WO2020012704A1 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法、ｅｃｒ高さモニタ - Google Patents

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WO2020012704A1
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plasma processing
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紀彦 池田
安井　尚輝
一也 山田
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J2237/3341—Reactive etching

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for processing a sample such as a semiconductor wafer (hereinafter, also simply referred to as a wafer) using plasma formed in a processing chamber, and particularly to a plasma processing method for supplying a magnetic field into the processing chamber to act on the plasma.
  • the present invention relates to a plasma processing apparatus, a plasma processing method, and an ECR height monitor for processing a sample by performing the processing.
  • Patent Document 1 discloses that a magnetic field intensity is changed by a plurality of solenoid coils provided on an outer periphery of a plasma processing chamber so that a sample is covered when a sample is processed and when the sample is over-etched. A method is disclosed for changing the position of the generated plasma by changing the parallel spacing distance of the planar resonance region with respect to the processing surface.
  • Patent Document 2 discloses that a microwave frequency satisfying the ECR condition is modulated in a band of 2.66 GHz to 2.24 GHz, microwave energy is efficiently absorbed in the entire plasma generation chamber, and high density is obtained. A method for generating a uniform plasma is disclosed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-163873 discloses, for example, an improvement in the controllability of a processing shape in which an etching gas and a deposition gas for forming a protective film are alternately and repeatedly introduced into a processing chamber while a plasma is generated. Is disclosed. Further, there is a method in which etching parameters such as a source power, a magnetic field, and a processing temperature are sequentially changed in steps in a short time.
  • the number of steps of the etching process has increased from several tens to hundreds, and each step time is about several seconds, which is shorter than the conventional etching step. Further, from the viewpoint of shortening the throughput and the etching processing time, switching between the steps is often performed while plasma discharge is continued.
  • the coil current is actually switched with a delay due to the coil current transient response time.
  • the magnetic field formed in the processing chamber is switched with the coil current with a delay, so that the change to the ECR height set in the subsequent step is delayed by about 1 to 3 seconds from the step switching.
  • the etching process proceeds while the plasma fluctuates in the transition period for about half the time, and the uniformity of processing is improved. Are not obtained, and the performance is not reproduced.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the performance and reproducibility of plasma processing.
  • the plasma processing apparatus of the present invention includes a processing chamber in which a sample is processed using plasma, a high-frequency power supply for supplying high-frequency power for generating the plasma, a sample table on which the sample is placed, And a magnetic field forming mechanism for forming a magnetic field in the room.
  • the height of ECR which is electron cyclotron resonance generated by the interaction between the high-frequency power and the magnetic field, is monitored based on the image data of the plasma, and the height of the monitored ECR becomes a predetermined height.
  • the apparatus further includes a control unit that controls a frequency of the high frequency power.
  • the plasma processing method of the present invention includes a step of monitoring the height of ECR, which is electron cyclotron resonance generated by the interaction between a high-frequency power for generating plasma and a magnetic field, based on the image data of the plasma; Controlling the frequency of the high-frequency power so that the height of the ECR thus obtained becomes a predetermined height.
  • the ECR height monitor of the present invention monitors the height of ECR, which is electron cyclotron resonance generated by the interaction between a high-frequency power for generating plasma and a magnetic field. The ECR height monitor monitor monitors the height of the ECR using the image data of the plasma and the emission intensity distribution of the plasma in the height direction of the processing chamber where the plasma is generated.
  • the ECR height can be controlled at a higher speed as compared with the method of controlling the ECR height only by the coil current. Further, the performance and reproducibility of the plasma processing can be improved in an etching process or the like in which the step time is short in the discharge continuation step. In particular, when switching processing steps under low dissociation plasma conditions with low microwave power, the process performance of uniformity and shape controllability can be improved, and reproducibility can be improved. Further, there is an effect that the machine difference can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ECR height measuring device of the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows the imaging state of the camera of the ECR height measuring device of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention, and its image, (a) is an imaging state, (b), (c) is a camera image. . It is a figure which shows another measuring method of the ECR height measuring device of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention, (a) is a schematic diagram which shows a part of plasma processing apparatus, (b) is another measurement. It is a figure showing a state.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ECR height measuring device of the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an etching recipe in the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • 7A and 7B are diagrams showing VPP time data and a wafer rate distribution when a coil current and an oscillation frequency are changed in a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a database of coil current, oscillation frequency, and ECR height in the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows the calculation procedure of the ECR height of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention, (a) is a camera image, (b) is a calculation flow, (c) shows the relationship between ECR height and light emission ratio.
  • FIG. 7 is a diagram showing a range of ECR height control when the microwave oscillation frequency is changed by a fixed amount in the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention
  • FIG. (B) is a diagram when the height controllability is large.
  • FIG. 4 is a diagram showing ECR height adjustment by oscillation frequency control in the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma processing apparatus illustrated in FIG. 1 generates plasma by microwave electron cyclotron resonance (ECR), and performs a plasma etching process using the generated plasma (hereinafter, also referred to as a plasma processing apparatus). Note).
  • ECR microwave electron cyclotron resonance
  • the plasma processing apparatus includes a processing chamber (plasma processing chamber) 101 in which plasma processing is performed on a wafer (sample) 114 using plasma 111, and a high-frequency power supply 106 that supplies high-frequency power for generating plasma 111. And a sample table 113 arranged in the processing chamber 101 and on which the wafer 114 is placed, and a magnetic field forming unit (magnetic field forming mechanism) for forming ECR as electron cyclotron resonance.
  • a processing chamber plasma processing chamber
  • a high-frequency power supply 106 that supplies high-frequency power for generating plasma 111.
  • a sample table 113 arranged in the processing chamber 101 and on which the wafer 114 is placed, and a magnetic field forming unit (magnetic field forming mechanism) for forming ECR as electron cyclotron resonance.
  • the processing chamber 101 is further connected to an exhaust device 109 for evacuating. Further, a shower plate 102 and a quartz top plate 103 are arranged above the processing chamber 101.
  • the shower plate 102 has a plurality of holes. The gas for the plasma etching process supplied from the gas supply mechanism 108 is introduced into the processing chamber 101 through the plurality of holes of the shower plate 102.
  • a quartz plate 103 is arranged above the shower plate 102, and a gas supply gap is provided between the shower plate 102 and the quartz plate 103.
  • the quartz top plate 103 transmits electromagnetic waves from above and seals the processing chamber 101 so that the upper part thereof is airtight.
  • the shower plate 102 and the quartz top plate 103 use a dielectric material as the material, it is preferable to use quartz so that plasma emission in the processing chamber 101 can be easily recognized.
  • a cavity resonator 104 is formed on the top of the quartz top plate 103.
  • the upper portion of the cavity resonator 104 is open, and a waveguide 105 composed of a vertical waveguide extending in the vertical direction and a waveguide converter serving as a corner that bends the direction of the electromagnetic wave by 90 degrees is connected.
  • the waveguide 105 is an oscillation waveguide that propagates an electromagnetic wave, and a high-frequency power supply 106 for generating plasma is connected to an end of the waveguide 105.
  • the high-frequency power supply 106 is a power supply for generating an electromagnetic wave for plasma generation, and generates an electromagnetic wave based on control from the control unit 107.
  • the oscillation frequency of the high-frequency power supplied from the high-frequency power supply 106 is a microwave power supply whose center frequency is 2.45 GHz and can oscillate microwaves in the range of 2.4 to 2.5 GHz.
  • the microwave power supply according to the present embodiment can change the oscillation frequency while oscillating high-frequency power in accordance with a frequency control signal in the control unit 107 in a narrow band. That is, the frequency of the high frequency power supplied from the high frequency power supply 106 can be changed by a mechanism including the control unit 107.
  • the high-frequency power supply 106 is a solid-state power supply that has high power controllability and high pulse and output responsiveness even in a low-power area where the output is several tens of watts, which is 2% of the maximum power of the high-frequency power supply 106 of 1600 watts. It is desirable to use Also in the present embodiment, the high-frequency power supply 106 is not a magnetron power supply but a solid-state microwave (also called solid microwave) power supply.
  • the microwave generated from the high-frequency power supply 106 propagates through the waveguide 105, and propagates into the processing chamber 101 via the cavity resonator 104, the quartz top plate 103, and the shower plate 102.
  • a magnetic field forming coil (magnetic field forming unit, magnetic field forming mechanism) 110 is arranged on the outer periphery of the processing chamber 101.
  • the magnetic field forming coil 110 includes a plurality of coils such as an upper coil 110a, a middle coil 110b, and a lower coil 110c, and forms a magnetic field in the processing chamber 101.
  • the power oscillated from the plasma-generating high-frequency power supply 106 generates a high-density plasma 111 in the processing chamber 101 due to the interaction between the magnetic field formed by the magnetic field forming coil 110 and the ECR.
  • ECR surface 112 a surface having a magnetic flux density that satisfies the condition of electron cyclotron resonance (ECR) with respect to the microwave oscillation frequency is formed. Since plasma generation is mainly performed on the ECR surface 112, the height position of the ECR surface 112 is important in plasma distribution control.
  • the plasma processing apparatus monitors the height of ECR, which is electron cyclotron resonance generated by the interaction between a high-frequency power supplied from a high-frequency power supply 106 and a magnetic field, based on image data of the plasma 111.
