JP5342930B2

JP5342930B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method

Info

Publication number: JP5342930B2
Application number: JP2009125834A
Authority: JP
Inventors: 秀夫坪井; 誠司小方; 清 ▲くわ▼原; 泰宏森川
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: JP2010272489A

Description

本発明は、誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ICP、Transformer Coupled Plasma：TCP）源を搭載した誘導結合型プラズマ（ICP）処理装置において、消費電力の経時変化を小さくした装置とそれを運転する技術に関する。 The present invention relates to an inductively coupled plasma (ICP) processing apparatus equipped with an inductively coupled plasma (ICP, Transformer Coupled Plasma: TCP) source, and operates the apparatus with reduced power consumption change over time. Regarding technology.

現在、プラズマ処理装置は、プラズマを生成するプラズマ源と、生成されたプラズマを基板に照射する基板電極部から構成され、プラズマ源と基板電極部にそれぞれ電源を持つ２周波励起型が主流になっている。今日まで、プラズマ処理におけるプラズマの安定化のために多くの手法が提案されてきた。 Currently, a plasma processing apparatus is mainly composed of a plasma source that generates plasma and a substrate electrode unit that irradiates the generated plasma onto a substrate, and a two-frequency excitation type that has a power source in the plasma source and the substrate electrode unit, respectively. ing. To date, many approaches have been proposed for plasma stabilization in plasma processing.

図３は従来技術である基板電極部を示している。
基板電極部１１０は基板電極１５１と、基板側電源系１６２とを有している。基板電極１５１は、真空槽１１１内部に配置され、基板側電源系１６２は真空槽１１１の外部に配置されている。 FIG. 3 shows a conventional substrate electrode portion.
The substrate electrode unit 110 includes a substrate electrode 151 and a substrate-side power supply system 162. The substrate electrode 151 is disposed inside the vacuum chamber 111, and the substrate-side power supply system 162 is disposed outside the vacuum chamber 111.

基板側電源系１６２は、測定装置１３２と、制御装置１３３と、基板側電源１３４と、マッチングボックス１３５とを有している。基板側電源１３４は、マッチングボックス１３５を介して基板電極１５１に接続されており、基板側電源１３４が出力する交流電圧は、マッチングボックス１３５を介して、基板電極１５１に印加されるようになっている。 The substrate side power supply system 162 includes a measuring device 132, a control device 133, a substrate side power supply 134, and a matching box 135. The substrate-side power supply 134 is connected to the substrate electrode 151 via the matching box 135, and the AC voltage output from the substrate-side power supply 134 is applied to the substrate electrode 151 via the matching box 135. Yes.

測定装置１３２の電圧検出部１３１は、基板電極１５１に電気的に接続されており、基板側電源１３４から基板電極１５１に印加される電圧を測定し、測定結果を制御装置１３３に伝送する。測定装置１３２にオシロスコープを用いる場合は、電圧検出部１３１は、高圧プローブとなる。
制御装置１３３は、電圧検出部１３１から伝送された測定結果から、基板電極１５１の電圧値を求め、基板側電源１３４を制御して、求めた電圧値の交流電圧を出力させる(交流電流でも良い)。 The voltage detector 131 of the measuring device 132 is electrically connected to the substrate electrode 151, measures the voltage applied to the substrate electrode 151 from the substrate-side power supply 134, and transmits the measurement result to the control device 133. When an oscilloscope is used as the measuring device 132, the voltage detection unit 131 is a high voltage probe.
The control device 133 obtains the voltage value of the substrate electrode 151 from the measurement result transmitted from the voltage detection unit 131, controls the substrate-side power supply 134, and outputs an alternating voltage of the obtained voltage value (may be an alternating current). ).

電圧検出部１３１が検出する電圧が一定になるように基板側電源１３４の出力を制御すると、基板電極１５１上に配置した基板に、プラズマから入射するイオンエネルギーを安定させることができる。
しかし、上記のように基板電極１５１の電圧を制御しても、後述のようにプラズマを安定化させることはできない。 By controlling the output of the substrate-side power supply 134 so that the voltage detected by the voltage detector 131 is constant, ion energy incident from the plasma on the substrate disposed on the substrate electrode 151 can be stabilized.
However, even if the voltage of the substrate electrode 151 is controlled as described above, the plasma cannot be stabilized as described later.

基板の処理を安定化するという従来の提案（特許や文献）は、基板電極部および基板電極部に接続された電源系に関するものであり、プラズマを発生させるプラズマ源およびその電源系に関するものは見当たらない。
プラズマの安定化のためには、後述のように、プラズマ源の情報を取得する必要があるが、基板電極の状態を測定しても、荷電粒子に関する情報しか得られず、プラズマの状態を知ることはできない。
プラズマ処理におけるプロセスの性能は、イオン種、イオンフラックス、イオンエネルギー、ラジカル種、ラジカルフラックスで決まる（ラジカルエネルギーはイオンエネルギーに比べ十分に小さく無視できる）。 Conventional proposals (patents and literatures) for stabilizing the processing of a substrate relate to a substrate electrode unit and a power supply system connected to the substrate electrode unit. Absent.
In order to stabilize the plasma, it is necessary to acquire information on the plasma source, as will be described later, but even if the state of the substrate electrode is measured, only information on charged particles can be obtained, and the state of the plasma is known. It is not possible.
Process performance in plasma processing is determined by ion species, ion flux, ion energy, radical species, and radical flux (radical energy is sufficiently smaller than ion energy and can be ignored).

２周波励起型プラズマ処理装置の場合、これらのプラズマのパラメータの内、基板電極部で制御できるのはイオンエネルギーのみであり、他のものはプラズマ源の状態で決まる。プラズマ源の状態とは、プラズマ源の電源から出力された電力がプラズマでどのくらい消費されるのか、その消費電力の大きさのことである。 In the case of a dual frequency excitation type plasma processing apparatus, only the ion energy can be controlled by the substrate electrode portion among these plasma parameters, and the others are determined by the state of the plasma source. The state of the plasma source means how much electric power output from the power source of the plasma source is consumed by the plasma and the magnitude of the power consumption.

なお、旧来の平行平板でダイオード型と呼ばれる装置は、生成部と基板電極部の区別が無く、基板電極がプラズマ生成のための電極でもあるので、基板電極の状態を制御することがプラズマ生成にも関係する。ただし、ダイオード型の場合、構造的にプロセスの制御性（加工条件の制御性）が劣るため、安定化とは別の問題を抱えている。 It should be noted that the conventional parallel plate diode-type device has no distinction between the generation part and the substrate electrode part, and the substrate electrode is also an electrode for plasma generation, so controlling the state of the substrate electrode is necessary for plasma generation. Also related. However, in the case of the diode type, since the process controllability (controllability of processing conditions) is structurally inferior, it has a problem different from stabilization.

H.Tsuboi and S.Ogata: Japanese Journal of Applied Physics ,46,No.11,(2007),p7475H.Tsuboi and S.Ogata: Japanese Journal of Applied Physics, 46, No.11, (2007), p7475

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、誘導結合型プラズマ処理装置において、アンテナ部の情報を検出し、プラズマの消費電力が一定になるようにプラズマ源の電源系を制御することにより、プラズマの経時変化を小さくし、プラズマ処理装置を安定に運転する手法を提供する。 The present invention was created in order to solve the above-described disadvantages of the prior art, and its purpose is to detect information on the antenna unit in an inductively coupled plasma processing apparatus so that the plasma power consumption is constant. By controlling the power source system of the plasma source, a method for reducing the time-dependent change of plasma and stably operating the plasma processing apparatus is provided.

