B)는, 고주파 급전 라인(45) 상에서 고주파(RF₂)의 전류를 검출한다. 전류 검지 신호 생성 회로(110B)는, 상술한 전압 검지 신호 생성 회로(102B)와 동일한 구성 및 기능을 가지고, 고주파(RF₂)의 전류에 대하여 전류 검지 신호를 생성한다. 사이클 평균값 연산 회로(112B)는, 상술한 사이클 평균값 연산 회로(104B)와 동일한 구성 및 기능을 가지고, 제 2 펄스(PS₂)의 1 사이클 내의 모니터 시간(T_L) 중에 전류 검지 신호 생성 회로(110B)로부터의 전류 검지 신호를 소정의 주파수로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값을 연산한다.

이동 평균값 연산부(106B)는 적합하게는 CPU로 구성되고, 소여의 에칭 프로세스에서 제 1 및 제 2 펄스 변조 방식이 동시 사용될 경우는, 후술하는 바와 같이 제 1 및 제 2 펄스(PS₁, PS₂)의 주파수(f_S1, f_S2)의 대소 관계에 따라 이동 평균값 연산의 모드를 전환하도록 되어 있다.

도 8에 이동 평균값 연산부(106B)의 일구성예를 도시한다. 전압 센서계 및 전류 센서계 모두, 동일한 구성의 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B), 전환 회로(124B, 126B) 및 주이동 평균값 연산 회로(128B, 130B)가 설치되어 있다.

여기서, 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B)는, 양 고주파(RF₁, RF₂)의 파워에 각각 제 1 및 제 2 펄스(PS₁, PS₂)에 의한 펄스 변조가 동시에 걸리는 경우에, 제 2 펄스(PS₂)의 주파수(f_S2)가 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1)보다 높을 때 동작한다. 즉, 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B)는, 주파수가 높은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)로 펄스 변조가 걸려 있는 고주파(RF₂)측의 정합기(42)가, 주파수가 낮은 쪽의 제 1 펄스(PS₁)에 동기한(고주파(RF₁)의 파워의 온·오프에 의해 발생함) 플라즈마 임피던스의 주기적인 변동을 캔슬하기 위하여 설치되어 있다.

한편, 주이동 평균값 연산 회로(128B, 130B)는, 이온 인입용의 고주파(RF₂)의 파워에 제 2 펄스(PS₂)의 펄스 변조가 걸릴 경우는 항상 동작한다. 즉, 주이동 평균값 연산 회로(128B, 130B)는, 제 2 펄스(PS₂)의 사이클마다 임피던스 측정의 평균값 연산을 행하는 사이클 평균값 연산 회로(104B, 112B)의 동작 속도(빠른 속도)와 정합기(42)에서 가변 리액턴스 소자(X_L1, X_L2)를 가변으로 제어하는 동작 속도(느린 속도)를 인터페이스하기 위하여 설치되어 있다.

보다 상세하게는, 양 고주파(RF₁, RF₂)의 파워에 펄스 변조가 동시에 걸리는 경우에, 제 2 펄스(PS₂)의 주파수(f_S2)가 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1)보다 높을 경우(f_S1 < f_S2의 경우)는, 이동 평균값 연산부(106B)가 제 1 이동 평균값 연산 모드로 전환되고, 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B)가 액티브 상태로 동작한다. 이 경우, 주제어부(72)(도 1)로부터, 주파수가 낮은 쪽의 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클에 상당하는 이동 구간을 지시하는 제어 신호(BJ2)와, 주파수가 높은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)의 BN₁ 사이클(BN₁은 2 이상 또한 f_S2 / f_S1 이하의 임의의 정수)에 상당하는 임의의 이동 피치를 규정하는 샘플링용의 클록(BCK₂)이 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B)에 부여된다. 또한, 전환 회로(124B, 126B)는, 주제어부(72)로부터의 전환 제어 신호(BG)에 따라, 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B)의 출력을 후단의 주이동 평균값 연산 회로(128B, 130B)에 전송하도록 전환된다. 주이동 평균값 연산 회로(128B, 130B)에는, 주파수가 낮은 쪽의 제 1 펄스(PS₁)의 BN₂ 사이클(BN₂는 2 이상의 임의의 정수)에 상당하는 임의의 이동 구간을 지시하는 제어 신호(BJ₃)와, 제 1 펄스(PS₁)의 BN₃ 사이클(BN₃는 2 이상 또한 BN₂ 이하의 임의의 정수)에 상당하는 임의의 이동 피치를 규정하는 샘플링용의 클록(BCK₃)이 주제어부(72)로부터 부여된다.

반대로, 제 2 펄스(PS₂)의 주파수(f_S2)가 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1)보다 낮을 경우(f_S2 < f_S1의 경우)는, 이동 평균값 연산부(106B)가 제 2 이동 평균값 연산 모드로 전환되고, 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B)는 동작하지 않도록 되어 있다. 전환 회로(124B, 126B)는, 전환 제어 신호(BG)에 따라, 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B)를 개재하지 않고, 사이클 평균값 연산 회로(104B, 112B)의 출력을 후단의 주이동 평균값 연산 회로(128B, 130B)에 전송하도록 전환된다. 주이동 평균값 연산 회로(128B, 130B)에는, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)의 BN₂ 사이클에 상당하는 임의의 이동 구간을 지시하는 제어 신호(BJ₃)와, 제 2 펄스(PS₂)의 BN₃ 사이클에 상당하는 임의의 이동 피치를 규정하는 샘플링용의 클록(BCK₃)이 주제어부(72)로부터 부여된다.

또한 고주파(RF₁, RF₂)의 파워 중 어느 일방에 펄스의 변조가 걸리고, 타방이 연속파일 경우에는, 상기 제 2 이동 평균값 연산 모드와 마찬가지로, 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B)는 동작하지 않고, 주이동 평균값 연산 회로(128B, 130B)가 단독으로 동작하도록 되어 있다.

도 7에서, 부하 임피던스 연산 회로(114B)는, 이동 평균값 연산부(106B)로부터의 전압 검지 신호의 이동 평균값과 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여, 고주파 전원(38)측으로부터 보이는 부하 임피던스의 측정값을 연산한다. 부하 임피던스 연산 회로(114B)로부터 출력되는 부하 임피던스의 측정값은, 상기 클록(BCK₃)에 동기하여 갱신된다. 통상, 부하 임피던스 연산 회로(114B)로부터 출력되는 부하 임피던스의 측정값에는, 부하 임피던스의 절대값 및 위상의 측정값이 포함된다. 이동 평균값 연산부(106B)를 구성하는 CPU에 부하 임피던스 연산 회로(114B)의 기능을 갖게 하는 것도 가능하다.

