JP2008244146A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】アノード電極と処理容器との間にインピーダンス調整部を設けたプラズマ処理装置において、異常放電を抑えるためのインピーダンス調整部のインピーダンス調整を容易に適切に行うことができる技術を提供すること。
【解決手段】バイアス用の高周波電源と、インピーダンス調整部と、前記インピーダンス調整部の電圧を測定する電圧測定部と、インピーダンス調整部と電圧測定部との間に介在するバンドパスフィルタと、プラズマ発生時に前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を変化させながら前記電圧測定部により測定された電圧値を取り込み、この電圧値に基づいて、前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算し、この電流の値が最大値またはその近傍になるように前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定する制御部と、を備えるようにプラズマ処理装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波電力により処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより基板に対してエッチング等の処理を施すプラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体に関する。

半導体デバイスや液晶表示装置などのフラットパネルの製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板といった被処理基板にエッチング処理や成膜処理等のプロセス処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等のプラズマ処理装置が用いられる。

プラズマ処理装置としては一般的に平行平板型の容量結合プラズマ処理装置が用いられている。図１１はこの種のプラズマ処理装置における等価回路であり、処理容器１１の壁部は高周波に対してインダクタンス成分となる。従って処理容器１１内にプラズマが発生しているときには上部電極１２及び下部電極１３間は、容量結合されるので、高周波電源１４からの高周波電流の経路は、整合回路１５→下部電極１３→プラズマ→上部電極１２→処理容器１１の壁部→マッチングボックス１６→アースとなる。

ところで処理対象である基板の中で液晶ディスプレイなどのフラットパネル用のガラス基板は益々大型化する傾向にあり、これに伴い処理容器１１が大型化してくると、処理容器１１のインダクタンス成分が大きくなり、このため上部電極１２及び下部電極１３の間の結合が弱くなり、下部電極１３と処理容器１１の壁部との間にプラズマが発生する（図１１にて容量結合として記載してある）おそれが出てくる。このようなプラズマが発生すると処理容器１１内のプラズマは周辺に偏ったものとなり、この結果基板１０に対して面内均一性の高い処理を行うことができなくなることや、また処理容器１１の内壁や内部部品が損傷し、あるいは消耗が進みやすくなるという不具合がある。

そこで本願の出願人は、このような問題を解決するためにインピーダンス調整部を設ける技術を提案している（特許文献１）。図１２は下部電極をカソード電極とした場合において、インダクタ１７ａ及び容量可変コンデンサ１７ｂとを含んだインピーダンス調整部１７を設けたプラズマエッチング装置１を示しており、高周波の経路は、高周波電源１４→導電路１４Ａ→整合回路１５→下部電極１３→プラズマ→上部電極１２→導電路１２Ａ→インピーダンス調整部１７→処理容器１１の壁部→マッチングボックス１６→アースとなる。そして特許文献１では、アノード電極（特許文献１では下部電極）に流れる電流値が最大となるようにインピーダンス調整部１７のインピーダンス値を調整することにより、アノード電極と処理容器との間のインピーダンス値が最大になると捉え、異常放電を抑制している。なお図１２では省略しているが、下部電極１３に高周波バイアスを印加して、プラズマエッチング処理を行う場合もある。

ところで実際の電流値の測定は、図１３に示すように上部電極１２及び容量可変コンデンサ１７ｂとインダクタ１７ａとの間に各々高電圧測定用のプローブ１８ａ，１８ａを接続し、これらプローブ１８ａ，１８ａに専用のソフトウエアがインストールされたコンピュータ１８に接続された広帯域オシロスコープ１８ｂを接続した上で、所定の処理条件を設定してプラズマを形成する。そして装置のオペレータが容量可変コンデンサ１７ｂの静電容量を手動で変化させながら、前記プローブ１８ａ，１８ａ、コンピュータ１８及び広帯域オシロスコープ１８ｂを用いて容量可変コンデンサ１７ｂの各位置において、高周波電源１４の周波数に相当する電圧波形データを測定して、このデータに基づき上部電極１２へ流れる電流［Ｉ−ｔｏｔａｌ］を演算し、また形成されたプラズマを目視し、その目視による放電状態と演算された前記電流値とから容量可変コンデンサ１７ｂの静電容量を決定しており、手間がかかっていた。
特開２００５−３４０７６０号公報：段落００２７〜００３０、００５８、００６１）

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、アノード電極と処理容器との間にインピーダンス調整部を設けたプラズマ処理装置において、異常放電を抑えるためのインピーダンス調整部のインピーダンス調整を容易に適切に行うことができる技術を提供することである。