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に処理ガスを導入するガス導入系と、出力電力Ｐ_sが変更可能に構成された交流電源と、前記交流電源に接続され前記交流電源から印加された電圧で前記真空槽内に交番電場を形成するアンテナとを有し、前記真空槽内に導入された前記処理ガスは、前記交番電場によってプラズマ化され、前記真空槽内に配置された処理対象物がプラズマによって処理されるプラズマ処理装置であって、前記交流電源の前記出力電力Ｐ_sを変更させる信号を前記交流電源に出力する制御装置と、前記アンテナの電圧であるアンテナ電圧Ｖ_ppを測定する測定装置とを有し、前記制御装置には、前記プラズマの消費電力Ｐ_dの基準値Ｐ_d0が記憶され、また、前記制御装置には、前記測定装置の測定結果である測定値Ｖ₁と、その測定値Ｖ₁の測定時の前記出力電力Ｐ_sの値である出力値Ｐ_s1とから、前記プラズマの消費電力Ｐ_dの算出値Ｐ_d1が前記基準値Ｐ_d0に近づくような、前記出力電力Ｐ_sの修正値Ｐ_s2を算出する計算手順が記憶され、前記制御装置に記憶された前記計算手順は、下記(１)〜(３)式、
（１／２）Ｖ _pp ＝（Ｒ _c ＋ｉωＬ _c ）Ｉ _c −ｉωＭＩ _p …（１）
０＝−ｉωＭＩ _c ＋（Ｒ _p ＋ｉωＬ _p ）Ｉ _p …（２）
Ｐ _s ＝（１／２）（Ｒ _ex ＋Ｒ _c ）｜Ｉ _c ｜ ² ＋（１／２）Ｒ _p ｜Ｉ _p ｜ ² …（３）
(符号ｉは虚数単位、符号ω、Ｌ _c 、Ｍ、Ｌ _p 、Ｒ _ex 、Ｒ _c は定数、符号Ｉ _c 、Ｉ _p 、Ｒ _p 、Ｖ _pp 、Ｐ _s は変数)
の連立方程式の符号Ｖ _pp に前記測定値Ｖ ₁ を代入し、符号Ｐ _s に前記出力値Ｐ _s1 を代入し、得られた結果と下記(４)式、
Ｐ _d ＝（１／２）Ｒ _p ｜Ｉ _p ｜ ² …（４）
から得られた符号Ｐ _d の値を前記算出値Ｐ _d1 とし、前記算出値Ｐ _d1 と前記基準値Ｐ _d0 との比率から、前記出力電力Ｐ _s の出力値Ｐ _s1 を変更した修正値Ｐ _s2 が求められる計算手順であり、前記測定装置による前記アンテナ電圧Ｖ _pp の測定と、前記計算手順による前記修正値Ｐ _s2 の算出と、前記交流電源が出力する電力を算出された前記修正値Ｐ _s2 に変更することとが繰り返し行われるように構成されたプラズマ処理装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記制御装置には、下記(５)式、
ΔＰ＝Ｋ・Ｐ _s1 (Ｐ _d1 ／Ｐ _d0 −１) ……(５)
(０＜Ｋ＜１)
から修正量ΔＰを算出し、前記修正量ΔＰと前記出力値Ｐ _s1 とから、前記出力電力Ｐ _s の前記修正値Ｐ _s2 を下記(６)式、
Ｐ _s2 ＝Ｐ _s1 −ΔＰ ……(６)
によって算出する第２の計算手順が記憶されたプラズマ処理装置である。
請求項３記載の発明は、真空槽内に処理ガスを導入しながら交流電源によって交流電圧をアンテナに印加し、前記真空槽内に交番電場を形成し、前記真空槽内に導入された前記処理ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマで、前記真空槽内に搬入された基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記アンテナの電圧であるアンテナ電圧Ｖ _pp を測定する測定工程と、前記測定工程での測定値Ｖ ₁ と、前記測定工程の測定時の出力電力Ｐ _s の出力値Ｐ _s1 とから、前記プラズマの消費電力Ｐ _d の算出値Ｐ _d1 が、設定された基準値Ｐ _d0 に近づくような、前記出力電力Ｐ _s の修正値Ｐ _s2 を算出する算出工程と、前記交流電源から出力する電力を、前記算出工程で算出された前記修正値Ｐ _s2 に変更する電力変更工程とを有し、前記測定工程と、前記算出工程と、前記電力変更工程とを繰り返し行うプラズマ処理方法であって、前記算出工程では、下記(１)〜(３)式、
（１／２）Ｖ_pp＝（Ｒ_c＋ｉωＬ_c）Ｉ_c−ｉωＭＩ_p …（１）
０＝−ｉωＭＩ_c＋（Ｒ_p＋ｉωＬ_p）Ｉ_p …（２）
Ｐ_s＝（１／２）（Ｒ_ex＋Ｒ_c）｜Ｉ_c｜²＋（１／２）Ｒ_p｜Ｉ_p｜² …（３）
(符号ｉは虚数単位、符号ω、Ｌ_c、Ｍ、Ｌ_p、Ｒ_ex、Ｒ_cは定数、符号Ｉ_c、Ｉ_p、Ｒ_p、Ｖ_pp、Ｐ_sは変数)
の連立方程式の符号Ｖ_ppに前記測定値Ｖ₁を代入し、符号Ｐ_sに前記出力値Ｐ_s1を代入し、得られた結果と下記(４)式、
Ｐ_d＝（１／２）Ｒ_p｜Ｉ_p｜² …（４）
から得られた符号Ｐ_dの値を前記算出値Ｐ_d1とし、前記算出値Ｐ_d1と前記基準値Ｐ_d0との比率から、前記出力電力Ｐ_sの出力値Ｐ_s1を変更した修正値Ｐ_s2を求め、前記交流電源から、前記修正値Ｐ_s2の電力を出力させるプラズマ処理方法である。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のプラズマ処理方法であって、下記(５)式、
ΔＰ＝Ｋ・Ｐ_s1(Ｐ_d1／Ｐ_d0−１) ……(５)
(０＜Ｋ＜１)
から修正量ΔＰを算出し、前記修正量ΔＰと前記出力値Ｐ_s1とから、前記出力電力Ｐ_sの前記修正値Ｐ_s2を下記(６)式、
Ｐ_s2＝Ｐ_s1−ΔＰ ……(６)
によって算出するプラズマ処理方法である。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 includes a vacuum chamber, a gas introduction system for introducing a processing gas into the vacuum chamber, an AC power source configured to change the output power P _s , An antenna that is connected to the AC power source and forms an alternating electric field in the vacuum chamber with a voltage applied from the AC power source, and the processing gas introduced into the vacuum chamber is converted into plasma by the alternating electric field. A plasma processing apparatus in which an object to be processed disposed in the vacuum chamber is processed by plasma, and a control device that outputs a signal for changing the output power P _s of the AC power source to the AC power source; A measurement device for measuring an antenna voltage V _pp which is a voltage of the antenna, the control device stores a reference value P _{d0 of the} plasma power consumption P _d , and the control device Measurement The measured values V ₁ is a measurement result of the location, from the value output value P _s1 Prefecture is the output power P _s during the measurement of the measured values V _1, the calculated value P _d1 power consumption P _d of the plasma A calculation procedure for calculating the corrected value P _s2 of the output power P _s so as to approach the reference value P _d0 is stored, and the calculation procedure stored in the control device is expressed by the following equations (1) to (3) ,
(1/2) V _pp = (R _c + iωL _c ) I _c −iωMI _p (1)
0 = −iωMI _c + (R _p + iωL _p ) I _p (2)
_{P s = (1/2) (R} ex + R c) | I c | 2 + (1/2) R p | I p | 2 ... (3)
(Sign i is an imaginary unit, signs ω, L _c , M, L _p , R _ex , R _c are constants, signs I _c , I _p , R _p , V _pp , P _s are variables)
Substituting the measured value V ₁ for the sign V _pp of the simultaneous equations and substituting the output value P _s1 for the sign P _s , the obtained result and the following equation (4):
P _d = (1/2) R _p | I _p | ² (4)
The obtained value of the code P _d from the said calculated value P _d1, the calculated value P _d1 and the ratio between the reference value P _d0, the output power P modification value change the output value P _s1 of _s P _s2 a computational procedure is required, the measurement of the antenna voltage V _pp by the measuring device, the calculation and the calculation of the correction value P _s2 by procedure, the AC said correction value calculated power supply outputs P _s2 The plasma processing apparatus is configured to be repeatedly performed .
Invention of Claim 2 is the plasma processing apparatus of Claim 1, Comprising: The following (5) Formula is contained in the said control apparatus,
ΔP = K · P _s1 (P _d1 / P _d0 −1) (5)
(0 <K <1)
From the correction amount ΔP and the output value P _s1 , the correction value P _s2 of the output power P _s is calculated from the following equation (6):
P _s2 = P _s1 −ΔP (6)
This is a plasma processing apparatus in which a second calculation procedure calculated by the above is stored.
The invention described in claim 3 is the process in which an alternating voltage is applied to an antenna by an alternating current power source while introducing a processing gas into the vacuum chamber, an alternating electric field is formed in the vacuum chamber, and the processing is introduced into the vacuum chamber. A plasma processing method for converting a gas into a plasma and processing a substrate carried into the vacuum chamber with the generated plasma, the measuring step for measuring an antenna voltage _Vpp which is a voltage of the antenna, and the measuring step The calculated value P _d1 of the power consumption P _d of the plasma approaches the set reference value P _d0 from the measured value V _{1 at} and the output value P _s1 of the output power P _s at the time of measurement in the measurement process. such, organic and calculation step of calculating a correction value P _s2 of the output power P _s, the power output from the alternating current power supply, and a power change step of changing the correction value P _s2 calculated by the calculating step And the measurement step and the calculation Degree and the A plasma processing method for repeatedly performing power change process, in the calculating step, the following (1) to (3),
(1/2) V _pp = (R _c + iωL _c ) I _c −iωMI _p (1)
0 = −iωMI _c + (R _p + iωL _p ) I _p (2)
_{P s = (1/2) (R} ex + R c) | I c | 2 + (1/2) R p | I p | 2 ... (3)
(Sign i is an imaginary unit, signs ω, L _c , M, L _p , R _ex , R _c are constants, signs I _c , I _p , R _p , V _pp , P _s are variables)
Substituting the measured value V ₁ for the sign V _pp of the simultaneous equations and substituting the output value P _s1 for the sign P _s , the obtained result and the following equation (4):
P _d = (1/2) R _p | I _p | ² (4)
The obtained value of the code P _d from the said calculated value P _d1, the calculated value P _d1 and the ratio between the reference value P _d0, the output power P modification value change the output value P _s1 of _s P _s2 And the power of the corrected value P _s2 is output from the AC power source.
Invention of Claim 4 is the plasma processing method of Claim 3, Comprising: (5) following formula | equation,
ΔP = K · P _s1 (P _d1 / P _d0 −1) (5)
(0 <K <1)
From the correction amount ΔP and the output value P _s1 , the correction value P _s2 of the output power P _s is calculated from the following equation (6):
P _s2 = P _s1 −ΔP (6)
Is a plasma processing method calculated by

アンテナの電圧測定と、プラズマの消費電力の変動量の算出と、変動量を小さくする交流電源の出力電力の修正値の算出と、交流電源の出力電圧を修正値に変更することを繰り返し行うので、プラズマの消費電力は一定値に近づく。
プラズマが消費する電力を一定にできるため、プラズマ処理の再現性や、デバイス製造における歩留まりが向上する。従来とは異なり、プラズマ源に関する安定化手法なので、プラズマ生成の再現性を確保でき、プラズマ処理の経時変化を小さくできる。プラズマに対し非接触のモニタリング方法なので、コンタミネーションの懸念がない。 Since it repeatedly performs measurement of antenna voltage, calculation of fluctuation amount of power consumption of plasma, calculation of correction value of output power of AC power supply to reduce fluctuation amount, and change output voltage of AC power supply to correction value The power consumption of plasma approaches a certain value.
Since the power consumed by plasma can be made constant, the reproducibility of plasma processing and the yield in device manufacturing are improved. Unlike the conventional method, since the stabilization method is related to the plasma source, the reproducibility of plasma generation can be ensured, and the change over time of plasma processing can be reduced. Because it is a non-contact monitoring method for plasma, there is no concern about contamination.

