KR102033120B1 - 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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토시후미 타치카와
코이치 나가미
사토루 하마이시
코지 이타다니
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
가부시키가이샤 다이헨
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Abstract

처리 용기 내로 공급되는 고주파의 파워를 펄스로 변조하는 파워 변조 방식에서 재현성이 높은 안정적이고 정확한 정합 동작을 행한다. 플라즈마 처리 방법에 있어서, 정합기에 구비되는 임피던스 센서(96A)는, 전압 센서계의 RF 전압 검출기(100A) 및 전류 센서계의 RF 전류 검출기(108A)로부터 얻어지는 RF 전압 측정값 및 RF 전류 측정값에 대하여 샘플링 평균값 연산 회로(104A, 112A) 및 이동 평균값 연산 회로(106A, 114A)에 의해 이중의 샘플링 평균화 처리를 가함으로써, 임피던스 센서(96A)로부터 출력되는 부하측 임피던스 측정값의 갱신의 속도와 매칭 컨트롤러에서의 모터의 구동 제어의 속도를 능숙하게 조화시킬 수 있다.

Description

플라즈마 처리 방법{PLASMA-TREATMENT METHOD}
본 발명은 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기술에 관한 것으로, 특히 처리 용기 내로 공급되는 고주파의 파워를 펄스로 변조하는 파워 변조 방식의 용량 결합형 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
용량 결합형의 플라즈마 처리 방법은, 처리 용기 내에 상부 전극과 하부 전극을 평행하게 배치하고, 하부 전극 상에 피처리 기판(반도체 웨이퍼, 글라스 기판 등)을 재치(載置)하고, 상부 전극 혹은 하부 전극에 플라즈마 생성에 적합한 주파수(통상 13.56 MHz 이상)의 고주파를 인가한다. 이 고주파의 인가에 의해 서로 대향하는 전극 간에 생성된 고주파 전계에 의해 전자가 가속되고, 전자와 처리 가스와의 충돌 전리에 의해 플라즈마가 발생한다. 그리고, 이 플라즈마에 포함되는 라디칼 또는 이온의 기상 반응 혹은 표면 반응에 의해, 기판 상에 박막이 퇴적되고, 혹은 기판 표면의 소재 또는 박막이 깎인다.
최근에는, 반도체 디바이스 등의 제조 프로세스에서의 디자인 룰이 더욱 더 미세화되어, 특히 플라즈마 에칭에서는, 보다 높은 치수 정밀도가 요구되고 있고, 에칭에서의 마스크 또는 하지에 대한 선택비 또는 면내 균일성을 보다 높게 하는 것도 요구되고 있다. 이 때문에, 챔버 내의 프로세스 영역의 저압력화, 저이온 에너지화가 지향되고, 40 MHz 이상과 같은 높은 주파수의 고주파가 이용되고 있다.
그러나, 이와 같이 저압력화 및 저이온 에너지화가 진행됨으로써, 종래에는 문제가 되지 않았던 차징 데미지의 영향을 무시할 수 없게 되고 있다. 즉, 이온 에너지가 높은 종전의 플라즈마 처리 방법에서는 플라즈마 전위가 면내에서 불균일하다 하더라도 큰 문제는 발생하지 않지만, 보다 저압으로 이온 에너지가 낮아지면, 플라즈마 전위의 면내 불균일이 게이트 산화막의 차징 데미지를 일으키기 쉬워진다고 하는 문제가 발생한다.
이 문제에 대해서는, 플라즈마 생성에 이용되는 고주파의 파워를 듀티비를 제어 가능한 온 / 오프(또는 H 레벨 / L 레벨)의 펄스로 변조하는 방식(이하, '제 1 파워 변조 방식'이라고 함)이 유효하다고 여겨지고 있다(특허문헌 1). 이 제 1 파워 변조 방식에 의하면, 플라즈마 에칭 중에 처리 가스의 플라즈마 생성 상태와 플라즈마 비생성 상태(플라즈마를 생성하고 있지 않는 상태)가 소정 주기로 교호로 반복되므로, 플라즈마 처리의 개시부터 종료까지 플라즈마를 계속 생성하는 통상의 플라즈마 처리에 비해, 플라즈마를 연속하여 생성하고 있는 시간이 짧아진다. 이에 의해, 플라즈마로부터 피처리 기판에 한 번에 유입하는 전하의 양 혹은 피처리 기판의 표면부에 전하가 누적적으로 축적하는 양이 줄어들게 되므로, 차징 데미지는 발생하기 어려워져, 안정된 플라즈마 처리의 실현 및 플라즈마 프로세스의 신뢰성이 향상된다.
또한 종래부터, 용량 결합형의 플라즈마 처리 방법에서는, 기판을 재치하는 하부 전극에 낮은 주파수(통상 13.56 MHz 이하)의 고주파를 인가하고, 하부 전극 상에 발생하는 음의 바이어스 전압 또는 시스 전압에 의해 플라즈마 중의 이온을 가속하여 기판에 인입하는 RF 바이어스법이 많이 이용되고 있다. 이와 같이 플라즈마로부터 이온을 가속하여 기판 표면에 충돌시킴으로써, 표면 반응, 이방성(異方性) 에칭, 혹은 막의 개질 등을 촉진할 수 있다.
그런데, 용량 결합형 플라즈마 에칭 방법을 이용하여 비아 홀 또는 컨택트 홀 등의 에칭을 행할 경우에는, 홀 사이즈의 대소에 따라 에칭 레이트가 상이한, 이른바 마이크로 로딩 효과가 발생하는 문제가 있어, 에칭 깊이의 컨트롤이 곤란하다고 하는 문제가 있다. 특히, 가이드 링(GR)과 같이 큰 에어리어에서는 에칭이 빠른 경우가 많고, CF계 라디칼이 들어가기 어려운 스몰 비아에서는 에치 레이트가 느린 경우가 많다.
이 문제에 대해서는, 이온 인입에 이용하는 고주파의 파워의 듀티비를 제어 가능한 제 1 레벨 / 제 2 레벨(또는 온 / 오프)의 펄스로 변조하는 방식(이하, '제 2 파워 변조 방식'이라고 함)이 유효하다고 여겨지고 있다. 이 제 2 파워 변조 방식에 의하면, 피처리 기판의 소정의 막의 에칭이 진행되는데 적합한 비교적 높은 제 1 레벨(H 레벨)의 파워를 유지하는 기간과 이온 인입용의 고주파가 피처리 기판 상의 소정의 막에 폴리머가 퇴적되는데 적합한 비교적 낮은 제 2 레벨(L 레벨)의 파워를 유지하는 기간이 일정한 주기로 교호로 반복됨으로써, 홀 사이즈가 큰(넓은) 장소일수록 높은 퇴적 레이트로 소정의 막에 적당한 폴리머층이 퇴적되고, 에칭의 진행이 억제된다. 이에 의해, 바람직하지 않은 마이크로 로딩 효과를 저감하고, 고선택비 및 고에칭 레이트의 에칭이 가능해진다.
일본특허공개공보 2009-071292호 일본특허공개공보 2009-033080호 일본특허공개공보 2010-238881호
상기와 같은 제 1 파워 변조 방식 또는 제 2 파워 변조 방식에서는, 고주파 전원으로부터 처리 용기 내의 플라즈마까지 고주파를 전송하기 위한 고주파 급전 라인 상에 설치되는 정합기의 정합 동작이 과제가 된다. 즉, 정합기는, 고주파 전원으로부터 출력되는 고주파의 파워를 처리 용기 내의 플라즈마에 가장 효율적으로 전송하도록, 정합 회로를 포함한 부하측의 임피던스를 고주파 전원측의 임피던스에 정합시키도록 동작한다. 그런데, 상기와 같은 제 1 또는 제 2 파워 변조 방식에 의해 고주파의 파워에 펄스 형상의 변조가 가해지면, 플라즈마 부하의 임피던스가 펄스에 동기하여 주기적으로 변동하고, 이에 정합 동작을 추종시키는 것이 어려워진다.
특히 번거로운 것은, 플라즈마로부터 고주파 전원을 향해 고주파 급전 라인 상을 역방향으로 되돌아오는 반사파가, 당해 고주파에 대응하는 기본파 반사파뿐 아니라, 파워 변조의 주파수에 따른 변조파 또는 고조파 왜곡 등의 이주파 반사파도 포함하는 것이다. 이러한 이주파 반사파의 영향을 받지 않고 기본파 반사파에만 감응하여, 기본파 반사파의 파워를 가급적 작게 하도록 고속이고 정확한 정합 동작을 행하는 것이 과제가 되고 있다.
이 점에 관하여, 당초에는, 파워 변조의 1 사이클 중에서, 파워 변조를 가하는 고주파의 파워를 오프(또는 L 레벨)로 하고 있는 기간 중에는 정합 동작을 정지하고, 당해 고주파의 파워를 온(또는 H 레벨)으로 하고 있는 기간 중에 정합 동작을 행하도록 하고 있었다(특허문헌 2). 그러나, 파워 변조의 각 사이클에서, 온(또는 H 레벨) 기간의 개시 시 및 종료 직전에 플라즈마 상태가 크게 변동한다. 이 플라즈마의 과도 상태의 변동에도 추종하여 정합 동작을 행하면, 정합기 내에서 제어 가능한 리액턴스 소자(예를 들면 콘덴서)가 미동을 반복하게 되어, 플라즈마의 안정화를 저해하여 플라즈마 프로세스가 불안정해지고, 또한 리액턴스 소자가 그 수명을 단축시킨다고 하는 문제가 발생한다. 따라서, 파워 변조의 각 사이클에서, 오프(또는 L 레벨) 기간 중 뿐 아니라, 온(또는 H 레벨) 기간 중에도 그 개시로부터 소정 시간(과도 시간)의 동안에는 정합 동작을 정지시키는 제어도 행해지고 있다(특허문헌 3).