또한, 고주파 급전 라인(45) 상의 부하 임피던스는, 서셉터(16)로부터 보이는 챔버(10)의 임피던스(주로 플라즈마의 임피던스) 및 정합 회로(88B)의 임피던스 등이 합성된 것이다.

도 6에서, 정합기(42) 내의 매칭 컨트롤러(94B)는, 임피던스 센서(96B)로부터 부여되는 부하 임피던스의 측정값에 응답하고, 부하 임피던스 측정값의 위상이 영(0), 절대값이 50 Ω이 되도록, 모터(90B, 92B)를 구동 제어하여 정합 회로(88B) 내의 리액턴스 소자(X_L1, X_L2)의 리액턴스를 제어한다.

임피던스 센서(96B)로부터 매칭 컨트롤러(94B)에 부여되는 부하 임피던스 측정값은, 상기와 같이 클록(BCK₃)에 동기하여 갱신된다. 매칭 컨트롤러(94B)는, 이 갱신의 사이에도 정합 동작 즉 리액턴스 소자(X_L1, X_L2)의 리액턴스 제어를 정지하지 않고, 갱신 직전의 부하 임피던스 측정값을 정합 포인트에 일치 내지 근사시키도록 모터(90B, 92B)를 연속적으로 구동 제어한다.

[임피던스 센서의 제어에 관계하는 주제어부의 구성]

도 9에, 양 정합기(40, 42) 내의 임피던스 센서(96A, 96B)의 제어에 관계하는 주제어부(72)의 구성 또는 기능을 블록도로 나타낸다. 주제어부(72)는, 임피던스 센서(96A, 96B)의 제어에 관계하는 기능 요소로서, 펄스 주파수 설정부(132), 듀티 설정부(133), 모니터 시간 제어부(134), 모드 전환 제어부(135), 전치 이동 평균값 제어부(136), 주이동 평균값 제어부(138) 및 클록 발생부(140)를 포함하고 있다.

펄스 주파수 설정부(132)는, 입력 장치로부터 설정 입력된 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1) 및 제 2 펄스(PS₂)의 주파수(f_S2) 중 적어도 하나의 값을 나타내는 데이터를 출력한다. 듀티 설정부(133)는, 입력 장치로부터 설정 입력된 제 1 파워 변조 방식에서의 온 기간(T_on1)의 듀티비(D_S1) 및 제 2 파워 변조 방식에서의 온 기간(T_on2)의 듀티비(D_S2) 중 적어도 하나의 값을 나타내는 데이터를 출력한다.

모니터 시간 제어부(134)는, 제 1 및 제 2 펄스(PS₁, PS₂)의 각각의 설정의 유무(즉 고주파(RF₁, RF₂)에 대한 변조의 유무) 및 듀티비(D_S1, D_S2)의 값에 따라, 또한 동시 변조의 경우에는 각각의 주파수(f_S1, f_S2)의 대소 관계에 따라, 임피던스 센서(96A, 96B) 내의 사이클 평균값 연산 회로(104A, 112A), (104B, 112B)에 대하여 1 사이클 내의 모니터 시간(T_H, T_L)을 지정하는 모니터 시간 제어 신호(AS, BS)를 생성한다.

모드 전환 제어부(135)는, 제 1 및 제 2 펄스(PS₁, PS₂)의 각각의 설정의 유무(즉 고주파(RF₁, RF₂)에 대한 변조의 유무) 및 듀티비(D_S1, D_S2)의 값에 따라, 또한 동시 변조의 경우는 각각의 주파수(f_S1, f_S2)의 대소 관계에 따라, 임피던스 센서(96A, 96B) 내의 이동 평균값 연산부(106A, 106B)에 대한 상기 전환 제어 신호(AG, BG)를 생성한다.

전치 이동 평균값 연산 제어부(136)는 동시 변조의 경우에만 기능하고, f_S1 > f_S2일 때는 임피던스 센서(96A) 내의 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A)에 대하여 이동 구간과 이동 피치를 지시하는 상기 제어 신호(AJ₂)를 발생하고, f_S1 < f_S2일 때는 임피던스 센서(96B) 내의 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B)에 대하여 이동 구간과 이동 피치를 지시하는 상기 제어 신호(BJ2)를 발생한다.

주이동 평균값 연산 제어부(138)는, 제 1 및 제 2 펄스(PS₁, PS₂)의 각각의 설정의 유무(즉 고주파(RF₁, RF₂)에 대한 변조의 유무) 및 듀티비(D_S1, D_S2)의 값에 따라, 또한 동시 변조의 경우는 각각의 주파수(f_S1, f_S2)의 대소 관계에 따라, 임피던스 센서(96A, 96B) 내의 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A), (128B, 130B)에 대하여 이동 구간과 이동 피치를 지시하는 상기 제어 신호(AJ₃, BJ₃)를 발생한다. 즉, 고주파(RF₁, RF₂)에 대하여 f_S1 > f_S2의 관계로 동시 변조가 행해질 경우는, 느린 쪽인 제 2 펄스(PS₂)의 1 사이클을 기준 사이클로 하는 이동 구간 및 이동 피치를 지시하는 제어 신호(AJ₃, BJ₃)가, 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A), (128B, 130B)에 각각 부여된다. 또한, 고주파(RF₁, RF₂)에 대하여 f_S1 < f_S2의 관계로 동시 변조가 행해질 경우는, 주파수가 낮은 쪽인 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클을 기준 사이클로 하는 이동 구간 및 이동 피치를 지시하는 제어 신호(AJ₃, BJ₃)가, 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A), (128B, 130B)에 각각 부여된다.

고주파(RF₁, RF₂)의 파워에 대하여 동시 변조가 행해지지 않을 경우, 주이동 평균값 연산 제어부(138)는, 임피던스 센서(96A) 내의 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A)에 대해서는 제어 신호(AJ₃)를 통하여 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클을 기준 사이클로 하는 이동 구간 및 이동 피치를 지시하고, 임피던스 센서(96B) 내의 주이동 평균값 연산 회로(128B, 130B)에 대해서는 제어 신호(BJ₃)를 통하여 제 2 펄스(PS₂)의 1 사이클을 기준 사이클로 하는 이동 구간 및 이동 피치를 지시한다.

