特許 7278466 プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-11

(45)【発行日】2023-05-19

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20230512BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230512BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H01L21/302 101D

H05H1/46 C

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022141813

(22)【出願日】2022-09-07

(62)【分割の表示】P 2020571732の分割

【原出願日】2020-01-30

(65)【公開番号】P2022177082

(43)【公開日】2022-11-30

【審査請求日】2022-09-07

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】市川 貴大

(72)【発明者】

【氏名】弘中 嘉之

(72)【発明者】

【氏名】大越 康雄

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－００９７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７３９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１２５５２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０３６４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２１０５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１９３９７８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁波発生器が出力する電磁波により試料がプラズマ処理される処理室と、
プラズマを生成するための第１の高周波電力を、整合器を介して前記電磁波発生器に供給する第１の高周波電源と、
前記試料が載置される試料台と、
第２の高周波電力を前記試料台に供給する第２の高周波電源と、
前記整合器を制御する制御装置と
を備え、
前記整合器は、前記第１の高周波電源と前記電磁波発生器との間でインピーダンス整合を行い、
前記制御装置は、
前記第１の高周波電力を複数の振幅値を有する周期パターンによって変調すると共に、当該周期パターンの内で前記複数の振幅値のいずれかを出力する期間ごとに、変調された前記第１の高周波電力の、出力値、デューティ比および平均電力値それぞれの所定値に対応して設けたモードのいずれかを選択し、選択した当該モードに基づいて前記整合器による前記インピーダンス整合を制御する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

電磁波発生器が出力する電磁波により試料がプラズマ処理される処理室と、
プラズマを生成するための第１の高周波電力を前記電磁波発生器に供給する第１の高周波電源と、
前記試料が載置される試料台と、
整合器を介して第２の高周波電力を前記試料台に供給する第２の高周波電源と、
前記整合器を制御する制御装置と
を備え、
前記整合器は、前記第２の高周波電源と前記試料台との間でインピーダンス整合を行い、
前記制御装置は、
前記第２の高周波電力を複数の振幅値を有する周期パターンによって変調すると共に、当該周期パターンの内で前記複数の振幅値のいずれかを出力する期間ごとに、変調された前記第２の高周波電力の、出力値、デューティ比および平均電力値それぞれの所定値に対応して設けたモードのいずれかを選択し、選択した当該モードに基づいて前記整合器による前記インピーダンス整合を制御する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項3】

試料がプラズマ処理される処理室と、
プラズマを生成するための第１の高周波電力を、整合器を介して供給する第１の高周波電源と、
前記試料が載置される試料台と、
第２の高周波電力を前記試料台に供給する第２の高周波電源と、
複数の振幅値を有し周期的に繰り返す波形により前記第１の高周波電力が変調される場合、前記整合器により整合を行うための要件が規定されたモードに対応する期間に前記整合を行うように前記整合器を制御する制御装置と
を備え、
前記モードは、前記変調された前記第１の高周波電力の値を基に前記整合を行うための要件が規定された第１モードと、前記変調された前記第１の高周波電力のデューティ比を基に前記整合を行うための要件が規定された第２モードと、前記変調された前記第１の高周波電力と前記期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基に前記整合を行うための要件が規定された第３モードを具備し、
前記期間は、前記複数の振幅値のいずれかに対応する前記波形の各期間である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項4】

試料がプラズマ処理される処理室と、
プラズマを生成するための第１の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、
前記試料が載置される試料台と、
整合器を介して第２の高周波電力を前記試料台に供給する第２の高周波電源と、
複数の振幅値を有し周期的に繰り返す波形により前記第２の高周波電力が変調される場合、前記整合器により整合を行うための要件が規定されたモードに対応する期間に前記整合を行うように前記整合器を制御する制御装置と
を備え、
前記モードは、前記変調された前記第２の高周波電力の値を基に前記整合を行うための要件が規定された第１モードと、前記変調された前記第２の高周波電力のデューティ比を基に前記整合を行うための要件が規定された第２モードと、前記変調された前記第２の高周波電力と前記期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基に前記整合を行うための要件が規定された第３モードを具備し、
前記期間は、前記複数の振幅値のいずれかに対応する前記波形の各期間である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項5】

請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
前記モードは、前記変調された前記第１または前記第２の高周波電力の値を基に前記インピーダンス整合を行うための要件が規定された第１モードを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項6】

請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
前記モードは、前記変調された前記第１または前記第２の高周波電力のデューティ比を基に前記インピーダンス整合を行うための要件が規定された第２モードを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項7】

