WO2023074816A1 - プラズマ処理装置、給電システム、制御方法、プログラム、及び記憶媒体 - Google Patents

プラズマ処理装置、給電システム、制御方法、プログラム、及び記憶媒体 Download PDF

Info

Publication number
WO2023074816A1
WO2023074816A1 PCT/JP2022/040215 JP2022040215W WO2023074816A1 WO 2023074816 A1 WO2023074816 A1 WO 2023074816A1 JP 2022040215 W JP2022040215 W JP 2022040215W WO 2023074816 A1 WO2023074816 A1 WO 2023074816A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
frequency
bias
source
plasma processing
power
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/040215
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅博 井上
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東京エレクトロン株式会社 filed Critical 東京エレクトロン株式会社
Publication of WO2023074816A1 publication Critical patent/WO2023074816A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • Exemplary embodiments of the present disclosure relate to plasma processing apparatuses, power supply systems, control methods, programs, and storage media.
  • a plasma processing apparatus is used for plasma processing of substrates.
  • bias RF power is used to attract ions to the substrate from the plasma generated within the chamber.
  • Patent Document 1 listed below discloses a plasma processing apparatus that modulates the power level and frequency of bias RF power.
  • the present disclosure provides a technique for reducing reflected waves of source high-frequency power.
  • a plasma processing apparatus includes a chamber, a substrate support, a bias power supply, a high frequency power supply, a matching box, a sensor, and a controller.
  • a substrate support is provided within the chamber.
  • a bias power supply is electrically coupled to the substrate support and configured to generate electrical bias energy having a bias frequency.
  • a radio frequency power source is electrically connected to the radio frequency electrode and is configured to generate a source radio frequency power to generate a plasma from the gas within the chamber.
  • a matching box is connected between the high frequency power supply and the high frequency electrode.
  • the sensor is configured to measure the power level of the reflected wave from the load of source RF power.
  • the controller is configured to obtain from the sensor a power level of the reflected wave within a bias period of the electrical bias energy.
  • the bias period has a time length that is the reciprocal of the bias frequency.
  • the control section is configured to control the matching box so as to reduce the peak value of the power level of the reflected wave within the bias period.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a plasma processing system;
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a capacitively coupled plasma processing apparatus;
  • FIG. 1 illustrates a power supply system according to one exemplary embodiment;
  • FIG. 4A and 4B is an example timing chart associated with a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • FIGS. 5A and 5B is another example timing chart associated with a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 6A and 6B is another example timing chart related to a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment.
  • 4 is a flow diagram of a control method according to one exemplary embodiment;
  • Fig. 4 is a timing chart relating to a first example of determining the source frequency;
  • Fig. 4 is a timing chart related to a second example of determining the source frequency;
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a plasma processing system.
  • a plasma processing system includes a plasma processing apparatus 1 and a main controller 2 .
  • the plasma processing system is an example of a substrate processing system
  • the plasma processing apparatus 1 is an example of a substrate processing apparatus.
  • the plasma processing apparatus 1 includes a plasma processing chamber 10 , a substrate support section 11 and a plasma generation section 12 .
  • Plasma processing chamber 10 has a plasma processing space.
  • the plasma processing chamber 10 also has at least one gas inlet for supplying at least one process gas to the plasma processing space and at least one gas outlet for exhausting gas from the plasma processing space.
  • the gas supply port is connected to a gas supply section 20, which will be described later, and the gas discharge port is connected to an exhaust system 40, which will be described later.
  • the substrate support 11 is arranged in the plasma processing space and has a substrate support surface for supporting the substrate.
  • the plasma generation unit 12 is configured to generate plasma from at least one processing gas supplied into the plasma processing space.
  • Plasma formed in the plasma processing space includes capacitively coupled plasma (CCP), inductively coupled plasma (ICP), ECR plasma (Electron-Cyclotron-resonance plasma), helicon wave excited plasma (HWP: Helicon Wave Plasma), surface wave plasma (SWP: Surface Wave Plasma), or the like.
  • the main controller 2 processes computer-executable instructions that cause the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described in this disclosure.
  • Main controller 2 may be configured to control elements of plasma processing apparatus 1 to perform the various processes described herein. In one embodiment, part or all of the main controller 2 may be included in the plasma processing apparatus 1 .
  • the main control unit 2 may include a processing unit 2a1, a storage unit 2a2, and a communication interface 2a3.
  • the main controller 2 is implemented by, for example, a computer 2a.
  • the processing unit 2a1 can be configured to read a program from the storage unit 2a2 and execute various control operations by executing the read program.
  • the program includes computer-executable instructions that cause the plasma processing apparatus 1 to perform various steps of a control method according to exemplary embodiments described below.
  • This program may be stored in the storage unit 2a2 in advance, or may be obtained via a medium when necessary.
  • the acquired program is stored in the storage unit 2a2, read from the storage unit 2a2 and executed by the processing unit 2a1.
  • the medium may be various storage media readable by the computer 2a, or may be a communication line connected to the communication interface 2a3.
  • the processing unit 2a1 may be a CPU (Central Processing Unit).
  • the storage unit 2a2 may include RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), or a combination thereof.
  • the communication interface 2a3 may communicate with the plasma processing apparatus 1 via a communication line such as a LAN (Local Area Network).
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration example of a capacitively coupled plasma processing apparatus.
  • the capacitively coupled plasma processing apparatus 1 includes a plasma processing chamber 10, a gas supply section 20, a power supply system 30 and an exhaust system 40. Further, the plasma processing apparatus 1 includes a substrate support section 11 and a gas introduction section. The gas introduction is configured to introduce at least one process gas into the plasma processing chamber 10 .
  • the gas introduction section includes a showerhead 13 .
  • a substrate support 11 is positioned within the plasma processing chamber 10 .
  • the showerhead 13 is arranged above the substrate support 11 . In one embodiment, showerhead 13 forms at least a portion of the ceiling of plasma processing chamber 10 .
  • the plasma processing chamber 10 has a plasma processing space 10 s defined by a showerhead 13 , side walls 10 a of the plasma processing chamber 10 and a substrate support 11 . Plasma processing chamber 10 is grounded.
  • the showerhead 13 and substrate support 11 are electrically insulated from the housing of the plasma processing chamber 10 .
  • the substrate support section 11 includes a body section 111 and a ring assembly 112 .
  • the body portion 111 has a central region 111 a for supporting the substrate W and an annular region 111 b for supporting the ring assembly 112 .
  • a wafer is an example of a substrate W;
  • the annular region 111b of the body portion 111 surrounds the central region 111a of the body portion 111 in plan view.
  • the substrate W is arranged on the central region 111 a of the main body 111
  • the ring assembly 112 is arranged on the annular region 111 b of the main body 111 so as to surround the substrate W on the central region 111 a of the main body 111 .
  • the central region 111a is also referred to as a substrate support surface for supporting the substrate W
  • the annular region 111b is also referred to as a ring support surface for supporting the ring assembly 112.
  • the body portion 111 includes a base 1110 and an electrostatic chuck 1111 .
  • Base 1110 includes a conductive member.
  • An electrostatic chuck 1111 is arranged on the base 1110 .
  • the electrostatic chuck 1111 includes a ceramic member 1111a and an electrostatic electrode 1111b disposed within the ceramic member 1111a.
  • Ceramic member 1111a has a central region 111a.
  • the ceramic member 1111a also has an annular region 111b.
  • another member surrounding the electrostatic chuck 1111 such as an annular electrostatic chuck or an annular insulating member, may have the annular region 111b.
  • the ring assembly 112 may be placed on the annular electrostatic chuck or the annular insulating member, or may be placed on both the electrostatic chuck 1111 and the annular insulating member.
  • Ring assembly 112 includes one or more annular members.
  • the one or more annular members include one or more edge rings and at least one cover ring.
  • the edge ring is made of a conductive material or an insulating material
  • the cover ring is made of an insulating material.
  • the substrate supporter 11 may include a temperature control module configured to adjust at least one of the electrostatic chuck 1111, the ring assembly 112, and the substrate to a target temperature.
  • the temperature control module may include heaters, heat transfer media, channels 1110a, or combinations thereof.
  • channels 1110 a are formed in base 1110 and one or more heaters are positioned in ceramic member 1111 a of electrostatic chuck 1111 .
  • the substrate support 11 may also include a heat transfer gas supply configured to supply a heat transfer gas to the gap between the back surface of the substrate W and the central region 111a.
  • the showerhead 13 is configured to introduce at least one processing gas from the gas supply unit 20 into the plasma processing space 10s.
  • the showerhead 13 has at least one gas supply port 13a, at least one gas diffusion chamber 13b, and multiple gas introduction ports 13c.
  • the processing gas supplied to the gas supply port 13a passes through the gas diffusion chamber 13b and is introduced into the plasma processing space 10s through a plurality of gas introduction ports 13c.
  • showerhead 13 also includes at least one upper electrode.
  • the gas introduction part may include one or more side gas injectors (SGI: Side Gas Injector) attached to one or more openings formed in the side wall 10a.
  • SGI Side Gas Injector
  • the gas supply unit 20 may include at least one gas source 21 and at least one flow controller 22 .
  • gas supply 20 is configured to supply at least one process gas from respective gas sources 21 through respective flow controllers 22 to showerhead 13 .