  • a control unit 107 and a control unit 121 are provided for controlling the frequency of the high-frequency power so that the height of the obtained ECR becomes a predetermined height.
  • the magnetic field forming mechanism includes the coils for forming a magnetic field, and the control unit 107 and the control unit 121 determine a change in the ECR height with respect to a predetermined value due to a response delay of a current flowing in each coil.
  • the frequency of the high-frequency power is controlled so as to make a correction.
  • a sample table 113 is disposed below the processing chamber 101 so as to face the quartz top plate 103.
  • the sample stage 113 has a mounting surface 113a for mounting and holding a wafer 114 as a substrate to be processed.
  • the central axes of the exit from the waveguide 105 to the cavity resonator 104, the processing chamber 101, the sample stage 113, and the wafer 114 coincide with each other.
  • the sample table 113 is made of aluminum or titanium as a material.
  • a dielectric film 115 is formed on the upper surface (mounting surface 113a) which is a part of the sample table 113.
  • a sprayed film made of alumina ceramics or the like is arranged on the upper surface of the dielectric film 115 of the sample table 113.
  • a conductive film (electrostatic attraction film) 116 for electrostatically attracting the wafer 114 is provided inside the dielectric film 115, and the wafer 114 is electrostatically attracted by applying a DC voltage (not shown). . Further, a high frequency RF bias is applied to the sample table 113 from an RF bias power supply 117.
  • the RF bias power supply 117 is matched by the matching circuit 118.
  • a VPP monitor (voltage monitor) 120 is provided on the RF bias power supply line to monitor the VPP (V peak-to-peak) of the high-frequency RF bias voltage applied from the RF bias power supply 117 to the sample table 113.
  • the position is determined as follows in order to monitor the position of the strong light emission height (hereinafter referred to as ECR height) on the disk of the ECR surface 112 of the plasma 111 or in a ring shape.
  • An ECR height monitor is provided. That is, the ECR height monitor monitors the ECR height using the image data of the plasma 111 and the emission intensity distribution of the plasma 111 in the height direction of the processing chamber 101 where the plasma 111 is generated. is there.
  • the ECR height monitor As an example of the ECR height monitor, as shown in FIGS. 1 and 2, the ECR height is set at a position where the emission of the plasma 111 generated above the sample table 113 in the processing chamber 101 can be viewed obliquely from above.
  • a camera 119 for measuring the height is attached. That is, the camera 119 can capture the emission of the plasma 111 generated above the sample table 113 in a horizontal direction with respect to the mounting surface 113a or in an oblique direction that forms an acute angle with the horizontal direction.
  • An optical fiber is attached to the camera 119, and the state of light emission 204 shown in FIG. 2 in the processing chamber 101 is passed through a transparent member such as a quartz top plate 103 and a quartz shower plate 102 through the tip of the optical fiber.
  • the camera 119 has a light amount aperture, a high-speed shutter, and a function capable of filtering an arbitrary wavelength region.
  • the disk or ring-shaped strong light emission 204 or the plasma generation region due to the microwave absorption by the ECR is selected from the entire light emission in the chamber 101a in the plasma 111.
  • the edge 301 of the ECR light emission can be detected by adjusting the aperture and the wavelength filter. That is, while it is difficult to detect the edge 301 of the ECR light emission in the camera image of FIG. 3B, according to the camera image after adjusting the shutter speed shown in FIG. Edge 301 can be detected.
  • a scale 201 may be attached to the side wall 101b in the processing chamber 101 so that the position of the strong light emission 204 on the ECR surface 112 in FIG. 3 can be detected.
  • the purpose of this scale 201 is to more accurately measure the position of the edge (see FIG. 3) 301 of the strong ECR light emission 204 from the image 200 so that the ECR height and position can be understood. It can be omitted if it is not particularly necessary for fixing or image processing capability.
  • the radius in the radial direction of the position of the edge 301 of the light emission 204 on the ECR surface 112 slightly changes depending on the microwave power, the magnetic field profile, or the processing pressure.
  • the height since the ring-shaped strong light emitting region has a thickness, it is difficult to accurately determine the ECR height only from a camera image of plasma emission, but the main purpose of the ECR height detection by the camera 119 is Is a measurement of the fluctuation and the change amount of the ECR height, so that there is no trouble.
  • a luminous intensity measuring device 130 for measuring the luminous intensity in the chamber 101a is provided to correct the position of the ECR height by the camera 119.
  • the plasma processing apparatus includes a monitor mechanism for monitoring the ECR height.
  • the monitor mechanism includes a camera 119 for imaging the plasma 111 from a horizontal direction or an oblique direction, and an ECR surface.
  • the above-mentioned light emission amount measuring device 130 is composed of two spectrometers capable of measuring the light emission amount of the plasma 111 from above and below the ECR surface 112 via an optical fiber, and is an upper light emission amount measuring device which is a measuring mechanism for measuring the ECR height.
  • a (first spectroscope) 202 and a lower light emission amount measuring device (second spectroscope) 203 are provided.
  • the sampling time of the emitted light amount is about 10 to 100 milliseconds, and the wavelength can be obtained from about 200 to 800 nanometers.
  • the measurement direction is not particularly defined, it is desirable that the light emission 204 at the same radius position can be measured in the plane of the wafer 114 both above and below.
  • the ECR height is approximately (specifically, on the order of 3 mm).
  • the upper light emission measurement and the lower light emission measurement are performed using an upper light emission measuring device 202 and a lower light emission measuring device 203, each of which is composed of two spectroscopes capable of measuring the light emission through an optical fiber from above and below.
  • the measurement is performed, and the ECR height is derived by detecting an image or obtaining the upper and lower emission ratio (difference) from the obtained measurement value.
  • the plasma processing apparatus of the present embodiment controls the frequency of the high-frequency power supplied from the high-frequency power supply 106 by the control unit 107 such that the measured value of the ECR height by the measurement mechanism becomes a predetermined value. . Further, the height of the ECR surface 112 is calculated from the emission image of the plasma 111 in the processing chamber 101 and the emission intensity distribution in the height direction inside the processing chamber 101 as the height of the ECR.
  • the plasma generation in step S1 is performed. Further, information acquisition for each of the upper and lower light emission amount measuring devices shown in step S2-1 is performed.
  • the height of ECR which is electron cyclotron resonance generated by the interaction between the high frequency power for generating the plasma 111 and the magnetic field, is monitored based on the image data of the plasma 111.
  • the upper and lower light emission amounts are measured by the upper light emission amount measuring device 202 and the lower light emission amount measuring device 203 shown in FIG.
  • the ECR height is calculated by obtaining the upper and lower emission ratios shown in step S3-1. At this time, the ECR height calculated from the emission ratio is corrected, and the ECR height is finally calculated (step S4).
  • an ECR height of 1 mm accuracy can be derived from the relational expression curve 804 of the light emission amount ratio shown in FIG. 8C.
  • the ECR height is obtained from the upper and lower luminescence ratio (difference) based on the measurement values measured by the upper luminescence measuring device 202 and the lower luminescence measuring device 203.
  • feedback is applied to the control unit 107, and the oscillation frequency is adjusted by the control unit 107.
  • feedback is provided to the control unit 121 shown in FIG. 2 according to the measured value of the ECR height, and the control unit 121 adjusts the coil current.
  • a correlation between the coil current in the magnetic field and the ECR height is created in advance, and the ECR height is measured. If the measured value of the ECR height at that time is different from the ECR height of the correlation previously created, the coil current is changed, and the frequency of the high-frequency power supplied from the high-frequency power source 106 is changed.
  • the height of the measured ECR is adjusted to the height of the ECR in the correlation. That is, the frequency of the high-frequency power is controlled so that the height of the monitored ECR becomes a predetermined height.
  • the control unit 107 and the control unit 121 obtain the ECR height using the image data of the plasma 111 and the emission intensity distribution of the plasma 111 in the height direction of the processing chamber 101.
  • the filter wavelength and the threshold value are set so that the light emission 204 of the ring-shaped or disk-shaped ECR can be detected.
  • the position / height of the edge 301 may be detected in the image, and the ECR height may be calculated (step S4).
  • the ECR height can be roughly determined by regarding the curve 403 representing the position where the emission intensity is highest in the vertical direction as the ECR height as shown in FIG. 4B.
  • the region where the applied microwave power is absorbed on the plasma side is not mainly composed of the ECR surface.
  • intense planar plasma light emission on the ECR surface 112 may spread in the vertical direction, so that the light emission intensity peak may expand or become two.
  • the ECR height, which is the emission intensity peak cannot be obtained correctly.
  • an upper luminescence measuring device (first spectroscope) 202 composed of two spectroscopes capable of measuring the luminescence through the optical fiber from above and below the ECR. It is desirable to correct the ECR height value from the lower light emission amount measuring device (second spectroscope) 203 and the lower light emission amount measuring device 203.
  • the wafer 114 is transferred into the processing chamber 101 and placed on the dielectric film 115 of the sample table 113. Then, the placed wafer 114 is electrostatically attracted and held at a predetermined position on the sample table 113 by an electrostatic force generated by a DC voltage applied by a DC power supply. Thereafter, a gas for plasma etching processing is supplied from a gas supply mechanism 108 to the processing chamber 101 in a vacuum state in which the pressure is reduced through a mass flow controller (not shown).