本発明のプラズマ処理装置は、処理容器内に当該処理容器とは絶縁され、プラズマ発生用の高周波を出力する高周波電源に整合回路を介して接続されたカソード電極と、このカソード電極に対して対向して設けられ、前記処理容器とは絶縁体を介して絶縁されたアノード電極と、を備え、前記カソード電極及びアノード電極のうちの一方の電極上に基板が載置され、高周波電力により処理ガスをプラズマ化してそのプラズマにより基板に対してプラズマ処理がされる平行平板型のプラズマ処理装置において、
プラズマ発生時に、基板が載置される側の電極にプラズマ発生用の高周波の周波数よりも低いバイアス用の高周波を印加するバイアス用の高周波電源と、
その一端側が前記アノード電極に接続されると共に他端側が前記処理容器に接続され、カソード電極からプラズマ、アノード電極及び処理容器の壁部を介して前記整合回路の接地筐体に至るまでのインピーダンス値を制御するためのインピーダンス調整部と、
前記インピーダンス調整部の電圧を測定する電圧測定部と、
前記インピーダンス調整部と電圧測定部との間に介在し、インピーダンス調整部の電圧において、プラズマ発生用の高周波の周波数をｆ１、バイアス用の高周波の周波数をｆ２とすると、ｆ１を通過帯域とし、ｆ１−ｆ２及びｆ１＋ｆ２を減衰帯域とするバンドパスフィルタと、
プラズマ発生時に前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を変化させながら前記電圧測定部により測定された電圧値を取り込み、この電圧値に基づいて、前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算し、この電流の値が最大値またはその近傍になるように前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定する制御部と、を備えたことを特徴とする。

例えば前記インピーダンス調整部は容量可変コンデンサを含み、前記容量可変コンデンサの静電容量を調整するトリマ機構を駆動する駆動機構が設けられ、前記制御部は前記駆動機構を介して容量可変コンデンサの容量値を設定して、インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定するようにしてもよく、また前記制御部は、電圧測定部により測定された電圧値と、前記容量可変コンデンサの静電容量値と、前記容量可変コンデンサ以外のインピーダンス調整部を構成する素子のインピーダンス値と、前記アノード電極を処理容器から絶縁する絶縁体の絶縁容量値と、に基づいて前記アノード電流に流れ込む電流の値を演算するように構成されてもよい。

前記制御部は、例えば前記容量可変コンデンサの静電容量値が順次大きくなるように前記駆動機構を制御し、前記アノード電極に流れ込む電流値が低くなり始めたときに前記駆動機構を停止することで前記容量可変コンデンサの容量値を設定する。また前記インピーダンス調整部は、前記容量可変コンデンサを含む第１の素子部と、コンデンサまたはインダクタからなる第２の素子部との直列回路からなり、前記電圧測定部は、前記第１の素子部の両端電圧または第２の素子部の両端電圧を測定するようにしてもよく、さらに前記インピーダンス調整部は、アノードの電極の面方向に複数設けられており、前記制御部は、１個のインピーダンス調整部の容量可変コンデンサについて容量値を設定するか、または２個以上のインピーダンス調整部の容量可変コンデンサについて容量値を同時に設定するようにしてもよい。また例えばプラズマ処理を行うときの処理条件と、その処理条件において決定された容量可変コンデンサのトリマ位置とが記憶される記憶部が設けられ、前記制御部は基板にプラズマ処理を行う際にはその処理条件に対応するトリマ位置を記憶部から読み出して駆動機構を制御してもよい。

本発明のプラズマ処理方法は、処理容器内に当該処理容器とは絶縁され、プラズマ発生用の高周波を出力する高周波電源に整合回路を介して接続されたカソード電極と、
このカソード電極に対して対向して設けられ、前記処理容器とは絶縁体を介して絶縁されたアノード電極と、
その一端側が前記アノード電極に接続されると共に他端側が前記処理容器に接続され、カソード電極からプラズマ、アノード電極及び処理容器の壁部を介して前記整合回路の接地筐体に至るまでのインピーダンス値を制御するためのインピーダンス調整部と、
を備えたプラズマ処理装置を用いて、処理容器内にて高周波電力により処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマによりカソード電極及びアノード電極の一方に載置された基板に対して処理を行うためのプラズマ処理方法において
前記カソード電極及びアノード電極間にプラズマ発生用の高周波を印加してプラズマを発生させる工程と、
この工程時に、基板が載置されている電極にプラズマ発生用の高周波の周波数よりも低いバイアス用の高周波を印加する工程と、
プラズマ発生用の高周波の周波数をｆ１、バイアス用の高周波の周波数をｆ２とすると、前記インピーダンス調整部と、当該インピーダンス調整部の電圧を測定するための電圧測定部との間に介在するバンドパスフィルタにより、インピーダンス調整部の電圧のうちｆ１の電圧を通過させ、ｆ１−ｆ２以下の周波数成分の電圧及びｆ１＋ｆ２以上の周波数成分の電圧を抑圧する工程と、
プラズマ発生時に制御部によりインピーダンス調整部のインピーダンス値を変化させながら、前記電圧測定部により測定された電圧値を取り込む工程と、
この工程で取り込まれた電圧値に基づいて、前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算する工程と、
この工程で演算された電流の値が最大値またはその近傍になるように前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定する工程と、を含むことを特徴とする。

前記インピーダンス調整部は、駆動機構を介してその静電容量が調整される容量可変コンデンサを備え、前記容量可変コンデンサの容量値が順次大きくなるように前記駆動機構を制御する工程を含み、前記容量可変コンデンサの容量値の設定は、前記アノード電極に流れ込む電流値が低くなり始めたときに前記駆動機構を停止して行うようにしてもよく、また前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算する工程は、電圧測定部により測定された電圧値と、前記容量可変コンデンサの静電容量値と、前記容量可変コンデンサ以外のインピーダンス調整部を構成する素子のインピーダンス値と、前記アノード電極を処理容器から絶縁する絶縁体の絶縁容量値と、に基づいて行われるようにしてもよい。

また本発明の記憶媒体は、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、前記コンピュータプログラムは、上述のプラズマ処理方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。