클록 발생부(140)는, 임피던스 센서(96A, 96B) 내의 사이클 평균값 연산 회로(104A, 112A), (104B, 112B)에 대해서는, 고주파(RF₁, RF₂)에 대한 단독(편방) 변조 또는 동시 변조의 유무에 관계없이 항상 일정한 샘플링용 클록(ACK₁, BCK₁)을 부여한다.

고주파(RF₁, RF₂)의 파워에 대하여 동시 변조가 행해질 경우에, f_S1 > f_S2일 때는, 클록 발생부(140)는, 주파수가 높은 쪽의 제 1 펄스(PS₁)에 동기된 클록(ACK₂)을 임피던스 센서(96A)의 전치 이동 평균값 연산 회로(120A, 122A)에 부여하고, 주파수가 낮은 쪽인 제 2 펄스(PS₂)에 동기된 클록(BCK₃)을 임피던스 센서(96A, 96B)의 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A), (128B, 130B)에 부여한다. 반대로, f_S1 < f_S2일 때는, 클록 발생부(140)는, 주파수가 높은 쪽인 제 2 펄스(PS₂)에 동기된 클록(BCK₂)을 임피던스 센서(96B)의 전치 이동 평균값 연산 회로(120B, 122B)에 부여하고, 주파수가 낮은 쪽인 제 1 펄스(PS₁)에 동기된 클록(ACK₃, BCK₃)을 임피던스 센서(96A, 96B)의 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A), (128B, 130B)에 부여한다.

고주파(RF₁, RF₂)에 대하여 동시 변조가 행해지지 않을 경우에는, 클록 발생부(140)로부터 클록(ACK₂, BCK₂)은 발생되지 않고, 제 1 펄스(PS₁)에 동기된 클록(ACK₃)이 임피던스 센서(96A)의 주이동 평균값 연산 회로(128A, 130A)에 부여되고, 또한 제 2 펄스(PS₂)에 동기된 클록(BCK₃)이 임피던스 센서(96B)의 주이동 평균값 연산 회로(128B, 130B)에 부여된다.

[정합기의 작용]

이어서, 이 실시예의 플라즈마 처리 장치에서, 플라즈마 생성용의 고주파(RF₁) 및 이온 인입용의 고주파(RF₂)에 주파수가 상이한 제 1 및 제 2 펄스(PS₁, PS₂)로 제 1 및 제 2 파워 변조 방식에 의한 변조를 동시에 걸 경우의 정합기(40, 42) 내의 작용을 설명한다. 일례로서 도 10에 도시한 바와 같이, f_S1 = 19 * f_S2의 관계로, 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1)가 제 2 펄스(PS₂)의 주파수(f_S2)보다 높은 경우를 예로 든다.

이 경우, 고주파(RF₁)의 파워에 제 1 펄스(PS₁)로 변조를 거는 플라즈마 생성계에서는, 도 11a에 나타낸 바와 같이, 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클 내에서 온 기간(T_on1) 및 오프 기간(T_off1)에 모니터 시간(T_H1, T_H2)이 각각 설정된다. 임피던스 센서(96A) 내에서 전압 센서계의 사이클 평균값 연산 회로(104A)는, 제 1 펄스(PS₁)의 각 사이클 내의 모니터 시간(T_H1, T_H2) 중에 전압 검지 신호 생성 회로(102A)로부터의 전압 검지 신호를 클록(ACK₁)의 주기로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값(a)을 연산한다. 전류 센서계의 사이클 평균값 연산 회로(112A)도 동일한 타이밍으로 동작하고, 제 1 펄스(PS₁)의 각 사이클 내의 모니터 시간(T_H1, T_H2) 중에 전류 검지 신호 생성 회로(110A)로부터의 전류 검지 신호를 클록(ACK₁)의 주기로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값(a)을 연산한다.

따라서, 플라즈마 생성계의 임피던스 센서(96A)에서, 전압 센서계의 사이클 평균값 연산 회로(104A)와 전류 센서계의 사이클 평균값 연산 회로(112A)는, 실질적으로는, 제 1 펄스(PS₁)의 각 사이클 내의 모니터 시간(T_H1, T_H2) 중에 고주파 급전 라인(43) 상의 부하 임피던스(Z)의 값을 클록(ACK₁)의 주기로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값(Z_a)을 연산하고 있게 된다.

한편, 고주파(RF₂)의 파워에 제 2 펄스(PS₂)로 변조를 거는 이온 인입계의 임피던스 센서(96B) 내에서는, 도 11b에 나타낸 바와 같이, 제 2 펄스(PS₂)의 1 사이클 내에서 온 기간(T_on2) 및 오프 기간(T_off2)에 모니터 시간(T_L1, T_L2)이 각각 설정된다. 임피던스 센서(96B) 내에서 전압 센서계의 사이클 평균값 연산 회로(104B)는, 제 2 펄스(PS₂)의 각 사이클 내의 모니터 시간(T_L1, T_L2) 중에 전압 검지 신호 생성 회로(102B)로부터의 전압 검지 신호를 클록(BCK₁)의 주기로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값(b)을 연산한다. 전류 센서계의 사이클 평균값 연산 회로(112B)도 동일한 타이밍으로 동작하고, 제 2 펄스(PS₂)의 각 사이클 내의 모니터 시간(T_L1, T_L2) 중에 전류 검지 신호 생성 회로(110B)로부터의 전류 검지 신호를 클록(BCK₁)의 주기로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값(b)을 연산한다.

따라서, 플라즈마 생성계의 임피던스 센서(96B)에서, 전압 센서계의 사이클 평균값 연산 회로(104B)와 전류 센서계의 사이클 평균값 연산 회로(112B)는, 실질적으로는, 제 2 펄스(PS₂)의 각 사이클 내의 모니터 시간(T_L) 중에 고주파 급전 라인(45) 상의 부하 임피던스(Z)의 값을 클록(BCK₁)의 주기로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값(Zb)을 연산하고 있게 된다.