  • the gas passes through a gap between the quartz top plate 103 and the shower plate 102 and is introduced into the processing chamber 101 from a plurality of holes of the shower plate 102.
  • the inside of the processing chamber 101 is controlled to a predetermined pressure while controlling the evacuation device 109 for vacuum.
  • an electromagnetic wave is oscillated from the high-frequency power supply 106 for plasma generation, and an interaction between the electromagnetic wave transmitted into the processing chamber 101 and a magnetic field formed by a plurality of (three in this embodiment) magnetic field forming coils 110 is performed.
  • plasma 111 is generated in the processing chamber 101.
  • the high-frequency power supply 106 can change the oscillation frequency in response to the control signal of the oscillation frequency from the control unit 107.
  • the ECR height can be changed based on (Equation 1).
  • a high-frequency voltage is applied from the RF bias power supply 117 to the sample stage 113 in the processing chamber 101 under the control of the control unit 107 simultaneously with the ignition of the plasma.
  • the high frequency voltage from the RF bias power supply 117 causes an action of drawing ions from the plasma 111 to the wafer 114.
  • a plasma etching process is performed on the wafer 114.
  • gas and reaction products generated by the etching are exhausted through an exhaust device 109 provided at a lower portion of the processing chamber 101.
  • the discharge continues from the previous step, which is the step before switching, to the subsequent step, which is the step after switching.
  • a description will be given of a light emission amount, a VPP, and an etching section rate when a recipe is switched in a processing step (hereinafter, simply referred to as a step).
  • a step a processing step
  • the ECR height is changed only by the coil current
  • the ECR height is changed at a high speed by simultaneously changing the coil current and the high-frequency oscillation frequency
  • the respective light emission amounts, VPP, and etching are changed.
  • the section rate will be described with reference to FIG.
  • the oscillation frequency of the microwave power supply is 2.45 GHz of the center frequency
  • the power amount is Xi watts
  • the RF bias is Ri watts.
  • the currents of the upper coil (A coil in FIG. 5) 110a, the middle coil (B coil in FIG. 5) 110b, and the lower coil (C coil in FIG. 5) 110c are already set by Ai, Bi, and Ci (Amber), respectively. This is a state where the voltage is applied according to the value.
  • the monitor VPP at that time measures Zi (V) and the amount of light emission at a certain wavelength of plasma emission, and the ECR height is the plasma stable above Xi (mm) above the wafer 114 and the etching process is performed. It has been done.
  • the power amount (watt) of the microwave is Xi + 1, the RF bias (watt) is Yi + 1, and the current of each of the A coil, the B coil, and the C coil is set. (Amperes) are switched to Ai + 1, Bi + 1, and Ci + 1, respectively.
  • the power amount (watt) of the microwave is Xi + 1 and the RF bias (watt) is Yi + 1, and the change of the power amount is completed within several to several tens of milliseconds immediately after the change.
  • the coil current is affected by the occurrence of a high self-induced voltage proportional to the rate of change of the current value, so that the coil current amount (ampere) does not immediately change from Ai to Ai + 1.
  • the change of the coil current value is completed with a delay due to the influence of the rated power of the coil current indicated by the curve 601 in FIGS. 6A and 6B and the response time constant determined from self-induction or mutual induction voltage.
  • the change of the coil current is completed about 1 to 3 seconds later to change the current value of about 10 (amperes).
  • the behavior of the VPP monitor of the RF bias during this step is, as shown in the VPP curve 602, first several milliseconds to several tens of milliseconds by changing the set RF bias. During this time, the change of the power of the RF bias is completed, but due to the delay of the change of the ECR height and the delay of the change of the plasma 111, the VPP fluctuates about 1 to 3 seconds and finally reaches the set VPP. I do.
  • the emission intensity fluctuates immediately due to the change in the microwave power setting, and then is affected by the fluctuation of the ECR height. I do.
  • the image from the camera 119 of the light emission amount measuring device 130 (ECR height measuring device) shown in FIG. 2 needs to change the shutter speed and the aperture according to the whole plasma light emitting amount immediately after the step switching, but the ECR surface It can be seen that there is no significant change in the image capturing 112, and that the fluctuation of the ECR height slowly rises or falls on the disk of the ECR surface 112 or the ring-like strong light emission amount region with a delay.
  • the light emission amount measuring device 202 and the lower light emission amount measuring device 203 greatly changes due to the change in the microwave power immediately after the step switching, but when the change in the microwave power is completed, the upper and lower light emission amount measuring devices 202 and 203 become lower.
  • the ratio or difference of the light emission intensity does not change much, and the height of the ECR surface is basically high. In other words, the higher the luminous body is, the higher the luminous intensity ratio of the upper side to the lower side is, so that the ECR height can be measured.
  • the etching rate remains at the ECR height which is the condition of the coil current in the previous step, as shown by the section etching rate K1 in FIG.
  • the etching is performed for about 1 second while only the microwave power and the RF bias power supply are changed. Therefore, in the state of the transition step, the etching rate is a convex curve 604 (an etching rate curve 604 corresponding to the transition section etching rate K2 in FIG. 6A).
  • the degree of the influence of the mutual induction voltage changes due to the difference between the coil currents before and after the step, so that the response speed, which is delayed for each combination of the three coil currents, also changes. Will do.
  • the change of the ECR height is further delayed, and a problem occurs in reproducibility.
  • FIG. 6B shows a method of simultaneously changing and controlling the coil current and the oscillation frequency of the microwave when the step is switched while the discharge is continued from the previous step to the subsequent step.
  • the values of the currents of the plurality of coils A to C are stored in a database corresponding to an ECR height correspondence table. It is desirable to build in advance. As a result, Xi and Xi + 1 are preliminarily derived for the ECR heights of the preceding step and the succeeding step as shown in FIG. It becomes clear to what extent the oscillation frequency of the microwave is corrected and changed with respect to the response delay of the coil current, and there is an advantage that the oscillation frequency of the microwave can be easily controlled.
  • the current flowing through the coil is set to the controlled current value before switching the processing steps.
  • control after reaching the ECR height set in the subsequent step, as shown by the curve 603 of the microwave power supply in FIG. Until completion, control is continued so that the microwave oscillation frequency maintains the ECR height, and finally control is performed to return to the oscillation frequency before step switching (or the center frequency of 2.45 GHz). Also in the present embodiment, it is desirable to use 2.45 GHz from the viewpoint of stable device operation except for the transient state of the step switching.
  • the VPP monitor value and the ECR height monitor value also reach a predetermined value within 0.1 second after switching to the subsequent step, and stabilize. Since there is no transient etching rate, a good etching rate distribution (FIG. 6B The curve 605) of the etching rate corresponding to the section etching rate K3 in ()) could be realized.
  • the ECR height can be controlled within a few milliseconds in the same manner as the change time of the microwave power.
  • the control amount of the ECR height can be controlled in a range of approximately 50 mm to 150 mm with reference to the upper surface of the wafer 114 mounted on the mounting electrode.
  • the center frequency of the microwave power supply is 2.45 GHz
  • the control range of the ECR height can be controlled only up to about 10 mm under the conventional magnetic field conditions.
  • a method of increasing the range of the oscillation frequency of the high-frequency power from 2 GHz to 3 GHz is also conceivable, but the frequency assumed in the waveguide 105 or the cavity resonance section 104 is around 2.45 GHz, and the frequency is increased from 2.45 GHz. If the power is greatly changed, the power transmitted to the plasma 111 and the oscillation power of the microwave itself change, so that the range of the oscillation frequency needs to be limited.
  • a method of controlling the ECR height in this case will be described in a second embodiment described later.
  • a method of measuring the ECR height is a method of calculating the ECR height from a database obtained by performing sufficient magnetic field measurement, or from a coil current of apparatus processing data after etching processing, or There is a method of analyzing from the intensity of plasma emission or from data of VPP of RF bias.
  • each method is an indirect method, and is not a method of directly measuring the ECR height in real time during the etching process. That is, in order to control the ECR height at high speed, a mechanism capable of measuring the ECR height in real time is required.
  • the ECR height can be controlled at a higher speed than in the method of controlling the ECR height only by the coil current. Further, the performance and reproducibility of the plasma processing can be improved in an etching process or the like in which the step time is short in the discharge continuation step. In particular, when switching processing steps under low dissociation plasma conditions with low microwave power, the process performance of uniformity and shape controllability can be improved, and reproducibility can be improved. Further, machine differences can be reduced. (Embodiment 2)
  • the ECR height As a method of increasing the fluctuation amount of the ECR height in the limited range where the microwave oscillation frequency is 2.4 to 2.5 GHz, the ECR height is the same as shown in FIGS. Further, it is necessary to keep the magnetic field gradient gentle. In general, the higher the position, the higher the magnetic flux density, and the lower the position, the lower the magnetic flux density. However, it is necessary to make the degree gentle. Note that FIG. 9A shows a case where the height controllability is small in the ECR height control, whereas FIG. 9B shows a case where the height controllability is large in the ECR height control. Is shown.
  • the ECR height region satisfying the above (Equation 2) is set to be wide. This requires that the magnetic field profile, that is, each current of the coil A, the coil B, and the coil C be changed in advance just before switching to the previous step.
  • the current (ampere) of coil 1 (upper coil 110a), coil 2 (middle coil 110b), and coil 3 (lower coil 110c) is 27 A / 26 A / 4 A and the oscillation frequency of the microwave is 2.
