プラズマ処理装置の制御方法
【課題】稼動状態を維持したまま処理室内から付着物を除去することが可能なプラズマ処理装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】ウェハに対するプラズマ処理が開始される直前に下部電極に対してオーバーシュート電圧が印加される。このオーバーシュート電圧によって，下部電極の周辺部に付着し堆積した付着物が除去されるため，プラズマ点火直後の処理室内における異常放電の発生が防止される。
【解決手段】ウェハに対するプラズマ処理が開始される直前に下部電極に対してオーバーシュート電圧が印加される。このオーバーシュート電圧によって，下部電極の周辺部に付着し堆積した付着物が除去されるため，プラズマ点火直後の処理室内における異常放電の発生が防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，被処理体，例えば半導体ウェハに対して，エッチング処理などのプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，半導体製造工程においては，被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という）の表面に微細加工を施すために，処理室内に導入された反応性ガス（処理ガス）の高周波グロー放電を利用したプラズマ処理装置が広く使用されている。その中でも処理室内の上下に電極を対向配置したいわゆる平行平板型のプラズマ処理装置は，大口径のウェハの処理に適している。
【０００３】
平行平板型プラズマエッチング処理装置は，処理室内に，互いに平行に昇降可能に配置された上部電極と下部電極を備える。このうち下部電極は，ウェハの載置台としての役割も果たす。上部電極と下部電極にはそれぞれ周波数を異にする高周波電力が印加され，ウェハが載置された下部電極と上部電極との間にグロー放電が生じ，処理室内に導入された反応性ガスがプラズマ化する。プラズマ中のイオンは，両電極間に生じる電位差によってウェハの表面に衝突し，この結果，ウェハ表面に形成されている膜（例えば絶縁膜）がエッチングされる。
【０００４】
下部電極の外周縁部には，下部電極の上面に載置されたウェハを囲むフォーカスリングが配置され，上部電極の外周縁部にはシールドリングが設けられる。これらの二つのリングによって，上下両電極間で発生したプラズマがウェハに集束し，ウェハ面内でのプラズマ密度が均一化する。
【０００５】
ところで，半導体の製造工程において，プラズマ処理装置の処理室内には，成膜用あるいは膜除去用として種々の反応性ガスが導入される。こららの反応性ガスは，それぞれの目的に応じて完全に反応することが好ましいが，一部は未反応のまま処理室外に排出され，また一部は不要な反応生成物を発生させてしまう。そして，この不要な反応生成物は，処理室内の様々な部位に付着してしまう。以下，処理室内に付着した不要な反応生成物を「付着物」と称する。
【０００６】
プラズマ処理装置の処理室内を洗浄することによって，付着物は処理室内から除去されるが，プラズマ処理装置が稼動し始め，ウェハに対するプラズマ処理が繰り返し行われると，処理室内に新たな付着物が現れ，この付着物は次第に成長していく。
【０００７】
特に，上下の電極の周囲部，例えばフォーカスリング等に付着物が堆積すると，プラズマ点火直後に付着物に起因する異常放電が発生し，以後の成膜や膜除去が適切に行えなくなる可能性がある。また，プラズマ処理装置全体が緊急停止し，システム側から処理室内の洗浄が要求されるおそれもある。
【０００８】
このような付着物の問題に関して，下記特許文献１に記載の発明は，電極部と電極周囲部とがベースプレート上に固定されたことを特徴とするＥＣＲ−ＣＶＤ装置の試料台を提供している。
【０００９】
例えば，特許文献１に記載の発明によれば，電極周囲部は，酸化アルミニウム等で形成され，さらにベースプレート上に固定されているため，所定の剛性，耐酸性，および絶縁性を有する。したがって，電極周囲部を繰り返し洗浄して，常に付着物のない状態に保つことが可能となる。また，電極周囲部の洗浄にかかる時間の短縮化も実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−５８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら，従来技術によれば，電極周囲部から付着物を除去することを目的とした洗浄作業が容易化されるものの，付着物を除去するためには，依然としてプラズマ処理装置を停止させなければならなかった。大口径のウェハに対して，多層構造を形成する今日の半導体製造工程においては，付着物が成長する速度は従来に比べて早まる傾向にあり，付着物を除去するために稼動状態にあるプラズマ処理装置をその都度停止させていたのでは，スループットが大きく低下してしまう。