請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
前記モードは、前記変調された前記第１または前記第２の高周波電力と前記期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基に前記インピーダンス整合を行うための要件が規定された第３モードをさらに具備することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項8】

請求項３、請求項４または請求項７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記第３モードは、前記第３モードに対応する期間候補が複数の場合、前記変調された前記第１または前記第２の高周波電力の値を基に要件が規定された第３Ａモードと、前記デューティ比を基に要件が規定された第３Ｂモードをさらに具備することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項9】

複数の振幅値を有し周期的に繰り返す波形により変調され整合器を介して供給された高周波電力により生成されたプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理方法において、
前記整合器により整合を行うための要件が規定されたモードに対応する期間に前記整合を行い、
前記モードは、前記変調された高周波電力の値を基に前記整合を行うための要件が規定された第１モードと、前記変調された高周波電力のデューティ比を基に前記整合を行うための要件が規定された第２モードと、前記変調された高周波電力と前記期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基に前記整合を行うための要件が規定された第３モードを具備し、
前記期間は、前記複数の振幅値のいずれかに対応する前記波形の各期間であることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項10】

複数の振幅値を有し周期的に繰り返す波形により変調された高周波電力を整合器を介して試料が載置された試料台に供給しながら前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記整合器により整合を行うための要件が規定されたモードに対応する期間に前記整合を行い、
前記モードは、前記変調された高周波電力の値を基に前記整合を行うための要件が規定された第１モードと、前記変調された高周波電力のデューティ比を基に前記整合を行うための要件が規定された第２モードと、前記変調された高周波電力と前記期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基に前記整合を行うための要件が規定された第３モードを具備し、
前記期間は、前記複数の振幅値のいずれかに対応する前記波形の各期間であることを特徴とするプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体デバイスの高微細化、高集積化に伴い、様々なプラズマ処理技術が提案されている。その一つとして、高周波電源の供給電力を５～２１００Ｈｚの周期でパルス状にＯＮ・ＯＦＦするプラズマエッチング処理が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、「供給電力を高速周期でレベル変化させることによって、堆積膜をアモルファス化するプラズマエッチング処理」が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－２２４８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

プラズマ処理においては、高周波電源の供給電力を、プラズマや試料などの負荷（以下「プラズマ負荷」という）に効率よく供給することが好ましい。そのためには、高周波電源とプラズマ負荷との間のインピーダンスをなるべく整合させる必要がある。

【0006】

しかしながら、特許文献１のように、供給電力を高速周期で変化させるケース（例えば、７０マイクロ秒～２００ミリ秒の複数レベルの出力を５～２１００Ｈｚの周期で繰り返すケース）では、供給電力の高速変化に起因してプラズマ負荷のインピーダンスが高速変動することが問題になる。

【0007】

一般に、プラズマ処理装置における整合器のインピーダンス値は、機械式の制御により変更される。そのような場合、高速なインピーダンス変動に追従してインピーダンス整合を行うことは技術的に困難になるおそれがある。

【0008】

さらに、インピーダンスが十分に整合しない場合、プラズマ負荷から高周波電源に向かって電力波が反射する。この反射波電力の重畳によって高周波電源の出力レベルは変動する。この反射波電力が許容範囲を超えて外乱になると、高周波電源の出力レベルを所望値に安定させることが技術的に困難になるおそれがある。

【0009】

そこで、本発明は、プラズマ処理において、高周波電源とプラズマ負荷とのインピーダンス不整合の影響を軽減する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明の代表的なプラズマ処理装置の一つは、電磁波発生器が出力する電磁波により試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための第１の高周波電力を整合器を介して電磁波発生器に供給する第１の高周波電源と、試料が載置される試料台と、第２の高周波電力を試料台に供給する第２の高周波電源と、整合器を制御する制御装置とを備え、整合器は、第１の高周波電源と電磁波発生器との間でインピーダンス整合を行い、制御装置は、第１の高周波電力を複数の振幅値を有する周期パターンによって変調すると共に、当該周期パターンの内で複数の振幅値のいずれかを出力する期間ごとに、変調された第１の高周波電力の、出力値、デューティ比および平均電力値それぞれの所定値に対応して設けたモードのいずれかを選択し、選択した当該モードに基づいて整合器によるインピーダンス整合を制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明では、プラズマ処理において、高周波電源とプラズマ負荷とのインピーダンス不整合の影響を軽減することが可能になる。