플라즈마 생성계의 임피던스 센서(96A)에서는, 전압 센서계의 전치 이동 평균값 연산 회로(120A)가, 도 12에 도시한 바와 같이, 제 1 펄스(PS₁)의 각 사이클마다 사이클 평균값 연산 회로(104A)로부터 출력되는 평균값(a)의 데이터를 순차 도입하고, 제 2 펄스(PS₂)의 1 사이클에 상당하는 이동 구간(AL₁) 내의 연속하는 Q 개(도 10 예에서는 19 개)의 전압 검지 신호의 평균값(a)을 클록(ACK₂)의 주기로 샘플링하여, 그들 Q 개(19 개)의 평균값(a)에 대하여 일차 이동 평균값(ma)을 구한다. 그리고, 시간축 상에서 샘플링 범위 또는 이동 구간(AL₁)을 소정의 이동 피치(도시의 예에서는 2)로 이동시켜, 상기의 일차 이동 평균값 연산을 반복한다. 전류 센서계의 전치 이동 평균값 연산 회로(122A)도 동일한 타이밍으로 동작하고, 클록(ACK₂)의 주기로 이동 구간(AL₁) 내의 일차 이동 평균값(ma)을 반복하여 연산한다.

따라서, 전압 센서계의 전치 이동 평균값 연산 회로(120A)와 전류 센서계의 전치 이동 평균값 연산 회로(122A)는, 실질적으로는, 고주파 급전 라인(43) 상의 부하 임피던스(Z)에 대하여 클록(ACK₂)의 주기로 이동 구간(AL₁) 내의 일차 이동 평균값(Z_ma)을 반복 연산하고 있게 된다.

그리고, 전압 센서계의 주이동 평균값 연산 회로(128A)는, 도 13에 도시한 바와 같이, 전치 이동 평균값 연산 회로(120A)로부터 출력되는 일차 이동 평균값(ma)의 데이터를 순차 도입하고, 제 2 펄스(PS₂)의 상기 AN₂ 사이클에 상당하는 이동 구간(AL₂) 내에서 연속하는 R 개의 전압 검지 신호의 일차 이동 평균값(ma)을 클록(ACK₃)의 주기로 샘플링하여, 그들 R 개의 일차 이동 평균값(ma)으로부터 이차 이동 평균값(Ma)을 구한다. 그리고, 시간축 상에서 샘플링 범위 또는 이동 구간(AL₂)을 소정의 이동 피치(도시의 예에서는 2)로 이동시켜, 상기의 이차 이동 평균값 연산을 반복한다. 전류 센서계의 주이동 평균값 연산 회로(130A)도 동일한 타이밍으로 동작하고, 클록(ACK₃)의 주기로 이동 구간(AL₂)의 평균값 즉 이차 이동 평균값(Ma)을 반복 연산한다.

부하 임피던스 연산 회로(114A)는, 이동 평균값 연산부(106A)로부터의 전압 검지 신호의 이차 이동 평균값(Ma)과 전류 검지 신호의 이차 이동 평균값(Ma)에 기초하여, 클록(ACK₃)의 주기로 부하 임피던스의 측정값(Z_Ma)을 연산한다. 정합기(40) 내의 매칭 컨트롤러(94A)는, 임피던스 센서(96A) 내의 부하 임피던스 연산 회로(114A)로부터 클록(ACK₃)의 주기로 출력되는 부하 임피던스의 측정값(Z_Ma)에 추종 가능하게 응답하고, 부하 임피던스 측정값(Z_Ma)의 위상이 영(0), 절대값이 50 Ω이 되도록, 모터(90A, 92A)를 구동 제어하여 정합 회로(88A) 내의 리액턴스 소자(X_H1, X_H2)의 리액턴스를 가변으로 제어한다.

한편, 이온 인입계의 임피던스 센서(96B)에서는, 전압 센서계의 주이동 평균값 연산 회로(128B)가, 도 14에 도시한 바와 같이, 전치 이동 평균값 연산 회로(120B)를 개재하지 않고 사이클 평균값 연산 회로(104B)로부터 보내져 오는 평균값(b)의 데이터를 순차 도입하고, 제 2 펄스(PS₂)의 상기 BN₂ 사이클에 상당하는 이동 구간(BL₂) 내에서 연속하는 E 개의 전압 검지 신호의 평균값(b)을 클록(BCK₃)의 주기로 샘플링하여, 그들 E 개의 평균값(b)에 대하여 이동 평균값(Mb)을 구한다. 그리고, 시간축 상에서 샘플링 범위 또는 이동 구간(BL₂)을 소정의 이동 피치(도시의 예에서는 2)로 이동시켜, 상기의 이동 평균값 연산을 반복한다. 전류 센서계의 주이동 평균값 연산 회로(130B)도 클록(BCK₃)의 주기로 이동 구간(BL₂) 내의 평균값 즉 이동 평균값(Mb)을 반복 연산한다.

부하 임피던스 연산 회로(114B)는, 이동 평균값 연산부(106B)로부터의 전압 검지 신호의 이동 평균값(Mb)과 전류 검지 신호의 이동 평균값(Mb)에 기초하여, 클록(BCK₃)의 주기로 부하 임피던스의 측정값(Z_Mb)을 연산한다. 정합기(42) 내의 매칭 컨트롤러(94B)는, 임피던스 센서(96B) 내의 부하 임피던스 연산 회로(114B)로부터 클록(BCK₃)의 주기로 출력되는 부하 임피던스의 측정값(Z_Mb)에 추종 가능하게 응답하고, 부하 임피던스 측정값(Z_Mb)의 위상이 영(0), 절대값이 50 Ω이 되도록, 모터(90B, 92B)를 구동 제어하여 정합 회로(88B) 내의 리액턴스 소자(X_L1, X_L2)의 리액턴스를 가변으로 제어한다.

상기와 같이, 이 실시예에서는, 플라즈마 생성용 고주파(RF₁) 및 이온 인입용 고주파(RF₂)의 파워에 주파수가 상이한 제 1 및 제 2 펄스(PS₁, PS₂)로 변조를 걸 경우, 플라즈마 생성계의 정합기(40)에서는, 임피던스 센서(96A)가, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)의 각 사이클마다 고주파 급전 라인(43) 상에서 부하 임피던스의 평균값(일차 이동 평균값(ma))을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값(ma)에 기초하여 부하 임피던스 측정값(Z_Ma)을 출력한다. 그리고, 임피던스 센서(96A)로부터의 부하 임피던스 측정값(Z_Ma)이 정합 포인트(50Ω)에 일치 또는 근사하도록, 매칭 컨트롤러(94A)가 정합 회로(88A) 내의 리액턴스 소자(X_H1, X_H2)의 리액턴스를 가변으로 제어한다.