【００１２】
本発明は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的は，稼動状態を維持したまま処理室内から付着物を除去することが可能な新規かつ改良されたプラズマ処理装置およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，処理室内に配置された第１電極と，処理室内において第１電極に対向する位置に配置された第２電極と，第２電極の外周縁部に、被処理体を囲むように配置されたフォーカスリングと，第１電極に第１電力を供給する第１電力源を有する第１電力系と，第２電極に第２電力を供給する第２電力源を有する第２電力系と，第１電力系及び第２電力系を制御する制御部と，を備えたプラズマ処理装置の制御方法が提供される。この制御方法は，第２電極状に被処理体を配置している状態で，プラズマ点火後であってプラズマ処理を開始する前の所定期間，被処理体のプラズマ処理中に第２電極に印加する電圧よりも高い処理前電圧が第２電極に印加されるように，第１電力系及び第２電力系の少なくともいずれかを制御することを特徴としている。
【００１４】
第２電極に対して，適切な大きさの処理前電圧を印加することによって，処理室内，特に第２電極周辺に付着堆積した付着物を除去することが可能となる。第２電極に対する処理前電圧の印加タイミングを被処理体に対するプラズマ処理が開始される前に設定すれば，処理室内に付着物がない状態で被処理体に対するプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００１５】
第１電源側のインピーダンスと第１電極側のインピーダンスを整合させる第１整合器，および第２電源側のインピーダンスと第２電極側のインピーダンスを整合させる第２整合器の両方またはいずれか一方のリアクタンスを調整すれば，第２電極に印加する処理前電圧を容易に生成することができる。また，第１電源から第１電力が出力されるタイミングと第１電力の電力レベル，および第２電源から第２電力が出力されるタイミングと第２電力の電力レベルを調整することによって，第２電極に印加する処理前電圧を生成するようにしてもよい。
【００１６】
かかる制御方法によれば，プラズマ処理準備工程において形成されるプラズマによって，処理室内，特に第２電極周辺に付着堆積した付着物をスパッタリング除去することが可能となる。プラズマ処理準備工程は，被処理体に対する所定のプラズマ処理を行うためのプラズマ処理工程の前に行われるため，処理室内に付着物がない状態で被処理体に対するプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００１７】
プラズマ処理準備工程の所定期間では，第２電極に対して，プラズマ処理工程中に第２電極に印加される電圧よりも高い処理前電圧が印加される。この処理前電圧によって，第２電極周辺から付着物が確実に除去されることになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上本発明によれば，第２電極に対してオーバーシュート電圧が印加されるため，処理室内，特に第２電極周辺から付着物を除去することが可能となる。第２電極に対するオーバーシュート電圧の印加タイミングを被処理体に対するプラズマ処理が開始される前に設定すれば，プラズマ処理の開始時における異常放電の発生が防止される。また，プラズマ処理中において，プラズマの均一性が確保される。さらに，プラズマ処理装置のスループットの向上も実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態にかかるプラズマ処理装置が備えるサセプタおよびその周辺部の構成を示す断面図。
【図３】一般的なプラズマ処理装置における第１高周波電力，第２高周波電力，および下部電極電圧の波形図。
【図４】本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置における第１高周波電力，第２高周波電力，および下部電極電圧の波形図。
【図５】一般的なプラズマ処理装置におけるインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート。
【図６】本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置におけるインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート。