【0012】

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施例１の構成を示す図である。

【図2】図２は、高周波電源の出力設定の一例を説明する図である。

【図3】図３は、整合器に設定可能な複数のモードについて説明する図である。

【図4】図４は、制御装置２０７によるモードの自動選択を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。

【実施例1】

【0015】

＜実施例１の構成＞

【0016】

図１は、実施例１のプラズマ処理装置として、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ)方式のマイクロ波プラズマエッチング装置１００の構成を示す図である。

【0017】

同図において、マイクロ波プラズマエッチング装置１００は、処理室２０１、電磁波供給部２０２Ａ、ガス供給装置２０２Ｂ、高周波電源２０３、整合器２０４、直流電源２０５、フィルタ２０６、および制御装置２０７を備える。

【0018】

処理室２０１は、所定の真空度を保つ真空容器２０８と、真空容器２０８内にエッチングガスを導入するためのシャワープレート２０９と、真空容器２０８を密閉するための誘電体窓２１０と、真空容器２０８の排気を行う排気用開閉バルブ２１１と、排気速度可変バルブ２１２と、排気速度可変バルブ２１２を介して排気を行う真空排気装置２１３と、処理室２０１の外側から磁場を形成する磁場発生コイル２１４と、シャワープレート２０９に対向する位置にウェハ３００（試料）を載置するための試料載置用電極２１５とを備える。

【0019】

ガス供給装置２０２Ｂは、シャワープレート２０９を介して処理室２０１内にエッチングガスを供給する。
電磁波供給部２０２Ａは、電磁波を誘電体窓２１０から処理室２０１内に照射する導波管２２１と、プラズマを生成するための第１の高周波電力を整合器２２２Ｂを介して電磁波発生器２２２Ｃに供給する高周波電源２２２Ａ（第１の高周波電源）とを備える。制御装置２０７は、高周波電源２２２Ａ，整合器２２２Ｂ，および電磁波発生器２２２Ｃを制御して、電磁波発生器２２２Ｃが出力する電磁波をパルス状に変調する。なお、実施例１では、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波の電磁波が使用される。

【0020】

導波管２２１を介して処理室２０１に照射される電磁波は、磁場発生コイル２１４の磁場に作用して、処理室２０１内のエッチングガスを電離する。この電離作用によって高密度のプラズマが生成される。

【0021】

ウェハ３００を載置する試料台に設けられる試料載置用電極２１５は、電極表面が溶射膜で被覆されており、フィルタ２０６を介して直流電源２０５が接続される。

【0022】

さらに、試料載置用電極２１５には、整合器２０４を介して高周波電源２０３（第2の高周波電源）が接続される。この高周波電源２０３の基本周波数は、例えば４００ｋＨｚである。整合器２０４は、高周波電源２０３と試料載置用電極２１５との間でインピーダンスを変更する。

【0023】

制御装置２０７は、予め設定されるエッチングパラメータに従って、高周波電源２０３の供給電力の出力レベルを制御する。この出力レベルの制御によって、高周波電源２０３は、供給電力の出力レベルを所定の周期パターンで切り替えて出力する。出力された供給電力は、整合器２０４および試料載置用電極２１５を介して、プラズマやウェハ３００などのプラズマ負荷に作用する。

【0024】

さらに、制御装置２０７は、供給電力の周期パターンの設定に基づいて、整合器２０４のモード設定を切り替える。この供給電力の周期パターンと、整合器２０４のモード設定との関係については、後述する。

【0025】

このように試料載置用電極２１５に与えられた電力は、プラズマ状のエッチングガスとウェハ３００に作用し、ウェハ３００に対するドライエッチング処理を実施する。

【0026】

なお、シャワープレート２０９、試料載置用電極２１５、磁場発生コイル２１４、排気用開閉バルブ２１１、排気速度可変バルブ２１２およびウェハ３００は処理室２０１の中心軸に対して軸対称に配置される。そのため、エッチングガスの流れやプラズマにより生成されたラジカルおよびイオン、さらにエッチングにより生成された反応生成物はウェハ３００に対し同軸に導入され、同軸に排気される。この軸対称の流れはエッチングレート、エッチング形状のウェハ面内均一性を向上させる効果がある。