한편, 이온 인입계의 정합기(42)에서는, 임피던스 센서(96B)가, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)의 각 사이클마다 고주파 급전 라인(45) 상에서 부하 임피던스의 평균값(Mb)을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값(Mb)에 기초하여 부하 임피던스 측정값(Z_Mb)을 출력한다. 그리고, 임피던스 센서(96B)로부터의 부하 임피던스 측정값(Z_Mb)이 정합 포인트(50Ω)에 일치 또는 근사하도록, 매칭 컨트롤러(94B)가 정합 회로(88B) 내의 리액턴스 소자(X_L1, X_L2)의 리액턴스를 가변으로 제어한다.

이 실시예에 의하면, 고주파(RF₁)에 주파수가 높은 쪽의 제 1 펄스(PS₁)로 변조가 걸려 있는 플라즈마 생성계의 고주파 급전 라인(43) 상에서는, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)의 온 기간(T_on2)과 오프 기간(T_off2)의 사이에서 발생하는 부하 임피던스의 주기적인 변동(주로 플라즈마 임피던스의 주기적인 변동)이 임피던스 센서(96A) 내의 상기와 같은 평균화 처리(특히 전치 이동 평균값 연산 처리)에 의해 캔슬되고, 이에 의해 정합기(40)의 정합 동작이 안정화된다.

즉, 고주파 급전 라인(43) 상에서 정합기(40)가 플라즈마 생성용의 고주파(RF₁)를 전송하고 있는 기간(제 1 펄스(PS₁)의 온 기간(T_on1)) 중의 부하 임피던스(특히 플라즈마 임피던스)는, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)의 온 기간(T_on2) 시와 오프 기간(T_off2) 시에서 상당 변화한다.

이 때문에, 임피던스 센서(96A) 내에서 상기와 같은 평균화 처리가 행해지지 않을 경우(비교예)는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 제 2 펄스(PS₂)의 1 사이클에서 온 기간(T_on2) 중의 부하 임피던스(<1> ~ <10>)와 오프 기간(T_off2) 중의 부하 임피던스(<11> ~ <19>)가 스미스 차트 상에서 2 개의 그룹으로 나누어져 분산된다. 그 결과, 매칭 컨트롤러(94A)는 2 그룹의 어느 쪽(부정)에 대응하여 정합 회로(88A) 내의 리액턴스 소자(X_H1, X_H2)의 리액턴스를 가변으로 제어하게 되어, 정합 동작이 안정되지 않게 된다. 또한 이 비교예(도 15)에서는, 종래 방식에 준하여, 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클 내에서 온 기간(T_on1)에만 모니터 시간(T_H)을 설정하여, 각 사이클마다 부하 임피던스의 값을 연산하고 있다.

이 점, 이 실시예에서는 도 16a에 나타낸 바와 같이, 스미스 차트 상에서, 주파수가 높은 쪽의 제 1 펄스(PS₁)의 각 사이클마다 얻어지는 부하 임피던스의 값이 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)의 1 사이클 내에서 2 개의 그룹으로 나누어져 분산되어도, 상기와 같은 전치 이동 평균값 연산 처리에 의해 평균화되고, 상기 2 그룹의 중간에 위치하는 이동 평균값(Z_ma)이 얻어진다. 그리고, 도 16b에 나타낸 바와 같이, 시간의 경과에 의해 이동 구간 내에서 부하 임피던스의 일부가 교체되어도(<1>, <2> → <20>, <21>), 이동 평균값(Z_ma)은 대부분 변동하지 않는다. 즉, 도 10으로부터 이해되는 바와 같이, 제 1 펄스(PS₁)와 제 2 펄스(PS₂)의 사이에서, 사이클([1], [2])과 사이클([20], [21])은 실질적으로 동상(同相)의 관계에 있기 때문에, 부하 임피던스(<1>, <2>)와 이들과 교체되는 부하 임피던스(<20>, <21>)는 대략 동일하다. 이와 같이, 주파수가 낮은 쪽의 펄스의 주기로 전치 이동 평균값 연산 처리를 행함으로써, 평균값 연산의 변화하는 비율이 작아진다. 이 때문에, 안정된 연산 결과가 얻어진다.

정합기(40) 내에서는, 이 이동 평균값(Z_ma)에 대응하는 부하 임피던스 측정값(Z_Mb)을 정합 포인트(50Ω)에 일치 또는 근사시키도록, 정합 기구(매칭 컨트롤러(94A), 모터(90A, 92A) 및 리액턴스 소자(X_H1, X_H2))가 기능하므로, 정합 동작이 안정적으로 행해진다.

또한 제 2 펄스(PS₂)의 온 기간(T_on2) 중에 제 1 펄스(PS₁)의 각 사이클 내(온 기간(T_on1) 시와 오프 기간(T_off1) 시)에서 플라즈마 임피던스가 맥동해도, 정합기(42)의 임피던스 센서(96B)에는 마치 연속파의 플라즈마 생성용 고주파(RF₁)가 플라즈마에 공급되고 있는 것처럼 보인다. 따라서, 주파수가 낮은 쪽의 제 2 펄스(PS₂)를 전송하는 고주파 급전 라인(45) 상의 정합기(42)는, 상기와 같은 전치 이동 평균값 연산 처리를 행하지 않아도, 정합 동작을 안정적으로 행할 수 있다.

동시 변조에서 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1)가 제 2 펄스(PS₂)의 주파수(f_S2)보다 낮을 경우는, 플라즈마 생성계의 정합기(40)와 이온 인입계의 정합기(42)가 교체되는 형태로 상기와 동일한 작용이 나타난다.

상기한 실시예에서는, 동시 변조에서 플라즈마 생성용의 고주파(RF₁)의 파워가 주파수가 높은 쪽의 제 1 펄스(PS₁)로 변조가 걸려 있을 경우, 플라즈마 생성계의 임피던스 센서(96A)는, 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클 내에서 온 기간(T_on1) 및 오프 기간(T_off1)에 모니터 시간(T_H1, T_H2)을 각각 설정하고(도 11a), 제 1 펄스(PS₁)의 각 사이클 내의 모니터 시간(T_H1, T_H2) 중에 부하 임피던스(Z)의 값을 클록(ACK₁)의 주기로 샘플링하여 1 사이클분의 평균값(Z_a)를 연산하도록 하고 있다.