本発明のプラズマ処理装置によれば、制御部によりインピーダンス調整部のインピーダンス値を変化させながら、インピーダンス調整部の電圧をバンドパスフィルタを介して測定し、その測定電圧を取り込み、インピーダンス調整部の適切なインピーダンス値を設定しているので、自動でインピーダンス値の適正ポイントを取得できると共に、基板側に印加する高周波バイアスに影響されずに、適切なインピーダンス調整を行うことができ、良好なプラズマ処理を実現できる。
また、例えば前記インピーダンス調整部を、前記容量可変コンデンサを含む第１の素子部と、コンデンサまたはインダクタからなる第２の素子部との直列回路により構成し、これら素子部の一方の電圧を測定することにより、インピーダンス調整部と絶縁体との並列回路全体の電圧を測定する場合に比べて、並列共振などの影響で電圧が大きく変動することが避けられるので、より適切なインピーダンス調整を行うことができる。

本発明のプラズマ処理装置を、液晶ディスプレイ用のガラス基板１０をエッチングする装置に適用した実施の形態について図１を参照しながら説明する。このプラズマエッチング装置２は例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の処理容器２０を備えている。この処理容器２０の中央下部には下部電極３１が設けられており、下部電極３１は図示しない搬送手段により処理容器２０内に搬送された基板１０を載置する載置台を兼用している。この下部電極３１の下部には後述するマッチングボックスの開口縁に沿って絶縁体３２が設けられている。この絶縁体３２により下部電極３１は、処理容器２０から電気的に十分浮いた状態になっている。絶縁体３２の下部には支持部３３を介して、処理容器２０の底壁に形成された開口部２１を貫通し、下方に伸びるマッチングボックス３４が設けられている。

マッチングボックス３４の上部及び下部は開口しており、またその内部には整合回路３５が設けられている。前記下部電極３１には導電路３６の一端が接続され、導電路３６の他端は分岐し、その一方は整合回路３５を介してマッチングボックス３４の外に設けられた、プラズマ形成用の１３．５６ＭＨｚの高周波電源３７に接続され、その他方は整合回路３８を介してマッチングボックス３４の外に設けられた、バイアス印加用の３．２ＭＨｚの高周波電源３９に接続されている。またマッチングボックス３４の下部は、分岐した導電路３６と共に同軸ケーブル３Ａ,３Ａを構成する外層部３Ｂ,３Ｂとして伸びており、各外層部３Ｂは接地されている。このようにマッチングボックス３４は整合回路３５,３８の接地筐体として構成されている。

また処理容器２０の側壁には排気路２２が接続され、この排気路２２には真空排気手段２３が接続されている。更に処理容器２０の側壁には、基板１０の搬送口２４を開閉するためのゲートバルブ２５が設けられている。

下部電極３１の上方には、当該下部電極３１と対向するようにガス供給部であるガスシャワーヘッドを兼用する上部電極４１が設けられており、このプラズマエッチング装置２では下部電極３１、上部電極４１は、夫々カソード電極及びアノード電極に相当する。また上部電極４１は、処理容器２０の上側に設けられた開口部２６の開口縁に沿って設けられた絶縁体４２を介して処理容器２０の天井部に接続されており、この絶縁体４２により上部電極４１は処理容器２０から電気的に十分浮いた状態になっている。ガス供給路４３を介して処理ガス供給部４４に接続されると共にガス供給路４３から供給された処理ガスを多数のガス孔４５から処理容器２０内に供給するように構成されている。

処理容器２０上には、開口部２６を覆うように、上側が塞がれたカバー部材４６が設けられており、上部電極４１、カバー部材４６には導電路５１の一端、他端が夫々接続されている。導電路５１には互いに直列に接続された第１の素子部である容量可変コンデンサ５３と第２の素子部であるインダクタ５２とにより構成されるインピーダンス調整部５が介設されており、容量可変コンデンサ５３はカバー部材４６側に、インダクタ５２は上部電極４１側に、夫々設けられている。容量可変コンデンサ５３はトリマ機構を備え、そのトリマ位置を調整することでその静電容量が変化する。容量可変コンデンサ５３とインダクタ５２との接続点とアースとの間には導電路５４、バンドパスフィルタ５６及び電圧測定部５７が接続されている。

ここで前記インピーダンス調整部５にはプラズマ発生用の１３．５６ＭＨｚのバイアス用の３．２ＭＨｚの高周波が流れるため、容量可変コンデンサ５３の電圧（前記接続点の電位）には、１３．５６ＭＨｚの電圧の他に両者の周波数の和である１６．７６（１３．５６＋３．２）ＭＨｚの電圧と両者の周波数の差である１０．３６（１３．５６＋３．２）ＭＨｚの電圧とが現れる。このため、図２に示すようにバンドパスフィルタ５６は１３．５６ＭＨｚを通過帯域とし、１６．７６ＭＨｚ以上及び１０．３６ＭＨｚ以下を減衰帯域とする。つまり１３．５６ＭＨｚに大きなＱ値を有する構成となっている。

電圧測定部５７は容量可変コンデンサ５３の電圧を測定し、その電圧測定値を後述の制御部６に出力するように構成されている。また容量可変コンデンサ５３のトリマ機構は駆動機構であるモータ５８により駆動されるようになっており、制御部６がモータ５８を駆動制御することで、容量可変コンデンサ５３のトリマの位置が操作され、その静電容量が調整される。