【0027】

＜高周波電源２０３の出力設定について＞
次に、上述した供給電力の周期パターンについて説明する。
図２は、高周波電源２０３の出力設定の一例を説明する図である。

【0028】

図２の上段［１］は、高周波電源２０３が出力する供給電力の周期パターンの一例を示す。この周期パターンでは、次の期間Ａ～Ｅを周波数６２５Ｈｚ（繰り返し周期１６００μ秒）で繰り返す。
・期間Ａ：供給電力４００Ｗを１００μ秒の期間でプラズマ負荷に出力する。
・期間Ｂ：供給電力２５０Ｗを２００μ秒の期間で出力する。
・期間Ｃ：供給電力３０Ｗを４００μ秒の期間で出力する。
・期間Ｄ：供給電力２００Ｗを２５０μ秒の期間で出力する。
・期間Ｅ：６５０μ秒のオフ期間
この周期パターンでは、期間Ａ～Ｅの内で、期間Ａが供給電力の出力レベルの大きい期間になる。

【0029】

次に、図２の中段［２］は、この周期パターンの１周期における期間Ａ～Ｅそれぞれのデューティ比を次式（１）に基づいて計算した結果を示す。
デューティ比（％）＝供給電力の出力時間（秒）÷繰り返し周期（秒）×１００ （１）
この周期パターンでは、期間Ａ～Ｅの内で、期間Ｃが供給電力のデューティ比の大きい期間になる。なお、期間Ｅについては、供給電力がオフのため、供給電力のデューティ比は算出されない。

【0030】

さらに、図３の下段［３］は、１秒当たりの平均電力を次式（２）に基づいて計算した結果を示す。
平均電力（Ｗ）＝供給電力の設定値（Ｗ）×出力時間（秒）×周波数（Ｈｚ） （２）
この周期パターンでは、期間Ａ～Ｅの内で、期間Ｂと期間Ｄとにおいて平均電力は最大かつ略等しくなる。そのため、平均電力レベルが高い期間候補は、期間Ｂおよび期間Ｄになる。

【0031】

＜整合器２０４のモード設定について＞
続いて、整合器２０４のモード設定について説明する。
図３は、整合器２０４に設定可能な複数のモードについて説明する図である。
以下、図３を参照して個々のモードについて順に説明する。

【0032】

（１）第１モード…変調された高周波電力の値を基にインピーダンス整合を行う期間を規定するモード。例えば、供給電力の出力レベルの大きい期間（例えば出力レベルが最大の期間）に合わせてインピーダンス整合を行うモード。
図３に示す第１モードでは、整合器２０４は、供給電力の出力レベルの大きい期間Ａに合わせてインピーダンス整合を行う。それ以外の期間Ｂ～Ｄでは、インピーダンスは整合しないため、プラズマ負荷から高周波電源２０３に向かって反射波電力が発生する。しかしながら、供給電力の出力レベルの大きな期間Ａにおいて大きな反射波電力が生じないため、反射波電力のピーク値は低く抑えられる。その作用により、第１モードは、インピーダンス不整合の影響を軽減する。

【0033】

（２）第２モード…変調された高周波電力のデューティ比を基にインピーダンス整合を行う期間を規定するモード。例えば、供給電力のデューティ比の大きな期間（例えば出力時間が最長の期間）に合わせてインピーダンス整合を行うモード。
図３に示す第２モードでは、整合器２０４は、供給電力のデューティ比の大きい期間Ｃに合わせてインピーダンス整合を行う。それ以外の期間Ａ～Ｂ、Ｄでは、インピーダンスは整合しないため、プラズマ負荷から高周波電源２０３に向かって反射波電力が発生する。しかしながら、出力時間の長い期間Ｃにおいて反射波電力が生じないため、反射波電力の影響する時間は短く抑えられる。その作用により、第２モードは、インピーダンス不整合の影響を軽減する。

【0034】

（３）第３Ａモード…変調された高周波電力と期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基にインピーダンス整合する期間を規定するモード。例えば、平均電力の出力レベルの大きな期間（例えば平均出力レベルが最大の期間）に合わせてインピーダンス整合を行うモード。
ただし、平均電力の出力レベルの大きな期間候補が複数存在する場合は、期間候補の内で、供給電力の出力レベルの大きな期間に合わせてインピーダンス整合を行う。
図３に示す第３Ａモードでは、整合器２０４は、平均電力の出力レベルの大きい期間Ｂ、Ｄの内で、供給電力の出力レベルの大きな期間Ｂに合わせてインピーダンス整合を行う。それ以外の期間Ａ、Ｃ～Ｄでは、インピーダンスは整合しないため、プラズマ負荷から高周波電源２０３に向かって反射波電力が発生する。
しかしながら、平均電力の出力レベルが大きく、かつ供給電力の出力レベルが大きな期間Ｂにおいて大きな反射波電力が生じない。そのため、反射波電力の平均電力やピーク値は低く抑えられる。その作用により、第３Ａモードは、インピーダンス不整合の影響を軽減する。