요컨데, 제 1 펄스(PS₁)의 주파수(f_S1)가 높을 때는, 제 1 펄스(PS₁)에 대한 부하 임피던스(Z)의 추종성이 저하되므로, 온 기간(T_on1) 중만의 샘플링 내지 평균화로는 1 사이클분의 평균값(Z_a)의 정밀도는 낮아진다. 오히려, 상기의 실시예와 같이, 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클 내에서 온 기간(T_on1) 중뿐 아니라 오프 기간(T_off1) 중에도 부하 임피던스(Z)의 샘플링을 행함으로써, 1 사이클분의 평균값(Z_a)의 정밀도를 높일 수 있다.

관점을 바꾸면, 제 1 펄스(PS₁)의 듀티비(D_S1)가 상당히 높을 때(상한 기준치 예를 들면 80 % 이상일 때)는 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클 내에서 온 기간(T_on1) 에만 모니터 시간(T_H)을 설정하고, 듀티비(D_S1)가 상당히 낮을 때(하한 기준치 예를 들면 20 % 이하일 때)는, 제 1 펄스(PS₁)의 1 사이클 내에서 오프 기간(T_off1)에만 모니터 시간(T_H)을 설정하는 것이, 1 사이클분의 평균값(Z_a)을 확실하고 또한 효율적으로 연산할 수 있다. 상기 실시예의 플라즈마 처리 장치에서는, 주제어부(72)의 모니터 시간 제어부(134)에서 그러한 모니터 시간 설정의 전환 제어를 행할 수 있다.

이온 인입계의 임피던스 센서(96B)에서도, 제 2 펄스(PS₂)의 듀티비(D_S2)에 따라 상기와 마찬가지로 모니터 시간(T_L)의 설정에 관한 전환 제어를 행할 수 있다.

또한 도 11a에 도시한 바와 같이, 예를 들면 제 1 펄스(PS₁)의 변조에서는, 온 기간(T_on1) 및 오프 기간(T_off1) 중에서 모니터 시간(T_H1, T_H2)의 전후에는 평균값 연산 처리의 샘플링을 행하지 않는 마스크 시간(T_A1, T_A2), (T_A3, T_A4)이 설정된다. 모니터 시간 제어부(134)는, 변조 펄스의 주파수 도는 듀티비 등에 따라, 그들 마스크 시간(T_A1, T_A2), (T_A3, T_A4)의 길이를 조정할 수 있고, 혹은 해제할 수도 있다. 제 2 펄스(PS₂)의 변조에서도 동일하며, 모니터 시간 제어부(134)는, 변조 펄스의 주파수 또는 듀티비 등에 따라, 도 11b에 나타낸 마스크 시간(T_B1, T_B2), (T_B3, T_B4)의 길이를 조정할 수 있고, 혹은 해제할 수도 있다.

[다른 실시예 또는 변형예]

이상 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 그 기술 사상의 범위 내에서 각종 변형이 가능하다.

예를 들면 도 17에 도시한 바와 같이, 플라즈마 생성계의 고주파 급전 라인(43) 상에 설치되는 정합기(40) 내의 임피던스 센서(96A)를, RF 전압 검출기(100A), RF 전류 검출기(108A), 부하 임피던스 순시값 연산 회로(142A), 사이클 평균값 연산 회로(144A) 및 이동 평균값 연산부(146A)로 구성하는 것도 가능하다.

여기서, 부하 임피던스 순시값 연산 회로(142A)는, RF 전압 검출기(100A) 및 RF 전류 검출기(108A)로부터 얻어지는 RF 전압 검지 신호 및 RF 전류 검지 신호에 기초하여 고주파 급전 라인(43) 상의 부하 임피던스(Z)의 순시값을 구한다. 부하 임피던스 순시값 연산 회로(142A)는 아날로그 회로로도 가능하지만, 고속 디지털 회로로 구성하는 것도 바람직하다.

사이클 평균값 연산 회로(144A) 및 이동 평균값 연산부(146A)는, 처리 대상의 신호가 부하 임피던스(Z)의 값을 직접 나타내는 신호로 대체하는 것만으로, 상기 실시예에서의 사이클 평균값 연산 회로(104A, 112A) 및 이동 평균값 연산부(106A)와 동일한 샘플링 처리 및 평균화 처리를 행한다.

이 경우, 매칭 컨트롤러(94A)(도 3)는, 이동 평균값 연산부(146A)로부터 얻어지는 부하 임피던스의 측정값 즉 이동 평균값(Z_Ma)이 고주파 전원(36)의 출력 임피던스에 대응하는 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록, 리액턴스 소자(X_H1, X_H2)의 리액턴스를 모터(90A, 92A)를 통하여 제어한다.

마찬가지로 도 18에 도시한 바와 같이, 이온 인입계의 고주파 급전 라인(45) 상에 설치되는 정합기(42) 내의 임피던스 센서(96B)를, RF 전압 검출기(100B), RF 전류 검출기(108B), 부하 임피던스 순시값 연산 회로(142B), 사이클 평균값 연산 회로(144B) 및 이동 평균값 연산부(146B)로 구성하는 것도 가능하다.

여기서, 부하 임피던스 순시값 연산 회로(142B)는, RF 전압 검출기(100B) 및 RF 전류 검출기(108B)로부터 얻어지는 RF 전압 검지 신호 및 RF 전류 검지 신호에 기초하여 고주파 급전 라인(45) 상의 부하 임피던스(Z)의 순시값을 구한다. 역시, 이 부하 임피던스 순시값 연산 회로(142B)는 아날로그 회로로도 가능하지만, 고속 디지털 회로로 구성하는 것도 바람직하다.

사이클 평균값 연산 회로(144B) 및 이동 평균값 연산부(146B)는, 처리 대상의 신호가 부하 임피던스(Z)의 값을 직접 나타내는 신호로 대체하는 것만으로, 상기 실시예에서의 사이클 평균값 연산 회로(104B, 112B) 및 이동 평균값 연산부(106B)와 동일한 샘플링 처리 및 평균화 처리를 행한다.

이 경우, 매칭 컨트롤러(94B)(도 6)는, 이동 평균값 연산부(146B)로부터 얻어지는 부하 임피던스의 측정값 즉 이동 평균값(Z_Mb)이 고주파 전원(38)의 출력 임피던스에 대응하는 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록, 리액턴스 소자(X_L1, X_L2)의 리액턴스를 모터(90B, 92B)를 통하여 제어한다.

본 발명에서는, 제 1 파워 변조 방식으로서 고주파(RF₁)의 파워가 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하는 형태도 가능하다. 마찬가지로, 제 2 파워 변조 방식으로서 고주파(RF₂)의 파워가 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하는 형태도 가능하다.