図３はプラズマエッチング装置２を模式的に示したものであり、この図も参照しながら説明する。なお図３には便宜上バイアス用の高周波電源３９は記載していない。高周波電源３７がオンになると、高周波電源３７→整合回路３５→下部電極３１→プラズマ→上部電極４１の経路で高周波電流が流れる。上部電極４１に流れた高周波電流は、主にインピーダンス調整部５→処理容器２０の経路で流れるが、一部は絶縁体４２→処理容器２０の経路で流れる。そして処理容器２０に流れた高周波電流は接地筐体であるマッチングボックス３４→同軸ケーブル３Ａの外層部３Ｂ→接地の経路で高周波電流が流れることになるが、背景技術の欄において記載したように、下部電極３１からプラズマを介して処理容器２０の壁部へと異常な経路で高周波電流が流れるおそれがあるため、上部電極４１から処理容器２０の上部に至るまでの経路（リターン経路）のインピーダンス値をインピーダンス調整部５により調整するようにしている。

図３において[Ｃ０]で示している容量は処理容器２０と上部電極４１との間に介在する絶縁体４２の絶縁容量に相当する。また図中[ＩＣ０]は絶縁体４２に流れる電流、[Ｃｓ]は容量可変コンデンサ５３の静電容量、[ＩＣｓ]はインピーダンス調整部５に流れる電流、[ＶＣｓ]は電圧測定部５７により測定される容量可変コンデンサ５３の両端電圧、[Ｉ−ｔｏｔａｌ]は下部電極３１から上部電極４１に流れる電流、[Ｌｓ]はインダクタ５２のインダクタンスを夫々示している。

前記上部電極４１に流れる電流[Ｉ−ｔｏｔａｌ]が最大となるときに上述の下部電極３１→プラズマ→処理容器２０の経路を流れる高周波が最も少なくなるので、後述の処理においては容量可変コンデンサ５３の位置を変更して、その静電容量Ｃｓを変化させることでインピーダンス調整部５のインピーダンス値を変化させ、このように[Ｉ−ｔｏｔａｌ]が最大となる容量可変コンデンサ５３の位置を決定する。

続いて制御部６の構成について図４を参照しながら説明する。制御部６は例えばコンピュータにより構成されており、入力画面（不図示）を備えている。この入力画面は、ガス種、処理容器２０内の圧力、高周波電源３７の電力などの処理条件を任意に入力して設定できるように構成されると共にインピーダンス調整部５の容量可変コンデンサ５３のトリマの位置を決定するインピーダンス設定モードあるいは基板にプラズマエッチング処理を行う基板処理モードを選択できるように構成されている。６１はバスである。またバス６１にはプログラム格納部６２に格納された、後述の作用を実行するためのプログラム６３、上部電極４１に流れる電流［Ｉ−ｔｏｔａｌ］を演算するワークメモリ６４が接続されている。さらにバス６１には容量可変コンデンサ５３のトリマ位置とその静電容量［Ｃｓ］とを対応付けたテーブル６５、前記電流［Ｉ−ｔｏｔａｌ］と容量可変コンデンサ５３のトリマ位置との関係を取得したデータ６６及び処理条件と最適トリマ位置とを対応付けたテーブル６７を記憶するメモリが接続されているが、便宜上図４ではテーブル６５、データ６６及びテーブル６７を図示してある。

プログラム６３は、後述の処理を実行し、［Ｉ−ｔｏｔａｌ］が最大値または最大値付近となる容量可変コンデンサ５３のトリマ位置を決定できるようにステップ群が組まれており、前記プログラム６３は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などにより構成される記憶媒体から制御部６にインストールされ、プログラム格納部６２に格納される。

ワークメモリ６４においては各種の演算が行われ、前記[Ｃ０]及び[Ｌｓ]の値が予め記憶されており、これらの値と電圧測定部５７から出力される[ＶＣｓ]の値と、その[ＶＣｓ]が得られたときの容量可変コンデンサ５３のトリマ位置に対応する[Ｃｓ]の値とから[Ｉ−ｔｏｔａｌ]の値が演算される。

テーブル６５には、予め設定された容量可変コンデンサ５３のトリマの所定の各位置とその各位置における容量可変コンデンサ５３の静電容量[Ｃｓ]の値とが記憶されている。なおトリマ位置とは、詳しくは例えばモータ５８に連結されたエンコーダのパルス数である。データ６６は、容量可変コンデンサ５３の各トリマ位置と、容量可変コンデンサ５３の各トリマ位置において演算された[Ｉ−ｔｏｔａｌ]との関係を示すデータであり、後述するように容量可変コンデンサ５３の各トリマ位置において[Ｉ−ｔｏｔａｌ]が演算されると、その演算結果がトリマ位置に対応付けて記憶される。このデータは実質図４に示されるグラフとして捉えられる。またこのデータ６６、テーブル６５，６７は例えば前記入力画面に表示されるようになっている。テーブル６７は、設定された処理条件とその処理条件において演算された[Ｉ−ｔｏｔａｌ]が最大となる容量可変コンデンサ５３のトリマの最適位置とが書き込まれ、記憶されるようになっている。