  • Each flow controller 22 may include, for example, a mass flow controller or a pressure controlled flow controller.
  • gas supply 20 may include at least one flow modulation device for modulating or pulsing the flow rate of at least one process gas.
  • the exhaust system 40 may be connected to a gas exhaust port 10e provided at the bottom of the plasma processing chamber 10, for example.
  • Exhaust system 40 may include a pressure regulating valve and a vacuum pump.
  • the pressure regulating valve regulates the pressure in the plasma processing space 10s.
  • Vacuum pumps may include turbomolecular pumps, dry pumps, or combinations thereof.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a power supply system according to one exemplary embodiment.
  • the power supply system 30 includes a high frequency power supply 31, a bias power supply 32, a matching box 33, a sensor 35, a sensor 36, and a controller 37.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a power supply system according to one exemplary embodiment.
  • the power supply system 30 includes a high frequency power supply 31, a bias power supply 32, a matching box 33, a sensor 35, a sensor 36, and a controller 37.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a power supply system according to one exemplary embodiment.
  • the power supply system 30 includes a high frequency power supply 31, a bias power supply 32, a matching box 33, a sensor 35, a sensor 36, and a controller 37.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a power supply system according to one exemplary embodiment.
  • the power supply system 30 includes a high frequency power supply 31, a bias power supply 32, a matching box 33, a sensor 35
  • the high-frequency power supply 31 constitutes the plasma generator 12 of one embodiment.
  • the radio frequency power supply 31 is configured to generate source radio frequency power RF.
  • the source radio frequency power RF has a source frequency f RF . That is, the source RF power RF has a sinusoidal waveform whose frequency is the source frequency fRF .
  • the source frequency f RF can be a frequency within the range of 10 MHz to 150 MHz.
  • the high-frequency power supply 31 is electrically connected to the high-frequency electrode via a matching box 33, and is configured to supply source high-frequency power RF to the high-frequency electrode.
  • the high-frequency electrode may be a conductive member of the base 1110, at least one electrode provided within the ceramic member 1111a, or an upper electrode. Plasma is generated from the gases in the chamber 10 when the source radio frequency power RF is supplied to the radio frequency electrode.
  • the matching device 33 has variable impedance.
  • the variable impedance of matching box 33 is controlled by controller 37 to reduce reflection of source high frequency power RF from the load.
  • matching device 33 may include a first variable capacitor 331 and a second variable capacitor 332 .
  • a first variable capacitor 331 is connected between node 333 and ground.
  • the node 333 is provided on the feed line connected between the high frequency power supply 31 and the high frequency electrode.
  • Source high frequency power RF is supplied to the high frequency electrode via this feed line.
  • a second variable capacitor 332 is connected between node 333 and the high frequency electrode.
  • the capacitance C ⁇ b>1 of the first variable capacitor 331 and the capacitance C ⁇ b>2 of the second variable capacitor 332 are controlled by the controller 37 .
  • the bias power supply 32 is configured to generate electrical bias energy BE.
  • a bias power supply 32 is electrically coupled to the substrate support 11 .
  • the bias power supply 32 is electrically connected to the bias electrodes in the substrate support 11 and is configured to supply electrical bias energy BE to the bias electrodes.
  • the bias electrode may be at least one electrode provided within the conductive member of the base 1110 or the ceramic member 1111a. Ions from the plasma are attracted to the substrate W when electrical bias energy BE is supplied to the bias electrode.
  • the electric bias energy BE has a bias frequency.
  • the bias frequency is lower than the source frequency.
  • the bias frequency may be a frequency in the range of 100 kHz to 60 MHz, for example 400 kHz.
  • the electrical bias energy BE is periodically supplied to the bias electrode in a bias cycle (time interval) having a time length that is the reciprocal of the bias frequency, ie cycle CY.
  • the bias cycle is the waveform cycle of the electrical bias energy BE.
  • the waveform period is, for example, the shortest period that the waveform of the electrical bias energy has.
  • the electrical bias energy BE may be bias high-frequency power LF having a bias frequency (see (a) in FIG. 4). That is, the electrical bias energy BE may have a sinusoidal waveform whose frequency is the bias frequency.
  • the bias power supply 32 is electrically connected to the bias electrode through the matching device 34 .
  • the variable impedance of the matching box 34 is controlled by the controller 37 so as to reduce the reflection of the bias high frequency power LF from the load.
  • the electrical bias energy BE may include voltage pulses PV (see FIG. 4(a)).
  • the pulse PV in electrical bias energy BE can have a square wave, triangular wave, or arbitrary waveform.
  • the polarity of the voltage of the pulse PV of electrical bias energy BE is set such that ions from the plasma can be drawn into the substrate W by creating a potential difference between the substrate W and the plasma.
  • the pulse PV of electrical bias energy BE may, in one example, be a pulse of negative voltage.
  • a pulse PV of the electrical bias energy BE may be generated by waveform shaping using a pulse unit for a DC voltage from a DC power supply.
  • the RF power supply 31 has a source RF power RF with a source frequency f RF set to reduce reflected waves from loads of the source RF power RF in each of a plurality of phase periods SP within the period CY. may be configured to generate The source frequency f RF used in each of the plurality of phase periods SP is determined in advance and specified to the high frequency power supply 31 by the control section 37 . Details of determining the source frequency f RF used in each of the plurality of phase periods SP will be described later.
  • the high frequency power supply 31 may include an oscillator 31g and an amplifier 31a.
  • Oscillator 31g generates a high frequency signal having a source frequency f RF specified by control section 37 in each of a plurality of phase periods SP.
  • the oscillator 31g identifies a plurality of phase periods SP using a synchronization signal or clock signal synchronized with the period CY of the electrical bias energy BE, and generates a high frequency signal in each of the plurality of phase periods SP.
  • the output of oscillator 31g is connected to the input of amplifier 31a.
  • Amplifier 31a amplifies the high frequency signal from oscillator 31g to generate source high frequency power RF.
  • FIG. 4A and 4B is an example timing chart associated with a plasma processing apparatus according to one exemplary embodiment.
  • the vertical axis represents the waveform of the electrical bias energy BE, the output power level P RF (rms value) of the source high frequency power RF, and the load of the source high frequency power RF. shows the power level Pr of the reflected wave from . 4A and 4B, the vertical axis further indicates the capacitance C1 of the first variable capacitor 331 and the capacitance C2 of the second variable capacitor 332. As shown in FIG.
  • the sensor 35 is configured to measure the power level Pr of the reflected wave from the load of the source high frequency power RF.
  • Sensor 35 includes, for example, a directional coupler. This directional coupler can be provided between the high frequency power supply 31 and the matching device 33 .
  • the sensor 35 may be configured to further measure the power level Pf of the traveling wave of the source high frequency power RF.
  • Sensors 36 include voltage sensors and current sensors.
  • the sensor 36 is configured to measure the voltage V RF and the current I RF in the feed line connecting the high frequency power supply 31 and the matching box 33 together.
  • the source high-frequency power RF is supplied to the high-frequency electrode via this feed line.
  • the control unit 37 may be composed of a programmable processor and a storage unit such as memory.
  • the control unit 37 may or may not be a component of the high-frequency power supply 31 (for example, the high-frequency power supply 31 or the matching box 33).
  • the main controller 2 may constitute the controller 37 .
  • the control unit 37 is configured to acquire from the sensor 35 the power level Pr of the reflected wave within the cycle CY.
  • the control unit 37 is configured to control the matching box 33 so as to reduce the peak value of the power level Pr of the reflected wave within the period CY.
  • the control unit 37 may control the capacitance C1 of the first variable capacitor 331 and the capacitance C2 of the second variable capacitor 332, for example.
  • the control unit 37 determines whether the peak value of the power level Pr of the reflected wave within the period CY is greater than the threshold value Pth. When the peak value of the power level Pr within the cycle CY is greater than the threshold value Pth as shown in FIG. As shown, the peak value of the power level Pr within the subsequent period CY is lowered to the threshold value Pth or less.
  • the control of the capacitance C1 of the first variable capacitor 331 and the capacitance C2 of the second variable capacitor 332 will be described later.
  • FIG. 5(a), 5(b), 6(a), and 6(b) each illustrate another example of a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment. It is a timing chart.
  • control section 37 may control the high-frequency power supply 31 to decrease the output power level P_RF of the source high-frequency power RF in the period CY before controlling the matching box 33 .
  • control unit 37 determines whether or not the peak value of the power level Pr of the reflected wave within the period CY is greater than the threshold value Pth. If the peak value of the power level Pr within the cycle CY is greater than the threshold value Pth as shown in FIG. A radio frequency power supply 31 (eg, an amplifier 31a) is controlled to reduce the output power level P RF of the source radio frequency power RF. As a result, the peak value of the power level Pr in the subsequent cycle CY drops below the threshold value Pth.
  • control section 37 may control the matching box 33 so as to reduce the peak value of the power level Pr of the reflected wave in the period CY as shown in FIG. 6(a).
  • the control unit 37 may control the capacitance C1 of the first variable capacitor 331 and the capacitance C2 of the second variable capacitor 332, for example. The control of the capacitance C1 of the first variable capacitor 331 and the capacitance C2 of the second variable capacitor 332 will be described later.
  • control unit 37 controls the high-frequency power supply 31 (for example, the amplifier 31a) so as to maintain the peak value of the power level Pr in the subsequent cycle CY below the threshold as shown in FIG. 6(b). , the power level of the source radio frequency power RF may be increased.
