JP2010238730A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマに投入するＲＦパワーを広範囲に変えても（特に低パワー領域を選択したときでも）、あるいはプラズマのインピーダンスが大きく変動しても、整合器のマッチング動作を安定かつスムースに行い、プラズマプロセスの安定性・再現性を向上させる。
【解決手段】容量結合型プラズマエッチング装置において、チャンバ１０内で半導体ウエハＷを載置するサセプタ１２には、高周波電源２８がマッチングユニット３０および給電棒３２を介して電気的に接続されている。給電棒３２の途中で、あるいはマッチングユニット３０内の整合器の後段で、ＲＦパワー分岐吸収部４４にＲＦパワーの一部を分岐させ吸収させることより、整合器から見える見掛け上の負荷インピーダンスの変動を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波を利用して被処理基板にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理技術に係り、特に処理容器内で生成されるプラズマに対して高周波電源からの高周波をインピーダンス整合状態で供給する高周波給電部の改善に関する。

半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスには、プラズマを利用してエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理を行うプラズマ処理装置が多く使われている。概して、プラズマ処理装置は、真空チャンバ（処理容器）の中または外に高周波電極を設けて高周波給電部より該高周波電極に高周波を印加する。高周波給電部には、高周波を出力する電源だけでなく、高周波電源のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合（マッチング）をとるための整合器も備え付けられる。高周波電源は通常５０Ωの純抵抗出力になるように設計されるため、整合器も含めた負荷側のインピーダンスが５０Ωになるように、整合器内のインピーダンスが設定ないし調節される（たとえば特許文献１参照）。

一般に、この種の整合器は、１個または複数個の可変コンデンサまたは可変インダクタンスコイル等の可変リアクタンス素子を含み、ステップモータ等により可変範囲内の各ステップ位置またはポジションを選択することで整合器内のインピーダンスひいては負荷インピーダンスを可変調整できるように構成されている。そして、プラズマ処理中には、圧力変動などによってプラズマのインピーダンスが変わると、それら可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変調整して自動的に負荷インピーダンスを補正して整合ポイント（５０Ω）に合わせるようになっている。このオートマッチングを行うため、負荷インピーダンスを測定する回路や、負荷インピーダンスの測定値を整合ポイント（５０Ω）に一致させるようにステップモータを通じて各可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変制御するコントローラ等が用いられる。

特開平１１−６１４５６号公報

高周波励起型のプラズマ処理装置において、ＲＦパワーは、プラズマプロセスの主要なパラメータの一つであり、プロセスの種類・内容あるいは他の条件に応じて広範囲に選択される。特に、プラズマエッチングは、被エッチング材の材質によってＲＦパワーの投入量が大きく異なり、数１０Ｗ程度のＲＦパワーを設定するレシピから数ｋＷ程度のＲＦパワーを設定するレシピまで、一台のプラズマエッチング装置でこなすようになってきている。

しかしながら、プラズマ処理装置に使用される通常の高周波電源は、ＲＦ出力特性のダイナミックレンジに限度があり、数ｋＷの定格出力で数１０Ｗ程度の低パワーを精度良く出力するのは難しく、ばらつきを生じやすい。一方で、そのような数１０Ｗ程度の低パワーで着火ないし生成されるプラズマは、概して安定性がよくなく、プラズマのインピーダンスが高く、しかも大きく変動しやすいという性質がある。このため、整合器がスムースに追従できなくなって、高周波電源にパワーを反射させることや、ハンチングを起こして長時間マッチング・ポイントが決まらないといったことが問題となっている。

本発明は、従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、高周波電源から処理容器内のプラズマへ高周波を供給するためのインピーダンス整合機能を有する高周波給電部において、プラズマに投入するＲＦパワーを広範囲に変えても（特に低パワー領域を選択したときでも）、あるいはプラズマのインピーダンスが大きく変動しても、整合器のマッチング動作を安定かつスムースに行い、プラズマプロセスの安定性・再現性を向上させるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、所望のプラズマプロセスが行われる処理容器の中または外に設けられた高周波電極に高周波電源より整合器を介して所定周波数の高周波を印加し、前記整合器により前記高周波電源とその負荷との間でインピーダンスの整合をとるプラズマ処理装置であって、前記整合器より出力される前記高周波の電力の一部を前記高周波電極の前段で分岐させて吸収するＲＦパワー分岐吸収部を有する。

上記の構成においては、所望のプラズマプロセスを行うために、特にプラズマに投入すべきＲＦパワーが小さいときは、ＲＦパワー分岐吸収部を働かせ、高周波電極の前段でＲＦパワーの一部を分岐させ吸収させる。これにより、整合器から見える見掛け上の負荷インピーダンスの変動幅が大幅に低減し、整合器はハンチングを起こさずにマッチング動作を安定かつスムースに行うことができる。また、ＲＦパワーの反射が少ないので、高周波電源のＲＦ出力動作も安定化する。

さらに、高周波電源は、プラズマへ投入する分とＲＦパワー分岐吸収部に吸収させる分とを足し合わせたＲＦパワーを出力する。このことにより、高周波電源の低パワー領域におけるＲＦ出力特性のばらつきを補償することが可能であり、ひいてはプラズマ投入ＲＦパワーの装置機差を低減し、プロセスの再現性を向上させることができる。

本発明の好適な一態様においては、ＲＦパワー分岐吸収部が、整合器の出力端子と接地部材との間に電気的に直列に接続されるコンデンサおよび抵抗器を有する。ここで、コンデンサは、高周波給電ラインからＲＦパワーを引き込むのに寄与し、高周波電極とその周囲の接地部材との間に存在する浮遊容量よりも大きなキャパシタンス（好ましくは２００ｐＦ〜１０００ｐＦ）を有してよい。抵抗器はプラズマ投入ＲＦパワーの安定化に寄与し、好ましくは０．１Ω〜１０Ωの抵抗値を有してよい。

別の好適な一態様においては、ＲＦパワー分岐吸収部が、整合器の出力端子と接地部材との間でコンデンサおよび抵抗器と電気的に直列に接続されるスイッチを有し、プラズマプロセスのレシピに応じてスイッチの開閉状態を制御する。プロセスの種類・内容あるいは他の条件に応じてプラズマ投入ＲＦパワーが広範囲に選択される場合は、スイッチによりＲＦパワー分岐吸収部の使用／不使用を任意に切り換えてよい。

別の好適な一態様においては、一端が高周波電極の背面に結合され、他端が整合器の出力端子に電気的に接続される高周波給電棒と、この高周波給電棒の周りを取り囲む電気的に接地された筒状の外導体とが備えられ、ＲＦパワー分岐吸収部が高周波給電棒と外導体との間に設けられる。

この場合、ＲＦパワー分岐吸収部の好ましい一形態として、抵抗器が、高周波給電棒と一定のギャップ空間を隔てて外導体の内壁に結合され、もしくは外導体と一定のギャップ空間を隔てて高周波給電棒の外周面に結合されるリング形の抵抗体からなり、コンデンサが該ギャップ空間を埋めるリング形の誘電体を有する。リング形誘電体は、該ギャップ空間に挿抜可能に挿入されてよく、ギャップ空間を埋める第１の位置（オン位置）と、ギャップ空間から抜け出て退避する第２の位置（オフ位置）との間で移動可能に構成されてよい。