以下に容量可変コンデンサ５３のトリマの最適位置が求められる手順について図５に示すフローを参照しながら説明する。
（ステップＳ１）
オペレータが入力画面からガス種、処理容器２０内の圧力、高周波電源３７の電力などの処理条件を入力画面から入力すると、制御部６がテーブル６５から例えばその静電容量[Ｃｓ]が最小となる容量可変コンデンサ５３のトリマ位置を読み出し、モータ５８を介して容量可変コンデンサ５３の[Ｃｓ]が最小となる位置に調整される

（ステップＳ２）
続いて設定したガスが上部電極４１から処理容器２０内に供給されると共に処理容器２０内が真空引きされ、設定した圧力になる。然る後、高周波電源３７がオンになり、設定した電力の高周波が下部電極３１に供給され、下部電極３１と上部電極４１との間にプラズマが形成され、高周波電流が既述のようにインピーダンス調整部５を介して処理容器２０へ流れる。

（ステップＳ３）
電圧測定部５７により容量可変コンデンサ５３を流れる電流の電圧[ＶＣｓ]が測定され、制御部６はその電圧測定値[ＶＣｓ]をワークメモリ６４に書き込むと共にテーブル６５から前記[Ｃｓ]の値を読み出し、これら[ＶＣｓ]及び[Ｃｓ]に基づいてインピーダンス調整部５に流れる電流の値[ＩＣｓ]を演算する。

（ステップＳ４）
然る後、制御部６は演算された[ＩＣｓ]からインピーダンス調整部５が接続された上部電極４１の電位[ＶＣ０]の値を演算し、この[ＶＣ０]と予め入力されている絶縁体４２の絶縁容量[Ｃ０]の値とから、絶縁体４２に流れる電流[ＩＣ０]の値を演算する。

（ステップＳ５）
さらに制御部６は[ＩＣｓ]＋[ＩＣ０]を演算して、[Ｉ−ｔｏｔａｌ]の値を算出し、その算出された[Ｉ−ｔｏｔａｌ]とトリマ位置とを対応付けて記憶する。この工程はデータ６６として示すグラフにプロットすることに相当する。

（ステップＳ６）
プロット終了後、制御部６は、テーブル６５から今の［Ｃｓ］よりも１段大きい［Ｃｓ］の値、この段階では２番目に大きい[Ｃｓ]の値に対応するトリマ位置を読み出し、その位置に容量可変コンデンサ５３をセットする。以降はステップＳ３からステップＳ６が実施される。なお実際には経験などにより予め［Ｃｓ］の概ねの適正値が把握できるため、［Ｃｓ］の最小値よりは大きい［Ｃｓ］に相当するトリマ位置からスタートされるようにしても良い。

（ステップＳ７）
上記ステップＳ３からステップＳ６が繰り返され、テーブル６５に設定された容量可変コンデンサ５３のトリマ位置について順次[Ｉ−ｔｏｔａｌ]が測定され、両者の関係データであるグラフが描かれる。そして新規に演算された[Ｉ−ｔｏｔａｌ]の値が一つ前のタイミングで演算された[Ｉ−ｔｏｔａｌ]の値よりも低くなると、トリマ位置の変更作業はその時点で中止され、その時点のトリマ位置を最適位置として、その最適位置と最初に入力された処理条件とがテーブル６７に記憶され、例えば入力画面にその旨が表示される。

そしてオペレータが先に入力した処理条件とは異なる処理条件を入力画面に入力すると、同様に上記ステップＳ１〜Ｓ７が進行して、テーブル６７にはその処理条件とその処理条件に対応する容量可変コンデンサ５３の最適位置とがさらに記憶される。

続いて基板１０にプラズマエッチング処理を行う手順について説明する。オペレータが入力画面から基板処理モードを選択し、処理条件を設定すると、制御部６はテーブル６７からその処理条件に対応する容量可変コンデンサ５３のトリマの最適位置を読み出し、容量可変コンデンサ５３をその最適位置にセットする。

続いて処理容器２０内に基板１０が搬入され、下部電極３１に載置され、設定した処理条件に対応するように処理容器内が所定の圧力に真空引きされると共に上部電極４１から処理容器２０内にガスが供給される。然る後高周波電源３７,３９がオンになり、設定された電力値で高周波電源３７から処理容器２０内に高周波が導入されて、下部電極３１と上部電極４１との間にプラズマが形成されると共に基板１０にバイアスが印加されて基板１０がエッチング処理される。例えばプラズマが形成されてから所定の時間経過後に高周波電源３７,３９がオフになると共に処理容器２０内へのガスの供給が停止して、エッチング処理が終了し、処理容器２０内が所定の圧力になる。

このプラズマエッチング装置２によれば、上部電極４１と処理容器２０との間に設けられるインピーダンス調整部５に含まれる容量可変コンデンサ５３のトリマ位置を変えながら容量可変コンデンサ５３の電圧を、バンドパスフィルタ５６を介して測定し、その測定電圧に基づいて容量可変コンデンサ５３の適切なトリマ位置を設定しているので、自動でインピーダンス値の適正ポイントを取得できると共に、バイアス用の高周波に影響されずに、適切なインピーダンス調整を行うことができ、このインピーダンス調整に要する手間を抑え、良好なプラズマ処理を実現できる。

また、前記インピーダンス調整部５を、容量可変コンデンサ５３とインダクタ５２とからなる直列回路により構成し、前記容量可変コンデンサ５３の電圧を測定することにより、インピーダンス調整部５と絶縁体４２との並列回路全体の電圧を測定する場合に比べて、並列共振や並列回路のインピーダンス値がゼロになることによる電圧の大きな変動が避けられるので、より適切なインピーダンス調整を行うことができる。