プラズマ源の断面図とその電源系を説明するための図Cross-sectional view of plasma source and diagram for explaining its power supply system 交流電源から見た負荷の等価回路の回路図Circuit diagram of equivalent circuit of load as seen from AC power supply 従来技術である基板電極部を説明するための図The figure for demonstrating the board | substrate electrode part which is a prior art アンテナ電圧とプラズマ消費電力との関係を説明するための図Diagram for explaining the relationship between antenna voltage and plasma power consumption

図１の符号１０は本発明のプラズマ処理装置を示している。
このプラズマ処理装置１０は、誘導結合型であり、真空槽１１を有している。
真空槽１１は、板状の形をした金属製の天部１７と、筒状の形をしたガラス（誘電体）製の胴部１６と、金属製で容器状の底部１５とを有している。 Reference numeral 10 in FIG. 1 represents a plasma processing apparatus of the present invention.
The plasma processing apparatus 10 is an inductively coupled type and has a vacuum chamber 11.
The vacuum chamber 11 includes a plate-shaped metal top 17, a cylindrical glass (dielectric) body 16, and a metal container-shaped bottom 15. Yes.

胴部１６は、その下端が底部１５の開口の縁上に乗せられており、胴部１６の内部と底部１５の内部とが連通するように接続されている。天部１７は、胴部１６の上端に乗せられて内部を真空排気可能な真空槽１１が構成されている。
真空槽１１の外部には、アンテナ１２と、ガス導入系１３と、高周波電源系６１と、基板側電源系６２とが配置されている。 The lower end of the body portion 16 is placed on the edge of the opening of the bottom portion 15, and is connected so that the inside of the body portion 16 communicates with the inside of the bottom portion 15. The top part 17 is mounted on the upper end of the body part 16 and constitutes a vacuum chamber 11 capable of evacuating the inside.
Outside the vacuum chamber 11, an antenna 12, a gas introduction system 13, a high frequency power supply system 61, and a substrate side power supply system 62 are arranged.

ガス導入系１３と真空排気系１４とは真空槽１１と接続されており、真空排気系１４を動作させて真空槽１１内を真空排気し、ガス導入系１３から真空雰囲気にされた真空槽１１へ、処理ガスを導入できるようにされている。 The gas introduction system 13 and the vacuum evacuation system 14 are connected to the vacuum chamber 11, and the vacuum evacuation system 14 is operated to evacuate the inside of the vacuum chamber 11, and the vacuum chamber 11 brought into a vacuum atmosphere from the gas introduction system 13. The processing gas can be introduced into the head.

真空槽１１の内部には基板電極５１が配置されている。基板側電源系６２は、基板電極５１に接続されており、基板側電源系６２から基板電極５１に一定の大きさの交流電圧が印加されるようになっている。 A substrate electrode 51 is disposed inside the vacuum chamber 11. The substrate-side power supply system 62 is connected to the substrate electrode 51, and an AC voltage having a certain magnitude is applied from the substrate-side power supply system 62 to the substrate electrode 51.

胴部１６には、一巻きまたは複数巻きのアンテナ１２が取付られている。
アンテナ１２の端子はマッチングボックス２５を介して交流電源２４に接続されている。
高周波電源系６１は、測定装置２２と、制御装置２３と、交流電源２４と、マッチングボックス２５とを有している。 A one-turn or multiple-turn antenna 12 is attached to the body portion 16.
The terminal of the antenna 12 is connected to the AC power source 24 via the matching box 25.
The high frequency power supply system 61 includes a measuring device 22, a control device 23, an AC power supply 24, and a matching box 25.

交流電源２４は、アンテナ１２に高周波電圧を出力する高周波電源であり、設定された大きさの出力電力を出力できるようになっている。アンテナ１２が交流電源２４から高周波電圧を印加されると、真空槽１１内部に交番電場が誘起される。
このとき、予め真空排気系１４を動作させて真空槽１１の内部を真空雰囲気にし、ガス導入系１３から処理ガスを真空槽１１内部に所定圧力に導入しておくと、供給された処理ガスはアンテナ１２が誘起する交番電場によりプラズマ化される。 The AC power supply 24 is a high-frequency power supply that outputs a high-frequency voltage to the antenna 12, and can output output power having a set magnitude. When the antenna 12 is applied with a high frequency voltage from the AC power supply 24, an alternating electric field is induced inside the vacuum chamber 11.
At this time, if the evacuation system 14 is operated in advance to make the inside of the vacuum chamber 11 a vacuum atmosphere and the processing gas is introduced into the vacuum chamber 11 from the gas introduction system 13 at a predetermined pressure, the supplied processing gas is Plasma is generated by an alternating electric field induced by the antenna 12.

図２の符号４０は、真空槽１１内部の処理ガスが既にプラズマ化されているときの、交流電源２４から見たマッチングボックス２５を含む負荷の等価回路を示している。この等価回路４０では、アンテナ１２は、抵抗成分Ｒ_cとインダクタンス成分Ｌ_cを有しており、その抵抗成分Ｒ_cとインダクタンス成分Ｌ_cの直列回路で表されている。 Reference numeral 40 in FIG. 2 indicates an equivalent circuit of a load including the matching box 25 as viewed from the AC power source 24 when the processing gas in the vacuum chamber 11 has already been converted into plasma. In the equivalent circuit 40, the antenna 12 has a resistance component R _c and the inductance component L _c, is represented by a series circuit of the resistance component R _c and the inductance component L _c.

マッチングボックス２５は、直列型コンデンサ成分Ｃ_m1と、並列型コンデンサ成分Ｃ_m2とを有しており、並列型コンデンサ成分Ｃ_m2は、交流電源２４の出力端子４１、４２間を接続しており、直列型コンデンサ成分Ｃ_m1は、その一端が交流電源２４の一方の出力端子４１に接続され、他端が、マッチングボックス２５とアンテナ１２とを接続する電送線路の抵抗成分Ｒ_exを介して、アンテナ１２を表す直列回路の一端に接続されている。 The matching box 25 has a series capacitor component C _m1 and a parallel capacitor component C _m2 , and the parallel capacitor component C _m2 connects between the output terminals 41 and 42 of the AC power supply 24. The series-type capacitor component C _m1 has one end connected to one output terminal 41 of the AC power supply 24 and the other end connected to the antenna via the resistance component R _ex of the transmission line connecting the matching box 25 and the antenna 12. 12 is connected to one end of a series circuit representing 12.

アンテナ１２を表す直列回路の他端は、交流電源２４の他方の出力端子４２に接続されており、交流電源２４から出力される高周波電圧はアンテナ１２を表す直列回路に印加され、アンテナ電流Ｉ_cが流れる。このアンテナ電流Ｉ_cは高周波電流であり、真空槽１１内に交番電場を誘起する。 The other end of the series circuit representing the antenna 12 is connected to the other output terminal 42 of the AC power supply 24, and the high-frequency voltage output from the AC power supply 24 is applied to the series circuit representing the antenna 12, and the antenna current I _c Flows. This antenna current I _c is a high-frequency current and induces an alternating electric field in the vacuum chamber 11.

他方、真空槽１１内に形成されたプラズマは、交番電場のエネルギーを受ける成分であるインダクタンス成分Ｌ_pと、プラズマの消費電力を表す抵抗成分Ｒ_pとを有しており、そのインダクタンス成分Ｌ_pと抵抗成分Ｒ_pは環状に接続されてプラズマの電気的特性として表される。 On the other hand, the plasma formed in the vacuum chamber 11 has an inductance component L _p that is a component that receives the energy of the alternating electric field, and a resistance component R _p that represents the power consumption of the plasma, and the inductance component L _p. And the resistance component R _p are connected in a ring shape and are expressed as electrical characteristics of the plasma.