ＲＦパワー分岐吸収部において、抵抗器を可変抵抗器で構成し、あるいはコンデンサを可変コンデンサで構成することも可能である。この場合、プラズマプロセスのレシピに応じて、あるいはＲＦパワーまたはプラズマインピーダンス等の測定値情報に基づいて、可変抵抗器の抵抗値あるいは可変コンデンサのキャパシタンスを可変してよい。

さらには、ＲＦパワー分岐吸収部が、整合器の出力端子と接地部材との間で電気的に互いに並列に接続される複数の抵抗と、それら複数の抵抗とそれぞれ直列に接続される複数の選択用スイッチとを有し、プラズマプロセスのレシピに応じてそれら複数の選択用スイッチのそれぞれの開閉状態を制御する構成も好適に採ることができる。

あるいは、ＲＦパワー分岐吸収部が、整合器の出力端子と接地部材との間で電気的に互いに並列に接続される複数のコンデンサと、それら複数のコンデンサとそれぞれ直列に接続される複数の選択用スイッチとを有し、プラズマプロセスのレシピに応じてそれら複数の選択用スイッチのそれぞれの開閉状態を制御するも好適に採ることができる。

また、好適な一態様においては、処理容器内に高周波電極と平行に向き合う対向電極が設けられ、高周波電極と対向電極との間で高周波放電により処理ガスのプラズマを生成するために、高周波電源からの高周波が整合器を介して高周波電極に印加される構成が採られる。

別の好適な一態様においては、高周波電極上に被処理基板が載置され、処理容器内で生成される処理ガスのプラズマから基板へのイオンの引き込みを制御するために、高周波電源からの高周波が整合器を介して高周波電極に印加される構成が採られる。

本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、高周波電源から処理容器内のプラズマへ高周波を供給するためのインピーダンス整合機能を有する高周波給電部において、プラズマに投入するＲＦパワーを広範囲に変えても（特に低パワー領域を選択したときでも）、あるいはプラズマのインピーダンスが大きく変動しても、整合器のマッチング動作を安定かつスムースに行い、プラズマプロセスの安定性・再現性を向上させることができる。

本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。 図１のプラズマ処理装置の高周波給電部に組み込まれるＲＦパワー分岐吸収部の一実施例を模式的に示す断面図である。 実施形態における高周波給電部の等価回路を示す回路図である。 プラズマ・シース容量を一定の範囲で変化させたときのチャンバ内負荷インピーダンスおよび合成負荷インピーダンスのリアクタンスの変化を示す図である。 プラズマ・シース容量を一定の範囲で変化させたときのチャンバ内負荷インピーダンスおよび合成負荷インピーダンスのレジスタンスの変化を示す図である。 高周波電源におけるＲＦ出力特性のばらつきの一例を示す図である。 従来型の装置構成で２つの高周波電源を個別に用いた場合のそれぞれのプラズマ投入パワーを対比して示す図である。 実施形態の装置構成で２つの高周波電源を個別に用いた場合のそれぞれのプラズマ投入パワーを対比して示す図である。 ＲＦパワー分岐吸収部のコンデンサ容量に対するパワー吸収率の特性を示す図である。 第２の実施例によるＲＦパワー分岐吸収部を含む高周波給電部の回路構成を示す回路図である。 第３の実施例によるＲＦパワー分岐吸収部を含む高周波給電部の回路構成を示す回路図である。 第４の実施例におけるＲＦパワー分岐吸収部の回路構成を示す回路図である。 第４の実施例の一変形例によるＲＦパワー分岐吸収部の回路構成を示す回路図である。 第５の実施例による下部２周波印加方式のプラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。 第５の実施例によるＲＦパワー分岐吸収部を備える高周波給電部の要部の構成を示すブロック図である。 第６の実施例において高周波給電部にＲＦパワー分岐吸収部と直列挿入型の短絡スイッチ付き抵抗器とを備える構成を模式的に示す断面図である。 第６の実施例における高周波給電部の等価回路を示す回路図である。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、カソードカップルの容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が下部電極として水平に設置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部１４により非接地で支持されている。この筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の底に排気口２０が設けられている。この排気口２０には排気管２２を介して排気装置２４が接続されている。排気装置２４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２６が取り付けられている。

サセプタ１２には、高周波電源２８がマッチングユニット３０および給電棒３２を介して電気的に接続されている。給電棒３２は、その周りを電気的に接地された円筒形の導体カバーまたは外導体３３で囲まれている。高周波電源２８は、チャンバ１０内で高周波放電による処理ガスのプラズマを生成するのに適した所定周波数たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波をプロセスに応じて所望のＲＦパワー（たとえば０Ｗ〜３ｋＷの可変範囲）で出力する。マッチングユニット３０には、高周波電源２８の内部インピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器３４（図３、図５）が収容されている。

給電棒３２の途中には、整合器３４より出力される高周波のパワーの一部をサセプタ１２の前段で分岐させて吸収するＲＦパワー分岐吸収部４４が設けられている。このＲＦパワー分岐吸収部４４の構成および作用は後述する。

サセプタ１２は半導体ウエハＷよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ１２の主面つまり上面は、半径方向で、ウエハＷと略同形状（円形）かつ略同サイズの中心領域つまりウエハ載置部と、このウエハ載置部の外側に延在する環状の周辺部とに区画されており、ウエハ載置部の上には処理対象の半導体ウエハＷが載置され、環状周辺部の上に半導体ウエハＷの口径よりも僅かに大きな内径を有するフォーカスリング３６が取り付けられる。このフォーカスリング３６は、半導体ウエハＷの被エッチング材に応じて、たとえばＳi，ＳiＣ，Ｃ，ＳiＯ2の中のいずれかの材質で構成されている。

サセプタ１２上面のウエハ載置部には、ウエハ吸着用の静電チャック３８が設けられている。この静電チャック３８は、膜状または板状の誘電体３８ａの中にシート状またはメッシュ状のＤＣ電極３８ｂを封入しており、サセプタ１２の上面に一体形成または一体固着されている。ＤＣ電極３８ｂは、チャンバ１０の外に配置される直流電源４０に配線およびスイッチ４２を介して電気的に接続されている。直流電源４０からの高圧の直流電圧がＤＣ電極３８ｂに印加されることにより、クーロン力で半導体ウエハＷを静電チャック３８上に吸着保持できるようになっている。

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室４６が設けられている。この冷媒室４６には、チラーユニット（図示せず）より配管４８，５０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。そして、サセプタ１２を通じて半導体ウエハＷの温度を制御するために、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱用のガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５２およびサセプタ１２内部のガス通路５４を介して静電チャック３８と半導体ウエハＷとの間に供給される。

チャンバ１０の天井には、サセプタ１２と平行に向かい合って平行平板の上部電極を兼ねるシャワーヘッド５６がチャンバ１０に直付け（アノード接地）で設けられている。このシャワーヘッド５６は、サセプタ１２と向かい合う電極板５８と、この電極板５８をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体６０とを有し、電極支持体６０の内部にガス室６２を設け、このガス室６２からサセプタ１２側に貫通する多数のガス吐出孔６４を電極支持体６０および電極板５８に形成している。電極板５８とサセプタ１２とに挟まれた空間がプラズマ生成空間ないし処理空間となる。ガス室６２の上部に設けられるガス導入口６２ａには、処理ガス供給部６５からのガス供給管６６が接続されている。電極板５８はたとえばＳi、ＳiＣあるいはＣからなり、電極支持体６０はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。