  • the ECR height is 150 mm
  • the oscillation frequency is 2.5 GHz
  • the ECR height is 156 mm.
  • the ECR height is 150 mm when the microwave oscillation frequency is 2.45 GHz. It is 185 mm at 2.5 GHz.
  • ECR height monitor discharge etching is performed with the gas type, pressure condition, coil current and microwave power also fixed, and the monitor value of the ECR height and the oscillation frequency of the microwave at that time are recorded.
  • the microwave oscillation frequency is adjusted so as to be the same as the reference ECR height, and the microwave oscillation frequency is recorded.
  • the same ECR height is obtained in all the apparatuses under the above etching conditions.
  • a database of the relationship between the microwave oscillation frequency, the coil current, and the ECR height can be constructed by expanding and applying the range of the microwave oscillation frequency. This is a database corresponding to the coil current, the oscillation frequency, and the ECR height in FIG. 7 of the first embodiment described above, thereby making it easier to control the microwave oscillation frequency.
  • a reference gas type and pressure are determined, and a discharge etching process is performed under the conditions of microwave power (low power region, for example, preferably 200 watts), coil current, and RF bias power.
  • the plasma emission is theoretically the same, and the emission amount detected from the upper emission amount measuring device 202 and the lower emission amount measuring device 203 is also the same.
  • the same ECR height does not mean that the plasma emission amount is the same.
  • the present invention is suitable for a plasma processing apparatus using microwave ECR, but is not limited thereto, and is also applicable to an ECR type film forming apparatus or asher.

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Abstract

プラズマ１１１を用いてウエハ１１４が処理される処理室１０１と、プラズマ１１１を生成するための高周波電力を供給する高周波電源１０６と、ＥＣＲを形成するための磁場形成をさせ、かつその磁束密度を制御する機構と、ウエハ１１４が載置される試料台１１３と、を備えるプラズマ処理装置である。上記プラズマ処理装置は、上記高周波電力と上記磁場の相互作用により生じる電子サイクロトロン共鳴であるＥＣＲの高さをプラズマ１１１の画像データを基にモニタし、上記モニタされたＥＣＲの高さが所定の高さとなるように上記高周波電力の周波数を制御する制御部１０７をさらに備える。

Description

プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法、ＥＣＲ高さモニタ
　本発明は、処理室内に形成したプラズマを用いて半導体ウエハ（以下、単にウエハとも記す）などの試料を処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に係り、特に処理室内に磁界を供給しプラズマに作用させて試料を処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法、ＥＣＲ高さモニタに関する。
　半導体デバイスの集積度の向上に伴い、加工形状の制御性とウエハ面内の均一性の向上との両立が要求されている。ウエハ面内の均一性の向上についてはプラズマ分布を均一化することでエッチングレートの均一化を図っている。
　マイクロ波の電界とソレノイドコイルで形成した磁界が相互作用を生起し、処理用ガスの原子、分子が励起されて処理室内にプラズマを形成し、そのプラズマを利用する電子マイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）方式のプラズマエッチング装置が知られている。上述のようなプラズマエッチング装置において、特許文献１には、プラズマ処理室の外周に設けた複数のソレノイドコイルにより磁場強度を変化させ、試料の処理時と試料のオーバーエッチング時とで、試料の被処理表面に対する平面状の共鳴領域の平行間隔距離を変えることにより、発生させるプラズマの位置を変化させる方法が開示されている。
　また、特許文献２には、ＥＣＲ条件を満足したマイクロ波の周波数を２．６６ＧＨｚ～２．２４ＧＨｚの帯域で変調し、マイクロ波のエネルギーがプラズマ発生室全体に効率良く吸収され、高密度で、かつ均一なプラズマを発生させる方法が開示されている。
　また、加工形状の制御性の向上について、特許文献３には、例えばエッチングガスと保護膜を形成するデポジションガスとをプラズマを生成した状態のまま交互に繰り返し処理室に導入し、プラズマエッチング処理を行うという方法が開示されている。さらに、短時間にソースパワー電力、磁場、処理温度等のエッチングパラメータをステップで次々に変えていくという方法などが挙げられる。
　近年、エッチング処理のステップ数は数十から百数まで多ステップ化し、各ステップ時間は数秒程度と従来のエッチングステップに対して短くなってきている。さらにスループットやエッチング処理時間の短縮の観点から各ステップ間の切り替えはプラズマ放電を継続したまま行われることが多くなっている。
特開平７－１３０７１４号公報 特開平６－７３５６８号公報 特開平７－１３０７１４号公報
　上記のようにプラズマ放電を継続したままステップを切り替える（以下、放電継続ステップと記す）場合に、磁場を形成するコイル電流だけを変える技術では次の点で問題が生じている。
　上述の放電継続ステップで前ステップから後ステップへと移行する際、コイル電流の設定値が切り替わる時、実際はコイル電流の過渡応答時間によりコイル電流は遅れて切り替わる。これに伴い処理室内に形成される磁場もコイル電流と共に遅れて切り替わるため、後ステップで設定されたＥＣＲ高さへの変更がステップ切り替えから１秒～３秒程度遅れることになる。
　その場合、後ステップの時間が十分長ければ問題は生じないが、例えば５秒程度の放電継続ステップでは約半分の時間は過渡期でプラズマ変動しながらエッチング処理が進むことになり、加工の均一性が十分得られなかったり、性能が再現しなかったりという問題が生じる。
　さらに同じコイル電流の条件で形成される磁場プロファイルの差や、各装置のマイクロ電源の発振周波数に個体差がありこれらが機差要因の１つとなっている。
　本発明の目的は、プラズマ処理の性能および再現性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
　本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
　本発明のプラズマ処理装置は、プラズマを用いて試料が処理される処理室と、上記プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、上記試料が載置される試料台と、上記処理室内に磁場を形成する磁場形成機構と、を備えるプラズマ処理装置である。また、上記高周波電力と前記磁場の相互作用により生じる電子サイクロトロン共鳴であるＥＣＲの高さを上記プラズマの画像データを基にモニタし、上記モニタされたＥＣＲの高さが所定の高さとなるように上記高周波電力の周波数を制御する制御部をさらに備える。
　また、本発明のプラズマ処理方法は、プラズマを生成するための高周波電力と磁場の相互作用により生じる電子サイクロトロン共鳴であるＥＣＲの高さを上記プラズマの画像データを基にモニタする工程と、上記モニタされた上記ＥＣＲの高さが所定の高さとなるように上記高周波電力の周波数を制御する工程と、を有する。