상기 실시예(도 1)에서는, 플라즈마 생성용의 고주파(RF₁)를 서셉터(하부 전극)(16)에 인가했다. 그러나, 플라즈마 생성용의 고주파(RF₁)를 상부 전극(46)에 인가하는 구성도 가능하다.

본 발명은, 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에 한정되지 않고, 플라즈마 CVD, 플라즈마 ALD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링 등 임의의 플라즈마 프로세스를 행하는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하며, 또한 챔버의 주위에 고주파 전극(안테나)을 설치하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에도 적용 가능하다. 본 발명에서의 피처리체는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 플랫 패널 디스플레이, 유기 EL, 태양 전지용의 각종 기판, 또는 포토마스크, CD기판, 프린트 기판 등도 가능하다.

10 : 챔버
16 : 서셉터(하부 전극)
36 : (플라즈마 생성용) 고주파 전원
38 : (이온 인입용) 고주파 전원
40, 42 : 정합기
43, 45 : 고주파 급전 라인
46 : 상부 전극(샤워 헤드)
56 : 처리 가스 공급원
72 : 주제어부
88A, 88B : 정합 회로
94A, 94B : 매칭 컨트롤러
96A, 96B : 임피던스 센서
100A, 100B : RF 전압 검출기
102A, 102B : 전압 검지 신호 생성 회로
104A, 104B : 사이클 평균값 연산 회로
112A, 112B : 사이클 평균값 연산 회로
106A, 106B : 이동 평균값 연산부
114A, 114B : 부하 임피던스 연산 회로
120A, 120B : 전치 이동 평균값 연산 회로
122A, 122B : 전치 이동 평균값 연산 회로
128A, 128B : 주이동 평균값 연산 회로
130A, 130B : 주이동 평균값 연산 회로
134 : 모니터 시간 제어부
135 : 모드 전환 제어부
136 : 전치 이동 평균값 연산 제어부
138 : 주이동 평균값 연산 제어부
140 : 클록 발생부
142A, 142B : 부하 임피던스 순시값 연산 회로
144A, 144B : 사이클 평균값 연산 회로
146A, 146B : 이동 평균값 연산부

Claims (10)