制御部６８は、たとえばマイクロコンピュータからなり、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２４、高周波電源２８、マッチングユニット３０、静電チャック３８用のスイッチ４２、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）および処理ガス供給部６５等の個々の動作及び装置全体の動作（シーケンス）を制御する。

このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２６を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３８の上に載置する。そして、処理ガス供給部６５よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２４によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源２８をオンにして高周波（１３．５６ＭＨｚ）を所定のＲＦパワーで出力させ、この高周波をマッチングユニット３０内の整合器３４，給電棒３２を介してサセプタ１２に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック３８と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、スイッチ４２をオンにして静電チャック３８の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。シャワーヘッド５６より吐出されたエッチングガスは両電極１２，５６間で高周波放電してプラズマ化し、このプラズマＰＲで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷ表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。

このプラズマエッチングにおいてプラズマＰＲに投入されるＲＦパワーは、プロセスの種類・内容に応じて異なり、特に被エッチング膜の材質によって大きく異なる。たとえば、ＳiＯ₂のような硬い膜のエッチングでは通常数ｋＷの高いＲＦパワーが投入されるのに対して、ポリシリコンや銅等の軟らかい膜のエッチングで投入されるＲＦパワーは格段に低くて数１０Ｗ以下のときもある。この実施形態のプラズマ処理装置は、ＲＦパワーが広範囲で異なる多種多様なプラズマプロセスに一台で対応できるようになっている。

次に、このプラズマエッチング装置における主要な特徴部分である高周波給電部の構成および作用を説明する。

図２に、このプラズマエッチング装置の高周波給電部において給電棒３２に取り付けられるＲＦパワー分岐吸収部４４の一実施例を示す。

このＲＦパワー分岐吸収部４４は、給電棒３２と一定のギャップ空間Ｇを隔てて外導体３３の内壁に結合または接続されるリング形の抵抗体７０と、該ギャップ空間Ｇに挿抜可能に挿入されるスイッチ兼用のリング形誘電体７２とを有している。

リング形抵抗体７０は、好ましくは、温度特性または温度係数に優れ、かつインダクタンス成分の小さい高周波用の固定抵抗体（たとえばセラミック焼結体含有の固定抵抗器）からなり、後述する理由からその抵抗値は０．１Ω〜１０Ωの範囲内に選ばれている。スイッチ兼用のリング形誘電体７２は、たとえばテフロン（登録商標）またはセラミックスからなり、給電棒３２に摺動可能に嵌められ、ギャップ空間Ｇを埋める第１の位置（オン位置）と、ギャップ空間Ｇから抜け出て退避する第２の位置（オフ位置）との間で移動可能に構成されている。

リング形誘電体７２が上記第１の位置に在ってギャップ空間Ｇを埋めているときは、給電棒３２とリング形抵抗体７０とがリング形誘電体７２を介して容量結合される。この容量結合またはコンデンサＣ₇₂のキャパシタンスは、リング形抵抗体７０の面積、ギャップ空間Ｇの距離間隔およびリング形誘電体７２の誘電率によって任意に選定可能であり、後述するチャンバ内負荷インピーダンスに含まれるＲＦ電極浮遊容量Ｃ_FLよりも大きな値が好ましい。リング形誘電体７２が上記第２の位置に在ってギャップ空間Ｇの外に退避しているときは、給電棒３２とリング形抵抗体７０との間に容量結合のコンデンサＣ₇₂は形成されず、両者（３２，７０）は電気的に分断される。リング形誘電体７２のスイッチ操作は、手動で行ってもよく、あるいはアクチエータ（図示せず）を用いてもよい。

図３に、このプラズマエッチング装置における高周波給電部の等価回路、特にＲＦパワー分岐吸収部４４およびチャンバ内負荷の等価回路を示す。

上記のように、このプラズマエッチング装置において、チャンバ１０内でプラズマエッチングが行われるときは、平行に向かい合う両電極１２，５６の間でエッチングガスの高周波放電によるプラズマＰＲが生成される。このプラズマＰＲは、物理的には、電子とイオンが同数または中性状態で混在するバルクプラズマ部と、両電極１２，５６近傍の空間電荷層いわゆるシース部とからなり、電気的には、良好な導体とみなせるバルクプラズマ部の抵抗（以下、「プラズマ抵抗」と称する。）Ｒ_PRと、コンデンサとみなせるシース部のキャパシタＣ_PRとが直列に接続された回路として表される。

ここで、プラズマ抵抗Ｒ_PRの値は通常０．１Ω〜１０Ωであり、シース・キャパシタＣ_PRの値は通常５０ｐＦ〜５００ｐＦであり、処理ガスの種類、ガス圧、ＲＦパワー等に依存して変動する。

チャンバ１０内には、サセプタ１２とその周囲の接地部材すなわち導電性筒状支持部１６およびチャンバ１０との間の浮遊容量つまりＲＦ電極浮遊容量Ｃ_FLも存在する。このＲＦ電極浮遊容量Ｃ_FLは、サセプタ１２周りのハードウェア的な構造で決まり、通常１００ｐＦ〜２００ｐＦのキャパシタンスを有する。さらに、給電棒３２のインダクタンスＬ₃₂も通常１００ｎＨ以下の値で負荷回路に含まれる。

以下、プラズマ抵抗Ｒ_PR、シース・キャパシタＣ_PR、ＲＦ電極浮遊容量Ｃ_FLおよび給電棒インダクタンスＬ₃₂からなるインピーダンスをチャンバ内負荷インピーダンスＺ₁₀と称する。

図３に示すように、ＲＦパワー分岐吸収部４４は、マッチングユニット３０（図１、図２）に収容される整合器３４から見てプラズマＰＲと電気的に並列に接続可能となっている。ＲＦパワー分岐吸収部４４において、抵抗Ｒ₇₀およびコンデンサＣ₇₂は、それぞれリング形抵抗体７０およびリング形誘電体７２（図２）によって与えられ、直列ＲＣ回路のインピーダンスＺ₄₄を形成する。スイッチＳ₇₂は、リング形誘電体７２が上記第１の位置に在るときにオン状態になり、リング形誘電体７２が上記第２の位置に在るときはオフ状態になる。

スイッチＳ₇₂をオンにすると、チャンバ内負荷インピーダンスＺ₁₀とＲＦパワー分岐吸収部４４のインピーダンスＺ₄₄とからなる合成負荷インピーダンスＺ_10/44が、整合器３４から見える見掛け上の負荷インピーダンスになる。スイッチＳ₇₂をオフにすると、ＲＦパワー分岐吸収部４４が高周波給電系統の負荷から離脱して、チャンバ内負荷インピーダンスＺ₁₀が整合器３４から見える見掛け上かつ実質上の負荷インピーダンスになる。

なお、この高周波給電部において、給電棒３２、サセプタ（下部電極）１２、シャワーヘッド（上部電極）５６等の抵抗成分は、通常数１０ｍΩ以下であり、等価回路では無視できる。高周波電源２８と整合器３４とは５０Ωの特性インピーダンスを有する電気ケーブル２９で接続されている。

このプラズマエッチング装置において、ＲＦパワー分岐吸収部４４は、プラズマプロセスが行われる際に、プラズマＰＲの抵抗Ｒ_PRあるいはシース・キャパシタＣ_PRが大きく変動する場面で（特にプラズマ投入ＲＦパワーの小さい場合に）有用であり、その第１の機能または役目は、高周波給電系統の負荷の中でプラズマＰＲと並列に接続されることによって、整合器３４から見える見掛け上の負荷インピーダンスの変動を抑制してマッチング動作の安定化を図ることである。