プラズマのインダクタンス成分Ｌ_pは、アンテナのインダクタンス成分Ｌ_cとトランス結合しており、アンテナのインダクタンス成分Ｌ_cが形成する交番磁場によってプラズマのインダクタンス成分Ｌ_pに、交番電流であるプラズマ電流Ｉ_pが誘起される。プラズマ電流Ｉ_pは抵抗成分Ｒ_pに流れ、その消費電力相当のエネルギーがプラズマに吸収される。
等価回路４０中の符号Ｍは、アンテナのインダクタンス成分Ｌ_cとプラズマのインダクタンス成分Ｌ_pの間の相互インダクタンス成分を示している。 Inductance component L _p of the plasma is then transformer coupled and an inductance component L _c of the antenna, by an alternating magnetic field inductance component L _c of the antenna is formed in the plasma of the inductance component L _p, the plasma current I _p which is an alternating current Induced. The plasma current I _p flows through the resistance component R _p , and energy corresponding to the power consumption is absorbed by the plasma.
The symbol M in the equivalent circuit 40 indicates a mutual inductance component between the antenna inductance component L _c and the plasma inductance component L _p .

交流電源２４から出力され、アンテナ１２に印加されている高周波電圧の角周波数をω、アンテナ１２を表す直列回路の両端に現れる交流波形の電圧の、最大電圧値と最低電圧値の間の電圧差であるアンテナ電圧をＶ_pp、プラズマの(抵抗成分Ｒ_pの)消費電力をＰ_dで表すと、図２に示した等価回路４０では、電圧、電流及び各成分間には、次式（１）〜（３）から成る連立方程式で表される相互関係が成立している。符号ｉは虚数単位を表している。 The voltage difference between the maximum voltage value and the minimum voltage value of the voltage of the AC waveform that is output from the AC power supply 24 and applied to the antenna 12 is ω, and the voltage of the AC waveform that appears at both ends of the series circuit representing the antenna 12 In the equivalent circuit 40 shown in FIG. 2, the voltage, current, and each component are expressed by the following equation (1) where the antenna voltage is V _pp and the plasma power consumption (of the resistance component R _p ) is P _d . ) To (3), the mutual relationship represented by the simultaneous equations is established. The symbol i represents an imaginary unit.

（１／２）Ｖ_pp＝（Ｒ_c＋ｉωＬ_c）Ｉ_c−ｉωＭＩ_p …（１）
０＝−ｉωＭＩ_c＋（Ｒ_p＋ｉωＬ_p）Ｉ_p …（２）
Ｐ_s＝（１／２）（Ｒ_ex＋Ｒ_c）｜Ｉ_c｜²＋（１／２）Ｒ_p｜Ｉ_p｜² …（３）
但し、プラズマの吸収する電力Ｐ_dがプラズマの抵抗成分Ｒ_pの消費電力と等しいとすると、プラズマの吸収する電力Ｐ_dは下記(４)式で定義される。
Ｐ_d＝（１／２）Ｒ_p｜Ｉ_p｜² …（４）
これは、（３）式の右辺第２項に等しい。 (1/2) V _pp = (R _c + iωL _c ) I _c −iωMI _p (1)
0 = −iωMI _c + (R _p + iωL _p ) I _p (2)
_{P s = (1/2) (R} ex + R c) | I c | 2 + (1/2) R p | I p | 2 ... (3)
However, if the power P _d absorbed by the plasma is equal to the power consumption of the resistance component R _p of the plasma, the power P _d absorbed by the plasma is defined by the following equation (4).
P _d = (1/2) R _p | I _p | ² (4)
This is equal to the second term on the right side of equation (3).

上記(１)〜(３)の三連立方程式中の成分のうち、電送線路の抵抗成分Ｒ_exの値とアンテナの抵抗成分Ｒ_cの値とアンテナのインダクタンス成分Ｌ_cの値は回路に固有であって、プラズマを発生させた状態と、プラズマが発生していない状態とでそれらの値に変化はない。予め計測機器を回路に接続し、電送線路の抵抗成分Ｒ_exの値と、アンテナの抵抗成分Ｒ_cの値と、アンテナのインダクタンス成分Ｌ_cの値とを測定し、上記相互関係中のＲ_ex、Ｒ_c、Ｌ_cにそれぞれ代入して定数とする。 (1) to (3) of the components in a three simultaneous equations, the value of the resistance component R _ex values and antenna resistance component R _c values and antenna inductance component L _c of transmission line are specific to the circuit Thus, there is no change in the values between the state where plasma is generated and the state where plasma is not generated. Connect the pre-measurement equipment to the circuit, the value of the resistance component R _ex of transmission line, and the value of the resistance component R _c antennas, and measuring the value of the inductance component L _c of the antenna, R _ex in the interrelationship , R _c , and L _c are assigned as constants.

交流電源２４の出力電圧の角周波数ωは予め設定されており、変化はないものとし、その角周波数の値をωに代入して定数とする。
プラズマのインダクタンス成分Ｌ_pの値は計測機器を接続して測定することはできないが、プラズマを流れる交番電流の流路を見積もることで、プラズマのインダクタンス成分Ｌ_pは、計算で算出することができる。 The angular frequency ω of the output voltage of the AC power supply 24 is set in advance and does not change, and the value of the angular frequency is substituted into ω to be a constant.
The value of the plasma inductance component L _p cannot be measured by connecting a measuring device, but the plasma inductance component L _p can be calculated by estimating the flow path of the alternating current flowing through the plasma. .

例えばプラズマ源の壁の付着物からの放出ガスによってプラズマ中の気相が経時的に変化すると、中性粒子の組成が変化するため、プラズマのインダクタンス成分Ｌ_pと抵抗成分Ｒ_Pの値は変動してしまう。 For example, when the gas phase in the plasma changes with time due to the gas released from the deposits on the plasma source wall, the composition of the neutral particles changes, so the values of the plasma inductance component L _p and resistance component R _P fluctuate. Resulting in.

しかし、プラズマのインダクタンス成分Ｌ_pの変動量はプラズマの抵抗成分Ｒ_pの変動量に比べて小さいので、後述するように、三連立方程式からなる相互関係中ではプラズマの抵抗成分Ｒ_pは変数とするが、プラズマのインダクタンス成分Ｌ_pは、変動を無視し、予め算出しておいた値をＬ_pに代入し、定数とする。
相互インダクタンスＭの値はアンテナとプラズマ源の幾何学的な構造により決まる値であり、計算で求め、その値を相互関係中のＭに代入し、定数としておく。 However, since the fluctuation amount of the plasma inductance component L _p is smaller than the fluctuation amount of the plasma resistance component R _p , as will be described later, the plasma resistance component R _p is a variable in the interrelation consisting of the three simultaneous equations. However, the plasma inductance component L _p ignores fluctuations, and substitutes a value calculated in advance for L _p to be a constant.
The value of the mutual inductance M is a value determined by the geometric structure of the antenna and the plasma source, is obtained by calculation, and the value is substituted for M in the correlation and set as a constant.

以上により、相互関係を示す連立方程式、及び(４)式中では、Ｉ_c、Ｉ_p、Ｒ_p、Ｖ_pp、Ｐ_s、Ｐ_d(アンテナ電流Ｉ_c、プラズマ電流Ｉ_p、プラズマの抵抗成分Ｒ_p、アンテナ電圧Ｖ_pp、交流電源２４の出力電力Ｐ_s、プラズマの消費電力Ｐ_d)が、定数ではなく変数であり、変数は連立方程式及び(４)式中に６個(連立方程式中には５個)あることになる。 As described above, in the simultaneous equations showing the mutual relationship and the equation (4), I _c , I _p , R _p , V _pp , P _s , P _d (antenna current I _c , plasma current I _p , plasma resistance component) R _p , antenna voltage V _pp , output power P _s of AC power supply 24, plasma power consumption P _d ) are not constants but variables, and the variables are six in the simultaneous equations and (4) (in the simultaneous equations) There will be 5).

本発明では、測定装置２２は、その電圧検出部２１がアンテナ１２に電気的に接続されており、電圧検出部２１でアンテナ１２のアンテナ電圧Ｖ_ppを検出し、測定装置２２に出力され、測定装置２２によって、アンテナ電圧Ｖ_ppの測定値Ｖ₁が求められている。
従って、６変数の中の一つであるＶ_ppにはアンテナ電圧Ｖ_ppの測定値Ｖ₁を代入することができる(測定装置２２にオシロスコープを用いる場合は、電圧検出部２１には、高周波対応の高圧プローブを用いることができる)。 In the present invention, the voltage detector 21 of the measuring device 22 is electrically connected to the antenna 12, and the voltage detector 21 detects the antenna voltage _Vpp of the antenna 12 and outputs it to the measuring device 22 for measurement. The device 22 determines a measured value V ₁ of the antenna voltage V _pp .
Therefore, the measured value V ₁ of the antenna voltage V _pp can be substituted for V _pp , which is one of the six variables (when an oscilloscope is used as the measuring device 22, the voltage detector 21 is compatible with high frequency. Can be used).

