JP6603586B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、被加工物の加工に用いられるプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法に関するものである。
半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、プラズマ処理装置を用いて被加工物に対するプラズマ処理が行われる。プラズマ処理装置は、一般的に、処理容器、ガス供給系、第１電極、第２電極、第１の高周波電源、及び、第２の高周波電源を備えている。ガス供給系は、処理容器内にガスを供給するように構成されている。第１電極と第２電極は、それらの間に処理容器内の空間が介在するように設けられている。第１の高周波電源は、プラズマ生成用の第１の高周波を第１電極又は第２電極に供給し、第２の高周波電源は、イオン引き込み用の比較的低周波の第２の高周波を第２電極に供給するようになっている。このようなプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理では、一般的に、ガス供給系から処理容器内にガスが供給され、第１の高周波電源からの第１の高周波がプラズマの生成のために第１電極又は第２電極に供給される。第２の高周波電源からの第２の高周波は、必要に応じて、第２電極に供給される。
プラズマ処理には、第１のガスのプラズマを生成する第１段階と第２のガスのプラズマを生成する第２段階とを交互に実行するものがある。即ち、このプラズマ処理では、第１のガスと第２のガスが交互に処理容器内に供給され、第１段階と第２段階にわたって、第１の高周波がプラズマの生成のために第１電極又は第２電極に供給される。さらに、第１段階では第２の高周波が第２電極に供給されず、第２段階において第２の高周波が第２電極に供給されることがある。
ガスは質量を有しているので、ガス供給系が、処理容器内に供給するガスを第１のガスから第２のガスに切り替えるようにガス供給系が制御された時点から、実際に第２のガスが処理容器内に到達する時点までには、時間を要する。一方、第２の高周波は、第２の高周波電源が制御された時点から、無視し得る程度の時間で第２の電極に供給される。よって、第２のガスが処理容器内に到達していない時点で、第２の高周波が第２電極に供給される事態が生じる。
そこで、処理容器内における発光スペクトルの検出結果から、第２のガスが処理容器内に到達していることが確認された後に、第２の高周波の供給を開始する技術が提案されている。かかる技術については、下記の特許文献１に記載されている。
特開２０１３−５８７４９号公報
第１のガスのプラズマの発光スペクトルと第２のガスのプラズマの発光スペクトルとの間には、検出可能な程度の差がないことがある。例えば、第１のガスに含まれるガスの種類と第２のガスに含まれるガスの種類によっては、第１のガスのプラズマの発光のスペクトルと第２のガスのプラズマの発光のスペクトルとの間に検出可能な程度の差がないことがある。このように第１のガスのプラズマの発光のスペクトルと第２のガスのプラズマの発光のスペクトルとの間に検出可能な程度の差がない場合には、第２のガスが処理容器内に到達したタイミングを高精度に検出することができない。結果的に、第２の高周波の供給を適切なタイミングで開始することができない。
したがって、プラズマ処理装置の処理容器内において第１のガスのプラズマを生成する第１段階と当該処理容器内において第２のガスのプラズマを生成する第２段階とを交互に実行するプラズマ処理において、処理容器内に第２のガスが到達したタイミングを高精度に検出する技術が必要となっている。
一態様においては、プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法が提供される。プラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給系、第１電極、第２電極、第１の高周波電源、第２の高周波電源、第１の給電ライン、第２の給電ライン、第１の整合器、第２の整合器、第１手段、及び、第２手段を備えている。ガス供給系は、処理容器内にガスを供給するように構成されている。第１電極及び第２電極は、処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられている。第１の高周波電源は、プラズマ生成用の第１の高周波を出力するように構成されている。第２の高周波電源は、イオン引き込み用の第２の高周波を出力するように構成されている。第１の給電ラインは、第１電極又は第２電極と第１の高周波電源を接続している。第２の給電ラインは、第２電極と第２の高周波電源を接続している。第１の整合器は、第１の高周波電源の負荷インピーダンスを調整するように構成されている。第２の整合器は、第２の高周波電源の負荷インピーダンスを調整するように構成されている。第１手段は、ガス供給系を制御するように構成されている。第２手段は、第１の高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、第１の高周波の反射波係数のうち少なくとも一つを含むパラメータを求めるように構成されている。
一態様に係るプラズマ処理方法は、複数の第１段階と、当該複数の第１段階と交互に実行される複数の第２段階とを含む。複数の第１段階の各々では、処理容器内において第１のガスのプラズマが生成される。複数の第２段階の各々では、処理容器内において、第１のガスに含まれるガスとは異なるガスを含む第２のガスのプラズマが生成される。複数の第１段階の各々において、ガス供給系から処理容器内に第１のガスが供給され、第１電極又は第２電極に第１の高周波電源から第１の高周波が供給される。複数の第２段階の各々では、複数の第１段階のうち直前の第１段階から連続して第１電極又は第２電極に第１の高周波電源から第１の高周波が供給される。複数の第２段階の各々は、処理容器内に供給されるガスを第１のガスから第２のガスに切り替えるために、第１手段からガス供給系にガス切替信号を与える工程と、ガス切替信号がガス供給系に与えられた後、上記のパラメータが閾値を超えたときに、第２手段が第２の高周波電源に第２電極への第２の高周波の供給を開始させる工程と、を含む。
第１の高周波の供給が継続された状態で、処理容器内に存在しているガスが第１のガスから第２のガスに切り替わると、処理容器内において生成されるプラズマのインピーダンスが変化する。上述したパラメータは、プラズマのインピーダンスに応じて変化するパラメータであるので、処理容器内に存在しているガスの変化を良好に反映する。一態様に係るプラズマ処理方法では、かかるパラメータに基づいて処理容器内に第２のガスが到達していることが検出される。したがって、処理容器内に第２のガスが到達したタイミングが高精度に検出される。そして、第２のガスが到達していることが検出されたときに第２の高周波の供給が開始されるので、第２の高周波の供給が適切なタイミングで開始される。
一実施形態において、プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置の第３手段が複数の第２段階の各々の開始時点と複数の第２段階の各々において第２の高周波の供給が開始された時点との間の時間差を求める工程と、先行する第２段階に関して求められた時間差の分だけ増加するよう、当該先行する第２段階より後に実行される第２段階の所定の実行時間長を調整する工程と、を更に含む。複数の第２段階の各々には、その実行時間長として初期的に所定の実行時間長が設定されている。したがって、複数の第２段階のうち一つの第２段階において、第２の高周波の供給が開始されるタイミングが遅れると、当該一つの第２段階において第２の高周波が第２電極に供給された状態で行われるプラズマ処理の時間が短くなる。この実施形態によれば、先行する第２段階に関して求められた上記の時間差の分だけ、後に実行される第２段階の実行時間長が所定の実行時間長から増加される。よって、この実施形態によれば、第２の高周波が第２電極に供給された状態で行われる第２のガスのプラズマによる処理の総実行時間長が、実質的に維持される。
一実施形態では、プラズマ処理方法は、第２手段が、パラメータの系列から求められる移動平均値を用いて、前記閾値を調整する工程を更に含む。パラメータの系列は、複数の第２段階のうち実行済の第２段階、又は、該実行済の第２段階と実行中の第２段階のそれぞれで第１の整合器によるインピーダンス整合が完了した状態における、第１の高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、第１の高周波の反射波係数のうち少なくとも一つを含むパラメータから構成される。第２段階において第１の整合器によるインピーダンス整合が完了した状態では、処理容器内には第２のガスが十分に到達している。したがって、この状態でのパラメータの系列の移動平均値を用いて閾値を調整することにより、第２のガスが処理容器内に到達したタイミングがより高精度に検出される。
一実施形態において、プラズマ処理方法は、（ｉ）複数の第２段階の各々において、第１の移動平均値及び第２の移動平均値が所定の調整範囲内に含まれる場合に、第１の高周波電源の電源制御部が、第１の高周波を調整する工程であり、第１の移動平均値から推定される前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスを該第１の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう第１の副期間において出力される第１の高周波の周波数を調整し、第２の移動平均値から推定される第１の高周波電源の負荷インピーダンスを該第１の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう第２の副期間において出力される第１の高周波の周波数を調整する、該工程と、（ｉｉ）複数の第２段階の各々において、第３の移動平均値及び第４の移動平均値が所定の調整範囲内に含まれる場合に、第２の高周波電源の電源制御部が、第２の高周波を調整する工程であり、第３の移動平均値から推定される第２の高周波電源の負荷インピーダンスを該第２の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう第１の副期間において出力される第２の高周波の周波数を調整し、第４の移動平均値から推定される第２の高周波電源の負荷インピーダンスを該第２の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう第２の副期間において出力される第２の高周波の周波数を調整する、該工程と、を更に含む。第１の副期間は、複数の第２段階の各々の実行期間内において第２の高周波の供給が開始された時点から該実行期間の途中までの間の期間であり、第２の副期間は、当該途中から実行期間の終了時点までの間の期間である。第１の移動平均値は、複数の第２段階のうち実行済の第２段階それぞれの実行期間内において第２の高周波の供給が開始された時点から該実行期間の途中までの間の第１の副期間における第１の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値である。第２の移動平均値は、実行済の第２段階それぞれの実行期間内の当該途中から該実行期間の終了時点までの間の第２の副期間における第１の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値である。第３の移動平均値は、実行済の第２段階それぞれの実行期間内の第１の副期間における第２の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値である。第４の移動平均値は、実行済の第２段階それぞれの実行期間内の第２の副期間における第２の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値である。
第２段階における第２の高周波の供給の開始時点から第２段階の実行期間の途中までの間の期間、即ち第１の副期間では、第１の給電ラインにおける反射波が、当該第１の副期間の後の第２の副期間における反射波よりも大きくなる。これは、第１の高周波電源の負荷インピーダンスの変動によるものである。第２の高周波についても同様である。したがって、第１の高周波の反射波を減少させるためには、第１の副期間と第２の副期間それぞれの第１の高周波電源の負荷インピーダンスを個別に第１の高周波電源の出力インピーダンスに整合させる必要がある。また、第２の高周波の反射波を減少させるためには、第１の副期間と第２の副期間それぞれの第２の高周波電源の負荷インピーダンスを個別に第２の高周波電源の出力インピーダンスに整合させる必要がある。この実施形態では、実行済の第２段階の実行期間内の第１の副期間の第１の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値、即ち第１の移動平均値によって推定される第１の高周波電源の負荷インピーダンスを第１の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう、第１の高周波の周波数が調整される。また、第２の副期間における第１の高周波の周波数は、第２の移動平均値に基づき、同様に調整される。また、第１の副期間における第２の高周波の周波数は、第３の移動平均値に基づき、同様に調整される。また、第２の副期間における第２の高周波の周波数は、第４の移動平均値に基づき、同様に調整される。第１の高周波電源及び第２の高周波電源は、高速に高周波の周波数を変更することができるので、この実施形態によれば、負荷インピーダンスの変化に高速に追従してインピーダンス整合を行うことが可能である。