図４に、シース・キャパシタＣ_PRのキャパシタンス（プラズマ・シース容量）を５０ｐＦ〜５００ｐＦの範囲で変化させたときのチャンバ内負荷インピーダンスＺ₁₀のリアクタンス（虚数成分）Ｘ₁₀の変化および合成負荷インピーダンスＺ_10/44のリアクタンス（虚数成分）Ｘ_10/44の変化をそれぞれ点線および実線で示す。ただし、チャンバ内負荷においてＲＦ電極浮遊容量Ｃ_FL＝１５０ｐＦ、給電棒インダクタンス成分Ｌ₃₂＝９０ｎＨ、ＲＦパワー分岐吸収部４４においてコンデンサＣ₇₂＝４００ｐＦ、抵抗Ｒ₇₀＝１Ωとしている。また、プラズマ抵抗Ｒ_PRを１Ω（一定）と仮定している。

図４に示すように、Ｃ_PR＝５０ｐＦ〜５００ｐＦの変化に対して、チャンバ内負荷インピーダンスＺ₁₀のリアクタンスＸ₁₀は約−５１Ω〜約−１１Ωの大きな幅で変化するのに対して、合成負荷インピーダンスＺ_10/44のリアクタンスＸ_10/44は約−１８Ω〜−７Ωの小さな幅で変化する。このように、ＲＦパワー分岐吸収部４４を高周波給電系統の負荷に加えることによって、整合器３４から見える見掛け上の負荷リアクタンスの変動幅を約１／４に低減する効果が得られる。

図５に、プラズマ抵抗Ｒ_PRの抵抗値（プラズマ・レジスタンス）を０．５Ω〜５Ωの範囲で変化させたときのチャンバ内負荷インピーダンスＺ₁₀のレジスタンス（実数成分）Ｒ₁₀の変化および合成負荷インピーダンスＺ_10/44のレジスタンス（実数成分）Ｒ_10/44の変化をそれぞれ点線および実線で示す。ただし、上記と同様に、チャンバ内負荷においてＲＦ電極浮遊容量Ｃ_FL＝１５０ｐＦ、給電棒インダクタンスＬ₃₂＝９０ｎＨ、ＲＦパワー分岐吸収部４４においてコンデンサＣ₇₂＝４００ｐＦ、抵抗Ｒ₇₀＝１Ωとしている。また、シース・キャパシタＣ_PRの容量を１００ｐＦ（一定）と仮定している。

図５に示すように、Ｒ_PR＝０．５Ω〜５Ωの変化に対して、チャンバ内負荷インピーダンスＺ₁₀のレジスタンスＲ₁₀は約０．０７Ω〜約−０．８Ωの大きな幅で変化するのに対して、合成負荷インピーダンスＺ_10/44のレジスタンスＲ_10/44は約−０．３４Ω〜−０．４８Ωの小さな幅で変化する。このように、ＲＦパワー分岐吸収部４４を高周波給電系統の負荷に加えることによって、整合器３４から見える見掛け上の負荷レジスタンスの変動幅を約１／５に低減する効果が得られる。

一般に、プラズマ投入ＲＦパワーの低いプロセスでは、プラズマのインピーダンスが高いうえ、大きく変動しやすく、特にプラズマ着火直後は不安定に大きく変動する。整合器３４から見える負荷リアクタンスあるいは負荷レジスタンスの変動が大きくて、整合器３４がそれに追従できなくなると、整合器３４の入口でＲＦパワーが反射され、そのぶんプラズマＰＲにはＲＦパワーがスムースに入り難くなってプラズマプロセスが不安定になる。また、ＲＦパワーの反射が一定の限度を超えると、高周波電源２８側で保護機能が働いてＲＦ出力を下げ、または止めることもあり、それによってプラズマプロセスが不所望に中断する。

しかるに、この実施形態では、ＲＦパワー分岐吸収部４４を高周給電系統の負荷に加え、負荷に供給されるＲＦパワーの一部または大部分をＲＦパワー分岐吸収部４４に吸収させることによって、上記のように整合器３４から見える見掛け上の負荷インピーダンスの変動幅を大幅に低減することが可能であり、これにより整合器３４が追従しやすくなって、ＲＦパワーの反射が少なくなり、プラズマＰＲにはＲＦパワーがスムースに供給され、プラズマプロセスが安定化する。また、ＲＦパワーの反射が少ないので、高周波電源２８のＲＦ出力動作も安定化する。

このように、プラズマＰＲのインピーダンス（Ｒ_PR，Ｃ_PR）が大きく変動しても、その手前でＲＦパワーを吸収するＲＦパワー分岐吸収部４４の存在により、プラズマＰＲ側のインピーダンス変動が後方に隠れ、整合器３４から見える見掛け上の負荷インピーダンスＺ_10/44は大して変動しない。これによって、整合器３４はハンチングを起こさずにマッチング動作を安定かつスムースに行うことができる。

さらに、ＲＦパワー分岐吸収部４４を備え付けることにより、以下に示すように、プラズマ投入ＲＦパワーが小さい場合でも高周波電源のＲＦ出力特性のばらつきを補償してプラズマプロセスの再現性を向上させる効果も得られる。

図６に、図１のプラズマエッチング装置用の高周波電源２８として使用可能な２台の高周波電源Ａ，ＢのＲＦ出力特性の一例を示す。図６の（ａ）に示すように、０Ｖ〜２０００Ｗのマクロなレンジで見ると、高周波電源Ａ，ＢのＲＦ出力特性はいずれも原点（０，０）を通る傾き４５度の理想特性であるように見える。しかし、図６の（ｂ）に示すように、０Ｖ〜１００Ｗの低パワー領域を拡大して見ると、高周波電源Ａ，ＢのＲＦ出力特性は理想特性から＋側にそれぞれ約１２Ｗ、約５Ｗもずれていることがわかる。

図１のプラズマエッチング装置において、ＲＦパワー分岐吸収部４４を省き、上記高周波電源Ａ，Ｂをそれぞれ個別に高周波電源２８に用いる装置構成を考える。かかる装置構成つまり従来型の装置構成において、たとえば５０Ｗ近傍の低いＲＦパワー設定値でプラズマプロセスを行うとすると、両高周波電源Ａ，ＢのＲＦ出力特性に上記のようなばらつきがあるために、図７Ａに示すように、実際にプラズマに投入されるＲＦパワーが、高周波電源Ａを用いる従来型の装置構成では約５２Ｗであるのに対して、高周波電源Ｂを用いる従来型の装置構成では約４６Ｗであり、約１３％の機差が生じる。プラズマ投入ＲＦパワーの機差がこの程度の大きさになると、プロセスの再現性に影響が出る。なお、図７Ａのシミュレーションでは、電源出力の設定値を４０Ｗとしている。

これに対して、ＲＦパワー分岐吸収部４４を有する図１のプラズマエッチング装置で上記高周波電源Ａ，Ｂをそれぞれ個別に高周波電源２８に用いる構成（実施形態の装置構成）において、上記と同じレシピ（ＲＦパワー設定値＝５０Ｗ）のプラズマプロセスを行うと、図７Ｂに示すように、高周波電源Ａ，Ｂをそれぞれ用いる装置のいずれも実際にプラズマに投入されるＲＦパワーは５０Ｗ近辺であり、機差を約０．６％まで低減することができる。なお、図７Ｂのシミュレーションは、電源出力の設定値を６１０Ｗとしている。