【0035】

（４）第３Ｂモード…変調された高周波電力と期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基にインピーダンス整合する期間を規定するモード。例えば、平均電力の出力レベルの大きな期間（例えば平均出力レベルが最大の期間）に合わせてインピーダンス整合を行うモード。
ただし、平均電力の出力レベルの大きな期間候補が複数存在する場合は、期間候補の内で、供給電力のデューティ比の大きな期間に合わせてインピーダンス整合を行う。
図３に示す第３Ｂモードでは、整合器２０４は、平均電力の出力レベルの大きい期間Ｂ、Ｄの内で、供給電力のデューティ比のより大きな期間Ｄに合わせてインピーダンス整合を行う。それ以外の期間Ａ～Ｃでは、インピーダンスは整合しないため、プラズマ負荷から高周波電源２０３に向かって反射波電力が発生する。
しかしながら、平均電力の出力レベルが大きく、かつ供給電力のデューティ比が大きな期間Ｄにおいて大きな反射波電力が生じない。そのため、反射波電力の平均電力や影響する時間は低く抑えられる。その作用により、第３Ｂモードは、インピーダンス不整合の影響を軽減する。

【0036】

（５）第３モード…なお、平均電力の出力レベルの大きな期間候補が一つのみ存在する場合、第３Ａモードおよび第３Ｂモードにおいて整合する期間は等しくなる。この場合、第３Ａモードと第３Ｂモードとに動作上の差異はないため、どちらも第３モードとして扱うことができる。
すなわち、第３モードは、変調された高周波電力と期間のデューティ比との積である平均高周波電力値を基にインピーダンス整合する期間を規定するモード。例えば、平均電力の出力レベルの大きな期間（例えば平均出力レベルが最大の期間）に合わせてインピーダンス整合を行うモードである。
そのため、反射波電力の平均電力や影響する時間は低く抑えられる。その作用により、第３モードは、インピーダンス不整合の影響を軽減する。

【0037】

＜制御装置２０７の動作について＞
次に、制御装置２０７の動作について説明する。
図４は、制御装置２０７によるモードの自動選択を説明するフローチャートである。
ここでは、同図に示すステップ番号の順に説明する。

【0038】

ステップＳ０１： 制御装置２０７は、マイクロ波プラズマエッチング装置１００に設定されるエッチングパラメータを取得する。このエッチングパラメータに従って、制御装置２０７は、高周波電源２０３に出力設定する供給電力の周期パターン（例えば図２参照）を決定する。

【0039】

ステップＳ０２： 高周波電源２０３とプラズマ負荷との間でインピーダンスが不整合になると、高周波電源２０３からプラズマ負荷に供給される供給電力（瞬時的には進行波電力）に対して、プラズマ負荷から高周波電源２０３に戻る反射波電力が生じる。このとき、進行波電力と反射波電力が干渉して、最大２倍の電力ピークが発生する。

【0040】

そこで、制御装置２０７は、周期パターンの期間ごとの供給電力について、供給電力の２倍値が保護電力値（絶対定格）を超えるか否かを判定する。保護電力値を超える「供給電力の２倍値」が存在する場合、制御装置２０７はステップＳ０３に動作を移行する。それ以外の場合、制御装置２０７はステップＳ０５に動作を移行する。
ステップＳ０３： 制御装置２０７は、「供給電力の２倍値」が保護電力値を超える期間が１つだけか否かを判定する。

【0041】

「超える期間」が１つであれば、制御装置２０７は、第１モードを選択する。第１モードであれば、供給電力の出力レベルが最大になる「超える期間」に合わせてインピーダンス整合が行われる。そのため、「超える期間」の反射波電力は抑制され、保護電力値を超える電力ピークは発生しない。また、「超える期間」の大きな反射波電力が抑制されるため、周期パターン全体を通して、高周波電源とプラズマ負荷との間のインピーダンス不整合の影響は軽減される。

【0042】

一方、「超える期間」が２つ以上の設定の場合、制御装置２０７はステップＳ０４に動作を移行する。

【0043】

ステップＳ０４： ここでは、「超える期間」が２つ以上である。この場合、「超える期間」の１つにおいてインピーダンス整合をとることは可能である。しかしながら、残りの「超える期間」においてはインピーダンスが不整合になるため、保護電力値を超える電力ピークが万一にも発生するおそれがある。そこで、制御装置２０７は、現在のエッチングパラメータが入力不可であることを工場の管理システムに通知する。その後、制御装置２０７は、ステップＳ０１に動作を戻し、エッチングパラメータが再設定されるまで待機する。