  • Controller 37 obtains voltage V RF and current I RF from sensor 36 as described above.
  • the control unit 37 obtains the effective value V rms of the voltage V RF and the effective value I rms of the current I RF .
  • the control unit 37 also obtains the phase difference ⁇ between the voltage VRF and the current IRF .
  • the control unit 37 controls the first variable capacitor 331 to increase the capacitance C1.
  • the control unit 37 controls the first variable capacitor 331 so as to decrease the capacitance C1.
  • Capacitance C1 is controlled such that reactance X1 of first variable capacitor 331 satisfies the following equation (2).
  • the thickness of the plasma sheath generated within the chamber 10 fluctuates, so the impedance of the load of the high frequency power supply 31 also changes. Therefore, the power level Pr of the reflected wave of the source high-frequency power RF also fluctuates within the period CY. As a result, even if the average value of the power level Pr of the reflected wave within the cycle CY is low, the peak value of the power level Pr within the cycle CY may become high. According to the plasma processing apparatus 1, the matching box 33 is controlled so as to reduce the peak value of the power level of the reflected wave within the period CY. Therefore, reflected waves of the source high frequency power RF are reduced.
  • FIG. 7 is a flow diagram of a control method according to one exemplary embodiment.
  • a control method (hereinafter referred to as “method MT”) shown in FIG. 7 can be applied to the plasma processing apparatus 1 .
  • Method MT includes process STa, process STb, process STc, and process STe.
  • step STa electric bias energy BE is supplied from the bias power supply 32 to the substrate supporting portion 11 .
  • the process STb is performed while the electric bias energy BE is being supplied to the substrate supporting portion 11 in the process STa.
  • step STb source high frequency power RF is supplied from the high frequency power supply 31 to the high frequency electrode in order to generate plasma from gas within the chamber 10 .
  • step STc the power level Pr of the reflected wave of the source high-frequency power RF within the period CY is obtained.
  • step STe as shown in FIG. 4B, the matching box 33 is controlled so as to reduce the peak value of the power level Pr of the reflected wave within the period CY.
  • the matching box 33 is controlled so that the peak value of the power level Pr of the reflected wave is equal to or less than the threshold value Pth in the subsequent period CY.
  • method MT may further include step STd and step STf.
  • the process STd is performed before controlling the matching box 33 in the process STe.
  • the high-frequency power supply 31 (for example, the amplifier 31a) is controlled so as to decrease the output power level P- RF of the source high-frequency power RF in the period CY.
  • the output power level PRF of the source high-frequency power RF is adjusted so that the peak value of the power level Pr of the reflected wave is equal to or less than the threshold value Pth in the subsequent period CY.
  • step STf the high frequency power supply 31 is controlled to increase the power level of the source high frequency power RF so as to maintain the peak value of the power level Pr in the period CY below the threshold as shown in FIG. 6(b). be.
  • the RF power supply 31 to increase the output power level P RF of the source RF power RF, please refer to the above description.
  • FIG. 8 is a timing chart relating to a first example of determining the source frequency.
  • the source frequency f RF is adjusted during overlapping periods during which both the electrical bias energy BE and the source RF power RF are supplied.
  • the overlapping period includes a plurality of cycles CY, namely M cycles CY(1) to CY(M), as shown in FIG.
  • Each of the multiple cycles CY includes multiple phase periods SP, namely N phase periods SP(1) to SP(N).
  • phase period SP(n) represents the n-th phase period among phase periods SP(1) to SP(N).
  • the phase period SP(m,n) represents the n-th phase period SP(n) in the m-th cycle CY(m).
  • the control unit 37 generates the representative value RV from the measured values in each of the multiple phase periods SP.
  • the measurement may be the power level Pr of the reflected wave obtained by sensor 35 .
  • the measured value may be the value of the ratio of the power level Pr of the reflected wave to the output power level of the source radio frequency power RF.
  • the measurement may be the phase difference between voltage and current obtained by sensor 36 in each of the plurality of phase periods SP.
  • the representative value RV may be the average value or maximum value of the measured values in each of the plurality of phase periods SP.
  • the representative value RV(n) represents the representative value RV acquired in the n-th phase period SP(n) among the phase periods SP(1) to SP(N).
  • the representative value RV(m, n) represents the representative value RV acquired in the n-th phase period within the m-th cycle CY.
  • the control unit 37 sets the source frequency fRF of the source high-frequency power RF used in the same phase period SP(n) of a plurality of cycles CY to a plurality of frequencies different from each other. By comparing the representative values RV(n) acquired in the same phase period SP(n) of a plurality of cycles CY, the control unit 37 determines the frequency that most suppresses the reflection of the source high-frequency power RF among the plurality of frequencies. to select. For example, the control unit 37 selects a frequency that minimizes the power level Pr of the reflected wave of the source high-frequency power RF. The controller 37 determines the selected frequency as the source frequency f RF for the phase period SP(n) in the subsequent period CY.
  • FIG. 9 is a timing chart relating to a second example of determining the source frequency.
  • the control unit 37 controls the phase period SP(n) within the period CY(m), that is, the source frequency f It is configured to adjust RF according to changes in the representative value RV(n).
  • the change in the representative value RV(n) is determined by using different frequencies of the source RF power RF in corresponding phase periods SP(n) in each of the two or more periods CY preceding the period CY(m). .
  • Two or more cycles CY before cycle CY(m) include a first cycle and a second cycle.
  • the first period is the period CY(mQ(2))
  • the second period is the period after the first period
  • Q(1) is an integer of 1 or more
  • Q(2) is an integer of 2 or more
  • Q(1) ⁇ Q(2) is satisfied.
  • the control unit 37 adjusts the frequency f(mQ(1), n) of the source high-frequency power RF in the phase period SP(mQ(1), n) to the phase period SP(mQ(2), n ) from the frequency of the source RF power RF.
  • f(m,n) represents the frequency of the source RF power RF used in the phase period SP(m,n).
  • ⁇ (m,n) represents the amount of frequency shift.
  • One frequency shift is one of a frequency decrease and a frequency increase. If one frequency shift is a decrease in frequency, ⁇ (m,n) has a negative value. If one frequency shift is an increase in frequency, ⁇ (m,n) has a positive value.
  • the frequencies of the source high-frequency power RF in each of the plurality of phase periods SP in the period CY (mQ(2)) are the same as each other, f 0 , but may be different from each other.
  • the frequencies of the source high frequency power RF in each of the plurality of phase periods SP in the cycle CY (mQ(1)) are the same as each other and are set to frequencies that are reduced from the frequency f0 . , but may be increased from frequency f0 .
  • the control unit 37 adjusts the degree of reflection of the source high-frequency power RF due to the frequency shift (for example, the power level Pr of the reflected wave) to a representative value RV (m ⁇ Q(2), n) and a representative value RV(m ⁇ Q(1), n). If the degree of reflection of the source high-frequency power RF is reduced due to one frequency shift, the control unit 37 shifts the frequency f(m, n) to the frequency f(m ⁇ Q(1), n). set to a frequency with one frequency shift.
  • the frequency shift for example, the power level Pr of the reflected wave
  • the amount of one frequency shift ⁇ (m,n) in the phase period SP(m,n) is the amount of one frequency shift ⁇ (mQ(1) in the phase period SP(mQ(1),n) ) and n). That is, the absolute value of the frequency shift amount ⁇ (m,n) may be the same as the frequency shift amount ⁇ (m ⁇ Q(1),n). Alternatively, the absolute value of the frequency shift amount ⁇ (m,n) may be greater than the frequency shift amount ⁇ (m ⁇ Q(1),n). Alternatively, the absolute value of the frequency shift amount ⁇ (m,n) may be set so that it increases as the degree of reflection in the phase period SP(m ⁇ Q(1),n) increases. For example, the absolute value of the amount of frequency shift ⁇ (m,n) may be determined as a function of the degree of reflection.
  • a frequency shift on one side may increase the degree of reflection of the source high frequency power RF.
  • the control section 37 may set the frequency f(m, n) to a frequency having the other frequency shift with respect to the frequency f(m ⁇ Q(1), n).
  • the frequency of the source high-frequency power RF in the phase period SP(n) of each of the two or more cycles before the cycle CY(m) is the frequency of the source high-frequency power RF in the phase period SP(n) of the previous cycle. It may be updated to have one frequency shift with respect to frequency.
  • the other frequency shift is in the phase period of the cycle CY(m)
  • the source radio frequency power of SP(n) may be applied at the frequency of RF.
  • the frequency of the source high-frequency power RF in the phase period SP(n) of the cycle CY(m) is the frequency having the other frequency shift with respect to the frequency of the source high-frequency power in the earliest cycle among the two or more cycles.
  • the control unit 37 may set the frequency of the source high frequency power RF in the phase period SP(n) within the cycle CY(m+Q(1)) to an intermediate frequency.
  • Cycle CY(m+Q(1)) is the third cycle after cycle CY(m).
  • the intermediate frequencies that can be set in the phase period SP(m+Q(1),n) are the frequencies between f(m ⁇ Q(1),n) and f(m,n), f(m ⁇ It may be the average value of Q(1),n) and f(m,n).
