JP6541623B2 - プラズマ処理装置、及び波形補正方法 - Google Patents

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置、及び波形補正方法に関するものである。

従来、プラズマを用いて被処理体にプラズマエッチング処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置では、例えば、処理容器の内部に設けられて被処理体の載置台として機能する電極上に被処理体が載置され、電極にプラズマ生成用の高周波が印加されることにより、処理容器の内部においてプラズマが生成される。そして、プラズマ中のイオンやラジカル等により、被処理体の表面にプラズマエッチング処理が施される。

ところで、プラズマ処理装置では、プラズマ生成用の高周波を電極に伝送する経路においてプラズマ生成用の高周波に歪み成分が付加されることがある。例えば、プラズマ生成用の高周波を生成する高周波電源と電極とを接続するケーブル等の素子における微小なインピーダンスの変化や非線形特性によって、プラズマ生成用の高周波の周波数の整数倍の周波数に高調波歪みと呼ばれる歪み成分が生じる。高調波歪みが生じると、電極に印加されるプラズマ生成用の高周波の波形に歪み（以下「波形歪み」と呼ぶ）が生じ、この高周波の波形歪みによってプラズマの均一性が低下するので、被処理体のエッチングレートの均一性が低下する。

この高周波の波形歪みを抑えるために、プラズマ生成用の高周波を電極に伝送する経路にインピーダンス素子を設け、インピーダンス素子が有する特定のインピーダンスを付与することにより、高調波歪みを除去する従来技術が知られている。

特開２００５−２０３４４４号公報 特開平１０−２４１８９５号公報

しかしながら、インピーダンス素子を用いた従来技術では、電極に印加される高周波の波形歪みに起因したエッチングレートの均一性の低下を抑えることができるものの、プラズマ処理装置間のエッチングレートの差を抑えることが困難である。

すなわち、インピーダンス素子が設けられた経路の状態（例えば、プラズマ生成用の高周波を生成する高周波電源と電極とを接続するケーブル等の状態）は、プラズマ処理装置間で異なるため、該経路で生じる高調波歪みの大きさも装置間で異なる。高調波歪みの大きさが装置間で異なる場合、単純にインピーダンス素子を用いて高調波歪みを除去するのみでは、インピーダンス素子のインピーダンスが固定されているため、高調波歪みが十分に除去されず、装置によっては大きな高調波歪みが残存することがある。したがって、単純にインピーダンス素子を用いる場合、装置間で残存する高調波歪みの大きさが異なることとなる。これにより、電極に印加される高周波の波形歪みの程度も装置間で異なることとなる。装置間の波形歪みの差は、装置間のプラズマの均一性の差を引き起こし、結果として、装置間のエッチングレートの差が増大してしまう。

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、プラズマ生成用の高周波が印加され、かつ、被処理体の載置台として機能する電極を有するプラズマ処理装置であって、高周波生成部と、歪み成分抽出部と、波形補正部とを有する。前記高周波生成部は、予め定められた周波数を有する設定周波数成分を含む波形データを用いて、前記高周波を生成する。前記歪み成分抽出部は、前記高周波生成部により生成された前記高周波を前記電極に伝送する経路において前記高周波に付与される歪み成分を抽出する。前記波形補正部は、前記歪み成分の位相を逆転して得られる逆位相成分を、前記高周波生成部における前記高周波の生成に用いられる波形データの前記設定周波数成分に合成することによって、前記波形データを補正する。

開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、電極に印加される高周波の波形歪みに起因したエッチングレートの均一性の低下及び装置間のエッチングレートの差を抑えることができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例を示す図である。 図２Ａは、第１の実施形態における歪み成分抽出部及び波形補正部による処理の一例を説明するための図である。 図２Ｂは、第１の実施形態における歪み成分抽出部及び波形補正部による処理の一例を説明するための図である。 図３は、波形補正部による波形データの補正が行われる前の下部電極の電圧波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図４は、波形補正部による波形データの補正が行われた後の下部電極の電圧波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係る波形補正方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図６Ａは、第１の実施形態に係る波形補正方法による効果を説明するための図である。 図６Ｂは、第１の実施形態に係る波形補正方法による効果を説明するための図である。 図７は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例を示す図である。 図８は、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例を示す図である。 図９は、第４の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置及び波形補正方法の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。また、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成例を示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を用いたプラズマ処理装置として構成される。プラズマ処理装置１０は、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２の内壁面は、例えば、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。