このように、実施形態の装置構成では、プラズマに５０ＷのＲＦパワーを投入するために、高周波電源２８（Ａ，Ｂ）に６１０ＷのＲＦパワーを出力させ、その差分（５６０Ｗ）の大部分（約９０％）をＲＦパワー分岐吸収部４４に吸収させるようにしている。

図８に、ＲＦパワー分岐吸収部４４においてコンデンサＣ₇₂のキャパシタンス（静電容量）とＲＦパワー吸収率との関係（特性）を示す。なお、抵抗Ｒ₇₀＝１Ωとしている。図示のように、Ｃ₇₂＝２５ｐＦ〜１０００ｐＦの範囲で略対数関数の特性を示し、２００ｐＦで約７５％、３００ｐＦで約８５％、５００ｐＦで約９２％、６００ｐＦで約９６％であり、８００ｐＦで約１００％に飽和する。上記のようにＲＦパワー分岐吸収部４４にＲＦパワーをたくさん吸収させるほど、マッチング動作の安定化およびプラズマ投入ＲＦパワーの機差低減の効果が大きくなるが、プラズマＰＲに対する正味のＲＦパワー投入効率が低下する。

すなわち、コンデンサＣ₇₂のキャパシタンスが小さいとＲＦパワー分岐吸収部におけるＲＦパワー吸収率が小さく、コンデンサＣ₇₂のキャパシタンスが大きいと今度はチャンバ１０に対する投入効率が悪化する。

ＲＦパワー吸収率を考えれば、コンデンサＣ₇₂のキャパシタンスは、シースキャパシタＣ_PR（５０〜５００ｐＦ）の２倍に相当する１００〜１０００ｐＦのうち、ＲＦ電極浮遊容量Ｃ_FL（最大約２００ｐＦ）より大きい２００〜１０００ｐＦが好ましい。さらに、チャンバ１０に対するＲＦパワーの投入効率を考えて、コンデンサＣ₇₂のキャパシタンスは、３００ｐＦ〜５００ｐＦが最も好ましいといえる。

上記のように、ＲＦパワー分岐吸収部４４を備え付けることにより、ＲＦパワーの小さいプラズマプロセスにおいて、プラズマＰＲに投入される正味のＲＦパワーよりも多くのＲＦパワーを使用ないし消費することにはなるが、整合器３４のマッチング動作あるいは高周波電源２８のＲＦ出力を安定化させて、同一レシピのプラズマプロセスを実施する複数のプラズマエッチング装置間の機差（ばらつき）を低減することが可能であり、これによってプラズマプロセスの再現性・信頼性を大きく向上させることができる。

なお、ＲＦパワー分岐吸収部４４で消費される正味の電力つまり実効電力は、抵抗Ｒ₇₀の抵抗値に依存する。ＲＦパワー分岐吸収部４４のインピーダンスＺ₄₄はコンデンサＣ₇₂のリアクタンスが支配的であり、ＲＦパワー分岐吸収部４４を流れる分岐電流はコンデンサＣ₇₂のキャパシタンスに依存する。したがって、抵抗Ｒ₇₀の抵抗値が高いほどＲＦパワー分岐吸収部４４の消費電力は多くなり、抵抗Ｒ₇₀の抵抗値が低いほどＲＦパワー分岐吸収部４４の消費電力は少なくなる。もっとも、抵抗Ｒ₇₀の抵抗値が極度に低いと、合成負荷インピーダンスＺ_10/44のレジスタンスＲ_10/44が小さくなりすぎて、高周波給電部の負荷へのＲＦパワー伝送効率が顕著にかつ不定に低下し、プラズマプロセスが不安定になる。したがって、抵抗Ｒ₇₀の抵抗値が低すぎるのは良くなく、最適な値に選定されてよい。

この実施形態では、ＲＦパワー分岐吸収部４４の抵抗Ｒ₇₀が固定抵抗であり、その抵抗値を任意に可変することができない。したがって、抵抗Ｒ₇₀の抵抗値は、ＲＦパワーの消費効率と伝送効率とを両立させる観点から、プラズマ負荷抵抗と同じ０．１Ω〜１０Ωの範囲内で選定されるのが好ましい。

また、プロセスレシピで指定されるＲＦパワーが決して低くはないときは、たとえば１００Ｗ以上であるときは、スイッチＳ₇₂をオフ（開）状態にしてＲＦパワー分岐吸収部４４をプラズマ負荷回路から電気的に取り外しておくのが好ましい。

上述した第１の実施例は、高周波給電部において給電棒３２の途中にＲＦパワー分岐吸収部４４を取り付けるものであった。しかしながら、第２の実施例として、図９に示すように、マッチングユニット３０の中に整合器３４と一緒に上記ＲＦパワー分岐吸収部４４と同様の機能を有するＲＦパワー分岐吸収部７４を組み込むことも可能であり、この場合も等価回路は上記第１実施例のもの（図３）と同じになる。

図９の高周波給電部において、高周波電源２８は、一定周波数の正弦波を発振出力する発振器７６と、この発振器７６より出力された高周波のパワーを制御部６８の制御により可変の増幅率で増幅するパワーアンプ７８とを備えている。

整合器３４は、少なくとも１つの可変リアクタンス素子を含む整合回路８０と、この整合回路８０の各可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを個別に可変制御するためのコントローラ８２と、整合回路８０を含めた負荷インピーダンスを測定する機能を有するＲＦセンサ８４とを有している。

図示の例では、整合回路８０が２つの可変コンデンサＣ₁，Ｃ₂と１つのインダクタンスコイルＬ₁とからなるＴ形回路として構成され、コントローラ８２がステップモータ８６，８８を通じて可変コンデンサＣ₁，Ｃ₂のインピーダンス・ポジションを可変制御するようになっている。ＲＦセンサ８４は、その位置から見た負荷側のインピーダンスあるいは反射波のパワーを測定する。コントローラ８２は、制御部６８から各種の設定値やコマンドを受け取るとともに、ＲＦセンサ８４の出力信号を受け取り、負荷インピーダンス測定値が整合インピーダンス（５０Ω）になるように、あるいは反射波パワーの測定値が最小になるように、ステップモータ８６，８８を通じて可変コンデンサＣ₁，Ｃ₂のインピーダンス・ポジションを可変制御する。

この実施例では、マッチングユニット３０内に整合器３４と一緒にＲＦパワー分岐吸収部７４を収容している。このＲＦパワー分岐吸収部７４は、整合器３４の出力端子またはノードＮとマッチングユニット３０内の接地部材（図示せず）との間に直列に接続された固定抵抗器Ｒ₇₄、固定コンデンサＣ₇₄およびスイッチＳ₇₄を有している。