一実施形態では、第１の高周波を調整する工程において、第１の高周波電源の電源制御部が、第１の副期間における第１の高周波のパワーが第２の副期間における第１の高周波のパワーよりも大きくなるように第１の高周波のパワーを調整し、第２の高周波を調整する工程において、第２の高周波電源の電源制御部が、第１の副期間における第２の高周波のパワーが第２の副期間における第２の高周波のパワーよりも大きくなるように第２の高周波のパワーを調整してもよい。この実施形態によれば、第１の副期間においてプラズマに結合される高周波のパワーが不足する場合に、当該高周波のパワーを補うことが可能となる。
以上説明したように、プラズマ処理装置の処理容器内において第１のガスのプラズマを生成する第１段階と当該処理容器内において第２のガスのプラズマを生成する第２段階とを交互に実行するプラズマ処理において、処理容器内に第２のガスが到達したタイミングを高精度に検出することが可能となる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法に関するタイミングチャートである。 第１の高周波電源及び第１の整合器の構成を例示する図である。 第１の整合器のセンサ及びコントローラの構成を例示する図である。 第２の高周波電源及び第２の整合器の構成を例示する図である。 第２の整合器のセンサ及びコントローラの構成を例示する図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。 第１の高周波電源及び第１の整合器の構成の別の例を示す図である。 図８に示す第１の高周波電源のインピーダンスセンサの構成を示す図である。 第２の高周波電源及び第２の整合器の構成の別の例を示す図である。 図１０に示す第２の高周波電源のインピーダンスセンサの構成を示す図である。 別の実施形態にかかるプラズマ処理方法において実行されるインピーダンス整合の方法を示す流れ図である。
以下、図面を参照して種々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附すこととする。
まず、プラズマ処理方法の実施形態が適用され得るプラズマ処理装置について説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、処理容器１０を備えている。処理容器１０は、略円筒形状を有しており、アルミニウムといった材料から形成されている。この処理容器１０の内壁面には、陽極酸化処理が施されている。また、処理容器１０は、接地されている。
処理容器１０の底部上には、絶縁板１２が設けられている。絶縁板１２は、例えば、セラミックから形成されている。この絶縁板１２上には、支持台１４が設けられている。支持台１４は、略円柱形状を有している。この支持台１４上にはサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は、アルミニウムといった導電性の材料から形成されており、下部電極（第２電極）を構成している。
サセプタ１６上には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、絶縁層又は絶縁シートの間に、導電膜から構成された電極２０が挟まれた構造を有している。静電チャック１８の電極２０には、スイッチ２２を介して直流電源２４が電気的に接続されている。この静電チャック１８は、直流電源２４からの直流電圧により静電吸着力を発生し、当該静電チャック１８上に載置された被加工物Ｗを静電吸着力により保持するようになっている。なお、被加工物Ｗは、例えば、ウエハのような円盤状の物体である。この静電チャック１８の周囲、且つ、サセプタ１６上には、フォーカスリング２６が配置されている。また、サセプタ１６及び支持台１４の外周面には、円筒状の内壁部材２８が取り付けられている。この内壁部材２８は、例えば、石英から形成されている。
支持台１４の内部には、冷媒流路３０が形成されている。冷媒流路３０は、例えば、鉛直方向に延びる中心軸線に対して螺旋状に延在している。この冷媒流路３０には、処理容器１０の外部に設けられたチラーユニットから配管３２ａを介して冷媒ｃｗ（例えば、冷却水）が供給される。冷媒流路３０に供給された冷媒は、配管３２ｂを介してチラーユニットに回収される。この冷媒の温度がチラーユニットによって調整されることにより、被加工物Ｗの温度が調整されるようになっている。さらに、プラズマ処理装置１では、ガス供給ライン３４を介して供給される伝熱ガス（例えば、Ｈｅガス）が、静電チャック１８の上面と被加工物Ｗの裏面との間に供給されるようになっている。
サセプタ１６には、導体４４（例えば、給電棒）が接続されている。この導体４４には、高周波電源３６、即ち第１の高周波電源が、整合器４０、即ち第１の整合器を介して接続されており、また、高周波電源３８、即ち第２の高周波電源が、整合器４２、即ち第２の整合器を介して接続されている。高周波電源３６は、プラズマの生成用の高周波ＲＦ１、即ち第１の高周波を出力する。高周波電源３６が出力する高周波ＲＦ１の基本周波数ｆＢ１は、例えば、１００ＭＨｚである。高周波電源３８は、プラズマから被加工物Ｗにイオンを引き込むための高周波ＲＦ２、即ち第２の高周波を出力する。高周波電源３８が出力する高周波ＲＦ２の基本周波数ｆＢ２は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。
整合器４０及び導体４４は、高周波電源３６からの高周波ＲＦ１をサセプタ１６に伝送する給電ライン４３、即ち第１の給電ラインの一部を構成している。また、整合器４２及び導体４４は、高周波電源３８からの高周波ＲＦ２をサセプタ１６に伝送する給電ライン４５、即ち第２の給電ラインの一部を構成している。
処理容器１０の天部には、上部電極４６が設けられている。この上部電極４６とサセプタ１６の間には、プラズマが生成される処理容器１０内の処理空間ＰＳが介在している。上部電極４６は、天板４８及び支持体５０を有している。天板４８には、多数のガス噴出孔４８ａが形成されている。天板４８は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣといったシリコン系の材料から形成されている。支持体５０は、天板４８を着脱可能に支持する部材であり、アルミニウムから形成されており、その表面には陽極酸化処理が施されている。
支持体５０の内部には、ガスバッファ室５２が形成されている。また、支持体５０には、多数のガス通気孔５０ａが形成されている。ガス通気孔５０ａは、ガスバッファ室５２から延びて、ガス噴出孔４８ａに連通している。ガスバッファ室５２には、ガス供給管５４を介してガス供給系５５が接続されている。ガス供給系５５は、ガスソース群５６、流量制御器群５８、及び、バルブ群６０を含んでいる。ガスソース群５６は、複数のガスソースを含んでいる。流量制御器群５８は、複数の流量制御器を含んでいる。複数の流量制御器は、例えば、マスフローコントローラであり得る。また、バルブ群６０は複数のバルブを含んでいる。ガスソース群５６の複数のガスソースは、流量制御器群５８の対応の流量制御器及びバルブ群６０の対応のバルブを介して、ガス供給管５４に接続されている。ガス供給系５５は、複数のガスソースのうち選択されたガスソースからのガスを、調整された流量でガスバッファ室５２に供給するように構成されている。ガスバッファ室５２に導入されたガスは、ガス噴出孔４８ａから処理空間ＰＳに噴出される。
サセプタ１６と処理容器１０の側壁との間、及び、支持台１４と処理容器１０の側壁との間には、平面視において環状の空間が形成されており、当該空間の底部は処理容器１０の排気口６２に繋がっている。処理容器１０の底部には、排気口６２に連通する排気管６４が接続されている。この排気管６４は、排気装置６６に接続されている。排気装置６６は、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。排気装置６６は、処理容器１０の内部空間を所望の圧力に減圧する。また、処理容器１０の側壁には被加工物Ｗの搬入及び搬出のための開口６８が形成されている。処理容器１０の側壁には、開口６８を開閉するためのゲートバルブ７０が取り付けられている。
また、プラズマ処理装置１は、主制御部７２を備えている。主制御部７２は、一以上のマイクロコンピュータを含み、外部メモリ又は内部メモリに格納されているソフトウェア（プログラム）及びレシピ情報に従って、プラズマ処理装置１の各部、例えば、高周波電源３６，３８、整合器４０，４２、ガス供給系５５、即ち、流量制御器群５８の複数の流量制御器及びバルブ群６０の複数のバルブ、排気装置６６等の個々の動作及び当該プラズマ処理装置１の装置全体の動作を制御する。また、主制御部７２は、キーボード等の入力装置や液晶ディスプレイ等の表示装置を含むマン・マシン・インタフェース用の操作パネル、並びに、各種プログラム、レシピ、及び設定値等の各種データを格納する外部記憶装置等とも接続されている。
プラズマ処理装置の基本動作は次のようにして行われる。まず、ゲートバルブ７０が開かれて、被加工物Ｗが開口６８を経由して処理容器１０内に搬入される。処理容器１０内に搬入された被加工物Ｗは、静電チャック１８上に載置される。次いで、ガス供給系５５からガスが処理容器１０内に導入され、排気装置６６が作動されて、処理容器１０内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、高周波電源３６からの高周波ＲＦ１がサセプタ１６に供給され、必要に応じて高周波電源３８からの高周波ＲＦ２がサセプタ１６に供給される。また、直流電源２４からの直流電圧が静電チャック１８の電極２０に印加され、被加工物Ｗが静電チャック１８上に保持される。そして、処理容器１０内に供給されたガスが、サセプタ１６と上部電極４６との間に形成された高周波電界により励起される。これにより、プラズマが生成される。このように生成されたプラズマからのラジカル及び／又はイオンによって被加工物Ｗが処理される。
このプラズマ処理装置１において実行されるプラズマ処理方法の実施形態（以下、「方法ＭＴ」という）は、複数の第１段階Ｓ１、当該複数の第１段階Ｓ１と交互に実行される複数の第２段階Ｓ２を含む。図２は、一実施形態に係るプラズマ処理方法に関するタイミングチャートである。図２において、横軸は時間を示している。また、図２には、方法ＭＴにおけるガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、高周波ＲＦ１、及び、高周波ＲＦ２のそれぞれのタイミングチャートが示されている。図２において、ガスＡのタイミングチャートのレベルは、処理容器１０内に到達しているガスＡの量を示している。ガスＢ及びガスＣのタイミングチャートに関してもガスＡのタイミングチャートと同様である。また、高周波ＲＦ１が高レベルであることは、高周波ＲＦ１がサセプタ１６に供給されていることを示しており、高周波ＲＦ１が低レベルであることは、高周波ＲＦ１がサセプタ１６に供給されていないことを示している。高周波ＲＦ２のタイミングチャートについても高周波ＲＦ１のタイミングチャートと同様である。
方法ＭＴの第１段階Ｓ１では、第１のガスのプラズマが、被加工物Ｗを収容している処理容器１０内において生成される。第１段階Ｓ１では、ガス供給系５５及び高周波電源３６が主制御部７２によって制御される。具体的には、第１段階Ｓ１において、ガス供給系５５は、処理容器１０内に第１のガスを供給するよう、制御される。より具体的には、第１段階Ｓ１の開始時に、主制御部７２は、処理容器１０内に供給するガスを第１のガスに切り替えるためのガス切替信号をガス供給系５５に与える。第１段階Ｓ１のガス供給系５５に対する制御により、ガス供給系５５は、第１のガスのためのガスソースに接続されたバルブ群６０のバルブを開き、当該ガスソースに接続された流量制御器群５８の流量制御器の出力流量を所定の出力流量に設定する。また、第１段階Ｓ１において、高周波電源３６は、高周波ＲＦ１をサセプタ１６に供給するよう、主制御部７２によって制御される。これにより、第１段階Ｓ１では、第１のガスのプラズマが生成される。図２に示すように、一例においては、第１のガスは、ガスＡのみを含む。ガスＡは、例えば、Ａｒガスといった希ガスである。なお、第１段階Ｓ１では、高周波電源３８からの高周波ＲＦ２はサセプタ１６に供給されない。
第２段階Ｓ２においては、第１のガスとは異なるガスを含む第２のガスのプラズマが、被加工物Ｗを収容している処理容器１０内において生成される。第２段階Ｓ２では、ガス供給系５５、高周波電源３６、及び、高周波電源３８が主制御部７２によって制御される。具体的に、第２段階Ｓ２において、ガス供給系５５は、処理容器１０内に第２のガスを供給するよう、制御される。より具体的には、第２段階Ｓ２の開始時に、主制御部７２は、処理容器１０内に供給するガスを第１のガスから第２のガスに切り替えるためのガス切替信号をガス供給系５５に与える。第２段階Ｓ２のガス供給系５５に対する制御により、ガス供給系５５は、第２のガスのためのガスソースに接続されたバルブ群６０のバルブを開き、当該ガスソースに接続された流量制御器群５８の流量制御器の出力流量を所定の出力流量に設定する。また、第２段階Ｓ２において、高周波電源３６は、直前の第１段階Ｓ１に連続して、高周波ＲＦ１をサセプタ１６に供給するよう、主制御部７２によって制御される。これにより、第２段階Ｓ２では、第２のガスのプラズマが生成される。図２に示すように、一例においては、第２のガスは、ガスＡ、及び、当該ガスＡに添加されたガスＢを含む。ガスＢは、例えば、フルオロカーボンガスであり得る。
ガス切替信号がガス供給系５５に与えられた時点から、第２のガスが処理容器１０内に到達する時点までの間には、時間を要する。そこで、第２段階Ｓ２では、処理容器１０内に第２のガスが到達したことを検出するために、整合器４０の演算部によって、後述するパラメータが閾値を超えているか否かが判定される。パラメータが閾値を超えていると判定されると、処理容器１０内に第２のガスが到達しているものと判定され、整合器４０の演算部は、サセプタ１６に対する高周波ＲＦ２の供給を開始させるための高周波供給開始信号を高周波電源３８に与える。