交流電源２４の出力電力Ｐ_sの大きさは交流電源２４に表示されるが、出力電力Ｐ_sの大きさは制御装置２３が交流電源２４に出力する信号で制御可能である。本例では、制御装置２３が交流電源２４を制御しており、６変数中のＰ_sには、制御装置２３が交流電源２４に出力させている出力電力Ｐ_sの値を代入することができる。従って、式中の交流電源２４の出力電力Ｐ_sの値は測定値であることと同じことになるから、アンテナ電圧Ｖ_ppの値を測定すれば、６変数中２変数が測定値となり、残りの４変数(Ｉ_c、Ｉ_p、Ｒ_p、Ｐ_d)が未知数となり、(１)〜(３)式の三式の連立方程式、及び(４)式から未知数を全て算出することができる。 Although the magnitude of the output power P _s of the AC power supply 24 is displayed on the AC power supply 24, the magnitude of the output power P _s can be controlled by a signal output from the control device 23 to the AC power supply 24. In the present embodiment, the control unit 23 is controlling the AC power source 24, the P _s in 6 variables, it is possible to control device 23 substitutes the value of the output power P _s that is output to the AC power source 24 . Therefore, since the value of the output power P _s of the AC power supply 24 in the equation is the same as the measured value, when the value of the antenna voltage V _pp is measured, two of the six variables become the measured values, and the remaining These four variables (I _c , I _p , R _p , P _d ) become unknowns, and all unknowns can be calculated from the three simultaneous equations (1) to (3) and (4).

このとき算出されたプラズマの抵抗成分Ｒ_pの値を符号Ｒ₀で表すと、アンテナ電圧Ｖ_ppを測定したときの状態のプラズマの抵抗成分Ｒ_pが、算出した値Ｒ₀である。
ここで、好ましい状態のプラズマ処理を行うことができるプラズマ消費電力Ｐ_dの値が分かっており、基準値Ｐ_d0として制御装置２３に設定されているものとする。 When the value of the plasma resistance component R _p calculated at this time is represented by the symbol R ₀ , the plasma resistance component R _{p in} the state when the antenna voltage V _pp is measured is the calculated value R ₀ .
Here, it is assumed that the value of the plasma power consumption P _d capable of performing plasma processing in a preferable state is known and set in the control device 23 as the reference value P _d0 .

そして、他の変数の値が変わってもプラズマの抵抗成分Ｒ_pは算出した値Ｒ₀を維持し、変化しないものと仮定すると、(４)式の変数Ｐ_dに基準値Ｐ_d0を代入し、変数Ｒ_pに算出した値Ｒ₀を代入すると、連立方程式、及び(４)式から、残りの４変数(Ｉ_c、Ｉ_p、Ｖ_pp、Ｐ_s)を算出することができる。変数Ｐ_sの値を算出し、算出した出力電力Ｐ_sを交流電源２４から出力させれば、プラズマに、基準値Ｐ_d0の値の電力を消費させることができることになる(Ｉ_c、Ｉ_p、Ｖ_ppは算出しなくても良い)。 Assuming that the resistance component R _{p of the} plasma maintains the calculated value R ₀ and does not change even if the values of other variables change, the reference value P _d0 is substituted for the variable P _d in equation (4). When the calculated value R ₀ is substituted for the variable R _p , the remaining four variables (I _c , I _p , V _pp , P _s ) can be calculated from the simultaneous equations and the equation (4). If the value of the variable P _s is calculated and the calculated output power P _s is output from the AC power supply 24, the plasma can consume the power of the reference value P _d0 (I _c , I _p V _pp need not be calculated).

しかしながら、プラズマの抵抗成分Ｒ_pは、交流電源２４が出力する電力Ｐ_sが変化すると一緒に変化してしまう。上記のようにプラズマの抵抗成分Ｒ_pに関し、算出した値Ｒ₀は変化しないと仮定して出力電力Ｐ_sを計算し、算出した値の出力電力Ｐ_sを交流電源２４から出力させても、基準値Ｐ_d0の大きさの消費電力をプラズマで消費させることはできない。
要するに、プラズマの抵抗成分Ｒ_pが、アンテナ電圧Ｖ_pp測定時の値を維持すると仮定することはきない。 However, the resistance component R _{p of} plasma changes together with the change in the electric power P _s output from the AC power supply 24. As described above, regarding the plasma resistance component R _p , the output power P _s is calculated on the assumption that the calculated value R ₀ does not change, and the calculated output power P _s is output from the AC power source 24. The power consumption of the reference value _Pd0 cannot be consumed by plasma.
In short, it cannot be assumed that the resistance component R _{p of the} plasma maintains the value at the time of measuring the antenna voltage V _pp .

そこで本発明では、プラズマの抵抗成分Ｒ_pを交流電源２４の出力電流の影響を受けるとしており、本発明によってプラズマを制御して処理対象物の処理を行う手順を説明する。
制御装置２３内には出力電圧Ｐ_sの初期値が記憶されているものとすると、まず、交流電源２４の出力電圧の角周波数ωを予め決まった値に設定し、交流電源２４が出力する高周波電圧の電力(出力電力Ｐ_s)を初期値に設定しておき、真空ポンプ１４を動作させて真空槽１１内部を真空雰囲気にした後、真空雰囲気を維持しながら真空槽１１内部に基板を搬入する。真空を維持したままガス導入系１３から処理ガスを真空槽１１内部に供給する。 Therefore, in the present invention, the resistance component R _{p of the} plasma is affected by the output current of the AC power supply 24, and the procedure for controlling the plasma and processing the object to be processed according to the present invention will be described.
_{Assuming that} the initial value of the output voltage P _s is stored in the control device 23, first, the angular frequency ω of the output voltage of the AC power supply 24 is set to a predetermined value, and the high frequency output from the AC power supply 24 is set. The voltage power (output power P _s ) is set to an initial value, and the vacuum pump 14 is operated to make the inside of the vacuum chamber 11 into a vacuum atmosphere, and then the substrate is carried into the vacuum chamber 11 while maintaining the vacuum atmosphere. To do. A processing gas is supplied from the gas introduction system 13 into the vacuum chamber 11 while maintaining the vacuum.

交流電源２４から高周波電圧をアンテナ１２に印加すると、真空槽１１内部に交番電場が誘起され、交番電場により真空槽１１内部の処理ガスがプラズマ化し、基板のプラズマ処理が開始される。基板電極５１には一定の交流電圧を印加しておく。
プラズマが形成された後、電圧検出部２１によってアンテナ電圧Ｖ_ppの値を検出し、測定装置２２によってその値を求めることでアンテナ電圧Ｖ_ppを測定し、制御装置２３に伝送する(測定工程)。 When a high-frequency voltage is applied to the antenna 12 from the AC power supply 24, an alternating electric field is induced in the vacuum chamber 11, the processing gas in the vacuum chamber 11 is turned into plasma by the alternating electric field, and plasma processing of the substrate is started. A constant AC voltage is applied to the substrate electrode 51 in advance.
After the plasma is formed, the voltage detector 21 detects the value of the antenna voltage V _pp , and the measurement device 22 obtains the value to measure the antenna voltage V _pp and transmits it to the control device 23 (measuring process). .

制御装置２３には、連立方程式((１)〜(３)式)からなる相互関係と、相互関係中の定数とが記憶されており、５変数(アンテナ電流Ｉ_c、プラズマ電流Ｉ_p、プラズマの抵抗成分Ｒ_p、アンテナ電圧Ｖ_pp、交流電源２４の出力電力Ｐ_s)中のＶ_ppとＰ_sが分かると、三変数三連立方程式((１)式〜(３)式)に基づき、プラズマ消費電力Ｐ_dを算出する計算手順が記憶されている。例えば三変数三連立方程式に基づき、Ｉ_pとＲ_pの値を求めて(４)式からＰ_dを算出するような計算手順が記憶されている。 The control device 23 stores an interrelation consisting of simultaneous equations (equations (1) to (3)) and a constant in the interrelation, and has five variables (antenna current I _c , plasma current I _p , plasma resistance component R _p, the antenna voltage V _pp, the output power P _s) V _pp and P _s in the AC power source 24 is known, based on the three-variable three simultaneous equations ((1) to (3) below) The calculation procedure for calculating the plasma power consumption P _d is stored. For example, a calculation procedure for calculating values of I _p and R _p and calculating P _d from the equation (4) based on the three-variable three simultaneous equations is stored.

制御装置２３には、アンテナ電圧Ｖ_ppを測定した時の交流電源２４の出力電力Ｐ_sの値が出力値Ｐ_s1として記憶されており(最初は初期値が出力値Ｐ_s1として記憶されている)、制御装置２３には、アンテナ電圧Ｖ_ppの測定値Ｖ₁と、出力電力Ｐ_sの出力値Ｐ_s1を計算手順に代入し、アンテナ電圧Ｖ_ppの測定時のプラズマの消費電力Ｐ_dの値を算出する(消費電力算出工程)。 In the control device 23, the value of the output power P _s of the AC power source 24 when the antenna voltage V _pp is measured is stored as the output value P _s1 (initial value is initially stored as the output value P _s1 . ), The control device 23 substitutes the measured value V ₁ of the antenna voltage V _pp and the output value P _s1 of the output power P _s into the calculation procedure, and determines the plasma power consumption P _d when measuring the antenna voltage V _pp . A value is calculated (power consumption calculation step).

本発明のプラズマ処理装置１０の制御装置２３には、プラズマの消費電力Ｐ_dの基準値Ｐ_d0が記憶されている。基準値Ｐ_d0は、好ましいプラズマ処理ができる消費電力を実験や計算によって求めた値である場合や、プロセスを行う際の最初に算出、又は途中に算出した値を基準値Ｐ_d0にした場合等が含まれる。 The control device 23 of the plasma processing apparatus 10 of the present invention stores a reference value P _d0 of the plasma power consumption P _d . The reference value _Pd0 is a value obtained by experiment or calculation of the power consumption that allows preferable plasma processing, or when the value calculated at the beginning of the process or during the process is used as the reference value _Pd0. Is included.