処理容器１２の底部上には、略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。また、処理容器１２内には、ウエハＷの載置台として機能する下部電極１８が設けられている。下部電極１８は、支持部１４によって支持されている。

下部電極１８は、その上面において被処理体としてのウエハＷを保持する。下部電極１８は、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

下部電極１８の第２プレート１８ｂ上には、静電チャック１９が設けられている。静電チャック１９は、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャック１９の電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。この静電チャック１９は、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着する。これにより、静電チャック１９は、ウエハＷを保持することができる。

下部電極１８の第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャック１９を囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。

第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４には、冷媒が循環するよう、供給される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャック１９によって支持されたウエハＷの温度が制御される。

また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック１９の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、下部電極１８の上方において、当該下部電極１８と対向配置されている。下部電極１８と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極１８との間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓが提供されている。

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。また、上部電極３０は、ＧＮＤに接続されている。第１の実施形態では、上部電極３０は、下部電極１８の上面、即ち、ウエハ載置面からの鉛直方向における距離が可変であるように構成され得る。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は処理空間Ｓに面しており、当該電極板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この電極板３４は、第１の実施形態では、シリコンから構成されている。

電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、フルオロカーボンガスのソース、希ガスのソース、及び、酸素（Ｏ_２）ガスのソースといった複数のガスソースを含んでいる。フルオロカーボンガスは、例えば、Ｃ_４Ｆ_６ガス及びＣ_４Ｆ_８ガスのうち少なくとも一種を含むガスである。また、希ガスは、Ａｒガス、Ｈｅガスといった種々の希ガスのうち少なくとも一種を含むガスである。

バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。

また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

処理容器１２の底部側、且つ、支持部１４と処理容器１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方、且つ、処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

また、プラズマ処理装置１０は、図１に示すように、高周波生成部６１と、高周波電源６４とを有する。

高周波生成部６１は、予め定められた周波数を有する設定周波数成分を含む波形データを用いて、プラズマ生成用の高周波を生成する。高周波生成部６１は、例えば、６０ＭＨｚの周波数を有する設定周波数成分を含む波形データを用いて、６０ＭＨｚの高周波を生成する。高周波生成部６１は、増幅器６２及び整合器６３を介して下部電極１８に接続されている。増幅器６２は、高周波生成部６１により生成される高周波を増幅し、増幅した高周波を整合器６３を介して下部電極１８へ供給する。整合器６３は、高周波生成部６１の出力インピーダンスと負荷側（つまり、下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合する。高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路は、高周波生成部６１により生成されたプラズマ生成用の高周波を下部電極１８に伝送する経路であり、例えば、増幅器６２、整合器６３、及び、高周波生成部６１と下部電極１８とを接続するケーブル等の素子を備える。そして、これらの素子におけるインピーダンスの不連続点や微小な非線形特性によって、プラズマ生成用の高周波の周波数の整数倍の周波数に「高調波歪み」と呼ばれる歪み成分が生じる。「高調波歪み」は、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路において、プラズマ生成用の高周波に付加される。この「高調波歪み」は、高周波生成部６１により生成されたプラズマ生成用の高周波を下部電極１８に伝送する経路で生じる歪み成分の一例である。

高周波生成部６１は、図１に示すように、波形データ生成部７１と、量子化部７２と、逆フーリエ変換部７３と、Ｄ（Digital）／Ａ（Analog）変換部７４，７５と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）７６，７７とを有する。また、高周波生成部６１は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）発振器７８と、移相器７９と、乗算器８０，８１と、加算器８２とを有する。