図２に示すように、一実施形態では、方法ＭＴは、複数の第３段階Ｓ３及び複数の第４段階Ｓ４を更に含んでいてもよい。複数の第３段階Ｓ３はそれぞれ、複数の第２段階Ｓ２の実行後に実行され、複数の第４段階Ｓ４はそれぞれ、複数の第３段階Ｓ３の実行後に実行される。
第３段階Ｓ３においては、第３のガスのプラズマが、被加工物Ｗを収容している処理容器１０内において生成される。第３段階Ｓ３では、ガス供給系５５及び高周波電源３６が主制御部７２によって制御される。具体的に、第３段階Ｓ３において、ガス供給系５５は、被加工物Ｗが収容されている処理容器１０内に第３のガスを供給するよう、制御される。より具体的には、第３段階Ｓ３の開始時に、主制御部７２は、処理容器１０内に供給するガスを第２のガスから第３のガスに切り替えるためのガス切替信号をガス供給系５５に与える。第３段階Ｓ３のガス供給系５５に対する制御により、ガス供給系５５は、第３のガスのためのガスソースに接続されたバルブ群６０のバルブを開き、当該ガスソースに接続された流量制御器群５８の流量制御器の出力流量を所定の出力流量に設定する。また、第３段階Ｓ３において、高周波電源３６は、直前の第２段階Ｓ２に連続して、高周波ＲＦ１をサセプタ１６に供給するよう、主制御部７２によって制御される。これにより、第３段階Ｓ３では、第３のガスのプラズマが生成される。図２に示すように、一例においては、第３のガスは、ガスＡ、並びに、当該ガスＡに添加されたガスＣを含む。ガスＣは、例えば、酸素ガスであり得る。なお、第３段階Ｓ３では、高周波電源３８からの高周波ＲＦ２はサセプタ１６に供給されない。但し、図２に示すように、第３段階Ｓ３の開始時点から第３のガスが処理容器１０内に到達するまでの間、第２段階Ｓ２から継続して高周波ＲＦ２がサセプタ１６に供給されてもよい。第３段階Ｓ３において高周波ＲＦ２が供給される時間長は所定の時間長であってもよく、或いは、後述するパラメータが閾値を超えるまでの時間長であってもよい。
第４段階Ｓ４においては、第４のガスのプラズマが、被加工物Ｗを収容している処理容器１０内において生成される。第４段階Ｓ４では、ガス供給系５５及び高周波電源３８が主制御部７２によって制御される。具体的に、第４段階Ｓ４において、ガス供給系５５は、被加工物Ｗが収容されている処理容器１０内に第４のガスを供給するよう、制御される。より具体的には、第４段階Ｓ４の開始時に、主制御部７２は、処理容器１０内に供給するガスを第３のガスから第４のガスに切り替えるためガス切替信号をガス供給系５５に与える。第４段階Ｓ４のガス供給系５５に対する制御により、ガス供給系５５は、第４のガスのためのガスソースに接続されたバルブ群６０のバルブを開き、当該ガスソースに接続された流量制御器群５８の流量制御器の出力流量を所定の出力流量に設定する。また、第４段階Ｓ４において、高周波電源３８は、高周波ＲＦ２をサセプタ１６に供給するよう、主制御部７２によって制御される。図２に示すように、一例においては、第４のガスは、ガスＡ、並びに、当該ガスＡに添加されたガスＣを含む。ガスＣは、例えば、酸素ガスであり得る。なお、図２に示す例の第４段階Ｓ４では、高周波電源３６からの高周波ＲＦ１はサセプタ１６に供給されない。
図２に示すように、第４段階Ｓ４の後続の第１段階Ｓ１においては、その開始時点から第１のガスが処理容器１０内に到達するまでの間、第４段階Ｓ４から継続して高周波ＲＦ２がサセプタ１６に供給されてもよい。第４段階Ｓ４の後続の第１段階Ｓ１において高周波ＲＦ２が供給される時間長は所定時間であってもよい。第４段階Ｓ４の後続の第１段階Ｓ１においては、この時間長の終了時点において、高周波ＲＦ１の供給が開始され得る。
以下、図３〜図６を参照して、高周波電源３６及び整合器４０、並びに、高周波電源３８及び整合器４２について詳細に説明する。図３は、高周波電源３６及び整合器４０の構成を例示する図であり、図４は、整合器４０のセンサ及びコントローラの構成を例示する図である。また、図５は高周波電源３８及び整合器４２の構成を例示する図であり、図６は整合器４２のセンサ及びコントローラの構成を例示する図である。
図３に示すように、一実施形態において、高周波電源３６は、発振器３６ａ、パワーアンプ３６ｂ、パワーセンサ３６ｃ、及び、電源制御部３６ｅを有している。電源制御部３６ｅは、ＣＰＵといったプロセッサから構成されており、主制御部７２から与えられる信号、及び、パワーセンサ３６ｃから与えられる信号を利用して、発振器３６ａ及びパワーアンプ３６ｂのそれぞれに制御信号を与えて、発振器３６ａ及びパワーアンプ３６ｂを制御する。
主制御部７２から電源制御部３６ｅに与えられる信号は、上述した段階Ｓ１〜Ｓ４の各々の開始時に与えられる第１の高周波設定信号である。第１の高周波設定信号は、段階Ｓ１〜Ｓ４の各々における高周波ＲＦ１の供給又はその停止、並びに、高周波ＲＦ１のパワー及び設定周波数を指定する信号である。本実施形態では、この設定周波数は、基本周波数ｆＢ１である。なお、以下の説明では、高周波がサセプタ１６に供給されていることを高周波がＯＮであるといい、高周波がサセプタ１６に供給されていないことを高周波がＯＦＦであるという。
電源制御部３６ｅは、段階Ｓ１〜Ｓ４の各々の開始時に与えられる第１の高周波設定信号によって高周波ＲＦ１をＯＮに設定することが指定されている場合には、第１の高周波設定信号によって指定される周波数を有する高周波を出力するよう、発振器３６ａを制御する。この発振器３６ａの出力はパワーアンプ３６ｂの入力に接続されている。発振器３６ａから出力された高周波はパワーアンプ３６ｂに入力される。パワーアンプ３６ｂは、第１の高周波設定信号によって指定されるパワーを有する高周波ＲＦ１をその出力から出力するために、入力された高周波を増幅する。これにより、高周波電源３６から高周波ＲＦ１が出力される。
パワーアンプ３６ｂの後段には、パワーセンサ３６ｃが設けられている。パワーセンサ３６ｃは、方向性結合器、進行波パワー検出部、及び、反射波パワー検出部を有している。方向性結合器は、高周波ＲＦ１の進行波の一部を進行波パワー検出部に与え、反射波を反射波パワー検出部に与える。このパワーセンサ３６ｃには、高周波ＲＦ１の周波数を特定する信号が電源制御部３６ｅから与えられる。進行波パワー検出部は、進行波の全周波数成分のうち高周波ＲＦ１の周波数と同一の周波数を有する成分のパワーの測定値、即ち、進行波パワー測定値ＰＦ１を生成する。この進行波パワー測定値は、パワーフィードバック用に電源制御部３６ｅに与えられる。
反射波パワー検出部は、反射波の全周波数成分のうち高周波ＲＦ１の周波数と同一の周波数を有する成分のパワーの測定値、即ち、反射波パワー測定値ＰＲ１１、及び、反射波の全周波数成分のトータルパワーの測定値、即ち反射波パワー測定値ＰＲ１２を生成する。反射波パワー測定値ＰＲ１１は、モニタ表示用に主制御部７２に与えられる。また、反射波パワー測定値ＰＲ１２は、パワーアンプ３６ｂの保護用に、電源制御部３６ｅに与えられる。
図３に示すように、整合器４０は、整合回路４０ａ、センサ４０ｂ、コントローラ４０ｃ、並びに、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを有している。整合回路４０ａは、可変リアクタンス素子４０ｇ及び４０ｈを含んでいる。可変リアクタンス素子４０ｇ及び４０ｈは、例えば、可変コンデンサである。なお、整合回路４０ａは、インダクタ等を更に含んでいてもよい。
コントローラ４０ｃは、例えば、プロセッサから構成され、主制御部７２の制御の下で動作する。コントローラ４０ｃは、センサ４０ｂから与えられる測定値を利用して高周波電源３６の負荷インピーダンスを求めるようになっている。また、コントローラ４０ｃは、求めた負荷インピーダンスを高周波電源３６の出力インピーダンス又は整合ポイントに近づけるように、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御して、可変リアクタンス素子４０ｇ及び４０ｈそれぞれのリアクタンスを調整するようになっている。アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅは、例えば、モータである。
また、コントローラ４０ｃは、センサ４０ｂから与えられる測定値を利用して、後述するパラメータを算出し、第２段階Ｓ２における高周波ＲＦ２の供給の開始タイミングを決定するようになっている。
図４に示すように、センサ４０ｂは、電流検出器１０２Ａ、電圧検出器１０４Ａ、フィルタ１０６Ａ、及び、フィルタ１０８Ａを有している。電圧検出器１０４Ａは、給電ライン４３上で伝送される高周波ＲＦ１の電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ１０６Ａに入力される。フィルタ１０６Ａは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０６Ａは、主制御部７２からの信号によって特定される高周波ＲＦ１の設定周波数の成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。フィルタ１０６Ａによって生成された濾過電圧波形信号は、コントローラ４０ｃの演算部１５０Ａに与えられる。なお、フィルタ１０６Ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
電流検出器１０２Ａは、給電ライン４３上で伝送される高周波ＲＦ１の電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ１０８Ａに入力される。フィルタ１０８Ａは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０８Ａは、主制御部７２からの信号によって特定される高周波ＲＦ１の設定周波数の成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。フィルタ１０８Ａによって生成された濾過電流波形信号は、コントローラ４０ｃの演算部１５０Ａに与えられる。なお、フィルタ１０８Ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成される。
コントローラ４０ｃの演算部１５０Ａは、フィルタ１０６Ａから与えられる濾過電圧波形信号、及び、フィルタ１０８Ａから与えられる濾過電流波形信号を用いて、整合器４０におけるインピーダンス整合のために、高周波電源３６の負荷インピーダンスＺＬ１を求める。具体的に、演算部１５０Ａは、濾過電圧波形信号によって特定される交流電圧Ｖ１、濾過電流波形信号によって特定される交流電流Ｉ１、及び、交流電圧Ｖ１と交流電流Ｉ１との位相差Φ１から、高周波電源３６の負荷インピーダンスＺＬ１を求める。また、演算部１５０Ａは、交流電圧Ｖ１、交流電流Ｉ１、及び、位相差Φ１から、後述するパラメータを求めるようになっている。パラメータは、上記の負荷インピーダンスＺＬ１であってもよい。この場合には、整合器４０のインピーダンス整合のために求められた負荷インピーダンスをパラメータと利用できるので、別途にパラメータを求める必要はない。或いは、パラメータは、負荷抵抗Ｚｒ１、及び、負荷リアクタンスＺｉ１、並びに、反射波係数Γ１のうち何れかであってもよい。なお、演算部１５０Ａによって求められるパラメータとして、負荷インピーダンスＺＬ１、負荷抵抗Ｚｒ１、負荷リアクタンスＺｉ１、及び、反射波係数Γ１から選択される一以上のパラメータが用いられてもよい。
負荷インピーダンスＺＬ１は、Ｖ１／Ｉ１により求められ、負荷抵抗Ｚｒ１は、負荷インピーダンスＺＬ１の実部を求めることにより得られ、負荷リアクタンスＺｉ１は、負荷インピーダンスＺＬ１の虚部を求めることにより得られる。また、反射波係数Γ１は、以下に式（１）により、求められる。
Figure 0006603586
なお、反射波係数Γ１は、パワーセンサ３６ｃによって求められる進行波パワー測定値ＰＦ１及び反射波パワー測定値ＰＲ１１から、ＰＲ１１／ＰＦ１により、求められてもよい。
演算部１５０Ａは、求めた負荷インピーダンスＺＬ１をマッチング制御部１５２Ａに出力する。マッチング制御部１５２Ａは、負荷インピーダンスＺＬ１を高周波電源３６の出力インピーダンス（又は整合ポイント）に近づけるよう、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御して、可変リアクタンス素子４０ｇ及び４０ｈのリアクタンスを調整する。これにより、整合器４０によるインピーダンス整合が実行される。なお、マッチング制御部１５２Ａは、演算部１５０Ａによって出力される負荷インピーダンスＺＬ１の系列の移動平均値を、高周波電源３６の出力インピーダンス（又は整合ポイント）に近づけるよう、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御してもよい。
また、演算部１５０Ａは、第２段階Ｓ２の各々において、求めたパラメータが対応の閾値を超えているか否かを判定する。この閾値は、初期的には、処理容器１０内に第２のガスが到達したものと判断できる所定値として設定されている。演算部１５０Ａは、第２段階Ｓ２の各々においてパラメータが閾値を超えたときに、サセプタ１６に対する高周波ＲＦ２の供給を高周波電源３８に開始させる高周波供給開始信号を、当該高周波電源３８に与える。
また、演算部１５０Ａは、第２段階Ｓ２の各々において、高周波供給開始信号を高周波電源３８に与えた時点、即ち、高周波電源３８による高周波ＲＦ２の供給が開始された時点を特定する第１の開始時点特定情報を、時間調整部８０に与える。この時間調整部８０は、例えば、ＣＰＵといったプロセッサであり得る。時間調整部８０は、また、第２段階Ｓ２の各々の開始時点を特定する第２の開始時点特定情報を、主制御部７２から受ける。時間調整部８０は、第２の開始時点特定情報によって特定される時点と第１の開始時点特定情報によって特定される時点との間の時間差を求める。時間調整部８０は、この時間差を特定する時間差特定情報を主制御部７２に与える。主制御部７２は、先行する第２段階Ｓ２に関して時間調整部８０から与えられた時間差特定情報を受けて、当該時間差特定情報によって特定される時間差の分だけ増加させるよう、当該先行する第２段階Ｓ２の後に実行される第２段階Ｓ２の実行時間長を調整する。