算出したプラズマの消費電力Ｐ_dの値を算出値Ｐ_d1とすると、交流電源２４の出力電力Ｐ_sの修正量ΔＰを、基準値Ｐ_d0と算出値Ｐ_d1と係数Ｋから、下記のように求めることができる。
ΔＰ＝Ｋ・Ｐ_s1(Ｐ_d1／Ｐ_d0−１) ……(５)
(但し、０＜Ｋ＜１)
制御装置２３には、上記(５)式が計算手順として記憶されており、修正量ΔＰを求めることができる。 Assuming that the calculated plasma power consumption P _d is the calculated value P _d1 , the correction amount ΔP of the output power P _s of the AC power supply 24 is calculated from the reference value P _d0 , the calculated value P _d1 and the coefficient K as follows. Can be sought.
ΔP = K · P _s1 (P _d1 / P _d0 −1) (5)
(However, 0 <K <1)
The control device 23 stores the equation (5) as a calculation procedure, and can determine the correction amount ΔP.

ここでは、修正量ΔＰと、算出値Ｐ_d1を求める際に用いた測定値Ｖ₁を測定した時の出力電圧Ｐ_sの出力値Ｐ_s1とから、出力電力Ｐ_sの修正値Ｐ_s2が下記式、
Ｐ_s2＝Ｐ_s1−ΔＰ ……(６)
によって求められる。この修正値Ｐ_s2の大きさの出力電力Ｐ_sが交流電源２４から出力されるとプラズマの消費電力Ｐ_dは基準値Ｐ_d0に近づく。修正値Ｐ_s2は、出力値Ｐ_s1として記憶される(Ｐ_s1＝Ｐ_s2)。 Here, the correction value P _s2 of the output power P _s is obtained from the correction amount ΔP and the output value P _s1 of the output voltage P _s when the measurement value V ₁ used for obtaining the calculated value P _d1 is measured. formula,
P _s2 = P _s1 −ΔP (6)
Sought by. When the output power P _s having the magnitude of the correction value P _s2 is output from the AC power supply 24, the plasma power consumption P _d approaches the reference value P _d0 . The correction value P _s2 is stored as the output value P _s1 (P _s1 = P _s2 ).

交流電源２４の出力電力Ｐ_sの大きさを修正値Ｐ_s2の大きさに変更した後であって、前回のアンテナ電圧Ｖ_ppの測定から一定時間経過すると、再度アンテナ電圧Ｖ_ppを測定し、その測定値Ｖ₁と、今回測定時の出力電力Ｐ_sの出力値Ｐ_s1を計算手順に代入し、アンテナ電圧Ｖ_ppの今回測定時のプラズマの消費電力Ｐ_dの値を算出し(消費電力算出工程)、(５)、(６)式から、修正値Ｐ_s2を求める。 Even after changing the magnitude of the output power P _s of the AC power supply 24 to the magnitude of the correction value P _s2, a certain length of time has elapsed since the measurement of the previous antenna voltage V _pp, measured antenna voltage V _pp again, The measured value V ₁ and the output value P _s1 of the output power P _s at the current measurement are substituted into the calculation procedure, and the value of the plasma power consumption P _d at the current measurement of the antenna voltage V _pp is calculated (power consumption The correction value P _s2 is obtained from the calculation steps), (5), and (6).

基板をプラズマによって処理している間、このように、一定の時間間隔でアンテナ電圧Ｖ_ppを測定しており、繰り返し、アンテナ電圧Ｖ_ppを測定し、測定値Ｖ₁と、測定時の出力電力Ｐ_sの出力値Ｐ_s1の大きさから修正値Ｐ_a2を算出すると、ΔＰがゼロの状態、即ち、プラズマの消費電力Ｐ_dの算出値Ｐ_d1が基準値Ｐ_d0に等しい状態に徐々に近づく。 While processing the substrate by plasma, thus, are measured antenna voltage V _pp at regular time intervals, repeatedly measures the antenna voltage V _pp, and the measured values V _1, the output power at the time of measurement After calculating the P _s correction value P _a2 from the magnitude of the output value P _s1 of, [Delta] P is zero state, i.e., gradually approaches a state equal to the calculated value P _d1 is the reference value P _d0 plasma power consumption P _d .

このように、本例では、アンテナ電圧Ｖ_ppを繰り返し測定してプラズマの消費電力Ｐ_dを基準値Ｐ_d0にすることができ、消費電力Ｐ_dに変動があった場合でも、素早く基準値Ｐ_d0に戻すことができるので、基板は基準値Ｐ_d0でプラズマ処理が行われ、プラズマ処理後、真空槽１１から搬出され、未処理の基板が真空槽１１に搬入され、プラズマ消費電力Ｐ_dを制御しながらプラズマ処理が続行される。 Thus, in this example, the antenna voltage V _pp can be repeatedly measured to set the plasma power consumption P _d to the reference value P _{d0. Even} when the power consumption P _d varies, the reference value P _d can be quickly obtained. Since the substrate can be returned to _d0 , the substrate is subjected to the plasma treatment with the reference value _Pd0 , and after the plasma treatment, the substrate is unloaded from the vacuum chamber 11 and the untreated substrate is loaded into the vacuum chamber 11 to obtain the plasma power consumption _Pd . Plasma processing is continued while controlling.

上記例ではアンテナ電圧Ｖ_ppを一定時間毎に測定していたが、アンテナ電圧Ｖ_ppは常時測定し、一定時間間隔毎の値を用いるようにしてもよい。
上記例では基準値Ｐ_d0は一定であったが、基板の処理条件に応じて変更する等、本発明は一定の場合に限定されるものではない。
また、上記例では(４)式を用いてプラズマ消費電力Ｐ_dを算出していたが、プラズマ消費電力Ｐ_dを算出せず、(６)式から出力電力Ｐ_sの修正値Ｐ_s2を直接算出してもよい。 In the above example had been measured the antenna voltage V _pp at regular time intervals, the antenna voltage V _pp is measured constantly, it may be used the value of each predetermined time interval.
In the above example, the reference value P _d0 is constant, but the present invention is not limited to a fixed case, such as changing according to the processing conditions of the substrate.
In the above example, the plasma power consumption P _d is calculated using the equation (4). However, the plasma power consumption P _d is not calculated, and the corrected value P _s2 of the output power P _s is directly calculated from the equation (6). It may be calculated.

なお、上記実施例では、測定したアンテナ電圧Ｖ_ppの測定値Ｖ₁が前回測定した値と異なっていると出力電力Ｐ_sは変更されるが、本発明はそのように変更するものに限定されるものではなく、アンテナ電圧Ｖ_ppの測定値Ｖ₁の小さい変動は無視することができる。 In the above embodiment, the output power P _s is changed if the measured value V ₁ of the measured antenna voltage V _pp is different from the previously measured value. However, the present invention is limited to such a change. The small fluctuation of the measured value V ₁ of the antenna voltage V _pp is not negligible.

この場合、アンテナ電圧Ｖ_ppの下限値と上限値を設定しておき、アンテナ電圧Ｖ_ppの測定値Ｖ₁が下限値より大きく、上限値よりも小さい場合にはアンテナ電圧Ｖ_ppの変動を無視することができる。
また、算出したプラズマの消費電力Ｐ_dの算出値Ｐ_d1の変動が小さい場合は、変動を無視することもできる。 In this case, may be set the lower and upper limits of the antenna voltage V _pp, the measured value V ₁ of the antenna voltage V _pp is greater than the lower limit value, ignoring the variation of the antenna voltage V _pp and if smaller than the upper limit value can do.
Further, when the calculated value P _d1 of the calculated plasma power consumption P _d is small, the fluctuation can be ignored.

上記実施例のプラズマ処理方法は、エッチングガスを処理ガスとして導入し、基板表面処理の薄膜をエッチングするプラズマ処理方法、薄膜原料ガスを処理ガスとして導入し、基板表面に処理ガスの薄膜を形成するプラズマ処理方法、又は、表面改質ガスを処理ガスとして導入し、基板表面の改質を行うプラズマ処理方法など、種々のプラズマ処理方法が含まれる。また、本発明には、それらのプラズマ処理方法を行うプラズマ処理装置も含まれる。 In the plasma processing method of the above embodiment, the etching gas is introduced as a processing gas and the thin film of the substrate surface treatment is etched, the thin film source gas is introduced as the processing gas, and the thin film of the processing gas is formed on the substrate surface. Various plasma processing methods, such as a plasma processing method or a plasma processing method in which a surface modification gas is introduced as a processing gas to modify the substrate surface, are included. Further, the present invention includes a plasma processing apparatus for performing these plasma processing methods.