固定抵抗器Ｒ₇₄は、上記した第１実施例の固定抵抗器Ｒ₇₀と同様に、好ましくは高周波特性の優れた固定抵抗器であり、その抵抗値は好ましくは０．１Ω〜１０Ωの範囲内に選ばれてよい。固定コンデンサＣ₇₄は、たとえばセラミックコンデンサからなり、そのキャパシタンスは好ましくは２００ｐＦ〜１０００ｐＦの範囲内に選ばれてよく、最も好ましくは３００ｐＦ〜５００ｐＦに選ばれてよい。スイッチＳ₇₄は、制御部６８の制御の下でオン／オフ可能な電子式または電動式のスイッチからなり、たとえばリレースイッチでよい。高周波電源２８より出力される高周波は、スイッチＳ₇₄がオフ状態のときはＲＦパワー分岐吸収部７４を素通りしてプラズマＰＲ側へ伝送され、スイッチＳ₇₄がオン状態のときはノードＮで二手に分かれ、一部がＲＦパワー分岐吸収部７４に分岐して吸収され、残りがチャンバ１０内のプラズマＰＲ側へ送られるようになっている。

さらに、この実施例では、固定抵抗器Ｒ₇₄の温度特性を良くするために、固定抵抗器Ｒ₇₄の温度を一定に保つ温調器９０を設ける。この温調器９０は、たとえば固定抵抗器Ｒ₇₄と熱的に結合された水冷式あるいは空冷式の冷却器からなり、スイッチＳ₇₄をオン状態に保持する期間つまり固定抵抗器Ｒ₇₄を通電させる期間中だけ作動するように制御部６８により制御されてよい。

この実施例においても、マッチングユニット３０内にＲＦパワー分岐吸収部７４を備え付けているので、プロセスレシピで非常に低いＲＦパワーが設定された場合は、制御部６８の制御の下でスイッチＳ₇₄をオン状態にして、ＲＦパワー分岐吸収部７４を負荷の一部に加えてよい。これによって、上述した第１実施例と同様に、プラズマＰＲのインピーダンスが大きく変動しても整合器３４がマッチング動作を安定に行えるとともに、同一レシピのプラズマプロセスを実施する同一機種の複数のプラズマエッチング装置間でプラズマ投入ＲＦパワー量の機差（ばらつき）を低減し、プラズマプロセスの再現性・信頼性を改善することができる。

さらに、この実施例においては、温調器９０によってＲＦパワー分岐吸収部７４の固定抵抗器Ｒ₇₄を一定温度に保つことができるので、自己発熱あるいは周囲温度の影響を極力少なくしてその温度特性を良くし、合成負荷インピーダンスのレジスタンスやプラズマ投入ＲＦパワーの精度を向上させることができる。

図１０に、第３の実施例による高周波給電部の構成を示す。この第３の実施例は、マッチングユニット３０内にインピーダンス可変型のＲＦパワー分岐吸収部９２を備え付けることと、ＲＦパワー測定用のセンサ９４あるいはプラズマインピーダンス測定用のＲＦセンサ９６を設ける構成を特徴とする。その他の部分は、上述した第２の実施例と同じである。

インピーダンス可変型のＲＦパワー分岐吸収部９２は、整合器３４の出力端子とマッチングユニット３０内の接地部材（図示せず）との間に直列に接続された可変抵抗器Ｒ₉₂、可変コンデンサＣ₉₂およびスイッチＳ₉₂を有している。

可変抵抗器Ｒ₉₂は、制御部６８の制御の下でステップモータ９８の駆動により好ましくは０．１Ω〜１０Ωを含む範囲内で抵抗値を連続的に可変できるようになっている。可変コンデンサＣ₉₂は、制御部６８の制御の下でステップモータ１００の駆動により好ましくは２００ｐＦ〜１０００ｐＦ（３００ｐＦ〜５００ｐＦ）を含む範囲内でキャパシタンスを連続的に可変できるようになっている。スイッチＳ₉₂は、制御部６８の制御の下でオン／オフするようになっている。

ＲＦパワー測定用センサ９４は、たとえば電圧センサおよび演算回路を有し、ノードＮの電圧を測定して、その電圧測定値とＲＦパワー分岐吸収部９２のインピーダンス（既定値）とからＲＦパワー分岐吸収部９２に吸収されるＲＦパワーの測定値を演算し、その演算結果を制御部６８に与える。ＲＦパワー測定用センサ９４は、いわゆるＶＩプローブと呼ばれる市販のパワーセンサを用いて、実際にプラズマＰＲへ投入されているＲＦパワーを直接モニタすることも可能である。

制御部６８は、ＲＦパワー測定用センサ９４からの測定値情報に基づいて、ＲＦパワー分岐吸収部９２に吸収されるＲＦパワーをモニタすることができるとともに、高周波電源２８に出力させているＲＦパワーからＲＦパワー分岐吸収部９２に吸収されているＲＦパワーを差し引くことでプラズマＰＲへ投入されているＲＦパワーをモニタすることも可能であり、さらには高周波電源２８のＲＦ出力を可変し、あるいは可変抵抗器Ｒ₉₂の抵抗値および／または可変コンデンサＣ₉₂のキャパシタンスを可変してもよい。

ＲＦセンサ９６は、その位置から見たチャンバ内負荷のインピーダンスを測定する。制御部６８は、ＲＦセンサ９６からのチャンバ内負荷インピーダンス情報を基に、たとえばＲＦパワー分岐吸収部９２の接続（オン）／分離（オフ）を切り替えてよく、さらには高周波電源２８のＲＦ出力を可変し、あるいは可変抵抗器Ｒ₉₂の抵抗値および／または可変コンデンサＣ₉₂のキャパシタンスを可変してもよい。

第４の実施例として、上記インピーダンス可変型のＲＦパワー分岐吸収部９２の代わりに、マッチングユニット３０内で整合器３４（図示せず）の出力端子またはノードＮと接地部材（図示せず）との間に、図１１に示すように、固定抵抗Ｒ_(i)、固定コンデンサＣ_(i)およびスイッチＳ_(i)からなるＲＦパワー分岐吸収直列回路ＲＣＳ_(i)を並列にｎ個（ｉ＝１〜ｎ）接続するＲＦパワー分岐吸収並列回路網１０２を設ける構成も可能である。

このＲＦパワー分岐吸収並列回路網１０２においては、ｎ個のスイッチＳ₍₁₎，Ｓ₍₂₎，・・，Ｓ_(n)のオン／オフ状態を選択することにより、この回路網１０２の合成インピーダンスを２ⁿ−１通りに選ぶことができる。

図１２に、別の変形例を示す。このＲＦパワー分岐吸収並列回路網１０４は、１つの固定コンデンサＣ₍₀₎に対して互いに並列なｎ個の固定抵抗Ｒ_(i)〜Ｒ_(n)を選択スイッチＳ_(i)〜Ｓ_(n)を介して選択的に接続可能としている。スイッチＳ₍₀₎は、高周波伝送路の負荷の一部としてこのＲＦパワー分岐吸収並列回路網１０４の使用／不使用を選択するために用いられる。

さらに、別の変形例として、図１２の固定コンデンサＣ₍₀₎とｎ個の固定抵抗Ｒ_(i)〜Ｒ_(n)とを置き換える構成、つまり図示省略するが１個の固定抵抗Ｒ₍₀₎とｎ個の固定コンデンサＣ_(i)〜Ｃ_(n)とからなるＲＦパワー分岐吸収並列回路網１０４の構成も可能である。

図１３および図１４に、下部ＲＦ２周波印加方式を採る容量結合型プラズマエッチング装置に本発明を適用した実施例を示す。図中、上述したプラズマエッチング装置（図１〜図１２）のものと同様の構成および機能を有する部分には同一の参照符号を附している。