また、演算部１５０Ａは、パラメータの系列から移動平均値を求めて、当該移動平均値を用いて上述の閾値を調整する。パラメータの系列は、実行済の第２段階Ｓ２、又は、実行済の第２段階Ｓ２と実行中の第２段階Ｓ２のそれぞれで整合器４０によるインピーダンス整合が完了した状態におけるパラメータを含む。当該系列に含まれるパラメータの各々は、上述した閾値と比較されるパラメータと同一の種類のパラメータであり得る。
以下、図５を参照する。図５に示すように、一実施形態において、高周波電源３８は、発振器３８ａ、パワーアンプ３８ｂ、パワーセンサ３８ｃ、及び、電源制御部３８ｅを有している。電源制御部３８ｅは、ＣＰＵといったプロセッサから構成されており、主制御部７２から与えられる信号、パワーセンサ３８ｃから与えられる信号、及び、演算部１５０Ａから与えられる信号を利用して、発振器３８ａ及びパワーアンプ３８ｂのそれぞれに制御信号を与えて、発振器３８ａ及びパワーアンプ３８ｂを制御する。
主制御部７２から電源制御部３８ｅに与えられる信号は、上述した段階Ｓ１〜Ｓ４の各々の開始時に与えられる第２の高周波設定信号である。第２の高周波設定信号は、段階Ｓ１〜Ｓ４の各々における高周波ＲＦ２の供給又はその停止、並びに、高周波ＲＦ２のパワー及び設定周波数を指定する信号である。本実施形態では、この設定周波数は、基本周波数ｆＢ２である。
電源制御部３８ｅは、段階Ｓ１〜Ｓ４の各々の開始時に与えられる第２の高周波設定信号によって高周波ＲＦ２をＯＮに設定することが指定されている場合には、第２の高周波設定信号によって指定される周波数を有する高周波を出力するよう、発振器３８ａを制御する。この発振器３８ａの出力はパワーアンプ３８ｂの入力に接続されている。発振器３８ａから出力された高周波はパワーアンプ３８ｂに入力される。パワーアンプ３８ｂは、第２の高周波設定信号によって指定されるパワーを有する高周波ＲＦ２をその出力から出力するために、入力された高周波を増幅する。図２に示した例では、高周波電源３８は、第４段階Ｓ４の各々の開始時点において、高周波ＲＦ２を出力するようになっている。また、高周波電源３８は、第２段階Ｓ２の各々においては、演算部１５０Ａから与えられる高周波供給開始信号を受けたときに、高周波ＲＦ２のサセプタ１６への供給を開始する。
パワーアンプ３８ｂの後段には、パワーセンサ３８ｃが設けられている。パワーセンサ３８ｃは、方向性結合器、進行波パワー検出部、及び、反射波パワー検出部を有している。方向性結合器は、高周波ＲＦ２の進行波の一部を進行波パワー検出部に与え、反射波を反射波パワー検出部に与える。このパワーセンサ３８ｃには、高周波ＲＦ２の周波数を特定する信号が電源制御部３８ｅから与えられる。進行波パワー検出部は、進行波の全周波数成分のうち高周波ＲＦ２の周波数と同一の周波数を有する成分のパワーの測定値、即ち、進行波パワー測定値ＰＦ２を生成する。この進行波パワー測定値は、パワーフィードバック用に電源制御部３８ｅに与えられる。
反射波パワー検出部は、反射波の全周波数成分のうち高周波ＲＦ２の周波数と同一の周波数を有する成分のパワーの測定値、即ち、反射波パワー測定値ＰＲ２１、及び、反射波の全周波数成分のトータルパワーの測定値、即ち反射波パワー測定値ＰＲ２２を生成する。反射波パワー測定値ＰＲ２１は、モニタ表示用に主制御部７２に与えられる。また、反射波パワー測定値ＰＲ２２は、パワーアンプ３８ｂの保護用に、電源制御部３８ｅに与えられる。
図５に示すように、整合器４２は、整合回路４２ａ、センサ４２ｂ、コントローラ４２ｃ、並びに、アクチュエータ４２ｄ及び４２ｅを有している。整合回路４２ａは、可変リアクタンス素子４２ｇ及び４２ｈを含んでいる。可変リアクタンス素子４２ｇ及び４２ｈは、例えば、可変コンデンサである。なお、整合回路４２ａは、インダクタ等を更に含んでいてもよい。
コントローラ４２ｃは、例えば、プロセッサから構成され、主制御部７２の制御の下で動作する。コントローラ４２ｃは、センサ４２ｂから与えられる測定値を利用して高周波電源３６の負荷インピーダンスを求めるようになっている。また、コントローラ４２ｃは、求めた負荷インピーダンスを高周波電源３８の出力インピーダンス又は整合ポイントに近づけるように、アクチュエータ４２ｄ及び４２ｅを制御して、可変リアクタンス素子４２ｇ及び４２ｈそれぞれのリアクタンスを調整するようになっている。アクチュエータ４２ｄ及び４２ｅは、例えば、モータである。
図６に示すように、センサ４２ｂは、電流検出器１０２Ｂ、電圧検出器１０４Ｂ、フィルタ１０６Ｂ、及び、フィルタ１０８Ｂを有している。電圧検出器１０４Ｂは、給電ライン４５上で伝送される高周波ＲＦ２の電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ１０６Ｂに入力される。フィルタ１０６Ｂは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０６Ｂは、主制御部７２からの信号によって特定される高周波ＲＦ２の設定周波数の成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。フィルタ１０６Ｂによって生成された濾過電圧波形信号は、コントローラ４２ｃの演算部１５０Ｂに与えられる。
電流検出器１０２Ｂは、給電ライン４５上で伝送される高周波ＲＦ２の電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ１０８Ｂに入力される。フィルタ１０８Ｂは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０８Ｂは、主制御部７２からの信号によって特定される高周波ＲＦ２の設定周波数の成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。フィルタ１０８Ｂによって生成された濾過電流波形信号は、コントローラ４２ｃの演算部１５０Ｂに与えられる。
コントローラ４２ｃの演算部１５０Ｂは、フィルタ１０６Ｂから与えられる濾過電圧波形信号、及び、フィルタ１０８Ｂから与えられる濾過電流波形信号を用いて、高周波電源３８の負荷インピーダンスＺＬ２を求める。具体的に、演算部１５０Ｂは、濾過電圧波形信号によって特定される交流電圧Ｖ２、濾過電流波形信号によって特定される交流電流Ｉ２、及び、交流電圧Ｖ２と交流電流Ｉ２との位相差Φ２から、負荷インピーダンスＺＬ２を求める。
演算部１５０Ｂは、求めた負荷インピーダンスＺＬ２をマッチング制御部１５２Ｂに出力する。マッチング制御部１５２Ｂは、負荷インピーダンスＺＬ２を高周波電源３８の出力インピーダンス（又は整合ポイント）に近づけるよう、アクチュエータ４２ｄ及び４２ｅを制御して、可変リアクタンス素子４２ｇ及び４２ｈのリアクタンスを調整する。これにより、整合器４２によるインピーダンス整合が実行される。なお、マッチング制御部１５２Ｂは、演算部１５０Ｂによって出力される負荷インピーダンスＺＬ２の系列の移動平均値を、高周波電源３８の出力インピーダンス（又は整合ポイント）に近づけるよう、アクチュエータ４２ｄ及び４２ｅを制御してもよい。
以下、図２と共に、図７を参照して、方法ＭＴについて詳細に説明する。図７は、一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。方法ＭＴでは、工程ＳＴ１において、第ｎ段階が開始される。「ｎ」は、図２に示す例では、１〜４の整数である。
工程ＳＴ１では、主制御部７２がレシピに従って実行する段階を切り替える。図２に示す例の場合、主制御部７２は、第１段階Ｓ１の実行、第２段階Ｓ２の実行、第３段階の実行、及び、第４段階Ｓ４の実行の順に切り替り、段階Ｓ１〜Ｓ４を各々が含むシーケンスを所定回数だけ繰り返す。
段階Ｓ１〜Ｓ４の各々の工程ＳＴ１では、レシピに従って、主制御部７２からガス切替信号がガス供給系５５に与えられる。図２に示す例の場合、第１段階Ｓ１の工程ＳＴ１ではガス供給系５５に第１のガスを供給させるために、第２段階Ｓ２の工程ＳＴ１ではガス供給系５５に第２のガスを供給させるために、第３段階Ｓ３の工程ＳＴ１ではガス供給系５５に第３のガスを供給させるために、第４段階Ｓ４の工程ＳＴ１ではガス供給系５５に第４のガスを供給させるために、ガス切替信号が、主制御部７２からガス供給系５５に与えられる。なお、方法ＭＴの開始時には、第１段階Ｓ１の開始時点よりも前に第１のガスの供給を開始するよう、ガス供給系５５が主制御部７２によって制御される。
また、工程ＳＴ１では、レシピに従い、実行中の段階に応じて設定された上述の第１の高周波設定信号が高周波電源３６に与えられる。また、工程ＳＴ１では、レシピに従い、実行中の段階に応じて設定された上述の第２の高周波設定信号が高周波電源３８に与えられる。図２に示す例の場合、第１段階Ｓ１、第２段階Ｓ２、及び、第３段階Ｓ３では、第１の高周波設定信号は、高周波ＲＦ１をサセプタ１６に供給することを指定するよう、設定される。また、第４段階Ｓ４にでは、第１の高周波設定信号は、サセプタ１６に対する高周波ＲＦ１の供給を停止することを指定するよう、設定される。かかる第１の高周波設定信号に応じて、高周波電源３６は、高周波ＲＦ１をサセプタ１６に供給するか、又は、サセプタ１６に対する高周波ＲＦ１の供給を停止する。また、第１段階Ｓ１及び第３段階Ｓ３では、第２の高周波設定信号は、サセプタ１６に対する高周波ＲＦ２の供給を停止することを指定するよう、設定される。また、第２段階Ｓ２及び第４段階Ｓ４では、第２の高周波設定信号は、高周波ＲＦ２をサセプタ１６に供給することを指定するよう、設定される。かかる第２の高周波設定信号に応じて、高周波電源３８は、高周波ＲＦ２をサセプタ１６に供給するか、又は、サセプタ１６に対する高周波ＲＦ２の供給を停止する。なお、第２段階Ｓ２においては、後述する工程ＳＴ４の実行により、サセプタ１６に対する高周波ＲＦ２の供給が開始される。
また、工程ＳＴ１では、実行中の段階に応じて、処理容器１０内の圧力をレシピによって指定された圧力に維持するよう、主制御部７２によって排気装置６６が制御される。さらに、高周波ＲＦ１を供給する段階の工程ＳＴ１では、高周波ＲＦ１の周波数を特定する信号が整合器４０に与えられるこれにより、整合器４０は、高周波ＲＦ１の設定周波数に対応する周波数の高周波電源３６の負荷インピーダンスを求めて、当該負荷インピーダンスに基づき、インピーダンス整合を実行する。また、高周波ＲＦ２を供給する段階の工程ＳＴ１では、高周波ＲＦ２の周波数を特定する信号が整合器４２に与えられる。整合器４２は、高周波ＲＦ２の設定周波数に対応する周波数の高周波電源３６の負荷インピーダンスを求めて、当該負荷インピーダンスに基づき、インピーダンス整合を実行する。
続く工程ＳＴ２では、ガス供給系５５が、主制御部７２からのガス切替信号によって指定されたガスを処理容器１０に供給するよう、切り替わる。
方法ＭＴでは、第１段階Ｓ１、第３段階Ｓ３、及び、第４段階Ｓ４の何れかを実行中には、その段階のプラズマ処理がレシピに応じた時間長、実行され、方法ＭＴは後述の判定Ｊ４に至る（判定Ｊ１の「ＮＯ」の経路を参照）。一方、第２段階Ｓ２を実行中には、方法ＭＴは工程ＳＴ３に移行し（判定Ｊ１の「ＹＥＳ」の経路を参照）、工程ＳＴ３において、上述したパラメータが演算部１５０Ａによって求められる。
そして、判定Ｊ２において、求めたパラメータが閾値を超えたか否かを演算部１５０Ａが判定する。パラメータが閾値を超えていないと判定される場合には、演算部１５０Ａは、判定Ｊ３において、第２段階Ｓ２の開始後、所定時間が経過しているか否かを判定する。判定Ｊ３において、所定時間が経過してと判定された場合には、再び工程ＳＴ３が実行される。一方、判定Ｊ３において、所定時間が経過していると判定された場合には、方法ＭＴは、工程ＳＴ４に移行する。この判定Ｊ３により、第２段階Ｓ２において誤動作により高周波ＲＦ２の供給が開始されない事態を回避することができる。
また、判定Ｊ２において、パラメータが閾値を超えていると判定された場合には、方法ＭＴは工程ＳＴ４に移行する。工程ＳＴ４では、高周波供給開始信号が演算部１５０Ａから高周波電源３８に与えられる。これにより、第２段階Ｓ２における高周波ＲＦ２の供給が開始される。なお、閾値は、初期的には、第２のガスが処理容器１０内に到達していると判断できる所定値として設定されている。
方法ＭＴでは、第１段階Ｓ１と第２段階Ｓ２にわたって高周波ＲＦ１がサセプタ１６に供給されている。この状態では、処理容器１０内に存在しているガスが第１のガスから第２のガスに切り替わると、処理容器内において生成されるプラズマのインピーダンスが変化する。上述したパラメータは、プラズマのインピーダンスに応じて変化するパラメータであるので、処理容器１０内に存在しているガスの変化を良好に反映する。方法ＭＴの第２段階Ｓ２では、かかるパラメータに基づいて処理容器１０内に第２のガスが到達していることが検出される。したがって、処理容器１０内に第２のガスが到達したタイミングが高精度に検出される。そして、第２のガスが到達していることが検出されたときに高周波ＲＦ２の供給が開始されるので、高周波ＲＦ２の供給が適切なタイミングで開始される。
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ５が実行される。工程ＳＴ５は、工程ＳＴ５ａ及び工程ＳＴ５ｂを含む。工程ＳＴ５ａでは、上述した時間差が求められる。具体的に、第２段階Ｓ２の各々の工程ＳＴ４において、時間調整部８０には、高周波供給開始信号が高周波電源３８に与えられた時点、即ち、高周波電源３８による高周波ＲＦ２の供給が開始された時点を特定する第１の開始時点特定情報が、演算部１５０Ａから与えられている。また、第２段階Ｓ２の各々の工程ＳＴ１において、時間調整部８０には、第２段階Ｓ２の各々の開始時点（工程ＳＴ１の実行時）を特定する第２の開始時点特定情報が与えられている。工程ＳＴ５ａでは、第２の開始時点特定情報によって特定される時点と第１の開始時点特定情報によって特定される時点との間の時間差が、時間調整部８０によって求められる。そして、この時間差を特定する時間差特定情報が時間調整部８０から主制御部７２に与えられる。続く工程ＳＴ５ｂでは、先行する第２段階Ｓ２に関する時間差特定情報によって特定される時間差の分だけ増加させるよう、当該先行する第２段階Ｓ２の後に実行される第２段階Ｓ２の実行時間長が主制御部７２によって調整される。