【0044】

ステップＳ０５： 次に、制御装置２０７は、周期パターンにおける供給電力の最大値が第１閾値ｔｈ１を超えるか否かを判定する。ここでの第１閾値ｔｈ１は、供給電力の最大値が周期パターン内において突出して大きいか否かを判定するための閾値であり、例えば１００Ｗに設定される。

【0045】

ここで、供給電力の最大値が第１閾値ｔｈ１を超えない場合、制御装置２０７はステップＳ０６に動作を移行する。

【0046】

一方、供給電力の最大値が第１閾値ｔｈ１を超える場合、制御装置２０７は、第１モードを選択する。第１モードであれば、供給電力の最大値が第１閾値ｔｈ１を超える期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。そのため、この期間の大きな反射波電力が抑制される。その結果、周期パターン全体を通して、高周波電源とプラズマ負荷とのインピーダンス不整合の影響が軽減される。

【0047】

ステップＳ０６： 続いて、制御装置２０７は、周期パターンの期間ごとの平均電力について、第２閾値ｔｈ２を超えるか否かを判定する。ここでの第２閾値ｔｈ２は、期間の平均電力が周期パターン全体において突出して大きいか否かを判定するための閾値であり、例えば６０Ｗに設定される。

【0048】

ここで、平均電力が第２閾値ｔｈ２を超える期間が存在する場合、制御装置２０７はステップＳ０７に動作を移行する。

【0049】

一方、平均電力が第２閾値ｔｈ２を超える期間が存在しない場合、周期パターン全体において平均電力の変化はなだらかであることが見込まれる。そこで、制御装置２０７は、第２モードを選択する。第２モードであれば、供給電力のデューティ比の大きな期間に合わせてインピーダンス整合が行われ、出力時間の長い期間において反射波電力が抑制される。そのため、平均電力の変化がなだらかな周期パターンにおいて、高周波電源とプラズマ負荷とのインピーダンス不整合の影響が軽減される。
ステップＳ０７： 次に、制御装置２０７は、第２閾値ｔｈ２を超える平均電力の値が１つだけか否かを判定する。

【0050】

第２閾値ｔｈ２を超える平均電力の値が２つ以上の場合、制御装置２０７はステップＳ０８に動作を移行する。

【0051】

一方、第２閾値ｔｈ２を超える平均電力の値が１つであれば、制御装置２０７は、第３Ａモードを選択する。第３Ａモードでは、「第２閾値ｔｈ２を超える平均電力」の期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。なお、「第２閾値ｔｈ２を超える平均電力」の期間が複数存在する場合、これらの期間の内で供給電力の出力レベルのより大きな期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。

【0052】

この場合、平均電力が大きくかつ供給電力の出力レベルのより大きな期間において反射波電力が抑制される。そのため、平均電力が部分的に高くなる周期パターンにおいて、高周波電源とプラズマ負荷とのインピーダンス不整合の影響が軽減される。

【0053】

ステップＳ０８： 制御装置２０７は、「第２閾値ｔｈ２を超える平均電力」の期間が周期パターンに占めるデューティ比を算出する。制御装置２０７は、算出したデューティ比が第３閾値ｔｈ３を超えるか否かを判定する。

【0054】

この第３閾値ｔｈ３は、平均電力の高い期間の出力時間が長いか短いかを判定するための閾値であり、例えば３１．２５％（出力時間５００μ秒）に設定される。

【0055】

ここで、平均電力の高い期間のデューティ比が第３閾値ｔｈ３を超えた場合、制御装置２０７は第３Ｂモードを選択する。第３Ｂモードでは、「第２閾値ｔｈ２を超える平均電力」の期間の内で、デューティ比の大きな期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。

【0056】

この場合、平均電力が大きくかつデューティ比の大きな期間（出力時間の長い期間）において反射波電力が抑制される。そのため、平均電力が継続的に高くなる周期パターンにおいて、高周波電源とプラズマ負荷とのインピーダンス不整合の影響が軽減される。

【0057】

一方、平均電力の高い期間のデューティ比が第３閾値ｔｈ３を超えない場合、制御装置２０７は第３Ａモードを選択する。この場合、平均電力が部分的に高くなる周期パターンにおいて、高周波電源とプラズマ負荷とのインピーダンス不整合の影響が軽減される。