【図７】サセプタ（下部電極）の電圧をオーバーシュートさせない場合と，オーバーシュートさせた場合の異常放電の発生頻度を示す説明図。
【図８】サセプタ（下部電極）に印加されるオーバーシュート電圧を示す波形図。
【図９】異常放電の抑制効果とオーバーシュート量との関係を示す説明図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置に備えられた制御部が出力する制御信号の波形図。
【図１１】同実施の形態にかかるプラズマ処理装置における第１高周波電力，第２高周波電力，および下部電極電圧の波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるプラズマ処理装置およびその制御方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００の構成を図１に示す。プラズマ処理装置１００は，導電性材料，例えばアルミニウムから成る処理容器（図示せず）を有している。この処理容器内には，被処理体であるウェハＷに対して所定のプラズマ処理が施される処理室１１０が形成されている。
【００２２】
処理室１１０内には，上部電極（第１電極）１２０とサセプタ１３０が対向配設されている。処理室１１０内下方に位置する略円柱形のサセプタ１３０は，プラズマ処理中にウェハＷが載置される載置台として用いられるとともに，処理室１１０の上方に設けられた上部電極１２０と一対を成してグロー放電を生じさせ，処理室１１０内に導入された反応性ガスをプラズマ化させる下部電極（第２電極）として機能する。上部電極１２０とサセプタ１３０の間に形成されたプラズマＰによって，ウェハＷに対してエッチング等の所定のプラズマ処理が行われる。
【００２３】
上部電極１２０は，サセプタ１３０と，例えば５ｍｍ〜１５０ｍｍの空間をもって配置されている。なお，上部電極１２０とサセプタ１３０は，それぞれ独立して上下動が可能であり，これらの間隔はプラズマ処理の内容に応じて，かつプラズマの均一性が得られるように調整される。
【００２４】
次に，プラズマ処理装置１００に備えられた高周波電力系について説明する。プラズマ処理装置１００は，上部電極１２０に第１高周波電力１４７を供給するための第１電力系と，サセプタ１３０に第２高周波電力１５７を供給するための第２電力系の２つの電力系を有する。
【００２５】
第１電力系には，例えば６０ＭＨｚの第１高周波電力１４７を出力する第１高周波電源１４１，負荷側のインピーダンスを第１高周波電源１４１側のインピーダンスに整合させる第１整合器１４３，およびサセプタ１３０に接続されたハイパス・フィルタ（ＨＰＦ）１４５が属する。第１整合器１４３は，キャパシタンスの変更が可能な可変キャパシタＣ１Ｕおよび可変キャパシタＣ２Ｕから構成されている。可変キャパシタＣ１Ｕは，第１高周波電力１４７の伝送路とグランドとの間に接続されており，可変キャパシタＣ２Ｕは，第１高周波電力１４７の伝送路に直列に接続されている。
【００２６】
一方の第２電力系には，例えば２ＭＨｚの第２高周波電力１５７を出力する第２高周波電源１５１，負荷側のインピーダンスを第２高周波電源１５１側のインピーダンスに整合させる第２整合器１５３，および上部電極１２０に接続されたローパス・フィルタ（ＬＰＦ）１５５が属する。第２整合器１５３は，インダクタンスの変更が可能な可変インダクタＬ１Ｌおよび可変インダクタＬ２Ｌ，並びに，キャパシタンス一定のキャパシタＣ１ＬおよびキャパシタＣ２Ｌから構成されている。可変インダクタＬ１Ｌ，可変インダクタＬ２Ｌ，キャパシタＣ２Ｌは，第２高周波電源１５１側から順に，第２高周波電力１５７の伝送路に直列に接続されている。また，キャパシタＣ１Ｌは，可変インダクタＬ１Ｌと可変インダクタＬ２Ｌの接続ラインとグランドとの間に接続されている。
【００２７】
第１高周波電源１４１から出力された第１高周波電力１４７は，第１整合器１４３を経由して上部電極１２０に供給され，第２高周波電源１５１から出力された第２高周波電力１５７は，第２整合器１５３を経由してサセプタ１３０に供給される。これによって，処理室１１０に導入された反応性ガスがプラズマ化する。
【００２８】
上部電極１２０とサセプタ１３０の間にプラズマＰが生じると，上部電極１２０からサセプタ１３０へ第１高周波電力１４７が流れ，逆にサセプタ１３０から上部電極１２０へ第２高周波電力１５７が流れる。サセプタ１３０へ貫流した第１高周波電力１４７は，ＨＰＦ１４５を経由してグランドへ落とされ，上部電極１２０へ貫流した第２高周波電力１５７は，ＬＰＦ１５５を経由してグランドへ落とされる。サセプタ１３０にＨＰＦ１４５が接続されているため，第２電力系を構成する第２整合器１５３および第２高周波電源１５１への第１高周波電力１４７の流れ込みが防止され，第２電力系の動作の安定化が図られる。同様に，上部電極１２０にＬＰＦ１５５が接続されているため，第１電力系を構成する第１整合器１４３および第１高周波電源１４１への第２高周波電力１５７の流れ込みが防止され，第１電力系の動作の安定化が図られる。