그러나 최근의 플라즈마 처리 방법은, 제 1 및 제 2 파워 변조 방식 중 어느 것을 이용할 경우라도, 그 방식에 기초하는 기술적 효과 나아가서는 프로세스 성능을 향상 또는 확장하기 위하여, 혹은 프로세스 마진을 확대시키기 위하여, 듀티비에 대해서는 종래(25 ~ 80%)보다 넓은 레인지(예를 들면 10 ~ 90%)가 요구되고, 파워 변조의 펄스 주파수에 대해서는 종래(0.25 ~ 100 Hz)보다 높은 영역(예를 들면 100 Hz ~ 100 kHz)이 요구되고 있다. 따라서 예를 들면, 듀티비가 10%이고 파워 변조의 펄스 주파수가 90 kHz의 조건이 선택되는 경우도 있을 수 있다. 상기 종래 기술과 같이 파워 변조의 각 사이클에서 정합기의 정합 동작을 단속적으로 정지하는 방법은, 이와 같이 파워 변조의 펄스 주파수가 kHz 혹은 10 kHz의 오더가 되면, 부하(플라즈마) 임피던스의 변동에 추종할 수 없을 뿐 아니라, 정합기 내의 가동계 부품의 고장 또는 수명 단축화를 초래할 우려가 있다. 이 때문에, 펄스 주파수가 높은 파워 변조 방식에는 적합시킬 수 없다.
또한 종래에는, 파워 변조를 가하지 않는 측의 고주파에 대해서는, 당해 고주파 급전 라인 상에 설치되는 정합기에 특별한 제어를 가하는 경우는 없었다. 따라서, 당해 정합기는, 타방의 고주파에 가해지는 파워 변조와 동기를 취하지 않고, 마치 당해 고주파 급전 라인 상의 파워 변조가 없는 고주파를 단독으로 처리 용기 내의 플라즈마에 인가할 경우와 마찬가지로, 부하(플라즈마) 임피던스의 변동에 대하여 순간 순간(연속적으로) 응답하는 통상의 정합 동작을 행하도록 되어 있었다. 그러나, 이러한 통상의 정합 동작으로는, 완전 정합 상태 내지 준정합 상태를 안정 확실히 확립하는 것이 어려웠다. 또한, 상기와 같이 파워 변조의 주파수가 kHz 혹은 10 kHz의 오더가 되면, 이러한 파워 변조를 가하지 않는 고주파측의 정합 문제도 크게 현저화된다.
본 발명은, 상기 종래 기술의 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 처리 용기 내로 공급되는 고주파의 파워를 펄스로 변조하는 제 1 또는 제 2 파워 변조 방식에서 재현성이 높은 안정적이고 정확한 정합 동작을 행할 수 있도록 한 용량 결합형 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 관점에서의 플라즈마 처리 방법은, 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 플라즈마로부터 상기 제 1 전극 상의 상기 피처리 기판에 이온을 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 제 1 정합부와, 상기 플라즈마를 생성하는데 적합한 주파수를 가지는 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과, 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 2 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 제 2 정합부와, 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 오프 상태 또는 상기 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 모두에 설정되는 제 1 모니터 시간 중에, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 상기 제 1 고주파에 대응하는 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 신호의 평균값을 연산하는 공정과, 상기 샘플링 평균값 연산 회로로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값을 구하는 공정과, 상기 이동 평균값 연산 회로로부터 얻어진 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여 상기 제 1 고주파 전원에 대한 상기 부하측 임피던스의 측정값을 연산하는 공정과, 상기 부하 임피던스 측정값 연산 회로로부터 얻어진 상기 부하측 임피던스 측정값이 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가진다.
본 발명의 제 2 관점에서의 플라즈마 처리 방법은, 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 플라즈마로부터 상기 제 1 전극 상의 상기 피처리 기판에 이온을 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 제 1 정합부와, 상기 플라즈마를 생성하는데 적합한 주파수를 가지는 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 2 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 제 2 정합부와, 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 오프 상태 또는 상기 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 모두에 설정되는 제 1 모니터 시간 중에, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 상기 부하측 임피던스의 측정값을 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 측정값의 평균값을 연산하는 공정과, 상기 샘플링 평균값 연산 회로로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값을 구하는 공정과, 상기 이동 평균값 연산 회로로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값이 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가진다.
본 발명의 제 3 관점에서의 플라즈마 처리 방법은, 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 플라즈마를 생성하는데 적합한 주파수를 가지는 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 제 1 정합부와, 상기 플라즈마로부터 상기 제 1 전극 상의 상기 피처리 기판에 이온을 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과, 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 2 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 제 2 정합부와, 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 오프 상태 또는 상기 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 모두에 설정되는 제 1 모니터 시간 중에, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 상기 제 1 고주파에 대응하는 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 신호의 평균값을 연산하는 공정과, 상기 샘플링 평균값 연산 회로로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값을 구하는 공정과, 상기 이동 평균값 연산 회로로부터 얻어진 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여 상기 제 1 고주파 전원에 대한 상기 부하측 임피던스의 측정값을 연산하는 공정과, 상기 부하 임피던스 측정값 연산 회로로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스 측정값이 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가진다.
본 발명의 제 4 관점에서의 플라즈마 처리 방법은, 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 플라즈마를 생성하는데 적합한 주파수를 가지는 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 제 1 정합부와, 상기 플라즈마로부터 상기 제 1 전극 상의 피처리 기판에 이온을 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 2 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 제 2 정합부와, 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 오프 상태 또는 상기 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 모두에 설정되는 제 1 모니터 시간 중에, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 상기 부하측 임피던스의 측정값을 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 측정값의 평균값을 연산하는 공정과, 상기 샘플링 평균값 연산 회로로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값을 구하는 공정과, 상기 이동 평균값 연산 회로로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값이 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가진다.
본 발명의 제 5 관점에서의 플라즈마 처리 방법은, 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 고주파 전원과, 상기 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 고주파 급전 라인과, 상기 고주파 급전 라인 상에서 상기 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 정합부와, 상기 고주파의 파워가 온 상태가 되는 제 1 기간과 오프 상태가 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 기간에 설정되는 모니터 시간 중에, 상기 고주파 급전 라인으로부터 얻어지는 상기 고주파에 대응하는 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 신호의 평균값을 연산하는 공정과, 상기 샘플링 평균값 연산부에서 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값을 구하는 공정과, 상기 이동 평균값 연산부로부터 얻어진 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여, 상기 고주파 전원에 대한 상기 부하측 임피던스의 측정값을 연산하는 공정과, 상기 부하 임피던스 측정값 연산부로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스의 측정값이 상기 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가진다.
본 발명의 제 6 관점에서의 플라즈마 처리 방법은, 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 고주파 전원과, 상기 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 고주파 급전 라인과, 상기 고주파 급전 라인 상에서 상기 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 정합부와, 상기 고주파의 파워가 온 상태가 되는 제 1 기간과 오프 상태가 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 기간에 설정되는 모니터 시간 중에, 상기 고주파 급전 라인으로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스의 측정값을 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 측정값의 평균값을 연산하는 공정과, 상기 샘플링 평균값 연산부로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값을 구하는 공정과, 상기 이동 평균값 연산부로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값이 상기 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가진다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법에 의하면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, 처리 용기 내로 공급되는 고주파의 파워를 펄스로 변조하는 제 1 또는 제 2 파워 변조 방식에서 재현성이 높은 안정적이고 정확한 정합 동작을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에서의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2a는 상기 플라즈마 처리 장치에서의 파워 변조의 일례를 나타낸 고주파의 파형도이다.
도 2b는 상기 플라즈마 처리 장치에서의 파워 변조의 다른 예를 나타낸 고주파의 파형도이다.
도 3a는 파워 변조가 가해지는 측의 고주파 및 그 측파대(변조분)의 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 3b는 정합이 취해져 있는 경우의 반사파의 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 4a는 파워 변조가 가해지지 않는 측의 고주파 및 그 측파대(변조분)의 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 4b는 정합이 취해져 있는 경우의 반사파의 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 5는 플라즈마 생성용의 고주파 전원 및 정합기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 도 5의 정합기 내의 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 이온 인입용의 고주파 전원 및 정합기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8은 도 7의 정합기 내의 구성을 도시한 블록도이다.
도 9는 실시예에서의 정합기의 작용을 설명하기 위한 각 부의 파형도이다.
도 10은 실시예에서의 이동 평균값 연산의 작용을 설명하기 위한 도이다.
도 11은 실시예에서의 이동 평균값 연산의 작용을 설명하기 위한 도이다.
도 12는 실시예에서의 스미스 차트 상의 정합 동작점의 분포(일례)를 나타낸 도이다.
도 13은 일변형예에서의 임피던스 센서의 구성을 도시한 블록도이다.
도 14는 일변형예에서의 임피던스 센서의 구성을 도시한 블록도이다.
이하, 첨부도를 참조하여 본 발명의 적합한 실시예를 설명한다.
(플라즈마 처리 장치의 구성)
도 1에, 본 발명의 일실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한다. 이 플라즈마 처리 장치는, 하부 2 고주파 중첩 인가 방식의 용량 결합형(평행 평판형) 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 예를 들면 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통형의 진공 챔버(처리 용기)(10)를 가지고 있다. 챔버(10)는 접지되어 있다.
챔버(10)의 저부에는, 세라믹 등의 절연판(12)을 개재하여 원기둥 형상의 서셉터 지지대(14)가 배치되고, 이 서셉터 지지대(14) 상에 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 서셉터(16)가 설치되어 있다. 서셉터(16)는 하부 전극을 구성하고, 이 위에 피처리 기판으로서 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)가 재치된다.
서셉터(16)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)를 보지하기 위한 정전 척(18)이 설치되어 있다. 이 정전 척(18)은 도전막으로 이루어지는 전극(20)을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트의 사이에 개재한 것이며, 전극(20)에는 스위치(22)를 개재하여 직류 전원(24)이 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(24)으로부터의 직류 전압에 의해, 반도체 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 정전 척(18)에 보지할 수 있도록 되어 있다. 정전 척(18)의 주위로 서셉터(16)의 상면에는, 에칭의 균일성을 향상시키기 위한 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 포커스 링(26)이 배치되어 있다. 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)의 측면에는 예를 들면 석영으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(28)가 부착되어 있다.