　また、本発明のＥＣＲ高さモニタは、プラズマを生成するための高周波電力と磁場の相互作用により生じる電子サイクロトロン共鳴であるＥＣＲの高さをモニタするものである。そして、ＥＣＲ高さモニタは、上記プラズマの画像データと、上記プラズマが生成される処理室の高さ方向における上記プラズマの発光強度分布とを用いて上記ＥＣＲの高さをモニタする。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
　本発明によれば、コイル電流だけでＥＣＲ高さを制御する方法に比べて高速にＥＣＲ高さを制御することができる。また、放電継続ステップでステップ時間が短いエッチングプロセスなどにおいてプラズマ処理の性能と再現性を向上させることができる。特に低マイクロ波パワーである低解離プラズマ条件での処理ステップの切り替えを行う際に、均一性、形状制御性のプロセス性能を向上させることができ、さらに再現性も向上させることができる。また、機差を低減できるという効果がある。
本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のＥＣＲ高さ測定器の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のＥＣＲ高さ測定器のカメラの撮像状態とその画像を示す図であり、（ａ）は撮像状態、（ｂ）、（ｃ）はカメラ画像である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のＥＣＲ高さ測定器の他の測定方法を示す図であり、（ａ）はプラズマ処理装置の一部を示す模式図、（ｂ）は他の測定状態を示す図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置において、エッチングレシピを示す図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置において、コイル電流と発振周波数とを変化させた時の装置ＶＰＰ時刻データとウエハのレート分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置において、コイル電流と発振周波数とＥＣＲ高さのデータベースを説明する図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のＥＣＲ高さの算出手順を示す図であり、（ａ）はカメラ画像、（ｂ）は算出フロー、（ｃ）はＥＣＲ高さと発光比の関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置において、マイクロ波の発振周波数を一定量変化させた時のＥＣＲの高さ制御範囲を示す図であり、（ａ）は高さ制御性が小の場合、（ｂ）は高さ制御性が大の場合の図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置において、発振周波数制御によるＥＣＲ高さ調整を示す図である。
　（実施の形態１）
　本発明の実施の形態１を以下、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示す。また、図１に示すプラズマ処理装置は、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）によりプラズマを生成し、この生成されたプラズマによりプラズマエッチング処理を行うプラズマエッチング装置（以下、プラズマ処理装置とも記す）である。
　本実施の形態のプラズマ処理装置は、プラズマ１１１を用いてウエハ（試料）１１４へのプラズマ処理が行われる処理室（プラズマ処理室）１０１と、プラズマ１１１を生成する高周波電力を供給する高周波電源１０６と、処理室１０１に配置され、かつウエハ１１４が載置される試料台１１３と、電子サイクロトロン共鳴であるＥＣＲを形成する磁場形成部（磁場形成機構）と、を備えている。
　さらに、処理室１０１には真空排気を行う排気装置１０９が接続されている。また、処理室１０１の上部には、シャワープレート１０２および石英天板１０３が配置されている。シャワープレート１０２は、複数の孔を有している。ガス供給機構１０８から供給されるプラズマエッチング処理用のガスをシャワープレート１０２の複数の孔を通じて処理室１０１内に導入する。
　また、シャワープレート１０２の上方には、石英天板１０３が配置され、シャワープレート１０２と石英天板１０３との間にはガス供給用の間隙が設けられている。石英天板１０３は、上方からの電磁波を透過させ、処理室１０１の上方部分が気密状態となるように封止する。シャワープレート１０２および石英天板１０３は、材質として誘電体を用いているが、処理室１０１内のプラズマ発光を視認しやすくするように石英を用いるのが好ましい。
　石英天板１０３の上部には、空洞共振部１０４が形成されている。空洞共振部１０４の上部は開口しており、垂直方向に延在する垂直導波管と電磁波の方向を９０度曲げるコーナーを兼ねた導波管変換器とからなる導波管１０５が接続されている。導波管１０５は、電磁波を伝播する発振導波管であり、導波管１０５の端部には、プラズマ生成用の高周波電源１０６が接続されている。
　高周波電源１０６は、プラズマ生成用電磁波を発生するための電源であり、制御部１０７からの制御に基づいて電磁波を発生させる。高周波電源１０６から供給される高周波電力の発振周波数は中心周波数が２．４５ＧＨｚで２．４～２．５ＧＨｚの範囲でマイクロ波の発振が可能なマイクロ波電源を用いている。
　本実施の形態のマイクロ波電源は、狭帯域で、制御部１０７内の周波数の制御信号に従い高周波電力を発振しながら発振周波数を変化することが可能である。つまり、制御部１０７を含む機構によって高周波電源１０６から供給される高周波電力の周波数を変更することができる。
　高周波電源１０６は、例えば高周波電源１０６の最大パワー１６００ワットに対して２パーセントの数十ワット出力の低パワー領域でもパワー制御性が高く、パルスや出力の応答性が高いという特徴を持つソリッドステート電源を用いることが望ましい。本実施の形態でも高周波電源１０６はマグネトロン電源ではなく、ソリッドステートマイクロ波（ソリッドマイクロ波とも言う）電源が用いられている。
　高周波電源１０６から発生されたマイクロ波は、導波管１０５を伝播し、空洞共振部１０４、石英天板１０３、シャワープレート１０２を経由して処理室１０１内に伝播する。処理室１０１の外周には、磁場形成コイル（磁場形成部、磁場形成機構）１１０が配置されている。磁場形成コイル１１０は、上部コイル１１０ａ、中部コイル１１０ｂおよび下部コイル１１０ｃなどの複数のコイルからなっており、処理室１０１に磁場を形成する。プラズマ生成用の高周波電源１０６から発振された電力は、磁場形成コイル１１０により形成された磁場とＥＣＲとの相互作用により、処理室１０１内に高密度のプラズマ１１１を生成する。
　プラズマ１１１中においてマイクロ波の発振周波数に対して電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の条件を満たす磁束密度となる面（以下、ＥＣＲ面１１２と記す）を形成する。プラズマ生成は主にＥＣＲ面１１２で行われるため，ＥＣＲ面１１２の高さ位置はプラズマ分布制御において重要である。
　本実施の形態のプラズマ処理装置は、高周波電源１０６から供給される高周波電力と磁場の相互作用とにより生じる電子サイクロトロン共鳴であるＥＣＲの高さをプラズマ１１１の画像データを基にモニタし、上記モニタされたＥＣＲの高さが所定の高さとなるように上記高周波電力の周波数を制御する制御部１０７および制御部１２１を備えている。
　なお、上記磁場形成機構は、磁場を形成する上記各コイルを具備しており、制御部１０７および制御部１２１は、各コイルに流れる電流の応答遅れによる所定値に対する上記ＥＣＲの高さの変動を補正するように上記高周波電力の周波数を制御する。
　また、処理室１０１の下方には、石英天板１０３に対向して試料台１１３が配置されている。試料台１１３は被処理基板であるウエハ１１４を載置して保持する載置面１１３ａを備えている。また、導波管１０５から空洞共振部１０４への出口、処理室１０１、試料台１１３およびウエハ１１４のそれぞれの位置の中心軸は一致している。
　試料台１１３は材質としてはアルミやチタンからなる。試料台１１３の一部である上面（載置面１１３ａ）には誘電体膜１１５が形成されている。試料台１１３の誘電体膜１１５の上面にはアルミナセラミックスなどによる溶射膜が配置されている。
　また、誘電体膜１１５の内部にはウエハ１１４を静電吸着するための導電体膜（静電吸着膜）１１６があり、直流電圧（図示しない）を印加することによりウエハ１１４を静電吸着する。さらに試料台１１３にはＲＦバイアス電源１１７から高周波ＲＦバイアスが印加される。
　また、ＲＦバイアス電源１１７は、マッチング回路１１８により整合がとられている。ＲＦバイアス電源１１７から試料台１１３へ印加された高周波ＲＦバイアス電圧のＶＰＰ（Ｖピークトウピーク）をモニタするため、ＲＦバイアス給電ライン上にＶＰＰモニタ（電圧モニタ）１２０が設置されている。
　さらに、本実施の形態のプラズマ処理装置には、プラズマ１１１のＥＣＲ面１１２の円板上またはリング状の強い発光の高さ（以下、ＥＣＲ高さと呼ぶ）の位置をモニタするため、下記に定めるＥＣＲ高さモニタが設けられている。つまり、上記ＥＣＲ高さモニタは、プラズマ１１１の画像データと、プラズマ１１１が生成される処理室１０１の高さ方向におけるプラズマ１１１の発光強度分布とを用いて上記ＥＣＲの高さをモニタするものである。