上部電極４１に流れる電流［Ｉ−ｔｏｔａｌ］が最大値を越えて減少していく領域においては異常放電が起こりやすいが、上記の実施形態においては電流［Ｉ−ｔｏｔａｌ］が減少した時点で、その処理条件での静電容量の変更を停止しているので、異常放電による処理容器２０の内壁や内部部品の損傷を防止できる。

また制御部６のテーブル６７に処理条件と、その処理条件に対応する容量可変コンデンサのトリマ位置とが記憶され、基板のプラズマ処理時にはそのトリマ位置が自動で読み出され、当該位置に容量可変コンデンサ５３がセットされて処理が行われるため、オペレータの手間を省くことができる。

図６は、インピーダンス調整部５の変形例であるインピーダンス調整部８を示したものであり、このインピーダンス調整部８においてはインダクタ５２と容量可変コンデンサ５３とが逆に設けられている。そして電圧測定部５７はインダクタ５２の電圧[ＶＣｃ]を測定し、上記演算において［ＶＣｓ］の代わりに［ＶＣｃ］を用いて［Ｉ−ｔｏｔａｌ］が演算されるようになっている。ここでインダクタ５２は特許請求の範囲でいう第２の素子部に相当するが、インダクタというパーツを設けない場合でも、インピーダンス調整部５を接続銅板を介して処理容器に取り付ける場合には、この接続銅板がインダクタをなす第２の素子部に相当することになる。

またインピーダンス調整部５は複数設けられていてもよい。この場合、各インピーダンス調整部５の容量可変コンデンサ５３の静電容量［Ｃｓ］が同時に同じ値になるように動かしながら、そのうちの一つの可変容量コンデンサの電圧を先の実施形態と同様に測定し、同様にその測定値に基づいて最適なトリマ位置を求めるようにしてもよい。あるいは１個の容量可変コンデンサ５３の［Ｃｓ］だけを調整し、それ以外の［Ｃｓ］は固定しておき、当該１個の容量可変コンデンサ５３の電圧に基づいて、同様に最適なトリマ位置を設定するようにしてもよい。
また各高周波電源３７,３９とインピーダンス調整部５とは上下逆に設けられていてもよく、つまり処理容器２０と下部電極３１との間にインピーダンス調整部５が設けられ、上部電極４１に高周波電源３７,３９が接続されてもよい。

（評価試験１−１）
評価試験１−１として、先ず上述のプラズマエッチング装置２を用いて、[Ｉ−ｔｏｔａｌ]と容量可変コンデンサ５３のトリマ位置との関係を調べ、容量可変コンデンサ５３のトリマの最適位置を検出した。上部電極４１から処理容器２０内に供給する処理ガスとしてはＣｌ_２／ＳＦ_６を用いた。ただしこの評価試験１で用いたプラズマエッチング装置２にはバンドパスフィルタ５６を設けておらず、また高周波電源３９からのバイアス用の高周波を印加していない。なお図７（ａ）は予め測定した、容量可変コンデンサ５３のトリマ位置を変更したときの各位置におけるインピーダンス調整部５のインピーダンス値を示している。

（評価試験１−２）
また評価試験１−２として背景技術の欄で示したプラズマエッチング装置１及びプローブ１８ａ、オシロスコープ１８ｂ及びコンピュータ１８を用いた従来の方法で、[Ｉ−ｔｏｔａｌ]と容量可変コンデンサのトリマ位置との関係を調べると共に形成されたプラズマの状態を目視で確認した。各処理条件は評価試験１−１と同様に設定しており、この評価試験１−２でもバイアス用の高周波は印加していない。

図７（ｂ）のグラフは評価試験１−１の結果を、図７（ｃ）のグラフは評価試験１−２の結果を夫々示しており、また下記の表１は評価試験１−２において容量可変コンデンサの各位置と目視により確認されたプラズマの状態との関係を示している。図７（ｂ）のグラフからプラズマエッチング装置２において容量可変コンデンサ５３のトリマ位置が７０％付近のときに最も[Ｉ−ｔｏｔａｌ]が高くなったことが分かる。また図７（ｃ）のグラフから、従来の方法においてもトリマ位置が７０％付近のときに最も[Ｉ−ｔｏｔａｌ]が高くなっていることが分かり、そして表１に示したようにプラズマの状態は７０％のときに最も良好であった。このことからプラズマエッチング装置２において、容量可変コンデンサ５３のトリマの最適位置は適切に検出されていることが確認され、本発明によってインピーダンス調整部５のインピーダンス値を最適に設定できることが裏付けられた。

（評価試験２−１）
続いて処理容器２０内に供給するガスをＣｌ_２／ＳＦ_６からＯ_２ガスに変更した他は評価試験１−１と同様にプラズマエッチング装置２を用いて容量可変コンデンサ５３の各トリマ位置における［Ｉ−ｔｏｔａｌ］を測定した。なお各位置におけるインピーダンス調整部５のインピーダンス値は評価試験１−１と同様である。

（評価試験２−２）
また評価試験２−２として評価試験１−２と同様に従来の方法で、[Ｉ−ｔｏｔａｌ]と容量可変コンデンサのトリマ位置との関係を調べると共に形成されたプラズマの状態を目視で確認した。各処理条件は評価試験２−１と同様に設定した。