서셉터 지지대(14)의 내부에는, 예를 들면 원주 방향으로 연장되는 냉매실(30)이 설치되어 있다. 이 냉매실(30)에는, 외부 장착의 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(32a, 32b)을 거쳐 소정 온도의 냉매 예를 들면 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 온도를 제어할 수 있도록 되어 있다. 또한, 전열 가스 공급 기구(도시하지 않음)로부터의 전열 가스 예를 들면 He 가스가, 가스 공급 라인(34)을 거쳐 정전 척(18)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면과의 사이로 공급된다.
서셉터(16)에는, 고주파 전원(36, 38)이 각각 정합기(40, 42) 및 공통의 급전 도체(예를 들면 급전봉)(44)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 일방의 고주파 전원(36)은, 플라즈마의 생성에 적합한 일정한 주파수(fRF1)(예를 들면 100 MHz)의 고주파(RF1)를 출력한다. 타방의 고주파 전원(38)은, 플라즈마로부터 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)에의 이온의 인입에 적합한 일정한 주파수(fRF2)(예를 들면 13.56 MHz)의 고주파(RF2)를 출력한다.
이와 같이, 정합기(40) 및 급전봉(44)은, 고주파 전원(36)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파(RF1)를 서셉터(16)까지 전송하는 고주파 급전 라인(고주파 전송로)(43)의 일부를 구성한다. 한편, 정합기(42) 및 급전봉(44)은, 고주파 전원(38)으로부터 이온 인입용의 고주파(RF2)를 서셉터(16)까지 전송하는 고주파 급전 라인(고주파 전송로)(45)의 일부를 구성하고 있다.
챔버(10)의 천장에는, 서셉터(16)와 평행하게 마주보아 접지 전위의 상부 전극(46)이 설치되어 있다. 이 상부 전극(46)은, 다수의 가스 분출홀(48a)을 가지는 예를 들면 Si, SiC 등의 실리콘 함유 재질로 이루어지는 전극판(48)과, 이 전극판(48)을 착탈 가능하게 지지하는 도전 재료 예를 들면 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄으로 이루어지는 전극 지지체(50)로 구성되어 있다. 이 상부 전극(46)과 서셉터(16)의 사이에 플라즈마 생성 공간 또는 처리 공간(PA)이 형성되어 있다.
전극 지지체(50)는 그 내부에 가스 버퍼실(52)을 가지고, 또한 그 하면에 가스 버퍼실(52)로부터 전극판(48)의 가스 분출홀(48a)에 연통하는 다수의 가스 통기홀(50a)을 가지고 있다. 가스 버퍼실(52)에는 가스 공급관(54)을 개재하여 처리 가스 공급원(56)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(56)에는, 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(58) 및 개폐 밸브(60)가 설치되어 있다. 처리 가스 공급원(56)으로부터 소정의 처리 가스(에칭 가스)가 가스 버퍼실(52)로 도입되면, 전극판(48)의 가스 분출홀(48a)로부터 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)를 향해 처리 공간(PA)에 처리 가스가 샤워 형상으로 분출되도록 되어 있다. 이와 같이, 상부 전극(46)은, 처리 공간(PA)으로 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드를 겸하고 있다.
또한, 전극 지지체(50)의 내부에는 냉매 예를 들면 냉각수를 흘리는 통로(도시하지 않음)도 설치되어 있고, 외부의 칠러 유닛에 의해 냉매를 개재하여 상부 전극(46)의 전체, 특히 전극판(48)을 소정 온도로 온도 조절하도록 되어 있다. 또한, 상부 전극(46)에 대한 온도 제어를 보다 안정화시키기 위하여, 전극 지지체(50)의 내부 또는 상면에 예를 들면 저항 발열 소자로 이루어지는 히터(도시하지 않음)를 장착하는 구성도 가능하다.
서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)와 챔버(10)의 측벽과의 사이에 형성되는 환상(環狀)의 공간은 배기 공간이 되어 있고, 이 배기 공간의 바닥에는 챔버(10)의 배기구(62)가 형성되어 있다. 이 배기구(62)에 배기관(64)을 개재하여 배기 장치(66)가 접속되어 있다. 배기 장치(66)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있고, 챔버(10)의 실내, 특히 처리 공간(PA)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 반도체 웨이퍼(W)의 반입출구(68)를 개폐하는 게이트 밸브(70)가 장착되어 있다.
주제어부(72)는, 1 개 또는 복수의 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되는 소프트웨어(프로그램) 및 레시피 정보에 따라, 장치 내의 각 부, 특히 고주파 전원(36, 38), 정합기(40, 42), MFC(58), 개폐 밸브(60), 배기 장치(66) 등의 개개의 동작 및 장치 전체의 동작(시퀀스)을 제어한다.
또한 주제어부(72)는, 키보드 등의 입력 장치 및 액정 디스플레이 등의 표시 장치를 포함하는 맨·머신·인터페이스용의 조작 패널(도시하지 않음) 및 각종 프로그램 또는 레시피, 설정값 등의 각종 데이터를 저장 또는 축적하는 외부 기억 장치(도시하지 않음) 등과도 접속되어 있다. 이 실시예에서는, 주제어부(72)가 1 개의 제어 유닛으로서 나타나 있지만, 복수의 제어 유닛이 주제어부(72)의 기능을 병렬적 또는 계층적으로 분담하는 형태를 채용해도 된다.
이 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에서의 매엽 드라이 에칭의 기본 동작은 다음과 같이 하여 행해진다. 먼저, 게이트 밸브(70)를 개방 상태로 하여 가공 대상의 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내로 반입하여, 정전 척(18) 상에 재치한다. 그리고, 처리 가스 공급원(56)으로부터 처리 가스 즉 에칭 가스(일반적으로 혼합 가스)를 소정의 유량 및 유량비로 챔버(10) 내로 도입하고, 배기 장치(66)에 의한 진공 배기로 챔버(10) 내의 압력을 설정값으로 한다. 또한, 고주파 전원(36, 38)으로부터 각각 소정의 파워로 플라즈마 생성용의 고주파(RF1)(100 MHz) 및 이온 인입용의 고주파(RF2)(13.56 MHz)를 중첩하여 서셉터(16)에 인가한다. 또한, 직류 전원(24)으로부터 직류 전압을 정전 척(18)의 전극(20)에 인가하여, 반도체 웨이퍼(W)를 정전 척(18) 상에 고정한다. 상부 전극(46)의 샤워 헤드로부터 토출된 에칭 가스는 양 전극(46, 16) 간의 고주파 전계 하에서 방전되고, 처리 공간(PA) 내에 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마에 포함되는 라디칼 또는 이온에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 주면(主面)의 피가공막이 에칭된다.
이 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에서는, 예를 들면 상술한 바와 같은 차징 데미지 대책으로서, 고주파 전원(36)으로부터 출력되는 플라즈마 생성용의 고주파(RF1)의 파워를, 예를 들면 10 ~ 90%의 범위에서 듀티비를 제어 가능하게 하여, 예를 들면 1 kHz ~ 100 kHz의 펄스 주파수로 온 / 오프(또는 H 레벨 / L 레벨)의 펄스로 변조하는 제 1 파워 변조 방식을 소여의 에칭 프로세스에 이용할 수 있다. 또한, 예를 들면 상술한 바와 같은 마이크로 로딩 효과 대책으로서, 고주파 전원(38)으로부터 출력되는 이온 인입용의 고주파(RF2)의 파워를, 예를 들면 10 ~ 90%의 범위에서 듀티비의 제어가 가능하며, 예를 들면 100 Hz ~ 50 kHz의 펄스 주파수로 온 / 오프(또는 H 레벨 / L 레벨)의 펄스로 변조하는 제 2 파워 변조 방식을 소여의 에칭 프로세스에 이용하는 것도 가능하게 되어 있다.
예를 들면, 제 1 파워 변조 방식에 의해 상기와 같은 드라이 에칭을 행할 경우에는, 주제어부(72)로부터 파워 변조용으로 설정된 펄스 주파수(fs) 및 듀티비(Ds)를 규정하는 변조 제어 펄스 신호(PS)가 고주파 전원(36)에 부여된다. 고주파 전원(36)은, 변조 제어 펄스 신호(PS)에 동기하여 플라즈마 생성용 고주파(RF1)의 출력을 온·오프 한다. 여기서, 변조 제어 펄스 신호(PS)의 주기, 온 기간(제 1 기간), 오프 기간(제 2 기간)을 각각 TC, Ton, Toff로 하면, TC = 1 / fs, TC = Ton ＋ Toff, Ds = Ton / (Ton ＋ Toff)의 관계식이 성립한다.
한편, 제 1 파워 변조 방식에서, 고주파 전원(38)은, 이온 인입용의 고주파(RF2)를 온·오프하지 않고 연속적으로 출력한다. 단, 고주파(RF1)의 온·오프에 의해 챔버(10) 내에서 플라즈마의 임피던스가 2 개의 값의 사이에서 오가기 때문에, 고주파 급전 라인(45) 상의 정합 동작 내지 정합도가 고주파(RF1)의 온·오프에 동기하여 2 상태 사이에서 오간다. 보다 상세하게는, 후술하는 바와 같이, 펄스 주파수(fs)의 1 사이클을 구성하는 온 기간(Ton)과 오프 기간(Toff)의 사이에서, 그들의 지속 기간의 장단에 따라 정합의 정도가 상이하며, 상대적으로 긴 편의 기간 때가 짧은 편의 기간 때보다 완전 정합 상태에 가까워지고, 그에 수반하여 고주파 급전 라인(45) 상의 고주파(RF2)의 파워에도 차가 발생한다.