【００２９】
なお，図１に示した第１整合器１４３および第２整合器１５３の内部回路は一例であり，プラズマ処理装置１００の構成（特に高周波電力系の構成）またはプロセス条件等に応じて，キャパシタやインダクタの接続関係およびそれぞれの実装数を変更することが好ましい。
【００３０】
プラズマ処理装置１００は，第１電力系と第２電力系を制御する制御部１６０を備えている。この制御部１６０は，第１高周波電源１４１，第１整合器１４３，第２高周波電源１５１，および第２整合器１５３に対して，所定の少なくとも以下の制御を行う。以下，制御部１６０が行う制御の具体例を説明する。
【００３１】
制御部１６０は，第１高周波電源１４１から上部電極１２０に対して出力される第１高周波電力１４７の出力周波数，出力タイミング，およびその電力レベルを制御する。
【００３２】
また，制御部１６０は，第１高周波電源１４１側のインピーダンスが例えば５０Ωであれば，第１整合器１４３の入力端子１４３−１から負荷側を見たときのインピーダンスが５０Ωとなるように，第１整合器１４３に属する可変キャパシタＣ１Ｕと可変キャパシタＣ２Ｕのキャパシタンスを調整する。
【００３３】
さらに，制御部１６０は，第２高周波電源１５１からサセプタ１３０に対して出力される第２高周波電力１５７の出力周波数，出力タイミング，およびその電力レベルを制御する。
【００３４】
また，制御部１６０は，第２高周波電源１５１側のインピーダンスが例えば５０Ωであれば，第２整合器１５３の入力端子１５３−１から負荷側を見たときのインピーダンスが５０Ωとなるように，第２整合器１５３に属する可変インダクタＬ１Ｌと可変インダクタＬ２Ｌのインダクタンスを調整する。
【００３５】
なお，図１には示していないが，第１整合器１４３と上部電極１２０との間に，上部電極１２０に供給される第１高周波電力１４７に関する情報（例えば，第１高周波電力１４７の周波数，その電力レベル，および上部電極１２０に対して第１高周波電力１４７が印加された実際のタイミング）を検出する第１検出器を備え，この第１検出器によって検出された情報を制御部１６０へフィードバックさせるようにしてもよい。この構成によって，制御部１６０は，第１高周波電源１４１と第１整合器１４３の動作をより高精度に制御することが可能となる。また，第２整合器１５３とサセプタ１３０との間に第２検出器を備えることによって，第２高周波電源１５１および第２整合器１５３の制御に関して同様の効果が得られる。
【００３６】
次に，処理室１１０内に備えられた下部電極（第２電極）としてのサセプタ１３０とその周辺部について図２を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
上述のように，下部電極（第２電源）として機能するサセプタ１３０には第２整合器１５３を介して第２高周波電源１５１が接続されている。
【００３８】
サセプタ１３０の上面には静電チャック１７０が配置されている。この静電チャック１７０の電極板１７０ａには直流電源１７２が接続されている。このような静電チャック１７０によれば，高真空下で直流電源１７２から電極板１７０ａに高電圧を印加することにより，ウェハＷを静電吸着することができる。
【００３９】
サセプタ１３０の外周縁部には，静電チャック１７０の上面に載置されたウェハＷを囲むフォーカスリング１８０が配置されている。このフォーカスリング１８０は，導電体である。また，フォーカスリング１８０は，絶縁体であるカバーリング１８２によって囲まれている。
【００４０】
ここで，一般的なプラズマ処理動作について説明する。プラズマ処理の対象であるウェハＷは，搬送手段（図示せず）によって図１，図２に示した処理室１１０に搬入される。ウェハＷは，待機位置まで下降しているサセプタ１３０上の静電チャック１７０に載置される。静電チャック１７０に対して高圧直流電源１７２から直流電圧が印加されると，ウェハＷが静電チャック１７０上に吸着保持される。
【００４１】
サセプタ１３０は，上部電極１２０との間隔が１５〜４５ｍｍの範囲に収まる位置まで上昇する。その後，処理室１１０内は１５〜８００ｍＴｏｒｒの範囲に収まる程度の所定の圧力に調整される。そして，処理室１１０内が所定の圧力に達したところで，反応性ガスが処理室１１０内に導入される。
【００４２】