  • a case may occur where the degree of reflection of the source high-frequency power RF (for example, the power level Pr of the reflected wave) when using an intermediate frequency in the phase period SP (m+Q(1), n) is greater than a predetermined threshold.
  • the control unit 37 sets the frequency of the source high frequency power RF in the phase period SP(n) within the period CY(m+Q(2)) to a frequency having the other frequency shift with respect to the intermediate frequency.
  • Cycle CY(m+Q(2)) is the fourth cycle after cycle CY(m+Q(2)).
  • a threshold is predetermined.
  • the absolute value of the other frequency shift amount ⁇ (m+Q(2),n) is greater than the absolute value of the one frequency shift amount ⁇ (m,n).
  • the threshold values for each of the plurality of phase periods SP in each of the plurality of cycles CY may be the same or different.
  • the frequency of the source RF power RF set for each of the phase periods SP(1)-SP(N) of period CY(M) is equal to the frequency of phase period SP(1 ) to SP(N) as the source frequencies f RF .
  • the frequency determined by adding each of the plurality of frequency offsets and the reference frequency in each phase period SP within the period CY is used as the source frequency f RF of the source high frequency power RF.
  • Each of the multiple frequency offsets has a positive or negative value.
  • a frequency offset for each phase period SP is then determined that maximizes the power level of the source RF power RF delivered to the plasma.
  • the power level of the source high-frequency power RF transmitted to the plasma can be the difference between the power level of the traveling wave of the source high-frequency power RF and the power level of the reflected wave.
  • the determined frequency offsets for each of the multiple phase periods SP are stored in a table.
  • the control unit 37 uses the frequency determined by adding the reference frequency and the corresponding frequency offset stored in the table in each phase period SP in each period CY as the source frequency f RF of the source high frequency power RF. .
  • the plasma processing apparatus may be an inductively coupled plasma processing apparatus, an ECR plasma processing apparatus, a helicon wave excited plasma processing apparatus, or a surface wave plasma processing apparatus.
  • source high frequency power RF is used for plasma generation.
  • the impedance of the load of the high-frequency power supply also fluctuates. Therefore, the power level of the reflected wave of the source high-frequency power also fluctuates within the bias period. As a result, even if the average value of the power level of the reflected wave within the bias period is low, the peak value of the power level of the reflected wave within the bias period may become high. According to the embodiment of E1, the matching box is controlled to reduce the peak power level of the reflected wave within the bias period. Therefore, the reflected wave of the source high frequency power is reduced.
  • controller is configured to control the RF power supply to reduce the output power level of the source RF power in the bias period to lower the peak value below the threshold.
  • control unit controls the high-frequency power supply to maintain the peak value of the power level of the reflected wave within the bias period at or below the threshold.
  • the plasma processing apparatus of E5 configured to increase the power level of the RF power.
  • the RF power source is configured to generate the source RF power having a source frequency set to reduce the reflected wave in each of a plurality of phase periods within the bias period;
  • the matching box is a first variable capacitor connected between a node in a feed line between the high-frequency electrode and the high-frequency power supply and ground; a second variable capacitor connected between the node and the high frequency electrode; including
  • the control unit is configured to control the capacitance of the first variable capacitor and the capacitance of the second variable capacitor.
  • a bias power supply electrically coupled to a substrate support provided within a chamber of the plasma processing apparatus and configured to generate electrical bias energy having a bias frequency; a radio frequency power source electrically connected to a radio frequency electrode and configured to generate a source radio frequency power to generate a plasma from a gas within the chamber; a matching box connected between the high-frequency power supply and the high-frequency electrode; a sensor arranged to measure the power level of a reflected wave from a load of the source RF power; a controller configured to control the matching box; with The control unit obtaining from the sensor the power level of the reflected wave within a bias period of the electrical bias energy having a time length that is the reciprocal of the bias frequency; controlling the matching box to reduce the peak value of the power level of the reflected wave within the bias period; configured as power supply system.
  • [E12] supplying electrical bias energy having a bias frequency from a bias power supply to a substrate support provided in a chamber of the plasma processing apparatus;
  • Plasma processing apparatus 10... Chamber, 11... Substrate support, 30... Power supply system, 31... High frequency power supply, 32... Bias power supply, 33... Matching box, 35... Sensor, 37... Control unit.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

開示されるプラズマ処理装置では、バイアス電源が、チャンバ内に設けられた基板支持部に電気バイアスエネルギーを供給する。電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有する。高周波電源が、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために、ソース高周波電力を高周波電極に供給する。高周波電源は、整合器を介して高周波電極に接続されている。整合器は、電気バイアスエネルギーのバイアス周期内のソース高周波電力の反射波のパワーレベルのピーク値を低下させるように制御される。バイアス周期は、バイアス周波数の逆数の時間長を有する。

Description

プラズマ処理装置、給電システム、制御方法、プログラム、及び記憶媒体
　本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置、給電システム、制御方法、プログラム、及び記憶媒体に関するものである。