즉, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 온 기간(Ton)이 오프 기간(Toff)보다 충분히 긴 경우(듀티비(Ds)가 충분히 큰 경우)는, 온 기간(Ton) 때가 오프 기간(Toff) 때보다 완전 정합 상태에 가까워지기 때문에, 고주파(RF2)의 파워는 온 기간(Ton) 때가 오프 기간(Toff) 때보다 높아진다.
반대로, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 오프 기간(Toff)이 온 기간(Ton)보다 충분히 긴 경우(듀티비(Ds)가 충분히 작은 경우)는, 오프 기간(Toff) 때가 온 기간(Ton) 때보다 완전 정합 상태에 가까워지기 때문에, 고주파(RF2)의 파워는 오프 기간(Toff) 때가 온 기간(Ton) 때보다 높아진다.
이와 같이 제 1 파워 변조 방식에 의해 플라즈마 생성용의 고주파(RF1)에 파워 변조를 가하면, 고주파 급전 라인(43) 상에서 고주파 전원(36)으로부터 챔버(10) 내의 서셉터(16)를 향하는 진행파 내에, 본래의 고주파(RF1)뿐 아니라, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 주파수축 상에서 그 고주파(RF1)의 주위(양측)에 펄스 주파수(fs)에 따른 측파대의 주파수 성분(펄스 주파수의 변조분)이 발생한다. 이 경우, 정합기(40)의 정합 동작이 잘 되어 정합이 잘 취해져 있을 때에는, 고주파(RF1)의 파워가 플라즈마에 가장 효율 좋게 흡수된다. 따라서, 챔버(10) 내의 플라즈마로부터 고주파 급전 라인(43) 상을 역방향으로 전반하는 반사파에서는, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 고주파(RF1)와 동일한 주파수(fRF1)를 가지는 기본파 반사파의 파워가 두드러지게 낮아진다.
한편, 파워 변조를 가하지 않는 고주파(RF2)측의 급전계에서도, 상기와 같이 고주파(RF1)의 온·오프에 동기하여 고주파(RF2)의 파워가 2 개의 값의 사이에서 오감(변동함)으로써, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 진행파 및 반사파 내에 본래의 고주파(RF2) 및 기본파 반사파뿐 아니라 변조 주파수(fs)에 따른 측파대의 주파수 성분(펄스 주파수의 변조분)이 발생한다. 따라서, 정합기(42)의 정합 동작이 잘 되어 정합이 잘 취해져 있을 때에는, 고주파(RF2)의 파워가 플라즈마에 가장 효율 좋게 흡수된다. 이 경우, 챔버(10) 내의 플라즈마로부터 고주파 급전 라인(45) 상을 역방향으로 전반하는 반사파에서는, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 고주파(RF2)와 동일한 주파수(fRF2)를 가지는 기본파 반사파의 파워가 두드러지게 낮아진다.
또한 제 2 파워 변조 방식에 의해 이온 인입용의 고주파(RF2)의 파워에 파워 변조를 가하는 경우에도, 고주파(RF1)와 고주파(RF2)의 입장이 역전하는 것만으로 상기와 동일한 파워 변조에 부수하는 측파대가 각각에 발생하고, 정합기(40, 42)의 정합 동작에 상기와 동일한 요구 성능이 부과된다.
(고주파 전원 및 정합기의 구성)
도 5에, 이 실시예에서의 플라즈마 생성계의 고주파 전원(36) 및 정합기(40)의 구성을 도시한다.
고주파 전원(36)은, 플라즈마 생성용의 일정 주파수(예를 들면 100 MHz)의 정현파를 발생하는 발진기(80A)와, 이 발진기(80A)로부터 출력되는 정현파의 파워를 제어 가능하게 하여, 이득 또는 증폭률로 증폭하는 파워 앰프(82A)와, 주제어부(72)로부터의 제어 신호에 따라 발진기(80A) 및 파워 앰프(82A)를 직접 제어하는 전원 제어부(84A)를 구비하고 있다. 주제어부(72)로부터 전원 제어부(84A)에는, 상기 변조 제어 펄스 신호(PS)뿐 아니라, 통상의 전원 온·오프 또는 파워 인터록 관계 등의 제어 신호 및 파워 설정값 등의 데이터도 부여된다. 주제어부(72)와 전원 제어부(84A)는 고주파(RF1)계의 파워 변조부를 구성한다.
고주파 전원(36)의 유닛 내에는 RF 파워 모니터(86A)도 구비되어 있다. 이 RF 파워 모니터(86A)는 도시 생략하지만, 방향성 결합기, 진행파 파워 모니터부 및 반사파 파워 모니터부를 가지고 있다. 여기서, 방향성 결합기는, 고주파 급전 라인(43) 상을 순방향으로 전반하는 RF 파워(진행파)와 역방향으로 전반하는 RF 파워(반사파)의 각각에 대응하는 신호를 취출한다. 진행파 파워 모니터부는, 방향성 결합기에 의해 취출된 진행파 파워 검출 신호를 기초로, 고주파 급전 라인(43) 상의 진행파에 포함되는 기본파 진행파(100 MHz)의 파워를 나타내는 신호를 생성한다. 이 신호 즉 기본파 진행파 파워 측정값 신호는, 파워 피드백 제어용으로 고주파 전원(36) 내의 전원 제어부(84A)에 부여되고, 또한 모니터 표시용으로 주제어부(72)에도 부여된다. 반사파 파워 모니터부는, 챔버(10) 내의 플라즈마로부터 고주파 전원(36)으로 되돌아오는 반사파에 포함되는 기본파 반사파(100 MHz)의 파워를 측정하고, 또한 챔버(10) 내의 플라즈마로부터 고주파 전원(36)으로 되돌아오는 반사파에 포함되는 모든 반사파 스펙트럼의 토탈의 파워를 측정한다. 반사파 파워 모니터부에 의해 얻어지는 기본파 반사파 파워 측정값은 모니터 표시용으로 주제어부(72)에 부여되고, 토탈 반사파 파워 측정값은 파워 앰프 보호용의 모니터값으로서 고주파 전원(36) 내의 전원 제어부(84A)에 부여된다.
정합기(40)는, 복수 예를 들면 2 개의 제어 가능한 리액턴스 소자(예를 들면 콘덴서 혹은 인덕터)(XH1, XH2)를 포함하는 정합 회로(88A)와, 리액턴스 소자(XH1, XH2)의 리액턴스를 액츄에이터 예를 들면 모터(M)(90A, 92A)를 개재하여 제어하는 매칭 컨트롤러(94A)와, 고주파 급전 라인(43) 상에서 정합 회로(88A)의 임피던스를 포함하는 부하측의 임피던스를 측정하는 임피던스 센서(96A)를 가지고 있다.
매칭 컨트롤러(94A)는 주제어부(72)의 제어 하에서 동작하고, 임피던스 센서(96A)로부터 부여되는 부하측 임피던스 측정값을 피드백 신호로서, 부하측 임피던스 측정값이 고주파 전원(36)측의 임피던스에 상당하는 정합 포인트(통상 50 Ω)에 일치 내지 근사하도록, 리액턴스 소자(XH1, XH2)의 리액턴스를 모터(90A, 92A)의 구동 제어를 통하여 제어하도록 되어 있다.
도 6에, 임피던스 센서(96A) 내의 구성을 도시한다. 이 임피던스 센서(96A)는, 전압 센서계의 RF 전압 검출기(100A), 전압 검지 신호 생성 회로(102A), 샘플링 평균값 연산 회로(104A) 및 이동 평균값 연산 회로(106A)와, 전류 센서계의 RF 전류 검출기(108A), 전류 검지 신호 생성 회로(110A), 샘플링 평균값 연산 회로(112A) 및 이동 평균값 연산 회로(114A)와, 부하 임피던스 연산 회로(116A)를 가지고 있다.
전압 센서계에서 RF 전압 검출기(100A)는, 고주파 급전 라인(43) 상의 고주파의 전압을 검출한다. 전압 검지 신호 생성 회로(102A)는 예를 들면 슈퍼헤테로다인 방식의 필터 회로를 가지고, RF 전압 검출기(100A)로부터의 고주파 전압 검출 신호를 아날로그의 필터링 처리를 하여, 고주파(RF1)에 대응하는 전압 검지 신호를 생성한다.
샘플링 평균값 연산 회로(104A)는 파워 변조에 동기하여 동작하고, 펄스 주파수(fs)의 1 사이클 내의 소정의 모니터 시간(TH) 중에 전압 검지 신호 생성 회로(102A)로부터의 전압 검지 신호를 소정의 주파수로 샘플링하여 그 평균값을 연산한다. 이 구성예에서는, 전압 검지 신호 생성 회로(102A)로부터의 아날로그의 전압 검지 신호를 샘플링 평균값 연산 회로(104A)에서 디지털 신호로 변환한다. 주제어부(72)는, 샘플링용의 클록(ACK1)과, 고주파(RF1)계의 모니터 시간(TH)을 지시하는 RF1 모니터 신호(AS)를 샘플링 평균값 연산 회로(104A)에 부여한다. 샘플링 평균값 연산 회로(104A)는, 수 10 MHz 이상의 샘플링 클록(ACK1)에 동기하여 고속이고 다량의 신호 처리가 요구되기 때문에, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)를 적합하게 이용할 수 있다.
이동 평균값 연산 회로(106A)는, 샘플링 평균값 연산 회로(104A)로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 전압 검지 신호의 이동 평균값을 구한다. 즉, 샘플링 평균값 연산 회로(104A)로부터 얻어진 연속하는 N 개의 전압 검지 신호의 평균값을 일정한 주기로 샘플링하여, 그들 N 개의 평균값에 대하여 이동 평균값을 구하고, 시간축 상에서 샘플링 범위를 원하는 이동 피치로 이동시켜 상기의 이동 평균값 연산을 반복한다. 이동 피치의 값은 임의로 설정 가능하다. 주제어부(72)는, 샘플링용의 클록(ACK2)을 이동 평균값 연산 회로(106A)에 부여한다. 이동 평균값 연산 회로(106A)는 특히 고속의 신호 처리가 요구되지 않으므로, 통상의 CPU를 적합하게 이용할 수 있다.