図８（ａ）のグラフは評価試験２−１の結果を、図８（ｂ）のグラフは評価試験２−２の結果を夫々示しており、また下記の表２は評価試験２−２において容量可変コンデンサ５３の各位置と目視により確認されたプラズマの状態との関係を示している。図８（ａ）のグラフからトリマ位置が０％及び９０％であるときにピークが観察された。また図８（ｂ）のグラフから、従来の方法においてはトリマ位置が９０％付近のときに最も[Ｉ−ｔｏｔａｌ]が高くなっていることが分かり、そして表２に示したようにプラズマの状態は９０％のときに最も良好であった。図８（ａ）のグラフにてトリマ位置が０％においてもピークが観察されたのは、プラズマ形成用の高周波の１３．５６ＭＨｚの成分のみならず、その高調波である２７．１２ＭＨｚの周波数成分の電圧も測定されたからである。従ってこの実験から、上述の実施形態で説明したようにバンドパスフィルタを設けて、高調波等の影響を除くことが[Ｉ−ｔｏｔａｌ]のピークの誤検出を防ぐ上で有効であることが分かる。

（評価試験３）
評価試験３としてプラズマエッチング装置２を用いて、評価試験１−１と同様の手順で、容量可変コンデンサのトリマ位置を変化させたときの［Ｉ−ｔｏｔａｌ］を算出した。この評価試験３ではバイアス用の高周波を印加しているが、評価試験１−１と同様にバンドパスフィルタ５６は設けていない。ガスはＣｌ_２／ＳＦ_６ガスを使用しており、各トリマ位置におけるインピーダンス調整部５のインピーダンス値は評価試験１−１と同様である。また上述の従来の測定方法によっても各トリマ位置の［Ｉ−ｔｏｔａｌ］を測定すると共に目視によるプラズマの状態を確認した。この従来の測定方法においてもバイアス用の高周波を印加した。

図９のグラフは評価試験３の結果を示したものであり、このグラフに示されるように［Ｉ−ｔｏｔａｌ］のピークは複数出現している。従来の測定方法による［Ｉ−ｔｏｔａｌ］のピークはトリマ位置が７０％のときに示され、この位置のときに目視によるプラズマの状態も最良であった。従って高周波を重畳すると［Ｉ−ｔｏｔａｌ］のピークを誤検出してしまうことが分かる。

（評価試験４）
評価試験４としてプラズマエッチング装置２において、容量可変コンデンサのトリマ位置を変化させたときの各周波数成分の電圧を調べた。この評価試験４においてもバイアス用の高周波を下部電極３１に印加したが、エッチング装置２にはバンドパスフィルタ７３を設けていない。図１０（ａ）〜（ｃ）はこのときの結果を示したグラフである。このグラフによれば下部電極３１に印加する高周波を重畳すると、可変容量コンデンサ５３のトリマ位置によってはプラズマ形成用の高周波の１３．５６ＭＨｚの成分のみならず、１３．５６＋３．２＝１６．７６ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚ＋２×３．２＝１９．９６ＭＨｚ成分の電圧が大きくなる。そして電圧測定部の出力値が不安定となり、正確な［Ｉ−ｔｏｔａｌ］が演算できず、この［Ｉ−ｔｏｔａｌ］が最大または最大付近となるトリマ位置を検出できないおそれがある。評価試験３及び評価試験４の結果から上述の実施形態で示したようにバンドパスフィルタを設けることが有効であることが分かる。

本発明の実施形態であるプラズマエッチング装置の縦断側面図である。 前記エッチング装置に設けられたバンドパスフィルタの帯域特性を示したグラフである。 前記プラズマエッチング装置において放電が行われた状態を示す模式図である。 プラズマエッチング装置に設けられた制御部を示す構成図である。 前記プラズマエッチング装置において、容量可変コンデンサのトリマの最適位置を決定する工程を示したフローチャートである。 プラズマエッチング装置に設けられた他のインピーダンス調整部を示した構成図である。 評価試験の結果を示すグラフである。 評価試験の結果を示すグラフである。 評価試験の結果を示すグラフである。 評価試験の結果を示すグラフである。 従来のプラズマエッチング装置の等価回路を示した図である。 従来のプラズマエッチング装置の構成を示す縦断側面図である。 前記プラズマエッチング装置を用いてインピーダンスを設定する様子を示した模式図である。

符号の説明

２ プラズマエッチング装置
２０ 処理容器
３１ 下部電極
３５，３８ 整合回路
３７，３９ 高周波電源
４１ 上部電極
５ インピーダンス調整部
５３ 容量可変コンデンサ
５６ バンドパスフィルタ
５７ 電圧測定部
６ 制御部
６３ プログラム

Claims (11)