波形データ生成部７１は、波形データを生成する。波形データ生成部７１は、例えば、予め定められた周波数を有する設定周波数成分を含む波形データを生成する。そして、波形データ生成部７１は、生成した波形データを量子化部７２へ出力する。なお、波形データ生成部７１により生成される波形データ、すなわち、高周波生成部６１における第１の高周波の生成に用いられる波形データは、後述する波形補正部６７によって補正される。

量子化部７２は、波形データ生成部７１から入力される波形データを量子化する。逆フーリエ変換部７３は、量子化部７２により量子化された波形データを逆フーリエ変換することによって、波形データの同相成分データ（Ｉデータ：In-Phase component）及び逆相成分データ（Ｑデータ：Quadrature component）を分離する。逆フーリエ変換部７３により分離された波形データのＩデータ及びＱデータは、Ｄ／Ａ変換部７４，７５によってＤ／Ａ変換され、ＬＰＦ７６，７７を経て、乗算器８０，８１へ入力される。

ＰＬＬ発振器７８は、基準搬送波を生成し、生成した基準搬送波を移相器７９及び乗算器８０へ出力する。移相器７９は、ＰＬＬ発振器７８から入力される基準搬送波の位相を９０°シフトし、位相が９０°シフトされた基準搬送波を乗算器８１へ出力する。乗算器８０は、ＬＰＦ７６から入力されるＩデータと、ＰＬＬ発振器７８から入力される基準搬送波とを乗算する。乗算器８１は、ＬＰＦ７７から入力されるＱデータと、移相器７９から入力される基準搬送波とを乗算する。加算器８２は、乗算器８０の乗算結果と、乗算器８１の乗算結果とを合成することによって、プラズマ生成用の高周波を生成し、生成した高周波を増幅器６２へ出力する。

高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波を生成する。高周波電源６４は、高周波生成部６１により生成される高周波よりも周波数が低い高周波を生成する。高周波電源６４は、例えば、６００ｋＨｚの高周波を生成する。以下では、高周波電源６４により生成される高周波と、高周波生成部６１により生成される高周波とを区別するために、高周波電源６４により生成される高周波を「バイアス用高周波」と呼ぶ。高周波電源６４は、整合器６５を介して下部電極１８に接続されている。整合器６５は、高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合する。高周波電源６４は、高周波生成部６１と同様に下部電極１８に接続されているので、高周波生成部６１により生成された高周波とは周波数が異なるバイアス用高周波が下部電極１８に印加される場合、バイアス用高周波の一部が高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路へ漏洩することがある。そして、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路へ漏洩したバイアス用高周波とプラズマ生成用の高周波とが干渉することにより、プラズマ生成用の高周波の周波数近傍に「混変調歪み」と呼ばれる歪み成分が生じる。「高調波歪み」は、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路において、プラズマ生成用の高周波に付加される。この「混変調歪み」は、高周波生成部６１により生成された高周波を下部電極１８に伝送する経路で生じる歪み成分の一例である。

また、プラズマ処理装置１０は、図１に示すように、歪み成分抽出部６６と、波形補正部６７とを有する。

歪み成分抽出部６６は、高周波生成部６１により生成されたプラズマ生成用の高周波を下部電極１８に伝送する経路においてプラズマ生成用の高周波に付与される歪み成分を抽出する。歪み成分抽出部６６により抽出される歪み成分には、例えば、上記の「高調波歪み」及び「混変調歪み」が含まれる。

歪み成分抽出部６６は、図１に示すように、電力測定部９１，９２と、Ａ（Analog）／Ｄ（Digital）変換部９３，９４と、波形取得部９５と、フーリエ変換部９６と、比較部９７とを有する。また、歪み成分抽出部６６は、歪み成分を検出するために十分な高速応答性を有する必要があり、少なくとも基本周波数の２倍以上の高速応答性（周波数検出能力）を持ち、検出部分で波形の歪みおよび位相の変化が起こらないように設計される必要がある。すなわち、歪み成分抽出部６６は、基本周波数の少なくとも２倍以上の周波数応答速度を持った電力、あるいは電圧の検出手段である。ここで、基本周波数は、波形データの補正により最終的にウェハＷ上で生成される正弦波の周波数（後述する図２Ａにおいて設定周波数成分として定義されるｆ_０の周波数）である。