ここで、第２段階Ｓ２の各々には、その実行時間長として初期的に所定の実行時間長が設定されている。したがって、第２段階Ｓ２のうち一つの第２段階において、高周波ＲＦ２の供給が開始されるタイミングが遅れると、当該一つの第２段階において高周波ＲＦ２がサセプタ１６に供給された状態で行われるプラズマ処理の時間が短くなる。しかしながら、方法ＭＴでは、先行する第２段階Ｓ２に関して求められた上記の時間差の分だけ、後に実行される第２段階Ｓ２の実行時間長が所定の実行時間長から増加される。よって、高周波ＲＦ２がサセプタ１６に供給された状態で行われる第２のガスのプラズマによる処理の総実行時間長が、実質的に維持される。
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ６が実行される。工程ＳＴ６では、判定Ｊ２において利用される閾値が調整される。具体的には、演算部１５０Ａにおいて、パラメータの系列から移動平均値が求められ、当該移動平均値を用いて閾値が調整される。パラメータの系列は、実行済の第２段階Ｓ２、又は、実行済の第２段階Ｓ２と実行中の第２段階Ｓ２のそれぞれで整合器４０によるインピーダンス整合が完了した状態におけるパラメータを含む。当該系列に含まれるパラメータの各々は、上述した閾値と比較されるパラメータと同一の種類のパラメータであり得る。第２段階Ｓ２において整合器４０によるインピーダンス整合が完了した状態では、処理容器１０内には第２のガスが十分に到達している。したがって、この状態でのパラメータの系列の移動平均値を用いて閾値を調整することにより、第２のガスが処理容器内に到達したタイミングがより高精度に検出される。
方法ＭＴでは、次いで、判定Ｊ４が行われる。判定Ｊ４では、主制御部７２によって、段階Ｓ１〜Ｓ４を含むシーケンスの所定回数の繰り返しが実行されたか否かが判定される。シーケンスの所定回数の繰り返しが完了していないと判定された場合には、工程ＳＴ１に戻り、段階Ｓ１〜Ｓ４のうち次の段階が実行される。一方、シーケンスの所定回数の繰り返しが完了していると判定された場合には、方法ＭＴが終了する。
以下、別の実施形態について説明する。別の実施形態の方法ＭＴでは、少なくとも第２段階Ｓ２において、高周波ＲＦ１及び高周波ＲＦ２それぞれの周波数が調整される。また、更なる実施形態では、少なくとも第２段階Ｓ２において、高周波ＲＦ１及び高周波ＲＦ２それぞれの周波数に加えて、高周波ＲＦ１のパワー及び高周波ＲＦ２のパワーが調整される。以下では、図８〜図１０を参照して、この実施形態の方法ＭＴの実行のために、高周波電源３６、整合器４０、高周波電源３８、整合器４２に代えてプラズマ処理装置１に採用される高周波電源３６Ａ、整合器４０Ａ、高周波電源３８Ａ、整合器４２Ａについて説明する。図８は、高周波電源３６Ａ及び整合器４０Ａの構成を示す図である。図９は、高周波電源３６Ａのインピーダンスセンサの構成を示す図である。図１０は、高周波電源３８Ａ及び整合器４２Ａの構成を示す図である。図１１は、高周波電源３８Ａのインピーダンスセンサの構成を示す図である。
図８に示すように、高周波電源３６Ａは、高周波電源３６と同様に、発振器３６ａ、パワーアンプ３６ｂ、パワーセンサ３６ｃ、及び、電源制御部３６ｅを有している。高周波電源３６Ａは、インピーダンスセンサ３６ｄを更に有している。以下、高周波電源３６Ａの各要素に関して、高周波電源３６の対応の要素と異なる点を説明する。また、インピーダンスセンサ３６ｄについても説明する。
高周波電源３６Ａの電源制御部３６ｅは、第２段階Ｓ２の実行期間内の第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれにおける高周波ＲＦ１の周波数を設定する周波数制御信号を発振器３６ａに与えるようになっている。具体的に、電源制御部３６ｅは、インピーダンスセンサ３６ｄから、過去の第１の副期間Ｔｓ１の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１１及び過去の第２の副期間Ｔｓ２の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１２を受ける。そして、電源制御部３６ｅは、移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２が所定の調整範囲内に含まれる場合には、移動平均値Ｉｍｐ１１から推定される第１の副期間Ｔｓ１の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンス及び移動平均値Ｉｍｐ１２から推定される第２の副期間Ｔｓ２の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるために、第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波ＲＦ１の周波数を設定する周波数制御信号を発振器３６ａに与える。発振器３６ａは、当該周波数制御信号に応じて、第１の副期間Ｔｓ１の高周波の周波数及び第２の副期間Ｔｓ２の高周波の周波数を設定する。一方、移動平均値Ｉｍｐ１１又は移動平均値Ｉｍｐ１２が所定の調整範囲内に含まれない場合には、電源制御部３６ｅは、高周波電源３６Ａに関するインピーダンス整合を、整合器４０Ａに行わせるために、整合器４０Ａに制御信号を送出する。なお、負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるとは、負荷インピーダンスを理想的には整合ポイントに一致させることを意味する。また、「所定の調整範囲」は、高周波ＲＦ１の周波数の調整により、高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを高周波電源３６Ａの出力インピーダンス又は整合ポイントに整合させることが可能な範囲である。
パワーアンプ３６ｂは、発振器３６ａから出力された高周波を増幅することにより高周波ＲＦ１を生成し、当該高周波ＲＦ１を出力する。このパワーアンプ３６ｂは、電源制御部３６ｅによって制御される。具体的には、電源制御部３６ｅは、主制御部７２によって指定されるパワーの高周波ＲＦ１を出力するよう、パワーアンプ３６ｂを制御する。
一実施形態において、電源制御部３６ｅは、第１の副期間Ｔｓ１の高周波ＲＦ１のパワーが第２の副期間Ｔｓ２の高周波ＲＦ１のパワーよりも大きくなるように、パワーアンプ３６ｂを制御してもよい。例えば、第１の副期間Ｔｓ１の高周波ＲＦ１のパワーは、第１の副期間Ｔｓ１の反射波パワー測定値ＰＲ１１又は所定数の第１の副期間Ｔｓ１の反射波パワー測定値ＰＲ１１の移動平均値に応じて、プラズマに結合される高周波ＲＦ１のパワーが所定のパワーとなるように、設定され得る。また、第２の副期間Ｔｓ２の高周波ＲＦ１のパワーは、第２の副期間Ｔｓ２の反射波パワー測定値ＰＲ１１又は所定数の第２の副期間Ｔｓ２の反射波パワー測定値ＰＲ１１の移動平均値に応じて、プラズマに結合される高周波ＲＦ１のパワーが所定のパワーとなるように、設定され得る。
インピーダンスセンサ３６ｄは、実行済の第２段階Ｓ２のそれぞれの実行期間内の第１の副期間Ｔｓ１における高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１１を求める。また、インピーダンスセンサ３６ｄは、実行済の第２段階Ｓ２のそれぞれの実行期間内の第２の副期間Ｔｓ２における高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１２を求める。図２に示すように、第１の副期間Ｔｓ１は、第２段階Ｓ２のそれぞれの実行期間内において、高周波ＲＦ２の供給の開始時点から当該実行期間の途中までの間の期間である。第２の副期間Ｔｓ２は、第２段階Ｓ２のそれぞれの実行期間内において、当該途中から当該実行期間の終了時点までの間の期間である。なお、第２段階Ｓ２の各々の実行期間内の第１の副期間Ｔｓ１と第２の副期間Ｔｓ２を含む期間を、期間Ｔ１とよぶ。
第１の副期間Ｔｓ１の時間長及び第２の副期間Ｔｓ２の時間長は、電源制御部３６ｅによって指定される。例えば、第１の副期間Ｔｓ１の時間長は電源制御部３６ｅが記憶してる所定の時間長であってもよく、第２の副期間Ｔｓ２の時間長は電源制御部３６ｅが記憶してる別の所定の時間長であってもよい。或いは、電源制御部３６ｅは、上述の反射波パワー測定値ＰＲ１１の時系列から、期間Ｔ１において反射波パワー測定値ＰＲ１１が所定値以下に安定する期間を第２の副期間Ｔｓ２に設定し、期間Ｔ１において当該第２の副期間Ｔｓ２よりも前の期間を第１の副期間Ｔｓ１に設定してもよい。
図９に示すように、インピーダンスセンサ３６ｄは、電流検出器１０２Ｃ、電圧検出器１０４Ｃ、フィルタ１０６Ｃ、フィルタ１０８Ｃ、平均値演算器１１０Ｃ、平均値演算器１１２Ｃ、移動平均値演算器１１４Ｃ、移動平均値演算器１１６Ｃ、及び、インピーダンス演算器１１８Ｃを有している。
電圧検出器１０４Ｃは、給電ライン４３上で伝送される高周波ＲＦ１の電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ１０６Ｃに入力される。フィルタ１０６Ｃは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０６Ｃは、電源制御部３６ｅから第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波ＲＦ１の周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。なお、フィルタ１０６Ｃは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
フィルタ１０６Ｃによって生成された濾過電圧波形信号は、平均値演算器１１０Ｃに出力される。平均値演算器１１０Ｃには、電源制御部３６ｅから第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２を特定する副期間特定信号が与えられる。平均値演算器１１０Ｃは、濾過電圧波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した各期間Ｔ１内の第１の副期間Ｔｓ１における電圧の平均値ＶＡ１１を求める。また、平均値演算器１１０Ｃは、濾過電圧波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した各期間Ｔ１内の第２の副期間Ｔｓ２における電圧の平均値ＶＡ１２を求める。なお、平均値演算器１１０Ｃは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
平均値演算器１１０Ｃによって求められた平均値ＶＡ１１及び平均値ＶＡ１２は、移動平均値演算器１１４Ｃに出力される。移動平均値演算器１１４Ｃは、実行済の第２段階Ｓ２に関して既に得られている複数の平均値ＶＡ１１のうち、直近に実行された所定数の第２段階Ｓ２における第１の副期間Ｔｓ１について求められた所定個の平均値ＶＡ１１の移動平均値（移動平均値ＶＭＡ１１）を求める。また、移動平均値演算器１１４Ｃは、実行済の第２段階Ｓ２に関して既に得られている複数の平均値ＶＡ１２のうち、直近に実行された所定数の第２段階Ｓ２における第２の副期間Ｔｓ２について求められた所定個の平均値ＶＡ１２の移動平均値（移動平均値ＶＭＡ１２）を求める。移動平均値演算器１１４Ｃによって求められた移動平均値ＶＭＡ１１及びＶＭＡ１２は、インピーダンス演算器１１８Ｃに出力される。なお、移動平均値演算器１１４Ｃは、例えば、ＣＰＵ、又は、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
電流検出器１０２Ｃは、給電ライン４３上で伝送される高周波ＲＦ１の電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ１０８Ｃに入力される。フィルタ１０８Ｃは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０８Ｃは、電源制御部３６ｅから第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波ＲＦ１の周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。なお、フィルタ１０８Ｃは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
フィルタ１０８Ｃによって生成された濾過電流波形信号は、平均値演算器１１２Ｃに出力される。また、平均値演算器１１２Ｃには、電源制御部３６ｅから上述の副期間特定信号が与えられる。平均値演算器１１２Ｃは、濾過電流波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した各期間Ｔ１内の第１の副期間Ｔｓ１における電流の平均値ＩＡ１１を求める。また、平均値演算器１１２Ｃは、濾過電流波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した各期間Ｔ１内の第２の副期間Ｔｓ２における電流の平均値ＩＡ１２を求める。なお、平均値演算器１１２Ｃは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