【0058】

以上の一連の動作により、制御装置２０７は、高周波電源２０３に設定する周期パターンに応じて、整合器２０４のモードを適切に選択することが可能になる。

【0059】

＜実施例１の効果など＞
実施例１は、次のような効果を奏する。

【0060】

（１）実施例１では、第１モードを選択することにより、供給電力の出力レベルが大きい期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。その場合、供給電力の出力レベルが大きい期間に発生する反射波電力を抑制することが可能になる。

【0061】

（２）通常、プラズマ処理では、供給電力の出力レベルが大きい期間ほど、イオンやラジカルなどに与えるエネルギーが大きく、プラズマ処理に大きく寄与する。第１モードは、この期間に合わせてインピーダンス整合を行う。そのため、インピーダンスの不整合に起因するプラズマのエネルギー損失を低減して、プラズマ処理の処理効率を一段と高めることが可能になる。

【0062】

（３）実施例１では、第２モードを選択することにより、供給電力のデューティ比が大きい期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。その場合、供給電力のデューティ比が大きい期間に発生する反射波電力を抑制することが可能になる。

【0063】

（４）通常、プラズマ処理では、供給電力のデューティ比が大きい期間ほど、イオンやラジカルなどに継続的に与えるエネルギーが大きく、プラズマ処理に大きく寄与する。第２モードは、この期間に合わせてインピーダンス整合を行う。そのため、インピーダンスの不整合に起因するプラズマのエネルギーの損失を低減して、プラズマ処理の処理効率を一段と高めることが可能になる。

【0064】

（５）実施例１では、第３モード（第３Ａモード，第３Ｂモード）を選択することにより、平均電力の出力レベルが大きい期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。したがって、この第３モードでは、平均電力の出力レベルが大きい期間に発生する反射波電力を抑制することが可能になる。

【0065】

（６）通常、プラズマ処理では、平均電力の出力レベルが大きい期間ほど、イオンやラジカルなどに与える平均的なエネルギーが大きく、プラズマ処理に大きく寄与する。第３モード（第３Ａモード，第３Ｂモード）は、この期間に合わせてインピーダンス整合を行う。そのため、インピーダンスの不整合に起因するプラズマのエネルギー損失を低減して、プラズマ処理の処理効率を一段と高めることが可能になる。

【0066】

（７）実施例１では、第３Ａモードを選択することにより、平均電力の出力レベルが大きく、かつ供給電力の出力レベルが大きい期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。したがって、この第３Ａモードでは、平均電力と供給電力のいずれも大きい期間に発生する反射波電力を抑制することが可能になる。

【0067】

（８）実施例１では、第３Ｂモードを選択することにより、平均電力の出力レベルが大きく、かつ供給電力のデューティ比が大きい期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。したがって、この第３Ｂモードでは、平均電力とデューティ比のいずれも大きい期間に発生する反射波電力を抑制することが可能になる。

【0068】

（９）上述のように、実施例１では、モード選択によってインピーダンス整合を行う期間を変更することが可能になる。その結果、インピーダンス不整合の影響を効果的に軽減するモードを選択することが可能になる。

【0069】

（１０）実施例１では、供給電力が第１閾値ｔｈ１を超える期間が存在するか否かを判定し、「存在する」と判定された場合に第１モードを自動的に選択する。この場合、供給電力が第１閾値ｔｈ１を超える期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。したがって、供給電力が第１閾値ｔｈ１を超える期間に発生する反射波電力を自動的に抑制することが可能になる。

【0070】

（１１）実施例１では、平均電力が第２閾値ｔｈ２を超える期間が存在するか否かを判定し、「存在しない」と判定された場合に第２モードを自動的に選択する。この場合、全ての期間の平均電力が第２閾値ｔｈ２を超えない状況において、供給電力のデューティ比が大きい期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。したがって、このような期間に発生する反射波電力を自動的に抑制することが可能になる。

【0071】

（１２）実施例１では、平均電力が第２閾値を超える期間が存在するか否かを判定し、「存在する」と判定された場合に第３モード（第３Ａモード，第３Ｂモード）を自動的に選択する。この場合、平均電力が第２閾値を超える期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。したがって、このような期間に発生する反射波電力を自動的に抑制することが可能になる。

【0072】

（１３）実施例１では、第２閾値を超える平均電力の値がいくつ存在するかを判定し、「１種類のみ存在する」と判定された場合に第３Ａモードを自動的に選択する。この場合、平均電力が第２閾値より大きく、かつ供給電力の出力レベルが大きい期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。したがって、このような期間に発生する反射波電力を自動的に抑制することが可能になる。