전류 센서계에서 RF 전류 검출기(108A)는, 고주파 급전 라인(43) 상의 고주파의 전류를 검출한다. 전류 검지 신호 생성 회로(110A)는, 상술한 전압 검지 신호 생성 회로(102A)와 동일한 구성 및 기능을 가지고, 고주파(RF1)에 대응하는 전류 검지 신호를 생성한다. 샘플링 평균값 연산 회로(112A)는, 상술한 샘플링 평균값 연산 회로(104A)와 동일한 구성 및 기능을 가지고, 펄스 주파수(fs)의 1 사이클 내의 소정의 모니터 시간(TH) 중에 전류 검지 신호 생성 회로(110A)로부터의 전류 검지 신호를 소정의 주파수로 샘플링하여 그 평균값을 연산한다. 이동 평균값 연산 회로(114A)는, 상술한 이동 평균값 연산 회로(106A)와 동일한 구성 및 기능을 가지고, 샘플링 평균값 연산 회로(112A)로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 전류 검지 신호의 이동 평균값을 구한다.
부하 임피던스 연산 회로(116A)는, 이동 평균값 연산 회로(106A)로부터의 전압 검지 신호의 이동 평균값과 이동 평균값 연산 회로(114A)로부터의 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여, 고주파 전원(36)에 대한 부하측 임피던스의 측정값을 연산한다. 부하 임피던스 연산 회로(116A)로부터 출력되는 부하측 임피던스의 측정값은, 샘플링 클록(ACK2)에 동기하여 갱신된다. 주제어부(72)는 부하 임피던스 연산 회로(116A)에 소요의 클록(ACK3)을 부여한다. 통상, 부하 임피던스 연산 회로(116A)로부터 출력되는 부하측 임피던스의 측정값에는, 부하측 임피던스의 절대값 및 위상의 측정값이 포함된다.
정합기(40) 내의 매칭 컨트롤러(94A)는, 임피던스 센서(96A)로부터 부여되는 부하측 임피던스 측정값에 응답하고, 부하측 임피던스 측정값의 위상이 영(0), 절대값이 50 Ω이 되도록, 모터(90A, 92A)를 구동 제어하여 정합 회로(88A) 내의 리액턴스 소자(XH1, XH2)의 리액턴스를 제어한다.
임피던스 센서(96A)로부터 매칭 컨트롤러(94A)에 부여되는 부하측 임피던스 측정값은, 파워 변조에 동기하여(정확하게는 이동 평균값 연산의 주기로) 갱신된다. 매칭 컨트롤러(94A)는, 이 갱신의 동안에도, 정합 동작 즉 리액턴스 소자(XH1, XH2)의 리액턴스 제어를 정지하지 않고, 갱신 직전의 부하측 임피던스 측정값을 정합 포인트에 일치 내지 근사시키도록, 모터(90A, 92A)를 연속적으로 구동 제어한다.
이 실시예에서는, 상기와 같이 샘플링 평균값 연산 회로(104A, 112A) 및 이동 평균값 연산 회로(106A, 114A)에 의해 RF 전압 및 전류의 측정값에 이중의 샘플링 평균화 처리를 함으로써, 임피던스 센서(96A)로부터 출력되는 부하측 임피던스 측정값의 갱신의 속도와, 매칭 컨트롤러(94A)에서의 모터(90A, 92A)의 구동 제어(즉 리액턴스 소자(XH1, XH2)의 리액턴스 제어)의 속도를 능숙하게 조화시킬 수 있다. 이에 의해, 파워 변조의 펄스 주파수를 수 10 kHz 이상의 오더로 설정해도, 정합기(40)의 정합 동작에서, 가동 부품(특히 리액턴스 소자(XH1, XH2))의 고장 또는 수명 단축화를 초래하지 않고, 부하(플라즈마) 임피던스의 변동에 확실하게 추종할 수 있다.
또한 이 실시예에서는, 상기와 같이, 고주파 급전 라인(43) 상에서 얻어지는 고주파(RF1)에 대응한 전압 검출 신호 및 전류 검출 신호에 기초하여 구한 부하측 임피던스의 측정값을 정합 포인트에 일치 내지 근사시키도록 오토 매칭을 행하므로, 주파수축 상에서 고주파(RF1)의 주위(양측)에 변조 주파수에 따른 측파대의 주파수 성분(펄스 주파수(fs)의 변조분)이 존재해도, 정합기(40)의 정합 동작은 고주파(RF1)에 대하여 선택적으로 효력을 나타내도록 되어 있다. 따라서, RF 파워 모니터(86A) 내의 반사파 파워 모니터부에서, 도 3b에 나타낸 바와 같이 기본파 반사파(fRF1)의 파워가 두드러지게 낮아지는 것과 같은 모니터 결과를 얻을 수 있다.
도 7에, 이 실시예에서의 이온 인입용의 고주파 전원(38) 및 정합기(42)의 구성을 도시한다.
고주파 전원(38)은, 이온 인입용의 일정 주파수(예를 들면 13.56 MHz)의 정현파를 발생하는 발진기(80B)와, 이 발진기(80B)로부터 출력되는 정현파의 파워를 제어하여 그 이득 또는 증폭률로 증폭하는 파워 앰프(82B)와, 주제어부(72)로부터의 제어 신호에 따라 발진기(80B) 및 파워 앰프(82B)를 직접 제어하는 전원 제어부(84B)와, RF 파워 모니터(86B)를 구비하고 있다. 발진기(80B)의 주파수(13.56 MHz)가 발진기(80A)의 주파수(100 MHz)와 상이한 점을 제외하고, 고주파 전원(38) 내의 각 부(80B ~ 86B)는 플라즈마 생성용의 고주파 전원(36) 내의 각 부(80A ~ 86A)와 각각 동일한 구성 및 기능을 가지고 있다. 또한, 주제어부(72)로 전원 제어부(84B)는 고주파(RF2)계의 파워 변조부를 구성한다.
정합기(42)는, 복수 예를 들면 2 개의 제어 가능한 리액턴스 소자(예를 들면 콘덴서 혹은 인덕터)(XL1, XL2)를 포함하는 정합 회로(88B)와, 그들 리액턴스 소자(XL1, XL2)의 리액턴스를 액츄에이터 예를 들면 모터(M)(90B, 92B)를 개재하여 제어하는 매칭 컨트롤러(94B)와, 고주파 급전 라인(45) 상에서 정합 회로(88B)의 임피던스를 포함하는 부하측의 임피던스를 측정하는 임피던스 센서(96B)를 가지고 있다.
매칭 컨트롤러(94B)는 주제어부(72)의 제어 하에서 동작하고, 임피던스 센서(96B)로부터 부여되는 부하측 임피던스 측정값을 피드백 신호로서, 부하측 임피던스 측정값이 고주파 전원(38)측의 임피던스에 상당하는 정합 포인트(통상 50 Ω)에 일치 내지 근사하도록, 리액턴스 소자(XL1, XL2)의 리액턴스를 모터(90B, 92B)의 구동 제어를 통하여 제어하도록 되어 있다.
도 8에, 임피던스 센서(96B) 내의 구성을 도시한다. 이 임피던스 센서(96B)는 전압 센서계의 RF 전압 검출기(100B), 전압 검지 신호 생성 회로(102B), 샘플링 평균값 연산 회로(104B) 및 이동 평균값 연산 회로(106B)와, 전류 센서계의 RF 전류 검출기(108B), 전류 검지 신호 생성 회로(110B), 샘플링 평균값 연산 회로(112B) 및 이동 평균값 연산 회로(114B)와, 부하 임피던스 연산 회로(116B)를 가지고 있다.
전압 센서계에서 RF 전압 검출기(100B)는, 고주파 급전 라인(45) 상의 고주파의 전압을 검출한다. 전압 검지 신호 생성 회로(102B)는, 예를 들면 슈퍼헤테로다인 방식의 필터 회로를 가지고, RF 전압 검출기(100B)로부터의 고주파 전압 검출 신호를 아날로그의 필터링 처리를 하여, 고주파(RF1)에 대응하는 전압 검지 신호를 생성한다.
샘플링 평균값 연산 회로(104B)는 파워 변조에 동기하여 동작하고, 펄스 주파수(fs)의 1 사이클 내의 소정의 모니터 시간(TL) 중에 전류 검지 신호 생성 회로(110B)로부터의 전류 검지 신호를 소정의 주파수로 샘플링하여 그 평균값을 연산한다. 이 구성예에서는, 전류 검지 신호 생성 회로(110B)로부터의 아날로그의 전류 검지 신호를 샘플링 평균값 연산 회로(104B)에서 디지털 신호로 변환한다. 주제어부(72)는, 샘플링용의 클록(BCK1)과 고주파(RF2)계의 모니터 시간(TL)을 규정하는 RF2 모니터 신호(BS)를 샘플링 평균값 연산 회로(104B)에 부여한다.
이동 평균값 연산 회로(106B)는, 샘플링 평균값 연산 회로(104B)로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 전류 검지 신호의 이동 평균값을 구한다. 즉, 샘플링 평균값 연산 회로(104B)로부터 얻어진 연속하는 N 개의 전류 검지 신호의 평균값을 일정한 주기로 샘플링하여, 그들 N 개의 평균값에 대하여 이동 평균값을 구하고, 시간축 상에서 샘플링 범위를 원하는 이동 피치로 이동시켜 상기의 이동 평균값 연산을 반복한다. 이동 피치의 값은 임의로 설정 가능하다.