電力測定部９１は、方向性結合器９１ａを介して、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路（図１の例では、整合器６３の出力端）に接続されている。方向性結合器９１ａは、下部電極１８へ向かうプラズマ生成用の高周波を抽出して電力測定部９１へ出力する。電力測定部９１は、方向性結合器９１ａから入力されるプラズマ生成用の高周波の電力（以下「高周波電力」と呼ぶ）を測定し、測定した高周波電力をＡ／Ｄ変換部９３へ出力する。

電力測定部９２は、方向性結合器９２ａを介して、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路（図１の例では、整合器６３の出力端）に接続されている。方向性結合器９２ａは、プラズマ生成用の高周波がプラズマで反射された反射波を抽出して電力測定部９２へ出力する。電力測定部９２は、方向性結合器９２ａから入力される反射波の電力（以下「反射波電力」と呼ぶ）を測定し、測定した反射波電力をＡ／Ｄ変換部９４へ出力する。

Ａ／Ｄ変換部９３は、電力測定部９１から入力される高周波電力をＡ／Ｄ変換し、得られたデジタルの高周波電力を波形取得部９５へ出力する。

Ａ／Ｄ変換部９４は、電力測定部９２から入力される反射波電力をＡ／Ｄ変換し、得られたデジタルの反射波電力を波形取得部９５へ出力する。

波形取得部９５は、高周波電力、又は、高周波電力と反射波電力との差分（つまり、高周波電力−反射波電力）に関して、波形を取得する。高周波電力と反射波電力との差分は、実際にプラズマに吸収された高周波の電力を示し、実効吸収電力とも呼ばれる。高周波電力又は実効吸収電力の波形は、下部電極１８に印加される高周波の電圧波形と概ね一致する。このため、高周波電力又は実効吸収電力の波形には、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路においてプラズマ生成用の高周波に付加された歪み成分が含まれる。

フーリエ変換部９６は、波形取得部９５により取得された波形をフーリエ変換することによって、当該波形に含まれる複数の周波数成分を抽出し、抽出した複数の周波数成分を比較部９７へ出力する。

比較部９７は、波形に含まれる複数の周波数成分の入力をフーリエ変換部９６から受ける。比較部９７は、波形データ生成部７１により生成される波形データに含まれる設定周波数成分を示す情報を予め保持している。そして、比較部９７は、波形に含まれる複数の周波数成分と、設定周波数成分とを比較することによって、設定周波数成分以外の周波数成分を歪み成分として抽出し、抽出した歪み成分を波形補正部６７へ出力する。

波形補正部６７は、高周波生成部６１における高周波の生成に用いられる波形データ、すなわち、波形データ生成部７１により生成される波形データを補正する。具体的には、波形補正部６７は、歪み成分抽出部６６の比較部９７から入力される歪み成分の位相を逆転して逆位相成分を得る。そして、波形補正部６７は、歪み成分の逆位相成分を、波形データ生成部７１により生成される波形データの設定周波数成分に合成することによって、当該波形データを補正する。波形補正部６７により補正された波形データ（以下「補正後の波形データ」という）は、設定周波数成分に加えて、歪み成分の逆位相成分を含む。このため、補正後の波形データを用いて高周波生成部６１により生成される高周波は、設定周波数成分に加えて、歪み成分の逆位相成分を含む。

図２Ａ及び図２Ｂは、第１の実施形態における歪み成分抽出部６６及び波形補正部６７のよる処理の一例を説明するための図である。図２Ａの右側の図は、高周波生成部６１における高周波の生成に用いられる波形データ（つまり、波形データ生成部７１により生成される波形データ）に含まれる設定周波数成分を示す。歪み成分抽出部６６の比較部９７は、図２Ａの右側の図に示した設定周波数成分を示す情報を予め保持している。図２Ａにおける左側の図は、フーリエ変換部９６により抽出された複数の周波数成分（つまり、高周波電力又は実効吸収電力の波形に含まれる複数の周波数成分）を示す。