　プラズマ処理装置が、基板に対するプラズマ処理において用いられている。プラズマ処理装置では、チャンバ内で生成されたプラズマからイオンを基板に引き込むために、バイアス高周波電力が用いられる。下記の特許文献１は、バイアス高周波電力のパワーレベル及び周波数を変調するプラズマ処理装置を開示している。
特開２００９－２４６０９１号公報
　本開示は、ソース高周波電力の反射波を低減する技術を提供する。
　一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、バイアス電源、高周波電源、整合器、センサ、及び制御部を備える。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。バイアス電源は、基板支持部に電気的に結合されており、バイアス周波数を有する電気バイアスエネルギーを発生するように構成されている。高周波電源は、高周波電極に電気的に接続されており、チャンバ内でガスからプラズマを生成するためにソース高周波電力を発生するように構成されている。整合器は、高周波電源と高周波電極との間で接続されている。センサは、ソース高周波電力の負荷からの反射波のパワーレベルを測定するように構成されている。制御部は、電気バイアスエネルギーのバイアス周期内の反射波のパワーレベルをセンサから取得するように構成されている。バイアス周期は、バイアス周波数の逆数の時間長を有する。制御部は、バイアス周期内の反射波のパワーレベルのピーク値を低下させるよう、整合器を制御する、ように構成されている。
　一つの例示的実施形態によれば、ソース高周波電力の反射波を低減することが可能である。
プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。 容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。 一つの例示的実施形態に係る給電システムを示す図である。 図４の（ａ）及び図４の（ｂ）の各々は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置に関連する一例のタイミングチャートである。 図５の（ａ）及び図５の（ｂ）の各々は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置に関連する別の一例のタイミングチャートである。 図６の（ａ）及び図６の（ｂ）の各々は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置に関連する別の一例のタイミングチャートである。 一つの例示的実施形態に係る制御方法の流れ図である。 ソース周波数の決定の第１の例に関連するタイミングチャートである。 ソース周波数の決定の第２の例に関連するタイミングチャートである。
　以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
　図１は、プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び主制御部２を含む。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置１は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
　プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。
　主制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。主制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、主制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。主制御部２は、処理部２ａ１、記憶部２ａ２及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。主制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、後述する例示的実施形態に係る制御方法の種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を含む。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。
　以下に、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図２は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
　容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、給電システム３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。
　基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
　一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。
　リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
　また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
　シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ　Ｇａｓ　Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。
　ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する少なくとも１つの流量変調デバイスを含んでもよい。
　排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
　以下、図２と共に、図３を参照する。図３は、一つの例示的実施形態に係る給電システムを示す図である。図２及び図３に示すように、給電システム３０は、高周波電源３１、バイアス電源３２、整合器３３、センサ３５、センサ３６、及び制御部３７を含む。
　高周波電源３１は、一実施形態のプラズマ生成部１２を構成する。高周波電源３１は、ソース高周波電力ＲＦを発生するように構成されている。ソース高周波電力ＲＦは、ソース周波数ｆＲＦを有する。即ち、ソース高周波電力ＲＦは、その周波数がソース周波数ｆＲＦである正弦波状の波形を有する。ソース周波数ｆＲＦは、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数であり得る。高周波電源３１は、整合器３３を介して高周波電極に電気的に接続されており、ソース高周波電力ＲＦを高周波電極に供給するように構成されている。高周波電極は、基台１１１０の導電性部材、セラミック部材１１１１ａ内に設けられた少なくとも一つの電極、又は上部電極であってもよい。ソース高周波電力ＲＦが高周波電極に供給されると、チャンバ１０内のガスからプラズマが生成される。
　整合器３３は、可変インピーダンスを有する。整合器３３の可変インピーダンスは、ソース高周波電力ＲＦの負荷からの反射を低減するよう、制御部３７によって制御される。一実施形態において、整合器３３は、第１の可変コンデンサ３３１及び第２の可変コンデンサ３３２を含んでいてもよい。第１の可変コンデンサ３３１は、ノード３３３とグランドとの間で接続されている。ノード３３３は、高周波電源３１と高周波電極との間で接続された給電路上に設けられている。ソース高周波電力ＲＦは、この給電路を経由して高周波電極に供給される。第２の可変コンデンサ３３２は、ノード３３３と高周波電極との間で接続されている。第１の可変コンデンサ３３１のキャパシタンスＣ１及び第２の可変コンデンサ３３２のキャパシタンスＣ２は、制御部３７によって制御される。
　バイアス電源３２は、電気バイアスエネルギーＢＥを発生するように構成されている。バイアス電源３２は、基板支持部１１に電気的に結合されている。バイアス電源３２は、基板支持部１１内のバイアス電極に電気的に接続されており、電気バイアスエネルギーＢＥをバイアス電極に供給するように構成されている。バイアス電極は、基台１１１０の導電性部材又はセラミック部材１１１１ａ内に設けられた少なくとも一つの電極であってもよい。電気バイアスエネルギーＢＥがバイアス電極に供給されると、プラズマからのイオンが基板Ｗに引き付けられる。
　電気バイアスエネルギーＢＥは、バイアス周波数を有する。バイアス周波数は、ソース周波数よりも低い。バイアス周波数は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数であってもよく、例えば４００ｋＨｚであってもよい。電気バイアスエネルギーＢＥは、バイアス周波数の逆数の時間長を有するバイアス周期（時間間隔）、即ち周期ＣＹで周期的にバイアス電極に供給される。なお、バイアス周期は、電気バイアスエネルギーＢＥの波形周期である。波形周期は、例えば、電気バイアスエネルギーの波形が有する最短周期である。
　電気バイアスエネルギーＢＥは、バイアス周波数を有するバイアス高周波電力ＬＦであってもよい（図４の（ａ）参照）。即ち、電気バイアスエネルギーＢＥは、その周波数がバイアス周波数である正弦波状の波形を有していてもよい。この場合には、バイアス電源３２は、整合器３４を介して、バイアス電極に電気的に接続される。整合器３４の可変インピーダンスは、バイアス高周波電力ＬＦの負荷からの反射を低減するよう、制御部３７によって制御される。
　或いは、電気バイアスエネルギーＢＥは、電圧のパルスＰＶを含んでいてもよい（図４の（ａ）参照）。電気バイアスエネルギーＢＥにおけるパルスＰＶは、矩形波、三角波、又は任意の波形を有し得る。電気バイアスエネルギーＢＥのパルスＰＶの電圧の極性は、基板Ｗとプラズマとの間に電位差を生じさせてプラズマからのイオンを基板Ｗに引き込むことができるように設定される。電気バイアスエネルギーＢＥのパルスＰＶは、一例では、負の電圧のパルスであってもよい。電気バイアスエネルギーＢＥのパルスＰＶは、直流電源からの直流電圧に対するパルスユニットを用いた波形整形により生成されてもよい。
　一実施形態において、高周波電源３１は、周期ＣＹ内の複数の位相期間ＳＰの各々においてソース高周波電力ＲＦの負荷からの反射波を低減するように設定されたソース周波数ｆＲＦを有するソース高周波電力ＲＦを発生するように構成されていてもよい。複数の位相期間ＳＰの各々において用いられるソース周波数ｆＲＦは、事前に決定されており、制御部３７から高周波電源３１に指定される。複数の位相期間ＳＰの各々において用いられるソース周波数ｆＲＦの決定の詳細については、後述する。
　一実施形態において、高周波電源３１は、発振器３１ｇ及び増幅器３１ａを含んでいてもよい。発振器３１ｇは、複数の位相期間ＳＰの各々において制御部３７から指定されるソース周波数ｆＲＦを有する高周波信号を発生する。発振器３１ｇは、電気バイアスエネルギーＢＥの周期ＣＹに同期した同期信号又はクロック信号を用いて複数の位相期間ＳＰを特定し、複数の位相期間ＳＰの各々において高周波信号を発生する。発振器３１ｇの出力は、増幅器３１ａの入力に接続されている。増幅器３１ａは、発振器３１ｇからの高周波信号を増幅して、ソース高周波電力ＲＦを生成する。
　以下、図２及び図３と共に、図４の（ａ）及び図４の（ｂ）を参照する。図４の（ａ）及び図４の（ｂ）の各々は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置に関連する一例のタイミングチャートである。図４の（ａ）及び図４の（ｂ）の各々において、縦軸は、電気バイアスエネルギーＢＥの波形、ソース高周波電力ＲＦの出力パワーレベルＰＲＦ（実効値）、及びソース高周波電力ＲＦの負荷からの反射波のパワーレベルＰｒを示している。また、図４の（ａ）及び図４の（ｂ）の各々において、縦軸は、第１の可変コンデンサ３３１のキャパシタンスＣ１及び第２の可変コンデンサ３３２のキャパシタンスＣ２を更に示している。
　図２及び図３に示すように、センサ３５は、ソース高周波電力ＲＦの負荷からの反射波のパワーレベルＰｒを測定するように構成されている。センサ３５は、例えば方向性結合器を含む。この方向性結合器は、高周波電源３１と整合器３３との間に設けられ得る。なお、センサ３５は、ソース高周波電力ＲＦの進行波のパワーレベルＰｆを更に測定するように構成されていてもよい。
　センサ３６は、電圧センサ及び電流センサを含む。センサ３６は、高周波電源３１と整合器３３とを互いに接続する給電路における電圧ＶＲＦ及び電流ＩＲＦを測定するように構成されている。なお、ソース高周波電力ＲＦは、この給電路を経由して高周波電極に供給される。
　制御部３７は、プログラム可能なプロセッサ及びメモリのような記憶部から構成され得る。制御部３７は、高周波電源３１の構成部品（例えば、高周波電源３１又は整合器３３）の一部であってもよく、そうでなくてもよい。或いは、主制御部２が制御部３７を構成していてもよい。
　制御部３７は、周期ＣＹ内の反射波のパワーレベルＰｒをセンサ３５から取得するように構成されている。制御部３７は、周期ＣＹ内の反射波のパワーレベルＰｒのピーク値を低下させるよう、整合器３３を制御するように構成されている。制御部３７は、例えば、第１の可変コンデンサ３３１のキャパシタンスＣ１及び第２の可変コンデンサ３３２のキャパシタンスＣ２を制御してもよい。