平均値演算器１１２Ｃによって求められた平均値ＩＡ１１及び平均値ＩＡ１２は、移動平均値演算器１１６Ｃに出力される。移動平均値演算器１１６Ｃは、実行済の第２段階Ｓ２に関して既に得られている複数の平均値ＩＡ１１のうち、直近に実行された所定数の第２段階Ｓ２における第１の副期間Ｔｓ１について求められた所定個の平均値ＩＡ１１の移動平均値（移動平均値ＩＭＡ１１）を求める。また、移動平均値演算器１１６Ｃは、実行済の第２段階Ｓ２に関して既に得られている複数の平均値ＩＡ１２のうち、直近に実行された所定数の第２段階Ｓ２における第２の副期間Ｔｓ２について求められた所定個の平均値ＩＡ１２の移動平均値（移動平均値ＩＭＡ１２）を求める。移動平均値演算器１１６Ｃによって求められた移動平均値ＩＭＡ１１及びＩＭＡ１２は、インピーダンス演算器１１８Ｃに出力される。なお、移動平均値演算器１１６Ｃは、例えば、ＣＰＵ、又は、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
インピーダンス演算器１１８Ｃは、移動平均値ＩＭＡ１１及び移動平均値ＶＭＡ１１から、高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１１を求める。この移動平均値Ｉｍｐ１１は、絶対値と位相成分を含む。また、インピーダンス演算器１１８Ｃは、移動平均値ＩＭＡ１２及び移動平均値ＶＭＡ１２から、高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ１２を求める。この移動平均値Ｉｍｐ１２は、絶対値と位相成分を含む。インピーダンス演算器１１８Ｃによって求められた移動平均値Ｉｍｐ１１及びＩｍｐ１２は、電源制御部３６ｅに出力される。移動平均値Ｉｍｐ１１及びＩｍｐ１２は、上述したように電源制御部３６ｅにおいて、高周波ＲＦ１の周波数の設定のために用いられる。
図８に戻り、整合器４０Ａは、整合器４０と同様に、整合回路４０ａ、センサ４０ｂ、コントローラ４０ｃ、並びに、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを有している。以下、整合器４０Ａの各要素に関して、整合器４０の対応の要素と異なる点を説明する。
整合器４０Ａのセンサ４０ｂは、インピーダンスセンサ３６ｄと同様に、電源制御部３６ｅから第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波ＲＦ１の周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。そして、センサ４０ｂは、濾過電圧波形信号をコントローラ４０ｃに出力する。また、整合器４０Ａのセンサ４０ｂは、インピーダンスセンサ３６ｄと同様に、電源制御部３６ｅから第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波ＲＦ１の周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。センサ４０ｂは、濾過電流波形信号をコントローラ４０ｃに出力する。
整合器４０Ａのコントローラ４０ｃは、移動平均値Ｉｍｐ１１又は移動平均値Ｉｍｐ１２が所定の調整範囲内に含まれない場合に電源制御部３６ｅから送出される上記の制御信号を受けると、移動平均値Ｉｍｐ２１と移動平均値Ｉｍｐ２２の平均値によって特定される高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるよう、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御する。或いは、整合器４０Ａのコントローラ４０ｃは、移動平均値Ｉｍｐ１１又は移動平均値Ｉｍｐ１２が所定の調整範囲内に含まれない場合に電源制御部３６ｅから送出される上記の制御信号を受けると、移動平均値Ｉｍｐ２２によって特定される高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるよう、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御する。
以下、図１０を参照する。図１０に示すように、高周波電源３８Ａは、高周波電源３８と同様に、発振器３８ａ、パワーアンプ３８ｂ、パワーセンサ３８ｃ、及び、電源制御部３８ｅを有している。高周波電源３８Ａは、インピーダンスセンサ３８ｄを更に有している。以下、高周波電源３８Ａの各要素に関して、高周波電源３８の対応の要素と異なる点を説明する。また、インピーダンスセンサ３８ｄについても説明する。
高周波電源３８Ａの電源制御部３８ｅは、第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれにおける高周波ＲＦ２の周波数を設定する周波数制御信号を発振器３８ａに与えるようになっている。具体的に、電源制御部３８ｅは、インピーダンスセンサ３８ｄから、過去の第１の副期間Ｔｓ１の負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ２１及び過去の第２の副期間Ｔｓ２の負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ２２を受ける。そして、電源制御部３８ｅは、移動平均値Ｉｍｐ２１及び移動平均値Ｉｍｐ２２が所定の調整範囲内に含まれる場合には、移動平均値Ｉｍｐ２１から推定される第１の副期間Ｔｓ１の高周波電源３８Ａの負荷インピーダンス及び移動平均値Ｉｍｐ２２から推定される第２の副期間Ｔｓ２の高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるために、第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波ＲＦ２の周波数を設定する周波数制御信号を発振器３８ａに与える。発振器３８ａは、当該周波数制御信号に応じて、第１の副期間Ｔｓ１の高周波の周波数及び第２の副期間Ｔｓ２の高周波の周波数を設定する。一方、電源制御部３８ｅは、移動平均値Ｉｍｐ２１又は移動平均値Ｉｍｐ２２が所定の調整範囲内に含まれない場合には、高周波電源３８Ａに関するインピーダンス整合を、整合器４２Ａに行わせるために、整合器４２Ａに制御信号を送出する。なお、「所定の調整範囲」は、高周波ＲＦ２の周波数の調整により、高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスを高周波電源３８Ａの出力インピーダンス又は整合ポイントに整合させることが可能な範囲である。
パワーアンプ３８ｂは、発振器３８ａから出力された高周波を増幅することにより高周波ＲＦ２を生成し、当該高周波ＲＦ２を出力する。このパワーアンプ３８ｂは、電源制御部３８ｅによって制御される。具体的には、電源制御部３８ｅは、主制御部７２によって指定されるパワーの高周波ＲＦ２を出力するよう、パワーアンプ３８ｂを制御する。
一実施形態において、電源制御部３８ｅは、第１の副期間Ｔｓ１の高周波ＲＦ２のパワーが第２の副期間Ｔｓ２の高周波ＲＦ２のパワーよりも大きくなるように、パワーアンプ３８ｂを制御してもよい。例えば、第１の副期間Ｔｓ１の高周波ＲＦ２のパワーは、第１の副期間Ｔｓ１の反射波パワー測定値ＰＲ２１又は所定数の第１の副期間Ｔｓ１の反射波パワー測定値ＰＲ２１の移動平均値に応じて、プラズマに結合される高周波ＲＦ２のパワーが所定のパワーとなるように、設定され得る。また、第２の副期間Ｔｓ２の高周波ＲＦ２のパワーは、第２の副期間Ｔｓ２の反射波パワー測定値ＰＲ２１又は所定数の第２の副期間Ｔｓ２の反射波パワー測定値ＰＲ２１の移動平均値に応じて、プラズマに結合される高周波ＲＦ２のパワーが所定のパワーとなるように、設定され得る。なお、第２段階Ｓ２の各々において、第２の副期間Ｔｓ２用にその周波数及びパワーが設定された高周波ＲＦ２は、当該高周波ＲＦ２の供給が停止されるまで継続され得る。
インピーダンスセンサ３８ｄは、実行済の第２段階Ｓ２のそれぞれの実行期間内の第１の副期間Ｔｓ１における高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ２１を求める。また、インピーダンスセンサ３８ｄは、実行済の第２段階Ｓ２のそれぞれの実行期間内の第２の副期間Ｔｓ２における高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ２２を求める。なお、電源制御部３８ｅは、電源制御部３６ｅと同様に、第１の副期間Ｔｓ１の時間長の所定の時間長及び第２の副期間Ｔｓ２の別の所定の時間長を記憶していてもよい。或いは、電源制御部３８ｅは、電源制御部３６ｅと同様に、上述の反射波パワー測定値ＰＲ２１の時系列から、期間Ｔ１において反射波パワー測定値ＰＲ２１が所定値以下に安定する期間を第２の副期間Ｔｓ２に設定し、期間Ｔ１において当該第２の副期間Ｔｓ２よりも前の期間を第１の副期間Ｔｓ１に設定してもよい。
図１１に示すように、インピーダンスセンサ３８ｄは、電流検出器１０２Ｄ、電圧検出器１０４Ｄ、フィルタ１０６Ｄ、フィルタ１０８Ｄ、平均値演算器１１０Ｄ、平均値演算器１１２Ｄ、移動平均値演算器１１４Ｄ、移動平均値演算器１１６Ｄ、及び、インピーダンス演算器１１８Ｄを有している。
電圧検出器１０４Ｄは、給電ライン４５上で伝送される高周波ＲＦ２の電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ１０６Ｄに入力される。フィルタ１０６Ｄは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０６Ｄは、電源制御部３８ｅから第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波ＲＦ２の周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。なお、フィルタ１０６Ｄは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
フィルタ１０６Ｄによって生成された濾過電圧波形信号は、平均値演算器１１０Ｄに出力される。平均値演算器１１０Ｄには、電源制御部３８ｅから第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２を特定する副期間特定信号が与えられる。平均値演算器１１０Ｄは、濾過電圧波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した各期間Ｔ１内の第１の副期間Ｔｓ１における電圧の平均値ＶＡ２１を求める。また、平均値演算器１１０Ｄは、濾過電圧波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した各期間Ｔ１内の第２の副期間Ｔｓ２における電圧の平均値ＶＡ２２を求める。なお、平均値演算器１１０Ｄは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
平均値演算器１１０Ｄによって求められた平均値ＶＡ２１及び平均値ＶＡ２２は、移動平均値演算器１１４Ｄに出力される。移動平均値演算器１１４Ｄは、実行済の第２段階Ｓ２に関して既に得られている複数の平均値ＶＡ２１のうち、直近に実行された所定数の第２段階Ｓ２における第１の副期間Ｔｓ１について求められた所定個の平均値ＶＡ２１の移動平均値（移動平均値ＶＭＡ２１）を求める。また、移動平均値演算器１１４Ｄは、実行済の第２段階Ｓ２に関して既に得られている複数の平均値ＶＡ２２のうち、直近に実行された所定数の第２段階Ｓ２における第２の副期間Ｔｓ２について求められた所定個の平均値ＶＡ２２の移動平均値（移動平均値ＶＭＡ２２）を求める。移動平均値演算器１１４Ｄによって求められた移動平均値ＶＭＡ２１及びＶＭＡ２２は、インピーダンス演算器１１８Ｄに出力される。なお、移動平均値演算器１１４Ｄは、例えば、ＣＰＵ、又は、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
電流検出器１０２Ｄは、給電ライン４５上で伝送される高周波ＲＦ２の電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ１０８Ｄに入力される。フィルタ１０８Ｄは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０８Ｄは、電源制御部３８ｅから第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波ＲＦ２の周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。なお、フィルタ１０８Ｄは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
フィルタ１０８Ｄによって生成された濾過電流波形信号は、平均値演算器１１２Ｄに出力される。また、平均値演算器１１２Ｄには、電源制御部３８ｅから上述の副期間特定信号が与えられる。平均値演算器１１２Ｄは、濾過電流波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した各期間Ｔ１内の第１の副期間Ｔｓ１における電流の平均値ＩＡ２１を求める。また、平均値演算器１１２Ｄは、濾過電流波形信号から、副期間特定信号を用いて特定した各期間Ｔ１内の第２の副期間Ｔｓ２における電流の平均値ＩＡ２２を求める。なお、平均値演算器１１２Ｄは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