次に、上記手順による交流電源２４の出力電力Ｐの補正を、図示して説明する。図４はアンテナ電圧Ｖ_ppとプラズマの消費電力Ｐ_dとの関係を示す図であり、横軸がアンテナ電圧Ｖ_ppの値を示し、縦軸がプラズマの消費電力Ｐ_dの値を示している。
望ましいプラズマ処理を行っている時のプラズマ消費電力Ｐ_dの値をＰ_d0とすると、図中の点Ａ、Ｃの状態のプラズマは、プラズマ消費電力Ｐ_dが望ましい値Ｐ_d0であり、アンテナ電圧Ｖ_ppを測定すれば、点Ａでは値Ｖ₁(この値Ｖ₁は上記実施例では測定値Ｖ₁である。)を示し、点Ｃでは値Ｖ₃を示すものとする(Ｖ₁＜Ｖ₃)。 Next, the correction of the output power P of the AC power supply 24 by the above procedure will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the antenna voltage V _pp and the plasma power consumption P _d . The horizontal axis shows the value of the antenna voltage V _pp , and the vertical axis shows the value of the plasma power consumption P _d . .
Desirable to the value of the plasma power P _d of when performing a plasma treatment to P _d0, point A, of the state of C plasma in the figure, a plasma power P _d is the desired value P _d0, antenna voltage When V _pp is measured, the value V ₁ (this value V ₁ is the measured value V ₁ in the above embodiment) is indicated at the point A, and the value V ₃ is indicated at the point C (V ₁ <V ₃ ).

図中の曲線ａ１、ａ２は、交流電源２４の出力電力Ｐ_sを一定値にし、プラズマの抵抗成分Ｒ_pをパラメータとして変化させた場合の、アンテナ電圧Ｖ_ppとプラズマ消費電力Ｐ_dとの関係を示す曲線である。Ｒ_pが決まれば自動的にＩ_pが決まる。曲線ａ１は点Ａを通る。 Curve a1, a2 in the figure, the output power P _s of the AC power supply 24 is a constant value, in the case of changing the resistance component R _p of the plasma as a parameter, the relationship between the antenna voltage V _pp and plasma power P _d It is a curve which shows. If R _p is determined, I _p is automatically determined. Curve a1 passes through point A.

従って、出力電力Ｐ_sが一定の状態でプラズマの抵抗成分Ｒ_pが変化すると、図中の曲線ａ１上のプラズマの状態を示す点は、曲線ａ１に沿って移動し、アンテナ電圧Ｖ_ppの値とプラズマ消費電力Ｐ_dの値の両方が変化する。 Accordingly, when the plasma resistance component R _p changes while the output power P _s is constant, the point indicating the plasma state on the curve a 1 in the figure moves along the curve a 1, and the value of the antenna voltage V _pp both the value of the plasma power P _d is changed.

点Ｂは、点Ａがａ１に沿って移動し、プラズマの消費電力Ｐ_dが、点Ａの値Ｐ_d0とは異なる値Ｐ₂となり、アンテナ電圧Ｖ_ppも点Ａとは異なる値Ｖ₂になったプラズマ状態である。
点Ｂの状態の交流電源２４の出力電力Ｐ_sの値は、点Ａの状態の交流電源２４の出力電力Ｐ_sの値と同じであるが、プラズマの消費する電力Ｐ_dが異なっている。
即ち、プラズマ以外の伝送線路上の抵抗成分Ｒ_ex，Ｒ_cにおいて、Ｐ_sが多く消費されるようになったことを意味している。 Point B moves along the point A is a1, the plasma power consumption P _d is a different value P ₂ becomes the value P _d0 of point A, the value V ₂ different from the antenna voltage V _pp is also the point A This is a plasma state.
The value of the output power P _s of the AC power source 24 in the state of the point B is the same as the value of the output power P _s of the AC power source 24 in the state of the point A, but the power P _d consumed by the plasma is different.
In other words, this means that P _s is consumed much in the resistance components R _ex and R _c on the transmission line other than plasma.

図中の曲線ｂ１、ｂ２は、プラズマの抵抗成分Ｒ_pを一定値にし、交流電源２４の出力電力Ｐ_sをパラメータとして変化させた場合のアンテナ電圧Ｖ_ppとプラズマ消費電力Ｐ_dとの関係を示す曲線である。
従って、図中の曲線ｂ１、ｂ２上の点は、プラズマの抵抗成分Ｒ_pを一定値として交流電源２４の出力電力Ｐ_sを変化させると、曲線ｂ１、ｂ２に沿って移動し、アンテナ電圧Ｖ_ppの値とプラズマ消費電力Ｐ_dの値の両方が変化する。 Curves b1 and b2 in the figure show the relationship between the antenna voltage V _pp and the plasma power consumption P _d when the resistance component R _{p of the} plasma is set to a constant value and the output power P _s of the AC power supply 24 is changed as a parameter. It is a curve which shows.
Therefore, the point on the curve b1, b2 in FIG, varying the output power P _s of the AC power supply 24 to the resistance component R _p of the plasma as a constant value, and moves along the curve b1, b2, antenna voltage V both values of _pp value and the plasma power P _d is changed.

曲線ｂ２は点Ｂと点Ｃを通っており、点Ｂのプラズマの状態は、プラズマの抵抗成分Ｒ_pを変化させながら、交流電源２４の出力電力Ｐ_sの値を変化させて、点Ｂを曲線ｂ２に沿って移動させ、点Ｃに到着させることができる。交流電源２４の出力電力Ｐ_sを、プラズマの消費電力Ｐ_dがＣ点になるように調整すれば、望ましいプラズマ処理を行えることになる。 The curve b2 passes through the points B and C. The plasma state at the point B changes the value of the output power P _s of the AC power source 24 while changing the resistance component R _{p of the} plasma, It can be moved along curve b2 to arrive at point C. If the output power P _s of the AC power supply 24 is adjusted so that the plasma power consumption P _d becomes a point C, a desirable plasma treatment can be performed.

上記は、点Ａから点Ｂに至る間にはプラズマの消費電力Ｐ_dが低下しており、従って、点Ａのプラズマ状態から、プラズマの抵抗成分Ｒ_pが小さくなって点Ｂに移動している。そして、出力電力Ｐ_sを大きくして点Ｃまで移動させ、プラズマの消費電力Ｐ_dを大きくして望ましいプラズマ処理を行える点Ｃの状態に復帰させた例である。 In the above, the power consumption P _{d of the} plasma decreases from the point A to the point B. Therefore, from the plasma state at the point A, the plasma resistance component R _p decreases and moves to the point B. Yes. In this example, the output power P _s is increased and moved to point C, and the plasma power consumption P _d is increased to return to the state of point C where the desired plasma processing can be performed.

それとは異なり、望ましいプラズマ処理の状態からプラズマの消費電力Ｐ_dが大きくなった場合は、プラズマの抵抗成分Ｒ_pが大きくなった場合であり、例えば点Ｃから、点Ｃを通る曲線ａ２に沿ってプラズマの消費電力Ｐ_dが増加する方向に移動し、点Ｄに到着したとすると、出力電力Ｐ_sを小さくすることで点Ｄが示すプラズマの状態が曲線ｂ１に沿って移動するので、曲線ｂ１上の望ましいプラズマ処理を行える状態の点Ａに復帰させることができる。 On the other hand, when the plasma power consumption P _d increases from the desired plasma processing state, the resistance component R _{p of the} plasma increases. For example, from the point C to the curve a2 passing through the point C. power P _d of the plasma is moved in the direction of increasing Te, when arrived at the point D, the state of the plasma indicated the point D by reducing the output power P _s is moved along the curve b1, the curve It is possible to return to the point A where the desired plasma treatment on b1 can be performed.

１０……プラズマ処理装置
１１……真空槽
２２……測定装置
２３……制御装置
１２……アンテナ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Plasma processing apparatus 11 ... Vacuum chamber 22 ... Measuring apparatus 23 ... Control apparatus 12 ... Antenna