図２Ａの左側の図に示すように、フーリエ変換部９６により抽出された複数の周波数成分には、設定周波数成分に加えて、上記の「高調波歪み」及び「混変調歪み」が含まれる。図２Ａの例では、「高調波歪み」は、設定周波数成分の周波数（つまり、高周波生成部６１により生成されるプラズマ生成用の高周波の周波数）がｆ_０であるとすると、２ｆ_０の周波数及び３ｆ_０の周波数に生じる。また、「混変調歪み」は、高周波電源６４により生成されるバイアス用高周波の周波数がｆ１であるとすると、ｆ_０±ｆ_１の周波数及びｆ_０±２ｆ_１の周波数に生じる。歪み成分抽出部６６の比較部９７は、図２Ａの左側の図に示した複数の周波数成分と、図２Ａの右側の図に示した設定周波数成分とを比較することによって、設定周波数成分以外の周波数成分である「高調波歪み」及び「混変調歪み」を歪み成分として抽出する。波形補正部６７は、歪み成分として抽出された「高調波歪み」及び「混変調歪み」の位相を逆転して、「高調波歪み」の逆位相成分及び「混変調歪み」の逆位相成分を得る。そして、波形補正部６７は、「高調波歪み」の逆位相成分及び「混変調歪み」の逆位相成分を、高周波生成部６１における高周波の生成に用いられる波形データ（つまり、波形データ生成部７１により生成される波形データ）の設定位相成分に合成することによって、当該波形データを補正する。補正後の波形データは、設定周波数成分に加えて、「高調波歪み」の逆位相成分及び「混変調歪み」の逆位相成分を含む。このため、補正後の波形データを用いて高周波生成部６１により生成される高周波は、図２Ｂに示すように、設定周波数成分に加えて、「高調波歪み」の逆位相成分及び「混変調歪み」の逆位相成分を含む。

ここで、図３及び図４を参照して、波形補正部６７による波形データの補正のシミュレーション結果について説明する。図３は、波形補正部６７による波形データの補正が行われる前の下部電極１８の電圧波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。図４は、波形補正部６７による波形データの補正が行われた後の下部電極１８の電圧波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。

図３（ａ）は、波形補正部６７により補正されていない波形データを用いて高周波生成部６１により生成された高周波の電圧波形を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）の電圧波形を有する高周波が高周波生成部６１により生成された場合に下部電極１８に印加される高周波の電圧波形を示す。図４（ａ）は、波形補正部６７により補正された波形データを用いて高周波生成部６１により生成された高周波の電圧波形を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）の電圧波形を有する高周波が高周波生成部６１により生成された場合に下部電極１８に印加される高周波の電圧波形を示す。図３及び図４において、横軸は、時間を示し、縦軸は、高周波の電圧を示す。

図３のシミュレーション結果を参照すると、波形補正部６７により波形データが補正されていない場合、高周波生成部６１により生成された高周波の電圧波形は、正弦波である。また、波形補正部６７により波形データが補正されていない場合、下部電極１８に印加される高周波の電圧波形に歪みが生じる。すなわち、波形補正部６７により波形データが補正されていない場合、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路において、プラズマ生成用の高周波に歪み成分が付与されるので、下部電極１８に印加される高周波に波形歪みが生じる。

これに対して、図４のシミュレーション結果を参照すると、波形補正部６７により波形データが補正された場合、補正後の波形データを用いて高周波生成部６１により生成された高周波の電圧波形は、歪む。また、波形補正部６７により波形データが補正された場合、下部電極１８に印加される高周波の電圧波形は、正弦波である。すなわち、波形補正部６７により波形データが補正された場合、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路においてプラズマ生成用の高周波に付与された歪み成分が歪み成分の逆位相成分によって相殺されるので、下部電極１８に印加される高周波の波形歪みが抑制される。

次に、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１０における波形補正方法について説明する。図５は、第１の実施形態に係る波形補正方法の流れの一例を示すフローチャートである。