　一実施形態において、制御部３７は、周期ＣＹ内の反射波のパワーレベルＰｒのピーク値が閾値Ｐｔｈよりも大きいか否かを判定する。周期ＣＹ内のパワーレベルＰｒのピーク値が図４の（ａ）に示すように閾値Ｐｔｈよりも大きい場合には、制御部３７は、整合器３３を制御して、図４の（ｂ）に示すように後の周期ＣＹ内のパワーレベルＰｒのピーク値を閾値Ｐｔｈ以下に低下させる。なお、第１の可変コンデンサ３３１のキャパシタンスＣ１及び第２の可変コンデンサ３３２のキャパシタンスＣ２の制御に関しては、後述する。
　以下、図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図６の（ａ）、及び図６の（ｂ）を参照する。図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図６の（ａ）、及び図６の（ｂ）の各々は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置に関連する別の一例のタイミングチャートである。
　別の実施形態において、制御部３７は、整合器３３を制御する前に、周期ＣＹにおけるソース高周波電力ＲＦの出力パワーレベルＰＲＦを減少させるよう、高周波電源３１を制御してもよい。一実施形態において、制御部３７は、周期ＣＹ内の反射波のパワーレベルＰｒのピーク値が閾値Ｐｔｈよりも大きいか否かを判定する。周期ＣＹ内のパワーレベルＰｒのピーク値が図５の（ａ）に示すように閾値Ｐｔｈよりも大きい場合には、制御部３７は、図５の（ｂ）に示すように後の周期ＣＹにおけるソース高周波電力ＲＦの出力パワーレベルＰＲＦを低下させるよう、高周波電源３１（例えば、増幅器３１ａ）を制御する。これにより、後の周期ＣＹにおけるパワーレベルＰｒのピーク値が閾値Ｐｔｈ以下に低下する。
　しかる後に、制御部３７は、図６の（ａ）に示すように周期ＣＹにおける反射波のパワーレベルＰｒのピーク値を低下させるよう、整合器３３を制御してもよい。制御部３７は、例えば、第１の可変コンデンサ３３１のキャパシタンスＣ１及び第２の可変コンデンサ３３２のキャパシタンスＣ２を制御してもよい。なお、第１の可変コンデンサ３３１のキャパシタンスＣ１及び第２の可変コンデンサ３３２のキャパシタンスＣ２の制御に関しては、後述する。
　そして、制御部３７は、高周波電源３１（例えば、増幅器３１ａ）を制御して、図６の（ｂ）に示すように、後の周期ＣＹにおけるパワーレベルＰｒのピーク値を閾値以下に維持するよう、ソース高周波電力ＲＦのパワーレベルを増加させてもよい。
　以下、第１の可変コンデンサ３３１のキャパシタンスＣ１及び第２の可変コンデンサ３３２のキャパシタンスＣ２の制御について、詳細に説明する。制御部３７は、上述したように、センサ３６から電圧ＶＲＦ及び電流ＩＲＦを取得する。制御部３７は、電圧ＶＲＦの実効値Ｖｒｍｓ及び電流ＩＲＦの実効値Ｉｒｍｓを求める。また、制御部３７は、電圧ＶＲＦと電流ＩＲＦとの位相差θを求める。そして、制御部３７は、インピーダンスＺの実部Ｒを、Ｒ＝Ｖｒｍｓ／Ｉｒｍｓ×ｃｏｓθにより求め、インピーダンスＺの虚部ｊＸをＶｒｍｓ／Ｉｒｍｓ×ｓｉｎθにより求める。
　次いで、制御部３７は、コンダクタンスＧを、Ｇ＝Ｒ／（Ｒ２＋Ｘ２）により求める。そして、制御部３７は、コンダクタンスＧを０．０２、即ち２０ｍＧに調整するよう、キャパシタンスＣ２を制御する。制御部３７は、求めたコンダクタンスＧが０．０２よりも大きい場合には、キャパシタンスＣ２を増加させるよう、第２の可変コンデンサ３３２を制御する。一方、求めたコンダクタンスＧが０．０２よりも小さい場合には、制御部３７は、キャパシタンスＣ２を減少させるよう、第２の可変コンデンサ３３２を制御する。キャパシタンスＣ２は、第２の可変コンデンサ３３２のリアクタンスＸ２が下式（１）を満たすように、制御される。式（１）において、Ｇは０．０２であり、Ｘｌｏａｄは整合器３３の入力から見た負荷のリアクタンスであり、その値は既知である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、求めたリアクタンスＸが０よりも大きい場合には、制御部３７は、キャパシタンスＣ１を増加させるよう、第１の可変コンデンサ３３１を制御する。一方、求めたリアクタンスＸが０よりも小さい場合には、制御部３７は、キャパシタンスＣ１を減少させるよう、第１の可変コンデンサ３３１を制御する。キャパシタンスＣ１は、第１の可変コンデンサ３３１のリアクタンスＸ１が下式（２）を満たすように、制御される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　周期ＣＹ内では、チャンバ１０内で生成されるプラズマシースの厚さが変動するので、高周波電源３１の負荷のインピーダンスも変化する。したがって、周期ＣＹ内においてソース高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒも変動する。その結果、周期ＣＹ内の反射波のパワーレベルＰｒの平均値が低くても、周期ＣＹ内のパワーレベルＰｒのピーク値が高くなることがある。プラズマ処理装置１によれば、周期ＣＹ内の反射波のパワーレベルのピーク値を低下させるように整合器３３が制御される。したがって、ソース高周波電力ＲＦの反射波が低減される。
　以下、図７を参照する。図７は、一つの例示的実施形態に係る制御方法の流れ図である。図７に示す制御方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、プラズマ処理装置１に適用され得る。方法ＭＴは、工程ＳＴａ、工程ＳＴｂ、工程ＳＴｃ、及び工程ＳＴｅを含む。
　工程ＳＴａでは、電気バイアスエネルギーＢＥが、バイアス電源３２から基板支持部１１に供給される。工程ＳＴｂは、工程ＳＴａにおいて電気バイアスエネルギーＢＥが基板支持部１１に供給されているときに行われる。工程ＳＴｂでは、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成するために、ソース高周波電力ＲＦが高周波電源３１から高周波電極に供給される。工程ＳＴｃでは、周期ＣＹ内のソース高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒが取得される。工程ＳＴｅでは、図４の（ｂ）に示すように、周期ＣＹ内の反射波のパワーレベルＰｒのピーク値を低下させるよう、整合器３３が制御される。例えば、整合器３３は、後の周期ＣＹにおいて反射波のパワーレベルＰｒのピーク値が閾値Ｐｔｈ以下となるように、制御される。整合器３３の制御の詳細については、上述の説明を参照されたい。
　別の実施形態において、方法ＭＴは、工程ＳＴｄ及び工程ＳＴｆを更に含んでいてもよい。工程ＳＴｄは、工程ＳＴｅにおいて整合器３３を制御する前に行われる。工程ＳＴｄでは、図５の（ｂ）に示すように、周期ＣＹにおけるソース高周波電力ＲＦの出力パワーレベルＰＲＦを減少させるよう、高周波電源３１（例えば、増幅器３１ａ）が制御される。例えば、ソース高周波電力ＲＦの出力パワーレベルＰＲＦは、後の周期ＣＹにおいて反射波のパワーレベルＰｒのピーク値が閾値Ｐｔｈ以下となるように、調整される。ソース高周波電力ＲＦの出力パワーレベルＰＲＦの減少ための高周波電源３１の制御の詳細については、上述の説明を参照されたい。
　工程ＳＴｆは、工程ＳＴｅにおいて整合器３３が制御された後に行われる。工程ＳＴｆでは、高周波電源３１が制御されて、図６の（ｂ）に示すように、周期ＣＹにおけるパワーレベルＰｒのピーク値を閾値以下に維持するよう、ソース高周波電力ＲＦのパワーレベルが増加される。ソース高周波電力ＲＦの出力パワーレベルＰＲＦの増加ための高周波電源３１の制御の詳細については、上述の説明を参照されたい。
　以下、周期ＣＹ内の複数の位相期間ＳＰの各々のソース周波数ｆＲＦの決定について幾つかの例を示す。
　［ソース周波数ｆＲＦの決定の第１の例］
　図８は、ソース周波数の決定の第１の例に関連するタイミングチャートである。以下に説明する何れの例においても、ソース周波数ｆＲＦは、電気バイアスエネルギーＢＥとソース高周波電力ＲＦが共に供給されている重複期間において調整される。重複期間は、図８に示すように、複数の周期ＣＹ、即ちＭ個の周期ＣＹ（１）～ＣＹ（Ｍ）を含む。複数の周期ＣＹの各々は、複数の位相期間ＳＰ、即ちＮ個の位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）を含む。以下の説明において、位相期間ＳＰ（ｎ）は、位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）のうち、ｎ番目の位相期間を表す。また、位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）は、ｍ番目の周期ＣＹ（ｍ）におけるｎ番目の位相期間ＳＰ（ｎ）を表す。
　第１の例および後述の第２の例においては、制御部３７は、複数の位相期間ＳＰの各々における測定値から代表値ＲＶを生成する。測定値は、センサ３５によって取得される反射波のパワーレベルＰｒであってもよい。測定値は、ソース高周波電力ＲＦの出力パワーレベルに対する反射波のパワーレベルＰｒの比の値であってもよい。測定値は、複数の位相期間ＳＰの各々においてセンサ３６によって取得される電圧と電流の位相差であってもよい。代表値ＲＶは、複数の位相期間ＳＰの各々における当該測定値の平均値又は最大値であってもよい。以下の説明において、代表値ＲＶ（ｎ）は、位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）のうち、ｎ番目の位相期間ＳＰ（ｎ）において取得される代表値ＲＶを表す。また、代表値ＲＶ（ｍ，ｎ）は、ｍ番目の周期ＣＹ内のｎ番目の位相期間において取得される代表値ＲＶを表す。
　第１の例において、制御部３７は、複数の周期ＣＹの同一の位相期間ＳＰ（ｎ）において用いるソース高周波電力ＲＦのソース周波数ｆＲＦを互いに異なる複数の周波数にそれぞれ設定する。制御部３７は、複数の周期ＣＹの同一の位相期間ＳＰ（ｎ）において取得された代表値ＲＶ（ｎ）を比較することにより、複数の周波数のうちソース高周波電力ＲＦの反射を最も抑制する周波数を選択する。例えば、制御部３７は、ソース高周波電力ＲＦの反射波のパワーレベルＰｒを最小化する周波数を選択する。制御部３７は、選択した周波数を後の周期ＣＹ内の位相期間ＳＰ（ｎ）のためのソース周波数ｆＲＦとして決定する。
　［ソース周波数ｆＲＦの決定の第２の例]
　図９は、ソース周波数の決定の第２の例に関連するタイミングチャートである。図９に示すように、第２の例において、制御部３７は、周期ＣＹ（ｍ）内の位相期間ＳＰ（ｎ）、即ち位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）におけるソース高周波電力ＲＦのソース周波数ｆＲＦを、代表値ＲＶ（ｎ）の変化に応じて、調整するように構成されている。代表値ＲＶ（ｎ）の変化は、周期ＣＹ（ｍ）の前の二つ以上の周期ＣＹそれぞれにおける対応の位相期間ＳＰ（ｎ）において互いに異なるソース高周波電力ＲＦの周波数を用いることにより特定される。
　周期ＣＹ（ｍ）の前の二つ以上の周期ＣＹは、第１の周期及び第２の周期を含む。図９の例において、第１の周期は、周期ＣＹ（ｍ－Ｑ（２））であり、第２の周期は、第１の周期の後の周期であり、周期ＣＹ（ｍ－Ｑ（１））である。Ｑ（１）は１以上の整数であり、Ｑ（２）は２以上の整数であり、Ｑ（１）＜Ｑ（２）が満たされる。
　制御部３７は、位相期間ＳＰ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）におけるソース高周波電力ＲＦの周波数ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）に、位相期間ＳＰ（ｍ－Ｑ（２），ｎ）におけるソース高周波電力ＲＦの周波数からの一方の周波数シフトを与える。ここで、ｆ（ｍ，ｎ）は、位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）で用いられるソース高周波電力ＲＦの周波数を表す。ｆ（ｍ，ｎ）は、ｆ（ｍ，ｎ）＝ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）＋Δ（ｍ，ｎ）で表される。Δ（ｍ，ｎ）は、周波数シフトの量を表す。一方の周波数シフトは、周波数の減少及び周波数の増加のうち一方である。一方の周波数シフトが周波数の減少であれば、Δ（ｍ，ｎ）は負の値を有する。一方の周波数シフトが周波数の増加であれば、Δ（ｍ，ｎ）は正の値を有する。
　なお、図９において、周期ＣＹ（ｍ－Ｑ（２））における複数の位相期間ＳＰのそれぞれにおけるソース高周波電力ＲＦの周波数は、互いに同一であり、ｆ０であるが、互いに異なっていてもよい。また、図９において、周期ＣＹ（ｍ－Ｑ（１））における複数の位相期間ＳＰのそれぞれにおけるソース高周波電力ＲＦの周波数は、互いに同一であり、周波数ｆ０から減少された周波数に設定されているが、周波数ｆ０から増加されてもよい。
　制御部３７は、周波数シフトによるソース高周波電力ＲＦの反射の度合い（例えば、反射波のパワーレベルＰｒ）の増減を、代表値ＲＶ（ｍ－Ｑ（２），ｎ）と代表値ＲＶ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）との間の変化から特定する。一方の周波数シフトによりソース高周波電力ＲＦの反射の度合いが減少している場合には、制御部３７は、周波数ｆ（ｍ，ｎ）を、周波数ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）に対して一方の周波数シフトを有する周波数に設定する。