【0073】

（１４）実施例１では、第２閾値を超える平均電力の値が複数存在し、かつ当該期間のデューティ比が第３閾値を超えないと判定した場合に、第３Ａモードを自動的に選択する。この場合は、平均電力が第２閾値より大きく、かつ供給電力の出力レベルが大きい期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。したがって、このような期間に発生する反射波電力を自動的に抑制することが可能になる。

【0074】

（１５）実施例１では、第２閾値を超える平均電力の値が複数存在し、かつ当該期間のデューティ比が第３閾値を超えると判定した場合に、第３Ｂモードを自動的に選択する。この場合は、平均電力が第２閾値より大きく、かつ供給電力のデューティ比が大きい期間に合わせてインピーダンス整合が行われる。したがって、このような期間に発生する反射波電力を自動的に抑制することが可能になる。
次に、実施例２について更に説明する。

【実施例2】

【0075】

＜実施例２の構成＞
実施例２のプラズマ処理装置である、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ)方式のマイクロ波プラズマエッチング装置は、実施例１のマイクロ波プラズマエッチング装置１００（図１参照）と同じ構成である。そこで、実施例２の構成については、実施例１の構成説明および図１を参照することとし、ここでの重複説明を省略する。

【0076】

＜実施例２の動作に関する説明＞
実施例２では、制御装置２０７が、高周波電源２２２Ａと電磁波発生器２２２Ｃとの間の整合器２２２Ｂを用いて、インピーダンス整合を行う期間を制御する。
すなわち、制御装置２０７は、電磁波発生器（高周波電力）の変調に応じて、第１モード、第２モード、または第３モード（第３Ａモード，第３Ｂモード）のいずれかによって規定される期間において、整合器２２２Ｂのインピーダンス整合を実施する。
なお、実施例２の具体的動作の流れは、インピーダンス整合の動作対象が、実施例１の『（第２の）高周波電源２０３、整合器２０４、および試料載置用電極２１５』から『（第１の）高周波電源２２２Ａ、整合器２２２Ｂ、および電磁波発生器２２２Ｃ』に置き換わる点を除けば、実施例１の具体的動作の流れと同様である。
そこで説明を簡単にするため、実施例２の動作に関する説明としては、実施例１の動作に関する説明について動作対象の変更とそれに伴う必要な読み替えを行うこととし、ここでの重複説明を省略する。なお、閾値などの動作パラメータの具体的数値については、実験やシミュレーション演算によって設計可能である。

【0077】

＜実施例２の効果など＞
実施例２は、第１の高周波電源２２２Ａについて、実施例１の上記効果（１）～（１５）と同様の効果を得ることが可能になる。

【0078】

＜実施形態の補足事項など＞
なお、実施例１，２では、第１閾値ｔｈ１、第２閾値ｔｈ２、第３閾値ｔｈ３、およびその他のパラメータについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。第１閾値ｔｈ１、第２閾値ｔｈ２、第３閾値ｔｈ３、およびその他のパラメータは、プラズマ処理におけるガスや圧力などの条件に応じて、実験やシミュレーション演算などに基づいて最適値を設定すればよい。

【0079】

また、実施例１，２では、プラズマ処理の一つとして、エッチング処理を行うケースについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。本発明は、プラズマ処理において、変動する高周波電源とプラズマ負荷とのインピーダンス不整合の影響を軽減する用途に適用することが可能である。

【0080】

さらに、実施例１，２では、高周波電源の出力レベルが０Ｗ（オフ期間）については、いずれのモードにおいてもインピーダンス整合は行われない。そこで、このようなオフ期間については、インピーダンス整合を行う期間から事前に排除してもよい。

【0081】

また、実施例１，２を独立した実施例として説明した。しかしながら、実施例１と実施例２を同時に実施してもよい。

【0082】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。実施例１，２の全部または一部を適宜に組み合わせてもよい。また、実施例１，２の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0083】

１００…マイクロ波プラズマエッチング装置、２０１…処理室、
２０２Ａ…電磁波供給部、２０２Ｂ…ガス供給装置、２０３…第２の高周波電源、
２０４…整合器、２０５…直流電源、２０６…フィルタ、２０７…制御装置、
２０８…真空容器、２０９…シャワープレート、２１０…誘電体窓、
２１１…排気用開閉バルブ、２１２…排気速度可変バルブ、２１３…真空排気装置、
２１４…磁場発生コイル、２１５…試料載置用電極（試料台）、２２１…導波管、
２２２Ａ…第１の高周波電源、２２２Ｂ…整合器、２２２Ｃ…電磁波発生器、
３００…ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】