전류 센서계에서 RF 전류 검출기(108B)는, 고주파 급전 라인(45) 상의 고주파의 전류를 검출한다. 전류 검지 신호 생성 회로(110B)는, 상술한 전압 검지 신호 생성 회로(102B)와 동일한 구성 및 기능을 가지고, 고주파(RF2)에 대응하는 전류 검지 신호를 생성한다. 샘플링 평균값 연산 회로(112B)는, 상술한 샘플링 평균값 연산 회로(104B)와 동일한 구성 및 기능을 가지고, 펄스 주파수(fs)의 1 사이클 내의 소정의 모니터 기간(TRF2) 중에 전류 검지 신호 생성 회로(110B)로부터의 전류 검지 신호를 소정의 주파수로 샘플링하여 그 평균값을 연산한다. 이동 평균값 연산 회로(114B)는, 상술한 이동 평균값 연산 회로(106B)와 동일한 구성 및 기능을 가지고, 샘플링 평균값 연산 회로(112B)로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 전류 검지 신호의 이동 평균값을 구한다.
부하 임피던스 연산 회로(116B)는, 이동 평균값 연산 회로(106B)로부터의 전압 검지 신호의 이동 평균값과 이동 평균값 연산 회로(114B)로부터의 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여, 고주파 전원(38)에 대한 부하측 임피던스의 측정값을 연산한다. 부하 임피던스 연산 회로(116B)로부터 출력되는 부하측 임피던스의 측정값은, 이동 평균값 연산용의 샘플링 클록(BCK2)에 동기하여 갱신된다. 주제어부(72)는, 부하 임피던스 연산 회로(116B)에 필요한 클록(BCK3)을 부여한다. 통상, 부하 임피던스 연산 회로(116B)로부터 출력되는 부하측 임피던스의 측정값에는, 부하측 임피던스의 절대값 및 위상의 측정값이 포함된다.
정합기(42) 내의 매칭 컨트롤러(94B)는, 임피던스 센서(96B)로부터 부여되는 부하측 임피던스 측정값에 응답하고, 부하측 임피던스 측정값의 위상이 영(0), 절대값이 50 Ω이 되도록, 모터(90B, 92B)를 구동 제어하여 정합 회로(88B) 내의 리액턴스 소자(XL1, XL2)의 리액턴스를 제어한다.
임피던스 센서(96B)로부터 매칭 컨트롤러(94B)에 부여되는 부하측 임피던스 측정값은, 파워 변조에 동기하여(정확하게는 이동 평균값 연산의 주기로) 갱신된다. 매칭 컨트롤러(94B)는, 이 갱신의 동안에도, 정합 동작 즉 리액턴스 소자(XL1, XL2)의 리액턴스 제어를 정지하지 않고, 갱신 직전의 부하측 임피던스 측정값을 정합 포인트에 일치 내지 근사시키도록, 모터(90B, 92B)를 구동 제어한다.
이 실시예에서는, 상기와 같이 샘플링 평균값 연산 회로(104B, 112B) 및 이동 평균값 연산 회로(106B, 114B)에 의해 RF 전압 및 전류 측정값에 이중의 샘플링 평균화 처리를 함으로써, 임피던스 센서(96B)로부터 출력되는 부하측 임피던스 측정값의 갱신의 속도와 매칭 컨트롤러(94B)에서의 모터(90B, 92B)의 구동 제어(즉 리액턴스 소자(XL1, XL2)의 리액턴스 제어)의 속도를 능숙하게 조화시킬 수 있다. 이에 의해, 파워 변조의 주파수를 수 10 kHz 이상의 오더로 설정해도, 정합기(42)의 정합 동작에서, 가동계 부품(특히 리액턴스 소자(XL1, XL2))의 고장 또는 수명 단축화를 초래하지 않고, 부하(플라즈마) 임피던스의 변동에 확실하게 추종할 수 있다.
또한 이 실시예에서는, 상기와 같이, 고주파 급전 라인(45) 상에서 얻어지는 고주파(RF2)에 대응한 전압 검출 신호 및 전류 검출 신호에 기초하여 구한 부하측 임피던스의 측정값을 정합 포인트에 일치 내지 근사시키도록 오토 매칭을 행한다. 즉, 주파수축 상에서 고주파(RF2)의 주위(양측)에 변조 주파수(fs)에 따른 측파대의 주파수 성분(펄스 주파수의 변조분)이 존재해도, 정합기(42)의 정합 동작은 고주파(RF2)에 대하여 선택적으로 효력을 나타내도록 되어 있다. 따라서, RF 파워 모니터(86B) 내의 반사파 파워 모니터부에서, 도 4b에 나타낸 바와 같이 기본파 반사파(fRF2)의 파워가 두드러지게 낮아지는 것과 같은 모니터 결과를 얻을 수 있다.
(정합기의 작용)
이어서 도 9에 대하여, 일례로서 제 1 파워 변조 방식에서의 정합기(40, 42)의 작용을 보다 상세하게 설명한다.
제 1 파워 변조 방식에 의해 소여의 드라이 에칭을 행할 경우, 주제어부(72)로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전원(36)에 변조 제어 펄스 신호(PS)가 부여된다. 고주파 전원(36)은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 변조 제어 펄스 신호(PS)에 동기하여 고주파(RF1)의 출력 또는 파워를 온·오프한다.
이 경우, 주제어부(72)로부터의 RF1 모니터 신호(AS)에 의해 고주파(RF1)계의 정합기(40) 내의 샘플링 평균값 연산 회로(104A, 112A)에 지시되는 샘플링 평균화 처리의 모니터 시간(TH)은, 펄스 주파수(fs)의 1 사이클의 온 기간(Ton) 이내로 설정된다. 바람직하게는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 고주파 급전 라인(43) 상에서 RF1계의 반사파의 파워가 돌발적으로 증대하는 온 기간(Ton)의 개시 직후 및 종료 직전의 과도 시간(TA1, TA2)을 제외한 구간에 모니터 시간(TH)이 설정된다. 고주파(RF1)가 펄스 주파수(fs)로 온·오프해도, 모니터 시간(TH)이 온 기간(Ton) 내에만 설정되고, 오프 기간(Toff) 내에는 설정되지 않는다. 따라서, 정합기(40)는, 고주파(RF1)가 온 상태일 때에만 기능한다.
샘플링 평균값 연산 회로(104A, 112A)는, 이 모니터 시간(TH) 중에 샘플링 클록(ACK1)에 동기하여 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 샘플링하여, 그들 평균값을 각각 연산한다.
예를 들면, 펄스 주파수(fs)가 10 kHz, 듀티비(Ds)가 80%, 샘플링 클록(ACK1)의 주파수가 40 MHz로서, 모니터 시간(TH)의 길이가 온 기간(Ton)의 반(50%)이라고 한다. 이 경우, 펄스 주파수(fs)의 1 사이클마다, 온 기간(Ton) 내의 모니터 시간(TH) 중에 1600 회의 샘플링이 행해지고, 1600 개분의 평균값을 나타내는 1 개의 평균값 데이터(a)가 얻어진다.
정합기(40) 내의 전압 센서계의 이동 평균값 연산 회로(106A)는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 펄스 주파수(fs)의 각 사이클마다 샘플링 평균값 연산 회로(104A)로부터 출력되는 평균값 데이터(a)를 도입하여, 연속하는 N 개의 전압 검지 신호의 평균값(a)을 샘플링 클록(ACK2)의 주기(TA)로 샘플링하여, 그들 N 개의 평균값 데이터(a)에 대하여 이동 평균값을 구하고, 시간축 상에서 샘플링 범위를 샘플링 클록(ACK2)의 주기(TA)에 따른 이동 피치로 이동시켜 상기의 이동 평균값 연산을 반복한다.
예를 들면, 펄스 주파수(fs)가 10 kHz일 경우에, 샘플링 클록(ACK2)의 주기(TA)를 200 μsec(주파수에서는 5 kHz)로 하면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 이동 피치(시간축 상의 선두측의 평균값 데이터(a)와 최후미측의 평균값 데이터(a)를 1 회의 이동 평균값 연산으로 갱신하는 개수)는 '2'이다. 이와 같이, 이동 피치의 값을 임의의 'm'(m은 2 이상의 정수)으로 설정할 경우에는, 샘플링 클록 신호(ACK2)의 주파수를 펄스 주파수(fs)의 1 / m 배로 선정하면 된다.
정합기(40) 내의 전류 센서계의 이동 평균값 연산 회로(114A)도, 전압 센서계의 이동 평균값 연산 회로(106A)와 동일한 타이밍에 동작하고, 전류 검지 신호의 평균값에 대하여 동일한 신호 처리를 행한다.
이와 같이, 제 1 파워 변조 방식을 이용할 경우, 플라즈마 생성용 고주파(RF1)계의 정합기(40)에서는, 펄스 주파수(fs)의 각 사이클의 온 기간(Ton) 내(바람직하게는 반사파 파워가 많은 과도 시간을 제외한 구간)에 설정되는 모니터 시간(TH) 중에 샘플링 평균값 연산 회로(104A, 112A)가 고속으로 치밀한 샘플링 평균의 신호 처리를 행하고, 또한 이동 평균값 연산 회로(106A, 114A)가 다수의 사이클에 걸쳐 이동 평균의 신호 처리를 행한다. 그리고, 이동 평균의 샘플링 클록에 동기하여 갱신되는 부하 임피던스 측정값 연산 회로(116A)로부터의 부하측 임피던스 측정값에 따라, 매칭 컨트롤러(94A)가 리액턴스 소자(XH1, XH2)의 리액턴스 제어를 연속적으로 행한다. 이에 의해, 파워 변조의 펄스 주파수를 수 10 kHz 이상의 오더로 설정해도, 또한 듀티비(Ds)를 임의의 크기로 설정해도, 정합기(40)의 정합 동작에서, 가동 부품(특히 리액턴스 소자(XH1, XH2))의 고장 또는 수명 단축화를 초래하지 않고, 부하(플라즈마) 임피던스의 변동에 확실하게 추종할 수 있다.
한편, 제 1 파워 변조 방식에서, 이온 인입용의 고주파 전원(38)에는, 변조 제어 펄스 신호(PS)는 부여되지 않는다. 따라서, 고주파 전원(38)은, 고주파(RF2)를 설정값 파워로 연속적으로 출력한다.