　ＥＣＲ高さモニタの一例として、図１、図２に示すように、処理室１０１内の試料台１１３の上方に生成されるプラズマ１１１の発光を上方斜め方向から眺めることができる位置に、ＥＣＲ高さ測定用のカメラ１１９が取り付けられている。つまり、カメラ１１９は、試料台１１３の上方に生成されるプラズマ１１１の発光を、載置面１１３ａに対して水平方向または上記水平方向と鋭角を成す斜め方向から撮像することが可能である。カメラ１１９には光ファイバーが取り付けられ、その光ファイバーの先端部を介して、透明な部材である石英天板１０３および石英製のシャワープレート１０２を経て処理室１０１内の図２に示す発光２０４の様子を視認することができる。プラズマ処理中にはＥＣＲ面１１２が形成される領域と、そのエッジ位置と、図２に示すチャンバ１０１ａ内の側壁１０１ｂとが、視野（画像（画像データ）２００）でカメラ１１９によって撮影できるものとなっている。
　さらにカメラ１１９は、光量絞り、高速シャッター、および波長任意領域をフィルタリングすることが可能な機能を有している。これにより、図２および図３（ａ）に示すようにプラズマ１１１中のチャンバ１０１ａ内の全体的な発光の中からＥＣＲでマイクロ波吸収による円板またはリング状の強い発光２０４やプラズマ生成領域を区別することができる。図３（ｂ）、（ｃ）に示すカメラ画像の例のように、絞りと波長フィルタを調整することによりＥＣＲ発光のエッジ３０１も検出可能となっている。すなわち、図３（ｂ）のカメラ画像ではＥＣＲ発光のエッジ３０１の検出が困難であるのに対して、図３（ｃ）に示すシャッタースピードを調整した後のカメラ画像によれば、ＥＣＲ発光のエッジ３０１を検出することができる。
　また、図２に示すように、処理室１０１内の側壁１０１ｂには図３のＥＣＲ面１１２の強い発光２０４の位置を検出できるよう目盛り２０１が取り付けられていてもよい。この目盛り２０１は、画像２００からＥＣＲの強い発光２０４のエッジ（図３参照）３０１の位置をより正確に測定し、ＥＣＲ高さおよび位置が分かるようにするのが目的であるが、カメラ１１９の固定や画像処理能力で特に必要なければ省くこともできる。
　なお、ＥＣＲ面１１２の発光２０４のエッジ３０１の位置の径方向ついては、マイクロ波パワーや磁場プロファイルまたは処理圧力によって半径が僅かに変わる。高さについてもリング状の強い発光領域は厚みを有しているため、プラズマ発光のカメラ画像だけからＥＣＲ高さを正確に割り出すことは困難であるが、カメラ１１９によるＥＣＲ高さ検出の主目的はそのＥＣＲ高さの変動と変化量の測定であるため、支障を来すことは無い。
　また、より正確なＥＣＲ高さ検出のため複数のカメラ１１９を配置して複数のカメラ１１９からＥＣＲ高さの位置を算出することも可能であるが、制御計算が困難である。本実施の形態では、カメラ１１９によるＥＣＲ高さの位置を補正するものとして、図２に示すようにチャンバ１０１ａ内の発光量を測定する発光量測定器１３０が設置されている。
　具体的には、本実施の形態のプラズマ処理装置は、ＥＣＲ高さをモニタするモニタ機構を備えており、前記モニタ機構は、水平方向または斜め方向からプラズマ１１１を撮像するカメラ１１９と、ＥＣＲ面１１２の上方からプラズマ１１１の発光強度を取得する第１の分光器と、ＥＣＲ面１１２の下方からプラズマ１１１の発光強度を取得する第２の分光器とを具備している。
　上述の発光量測定器１３０は、ＥＣＲ面１１２の上方および下方から光ファイバーを経てプラズマ１１１の発光量を測定できる２つの分光器からなり、ＥＣＲ高さを測定する測定機構である上方発光量測定器（第１の分光器）２０２と下方発光量測定器（第２の分光器）２０３とが設置されている。発光量のサンプリング時間は、およそ１０から１００ミリ秒であり、波長は約２００～８００ナノメートルまで取得可能である。測定方向は特に定めないが上方と下方ともにウエハ１１４の面内において同じ半径の位置の発光２０４を測定できるようにしておくことが望ましい。発光量測定器１３０を用いたＥＣＲ高さの値を得る方法としては、まず、カメラ１１９によって撮影された図２に示す画像２００や図８（ａ）に示す画像データである画像８０１を処理し、画像８０２、画像８０３から概略（具体的には３ｍｍオーダー）でＥＣＲ高さを導き出す。その際、上方および下方から光ファイバーを経て発光量を測定できる２つの分光器からなる上方発光量測定器２０２と下方発光量測定器２０３とを用いて、それぞれ上方側発光量測定と下方側発光量測定とを行い、得られた測定値から画像による検出、もしくは上下発光比（差）を求めてＥＣＲ高さを導き出す。つまり、本実施の形態のプラズマ処理装置は、上記測定機構による上記ＥＣＲの高さの測定値が所定値となるように、制御部１０７によって高周波電源１０６から供給される高周波電力の周波数を制御する。さらに、上記ＥＣＲの高さとして、処理室１０１内のプラズマ１１１の発光画像と、処理室１０１内の高さ方向の発光強度分布と、によってＥＣＲ面１１２の高さを算出する。
　具体的には、図８（ｂ）に示すように、まず、ステップＳ１のプラズマ生成を実施する。さらに、ステップＳ２－１に示す上方／下方の発光量測定器のそれぞれの情報取得を実施する。ここでは、プラズマ１１１を生成するための高周波電力と磁場の相互作用とにより生じる電子サイクロトロン共鳴であるＥＣＲの高さをプラズマ１１１の画像データを基にモニタする。まず、図２に示す上方発光量測定器２０２と下方発光量測定器２０３とによって上方と下方の発光量を測定する。次に、ステップＳ３－１に示す上方と下方の発光比を求めてＥＣＲ高さを算出する。この時、発光比から求めたＥＣＲ高さを補正して、最終的にＥＣＲ高さを算出する（ステップＳ４）。つまり、図８（ｃ）に示す発光量の比の関係式曲線８０４から１ｍｍ精度のＥＣＲ高さを導き出すことができる。なお、図２に示す発光量測定器１３０においては、上方発光量測定器２０２と下方発光量測定器２０３によって測定された測定値による上下発光比（差）からＥＣＲ高さを求める。さらにこのＥＣＲ高さの測定値に応じて、制御部１０７に対してフィードバックをかけ、制御部１０７によって発振周波数を調整する。同様に、ＥＣＲ高さの測定値に応じて、図２に示す制御部１２１に対してフィードバックをかけ、制御部１２１によってコイル電流を調整する。例えば、磁場における上記コイル電流と上記ＥＣＲの高さとの相関関係を予め作成しておいて、ＥＣＲ高さの測定を実施する。その際の上記ＥＣＲの高さの測定値が予め作成しておいた上記相関関係のＥＣＲの高さと異なる場合に、上記コイル電流を変化させ、かつ高周波電源１０６から供給される高周波電力の周波数を微調整して、測定による上記ＥＣＲの高さを上記相関関係における上記ＥＣＲの高さに合わせる。つまり、上記モニタされたＥＣＲの高さが所定の高さとなるように上記高周波電力の周波数を制御する。
　なお、制御部１０７および制御部１２１は、プラズマ１１１の画像データと、処理室１０１の高さ方向におけるプラズマ１１１の発光強度分布とを用いて上記ＥＣＲの高さを求める。
　また、図８（ｂ）のステップＳ２－２に示すように、リング状または円板状のＥＣＲの発光２０４を検出できるようにフィルタ波長、しきい値を設定し、さらにステップＳ３－２に示すように、画像でエッジ３０１の位置／高さを検出し、ＥＣＲ高さを算出してもよい（ステップＳ４）。
　また、ＥＣＲ高さをモニタする上記以外の他の方法としては、図４（ａ）に示すように、円筒型の処理室１０１の内部の一部にプラズマ１１１の発光のみが透過可能な垂直方向に長いスリット４０１を設け、垂直方向の発光強度の分布を計測できる受光素子４０２を付設した機構を用いる。上記機構を用いることで、図４（ｂ）に示すように、垂直方向で最も発光強度の高い箇所を表す曲線４０３をＥＣＲ高さとみなすことにより、ＥＣＲ高さを大凡決めることができる。
　しかしながら、高いマイクロ波パワーのハイモード領域において、印加したマイクロ波パワーをプラズマ側で吸収する領域がＥＣＲ面主体ではなくなる。この結果、ＥＣＲ面１１２での面状の強いプラズマ発光が垂直方向に拡がることがあるため、発光強度ピークが拡がったり、２つになったりして。正しく発光強度ピークであるＥＣＲ高さが得られない可能性がある。
　この方法だけではＥＣＲ高さを決定することは難しいため、上述したＥＣＲの上方および下方から光ファイバーを経て発光量を測定できる２つの分光器からなる上方発光量測定器（第１の分光器）２０２と下方発光量測定器（第２の分光器）２０３とからＥＣＲ高さ値を補正するようにすることが望ましい。
　次に、本実施の形態のプラズマ処理装置におけるプラズマ処理について説明する。
　図１に示すように、ウエハ１１４は、処理室１０１内に搬送され、試料台１１３の誘電体膜１１５上に載置される。そして、載置されたウエハ１１４は、直流電源によって印加された直流電圧により発生する静電気力によって試料台１１３上の所定位置に静電吸着されて保持される。その後、内部が減圧された真空状態の処理室１０１には、ガス供給機構１０８からプラズマエッチング処理用のガスが図示しないマスフローコントロ－ラを介して供給される。
　そして、当該ガスは、石英天板１０３とシャワープレート１０２との間隙を通過してシャワープレート１０２の複数の孔から処理室１０１内に導入される。真空用の排気装置１０９を制御しながら、処理室１０１内を所定の圧力に制御する。その後、プラズマ生成用の高周波電源１０６から電磁波を発振させ、処理室１０１内に伝送された電磁波と、複数（本実施の形態では３系統）の磁場形成コイル１１０により形成された磁場との相互作用により、処理室１０１内にプラズマ１１１を生成させる。
　高周波電源１０６には、制御部１０７からの発振周波数の制御信号を受けてその発振周波数を変更することができる。発振周波数を変化させた場合（式１）に基づいてＥＣＲ高さを変化させることが可能である。
  ｆｃ＝ｑ×Ｂ／２πｍ（ｆｃ：共鳴周波数，Ｂ；磁束密度，ｑ：電荷，ｍ：質量）・・・（式１）
　本実施の形態は、プラズマ着火と同時に制御部１０７の制御により、処理室１０１内の試料台１１３にＲＦバイアス電源１１７から高周波電圧を印加する。このＲＦバイアス電源１１７からの高周波電圧により、プラズマ１１１からウエハ１１４にイオンを引き込む作用が生じる。これらによりウエハ１１４に対してプラズマエッチング処理が行われる。その際、ガスやエッチングにより発生した反応生成物は、処理室１０１の下部に設けられた排気装置１０９を通じて排気される。