このプラズマエッチング装置は、プラズマ生成により適した比較的高い周波数たとえば６０ＭＨｚの第１高周波ＨＦを出力する第１の高周波電源１０６Ｈと、プラズマからサセプタ１２上の半導体ウエハＷへのイオンの引き込みに適した比較的低い周波数たとえば３．２ＭＨｚの第２高周波ＬＦを出力する第２の高周波電源１０６Ｌとを備えており、両高周波電源１０６Ｈ，１０６Ｌよりそれぞれ出力される第１および第２高周波ＨＦ，ＬＦをマッチングユニット３０および給電棒３２を介してサセプタ１２に印加するようにしている。

このプラズマエッチング装置においても、図１３に示すように、給電棒３２の途中に第１の実施例と同様のＲＦパワー分岐吸収部４４を取り付けることができる。あるいは、図１４に示すように、マッチングユニット３０内にたとえば第２実施例と同様のＲＦパワー分岐吸収部７４Ｈ，７４Ｌを組み込むことも可能である。

図１４の構成例において、プラズマ生成用の第１高周波電源１０６Ｈの出力端子は、第１整合器３４Ｈおよび第１ＲＦパワー分岐吸収部７４Ｈを介して給電棒３２に接続される。イオン引き込み制御用の第２高周波電源１０６Ｌの出力端子は、第２整合器３４Ｌおよび第２ＲＦパワー分岐吸収部７４Ｌを介して給電棒３２に接続される。第１および第２整合器３４Ｈ、３４Ｌは、上記した整合器３４（図９、図１０）と同様の構成・機能を有するものでよい。

上述したように、本発明において、適度なインピーダンスを有するＲＦパワー分岐吸収部をチャンバ内負荷に対して並列に挿入接続する技術は、ポリシリコンや銅等の軟らかい膜のエッチングのようなプラズマ投入ＲＦパワーの低いプラズマプロセスで大なる作用効果を発揮する。

ところが、同一のプラズマエッチング装置において、そのような低ＲＦパワー領域を用いるプロセスレシピだけでなく、ＲＦパワーの非常に高い（たとえば数ｋＷの）プロセスレシピが選択されることもある。プラズマ投入ＲＦパワーが高いときは、上記のようにＲＦパワー分岐吸収部を高周波伝送系の負荷回路から切り離してよいが、それでもまだ不十分な場合がある。

すなわち、プラズマ投入ＲＦパワーが高いときは、プラズマ抵抗Ｐ_RPが低いときである。しかし、プラズマ抵抗Ｐ_RPが相当低い領域（通常１Ω以下）になると、プラズマ負荷に対するＲＦパワー伝送効率が整合器の機差（ばらつき）を伴って急激に低下し、プロセスの再現性が悪くなる。

そこで、この実施例では、高周波給電部に、上記第１〜第５実施例による並列挿入型のＲＦパワー分岐吸収部４４（７４，９２，１０２，１０４）に加えて、直列挿入型の短絡スイッチ付き抵抗器３５（図１５、図１６）を備える構成としている。

この短絡スイッチ付き抵抗器３５は、高周波伝送路に沿って２つに分割された給電棒３２(1)，３２(2)の間に挿入接続される固定抵抗器（または固定抵抗体）Ｒ₃₅と、この固定抵抗器Ｒ₃₅の半径方向外側で給電棒３２(1)，３２(2)に摺動可能に取り付けられる短絡スイッチ用の筒状導体Ｓ₃₅とを有している。

固定抵抗器Ｒ₃₅は、好ましくは、温度特性または温度係数に優れ、かつインダクタンス成分の小さい高周波用の固定抵抗器（たとえばセラミック焼結体含有の固定抵抗器）からなり、その抵抗値は好ましくは０．１Ω〜１０Ωの範囲内に選ばれている。筒状導体Ｓ₃₅は、導電率の高い金属たとえば銅からなり、固定抵抗器Ｒ₃₅を跨いで給電棒３２(1)，３２(2)の双方に接続する第１の位置（図の実線で示す位置）と、給電棒３２(1)，３２(2)のいずれか一方のみに接続する第２の位置（図の仮想線で示す位置）との間で移動可能に構成されている。

筒状導体Ｓ₃₅が第１の位置に切り換えられているときは、給電棒３２(1)，３２(2)の間が筒状導体Ｓ₃₅を介して短絡状態となり、固定抵抗器Ｒ₃₅に高周波は殆ど流れない。筒状導体Ｓ₃₅が第２の位置に切り換えられているときは、筒状導体Ｓ₃₅が実質的にフローティング状態となり、代わりに固定抵抗器Ｒ₃₅が通電して高周波の全部を通すようになっている。筒状導体Ｓ₃₅のスイッチ操作は、手動で行ってもよく、あるいはアクチエータを用いてもよい。筒状導体Ｓ₃₅と給電棒３２(1)，３２(2)との間に電気伝導度を高くし、摺動摩擦を少なくするための導電性部材（図示せず）を設けてもよい。

ＲＦパワー分岐吸収部４４においては、図１５に示すように、給電棒３２と外導体３３との間でリング形抵抗体Ｒ₇₀およびリング形誘電体Ｃ₇₂の配置位置を半径方向で置き換える構成も可能である。図１５の構成では、リング形抵抗体Ｒ₇₀が外導体３３と一定のギャップ空間Ｇを隔てて下部給電棒３２(1)の外周面に結合され、リング形誘電体Ｃ₇₂がスイッチＳ₇₀を兼ねて該ギャップ空間Ｇに挿抜可能に挿入されるようになっている。

通常、ＲＦパワー分岐吸収部４４および短絡スイッチ付き抵抗器３５の両者は、プロセスレシピに応じて選択的に使用されてよい。たとえば、プラズマ投入ＲＦパワー（設定値）が１００Ｗ以下のプロセスでは、ＲＦパワー分岐吸収部４４において遮断スイッチＳ₇₂をオンに切り換えて固定抵抗器Ｒ₇₀およびコンデンサＣ₇₂をチャンバ内負荷に対して並列に挿入接続するとともに、短絡スイッチ付き抵抗器３５において短絡スイッチＳ₃₅をオンに切り換えて固定抵抗器Ｒ₃₅を高周波伝送ラインから外してよい。この場合の作用は上述した実施形態と全く同じである。

また、プラズマ投入ＲＦパワー（設定値）がたとえば数ｋＷ以上で、プラズマ抵抗Ｒ_PRの値が１Ωよりも低くなるようなプロセスでは、短絡スイッチ付き抵抗器３５において短絡スイッチＳ₃₅をオフに切り換えて固定抵抗器Ｒ₃₅をプラズマＰＲに対して直列に挿入接続するとともに、ＲＦパワー分岐吸収部４４において遮断スイッチＳ₇₂をオフに切り換えて固定抵抗器Ｒ₇₀およびコンデンサＣ₇₂を高周波伝送ラインから外してよい。

このように高周波伝送ライン上に抵抗器３５を直列に挿入接続することにより、整合器３４から見た見かけ上の負荷レジスタンスを増大させる効果が得られ、それによって整合器３４のマッチング動作およびＲＦ伝送特性を安定化することが可能となる。この場合も、同一レシピのプラズマプロセスを実施する複数のプラズマエッチング装置間の機差（ばらつき）を大幅に低減することが可能であり、これによってプラズマプロセスの再現性・信頼性を大きく向上させることができる。