次に，制御部１６０からの制御信号に従い，第１高周波電源１４１は第１高周波電力１４７を出力し，第２高周波電源１５１は第２高周波電力１５７を出力する。第１高周波電力１４７が上部電極１２０に印加され，第２高周波電力１５７がサセプタ１３０に印加されると，上部電極１２０とサセプタ１３０との間にグロー放電が生じプラズマＰが点火する。点火したプラズマＰが安定したところで，ウェハＷに対するエッチング等の所定のプラズマ処理が開始される。
【００４３】
プラズマ処理装置１００によるプラズマ処理が開始されると，フォーカスリング１８０はウェハＷにプラズマが集束するように機能するが，もしフォーカスリング１８０がなければ，プラズマが処理室１１０の内壁側に拡散してしまい，上部電極１２０およびサセプタ１３０の各周縁部でプラズマ密度が低下してしまう。このフォーカスリング１８０により，ウェハＷの中央部から周縁部に亘り，プラズマ密度を均一にすることが可能となる。この結果，プラズマの不均一性に起因するウェハＷの周縁部における異常放電が防止される。
【００４４】
ところが上述のように，サセプタ１３０の周辺部，例えばプラズマが形成される領域に近いフォーカスリング１８０とウェハＷの間の部位Ｓ１に付着物Ｄ１が存在すると，プラズマ点火直後に上部電極１２０とこの付着物Ｄ１の間で異常放電が生じるおそれがある。また，付着物が導電体であるフォーカスリング１８０と絶縁体であるカバーリング１８２との間の部位Ｓ２に付着物Ｄ２が堆積した場合は，上部電極１２０との間での異常放電に加えて，ウェハＷ上のプラズマ密度を不均一にしてしまう可能性もある。この現象は，プラズマ処理後のウェハＷの品質を低下させるだけでなく，システムダウンの原因となり，スループット低下に繋がるものである。
【００４５】
この点，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００は，処理室１１０内，特に下部電極（第２電極）であるサセプタ１３０の周辺部（例えば，部位Ｓ１，Ｓ２）から付着物を除去する機能を有しており，かかる機能に基づいてこの付着物を除去するための動作を行う。
【００４６】
以下，プラズマ処理装置１００における付着物除去機能に関する構成，および，付着物を除去するためのプラズマ処理装置１００の制御方法について，一般的なプラズマ制御装置およびその制御方法と比較しながら説明する。
【００４７】
第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法によれば，ウェハＷに対するエッチング処理等の所定のプラズマ処理を行う直前，すなわちプラズマ点火時に，処理室１１０内部，特に下部電極としてのサセプタ１３０の周辺部に付着し堆積した付着物を除去するために，サセプタ１３０に対して処理前電圧としてのオーバーシュート電圧が印加される。
【００４８】
まず，プラズマ点火から実際のプラズマ処理が開始されるまでの間に，下部電極としてのサセプタ１３０に対してオーバーシュート電圧が印加されない一般的なプラズマ処理装置の動作を説明する。図３は，この一般的なプラズマ処理装置の動作を示すものであって，プラズマ点火から実際のプラズマ処理が開始されるまでの期間に上部電極に印加される第１高周波電力の電力波形，下部電極に印加される第２高周波電力の電力波形，および下部電極の電圧波形を示している。
【００４９】
図３に示すように，時刻Ｔ０１において，第２高周波電源から初期レベル（例えば，２００〜１０００Ｗ）に調整された第２高周波電力が出力され，下部電極に印加される。次いで時刻Ｔ０２において，第１高周波電源から初期レベル（例えば，５０〜１０００Ｗ）に調整された第１高周波電力が出力され，上部電極に印加される。
【００５０】
この時刻Ｔ０２において上部電極と下部電極の間にはプラズマが点火するが，先に時刻Ｔ０１において下部電極に対して初期レベルに調整された第２高周波電力が印加されているため，下部電極上のウェハの表面にイオン・シース（Ｉｏｎ Ｓｈｅａｔｈ）と称される被覆領域が形成されている。プラズマ点火直後はプラズマ密度が均一になっておらず，この状態のプラズマがウェハに接すると，ウェハ中にプラズマ密度の偏りに起因する電流が流れる。この電流はウェハに形成されている半導体素子等の構成要素にダメージを及ぼすおそれがある。プラズマ点火時にウェハ表面にイオン・シースが形成されていれば，この時点ではプラズマがウェハに接触せず，ウェハの構成要素は良好な状態に保たれる。
【００５１】
時刻Ｔ０２の後，反応性ガスにおいて，ウェハに対する所定のプラズマ処理に必要な解離度が得られるように，第１高周波電力のレベルと第２高周波電力のレベルが調整される。このときの各高周波電力のレベル，および，下部電極の電圧レベルを，以下の説明では「レシピ・レベル」と称する。例えば，あるアプリケーションをエッチングするレシピにおいて，第１高周波電力のレシピ・レベルは，１０００〜２５００Ｗであり，第２高周波電力のレシピ・レベルは，１０００〜２０００Ｗであり，下部電極電圧のレシピ・レベルは，約１５００Ｖである。
【００５２】
時刻Ｔ０３において，第１高周波電力および第２高周波電力はそれぞれレシピ・レベルに達し，下部電極の電圧もレシピ・レベルに調整される。以後，下部電極の電圧は，このレシピ・レベルに維持され，ウェハに対する所定のプラズマ処理が実施される。なお，図３には，第１高周波電力および第２高周波電力が時刻Ｔ０３においてほぼ同時にレシピ・レベルに達する場合の電力・電圧波形を示したが，これは一例である。ウェハ保護の観点からは，時刻Ｔ０２においてウェハ表面にイオン・シースが形成されていれば，その後，第１高周波電力または第２高周波電力のいずれか一方を他方より先にレシピ・レベルに到達させるようにしてもよい。
【００５３】
このような，一般的なプラズマ処理装置のプラズマ点火からプラズマ処理開始までの動作によれば，所定のプラズマ処理を重ねていくと，処理室１１０内部，特に下部電極としてのサセプタ１３０の周辺部に付着物が堆積してしまい，付着物に起因する異常放電が発生し，以後のプラズマ処理が適切に行えなくなる可能性がある。また，所定のプラズマ処理を開始しようとすると，プラズマ処理装置全体が緊急停止し，システム側から処理室内の洗浄が要求されるおそれもある。
【００５４】
このような問題を解決する第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法を説明する。図４は，プラズマ処理装置１００の動作を示すものであって，プラズマ点火から実際のプラズマ処理が開始されるまでの期間に上部電極１２０に印加される第１高周波電力１４７の電力波形，下部電極としてのサセプタ１３０に印加される第２高周波電力１５７の電力波形，およびサセプタ１３０の電圧波形を示している。
【００５５】
図４に示すように，時刻Ｔ１１において，第２高周波電源１５１から初期レベル（例えば，２００〜１０００Ｗ）に調整された第２高周波電力１５７が出力され，サセプタ１３０に印加される。次いで時刻Ｔ１２において，第１高周波電源１４１から初期レベル（例えば，５０〜１０００Ｗ）に調整された第１高周波電力１４７が出力され，上部電極１２０に印加される。上述のように，時刻Ｔ１２においてウェハＷの表面にはイオン・シースが形成されているため，点火直後の密度が不均一なプラズマＰがウェハＷに接触せず，ウェハＷおよびウェハＷに形成されている各種半導体素子等の構成要素は良好な状態に保たれる。
【００５６】
次に，時刻Ｔｏｓ１において，第２高周波電力１５７をレシピ・レベル（例えば，１０００〜２０００Ｗ）に調整する。このとき，下部電極であるサセプタ１３０の電圧は，時刻Ｔ１１および時刻Ｔ１２における電圧レベルから上昇を開始し，レシピ・レベル（例えば，１５００Ｖ）よりも高い電圧レベル（ピーク・レベル。例えば，３０００Ｖ）に達する。その後，サセプタ１３０の電圧は，時刻Ｔｏｓ２までの間，レシピ・レベルよりも高いレベルを維持する。時刻Ｔｏｓ１から時刻Ｔｏｓ２までの間のサセプタ１３０の電圧状態は，図４において，オーバーシュート波形（オーバーシュート電圧）として現れている。
【００５７】
時刻Ｔ１３において，第１高周波電力１４７はレシピ・レベルに達し，サセプタ１３０の電圧はピーク・レベルから低下し（オーバーシュート状態を脱し），レシピ・レベルに安定する。以後，サセプタ１３０の電圧は，このレシピ・レベルに維持され，ウェハＷに対する所定のプラズマ処理が実施される。
【００５８】
図３と図４を比較すると明らかなように，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法によれば，一般的なプラズマ処理装置およびその制御方法とは異なり，プラズマの点火段階において，サセプタ１３０の電圧が，レシピ・レベルに調整される直前の所定期間（時刻Ｔｏｓ１〜Ｔｏｓ２）オーバーシュート状態を取ることになる。第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００は，サセプタ１３０の電圧をオーバーシュート状態に調整することが可能な手段として制御部１６０を備えている。そして，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００の制御方法によれば，所定のプラズマ処理が開始される直前の所定期間，サセプタ１３０に対してオーバーシュート電圧が印加される。
【００５９】