　次に、図５に示すエッチング処理用のレシピ（処理条件）であるエッチングレシピに沿って、切り替え前のステップである前ステップから切り替え後のステップである後ステップに跨がって放電継続する状況において、処理ステップ（以下、単にステップと記す）でレシピを切り替える際の発光量、ＶＰＰ、エッチングの区間レートについて説明する。ここでは、コイル電流のみでＥＣＲ高さを変えた場合と、コイル電流と高周波の発振周波数とを同時に変更して高速にＥＣＲ高さを変えた場合とで、それぞれの発光量、ＶＰＰ、エッチングの区間レートについて図６（ａ）を用いて説明する。
　図５に示すエッチングレシピ（処理条件）に従い、例えば切り替えの前ステップにおいてマイクロ波電源の発振周波数は中心周波数の２．４５ＧＨｚで電力量は、Ｘｉワット発振されて、ＲＦバイアスのＲｉワットとする。そして、上部コイル（図５のＡコイル）１１０ａ、中部コイル（図５のＢコイル）１１０ｂ、下部コイル（図５のＣコイル）１１０ｃの電流は、それぞれＡｉ、Ｂｉ、Ｃｉ（アンベア）で既に設定値どおりに印加されている状態である。この状態で、その時のモニタＶＰＰは、Ｚｉ（Ｖ）、プラズマ発光のある波長の発光量が計測されていて、ＥＣＲの高さはウエハ１１４の上方Ｘｉ（ミリメートル）で安定したプラズマでエッチング処理が行われているものとする。
　次に、ステップ切り替えの後ステップのエッチングレシピ（処理条件）の設定に従い、マイクロ波の電力量（ワット）はＸｉ＋１、ＲＦバイアス（ワット）はＹｉ＋１、Ａコイル、Ｂコイル、Ｃコイルのそれぞれの電流（アンペア）は、それぞれＡｉ＋１、Ｂｉ＋１、Ｃｉ＋１に切り替わる。マイクロ波の電力量（ワット）はＸｉ＋１、ＲＦバイアス（ワット）はＹｉ＋１となり、変更後ただちに数ミリ秒から数十ミリ秒で電力量の変更が完了する。
　一方、コイル電流は電流値の変化速度に比例した高い自己誘導電圧が発生し影響するため、ただちにコイル電流量（アンペア）がＡｉからＡｉ＋１にならない。図６（ａ）、（ｂ）の曲線６０１のコイル電流が有する定格電力や自己誘導や相互誘導電圧から決められる応答時定数の影響で、遅れを伴ってコイル電流値の変更が完了する。おおよそ１０（アンペア）の電流値を変更するのには約１から３秒程度遅れてコイル電流の変更が完了している。
　これはコイル電流が形成する磁場も変更するのに同じ時間がかかり、結果的に図５に示すＥＣＲ高さＸｉ（ミリメートル）からをステップ切り替え後に設定したＥＣＲ高さＸｉ＋１（ミリメートル）にするのに約１から３秒程度時間がかかることを意味している。
　また、このステップ間のＲＦバイアスのＶＰＰモニタの挙動についても、図６（ａ）のＶＰＰの曲線６０２に示すように、ステップ切り替え時、まず設定ＲＦバイアスの変更により数ミリ秒から数十ミリ秒の間にＲＦバイアスの電力の変更は完了するが、ＥＣＲ高さの変化の遅れ、プラズマ１１１の変更遅れ影響を受け、１から３秒程度時間が遅れてＶＰＰが変動しついに設定したＶＰＰに到達する。
　プラズマ発光強度についても設定マイクロ波のパワー変更によりただちに発光量が変動し、次いでＥＣＲ高さの変動の影響を受けＶＰＰの挙動と同様にこれも１から２秒程度時間が遅れて発光量が変化する。
　図２に示す発光量測定器１３０（ＥＣＲ高さ測定器）のカメラ１１９からの画像は、ステップ切り替え直後にシャッタースピードや絞りを全体のプラズマ発光量に応じて変化させる必要はあるが、ＥＣＲ面１１２を捉えた画像には大きな変化が無く、遅れてＥＣＲ高さの変動がＥＣＲ面１１２の円板上もしくはリング状の強い発光量域がゆっくりと上昇あるいは下降していくのが見て取れる。
　同様に、上方発光量測定器２０２や下方発光量測定器２０３においても、ステップ切り替え直後はマイクロ波パワーの変化により発光量は大きく変化するが、マイクロ波パワーの変更が完了すると、上方と下方の発光強度の比または差（本実施の形態では発光強度比とする）は大きな変化が無く、基本的にはＥＣＲ面の高さは高い。つまり強い発光体が上方にあればあるほど、上方側の下方側に対する発光強度比は大きくなるため、ＥＣＲ高さを測定することができる。
　また、コイル電流の制御だけでＥＣＲ高さを制御する方法の場合、エッチングレートは図６（ａ）の区間エッチングレートＫ１に示すように、前ステップのコイル電流の条件であるＥＣＲ高さのまま、マイクロ波パワーおよびＲＦバイアス電源だけが変化している状態でのエッチングが１秒前後なされている。したがって、この過渡ステップの状況でエッチングレートが凸型の曲線６０４（図６（ａ）の遷移区間エッチングレートＫ２に対応するエッチングレートの曲線６０４）となっている。
　なお、コイルは、本実施の形態では３つあるが、ステップ前後のコイル電流の差により、相互誘導電圧の影響の度合いが変わるため、３つのコイル電流の組み合わせごとに遅れとなる応答速度も変化することになる。このように３つすべてのコイル条件を変更するステップ切り替えでは、さらにＥＣＲ高さの変更が遅れたり、再現性に問題が発生したりする。
　次に前ステップから後ステップに跨がって放電を継続する状態でステップを切り替える際、コイル電流とマイクロ波の発振周波数とを同時に変化、制御する方法を図６（ｂ）に示す。
　ＥＣＲ高さを高速に次のステップの高さに制御しようとする場合、図７に示すように、複数のコイルＡ～Ｃの電流のそれぞれの値をＥＣＲ高さの対応表に相当するデータベースをあらかじめ構築しておくことが望ましい。これにより、前ステップと後ステップの各ＥＣＲ高さが図５のようにＸｉおよびＸｉ＋１が前もって導かれており。コイル電流の応答遅れに対してどの程度までマイクロ波の発振周波数の補正変動を行うかが明らかとなり、マイクロ波の発振周波数を制御し易くすることができるという利点がある。本実施の形態のプラズマ処理装置では、プラズマ処理条件を構成する処理ステップの切り替えを行う場合、上記処理ステップを切り替える前、上記コイルに流す電流を上記制御された電流値とする。
　マイクロ波の発振周波数、例えば図７に示すように２．４０、２．４５、２．５０ＧＨｚそれぞれでのコイル電流とＥＣＲ高さのデータベースを取得していれば、ステップ変更後、過渡期のある時刻でのコイル電流の組み合わせから瞬時にＥＣＲ高さを導き出し、そこからマイクロ波の発振周波数を制御して目標とするＥＣＲ高さになるまでその制御を繰り返すという形を取ることが望ましい。これにより、複数のコイル電流の変更を伴うステップ切り替えにおいてもＥＣＲ高さを精度良く、また過制御を起こさない形で速やかに後ステップのＥＣＲ高さに変更することができる。
　後ステップで設定したＥＣＲ高さに到達した後の制御としては、図６（ｂ）のマイクロ波電源の曲線６０３に示すように、ＥＣＲ高さに到達してもコイル電流が遅れて電流変更が完了するまで、マイクロ波の発振周波数がＥＣＲ高さを保つように制御し続けて、最終的にはステップ切り替え前の発振周波数（あるいは中心周波数の２．４５ＧＨｚ）に戻す制御をする。本実施の形態でもステップ切り替えの過渡状態以外は２．４５ＧＨｚを使うことが安定性の装置運用の観点から望ましい。
　ＶＰＰモニタ値およびＥＣＲ高さモニタ値も後ステップに切り替えた後０．１秒以内で所定の値に到達して安定し、過渡時エッチングレートが存在しないので良好なエッチングレート分布（図６（ｂ）の区間エッチングレートＫ３に対応するエッチングレートの曲線６０５）を実現することができた。
　なお、継続するステップ間のＥＣＲ高さの変位がマイクロ波の発振周波数の変化のみで十分足りる場合は、コイル電流を一切変化させずに発振周波数のみを変化させる方式を採用しても問題ない。この場合、マイクロ波パワーの変化時間と同様に数ミリ秒でＥＣＲ高さを制御することができる。
　本実施の形態のプラズマ処理装置では、ＥＣＲ高さの制御量は、概ね載置用電極に載置されたウエハ１１４の上面を基準として、大凡５０ｍｍから１５０ｍｍの範囲で制御可能となっている。マイクロ波電源の中心周波数が２．４５ＧＨｚの場合、磁場の条件にもよるが、ＩＳＭ(Industry Science Medical)周波数帯の観点から２．４から２．５ＧＨｚの範囲で発振周波数を変化させることが実用的となる、この範囲でのＥＣＲ高さの制御範囲は従来の磁場条件だと高々１０ｍｍ程度しか制御できない。
　また、高周波電力の発振周波数の範囲を２ＧＨｚから３ＧＨｚと大きくする方法も考えられるが、そもそも導波管１０５あるいは空洞共振部１０４で想定する周波数が２．４５ＧＨｚ付近であり、周波数を２．４５ＧＨｚから大きく変えるとプラズマ１１１に伝送されるパワーやマイクロ波の発振パワー自体が変化するため、発振周波数の範囲は限定する必要がある。
　この場合のＥＣＲ高さの制御方法については、後述する実施の形態２に示す。
　また、ＥＣＲ高さの測定方法については、従来は、十分な磁場測定を行っておいて得られたデータベースからＥＣＲ高さを計算する方法、またはエッチング処理の後に装置処理データのコイル電流から、またはプラズマ発光の強度から、あるいはＲＦバイアスのＶＰＰのデータから解析する方法が挙げられる。しかしながら何れの方法も間接的な手法でありエッチング処理中に直接リアルタイムでＥＣＲ高さを計測する方法ではない。つまり、ＥＣＲ高さを高速に制御するためにはＥＣＲ高さをリアルタイムで測定できる機構が必要である。
　そのＥＣＲ高さ値をフィードバックし、コイル電流やマイクロ波の発振周波数を同時に変化させることにより、ＥＣＲ高さが短時間で所定値となるような制御を行うことが実現できる。
　すなわち、本実施の形態のプラズマ処理装置においては、コイル電流だけでＥＣＲ高さを制御する方法に比べて高速にＥＣＲ高さを制御することができる。また、放電継続ステップでステップ時間が短いエッチングプロセスなどにおいてプラズマ処理の性能と再現性を向上させることができる。特に低マイクロ波パワーである低解離プラズマ条件での処理ステップの切り替えを行う際に、均一性、形状制御性のプロセス性能を向上させることができ、さらに再現性も向上させることができる。また、機差を低減することができる。