Claims

真空槽と、
前記真空槽内に処理ガスを導入するガス導入系と、
出力電力Ｐ_sが変更可能に構成された交流電源と、
前記交流電源に接続され前記交流電源から印加された電圧で前記真空槽内に交番電場を形成するアンテナとを有し、
前記真空槽内に導入された前記処理ガスは、前記交番電場によってプラズマ化され、前記真空槽内に配置された処理対象物がプラズマによって処理されるプラズマ処理装置であって、
前記交流電源の前記出力電力Ｐ_sを変更させる信号を前記交流電源に出力する制御装置と、
前記アンテナの電圧であるアンテナ電圧Ｖ_ppを測定する測定装置とを有し、
前記制御装置には、前記プラズマの消費電力Ｐ_dの基準値Ｐ_d0が記憶され、また、前記制御装置には、前記測定装置の測定結果である測定値Ｖ₁と、その測定値Ｖ₁の測定時の前記出力電力Ｐ_sの値である出力値Ｐ_s1とから、前記プラズマの消費電力Ｐ_dの算出値Ｐ_d1が前記基準値Ｐ_d0に近づくような、前記出力電力Ｐ_sの修正値Ｐ_s2を算出する計算手順が記憶され、
前記制御装置に記憶された前記計算手順は、下記(１)〜(３)式、
（１／２）Ｖ _pp ＝（Ｒ _c ＋ｉωＬ _c ）Ｉ _c −ｉωＭＩ _p …（１）
０＝−ｉωＭＩ _c ＋（Ｒ _p ＋ｉωＬ _p ）Ｉ _p …（２）
Ｐ _s ＝（１／２）（Ｒ _ex ＋Ｒ _c ）｜Ｉ _c ｜ ² ＋（１／２）Ｒ _p ｜Ｉ _p ｜ ² …（３）
(符号ｉは虚数単位、符号ω、Ｌ _c 、Ｍ、Ｌ _p 、Ｒ _ex 、Ｒ _c は定数、符号Ｉ _c 、Ｉ _p 、Ｒ _p 、Ｖ _pp 、Ｐ _s は変数)
の連立方程式の符号Ｖ _pp に前記測定値Ｖ ₁ を代入し、符号Ｐ _s に前記出力値Ｐ _s1 を代入し、得られた結果と下記(４)式、
Ｐ _d ＝（１／２）Ｒ _p ｜Ｉ _p ｜ ² …（４）
から得られた符号Ｐ _d の値を前記算出値Ｐ _d1 とし、前記算出値Ｐ _d1 と前記基準値Ｐ _d0 との比率から、前記出力電力Ｐ _s の出力値Ｐ _s1 を変更した修正値Ｐ _s2 が求められる計算手順であり、
前記測定装置による前記アンテナ電圧Ｖ _pp の測定と、前記計算手順による前記修正値Ｐ _s2 の算出と、前記交流電源が出力する電力を算出された前記修正値Ｐ _s2 に変更することとが繰り返し行われるように構成されたプラズマ処理装置。 A vacuum chamber;
A gas introduction system for introducing a processing gas into the vacuum chamber;
An AC power source configured such that the output power P _s can be changed;
An antenna connected to the AC power source and forming an alternating electric field in the vacuum chamber with a voltage applied from the AC power source;
The processing gas introduced into the vacuum chamber is converted into plasma by the alternating electric field, and a processing object disposed in the vacuum chamber is processed by plasma,
A control device for outputting a signal for changing the output power P _s of the AC power source to the AC power source;
A measuring device for measuring an antenna voltage V _pp which is a voltage of the antenna,
The control device stores a reference value P _{d0 of the} plasma power consumption P _d , and the control device stores a measurement value V ₁ that is a measurement result of the measurement device and a measurement value V ₁ of the measurement value V ₁ . The corrected value of the output power P _s such that the calculated value P _{d1 of the} plasma power consumption P _d approaches the reference value P _d0 from the output value P _s1 that is the value of the output power P _s at the time of measurement. The calculation procedure for calculating P _s2 is stored,
The calculation procedure stored in the control device includes the following equations (1) to (3):
(1/2) V _pp = (R _c + iωL _c ) I _c −iωMI _p (1)
0 = −iωMI _c + (R _p + iωL _p ) I _p (2)
_{P s = (1/2) (R} ex + R c) | I c | 2 + (1/2) R p | I p | 2 ... (3)
(Sign i is an imaginary unit, signs ω, L _c , M, L _p , R _ex , R _c are constants, signs I _c , I _p , R _p , V _pp , P _s are variables)
Substituting the measured value V ₁ for the sign V _pp of the simultaneous equations and substituting the output value P _s1 for the sign P _s , the obtained result and the following equation (4):
P _d = (1/2) R _p | I _p | ² (4)
The obtained value of the code P _d from the said calculated value P _d1, the calculated value P _d1 and the ratio between the reference value P _d0, the output power P modification value change the output value P _s1 of _s P _s2 Is the required calculation procedure,
The measurement of the antenna voltage V _pp by the measuring device , the calculation of the correction value P _s2 by the calculation procedure, and the change of the power output from the AC power source to the calculated correction value P _s2 are repeatedly performed. A plasma processing apparatus configured to be

前記制御装置には、下記(５)式、The control device includes the following formula (5):
ΔＰ＝Ｋ・ＰΔP = K · P _s1s1 (Ｐ(P _d1d1 ／Ｐ/ P _d0d0 −１) ……(５)-1) ...... (5)
(０＜Ｋ＜１)(0 <K <1)
から修正量ΔＰを算出し、前記修正量ΔＰと前記出力値ＰThe correction amount ΔP is calculated from the correction amount ΔP and the output value P _s1s1 とから、前記出力電力ＰAnd the output power P _ss の前記修正値ＰCorrection value P of _s2s2 を下記(６)式、(6)
ＰP _s2s2 ＝Ｐ= P _s1s1 −ΔＰ ……(６)-ΔP (6)
によって算出する第２の計算手順が記憶された請求項１記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a second calculation procedure calculated by the step is stored.

真空槽内に処理ガスを導入しながら交流電源によって交流電圧をアンテナに印加し、前記真空槽内に交番電場を形成し、前記真空槽内に導入された前記処理ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマで、前記真空槽内に搬入された基板を処理するプラズマ処理方法であって、
前記アンテナの電圧であるアンテナ電圧Ｖ _pp を測定する測定工程と、
前記測定工程での測定値Ｖ ₁ と、前記測定工程の測定時の出力電力Ｐ _s の出力値Ｐ _s1 とから、前記プラズマの消費電力Ｐ _d の算出値Ｐ _d1 が、設定された基準値Ｐ _d0 に近づくような、前記出力電力Ｐ _s の修正値Ｐ _s2 を算出する算出工程と、
前記交流電源から出力する電力を、前記算出工程で算出された前記修正値Ｐ _s2 に変更する電力変更工程とを有し、
前記測定工程と、前記算出工程と、前記電力変更工程とを繰り返し行うプラズマ処理方法であって、
前記算出工程では、下記(１)〜(３)式、
（１／２）Ｖ_pp＝（Ｒ_c＋ｉωＬ_c）Ｉ_c−ｉωＭＩ_p …（１）
０＝−ｉωＭＩ_c＋（Ｒ_p＋ｉωＬ_p）Ｉ_p …（２）
Ｐ_s＝（１／２）（Ｒ_ex＋Ｒ_c）｜Ｉ_c｜²＋（１／２）Ｒ_p｜Ｉ_p｜² …（３）
(符号ｉは虚数単位、符号ω、Ｌ_c、Ｍ、Ｌ_p、Ｒ_ex、Ｒ_cは定数、符号Ｉ_c、Ｉ_p、Ｒ_p、Ｖ_pp、Ｐ_sは変数)
の連立方程式の符号Ｖ_ppに前記測定値Ｖ₁を代入し、符号Ｐ_sに前記出力値Ｐ_s1を代入し、得られた結果と下記(４)式、
Ｐ_d＝（１／２）Ｒ_p｜Ｉ_p｜² …（４）
から得られた符号Ｐ_dの値を前記算出値Ｐ_d1とし、前記算出値Ｐ_d1と前記基準値Ｐ_d0との比率から、前記出力電力Ｐ_sの出力値Ｐ_s1を変更した修正値Ｐ_s2を求め、
前記交流電源から、前記修正値Ｐ_s2の電力を出力させるプラズマ処理方法。 An alternating voltage was applied to the antenna while introducing a processing gas into the vacuum chamber, an alternating electric field was formed in the vacuum chamber, and the processing gas introduced into the vacuum chamber was converted into plasma and generated. A plasma processing method of processing a substrate carried into the vacuum chamber with plasma,
A measuring step of measuring an antenna voltage V _pp which is a voltage of the antenna ;
From the measured value V ₁ in the measuring step and the output value P _s1 of the output power P _{s in} the measuring step, a calculated value P _{d1 of the} plasma power consumption P _d is set as a set reference value P a calculation step of calculating a correction value P _s2 of the output power P _s that approaches _d0 ;
A power changing step of changing the power output from the AC power source to the correction value P _s2 calculated in the calculating step ,
A plasma processing method for repeatedly performing the measurement step, the calculation step, and the power change step,
In the calculation step, the following equations (1) to (3):
(1/2) V _pp = (R _c + iωL _c ) I _c −iωMI _p (1)
0 = −iωMI _c + (R _p + iωL _p ) I _p (2)
_{P s = (1/2) (R} ex + R c) | I c | 2 + (1/2) R p | I p | 2 ... (3)
(Sign i is an imaginary unit, signs ω, L _c , M, L _p , R _ex , R _c are constants, signs I _c , I _p , R _p , V _pp , P _s are variables)
Substituting the measured value V ₁ for the sign V _pp of the simultaneous equations and substituting the output value P _s1 for the sign P _s , the obtained result and the following equation (4):
P _d = (1/2) R _p | I _p | ² (4)
The obtained value of the code P _d from the said calculated value P _d1, the calculated value P _d1 and the ratio between the reference value P _d0, the output power P modification value change the output value P _s1 of _s P _s2 Seeking
From said AC power source, Help plasma processing method to output power of the correction value P _s2.

下記(５)式、
ΔＰ＝Ｋ・Ｐ_s1(Ｐ_d1／Ｐ_d0−１) ……(５)
(０＜Ｋ＜１)
から修正量ΔＰを算出し、前記修正量ΔＰと前記出力値Ｐ_s1とから、前記出力電力Ｐ_sの前記修正値Ｐ_s2を下記(６)式、
Ｐ_s2＝Ｐ_s1−ΔＰ ……(６)
によって算出する請求項３記載のプラズマ処理方法。

Equation (5) below
ΔP = K · P _s1 (P _d1 / P _d0 −1) (5)
(0 <K <1)
From the correction amount ΔP and the output value P _s1 , the correction value P _s2 of the output power P _s is calculated from the following equation (6):
P _s2 = P _s1 −ΔP (6)
The plasma processing method according to claim 3, calculated by: