JP6665183B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

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

マイクロ波によるプロセスガスの励起を利用したプラズマ処理装置がある。このプラズマ処理装置は、例えば、マイクロ波発振器によって単一の周波数を有するマイクロ波を生成し、マイクロ波を処理容器内に放射し、処理容器内のプロセスガスを電離してプラズマを生成する。

ところで、マイクロ波によるプロセスガスの励起を利用したプラズマ処理装置では、使用条件によって、マイクロ波の反射波が発生し、この反射波に起因してマイクロ波からプラズマへ吸収されるパワーが減少する場合がある。

これに対して、例えば、マイクロ波発振器と処理容器との間にインピーダンス整合用のチューナを設け、マイクロ波の反射波のパワーを検出し、マイクロ波の反射波のパワーが最小となるように、チューナ内の可動板の位置を調整する技術が知られている。

特開２０００−３１０７３号公報

しかしながら、上述した従来技術では、単一の周波数を有するマイクロ波に代えて、互いに異なる周波数をそれぞれ有する複数の搬送波から成る搬送波群を用いてプラズマを生成する場合に、搬送波群のパワーをプラズマへ高効率に吸収させることが困難である。

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、処理容器と、所定の中心周波数を中心とする所定の周波数帯域に属する周波数であって、互いに異なる周波数をそれぞれ有する複数の搬送波から成る搬送波群を生成する搬送波群生成部と、前記搬送波群を用いて、前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記搬送波群の進行波の周波数スペクトルである進行波スペクトルと、前記搬送波群の反射波の周波数スペクトルである反射波スペクトルとを検出するスペクトル検出部と、前記進行波スペクトル及び前記反射波スペクトルを用いて、前記プラズマに吸収される前記搬送波群のパワーである吸収パワーを算出し、前記吸収パワーが閾値以上となるように、前記反射波スペクトルの極小値及び当該極小値に対応する周波数を変動させるパラメータを調整する制御部とを有する。

開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、搬送波群のパワーをプラズマへ高効率に吸収させることができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略を示す図である。 図２は、搬送波群の生成方法の一例を説明するための図である。 図３Ａは、搬送波群の波形の一例を示す図である。 図３Ｂは、搬送波群の波形の一例を示す図である。 図３Ｃは、搬送波群の波形の一例を示す図である。 図３Ｄは、搬送波群の波形の一例を示す図である。 図４は、進行波スペクトルの検出方法の一例を説明するための図である。 図５は、反射波スペクトルの検出方法の一例を説明するための図である。 図６は、第１の実施形態に係るプラズマ処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図７は、搬送波群の中心周波数の変化に応じた吸収パワーの変化の説明に供する図である。 図８は、第２の実施形態に係るプラズマ処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図９は、チューナの可動板の突出位置に応じた吸収パワーの変化の説明に供する図である。 図１０は、第３の実施形態に係る制御部の動作の一例を説明するための図である。 図１１は、第４の実施形態に係る制御部の動作の一例を説明するための図である。 図１２Ａは、搬送波群の進行波のパワーの調整を説明するための図である。 図１２Ｂは、搬送波群の進行波のパワーの調整を説明するための図である。 図１３Ａは、搬送波群の進行波のパワーの調整による効果を説明するための図である。 図１３Ｂは、搬送波群の進行波のパワーの調整による効果を説明するための図である。

以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略を示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、処理容器１２、ステージ１４、搬送波群生成部１６、アンテナ１８、誘電体窓２０及び制御部１００を備えている。

処理容器１２は、プラズマ処理を行うための処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、側壁１２ａ、及び、底部１２ｂを有する。側壁１２ａは、略筒形状に形成されている。以下、側壁１２ａの筒形状の中心において筒形状の延在する軸線Ｘを仮想的に設定し、軸線Ｘの延在方向を軸線Ｘ方向という。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられ、側壁１２ａの底側開口を覆う。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。

側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓２０によって閉じられている。誘電体窓２０と側壁１２ａの上端部との間にはＯリング１９が介在している。誘電体窓２０は、Ｏリング１９を介して側壁１２ａの上端部に設けられる。Ｏリング１９により、処理容器１２の密閉がより確実なものとなる。ステージ１４は、処理空間Ｓ内に収容され、被処理体Ｗが載置される。誘電体窓２０は、処理空間Ｓに対向する対向面２０ａを有する。

搬送波群生成部１６は、所定の中心周波数を中心とする所定の周波数帯域に属する周波数であって、互いに異なる周波数をそれぞれ有する複数の搬送波から成る搬送波群を生成する。例えば、搬送波群生成部１６は、基準周波数と位相を同期させたマイクロ波を発振することが可能なＰＬＬ（Phase Locked Loop）発振器と、ＰＬＬ発振器に接続されたＩＱディジタル変調器とを有する。そして、搬送波群生成部１６は、ＰＬＬ発振器から発振されるマイクロ波の周波数を中心周波数に設定する。そして、搬送波群生成部１６は、中心周波数であるマイクロ波の周波数を中心とする所定の周波数帯域に属する周波数であって、互いに異なる周波数をそれぞれ有する複数の搬送波をＩＱディジタル変調器を用いて生成することによって、搬送波群を生成する。例えば、Ｎ個の複素データシンボルを逆離散フーリエ変換し、連続信号にすれば、本発明の搬送波群を生成することが可能である。この信号の生成方法は、ディジタルテレビ放送等で用いられるＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency-Division Multiple Access）変調方式と同様の方法で、生成可能である（例えば特許５３２０２６０号参照）。なお、搬送波群生成部１６によって生成される搬送波群における中心周波数及び周波数帯域は、後述する制御部１００によって制御される。

図２は、搬送波群の生成方法の一例を説明するための図である。波形データは、予めディジタル化された符号の列で表されている。この波形データを量子化し、かつ、逆フーリエ変換することで、ＩデータとＱデータとが分離される。そして、Ｉデータ及びＱデータの各々が、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）変換され、低周波成分のみを通過させるＬＰＦ(ローパスフィルター）へ入力される。一方、ＰＬＬ発振器から発振される中心周波数（ｆｏ)の搬送波（例えば、マイクロ波）から、互いに９０°位相が異なる搬送波が生成される。そして、ＬＰＦから出力されるＩデータ及びＱデータを用いて、互いに９０°位相が異なる搬送波を変調することによって、搬送波群が生成される。本実施形態における搬送波群は、中心周波数２４５０ＭＨｚのマイクロ波を用いて、１０ｋＨｚピッチで４０ＭＨｚ帯域幅に搬送波を多重化したものである。隣り合う搬送波の位相を直交の関係（９０°位相の異なる状態）にすることで、最も近接した、多くの搬送波を配列することができる。

ここで、搬送波群生成部１６によって生成される搬送波群の波形を説明する。図３Ａ〜３Ｄは、搬送波群の波形の一例を示す図である。図３Ａは、時間軸、周波数軸及び振幅軸により構成される３次元座標空間における搬送波群の波形を示している。図３Ｂは、周波数軸及び振幅軸により構成される２次元座標空間における搬送波群の波形を示している。図３Ｃは、時間軸及び周波数軸により構成される２次元座標空間における搬送波群の波形を示している。図３Ｄは、時間軸及び振幅軸により構成される２次元座標空間における搬送波群の波形を示している。

図３Ａ〜図３Ｄに示すように、搬送波群は、所定の中心周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）を中心とする所定の周波数帯域（例えば、４０ＭＨｚ）に属する周波数であって、互いに異なる周波数をそれぞれ有する複数の搬送波（搬送波ｆ１〜ｆ１２）から成る。各搬送波の周波数は、時間の経過に関わらず一定である。また、複数の搬送波の振幅は、同一である。各搬送波の振幅は、時間の経過に関わらず一定である。また、複数の搬送波のうち、所定の周波数帯域において周波数が隣り合う少なくとも２つの搬送波は、９０°位相が異なる。例えば、周波数が隣り合う搬送波ｆ１及び搬送波ｆ２は、９０°位相が異なる。また、所定の周波数帯域において、複数の搬送波の周波数は、一定の間隔（例えば、１０ｋＨｚ）を空けて配列される。

図１の説明に戻る。プラズマ処理装置１は、増幅器２１、導波管２２、ダミーロード２３、進行波スペクトル検出器２４、反射波スペクトル検出器２５、チューナ２６、モード変換器２７、及び同軸導波管２８を更に備えている。

搬送波群生成部１６は、増幅器２１を介して導波管２２に接続されている。増幅器２１は、搬送波群生成部１６によって生成される搬送波群を増幅し、増幅した搬送波群を導波管２２へ出力する。導波管２２は、例えば、矩形導波管である。導波管２２は、モード変換器２７に接続されており、モード変換器２７は、同軸導波管２８の上端に接続されている。

ダミーロード２３は、サーキュレーター２３ａを介して導波管２２に接続されている。サーキュレーター２３ａは、処理容器１２側から反射される搬送波群の反射波を抽出し、抽出した搬送波群の反射波をダミーロード２３へ出力する。ダミーロード２３は、サーキュレーター２３ａから入力される搬送波群の反射波を負荷等により熱に変換する。

進行波スペクトル検出器２４は、方向性結合器２４ａを介して導波管２２に接続されている。方向性結合器２４ａは、処理容器１２側へ向かう搬送波群の進行波を抽出し、抽出した搬送波群の進行波を進行波スペクトル検出器２４へ出力する。方向性結合器２４ａの結合度は、例えば６０ｄＢｍであり、方向性結合器２４ａの方向性は、例えば３５ｄＢｍである。進行波スペクトル検出器２４は、方向性結合器２４ａから入力される搬送波群の進行波の周波数スペクトル（以下「進行波スペクトル」と呼ぶ）を検出し、検出した進行波スペクトルを制御部１００へ出力する。なお、進行波スペクトルは、搬送波群の進行波の周波数に対する、搬送波群の進行波のパワーの分布であり、例えば、搬送波群の進行波に対してフーリエ変換が施されることによって検出される。

図４は、進行波スペクトルの検出方法の一例を説明するための図である。図４に示す例において、搬送波群生成部１６によって生成された搬送波群の中心周波数がｆｏであり、該搬送波群の帯域幅が４０ＭＨｚであるものとする。図４に示すように、方向性結合器２４ａから進行波スペクトル検出器２４へ入力される搬送波群の進行波（以下適宜「進行波」と呼ぶ）と、ＰＬＬ発振器から発振される中心周波数ｆｏの正弦波信号とが乗算されることによって、進行波が復調されて復調信号が得られる。この場合、復調信号の帯域幅は４０ＭＨｚとなる。得られた復調信号は、透過帯域が約１００ＭＨｚであるＬＰＦを透過し、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器においてＡ／Ｄ変換される。なお、Ａ／Ｄ変換器のクロック周波数は、例えば、搬送波群の帯域幅の２倍以上である。ここでは、Ａ／Ｄ変換器のクロック周波数は、８０ＭＨｚであるものとする。そして、Ａ／Ｄ変換された復調信号に対してフーリエ変換が施され、進行波に含まれる複数の周波数成分が抽出される。これらの複数の周波数成分を用いて、搬送波群の進行波の周波数に対する、搬送波群の進行波のパワーの分布、すなわち、進行波スペクトルが検出される。

反射波スペクトル検出器２５は、方向性結合器２５ａを介して導波管２２に接続されている。方向性結合器２５ａは、処理容器１２側から反射される搬送波群の反射波を抽出し、抽出した搬送波群の反射波を反射波スペクトル検出器２５へ出力する。方向性結合器２５ａの結合度は、例えば６０ｄＢｍであり、方向性結合器２５ａの方向性は、例えば３５ｄＢｍである。反射波スペクトル検出器２５は、方向性結合器２５ａから入力される搬送波群の反射波の周波数スペクトル（以下「反射波スペクトル」と呼ぶ）を検出し、検出した反射波スペクトルを制御部１００へ出力する。なお、反射波スペクトルは、搬送波群の反射波の周波数に対する、搬送波群の反射波のパワーの分布であり、例えば、搬送波群の反射波に対してフーリエ変換が施されることによって検出される。進行波スペクトル検出器２４及び反射波スペクトル検出器２５は、スペクトル検出部の一例である。

図５は、反射波スペクトルの検出方法の一例を説明するための図である。図５に示す例において、搬送波群生成部１６によって生成された搬送波群の中心周波数がｆｏであり、該搬送波群の帯域幅が４０ＭＨｚであるものとする。図５に示すように、方向性結合器２５ａから反射波スペクトル検出器２５へ入力される搬送波群の反射波（以下適宜「反射波」と呼ぶ）と、ＰＬＬ発振器から発振される中心周波数ｆｏの正弦波信号とが乗算されることによって、反射波が復調されて復調信号が得られる。この場合、復調信号の帯域幅は４０ＭＨｚとなる。得られた復調信号は、透過帯域が約１００ＭＨｚであるＬＰＦを透過し、Ａ／Ｄ変換器においてＡ／Ｄ変換される。なお、Ａ／Ｄ変換器のクロック周波数は、例えば、搬送波群の帯域幅の２倍以上である。ここでは、Ａ／Ｄ変換器のクロック周波数は、８０ＭＨｚであるものとする。そして、Ａ／Ｄ変換された復調信号に対してフーリエ変換が施され、反射波に含まれる複数の周波数成分が抽出される。これらの複数の周波数成分を用いて、搬送波群の反射波の周波数に対する、搬送波群の反射波のパワーの分布、すなわち、反射波スペクトルが検出される。

チューナ２６は、導波管２２に設けられ、搬送波群生成部１６と、処理容器１２との間のインピーダンスを整合する機能を有する。チューナ２６は、導波管２２の内部空間に突出自在に設けられた可動板２６ａ，２６ｂを有する。チューナ２６は、基準位置に対する可動板２６ａ，２６ｂの突出位置に応じて、搬送波群生成部１６と、処理容器１２との間のインピーダンスを整合する。可動板２６ａ，２６ｂは、可動部材の一例である。

同軸導波管２８は、軸線Ｘに沿って延びている。この同軸導波管２８は、外側導体２８ａ及び内側導体２８ｂを含んでいる。外側導体２８ａは、軸線Ｘ方向に延びる略円筒形状を有している。内側導体２８ｂは、外側導体２８ａの内部に設けられている。この内側導体２８ｂは、軸線Ｘに沿って延びる略円筒形状を有している。

搬送波群生成部１６によって生成された搬送波群は、チューナ２６及び導波管２２を介してモード変換器２７に導波される。モード変換器２７は、搬送波群のモードを変換して、モード変換後の搬送波群を同軸導波管２８に供給する。同軸導波管２８からの搬送波群は、アンテナ１８に供給される。

アンテナ１８は、搬送波群生成部１６によって生成される搬送波群に基づいて、プラズマ励起用の搬送波群を放射する。アンテナ１８は、スロット板３０、誘電体板３２、及び冷却ジャケット３４を有する。アンテナ１８は、誘電体窓２０の対向面２０ａの反対側の面２０ｂ上に設けられ、搬送波群生成部１６によって生成される搬送波群に基づいて、誘電体窓２０を介してプラズマ励起用の搬送波群を処理空間Ｓへ放射する。

スロット板３０は、軸線Ｘに板面が直交する略円板状に形成される。スロット板３０は、誘電体窓２０の対向面２０ａの反対側の面２０ｂ上に、誘電体窓２０と互いに板面を合わせて配置される。スロット板３０には、軸線Ｘを中心にして周方向に複数のスロット３０ａが配列される。スロット板３０は、ラジアルラインスロットアンテナを構成するスロット板である。スロット板３０は、導電性を有する金属製の円板状に形成される。スロット板３０には、複数のスロット３０ａが形成される。また、スロット板３０の中央部には、後述する導管３６が貫通可能な貫通孔３０ｄが形成される。

誘電体板３２は、板面が軸線Ｘに直交する略円板状に形成される。誘電体板３２は、スロット板３０と冷却ジャケット３４の下側表面との間に設けられている。誘電体板３２は、例えば石英製であり、略円板形状を有している。

冷却ジャケット３４の表面は、導電性を有する。冷却ジャケット３４は、内部に冷媒が通流可能な流路３４ａが形成されており、冷媒の通流により誘電体板３２及びスロット板３０を冷却する。冷却ジャケット３４の上部表面には、外側導体２８ａの下端が電気的に接続されている。また、内側導体２８ｂの下端は、冷却ジャケット３４及び誘電体板３２の中央部分に形成された孔を通って、スロット板３０に電気的に接続されている。

同軸導波管２８からの搬送波群は、誘電体板３２に伝播され、スロット板３０のスロット３０ａから誘電体窓２０を介して、処理空間Ｓ内に導入される。第１の実施形態においては、同軸導波管２８の内側導体２８ｂの内孔には、導管３６が通っている。スロット板３０の中央部には、導管３６が貫通可能な貫通孔３０ｄが形成されている。導管３６は、軸線Ｘに沿って延在しており、ガス供給系３８に接続される。

ガス供給系３８は、導管３６に被処理体Ｗを処理するための処理ガスを供給する。ガス供給系３８は、ガス源３８ａ、弁３８ｂ、及び流量制御器３８ｃを含み得る。ガス源３８ａは、処理ガスのガス源である。弁３８ｂは、ガス源３８ａからの処理ガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器３８ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源３８ａからの処理ガスの流量を調整する。

第１の実施形態においては、プラズマ処理装置１は、インジェクタ４１を更に備え得る。インジェクタ４１は、導管３６からのガスを誘電体窓２０に形成された貫通孔２０ｈに供給する。誘電体窓２０の貫通孔２０ｈに供給されたガスは、処理空間Ｓに供給される。以下の説明では、導管３６、インジェクタ４１、及び、貫通孔２０ｈによって構成されるガス供給経路を、「中央ガス導入部」ということがある。

ステージ１４は、軸線Ｘ方向において誘電体窓２０と対面するように設けられている。このステージ１４は、誘電体窓２０と当該ステージ１４との間に処理空間Ｓを挟むように設けられている。ステージ１４上には、被処理体Ｗが載置される。第１の実施形態においては、ステージ１４は、台１４ａ、フォーカスリング１４ｂ、及び、静電チャック１４ｃを含む。

台１４ａは、筒状支持部４８によって支持されている。筒状支持部４８は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部４８の外周には、導電性の筒状支持部５０が設けられている。筒状支持部５０は、筒状支持部４８の外周に沿って処理容器１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部５０と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５１が形成されている。

排気路５１の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気孔１２ｈの下部には排気管５４を介して排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、自動圧力制御弁（ＡＰＣ：Automatic Pressure Control valve）と、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプとを有している。排気装置５６により、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。

台１４ａは、高周波電極を兼ねている。台１４ａには、給電棒６２及びマッチングユニット６０を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理体Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波電力（以下適宜「バイアス電力」という）を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。

台１４ａの上面には、静電チャック１４ｃが設けられている。静電チャック１４ｃは、被処理体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック１４ｃの径方向外側には、被処理体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリング１４ｂが設けられている。静電チャック１４ｃは、電極１４ｄ、絶縁膜１４ｅ、及び、絶縁膜１４ｆを含んでいる。電極１４ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１４ｅと絶縁膜１４ｆの間に設けられている。電極１４ｄには、高圧の直流電源６４がスイッチ６６および被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック１４ｃは、直流電源６４より印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、被処理体Ｗを吸着保持することができる。

台１４ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室１４ｇが設けられている。この冷媒室１４ｇには、チラーユニット（図示せず）より配管７０，７２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック１４ｃの上面温度が制御される。伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスがガス供給管７４を介して静電チャック１４ｃの上面と被処理体Ｗの裏面との間に供給されており、この静電チャック１４ｃの上面温度により被処理体Ｗの温度が制御される。

このように構成されたプラズマ処理装置１では、導管３６及びインジェクタ４１を介して、誘電体窓２０の貫通孔２０ｈから処理空間Ｓ内に軸線Ｘに沿ってガスが供給される。また、アンテナ１８から誘電体窓２０を介して処理空間Ｓ及び／又は貫通孔２０ｈ内に搬送波群が導入される。これにより、処理空間Ｓ及び／又は貫通孔２０ｈにおいてプラズマが発生する。なお、アンテナ１８及び誘電体窓２０は、搬送波群を用いて、処理容器１２内にプラズマを生成するプラズマ生成部の一例である。

制御部１００は、プラズマ処理装置１を構成する各部に接続され、各部を統括制御する。制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたコントローラ１０１と、ユーザインタフェース１０２と、記憶部１０３とを備える。

コントローラ１０１は、記憶部１０３に記憶されたプログラム及び処理レシピを実行することにより、搬送波群生成部１６、ステージ１４、ガス供給系３８、排気装置５６等の各部を統括制御する。

ユーザインタフェース１０２は、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネル、プラズマ処理装置１の稼働状況等を可視化して表示するディスプレイ等を有している。

記憶部１０３には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理をコントローラ１０１の制御によって実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記録された、プロセスを実行するためのプロセスレシピ等が保存されている。コントローラ１０１は、ユーザインタフェース１０２からの指示等、必要に応じて、各種の制御プログラムを記憶部１０３から呼び出してコントローラ１０１に実行させることで、コントローラ１０１の制御下で、プラズマ処理装置１での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

例えば、制御部１００は、後述するプラズマ処理方法を行うようにプラズマ処理装置１の各部を制御することができる。詳細な一例を挙げると、制御部１００は、進行波スペクトル検出器２４及び反射波スペクトル検出器２５から受け取った進行波スペクトル及び反射波スペクトルを用いて、プラズマに吸収される搬送波群のパワーである吸収パワーを算出する。そして、制御部１００は、算出した吸収パワーが閾値以上となるように、反射波スペクトルの極小値及び反射波スペクトルの極小値に対応する周波数（以下「極小反射周波数」と呼ぶ）を変動させる「パラメータ」を調整する。本実施形態では、制御部１００は、搬送波群生成部１６を制御して、上記の「パラメータ」として搬送波群の中心周波数を掃引することによって、吸収パワーが閾値以上となる搬送波群の中心周波数を探索する。

次に、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法について説明する。図６は、第１の実施形態に係るプラズマ処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。

図６に示すように、プラズマ処理装置１の搬送波群生成部１６は、所定の中心周波数を中心とする所定の周波数帯域に属する周波数であって、互いに異なる周波数をそれぞれ有する複数の搬送波から成る搬送波群を生成する（ステップＳ１０１）。なお、搬送波群生成部１６によって生成される搬送波群における中心周波数及び周波数帯域の初期値は、制御部１００によって制御される。

アンテナ１８及び誘電体窓２０は、搬送波群を用いて、処理容器１２内にプラズマを生成する（ステップＳ１０２）。

制御部１００は、搬送波群生成部１６を制御して、搬送波群の中心周波数を予め定められた周波数範囲の下限値に設定する（ステップＳ１０３）。

制御部１００は、進行波スペクトル検出器２４及び反射波スペクトル検出器２５から、それぞれ、進行波スペクトル及び反射波スペクトルを受け取る（ステップＳ１０４）。

制御部１００は、進行波スペクトル及び反射波スペクトルを用いて、吸収パワーを算出する（ステップＳ１０５）。より詳細には、制御部１００は、進行波スペクトルと反射波スペクトルとの差分を周波数で積分することによって、吸収パワーを算出する。

制御部１００は、現在の搬送波群の中心周波数に対応付けて吸収パワーを記憶部１０３に記録する（ステップＳ１０６）。これにより、記憶部１０３には、互いに異なる複数の中心周波数に関して、中心周波数毎の吸収パワーが順次記録される。

制御部１００は、搬送波群生成部１６を制御して、予め定められた周波数範囲の上限値へ向けて、搬送波群の中心周波数を所定幅だけずらす（ステップＳ１０７）。すなわち、制御部１００は、搬送波群生成部１６を制御して、予め定められた周波数範囲において、上記の「パラメータ」として搬送波群の中心周波数を掃引（変更）する。これにより、反射波スペクトルの極小値及び極小反射周波数が変動し、結果として、吸収パワーが変化する。

図７は、搬送波群の中心周波数の変化に応じた吸収パワーの変化の説明に供する図である。図７において、横軸は、周波数［ＧＨｚ］であり、縦軸は、パワー［ｄＢｍ］である。なお、本測定における方向性結合器は、結合度６０ｄＢｍであるので、実際のパワーは縦軸の数値に６０ｄＢｍを加えた数値になる。また、図７において、グラフ５０１は、搬送波群の中心周波数が２．４５０ＧＨｚである場合の進行波スペクトルを示しており、グラフ５０２は、搬送波群の中心周波数が２．４５０ＧＨｚである場合の反射波スペクトルを示している。また、図７において、グラフ５０３は、搬送波群の中心周波数が２．４６４ＧＨｚである場合の進行波スペクトルを示しており、グラフ５０４は、搬送波群の中心周波数が２．４６４ＧＨｚである場合の反射波スペクトルを示している。また、図７において、搬送波群の中心周波数が２．４５０ＧＨｚである場合の吸収パワーは、グラフ５０１とグラフ５０２とで挟まれる領域の面積Ａ１に相当する。また、図７において、搬送波群の中心周波数が２．４６４ＧＨｚである場合の吸収パワーは、グラフ５０３とグラフ５０４とで挟まれる領域の面積Ａ２に相当する。また、図７では、面積Ａ１と面積Ａ２との大小関係が、矢印の大小関係で示されているものとする。なお、図７の例では、処理条件として、処理ガス及び流量：Ｃｌ２／Ａｒ＝１００／３００ｓｃｃｍ、圧力：１４０ｍＴｏｒｒ、搬送波群の周波数帯域：４０ＭＨｚが用いられたものとする。

図７に示すように、搬送波群の中心周波数が２．４５０ＧＨｚから２．４６４ＧＨｚへ変更されると、反射波スペクトルの極小値及び極小反射周波数が変動する。その結果、図７の面積Ａ１，Ａ２で示されるように、吸収パワーが増大することが分かる。

図６の説明に戻り、制御部１００は、搬送波群の中心周波数が予め定められた周波数範囲の上限値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１０８）。制御部１００は、搬送波群の中心周波数が予め定められた周波数範囲の上限値を超えていない場合（ステップＳ１０８否定）、処理をステップＳ１０４へ戻す。

一方、制御部１００は、搬送波群の中心周波数が予め定められた周波数範囲の上限値を超えた場合（ステップＳ１０８肯定）、記憶部１０３を参照して、吸収パワーが閾値以上となる搬送波群の中心周波数を特定する（ステップＳ１０９）。特定された搬送波群の中心周波数は、制御部１００によって、搬送波群生成部１６に設定される。

以上のように、第１の実施形態のプラズマ処理装置１は、搬送波群を用いて処理容器１２内にプラズマを生成する場合に、進行波スペクトル及び反射波スペクトルを用いて、吸収パワーを算出し、吸収パワーが閾値以上となるように、搬送波群の中心周波数を調整する。これにより、搬送波群の中心周波数の調整に追従して反射波スペクトルの極小値及び極小反射周波数を自在に変動させることができるので、吸収パワーを可能な限り増大させることができる。結果として、搬送波群のパワーをプラズマへ高効率に吸収させることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、上記の「パラメータ」として、搬送波群の中心周波数に代えて、チューナの可動板の突出位置を調整する点が第１の実施形態と異なる。なお、第２の実施形態のプラズマ処理装置の基本構成は、第１の実施形態のプラズマ処理装置１と同様であるので、図１を参照して説明する。

第２の実施形態のプラズマ処理装置１において、制御部１００は、吸収パワーが閾値以上となるように、上記の「パラメータ」として、チューナ２６の可動板２６ａ，２６ｂの突出位置を調整する。具体的には、制御部１００は、チューナ２６を制御して、上記の「パラメータ」として可動板２６ａ，２６ｂの突出位置を掃引することによって、吸収パワーが閾値以上となる可動板２６ａ，２６ｂの突出位置を探索する。

次に、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１を用いたプラズマ処理方法について説明する。図８は、第２の実施形態に係るプラズマ処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。

図８に示すように、プラズマ処理装置１の搬送波群生成部１６は、所定の中心周波数を中心とする所定の周波数帯域に属する周波数であって、互いに異なる周波数をそれぞれ有する複数の搬送波から成る搬送波群を生成する（ステップＳ２０１）。なお、搬送波群生成部１６によって生成される搬送波群における中心周波数及び周波数帯域の初期値は、制御部１００によって制御される。

アンテナ１８及び誘電体窓２０は、搬送波群を用いて、処理容器１２内にプラズマを生成する（ステップＳ２０２）。

制御部１００は、チューナ２６を制御して、可動板２６ａ，２６ｂの突出位置を予め定められた可動範囲の下限値に設定する（ステップＳ２０３）。

制御部１００は、進行波スペクトル検出器２４及び反射波スペクトル検出器２５から、それぞれ、進行波スペクトル及び反射波スペクトルを受け取る（ステップＳ２０４）。

制御部１００は、進行波スペクトル及び反射波スペクトルを用いて、吸収パワーを算出する（ステップＳ２０５）。より詳細には、制御部１００は、進行波スペクトルと反射波スペクトルとの差分を周波数で積分することによって、吸収パワーを算出する。

制御部１００は、現在の可動板２６ａ，２６ｂの突出位置に対応付けて吸収パワーを記憶部１０３に記録する（ステップＳ２０６）。これにより、記憶部１０３には、互いに異なる複数の可動板２６ａ，２６ｂの突出位置に関して、可動板２６ａ，２６ｂの突出位置毎の吸収パワーが順次記録される。

制御部１００は、チューナ２６を制御して、予め定められた可動範囲の上限値に向けて、可動板２６ａ，２６ｂの突出位置を所定幅だけずらす（ステップＳ２０７）。すなわち、制御部１００は、チューナ２６を制御して、予め定められた可動範囲において、上記の「パラメータ」として可動板２６ａ，２６ｂの突出位置を掃引する。これにより、反射波スペクトルの極小値及び極小反射周波数が変動し、結果として、吸収パワーが変化する。

図９は、チューナの可動板の突出位置に応じた吸収パワーの変化の説明に供する図である。図９において、横軸は、周波数［ＧＨｚ］であり、縦軸は、パワー［ｄＢｍ］である。また、図９において、グラフ６０１は、可動板２６ａ，２６ｂの突出位置が掃引（変更）された場合の進行波スペクトルを示しており、グラフ群６０２は、可動板２６ａ，２６ｂの突出位置が掃引（変更）された場合の反射波スペクトルを示している。また、図９において、（Ｘ，Ｙ）は、可動板２６ａ，２６ｂの突出位置の組合せであり、Ｘは、可動板２６ａの突出位置（ｍｍ）を示し、Ｙは、可動板２６ｂの突出位置（ｍｍ）を示す。また、図９において、吸収パワーは、グラフ６０１とグラフ群６０２の各グラフとで挟まれる領域の面積に相当する。なお、図９の例では、処理条件として、処理ガス及び流量：ＨＢｒ／Ａｒ＝８００／７００ｓｃｃｍ、圧力：１００ｍＴｏｒｒ、搬送波群の周波数帯域：４０ＭＨｚが用いられたものとする。

図９に示すように、可動板２６ａ，２６ｂの突出位置が掃引されると、反射波スペクトルの極小値及び極小反射周波数が変動する。図９の例では、可動板２６ａの突出位置が３ｍｍであり、かつ、可動板２６ｂの突出位置が−１２ｍｍである場合に、反射波スペクトルの極小値が最小となり、結果として、吸収パワーが最大となることが分かる。

図８の説明に戻り、制御部１００は、可動板２６ａ，２６ｂの突出位置が予め定められた可動範囲の上限値を超えたか否かを判定する（ステップＳ２０８）。制御部１００は、可動板２６ａ，２６ｂの突出位置が予め定められた可動範囲の上限値を超えていない場合（ステップＳ２０８否定）、処理をステップＳ２０４へ戻す。

一方、制御部１００は、可動板２６ａ，２６ｂの突出位置が予め定められた可動範囲の上限値を超えた場合（ステップＳ２０８肯定）、記憶部１０３を参照して、吸収パワーが閾値以上となる可動板２６ａ，２６ｂの突出位置を特定する（ステップＳ２０９）。特定された可動板２６ａ，２６ｂの突出位置は、制御部１００によって、チューナ２６に設定される。

以上のように、第２の実施形態のプラズマ処理装置１は、搬送波群を用いて処理容器１２内にプラズマを生成する場合に、進行波スペクトル及び反射波スペクトルを用いて、吸収パワーを算出し、吸収パワーが閾値以上となるように、チューナ２６の可動板２６ａ，２６ｂの突出位置を調整する。これにより、チューナ２６の可動板２６ａ，２６ｂの突出位置の調整に追従して反射波スペクトルの極小値及び極小反射周波数を自在に変動させることができるので、吸収パワーを可能な限り増大させることができる。結果として、搬送波群のパワーをプラズマへ高効率に吸収させることができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、上記の「パラメータ」の調整手法のバリエーションに関する。なお、第３の実施形態のプラズマ処理装置の基本構成は、第１の実施形態と同様である。

第３の実施形態に係るプラズマ処理装置１において、制御部１００は、吸収パワーが閾値以上となり、かつ、極小反射周波数が処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲に属するように、上記の「パラメータ」を調整する。

図１０は、第３の実施形態に係る制御部の動作の一例を説明するための図である。図１０において、横軸は、極小反射周波数を示し、縦軸は、進行波スペクトルと反射波スペクトルとの差分を示している。また、図１０において、正常放電範囲Ａは、処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲を示し、異常放電範囲Ｂは、処理容器１２内に異常放電を発生させる周波数の範囲を示している。なお、異常放電とは、処理容器１２内の予め許容された位置以外の位置で発生する放電を指す。正常放電範囲Ａ及び異常放電範囲Ｂは、実験等を用いて予め選定される。

制御部１００は、搬送波群生成部１６を制御して、上記の「パラメータ」として搬送波群の中心周波数を掃引する。そして、制御部１００は、掃引により得られる複数の搬送波群の中心周波数のうち、極小反射周波数が図１０に示す正常放電範囲Ａに属する場合の搬送波群の中心周波数のみを選択することによって、吸収パワーが閾値以上となる搬送波群の中心周波数を探索する。

以上のように、第３の実施形態のプラズマ処理装置１は、吸収パワーが閾値以上となり、かつ、極小反射周波数が処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲に属するように、上記の「パラメータ」として搬送波群の中心周波数を調整する。結果として、異常放電の発生を抑制しつつ、搬送波群のパワーをプラズマへ高効率に吸収させることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、極小反射周波数が処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲を逸脱する場合に、警告を発する点が、第３の実施形態と異なる。なお、第４の実施形態のプラズマ処理装置の基本構成は、第３の実施形態と同様である。

極小反射周波数は、処理容器１２の消耗又は処理容器１２内の部材の消耗に伴って、経時的に変化することが知られている。そこで、第４の実施形態では、極小反射周波数を用いて、処理容器１２又は処理容器１２内の部材のメンテナンス時期を報知するための警告を発する。

すなわち、第４の実施形態に係るプラズマ処理装置１において、制御部１００は、極小反射周波数が処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲を逸脱する場合に、警告を発する。例えば、制御部１００は、極小反射周波数が処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲を逸脱する場合に、処理容器１２又は処理容器１２内の部材のメンテナンスを促すメッセージを図示しないディスプレイに表示することによって、警告を発する。

図１１は、第４の実施形態に係る制御部の動作の一例を説明するための図である。図１１において、横軸は、時間を示し、縦軸は、極小反射周波数を示している。また、図１１において、「下限値」は、処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲の下限値を示している。

図１１に示すように、極小反射周波数は、処理容器１２の消耗又は処理容器１２内の部材の消耗に伴って、経時的に変化する。この経時的な変化に起因して、極小反射周波数が、時刻ｔ１において、処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲の下限値を下回るものとする。この場合、制御部１００は、時刻ｔ１において、処理容器１２又は処理容器１２内の部材のメンテナンスを促すメッセージを図示しないディスプレイに表示することによって、警告を発する。これにより、警告を受け取ったプラズマ処理装置１の使用者は、処理容器１２又は処理容器１２内の部材のメンテナンスを行う。すると、極小反射周波数は、処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲に収まる。その後、極小反射周波数は、再び、処理容器１２の消耗又は処理容器１２内の部材の消耗に伴って、経時的に変化する。この経時的な変化に起因して、極小反射周波数が、時刻ｔ２において、処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲の下限値を下回るものとする。この場合、制御部１００は、時刻ｔ２において、処理容器１２又は処理容器１２内の部材のメンテナンスを促すメッセージを図示しないディスプレイに表示することによって、警告を発する。その後、このような処理が繰り返される。

以上のように、第４の実施形態のプラズマ処理装置１は、極小反射周波数が処理容器１２内に異常放電を発生させない周波数の範囲を逸脱する場合に、警告を発する。結果として、極小反射周波数を用いて、処理容器１２又は処理容器１２内の部材のメンテナンス時期を報知することができる。

なお、開示の技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記した各実施形態において、制御部１００は、吸収パワーが閾値以上となるように、上記の「パラメータ」を調整したが、開示の技術はこれに限られない。例えば、制御部１００は、吸収パワーが最大値となるように、上記の「パラメータ」を調整してもよい。これにより、搬送波群のパワーをプラズマへより効率的に吸収させることができる。

また、上記した各実施形態において、制御部１００は、上記の「パラメータ」を調整した後に、搬送波群生成部１６を制御して、吸収パワーが閾値以上の一定値となるように、搬送波群の進行波のパワーを調整してもよい。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、搬送波群の進行波のパワーの調整を説明するための図である。図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、横軸は、搬送波群の中心周波数を示し、縦軸は、搬送波群の進行波のパワー［Ｗ］を示している。なお、搬送波群の進行波のパワーは、吸収パワーと、搬送波群の反射波のパワーとの和に相当する。図１２Ａは、制御部１００が、搬送波群生成部１６を制御して、吸収パワーが閾値である２５５０Ｗ以上となるように、上記の「パラメータ」として、搬送波群の中心周波数を２４３８ＭＨｚ又は２４６２ＭＨｚに調整した状態を示している。また、図１２Ｂは、搬送波群の中心周波数を２４３８ＭＨｚ又は２４６２ＭＨｚに調整した後に、搬送波群生成部１６を制御して、吸収パワーが閾値以上の一定値である２７５０Ｗとなるように、搬送波群の進行波のパワーを調整した状態を示している。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、搬送波群の進行波のパワーの調整による効果を説明するための図である。図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、横軸は、搬送波群の中心周波数を示し、縦軸は、搬送波群を用いて処理容器１２内に生成されたプラズマの発光強度［ａ．ｕ．］を示している。図１３Ａは、搬送波群の中心周波数が２４３８ＭＨｚに調整された場合のプラズマの発光強度と、搬送波群の中心周波数が２４６２ＭＨｚに調整された場合のプラズマの発光強度とを示している。また、図１３Ｂは、搬送波群の中心周波数が２４３８ＭＨｚに調整された後に、吸収パワーが閾値以上の一定値である２７５０Ｗとなるように、搬送波群の進行波のパワーを調整した場合のプラズマの発光強度と、搬送波群の中心周波数が２４６２ＭＨｚに調整された後に、吸収パワーが閾値以上の一定値である２７５０Ｗとなるように、搬送波群の進行波のパワーを調整した場合のプラズマの発光強度とを示している。

図１３Ａに示すように、搬送波群の進行波のパワーが調整されていない場合、中心周波数が２４３８ＭＨｚに調整された搬送波群に応じたプラズマの発光強度と、中心周波数が２４６２ＭＨｚに調整された搬送波群に応じたプラズマの発光強度との差が比較的に大きい。

これに対して、図１３Ｂに示すように、搬送波群の進行波のパワーが調整された場合、中心周波数が２４３８ＭＨｚに調整された搬送波群に応じたプラズマの発光強度と、中心周波数が２４６２ＭＨｚに調整された搬送波群に応じたプラズマの発光強度との差が小さくなった。すなわち、吸収パワーが閾値以上の一定値である２７５０Ｗとなるように、搬送波群の進行波のパワーが調整されることによって、プラズマの発光強度の変動、言い換えると、プラズマ密度の変動が抑制されることが分かった。

１ プラズマ処理装置
１２ 処理容器
１４ ステージ
１６ 搬送波群生成部
１８ アンテナ
２０ 誘電体窓
３０ スロット板
３８ ガス供給系
１００ 制御部
１０１ コントローラ
１０２ ユーザインタフェース
１０３ 記憶部

Claims (8)

1. 処理容器と、
   所定の中心周波数を中心とする所定の周波数帯域に属する周波数であって、互いに異なる周波数をそれぞれ有する複数の搬送波から成る搬送波群を生成する搬送波群生成部と、
   前記搬送波群を用いて、前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   前記搬送波群の進行波の周波数スペクトルである進行波スペクトルと、前記搬送波群の反射波の周波数スペクトルである反射波スペクトルとを検出するスペクトル検出部と、
   前記進行波スペクトル及び前記反射波スペクトルを用いて、前記プラズマに吸収される前記搬送波群のパワーである吸収パワーを算出し、前記吸収パワーが閾値以上となるように、前記反射波スペクトルの極小値及び当該極小値に対応する周波数を変動させるパラメータを調整する制御部と
   を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記制御部は、前記搬送波群生成部を制御して、前記パラメータとして前記搬送波群の前記中心周波数を掃引することによって、前記吸収パワーが前記閾値以上となる搬送波群の前記中心周波数を探索することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 可動自在な可動部材を含み、基準位置に対する前記可動部材の位置に応じて、前記搬送波群生成部と前記処理容器との間のインピーダンスを整合するチューナをさらに有し、
   前記制御部は、前記チューナを制御して、前記パラメータとして前記可動部材の位置を掃引することによって、前記吸収パワーが前記閾値以上となる前記可動部材の位置を探索することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記制御部は、前記吸収パワーが閾値以上となり、かつ、前記反射波スペクトルの極小値に対応する周波数が前記処理容器内に異常放電を発生させない周波数の範囲に属するように、前記パラメータを調整することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記反射波スペクトルの極小値に対応する周波数は、前記処理容器の消耗又は前記処理容器内の部材の消耗に伴って、経時的に変化し、
   前記制御部は、前記反射波スペクトルの極小値に対応する周波数が前記処理容器内に異常放電を発生させない周波数の範囲を逸脱する場合に、警告を発することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記制御部は、前記吸収パワーが最大値となるように、前記パラメータを調整することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記制御部は、前記パラメータを調整した後、前記搬送波群生成部を制御して、前記吸収パワーが前記閾値以上の一定値となるように、前記搬送波群の進行波のパワーを調整することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
8. 処理容器と、
   所定の中心周波数を中心とする所定の周波数帯域に属する周波数であって、互いに異なる周波数をそれぞれ有する複数の搬送波から成る搬送波群を生成する搬送波群生成部と、
   前記搬送波群を用いて、前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   前記搬送波群の進行波の周波数スペクトルである進行波スペクトルと、前記搬送波群の反射波の周波数スペクトルである反射波スペクトルとを検出するスペクトル検出部と
   を有するプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、
   前記進行波スペクトルと前記反射波スペクトルとを用いて、前記プラズマに吸収される前記搬送波群のパワーである吸収パワーを算出し、
   前記吸収パワーが閾値以上となるように、前記反射波スペクトルの極小値及び当該極小値に対応する周波数を変動させるパラメータを調整する
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。

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