　位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）における一方の周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）は、位相期間ＳＰ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）における一方の周波数シフトの量Δ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）と同一であってもよい。即ち、周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）の絶対値は、周波数シフトの量Δ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）と同一であってもよい。或いは、周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）の絶対値は、周波数シフトの量Δ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）よりも大きくてもよい。或いは、周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）の絶対値は、位相期間ＳＰ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）における反射の度合いが大きいほど大きくなるように、設定されてもよい。例えば、周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）の絶対値は、反射の度合いの関数により決定されてもよい。
　一方の周波数シフトによりソース高周波電力ＲＦの反射の度合いが増加する場合が生じ得る。この場合には、制御部３７は、周波数ｆ（ｍ，ｎ）を、周波数ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定してもよい。なお、周期ＣＹ（ｍ）の前の二つ以上の周期の各々の位相期間ＳＰ（ｎ）のソース高周波電力ＲＦの周波数が、その前の周期の位相期間ＳＰ（ｎ）のソース高周波電力ＲＦの周波数に対して一方の周波数シフトを有するように更新されてもよい。この場合において、当該二つ以上の周期の位相期間ＳＰ（ｎ）それぞれのソース高周波電力ＲＦの反射の度合いが増加傾向にある場合には、他方の周波数シフトが、周期ＣＹ（ｍ）の位相期間ＳＰ（ｎ）のソース高周波電力ＲＦの周波数に与えられてもよい。例えば、周期ＣＹ（ｍ）の位相期間ＳＰ（ｎ）のソース高周波電力ＲＦの周波数は、当該二つ以上の周期のうち最も早い周期のソース高周波電力の周波数に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定されてもよい。
　一方の周波数シフトにより位相期間ＳＰ（ｍ，ｎ）のソース高周波電力ＲＦの反射の度合いが位相期間ＳＰ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）のソース高周波電力ＲＦの反射の度合いから増加した場合には、制御部３７は、周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（１））内の位相期間ＳＰ（ｎ）におけるソース高周波電力ＲＦの周波数を中間の周波数に設定してもよい。周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（１））は、周期ＣＹ（ｍ）の後の第３の周期である。位相期間ＳＰ（ｍ＋Ｑ（１），ｎ）において設定され得る中間の周波数は、ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）とｆ（ｍ，ｎ）との間の周波数であり、ｆ（ｍ－Ｑ（１），ｎ）とｆ（ｍ，ｎ）の平均値であってもよい。
　位相期間ＳＰ（ｍ＋Ｑ（１），ｎ）において中間の周波数を用いた場合のソース高周波電力ＲＦの反射の度合い（例えば、反射波のパワーレベルＰｒ）が所定の閾値よりも大きくなる場合が生じ得る。この場合に、制御部３７は、周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（２））内の位相期間ＳＰ（ｎ）におけるソース高周波電力ＲＦの周波数を、中間の周波数に対して他方の周波数シフトを有する周波数に設定してもよい。周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（２））は、周期ＣＹ（ｍ＋Ｑ（２））の後の第４の周期である。閾値は、予め定められている。他方の周波数シフトの量Δ（ｍ＋Ｑ（２），ｎ）の絶対値は、一方の周波数シフトの量Δ（ｍ，ｎ）の絶対値よりも大きい。この場合には、ソース高周波電力ＲＦの反射量をローカルな極小値から減少させることができなくなることを回避することが可能となる。なお、複数の周期ＣＹの各々における複数の位相期間ＳＰのそれぞれのための閾値は、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。
　第２の例においては、周期ＣＹ（Ｍ）の位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）それぞれのために設定されたソース高周波電力ＲＦの周波数は、後続の周期ＣＹ内の位相期間ＳＰ（１）～ＳＰ（Ｎ）それぞれのソース周波数ｆＲＦとして用いられる。
　［ソース周波数ｆＲＦの決定の第３の例]
　第３の例では、周期ＣＹ内の各位相期間ＳＰにおいて、複数の周波数オフセットの各々と基準周波数との加算により決定される周波数が、ソース高周波電力ＲＦのソース周波数ｆＲＦとして用いられる。複数の周波数オフセットの各々は正又は負の値を有する。そして、プラズマに伝達されるソース高周波電力ＲＦのパワーレベルを最大化する各位相期間ＳＰのための周波数オフセットが決定される。なお、プラズマに伝達されるソース高周波電力ＲＦのパワーレベルは、ソース高周波電力ＲＦの進行波のパワーレベルと反射波のパワーレベルの差であり得る。複数の位相期間ＳＰそれぞれのための決定された周波数オフセットはテーブルに格納される。制御部３７は、各周期ＣＹ内の各位相期間ＳＰにおいて、基準周波数とテーブルに格納されている対応の周波数オフセットとの加算により決定される周波数を、ソース高周波電力ＲＦのソース周波数ｆＲＦとして用いる。
　以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
　別の実施形態においては、プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、ＥＣＲプラズマ処理装置、ヘリコン波励起プラズマ処理装置、又は表面波プラズマ処理装置であってもよい。何れのプラズマ処理装置においても、ソース高周波電力ＲＦは、プラズマの生成のために用いられる。
　ここで、本開示に含まれる種々の例示的実施形態を、以下の［Ｅ１］～［Ｅ１４］に記載する。
［Ｅ１］
　チャンバと、
　前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
　前記基板支持部に電気的に結合されており、バイアス周波数を有する電気バイアスエネルギーを発生するように構成されたバイアス電源と、
　高周波電極に電気的に接続されており、前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するためにソース高周波電力を発生するように構成された高周波電源と、
　前記高周波電源と前記高周波電極との間で接続された整合器と、
　前記ソース高周波電力の負荷からの反射波のパワーレベルを測定するように設けられたセンサと、
　前記整合器を制御するように構成された制御部と、
を備え、
　前記制御部は、
　　前記バイアス周波数の逆数の時間長を有する前記電気バイアスエネルギーのバイアス周期内の前記反射波の前記パワーレベルを前記センサから取得し、
　　前記バイアス周期内の前記反射波の前記パワーレベルのピーク値を低下させるよう、前記整合器を制御する、
　ように構成されている、
プラズマ処理装置。
　バイアス周期内では、プラズマシースの厚さが変動するので、高周波電源の負荷のインピーダンスも変動する。したがって、バイアス周期内においてソース高周波電力の反射波のパワーレベルも変動する。その結果、バイアス周期内の反射波のパワーレベルの平均値が低くても、バイアス周期内の反射波のパワーレベルのピーク値が高くなることがある。Ｅ１の実施形態によれば、バイアス周期内の反射波のパワーレベルのピーク値を低下させるように整合器が制御される。したがって、ソース高周波電力の反射波が低減される。
［Ｅ２］
　前記制御部は、前記ピーク値を閾値以下に低下させるよう、前記整合器を制御するように構成されている、Ｅ１に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ３］
　前記制御部は、前記整合器を制御する前に、前記バイアス周期における前記ソース高周波電力の出力パワーレベルを低下させるよう、前記高周波電源を制御するように構成されている、Ｅ１に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ４］
　前記制御部は、前記ピーク値を閾値以下に低下させるよう、前記整合器を制御するように構成されている、Ｅ３に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ５］
　前記制御部は、前記バイアス周期における前記ソース高周波電力の前記出力パワーレベルを減少させて前記ピーク値を前記閾値以下に低下させるよう、前記高周波電源を制御するように構成されている、Ｅ４に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ６］
　前記制御部は、前記整合器を制御した後に、前記高周波電源を制御して、前記バイアス周期内の前記反射波のパワーレベルのピーク値を前記閾値以下に維持するよう、前記バイアス周期における前記ソース高周波電力のパワーレベルを増加させるように構成されている、Ｅ５に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ７］
　前記高周波電源は、前記バイアス周期内の複数の位相期間の各々において前記反射波を低減するように設定されたソース周波数を有する前記ソース高周波電力を発生するように構成されている、Ｅ１～Ｅ６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ８］
　前記整合器は、
　　前記高周波電極と前記高周波電源との間の給電路におけるノードとグランドとの間で接続された第１の可変コンデンサと、
　　前記ノードと前記高周波電極との間で接続された第２の可変コンデンサと、
　を含み、
　前記制御部は、前記第１の可変コンデンサのキャパシタンス及び前記第２の可変コンデンサのキャパシタンスを制御するように構成されている、
Ｅ１～Ｅ７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ９］
　前記電気バイアスエネルギーは、前記バイアス周波数を有するバイアス高周波電力であるか、前記バイアス周波数の逆数である時間間隔で周期的に発生される電圧のパルスである、Ｅ１～Ｅ８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ１０］
　前記高周波電極は、前記基板支持部内に設けられているＥ１～Ｅ９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
［Ｅ１１］
　プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持部に電気的に結合されており、バイアス周波数を有する電気バイアスエネルギーを発生するように構成されたバイアス電源と、
　高周波電極に電気的に接続されており、前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するためにソース高周波電力を発生するように構成された高周波電源と、
　前記高周波電源と前記高周波電極との間で接続された整合器と、
　前記ソース高周波電力の負荷からの反射波のパワーレベルを測定するように設けられたセンサと、
　前記整合器を制御するように構成された制御部と、
を備え、
　前記制御部は、
　　前記バイアス周波数の逆数の時間長を有する前記電気バイアスエネルギーのバイアス周期内の前記反射波の前記パワーレベルを前記センサから取得し、
　　前記バイアス周期内の前記反射波の前記パワーレベルのピーク値を低下させるよう、前記整合器を制御する、
　ように構成されている、
給電システム。
［Ｅ１２］
　プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持部にバイアス電源からバイアス周波数を有する電気バイアスエネルギーを供給する工程と、
　前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電源から高周波電極にソース高周波電力を供給する工程であり、該高周波電源は、整合器を介して前記高周波電極に電気的に接続されている、該工程と、
　前記バイアス周波数の逆数の時間長を有する前記電気バイアスエネルギーのバイアス周期内の前記ソース高周波電力の反射波のパワーレベルを取得する工程と、
　前記バイアス周期内の前記反射波の前記パワーレベルのピーク値を低下させるよう、前記整合器を制御する工程と、