　（実施の形態２）
　マイクロ波の発振周波数が２．４から２．５ＧＨｚの制限範囲でＥＣＲ高さの変動量を大きくする手法としては、図９（ａ）、（ｂ）に示すようにＥＣＲ高さは同じとし、さらに磁場勾配をなだらかな状態にしておく必要がある。高い位置ほど磁束密度が高く、低い位置ほど磁束密度が低いのが一般的であるが、その度合いをなだらかにしておく必要がある。なお、図９（ａ）は、ＥＣＲの高さ制御において高さ制御性が小さい場合を示しており、一方、図９（ｂ）は、ＥＣＲの高さ制御において高さ制御性が大きい場合を示している。
　このようにＥＣＲ高さに対する磁束密度の差ΔＢを小さくしてマイクロ波の発振周波数ｆを定量（Δｆ）変化させた時のＥＣＲ共鳴の式は、
　ｆ±Δｆ＝ｑ（Ｂ±ΔＢ）／２πｍ（ｆｃ：共鳴周波数、Ｂ：磁束密度、ｑ：電荷、ｍ：質量）・・・（式２）と表せられる。
　本実施の形態では、上記（式２）を満たすＥＣＲの高さ領域が広くなるように設定する。これは前ステップの切り替え直前までに予め磁場プロファイル、つまりコイルＡ、コイルＢ、コイルＣの各電流、を変更しておく必要がある。
　本実施の形態では、コイル１（上部コイル１１０ａ）、コイル２（中部コイル１１０ｂ）、コイル３（下部コイル１１０ｃ）の電流（アンペア）をそれぞれ２７Ａ／２６Ａ／４Ａおよびマイクロ波の発振周波数が２．４５ＧＨｚの時、ＥＣＲ高さが１５０ｍｍであり、発振周波数が２．５ＧＨｚの時は、ＥＣＲ高さが１５６ｍｍである。
　しかし、磁場プロファイル（磁場条件）を変更し、コイル１、コイル２、コイル３の電流をそれぞれ１７Ａ、１８Ａ、１２Ａとすれば、マイクロ波の発振周波数が２．４５ＧＨｚの時、ＥＣＲ高さが１５０ｍｍであり、２．５ＧＨｚの時は１８５ｍｍとなる。
　すなわち、高周波電源１０６から供給される高周波電力の発振周波数を所定量変化させた場合、上記ＥＣＲの高さが所定の高さ以上となるように磁場を形成するための上記各コイルに流す電流値を制御することが好ましい。
　この例に示すようにＥＣＲ高さをどの範囲で変化させるかにより対応は異なるが、ＥＣＲ高さをチャンバ１０１ａの高さと同程度の量変更する必要がある場合は、上述の方法が必須となる。
　（実施の形態３）
　次に各エッチング装置の機差対策でマイクロ波の発振周波数を調整する方法を図１０を用いて説明する。
　ＥＣＲ高さモニタがある場合では、ガス種、圧力条件、コイル電流とマイクロ波パワーも固定で放電エッチングを実施する、その時のＥＣＲ高さのモニタ値とマイクロ波の発振周波数を記録する。例えば、図１０に示す装置１～装置５の各装置で基準となるＥＣＲ高さと同じになるようにマイクロ波の発振周波数を調整し、マイクロ波の発振周波数を記録する。これにより、上記エッチング条件に対して全装置で同じＥＣＲ高さとなる。
　上記発振周波数の調整と記録を各エッチング条件や各コイル電流に適用することで、各装置の基準となるＥＣＲ高さのデータベースを構築することができ、その結果、コイル電流ごとに、どのマイクロ波パワーでＥＣＲ高さの基準との差つまり機差があるかを検出することができる。
　これに加え、マイクロ波の発振周波数の範囲を広げて適用することで、マイクロ波の発振周波数とコイル電流とＥＣＲ高さの関係のデータベースを構築することができる。これは上述の実施の形態１の図７のコイル電流と発振周波数とＥＣＲ高さに相当するデータベースであり、これによりマイクロ波の発振周波数を制御しやすくすることができる。
　なお、ＥＣＲ高さモニタが無い場合でもプラズマ発光とＶＰＰが基準と同じとなるようマイクロ波の発振周波数を調整する方法がある。
　詳細は基準となるガス種と圧力を定め、マイクロ波パワー（低パワー領域、例えば２００ワットが望ましい）、コイル電流およびＲＦバイアス電力も１つの条件として放電エッチング処理を行う。
　高周波電源とＲＦバイアス電力の構成が完了していることが前提となるが、その時のＶＰＰが各装置で同じとなるようなマイクロ波の発振周波数に補正するという手順でＥＣＲ高さのバラツキをチェックし、それに起因する機差を低減することができる。
　ＥＣＲ高さの機差がなければ理論上はプラズマ発光も同じとなり、上方発光量測定器２０２および下方発光量測定器２０３から検知される発光量も同じとなる。しかしながら、エッチング生成物がビューボート部品に付着するなどの理由により検知される発光量が変わるため、プラズマ発光量を同じにするだけではＥＣＲ高さを同じにすることにはならない。
　つまりＶＰＰとプラズマ発光を複合的にチェックしてマイクロ波の発振周波数を補正することが望ましい。
　以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
　なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
　また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。
　本発明は、マイクロ波ＥＣＲを利用したプラズマ処理装置に好適であるが、それに限らずＥＣＲ方式の成膜装置やアッシャーについても適用可能である。
　１０１　処理室
１０１ａ　チャンバ
１０１ｂ　側壁
　１０２　シャワープレート
　１０３　石英天板
　１０４　空洞共振部
　１０５　導波管
　１０６　高周波電源
　１０７　制御部
　１０８　ガス供給機構
　１０９　排気装置
　１１０　磁場形成コイル（磁場形成部）
１１０ａ　上部コイル
１１０ｂ　中部コイル
１１０ｃ　下部コイル
　１１１　プラズマ
　１１２　ＥＣＲ面
　１１３　試料台
　１１４　ウエハ（試料）
　１１５　誘電体膜
　１１６　導電体膜
　１１７　ＲＦバイアス電源
　１１８　マッチング回路
　１１９　カメラ
　１２０　ＶＰＰモニタ
　１２１　制御部
　１３０　発光量測定器
　２００　画像（画像データ）
　２０１　目盛り
　２０２　上方発光量測定器（第１の分光器）
　２０３　下方発光量測定器（第２の分光器）
　２０４　発光
　３０１　エッジ
　４０１　スリット
　４０２　受光素子
　４０３　曲線
　６０１、６０２、６０３、６０４、６０５　曲線
　８０１、８０２、８０３　画像
　８０４　関係式曲線

Claims (9)

  1. 　プラズマを用いて試料が処理される処理室と、前記プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台と、前記処理室内に磁場を形成する磁場形成機構とを備えるプラズマ処理装置において、
    　前記高周波電力と前記磁場の相互作用により生じる電子サイクロトロン共鳴であるＥＣＲの高さを前記プラズマの画像データを基にモニタし、前記モニタされたＥＣＲの高さが所定の高さとなるように前記高周波電力の周波数を制御する制御部をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    　前記ＥＣＲ高さをモニタするモニタ機構をさらに備え、
    　前記モニタ機構は、水平方向または斜め方向から前記プラズマを撮像するカメラと、ＥＣＲ面の上方から前記プラズマの発光強度を取得する第１の分光器と、前記ＥＣＲ面の下方から前記プラズマの発光強度を取得する第２の分光器とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    　前記制御部は、前記プラズマの画像データと、前記処理室の高さ方向における前記プラズマの発光強度分布とを用いて前記ＥＣＲの高さを求めることを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    　前記磁場形成機構は、前記磁場を形成するコイルを具備し、
    　前記制御部は、前記コイルに流れる電流の応答遅れによる所定値に対する前記ＥＣＲの高さの変動を補正するように前記高周波電力の周波数を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    　前記高周波電源は、ソリッドマイクロ波電源であることを特徴とするプラズマ処理装置。
  6. 　プラズマを生成するための高周波電力と磁場の相互作用により生じる電子サイクロトロン共鳴であるＥＣＲの高さをモニタするＥＣＲ高さモニタにおいて、
    　前記プラズマの画像データと、前記プラズマが生成される処理室の高さ方向における前記プラズマの発光強度分布とを用いて前記ＥＣＲの高さをモニタすることを特徴とするＥＣＲ高さモニタ。
  7. 　プラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理方法において、
    　前記プラズマを生成するための高周波電力と磁場の相互作用により生じる電子サイクロトロン共鳴であるＥＣＲの高さを前記プラズマの画像データを基にモニタする工程と、
    　前記モニタされた前記ＥＣＲの高さが所定の高さとなるように前記高周波電力の周波数を制御する工程と、
    　を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
  8. 　請求項７に記載のプラズマ処理方法において、
    　前記高周波電力の周波数を所定量変化させた場合、前記ＥＣＲの高さが所定の高さ以上となるように前記磁場を形成するためのコイルに流す電流値を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
  9. 　請求項８に記載のプラズマ処理方法において、
    　プラズマ処理条件を構成するステップを切り替える場合、前記ステップを切り替える前、前記コイルに流す電流を前記制御された電流値とすることを特徴とするプラズマ処理方法。
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