平均値演算器１１２Ｄによって求められた平均値ＩＡ２１及び平均値ＩＡ２２は、移動平均値演算器１１６Ｄに出力される。移動平均値演算器１１６Ｄは、実行済の第２段階Ｓ２に関して既に得られている複数の平均値ＩＡ２１のうち、直近に実行された所定数の第２段階Ｓ２における第１の副期間Ｔｓ１について求められた所定個の平均値ＩＡ２１の移動平均値（移動平均値ＩＭＡ２１）を求める。また、移動平均値演算器１１６Ｄは、実行済の第２段階Ｓ２に関して既に得られている複数の平均値ＩＡ２２のうち、直近に実行された所定数の第２段階Ｓ２における第２の副期間Ｔｓ２について求められた所定個の平均値ＩＡ２２の移動平均値（移動平均値ＩＭＡ２２）を求める。移動平均値演算器１１６Ｄによって求められた移動平均値ＩＭＡ２１及びＩＭＡ２２は、インピーダンス演算器１１８Ｄに出力される。なお、移動平均値演算器１１６Ｄは、例えば、ＣＰＵ、又は、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
インピーダンス演算器１１８Ｄは、移動平均値ＩＭＡ２１及び移動平均値ＶＭＡ２１から、高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ２１を求める。この移動平均値Ｉｍｐ２１は、絶対値と位相成分を含む。また、インピーダンス演算器１１８Ｄは、移動平均値ＩＭＡ２２及び移動平均値ＶＭＡ２２から、高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスの移動平均値Ｉｍｐ２２を求める。この移動平均値Ｉｍｐ２２は、絶対値と位相成分を含む。インピーダンス演算器１１８Ｄによって求められた移動平均値Ｉｍｐ２１及びＩｍｐ２２は、電源制御部３８ｅに出力される。移動平均値Ｉｍｐ２１及びＩｍｐ２２は、上述したように電源制御部３８ｅにおいて、高周波ＲＦ２の周波数の設定のために用いられる。
図１０に戻り、整合器４２Ａは、整合器４２と同様に、整合回路４２ａ、センサ４２ｂ、コントローラ４２ｃ、並びに、アクチュエータ４２ｄ及び４２ｅを有している。以下、整合器４２Ａの各要素に関して、整合器４２の対応の要素と異なる点を説明する。
整合器４２Ａのセンサ４２ｂは、インピーダンスセンサ３８ｄと同様に、電源制御部３８ｅから第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波ＲＦ２の周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電圧波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。そして、センサ４２ｂは、濾過電圧波形信号をコントローラ４２ｃに出力する。また、整合器４２Ａのセンサ４２ｂは、インピーダンスセンサ３８ｄと同様に、電源制御部３８ｅから第１の副期間Ｔｓ１及び第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波ＲＦ２の周波数を特定する信号を受け、当該信号によって特定される周波数に対応した成分のみを電流波形デジタル信号から抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。センサ４２ｂは、濾過電流波形信号をコントローラ４２ｃに出力する。
整合器４２Ａのコントローラ４２ｃは、移動平均値Ｉｍｐ２１又は移動平均値Ｉｍｐ２２が所定の調整範囲内に含まれない場合に電源制御部３８ｅから送出される上記の制御信号を受けると、移動平均値Ｉｍｐ２１と移動平均値Ｉｍｐ２２の平均値によって特定される高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるよう、アクチュエータ４２ｄ及び４２ｅを制御する。或いは、整合器４２Ａのコントローラ４２ｃは、移動平均値Ｉｍｐ２１又は移動平均値Ｉｍｐ２２が所定の調整範囲内に含まれない場合に電源制御部３８ｅから送出される上記の制御信号を受けると、移動平均値Ｉｍｐ２２によって特定される高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるよう、アクチュエータ４２ｄ及び４２ｅを制御する。
以下、図８〜図１１を参照して説明した高周波電源３６Ａ、整合器４０Ａ、高周波電源３８Ａ、及び、整合器４２Ａを有するプラズマ処理装置１において行われるインピーダンス整合の方法について説明する。図１２は、別の実施形態にかかるプラズマ処理方法において実行されるインピーダンス整合の方法を示す流れ図である。
図１２に示すインピーダンス整合の方法ＭＴＩは、方法ＭＴにおける第２段階Ｓ２において用いられる。第２段階Ｓ２以外の他の段階においては、整合器４０及び整合器４２に関して上述したインピーダンス整合が行われ得る。
方法ＭＴの実施の初期においては、第２段階Ｓ２が上述した移動平均値Ｉｍｐ１１、移動平均値Ｉｍｐ１２、移動平均値Ｉｍｐ２１、及び、移動平均値Ｉｍｐ２２を求めるに足る回数、実行されていない。したがって、方法ＭＴの実施の初期においては、上述した平均値ＶＡ１１、平均値ＩＡ１１、平均値ＶＡ１２、平均値ＩＡ１２、平均値ＶＡ２１、平均値ＩＡ２１、平均値ＶＡ２２、及び、平均値ＩＡ２２の算出、並びに、これらの蓄積のみが行われる。
第２段階Ｓ２が移動平均値Ｉｍｐ１１、移動平均値Ｉｍｐ１２、移動平均値Ｉｍｐ２１、及び、移動平均値Ｉｍｐ２２を求めるに足る回数だけ実行された後には、インピーダンスセンサ３６ｄにおいて移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２が求められ、インピーダンスセンサ３８ｄにおいて移動平均値Ｉｍｐ２１及び移動平均値Ｉｍｐ２２が求められる。
移動平均値Ｉｍｐ１１、移動平均値Ｉｍｐ１２、移動平均値Ｉｍｐ２１、及び、移動平均値Ｉｍｐ２２が求められた後には、複数の段階Ｓ２の各々において、図１２に示すように、判定Ｊ１０が行われる。判定Ｊ１０では、移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２が上述した調整可能範囲内にあるか否かが電源制御部３６ｅによって判定される。また、移動平均値Ｉｍｐ２１及び移動平均値Ｉｍｐ２２が上述した調整可能範囲内にあるか否かが電源制御部３８ｅによって判定される。
移動平均値Ｉｍｐ１１及び移動平均値Ｉｍｐ１２が上述した調整可能範囲内にあると判定された場合には、工程ＳＴ１１において、電源制御部３６ｅは、上述したように、第１の副期間Ｔｓ１における高周波ＲＦ１の周波数を設定し、第２の副期間Ｔｓ２における高周波ＲＦ１の周波数を設定する。続く工程ＳＴ１２において、電源制御部３６ｅは、上述したように、第１の副期間Ｔｓ１における高周波ＲＦ１のパワーを設定し、第２の副期間Ｔｓ２における高周波ＲＦ２のパワーを設定する。また、移動平均値Ｉｍｐ２１及び移動平均値Ｉｍｐ２２が上述した調整可能範囲内にあると判定された場合には、工程ＳＴ１１において、電源制御部３８ｅは、上述したように、第１の副期間Ｔｓ１における高周波ＲＦ２の周波数を設定し、第２の副期間Ｔｓ２における高周波ＲＦ２の周波数を設定する。続く工程ＳＴ１２において、電源制御部３８ｅは、上述したように、第１の副期間Ｔｓ１における高周波ＲＦ２のパワーを設定し、第２の副期間Ｔｓ２における高周波ＲＦ２のパワーを設定する。
一方、移動平均値Ｉｍｐ１１又は移動平均値Ｉｍｐ１２が上述した調整可能範囲内にないと判定された場合には、工程ＳＴ１３において、高周波電源３６Ａに関するインピーダンス整合を整合器４０Ａに行わせるために、電源制御部３６ｅから整合器４０Ａに制御信号が送出される。この制御信号を受けた整合器４０Ａのコントローラ４０ｃは、上述したように、高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるよう、アクチュエータ４０ｄ及び４０ｅを制御する。また、移動平均値Ｉｍｐ２１又は移動平均値Ｉｍｐ２２が上述した調整可能範囲内にないと判定された場合には、工程ＳＴ１３において、高周波電源３８Ａに関するインピーダンス整合を整合器４２Ａに行わせるために、電源制御部３８ｅから整合器４２Ａに制御信号が送出される。この制御信号を受けた整合器４２Ａのコントローラ４２ｃは、上述したように、高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスを整合ポイントに近づけるよう、アクチュエータ４２ｄ及び４２ｅを制御する。
第２段階Ｓ２における第１の副期間Ｔｓ１は、高周波ＲＦ２の供給の開始時点を含む期間であるので、給電ライン４３における反射波が、第２の副期間Ｔｓ２における反射波よりも大きくなり得る。高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの変動によるものである。高周波ＲＦ２についても同様である。したがって、高周波ＲＦ１の反射波を減少させるためには、第１の副期間Ｔｓ１と第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを個別に高周波電源３６Ａの出力インピーダンスに整合させる必要がある。また、高周波ＲＦ２の反射波を減少させるためには、第１の副期間Ｔｓ１と第２の副期間Ｔｓ２それぞれの高周波電源３８Ａの負荷インピーダンスを個別に高周波電源３８Ａの出力インピーダンスに整合させる必要がある。図１２に示したインピーダンス整合の方法ＭＴＩによれば、実行済の第２段階Ｓ２の第１の副期間Ｔｓ１の高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスの移動平均値（移動平均値Ｉｍｐ１１）、即ち第１の移動平均値によって推定される高周波電源３６Ａの負荷インピーダンスを高周波電源３６Ａの出力インピーダンスに近づけるよう、高周波ＲＦ１の周波数が調整される。また、第２の副期間Ｔｓ２における高周波ＲＦ１の周波数は、移動平均値Ｉｍｐ１２、即ち第２の移動平均値に基づき、同様に調整される。また、第１の副期間Ｔｓ１における高周波ＲＦ２の周波数は、移動平均値Ｉｍｐ２１、即ち第３の移動平均値に基づき、同様に調整される。また、第２の副期間Ｔｓ２における高周波ＲＦ２の周波数は、移動平均値Ｉｍｐ２２、即ち第４の移動平均値に基づき、同様に調整される。高周波電源３６Ａ及び高周波電源３８Ａは、高速に高周波の周波数を変更することができるので、方法ＭＴＩによれば、負荷インピーダンスの変化に高速に追従してインピーダンス整合を行うことが可能となる。
また、工程ＳＴ１２によれば、第１の副期間Ｔｓ１においてプラズマに結合される高周波ＲＦ１のパワーが不足する場合には、高周波ＲＦ１のパワーを補うことができる。また、工程ＳＴ１２によれば、第１の副期間Ｔｓ１においてプラズマに結合される高周波ＲＦ２のパワーが不足する場合には、高周波ＲＦ２のパワーを補うことができる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、高周波電源３６及び高周波電源３６Ａは、上部電極４６に高周波ＲＦ１を供給するように構成されていてもよい。また、方法ＭＴが適用されるプラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置に限定されるものではない。方法ＭＴは、第１電極及び第２電極を有する任意のプラズマ処理装置、例えば、誘導結合型のプラズマ処理装置にも適用され得る。
また、上述した一実施形態では、第２段階Ｓ２の第１の副期間及び第２の副期間それぞれにおいて、高周波ＲＦ１の調整（高周波ＲＦ１の周波数及びパワーの調整）が行われ、高周波ＲＦ２の調整（高周波ＲＦ２の周波数及びパワーの調整）が行われていたが、第１段階Ｓ１及び第３段階Ｓ３それぞれにおいても、同様に、二つの副期間が設定され、当該二つの副期間それぞれにおいて高周波ＲＦ１の調整（高周波ＲＦ１の周波数及びパワーの調整）が行われてもよい。また、第４段階Ｓ４においても、同様に、二つの副期間が設定され、当該二つの副期間それぞれにおいて高周波ＲＦ２の調整（高周波ＲＦ２の周波数及びパワーの調整）が行われてもよい。
１…プラズマ処理装置、１０…処理容器、１６…サセプタ、１８…静電チャック、３６，３６Ａ…高周波電源、３６ｄ…インピーダンスセンサ、３６ｅ…電源制御部、３８，３８Ａ…高周波電源、３８ｄ…インピーダンスセンサ、３８ｅ…電源制御部、４０，４０Ａ…整合器、１５０Ａ…演算部、４０ａ…整合回路、４０ｂ…センサ、４０ｃ…コントローラ、４２，４２Ａ…整合器、４２ａ…整合回路、４２ｂ…センサ、４２ｃ…コントローラ、４３…給電ライン、４５…給電ライン、４６…上部電極、５５…ガス供給系、６６…排気装置、７２…主制御部、８０…時間調整部。

Claims (10)

  1. プラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
    前記プラズマ処理装置は、
    処理容器と、
    前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
    前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
    プラズマ生成用の第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
    イオン引き込み用の第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
    前記第１電極又は前記第２電極と前記第１の高周波電源を接続する第１の給電ラインと、
    前記第２電極と前記第２の高周波電源を接続する第２の給電ラインと、
    前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための第１の整合器と、
    前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための第２の整合器と、
    前記ガス供給系を制御する第１手段と、
    前記第１の高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記第１の高周波の反射波係数のうち少なくとも一つを含むパラメータを求める第２手段と、
    を備え、
    該プラズマ処理方法は、
    前記処理容器内において、第１のガスのプラズマを生成する複数の第１段階と、