1. 피처리체를 출입 가능하게 수용하는 진공 배기 가능한 처리 용기 내에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마 하에서 상기 처리 용기 내의 상기 피처리체에 원하는 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
   제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과,
   상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 처리 용기 내 또는 주위에 배치되는 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과,
   상기 제 1 고주파 급전 라인 상에 설치되는 제 1 가변 리액턴스 소자 및 제 1 임피던스 센서를 가지고, 상기 제 1 임피던스 센서로부터 출력되는 제 1 부하 임피던스 측정값이 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 대응하는 제 1 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록 상기 제 1 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 가변으로 제어하는 제 1 정합부와,
   상기 제 1 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 오프 상태 또는 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 주파수로 교호로 반복함하도록, 상기 제 1 고주파 전원의 출력을 제 1 펄스로 변조하는 제 1 고주파 파워 변조부와,
   제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과,
   상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 처리 용기 내 또는 주위에 배치되는 제 2 전극까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과,
   상기 제 2 고주파 급전 라인 상에 설치되는 제 2 가변 리액턴스 소자 및 제 2 임피던스 센서를 가지고, 상기 제 2 임피던스 센서로부터 출력되는 제 2 부하 임피던스 측정값이 상기 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 대응하는 제 2 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록 상기 제 2 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 가변으로 제어하는 제 2 정합부,
   상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 3 레벨이 되는 제 3 기간과 오프 상태 또는 상기 제 3 레벨보다 낮은 제 4 레벨이 되는 제 4 기간을 상기 제 1 펄스의 고주파보다 낮은 일정한 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원의 출력을 제 2 펄스로 변조하는 제 2 고주파 파워 변조부를 구비하고,
   상기 제 1 임피던스 센서가 상기 제 2 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하는 상기 제 1 부하 임피던스 측정값을 출력하고,
   상기 제 2 임피던스 센서가, 상기 제 2 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하는 상기 제 2 부하 임피던스 측정값을 출력하는 플라즈마 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 임피던스 센서가,
   상기 제 1 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 중 적어도 일방에 설정되는 제 1 모니터 시간 중에, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 상기 제 1 고주파에 대응하는 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여, 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 1 사이클분의 평균값을 연산하는 제 1 사이클 평균값 연산 회로와,
   상기 제 2 펄스의 1 사이클을 이동 구간으로서, 상기 제 1 사이클 평균값 연산 회로로부터 얻어진 연속하는 복수 개의 상기 전압 검지 신호의 1 사이클분의 평균값 및 상기 전류 검지 신호의 1 사이클분의 평균값으로부터 일차 이동 평균값을 구하는 전치 이동 평균값 연산 회로와,
   상기 제 2 펄스의 AN₂ 사이클(AN₂는 2 이상의 정수)을 이동 구간으로서, 상기 전치 이동 평균값 연산 회로로부터 얻어진 연속하는 복수 개의 상기 전압 검지 신호의 일차 이동 평균값 및 상기 전류 검지 신호의 일차 이동 평균값으로부터 이차 이동 평균값을 구하는 제 1 주이동 평균값 연산 회로와,
   상기 제 1 주이동 평균값 연산 회로로부터 얻어진 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이차 이동 평균값에 기초하여, 상기 제 1 부하 임피던스 측정값을 연산하는 제 1 부하 임피던스 연산 회로를 가지는 플라즈마 처리 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 임피던스 센서가,
   상기 제 1 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 중 적어도 일방에 설정되는 제 1 모니터 시간 중에, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 부하 임피던스의 순시값을 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여, 상기 부하 임피던스의 1 사이클분의 평균값을 연산하는 제 1 사이클 평균값 연산 회로와,
   상기 제 2 펄스의 1 사이클을 이동 구간으로서, 상기 제 1 평균값 연산 회로로부터 얻어진 연속하는 복수 개의 상기 부하 임피던스의 1 사이클분의 평균값으로부터 일차 이동 평균값을 구하는 전치 이동 평균값 연산 회로와,
   상기 제 2 펄스의 AN₂ 사이클(AN₂는 2 이상의 정수)을 이동 구간으로서, 상기 전치 이동 평균값 연산 회로로부터 얻어진 연속하는 복수 개의 상기 부하 임피던스의 일차 이동 평균값으로부터 이차 이동 평균값을 상기 제 1 부하 임피던스 측정값으로서 구하는 제 1 주이동 평균값 연산 회로를 가지는 플라즈마 처리 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 모니터 시간이, 상기 제 1 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간의 양방에 설정되는 플라즈마 처리 장치.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 고주파 파워 변조부에서 설정되는 상기 제 1 기간의 듀티비가 제 1 상한 기준치 이상일 경우는, 상기 제 1 모니터 시간이 상기 제 1 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 1 기간에만 설정되고,
   상기 듀티비가 상기 제 1 상한 기준치보다 낮은 제 1 하한 기준치 이하일 경우는, 상기 제 1 모니터 시간이 상기 제 1 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 2 기간에만 설정되고,
   상기 듀티비가 상기 제 1 하한 기준치와 상기 제 1 상한 기준치와의 사이에 있을 경우는, 상기 제 1 모니터 시간이 상기 제 1 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간의 양방에 설정되는 플라즈마 처리 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 임피던스 센서가,
   상기 제 2 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 중 적어도 일방에 설정되는 제 2 모니터 시간 중에, 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 상기 제 2 고주파에 대응하는 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여, 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 1 사이클분의 평균값을 연산하는 제 2 사이클 평균값 연산 회로와,
   상기 제 2 펄스의 BN₂ 사이클(BN₂는 2 이상의 정수)을 이동 구간으로서, 상기 제 2 사이클 평균값 연산 회로로부터 얻어진 연속하는 복수 개의 상기 전압 검지 신호의 1 사이클분의 평균값 및 상기 전류 검지 신호의 1 사이클분의 평균값으로부터 이동 평균값을 구하는 제 2 주이동 평균값 연산 회로와,
   상기 제 2 주이동 평균값 연산 회로로부터 얻어진 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여, 상기 제 2 부하 임피던스 측정값을 연산하는 제 2 부하 임피던스 연산 회로를 가지는 플라즈마 처리 장치.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 임피던스 센서가,
   상기 제 2 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 중 적어도 일방에 설정되는 제 2 모니터 시간 중에, 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 부하 임피던스의 순시값을 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여, 상기 부하 임피던스의 1 사이클분의 평균값을 연산하는 제 2 사이클 평균값 연산 회로와,
   상기 제 2 펄스의 BN₂ 사이클(BN₂는 2 이상의 정수)을 이동 구간으로서, 상기 제 2 사이클 평균값 연산 회로로부터 얻어진 연속하는 복수 개의 상기 부하 임피던스의 1 사이클분의 평균값으로부터 이동 평균값을 상기 제 2 부하 임피던스 측정값으로서 구하는 제 2 주이동 평균값 연산 회로를 가지는 플라즈마 처리 장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   제 2 모니터 시간이, 상기 제 2 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 3 및 제 4 기간의 양방에 설정되는 플라즈마 처리 장치.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 2 고주파 파워 변조부에서 설정되는 상기 제 3 기간의 듀티비가 제 2 상한 기준치 이상일 경우는, 상기 제 2 모니터 시간이 상기 제 2 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 3 기간에만 설정되고,
   상기 듀티비가 상기 제 2 상한 기준치보다 낮은 제 2 하한 기준치 이하일 경우는, 상기 제 2 모니터 시간이 상기 제 2 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 4 기간에만 설정되고,
   상기 듀티비가 상기 제 2 하한 기준치와 상기 제 2 상한 기준치의 사이에 있을 경우는, 상기 제 2 모니터 시간이 상기 제 2 펄스의 1 사이클 내에서 상기 제 3 및 제 4 기간의 양방에 설정되는 플라즈마 처리 장치.
10. 피처리체를 출입 가능하게 수용하는 진공 배기 가능한 처리 용기 내에 서로 대향하여 설치된 제 1 및 제 2 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마 하에서 상기 제 1 전극 상에 보지되는 상기 피처리체에 원하는 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 플라즈마를 생성하는데 적합한 주파수를 가지는 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과,
    상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과,
    상기 제 1 고주파 급전 라인 상에 설치되는 제 1 가변 리액턴스 소자 및 제 1 임피던스 센서를 가지고, 상기 제 1 임피던스 센서로부터 출력되는 제 1 부하 임피던스 측정값이 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 대응하는 제 1 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록 상기 제 1 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 가변으로 제어하는 제 1 정합부와,
    상기 제 1 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 기간과 오프 상태 또는 상기 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 기간을 일정한 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 1 고주파 전원의 출력을 제 1 펄스로 변조하는 제 1 고주파 파워 변조부와,
    상기 플라즈마로부터 상기 제 1 전극 상의 상기 피처리체에 이온을 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과,
    상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과,
    상기 제 2 고주파 급전 라인 상에 설치되는 제 2 가변 리액턴스 소자 및 제 2 임피던스 센서를 가지고, 상기 제 2 임피던스 센서로부터 출력되는 제 2 부하 임피던스 측정값이 상기 제 2 고주파 전원의 출력 임피던스에 대응하는 제 2 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록 상기 제 2 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 가변으로 제어하는 제 2 정합부와,
    상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 3 레벨이 되는 제 3 기간과 오프 상태 또는 상기 제 3 레벨보다 낮은 제 4 레벨이 되는 제 4 기간을 상기 제 1 펄스의 주파수와는 상이한 독립된 일정한 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원의 출력을 제 2 펄스로 변조하는 제 2 고주파 파워 변조부를 가지고,
    상기 제 1 펄스의 주파수가 상기 제 2 펄스의 주파수보다 높을 경우는, 상기 제 1 임피던스 센서가, 상기 제 2 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하여 상기 제 1 부하 임피던스 측정값을 출력하고, 또한 상기 제 2 임피던스 센서가, 상기 제 2 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하여 상기 제 2 부하 임피던스 측정값을 출력하고,
    상기 제 1 펄스의 주파수가 상기 제 2 펄스의 주파수보다 낮을 경우는, 상기 제 1 임피던스 센서가, 상기 제 1 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하여 상기 제 1 부하 임피던스 측정값을 출력하고, 또한 상기 제 2 임피던스 센서가, 상기 제 1 펄스의 1 사이클을 기본 사이클로서 부하 임피던스의 평균값을 연산하고, 그 부하 임피던스의 평균값에 기초하여 상기 제 2 부하 임피던스 측정값을 출력하는 플라즈마 처리 장치.
    

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