이 경우, 주제어부(72)로부터의 RF2 모니터 신호(BS)에 의해 고주파(RF2)계의 정합기(42) 내의 샘플링 평균값 연산 회로(104B, 112B)에 지시되는 샘플링 평균화 처리의 모니터 시간(TL)은, 펄스 주파수(fs)의 1 사이클의 온 기간(Ton) 및 온 기간(Toff)의 각각에 설정된다. 바람직하게는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 온 기간(Ton) 내에서는, 고주파 급전 라인(45) 상에서 RF2계의 반사파의 파워가 돌발적으로 증대하는 개시 직후 및 종료 직전의 과도 시간(TB1, TB2)을 제외한 구간에 하나의 모니터 시간(TL1)이 설정된다. 한편, 오프 기간(Toff) 내에서는, 그 전체 구간에 걸쳐 다른 모니터 시간(TL2)이 설정된다.
샘플링 평균값 연산 회로(104B, 112B)는, 펄스 주파수(fs)의 1 사이클마다, 전반부의 모니터 시간(TL1) 중에 샘플링 클록(BCK1)에 동기하여 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 샘플링하여, 그들의 평균값(b)을 각각 연산하고, 또한 후반부의 모니터 시간(TL2) 중에도 샘플링 클록(BCK1)에 동기하여 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 샘플링하여, 그들의 평균값(c)을 각각 연산한다.
예를 들면, 펄스 주파수(fs)가 10 kHz, 듀티비(Ds)가 80%, 샘플링 클록(BCK1)의 주파수가 40 MHz로서, 전반부의 모니터 시간(TL1)의 길이가 온 기간(Ton)의 반(50%)이고, 후반부의 모니터 시간(TL2)의 길이가 온 기간(Toff)의 전체라고 한다. 이 경우, 펄스 주파수(fs)의 1 사이클 내에서, 전반부의 모니터 시간(TL1) 중에 1600 회의 샘플링이 행해지고, 1600 개분의 평균값을 나타내는 1 개의 평균값 데이터(b)가 얻어지고, 또한 후반부의 모니터 시간(TL2) 중에 800 회의 샘플링이 행해지고, 800 개분의 평균값을 나타내는 1 개의 평균값 데이터(c)가 얻어진다.
정합기(42) 내의 전압 센서계의 이동 평균값 연산 회로(106B)는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 펄스 주파수(fs)의 각 사이클마다 샘플링 평균값 연산 회로(104B)로부터 출력되는 평균값 데이터(b, c)를 함께 도입하여, 연속하는 N 조의 전압 검지 신호의 평균값[b, c]을 샘플링 클록(BCK2)의 주기(TB)로 샘플링하여, 그들 N 조의 평균값 데이터[b, c]에 대하여 이동 평균값을 구하고, 시간축 상에서 샘플링 범위를 샘플링 클록(BCK2)의 주기(TB)에 따른 이동 피치로 이동시켜 상기의 이동 평균값 연산을 반복한다.
예를 들면, 펄스 주파수(fs)가 10 kHz일 경우에, 샘플링 클록(BCK2)의 주기(TB)를 200 μsec(주파수에서는 5 kHz)로 하면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 이동 피치(시간축 상의 선두측의 평균값 데이터[b, c]와 최후미측의 평균값 데이터[b, c]를 1 회의 이동 평균값 연산으로 갱신하는 조수(組數))는 '2'이다. 이와 같이, 이동 피치의 값을 임의의 'm'(m은 2 이상의 정수)로 설정할 경우에는, 샘플링 클록 신호(BCK2)의 주파수를 펄스 주파수(fs)의 1 / m 배로 선정하면 된다.
정합기(42) 내의 전류 센서계의 이동 평균값 연산 회로(114B)도, 전압 센서계의 이동 평균값 연산 회로(106B)와 동일한 타이밍에 동작하고, 전류 검지 신호의 평균값에 대하여 동일한 신호 처리를 행한다.
이와 같이, 이 실시예에서는, 펄스 주파수(fs)의 각 사이클의 온 기간(Ton) 내(바람직하게는 반사파 파워가 많은 과도 시간을 제외한 구간) 및 오프 기간(Toff) 내에 설정되는 전반부 및 후반부의 모니터 시간(TL1, TL2)에 샘플링 평균값 연산 회로(104B, 112B)가 고속도로 치밀한 샘플링 평균의 신호 처리를 행하고, 또한 이동 평균값 연산 회로(106B, 114B)가 다수의 사이클에 걸쳐 이동 평균의 신호 처리를 행한다. 그리고, 이동 평균의 샘플링 클록에 동기하여 갱신되는 부하 임피던스 측정값 연산 회로(116B)로부터의 부하측 임피던스 측정값에 따라, 매칭 컨트롤러(94B)가 리액턴스 소자(XL1, XL2)의 리액턴스 제어를 연속적으로 행한다. 이에 의해, 파워 변조의 펄스 주파수를 수 10 kHz 이상의 오더로 설정해도, 또한 듀티비(Ds)를 임의의 크기로 설정해도, 정합기(42)의 정합 동작에서 가동 부품(특히 리액턴스 소자(XL1, XL2))의 고장 또는 수명 단축화를 초래하지 않고, 부하(플라즈마) 임피던스의 변동에 확실하게 추종할 수 있다.
단, 고주파(RF1)계의 정합기(40)는, 상기와 같이 온 기간(Ton) 중의 플라즈마의 임피던스에 대하여 정합을 취하면 되므로, 도 12의 스미스 차트 상에서 나타낸 바와 같이, 정합 동작점(A)을 정합 포인트(50 Ω)에 일치 또는 가급적으로 근접시킬 수 있다.
이에 대하여, 고주파(RF2)계의 정합기(42)는, 온 기간(Ton) 중의 플라즈마의 임피던스와 오프 기간(Toff) 중의 플라즈마의 임피던스의 쌍방에 대하여 정합을 취하므로, 완전 정합 상태보다는 오히려 준정합 상태를 확립하도록 동작한다. 여기서, 정합기(42)에서는 상기와 같은 2 중의 샘플링 평균화 처리가 행해짐으로써, 온 기간(Ton)과 오프 기간(Toff)의 사이에서, 그들의 모니터 시간(샘플링 기간)(TL1, TL2)의 길이에 비례하여 정합의 정도가 상이하며, 상대적으로 긴 쪽의 기간 때가 짧은 쪽의 기간 때보다 완전 정합 상태에 가까워진다. 따라서, 도 9와 같이 듀티비(Ds)가 충분히 큰 경우에는, 도 12의 스미스 차트 상에서 나타낸 바와 같이 온 기간(Ton) 때의 정합점(B)이 오프 기간(Toff) 때의 정합점(C)보다 정합 포인트에 근접한다. 또한, 모니터 시간(샘플링 기간)(TL1, TL2) 중의 RF2 반사파 파워는, 모니터 기간의 길이에 반비례하고, 도 9에 나타낸 바와 같이 오프 기간(Toff) 때가 온 기간(Ton) 때보다 커진다.
또한 본 발명에서 정합 상태란, 정합 동작점이 온 기간(Ton) 또는 오프 기간(Toff)의 구별없이 정합 포인트(50 Ω)를 제한없이 목표로 하고, 또한 일정(제 1)한 근접 범위 내에 들어가 있는 상태이다. 이에 대하여, 준정합 상태란, 온 기간(Ton) 때와 오프 기간(Toff) 때에서 부하 임피던스의 차이에 기초하여 정합 동작점이 정합 포인트(50 Ω)의 주위에서 이동하고, 그런데도 제 1 근접 범위보다 큰 일정(제 2)한 근접 범위 내에 들어가 있는 상태이다.
제 2 파워 변조 방식에 의해 이온 인입용의 고주파(RF2)의 파워에 파워 변조를 가할 경우도, 고주파(RF1)(정합기(40))와 고주파(RF2)(정합기(42))의 입장이 역전하는 것만으로, 양정합기(40, 42)에서 상기와 동일한 작용이 나타나, 상기와 동일한 효과가 얻어진다.
(다른 실시예 또는 변형예)
이상 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 그 기술 사상의 범위 내에서 각종 변형이 가능하다.
예를 들면 도 13에 도시한 바와 같이, 정합기(40) 내의 임피던스 센서(96A)를, RF 전압 검출기(100A), RF 전류 검출기(108A), 부하 임피던스 연산 회로(120A), 샘플링 평균값 연산 회로(122A) 및 이동 평균값 연산 회로(124A)로 구성하는 것도 가능하다.
여기서, 부하 임피던스 연산 회로(120A)는, RF 전압 검출기(100A) 및 RF 전류 검출기(108A)로부터 얻어지는 RF 전압 검지 신호 및 RF 전류 검지 신호에 기초하여 고주파 급전 라인(43) 상의 부하측 임피던스의 측정값을 연산한다. 부하 임피던스 연산 회로(120A)는 아날로그 회로로도 가능하지만, 디지털 회로로 구성하는 것이 바람직하다.
샘플링 평균값 연산 회로(122A) 및 이동 평균값 연산 회로(124A)는, 처리 대상의 신호가 부하측 임피던스 측정값으로 대체되는 것만으로, 상기 실시예에서의 샘플링 평균값 연산 회로(104A, 112A) 및 이동 평균값 연산 회로(106A, 114A)와 동일한 샘플링 평균화 처리를 행해도 된다.
이 경우, 매칭 컨트롤러(94A)(도 5)는, 이동 평균값 연산 회로(124A)로부터 얻어지는 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값이 고주파 전원(36)측의 임피던스에 대응하는 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록, 리액턴스 소자(XH1, XH2)의 리액턴스를 모터(90A, 92A)를 통하여 제어한다.
마찬가지로 도 14에 나타낸 바와 같이, 정합기(42) 내의 임피던스 센서(96B)를, RF 전압 검출기(100B), RF 전류 검출기(108B), 부하 임피던스 연산 회로(120B), 샘플링 평균값 연산 회로(122B) 및 이동 평균값 연산 회로(124A)로 구성하는 것도 가능하다.