    前記複数の第１段階と交互に実行される複数の第２段階であり、前記処理容器内において、前記第１のガスに含まれるガスとは異なるガスを含む第２のガスのプラズマを生成する、該複数の第２段階と、
    を含み、
    前記複数の第１段階の各々において、前記ガス供給系から前記処理容器内に前記第１のガスが供給され、前記第１電極又は前記第２電極に前記第１の高周波電源から前記第１の高周波が供給され、
    前記複数の第２段階の各々において、前記複数の第１段階のうち直前の第１段階から連続して前記第１電極又は前記第２電極に前記第１の高周波電源から前記第１の高周波が供給され、
    前記複数の第２段階の各々は、
    前記処理容器内に供給されるガスを前記第１のガスから前記第２のガスに切り替えるために、前記第１手段から前記ガス供給系にガス切替信号を与える工程と、
    前記ガス切替信号が前記ガス供給に与えられた後、前記パラメータが閾値を超えたときに、前記第２手段が前記第２の高周波電源に前記第２電極への前記第２の高周波の供給を開始させる工程と、
    を含む、
    プラズマ処理方法。
  2. 前記プラズマ処理装置は、前記複数の第２段階の各々の開始時点と該複数の第２段階の各々において前記第２の高周波の供給が開始された時点との間の時間差を求める第３手段を更に備え、
    前記第３手段が前記時間差を求める工程と、
    前記複数の第２段階のうち先行する第２段階より後に実行される第２段階の所定の実行時間長を前記時間差の分だけ増加させるように、該所定の実行時間長を調整する工程と、
    を更に含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記第２手段が、パラメータの系列から求められる移動平均値を用いて、前記閾値を調整する工程を更に含み、
    前記パラメータの系列は、前記複数の第２段階のうち実行済の第２段階、又は、該実行済の第２段階と実行中の第２段階のそれぞれで前記第１の整合器によるインピーダンス整合が完了した状態における、前記第１の高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記第１の高周波の反射波係数のうち少なくとも一つを含むパラメータから構成される、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記複数の第２段階の各々において、第１の移動平均値及び第２の移動平均値が所定の調整範囲内に含まれる場合に、前記第１の高周波電源の電源制御部が、前記第１の高周波を調整する工程であり、前記第１の移動平均値から推定される前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスを該第１の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう第１の副期間において出力される前記第１の高周波の周波数を調整し、前記第２の移動平均値から推定される前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスを該第１の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう第２の副期間において出力される前記第１の高周波の周波数を調整する、該工程と、
    前記複数の第２段階の各々において、第３の移動平均値及び第４の移動平均値が所定の調整範囲内に含まれる場合に、前記第２の高周波電源の電源制御部が、前記第２の高周波を調整する工程であり、前記第３の移動平均値から推定される前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスを該第２の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう前記第１の副期間において出力される前記第２の高周波の周波数を調整し、前記第４の移動平均値から推定される前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスを該第２の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう前記第２の副期間において出力される前記第２の高周波の周波数を調整する、該工程と、
    を更に含み、
    前記第１の副期間は、前記複数の第２段階の各々の実行期間内において前記第２の高周波の供給が開始された時点から該実行期間の途中までの間の期間であり、前記第２の副期間は、前記途中から前記実行期間の終了時点までの間の期間であり、
    前記第１の移動平均値は、前記複数の第２段階のうち実行済の第２段階それぞれの実行期間内において前記第２の高周波の供給が開始された時点から該実行期間の途中までの間の第１の副期間における前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値であり、
    前記第２の移動平均値は、前記実行済の第２段階それぞれの実行期間内の前記途中から該実行期間の終了時点までの間の第２の副期間における前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値であり、
    前記第３の移動平均値は、前記実行済の第２段階それぞれの実行期間内の前記第１の副期間における前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値であり、
    前記第４の移動平均値は、前記実行済の第２段階それぞれの実行期間内の前記第２の副期間における前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値である、
    請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記第１の高周波を調整する前記工程において、前記第１の高周波電源の前記電源制御部が、前記第１の副期間における前記第１の高周波のパワーが前記第２の副期間における前記第１の高周波のパワーよりも大きくなるように前記第１の高周波のパワーを調整し、
    前記第２の高周波を調整する前記工程において、前記第２の高周波電源の前記電源制御部が、前記第１の副期間における前記第２の高周波のパワーが前記第２の副期間における前記第２の高周波のパワーよりも大きくなるように前記第２の高周波のパワーを調整する、
    請求項４に記載のプラズマ処理方法。
  6. 処理容器と、
    前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
    前記処理容器内の空間がそれらの間に介在するように設けられた第１電極及び第２電極と、
    プラズマ生成用の第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
    イオン引き込み用の第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
    前記第１電極又は前記第２電極と前記第１の高周波電源を接続する第１の給電ラインと、
    前記第２電極と前記第２の高周波電源を接続する第２の給電ラインと、
    前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための第１の整合器と、
    前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスを調整するための第２の整合器と、
    前記ガス供給系を制御する第１手段と、
    前記第１の高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記第１の高周波の反射波係数のうち少なくとも一つを含むパラメータを求める第２手段と、
    を備え、
    前記処理容器内において、第１のガスのプラズマを生成する複数の第１段階の各々において、前記第１手段は、前記処理容器内に前記第１のガスを供給するよう前記ガス供給系を制御し、前記第１電極又は前記第２電極に前記第１の高周波を供給するよう前記第１の高周波電源を制御し、
    前記複数の第１段階と交互に実行される複数の第２段階であり、前記処理容器内において、前記第１のガスに含まれるガスとは異なるガスを含む第２のガスのプラズマを生成する、該複数の第２段階の各々において、
    前記第１手段は、前記複数の第１段階のうち直前の第１段階から連続して前記第１電極又は前記第２電極に前記第１の高周波を供給するよう前記第１の高周波電源を制御し、
    前記第１手段は、前記処理容器内に供給されるガスを前記第１のガスから前記第２のガスに切り替えるために、前記ガス供給系にガス切替信号を与え、
    前記第２手段は、前記ガス切替信号が前記ガス供給に与えられた後、前記パラメータが閾値を超えたときに、前記第２の高周波電源に前記第２電極への前記第２の高周波の供給を開始させる、
    プラズマ処理装置。
  7. 前記複数の第２段階の各々の開始時点と該複数の第２段階の各々において前記第２の高周波の供給が開始された時点との間の時間差を求める第３手段を更に備え、
    前記第１手段は、前記複数の第２段階のうち前先行する第２段階より後に実行される第２段階の所定の実行時間長を前記時間差の分だけ増加させるように、該所定の実行時間長を調整する、
    請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記第２手段は、パラメータの系列から求められる移動平均値を用いて、前記閾値を調整し、
    前記パラメータの系列は、前記複数の第２段階のうち実行済の第２段階、又は、該実行済の第２段階と実行中の第２段階のそれぞれで前記第１の整合器によるインピーダンス整合が完了した状態における、前記第１の高周波電源の負荷インピーダンス、負荷抵抗、及び、負荷リアクタンス、並びに、前記第１の高周波の反射波係数のうち少なくとも一つを含むパラメータから構成される、
    請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記第１の高周波電源は、前記複数の第２段階の各々において、第１の移動平均値及び第２の移動平均値が所定の調整範囲内に含まれる場合に、前記第１の移動平均値から推定される前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスを該第１の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう第１の副期間において出力される前記第１の高周波の周波数を調整し、前記第２の移動平均値から推定される前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスを該第１の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう第２の副期間において出力される前記第１の高周波の周波数を調整する電源制御部を有し、
    前記第２の高周波電源は、前記複数の第２段階の各々において、第３の移動平均値及び第４の移動平均値が所定の調整範囲内に含まれる場合に、前記第３の移動平均値から推定される前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスを該第２の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう前記第１の副期間において出力される前記第２の高周波の周波数を調整し、前記第４の移動平均値から推定される前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスを該第２の高周波電源の出力インピーダンスに近づけるよう前記第２の副期間において出力される前記第２の高周波の周波数を調整する電源制御部を有し、
    前記第１の副期間は、前記複数の第２段階の各々の実行期間内において前記第２の高周波の供給が開始された時点から該実行期間の途中までの間の期間であり、前記第２の副期間は、前記途中から前記実行期間の終了時点までの間の期間であり、
    前記第１の移動平均値は、前記複数の第２段階のうち実行済の第２段階それぞれの実行期間内において前記第２の高周波の供給が開始された時点から該実行期間の途中までの間の第１の副期間における前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値であり、
    前記第２の移動平均値は、前記実行済の第２段階それぞれの実行期間内の前記途中から該実行期間の終了時点までの間の第２の副期間における前記第１の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値であり、
    前記第３の移動平均値は、前記実行済の第２段階それぞれの実行期間内の前記第１の副期間における前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値であり、
    前記第４の移動平均値は、前記実行済の第２段階それぞれの実行期間内の前記第２の副期間における前記第２の高周波電源の負荷インピーダンスの移動平均値である、
    請求項６〜８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記第１の高周波電源の前記電源制御部は、前記第１の副期間における前記第１の高周波のパワーが前記第２の副期間における前記第１の高周波のパワーよりも大きくなるように前記第１の高周波のパワーを調整し、
    前記第２の高周波電源の前記電源制御部は、前記第１の副期間における前記第２の高周波のパワーが前記第２の副期間における前記第２の高周波のパワーよりも大きくなるように前記第２の高周波のパワーを調整する、
    請求項９に記載のプラズマ処理装置。
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