図５に示すように、プラズマ処理装置１０の高周波生成部６１は、予め定められた周波数を有する設定周波数成分を含む波形データを用いて、高周波を生成する（ステップＳ１０１）。

歪み成分抽出部６６は、高周波生成部６１により生成されたプラズマ生成用の高周波を下部電極１８に伝送する経路で生じる歪み成分を抽出する（ステップＳ１０２）。

波形補正部６７は、歪み成分の逆位相成分を、高周波生成部６１における高周波の生成に用いられる波形データの設定周波数成分に合成することによって、当該波形データを補正する（ステップＳ１０３）。

本実施形態によれば、プラズマ生成用の高周波が印加され、かつ、ウエハＷの載置台として機能する下部電極１８を備えたプラズマ処理装置１０において、予め定められた周波数を有する設定周波数成分を含む波形データを用いて、高周波を生成し、生成された高周波を下部電極１８に伝送する経路で生じる歪み成分を抽出し、歪み成分の位相を逆転して得られる逆位相成分を、高周波の生成に用いられる波形データの設定周波数成分に合成することによって、波形データを補正する。これにより、高周波を下部電極１８に伝送する経路においてプラズマ生成用の高周波に付与された歪み成分が歪み成分の逆位相成分によって相殺されるので、下部電極１８に印加される高周波の波形歪みが抑制される。その結果、本実施形態によれば、下部電極１８に印加される高周波の波形歪みに起因したエッチングレートの均一性の低下及び異なるプラズマ処理装置１０間のエッチングレートの差を抑えることができる。

続いて、本実施形態に係る波形補正方法による効果についてさらに説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、第１の実施形態に係る波形補正方法による効果を説明するための図である。図６Ａ及び図６Ｂの横軸は、ウエハＷの中心位置「０」を基準とした径方向の位置を示す。図６Ａ及び図６Ｂの縦軸は、ウエハＷのエッチングレート（Ｅ／Ｒ）を示す。また、図６Ａは、装置Ａ〜装置Ｃについて、本実施形態に係る波形補正方法を用いずに、ウエハＷに対してプラズマエッチング処理を実行した場合の、ウエハＷの径方向の位置と、ウエハＷのエッチングレートとの関係を示す。一方、図６Ｂは、装置Ａ〜装置Ｃについて、本実施形態に係る波形補正方法を用いて、ウエハＷに対してプラズマエッチング処理を実行した場合の、ウエハＷの径方向の位置と、ウエハＷのエッチングレートとの関係を示す。

図６Ａに示すように、本実施形態に係る波形補正方法を用いなかった場合、異なる装置Ａ〜装置Ｃの各々におけるウエハＷのエッチングレートの均一性が比較的に低下し、かつ、異なる装置Ａ〜Ｂ間のエッチングレートの差が増大した。

これに対して、本実施形態に係る波形補正方法を用いた場合、予め定められた周波数を有する設定周波数成分を含む波形データを用いて、高周波を生成し、生成された高周波を下部電極１８に伝送する経路で生じる歪み成分を抽出し、歪み成分の位相を逆転して得られる逆位相成分を、高周波の生成に用いられる波形データの設定周波数成分に合成することによって、波形データを補正する。その結果、図６Ｂに示すように、本実施形態に係る波形補正方法を用いた場合、異なる装置Ａ〜装置Ｃの各々におけるウエハＷのエッチングレートの均一性が向上し、かつ、異なる装置Ａ〜Ｂ間のエッチングレートの差が縮減された。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、歪み成分を抽出する際に、高周波電力又は実効吸収電力に代えて、下部電極１８の電圧値を測定して、波形を取得する点が第１の実施形態と異なる。以下の説明では、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成例を示す図である。図７に示すように、プラズマ処理装置１０は、歪み成分抽出部１６６を有する。歪み成分抽出部１６６は、電圧測定部１９１と、Ａ／Ｄ変換部１９３と、波形取得部１９５と、フーリエ変換部９６と、比較部９７とを有する。