여기서, 부하 임피던스 연산 회로(120B)는, RF 전압 검출기(100B) 및 RF 전류 검출기(108B)로부터 얻어지는 RF 전압 검지 신호 및 RF 전류 검지 신호에 기초하여 고주파 급전 라인(45) 상의 부하측 임피던스의 측정값을 연산한다. 부하 임피던스 연산 회로(120B)는 아날로그 회로로도 가능하지만, 디지털 회로로 구성하는 것이 바람직하다.
샘플링 평균값 연산 회로(122B) 및 이동 평균값 연산 회로(124B)는, 처리 대상의 신호가 부하측 임피던스 측정값으로 대체되는 것만으로, 상기 실시예에서의 샘플링 평균값 연산 회로(104B, 112B) 및 이동 평균값 연산 회로(106B, 114B)와 동일한 샘플링 평균화 처리를 행해도 된다.
이 경우, 매칭 컨트롤러(94B)(도 7)는, 이동 평균값 연산 회로(124B)로부터 얻어지는 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값이 고주파 전원(38)측의 임피던스에 대응하는 정합 포인트에 일치 또는 근사하도록, 리액턴스 소자(XL1, XL2)의 리액턴스를 모터(90B, 92B)를 통하여 제어한다.
본 발명에서는, 제 1 파워 변조 방식으로서, 고주파(RF1)의 파워가 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하는 형태도 가능하다. 마찬가지로 제 2 파워 변조 방식으로서, 고주파(RF2)의 파워가 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하는 형태도 가능하다.
상기 실시예(도 1)에서는, 플라즈마 생성용의 고주파(RF1)를 서셉터(하부 전극)(16)에 인가했다. 그러나, 플라즈마 생성용의 고주파(RF1)를 상부 전극(46)에 인가하는 구성도 가능하다.
본 발명은 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에 한정되지 않고, 플라즈마 CVD, 플라즈마 ALD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링 등 임의의 플라즈마 프로세스를 행하는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하다. 본 발명에서의 피처리 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 플랫 패널 디스플레이, 유기 EL, 태양 전지용의 각종 기판 또는 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등도 가능하다.
10 : 챔버
16 : 서셉터(하부 전극)
36 : (플라즈마 생성용) 고주파 전원
38 : (이온 인입용) 고주파 전원
40, 42 : 정합기
43, 45 : 고주파 급전 라인
46 : 상부 전극(샤워 헤드)
56 : 처리 가스 공급원
72 : 주제어부
88A, 88B : 정합 회로
94A, 94B : 매칭 컨트롤러
96A, 96B : 임피던스 센서
100A, 100B : RF 전압 검출기
102A, 102B : 전압 검지 신호 생성 회로
104A, 104B : 샘플링 평균값 연산 회로
112A, 112B : 샘플링 평균값 연산 회로
106A, 106B : 이동 평균값 연산 회로
114A, 114B : 이동 평균값 연산 회로
116A, 116B : 부하 임피던스 측정값 연산 회로
120A, 120B : 부하 임피던스 측정값 연산 회로
122A, 122B : 샘플링 평균값 연산 회로
124A, 124B : 이동 평균값 연산 회로

Claims (12)

  1. 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 플라즈마로부터 상기 제 1 전극 상의 상기 피처리 기판에 이온을 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 제 1 정합부와, 상기 플라즈마를 생성하는데 적합한 주파수를 가지는 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과, 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 2 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 제 2 정합부와, 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 오프 상태 또는 상기 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 모두에 설정되는 제 1 모니터 시간 중에, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 상기 제 1 고주파에 대응하는 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 신호의 평균값을 연산하는 공정과,
    상기 샘플링 평균값 연산 회로로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값을 구하는 공정과,
    상기 이동 평균값 연산 회로로부터 얻어진 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여 상기 제 1 고주파 전원에 대한 상기 부하측 임피던스의 측정값을 연산하는 공정과,
    상기 부하 임피던스 측정값 연산 회로로부터 얻어진 상기 부하측 임피던스 측정값이 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가지는 플라즈마 처리 방법.
  2. 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 플라즈마로부터 상기 제 1 전극 상의 상기 피처리 기판에 이온을 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 제 1 정합부와, 상기 플라즈마를 생성하는데 적합한 주파수를 가지는 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과, 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 2 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 제 2 정합부와, 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 오프 상태 또는 상기 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 모두에 설정되는 제 1 모니터 시간 중에, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 상기 부하측 임피던스의 측정값을 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 측정값의 평균값을 연산하는 공정과,
    상기 샘플링 평균값 연산 회로로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값을 구하는 공정과,
    상기 이동 평균값 연산 회로로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값이 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가지는 플라즈마 처리 방법.
  3. 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 플라즈마를 생성하는데 적합한 주파수를 가지는 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 제 1 정합부와, 상기 플라즈마로부터 상기 제 1 전극 상의 상기 피처리 기판에 이온을 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과, 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 2 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 제 2 정합부와, 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 오프 상태 또는 상기 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 모두에 설정되는 제 1 모니터 시간 중에, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 상기 제 1 고주파에 대응하는 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 신호의 평균값을 연산하는 공정과,
    상기 샘플링 평균값 연산 회로로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값을 구하는 공정과,
    상기 이동 평균값 연산 회로로부터 얻어진 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여 상기 제 1 고주파 전원에 대한 상기 부하측 임피던스의 측정값을 연산하는 공정과,
    상기 부하 임피던스 측정값 연산 회로로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스 측정값이 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가지는 플라즈마 처리 방법.
  4. 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 플라즈마를 생성하는데 적합한 주파수를 가지는 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 제 1 정합부와, 상기 플라즈마로부터 상기 제 1 전극 상의 피처리 기판에 이온을 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과, 상기 제 2 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 2 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 제 2 정합부와, 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 제 1 레벨이 되는 제 1 기간과 오프 상태 또는 상기 제 1 레벨보다 낮은 제 2 레벨이 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 제 2 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 및 제 2 기간 모두에 설정되는 제 1 모니터 시간 중에, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 얻어지는 상기 부하측 임피던스의 측정값을 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 측정값의 평균값을 연산하는 공정과,
    상기 샘플링 평균값 연산 회로로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값을 구하는 공정과,
    상기 이동 평균값 연산 회로로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값이 상기 제 1 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가지는 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 모니터 시간은, 상기 제 1 기간 중에서 그 개시 직후의 제 1 과도 시간을 포함하지 않는 플라즈마 처리 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 모니터 시간은, 상기 제 1 기간 중에서 그 종료 직전의 제 2 과도 시간을 포함하지 않는 플라즈마 처리 방법.
  7. 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 고주파 전원과, 상기 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 고주파 급전 라인과, 상기 고주파 급전 라인 상에서 상기 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 정합부와, 상기 고주파의 파워가 온 상태가 되는 제 1 기간과 오프 상태가 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 기간에 설정되는 모니터 시간 중에, 상기 고주파 급전 라인으로부터 얻어지는 상기 고주파에 대응하는 전압 검지 신호 및 전류 검지 신호를 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 신호의 평균값을 연산하는 공정과,
    상기 샘플링 평균값 연산부으로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값을 구하는 공정과,
    상기 이동 평균값 연산부로부터 얻어진 상기 전압 검지 신호 및 상기 전류 검지 신호의 이동 평균값에 기초하여, 상기 고주파 전원에 대한 상기 부하측 임피던스의 측정값을 연산하는 공정과,
    상기 부하 임피던스 측정값 연산부로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스의 측정값이 상기 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가지는 플라즈마 처리 방법.
  8. 피처리 기판을 재치하는 제 1 전극과 이와 대향하는 제 2 전극을 수용하고 양 전극 간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 생성되는 진공 배기 가능한 처리 용기와, 고주파 전원과, 상기 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 중 어느 일방까지 전송하기 위한 고주파 급전 라인과, 상기 고주파 급전 라인 상에서 상기 고주파 전원측의 임피던스와 그 부하측의 임피던스를 정합시키기 위한 가변 리액턴스 소자를 포함하는 정합부와, 상기 고주파의 파워가 온 상태가 되는 제 1 기간과 오프 상태가 되는 제 2 기간을 일정한 펄스 주파수로 교호로 반복하도록, 상기 고주파 전원을 제어하는 고주파 파워 변조부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 피처리 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 펄스 주파수의 1 사이클 내에서 상기 제 1 기간에 설정되는 모니터 시간 중에, 상기 고주파 급전 라인으로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스의 측정값을 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 그들 측정값의 평균값을 연산하는 공정과,
    상기 샘플링 평균값 연산부로부터 얻어진 각 사이클의 평균값에 기초하여 상기 펄스 주파수의 1/m배(m은 2이상 정수)의 주파수를 가지는 샘플링 클록의 주기로 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값을 구하는 공정과,
    상기 이동 평균값 연산부로부터 얻어지는 상기 부하측 임피던스 측정값의 이동 평균값이 상기 고주파 전원측의 임피던스에 대응하는 소정의 정합 포인트에 일치 또는 일정한 근접 범위 내에 들어가도록, 상기 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 제어하는 공정을 가지는 플라즈마 처리 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 모니터 시간은, 상기 제 1 기간 중에서 개시 직후의 제 1 과도 시간을 포함하지 않는 플라즈마 처리 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 모니터 시간은, 상기 제 1 기간 중에서 종료 직전의 제 2 과도 시간을 포함하지 않는 플라즈마 처리 방법.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 모니터 시간은, 상기 제 2 기간에는 설정되지 않는 플라즈마 처리 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 7 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 파워 변조부는, 상기 펄스 주파수 또는 그 1 사이클의 시간 및 상기 펄스 주파수의 1 사이클에서의 상기 제 1 기간의 비율(듀티비) 중 적어도 일방을 일정 범위 내에서 임의의 값으로 설정하는 플라즈마 처리 방법.
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