を含む、制御方法。
［Ｅ１３］
　Ｅ１２に記載の制御方法をプラズマ処理装置によって実行させるよう、該プラズマ処理装置のコンピュータによって実行されるプログラム。
［Ｅ１４］
　Ｅ１３に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。
　以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
　１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１１…基板支持部、３０…給電システム、３１…高周波電源、３２…バイアス電源、３３…整合器、３５…センサ、３７…制御部。

Claims (14)

  1. 　チャンバと、
    　前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
    　前記基板支持部に電気的に結合されており、バイアス周波数を有する電気バイアスエネルギーを発生するように構成されたバイアス電源と、
    　高周波電極に電気的に接続されており、前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するためにソース高周波電力を発生するように構成された高周波電源と、
    　前記高周波電源と前記高周波電極との間で接続された整合器と、
    　前記ソース高周波電力の負荷からの反射波のパワーレベルを測定するように設けられたセンサと、
    　前記整合器を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    　前記制御部は、
    　　前記バイアス周波数の逆数の時間長を有する前記電気バイアスエネルギーのバイアス周期内の前記反射波の前記パワーレベルを前記センサから取得し、
    　　前記バイアス周期内の前記反射波の前記パワーレベルのピーク値を低下させるよう、前記整合器を制御する、
    　ように構成されている、
    プラズマ処理装置。
  2. 　前記制御部は、前記ピーク値を閾値以下に低下させるよう、前記整合器を制御するように構成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記制御部は、前記整合器を制御する前に、前記バイアス周期における前記ソース高周波電力の出力パワーレベルを低下させるよう、前記高周波電源を制御するように構成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記制御部は、前記ピーク値を閾値以下に低下させるよう、前記整合器を制御するように構成されている、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記制御部は、前記バイアス周期における前記ソース高周波電力の前記出力パワーレベルを減少させて前記ピーク値を前記閾値以下に低下させるよう、前記高周波電源を制御するように構成されている、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記制御部は、前記整合器を制御した後に、前記高周波電源を制御して、前記バイアス周期内の前記反射波のパワーレベルのピーク値を前記閾値以下に維持するよう、前記バイアス周期における前記ソース高周波電力のパワーレベルを増加させるように構成されている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記高周波電源は、前記バイアス周期内の複数の位相期間の各々において前記反射波を低減するように設定されたソース周波数を有する前記ソース高周波電力を発生するように構成されている、請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記整合器は、
    　　前記高周波電極と前記高周波電源との間の給電路におけるノードとグランドとの間で接続された第１の可変コンデンサと、
    　　前記ノードと前記高周波電極との間で接続された第２の可変コンデンサと、
    　を含み、
    　前記制御部は、前記第１の可変コンデンサのキャパシタンス及び前記第２の可変コンデンサのキャパシタンスを制御するように構成されている、
    請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記電気バイアスエネルギーは、前記バイアス周波数を有するバイアス高周波電力であるか、前記バイアス周波数の逆数である時間間隔で周期的に発生される電圧のパルスである、請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記高周波電極は、前記基板支持部内に設けられている請求項１～６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  11. 　プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持部に電気的に結合されており、バイアス周波数を有する電気バイアスエネルギーを発生するように構成されたバイアス電源と、
    　高周波電極に電気的に接続されており、前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するためにソース高周波電力を発生するように構成された高周波電源と、
    　前記高周波電源と前記高周波電極との間で接続された整合器と、
    　前記ソース高周波電力の負荷からの反射波のパワーレベルを測定するように設けられたセンサと、
    　前記整合器を制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    　前記制御部は、
    　　前記バイアス周波数の逆数の時間長を有する前記電気バイアスエネルギーのバイアス周期内の前記反射波の前記パワーレベルを前記センサから取得し、
    　　前記バイアス周期内の前記反射波の前記パワーレベルのピーク値を低下させるよう、前記整合器を制御する、
    　ように構成されている、
    給電システム。
  12. 　プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持部にバイアス電源からバイアス周波数を有する電気バイアスエネルギーを供給する工程と、
    　前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電源から高周波電極にソース高周波電力を供給する工程であり、該高周波電源は、整合器を介して前記高周波電極に電気的に接続されている、該工程と、
    　前記バイアス周波数の逆数の時間長を有する前記電気バイアスエネルギーのバイアス周期内の前記ソース高周波電力の反射波のパワーレベルを取得する工程と、
    　前記バイアス周期内の前記反射波の前記パワーレベルのピーク値を低下させるよう、前記整合器を制御する工程と、
    を含む、制御方法。
  13. 　請求項１２に記載の制御方法をプラズマ処理装置によって実行させるよう、該プラズマ処理装置のコンピュータによって実行されるプログラム。
  14. 　請求項１３に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。
PCT/JP2022/040215 2021-10-28 2022-10-27 プラズマ処理装置、給電システム、制御方法、プログラム、及び記憶媒体 WO2023074816A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021176154 2021-10-28
JP2021-176154 2021-10-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023074816A1 true WO2023074816A1 (ja) 2023-05-04

Family

ID=86159943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/040215 WO2023074816A1 (ja) 2021-10-28 2022-10-27 プラズマ処理装置、給電システム、制御方法、プログラム、及び記憶媒体

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW202335028A (ja)
WO (1) WO2023074816A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020102443A (ja) * 2018-12-19 2020-07-02 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、インピーダンスの整合方法、及びプラズマ処理方法
JP2021086659A (ja) * 2019-11-25 2021-06-03 株式会社ダイヘン 高周波電源システム
JP2021106354A (ja) * 2019-12-27 2021-07-26 株式会社ダイヘン 高周波電源システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020102443A (ja) * 2018-12-19 2020-07-02 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、インピーダンスの整合方法、及びプラズマ処理方法
JP2021086659A (ja) * 2019-11-25 2021-06-03 株式会社ダイヘン 高周波電源システム
JP2021106354A (ja) * 2019-12-27 2021-07-26 株式会社ダイヘン 高周波電源システム

Also Published As

Publication number Publication date
TW202335028A (zh) 2023-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI822617B (zh) 射頻產生器及用於產生射頻訊號的方法
US20220084787A1 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
CN111029238A (zh) 等离子体处理装置和控制方法
KR20200083330A (ko) 플라즈마 처리 장치 및 제어 방법
JP2021097033A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2020061546A (ja) プラズマ処理装置及び制御方法
JP2024061920A (ja) プラズマ処理装置及びソース高周波電力のソース周波数を制御する方法
WO2022163535A1 (ja) プラズマ処理装置及びソース高周波電力のソース周波数を制御する方法
WO2023074816A1 (ja) プラズマ処理装置、給電システム、制御方法、プログラム、及び記憶媒体
WO2023090256A1 (ja) プラズマ処理装置、電源システム、制御方法、プログラム、及び記憶媒体
WO2024106256A1 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
WO2023127655A1 (ja) プラズマ処理装置、電源システム、制御方法、プログラム、及び記憶媒体
WO2024024681A1 (ja) プラズマ処理装置及びソース高周波電力のソース周波数を制御する方法
WO2024062804A1 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
WO2023132300A1 (ja) プラズマ処理装置、電源システム、制御方法、プログラム、及び記憶媒体
WO2024106257A1 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
WO2024004766A1 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2023001473A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
WO2023223866A1 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
WO2023176558A1 (ja) プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
US20240170257A1 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
WO2024111460A1 (ja) プラズマ処理装置、電源システム、及びソース周波数を制御する方法
WO2024014398A1 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
WO2024004339A1 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2023129234A (ja) プラズマ処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22887141

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1