なお、高周波伝送ライン上で短絡スイッチ付き抵抗器３５をＲＦパワー分岐吸収部４４の前段に配置する構成も可能である。また、短絡スイッチ付き抵抗器３５を、ＲＦパワー分岐吸収部７４（９２，１０２，１０４）と一緒に、または単独でマッチングユニット３０に組み入れる構成も可能であり、その場合は抵抗器Ｒ₃₅，容量Ｃ₃₅、短絡用スイッチＳ₃₅に市販の抵抗素子、コンデンサ、開閉スイッチをそれぞれ用いることができる。抵抗器Ｒ₃₅に可変抵抗器や並列抵抗回路網を用いる構成等も可能である。

他の実施形態

上記実施形態は、プラズマ処理装置の高周波給電系統においてサセプタ（高周波電極）１２の前段で整合器と接地部材との間にスイッチ付きのＲＦパワー分岐吸収部７４（９２，１０２，１０４）を挿入接続する構成であった。しかし、別の実施形態として、遮断用スイッチＳ₇₂（Ｓ₇₄，Ｓ₉₂，Ｓ₍₀₎，Ｓ_(i)）を省いて抵抗器Ｒ₇₀（Ｒ₇₄，Ｒ₉₂，Ｒ_(i)）およびコンデンサＣ₇₂（Ｃ₇₄，Ｃ₉₂，Ｃ_(i)）を高周波給電ラインに常時挿入接続している構成も可能である。特に、実施するプラズマプロセスの種類またはレシピが殆ど固定されていて、サセプタ投入ＲＦパワーの設定値が常に数１０Ｗ以下であることが分かっているときは、０．１Ω〜１０Ωの抵抗値を有する抵抗器Ｒ₇₀（Ｒ₇₄，Ｒ₉₂，Ｒ_(i)）および２００ｐＦ〜１０００ｐＦ（３００ｐＦ〜５００ｐＦ）のキャパシタンスを有するコンデンサＣ₇₂（Ｃ₇₄，Ｃ₉₂，Ｃ_(i)）を遮断用スイッチを付けないで高周波給電ラインに常時挿入接続しておく構成を好適に採ることができる。

上記実施形態の容量結合型プラズマエッチング装置において、平行平板電極に高周波電源を接続する方式として、プラズマ生成用の高周波電源をシャワーヘッド（上部電極）に接続する方式にも本発明は適用可能である。

本発明は、容量結合型プラズマエッチング装置に限定されるものではなく、チャンバの上面または周囲にコイル型の高周波電極を配置して誘電磁界の下でプラズマを生成する誘導結合型プラズマ処理装置や、マイクロ波のパワーを用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置等にも適用可能であり、さらにはプラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。

１０ チャンバ（処理容器）
１２ サセプタ（下部電極）
２４ 排気装置
２８ 高周波電源
３０ マッチングユニット
３２ 給電棒
３２(1) 第１給電棒
３２(2) 第２給電棒
３４，３４Ｈ，３４Ｌ 整合器
４４，７４，９２，１０２，１０４ ＲＦパワー分岐吸収部
５６ シャワーヘッド（上部電極）
６５ 処理ガス供給部
６８ 制御部
７０ リング形抵抗体
７２ リング形誘電体
１０６Ｈ，１０６Ｌ 高周波電源
Ｒ₇₀，Ｒ₇₄ 固定抵抗器
Ｒ₉₂ 可変抵抗器
Ｒ₍₁₎・・Ｒ_(n) 固定抵抗
Ｃ₇₂，Ｃ₇₄ 固定コンデンサ
Ｃ₉₂ 可変コンデンサ
Ｃ₍₁₎・・Ｃ_(n) 固定コンデンサ
Ｓ₇₂，Ｓ₇₄，Ｓ_92,Ｓ₍₀₎ 遮断用スイッチ
Ｓ₍₁₎・・Ｓ_(n) 遮断／選択用スイッチ

Claims (15)

1. 所望のプラズマプロセスが行われる処理容器の中または外に設けられた高周波電極に高周波電源より整合器を介して所定周波数の高周波を印加し、前記整合器により前記高周波電源とその負荷との間でインピーダンスの整合をとるプラズマ処理装置であって、
   前記整合器より出力される前記高周波のパワーの一部を前記高周波電極の前段で分岐させて吸収するＲＦパワー分岐吸収部を有するプラズマ処理装置。
2. 前記ＲＦパワー分岐吸収部が、前記整合器の出力端子と接地部材との間に電気的に直列に接続されるコンデンサおよび抵抗器を有する、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記抵抗器の抵抗値が０．１Ω〜１０Ωである、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記コンデンサのキャパシタンスが、前記高周波電極とその周囲の接地部材との間に存在する浮遊容量のキャパシタンスよりも大きい、
   請求項２または請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記コンデンサのキャパシタンスが２００ｐＦ〜１０００ｐＦである、請求項２〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記ＲＦパワー分岐吸収部が、前記整合器の出力端子と接地部材との間で前記コンデンサおよび前記抵抗器と電気的に直列に接続されるスイッチを有し、前記プラズマプロセスのレシピに応じて前記スイッチの開閉状態を制御する、
   請求項２〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 一端が前記高周波電極の背面に結合され、他端が前記整合器の出力端子に電気的に接続される高周波給電棒と、この高周波給電棒の周りを取り囲む電気的に接地された筒状の外導体とを有し、
   前記ＲＦパワー分岐吸収部を前記高周波給電棒と前記外導体との間に設ける、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記抵抗器が、前記高周波給電棒と一定のギャップ空間を隔てて前記外導体の内壁に結合され、もしくは前記外導体と一定のギャップ空間を隔てて前記高周波給電棒の外周面に結合されるリング形の抵抗体からなり、
   前記コンデンサが、前記ギャップ空間を埋めるリング形の誘電体を有する、
   請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記リング形誘電体が、前記ギャップ空間を埋める第１の位置と、前記ギャップ空間から抜け出て退避する第２の位置との間で移動可能である、
   請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記抵抗器が可変抵抗器である、請求項２〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. ＲＦパワー分岐吸収部が、前記整合器の出力端子と接地部材との間で電気的に互いに並列に接続される複数の抵抗と、前記複数の抵抗とそれぞれ直列に接続される複数の選択用スイッチとを有し、
    前記プラズマプロセスのレシピに応じて前記複数の選択用スイッチのそれぞれの開閉状態を制御する、
    請求項１〜７のいずれか一項にプラズマ処理装置。
12. 前記コンデンサが可変コンデンサである、請求項２〜７、１０、１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
13. ＲＦパワー分岐吸収部が、前記整合器の出力端子と接地部材との間で電気的に互いに並列に接続される複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサとそれぞれ直列に接続される複数の選択用スイッチとを有し、
    前記プラズマプロセスのレシピに応じて前記複数の選択用スイッチのそれぞれの開閉状態を制御する、
    請求項１〜７、１０、１１のいずれか一項にプラズマ処理装置。
14. 前記処理容器内に前記高周波電極と平行に向き合う対向電極が設けられ、
    前記高周波電極と前記対向電極との間で高周波放電により前記処理ガスのプラズマを生成するために、前記高周波電源からの前記高周波が前記整合器を介して前記高周波電極に印加される、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記高周波電極上に被処理基板が載置され、
    前記処理容器内で生成される前記処理ガスのプラズマから前記基板へのイオンの引き込みを制御するために、前記高周波電源からの前記高周波が前記整合器を介して前記高周波電極に印加される、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

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