電圧測定部１９１は、下部電極１８の電圧値を測定する。具体的には、電圧測定部１９１は、高周波生成部６１により生成された高周波を下部電極１８に伝送する経路（つまり、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路）の電圧（以下「経路電圧」と呼ぶ）を下部電極１８の自己バイアス電圧Ｖｄｃとして測定する。そして、電圧測定部１９１は、測定した経路電圧をＡ／Ｄ変換部１９３へ出力する。

Ａ／Ｄ変換部１９３は、電圧測定部１９１から入力される経路電圧をＡ／Ｄ変換し、得られたデジタルの電圧を波形取得部１９５へ出力する。

波形取得部１９５は、下部電極１８の電圧値、すなわち、経路電圧に関して、波形を取得する。経路電圧の波形は、下部電極１８に印加される高周波の電圧波形と概ね一致する。このため、経路電圧の波形には、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路においてプラズマ生成用の高周波に付加された歪み成分が含まれる。

以上のように、本実施形態によれば、歪み成分を抽出する際に、下部電極１８の電圧値（つまり、経路電圧）に関して、波形を取得する。その結果、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、下部電極１８に印加される高周波の波形歪みに起因したエッチングレートの均一性の低下及び異なる装置間のエッチングレートの差を抑えることができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、下部電極１８の電圧値として静電チャック１９の電圧を測定し、静電チャック１９の電圧に関して、波形を取得する点が第２の実施形態と異なる。以下の説明では、第２の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図８は、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成例を示す図である。図８に示すように、プラズマ処理装置１０は、歪み成分抽出部２６６を有する。歪み成分抽出部２６６は、電圧測定部２９１と、Ａ／Ｄ変換部２９３と、波形取得部２９５と、フーリエ変換部９６と、比較部９７とを有する。

電圧測定部２９１は、静電チャック１９の電圧を下部電極１８の自己バイアス電圧Ｖｄｃとして測定する。図８の例では、電圧測定部２９１は、静電チャック１９と直流電源２２とを接続する配線において、静電チャック１９の電圧を測定する。そして、電圧測定部２９１は、測定した静電チャック１９の電圧をＡ／Ｄ変換部２９３へ出力する。

Ａ／Ｄ変換部２９３は、電圧測定部２９１から入力される静電チャック１９の電圧をＡ／Ｄ変換し、得られたデジタルの電圧を波形取得部２９５へ出力する。

波形取得部２９５は、下部電極１８の電圧値、すなわち、静電チャック１９の電圧に関して、波形を取得する。静電チャック１９の電圧の波形は、下部電極１８に印加される高周波の電圧波形と概ね一致する。このため、静電チャック１９の電圧の波形には、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路においてプラズマ生成用の高周波に付加された歪み成分が含まれる。

以上のように、本実施形態によれば、歪み成分を抽出する際に、下部電極１８の電圧値（つまり、静電チャック１９の電圧）に関して、波形を取得する。その結果、本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、下部電極１８に印加される高周波の波形歪みに起因したエッチングレートの均一性の低下及び異なる装置間のエッチングレートの差を抑えることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、下部電極１８の電圧値としてフォーカスリングＦＲの電圧を測定し、フォーカスリングＦＲの電圧に関して、波形を取得する点が第２の実施形態と異なる。以下の説明では、第２の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図９は、第４の実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成例を示す図である。図９に示すように、プラズマ処理装置１０は、歪み成分抽出部３６６を有する。歪み成分抽出部３６６は、電圧測定部３９１と、Ａ／Ｄ変換部３９３と、波形取得部３９５と、フーリエ変換部９６と、比較部９７とを有する。

電圧測定部３９１は、フォーカスリングＦＲの電圧値を測定する。そして、電圧測定部３９１は、測定したフォーカスリングＦＲの電圧をＡ／Ｄ変換部３９３へ出力する。

Ａ／Ｄ変換部３９３は、電圧測定部３９１から入力されるフォーカスリングＦＲの電圧をＡ／Ｄ変換し、得られたデジタルの電圧を波形取得部３９５へ出力する。

波形取得部３９５は、下部電極１８の電圧値、すなわち、フォーカスリングＦＲの電圧に関して、波形を取得する。フォーカスリングＦＲの電圧の波形は、下部電極１８に印加される高周波の電圧波形と概ね一致する。このため、フォーカスリングＦＲの電圧の波形には、高周波生成部６１と下部電極１８との間の経路においてプラズマ生成用の高周波に付加された歪み成分が含まれる。