1. 処理容器内に当該処理容器とは絶縁され、プラズマ発生用の高周波を出力する高周波電源に整合回路を介して接続されたカソード電極と、このカソード電極に対して対向して設けられ、前記処理容器とは絶縁体を介して絶縁されたアノード電極と、を備え、前記カソード電極及びアノード電極のうちの一方の電極上に基板が載置され、高周波電力により処理ガスをプラズマ化してそのプラズマにより基板に対してプラズマ処理がされる平行平板型のプラズマ処理装置において、
   プラズマ発生時に、基板が載置される側の電極にプラズマ発生用の高周波の周波数よりも低いバイアス用の高周波を印加するバイアス用の高周波電源と、
   その一端側が前記アノード電極に接続されると共に他端側が前記処理容器に接続され、カソード電極からプラズマ、アノード電極及び処理容器の壁部を介して前記整合回路の接地筐体に至るまでのインピーダンス値を制御するためのインピーダンス調整部と、
   前記インピーダンス調整部の電圧を測定する電圧測定部と、
   前記インピーダンス調整部と電圧測定部との間に介在し、インピーダンス調整部の電圧において、プラズマ発生用の高周波の周波数をｆ１、バイアス用の高周波の周波数をｆ２とすると、ｆ１を通過帯域とし、ｆ１−ｆ２及びｆ１＋ｆ２を減衰帯域とするバンドパスフィルタと、
   プラズマ発生時に前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を変化させながら前記電圧測定部により測定された電圧値を取り込み、この電圧値に基づいて、前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算し、この電流の値が最大値またはその近傍になるように前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定する制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記インピーダンス調整部は容量可変コンデンサを含み、
   前記容量可変コンデンサの静電容量を調整するトリマ機構を駆動する駆動機構が設けられ、前記制御部は前記駆動機構を介して容量可変コンデンサの容量値を設定して、インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記制御部は、電圧測定部により測定された電圧値と、前記容量可変コンデンサの静電容量値と、前記容量可変コンデンサ以外のインピーダンス調整部を構成する素子のインピーダンス値と、前記アノード電極を処理容器から絶縁する絶縁体の絶縁容量値と、に基づいて前記アノード電流に流れ込む電流の値を演算することを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記制御部は、前記容量可変コンデンサの静電容量値が順次大きくなるように前記駆動機構を制御し、前記アノード電極に流れ込む電流値が低くなり始めたときに前記駆動機構を停止することで前記容量可変コンデンサの容量値を設定することを特徴とする請求項２ないし３のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記インピーダンス調整部は、前記容量可変コンデンサを含む第１の素子部と、コンデンサまたはインダクタからなる第２の素子部との直列回路からなり、前記電圧測定部は、前記第１の素子部の両端電圧または第２の素子部の両端電圧を測定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記インピーダンス調整部は、アノードの電極の面方向に複数設けられており、
   前記制御部は、１個のインピーダンス調整部の容量可変コンデンサについて容量値を設定するか、または２個以上のインピーダンス調整部の容量可変コンデンサについて容量値を同時に設定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
7. プラズマ処理を行うときの処理条件と、その処理条件において決定された容量可変コンデンサのトリマ位置とが記憶される記憶部が設けられ、前記制御部は基板にプラズマ処理を行う際にはその処理条件に対応するトリマ位置を記憶部から読み出して駆動機構を制御することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
8. 処理容器内に当該処理容器とは絶縁され、プラズマ発生用の高周波を出力する高周波電源に整合回路を介して接続されたカソード電極と、
   このカソード電極に対して対向して設けられ、前記処理容器とは絶縁体を介して絶縁されたアノード電極と、
   その一端側が前記アノード電極に接続されると共に他端側が前記処理容器に接続され、カソード電極からプラズマ、アノード電極及び処理容器の壁部を介して前記整合回路の接地筐体に至るまでのインピーダンス値を制御するためのインピーダンス調整部と、
   を備えたプラズマ処理装置を用いて、処理容器内にて高周波電力により処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマによりカソード電極及びアノード電極の一方に載置された基板に対して処理を行うためのプラズマ処理方法において
   前記カソード電極及びアノード電極間にプラズマ発生用の高周波を印加してプラズマを発生させる工程と、
   この工程時に、基板が載置されている電極にプラズマ発生用の高周波の周波数よりも低いバイアス用の高周波を印加する工程と、
   プラズマ発生用の高周波の周波数をｆ１、バイアス用の高周波の周波数をｆ２とすると、前記インピーダンス調整部と、当該インピーダンス調整部の電圧を測定するための電圧測定部との間に介在するバンドパスフィルタにより、インピーダンス調整部の電圧のうちｆ１の電圧を通過させ、ｆ１−ｆ２以下の周波数成分の電圧及びｆ１＋ｆ２以上の周波数成分の電圧を抑圧する工程と、
   プラズマ発生時に制御部によりインピーダンス調整部のインピーダンス値を変化させながら、前記電圧測定部により測定された電圧値を取り込む工程と、
   この工程で取り込まれた電圧値に基づいて、前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算する工程と、
   この工程で演算された電流の値が最大値またはその近傍になるように前記インピーダンス調整部のインピーダンス値を設定する工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
9. 前記インピーダンス調整部は、駆動機構を介してその静電容量が調整される容量可変コンデンサを備え、
   前記容量可変コンデンサの容量値が順次大きくなるように前記駆動機構を制御する工程を含み、
   前記容量可変コンデンサの容量値の設定は、前記アノード電極に流れ込む電流値が低くなり始めたときに前記駆動機構を停止して行うことを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
10. 前記アノード電極に流れ込む電流の値を演算する工程は、電圧測定部により測定された電圧値と、前記容量可変コンデンサの静電容量値と、前記容量可変コンデンサ以外のインピーダンス調整部を構成する素子のインピーダンス値と、前記アノード電極を処理容器から絶縁する絶縁体の絶縁容量値と、に基づいて行われることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理方法。
11. 基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項８ないし１０のいずれか一に記載のプラズマ処理方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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