以上のように、本実施形態によれば、歪み成分を抽出する際に、下部電極１８の電圧値に関して、波形を取得する。その結果、本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、下部電極１８に印加される高周波の波形歪みに起因したエッチングレートの均一性の低下及び異なる装置間のエッチングレートの差を抑えることができる。

１０ プラズマ処理装置
１２ 処理容器
１８ 下部電極
１８ａ 第１プレート
１８ｂ 第２プレート
１９ 静電チャック
３０ 上部電極
６１ 高周波生成部
６２ 増幅器
６３ 整合器
６４ 高周波電源
６５ 整合器
６６、１６６、２６６、３６６ 歪み成分抽出部
６７ 波形補正部
９１、９２ 電力測定部
９５、１９５、２９５、３９５ 波形取得部
９６ フーリエ変換部
９７ 比較部
１９１、２９１、３９１ 電圧測定部
ＦＲ フォーカスリング

Claims (6)

1. 電極を有するプラズマ処理装置であって、
   予め定められた周波数を有する設定周波数成分を含む波形データを用いて、プラズマ生成用の高周波を生成する高周波生成部と、
   前記高周波生成部により生成された前記高周波を前記電極に伝送する経路において前記高周波に付与される歪み成分を抽出する歪み成分抽出部と、
   前記歪み成分の位相を逆転して得られる逆位相成分を、前記高周波生成部における前記高周波の生成に用いられる波形データの前記設定周波数成分に合成することによって、前記波形データを補正する波形補正部と
   を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記歪み成分抽出部は、
   前記電極に印加される前記高周波の電力、前記高周波の電力と前記高周波がプラズマで反射された反射波の電力との差分、又は前記電極の電圧値に関して、波形を取得する波形取得部と、
   前記波形をフーリエ変換することによって、前記波形に含まれる複数の周波数成分を抽出するフーリエ変換部と、
   前記複数の周波数成分と、前記設定周波数成分とを比較することによって、前記設定周波数成分以外の周波数成分を前記歪み成分として抽出する比較部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記歪み成分抽出部は、
   前記高周波生成部により生成された前記高周波を前記電極に伝送する経路の電圧を前記電極の電圧値として測定する電圧測定部をさらに有し、
   前記波形取得部は、
   前記電圧測定部により測定された前記経路の電圧に関して、波形を取得することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記電極は、被処理体の載置台として機能し、
   前記電極上には、前記被処理体を静電力により吸着する静電チャックが設けられ、
   前記歪み成分抽出部は、
   前記静電チャックの電圧を前記電極の電圧値として測定する電圧測定部をさらに有し、
   前記波形取得部は、
   前記電圧測定部により測定された前記静電チャックの電圧に関して、波形を取得することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記電極は、被処理体の載置台として機能し、
   前記電極上には、前記被処理体が載置される領域を囲むようにフォーカスリングが設けられ、
   前記歪み成分抽出部は、
   前記フォーカスリングの電圧を前記電極の電圧値として測定する電圧測定部をさらに有し、
   前記波形取得部は、
   前記電圧測定部により測定された前記フォーカスリングの電圧に関して、波形を取得することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
6. 電極を備えたプラズマ処理装置における波形補正方法であって、
   予め定められた周波数を有する設定周波数成分を含む波形データを用いて、プラズマ生成用の高周波を生成し、
   生成された前記高周波を前記電極に伝送する経路において前記高周波に付与される歪み成分を抽出し、
   前記歪み成分の位相を逆転して得られる逆位相成分を、前記高周波の生成に用いられる波形データの前記設定周波数成分に合成することによって、前記波形データを補正する
   ことを特徴とする波形補正方法。

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