第１の実施形態では，制御部１６０によって，各リアクタンス素子（可変キャパシタＣ１Ｕ，Ｃ２Ｕおよび可変インダクタＬ１Ｌ，Ｌ２Ｌ）のリアクタンスが所定の値に調整される。これによって，図４に示したように，サセプタ１３０の電圧をレシピ・レベルに調整される直前にオーバーシュートさせることが可能となる。第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンス調整と，サセプタ１３０の電圧のオーバーシュート現象との関係については，プラズマ処理装置１００を用いた実測結果によって確認されている。
【００６０】
まず，比較のために，サセプタ１３０に印加される電圧にオーバーシュートを生じさせない場合の第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンスの設定条件について説明する。図３に示したサセプタ１３０の電圧波形，すなわちオーバーシュート部を有しないサセプタ１３０の電圧波形は，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００において，第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンス制御ステップを，例えば以下のように設定した場合に得られる。なお，第１整合器１４３のリアクタンス（キャパシタンス）は，０〜２０００ステップの範囲で制御可能であり，第２整合器１５３のリアクタンス（インダクタンス）は，０〜１０００ステップの範囲で制御可能である。
【００６１】
［設定条件１］
Ｃ１Ｕ＝１５００ステップ；
Ｃ２Ｕ＝９００ステップ；
Ｌ１Ｌ＝１００ステップ；
Ｌ２Ｌ＝５００ステップ；
【００６２】
例えば，第１整合器１４３に属する可変キャパシタＣ１Ｕ，Ｃ２Ｕの各キャパシタンスは，０〜２０００ステップで０〜２００ｐＦに調整され，第２整合器１５３に属する可変インダクタＬ１Ｌ，Ｌ２Ｌの各インダクタンスは，０〜１０００ステップで０〜３０μＨに調整される。ステップ数と各キャパシタンス／インダクタンスは線形の関係にある。したがって，可変キャパシタＣ１Ｕが１５００ステップに調整された場合，そのキャパシタンスは１５０ｐＦとなり，可変キャパシタＣ２Ｕが９００ステップに調整された場合，そのキャパシタンスは９０ｐＦとなる。また，可変インダクタＬ１Ｌが１００ステップに調整された場合，そのインダクタンスは３μＨとなり，可変インダクタＬ２Ｌが５００ステップに調整された場合，そのインダクタンスは１５μＨとなる。
【００６３】
これに対して，図４に示したサセプタ１３０の電圧波形，すなわちオーバーシュート部を有するサセプタ１３０の電圧波形は，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００において，第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンス制御ステップを以下のように設定した場合に得られる。
【００６４】
［設定条件２］
Ｃ１Ｕ＝１２００ステップ；
Ｃ２Ｕ＝６００ステップ；
Ｌ１Ｌ＝４００ステップ；
Ｌ２Ｌ＝５５０ステップ；
【００６５】
図５は，上記の［設定条件１］が適用されたプラズマ処理装置１００において，上部電極１２０とサセプタ１３０との間にプラズマＰが形成される際の，第１整合器１４３の第１高周波電源１４１側から見た上部電極１２０側のインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート（ａ），および，第２整合器１５３の第２高周波電源１５１側から見たサセプタ１３０側のインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート（ｂ）である。この場合，図３に示したように，サセプタ１３０の電圧には，オーバーシュートが生じない。
【００６６】
図６は，上記の［設定条件２］が適用されたプラズマ処理装置１００において，上部電極１２０とサセプタ１３０との間にプラズマＰが形成される際の，第１整合器１４３の第１高周波電源１４１側から見た上部電極１２０側のインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート（ａ），および，第２整合器１５３の第２高周波電源１５１側から見たサセプタ１３０側のインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート（ｂ）である。この場合，図４に示したように，サセプタ１３０の電圧にオーバーシュートが生じる。
【００６７】
図５（ａ）に示したインピーダンス軌跡と図６（ａ）に示したインピーダンス軌跡が相違し，図５（ｂ）に示したインピーダンス軌跡と図６（ｂ）に示したインピーダンス軌跡が相違する理由は，第１整合器１４３に属する可変キャパシタＣ１Ｕ，Ｃ２Ｕの各キャパシタンス，および，第２整合器１５３に属する可変インダクタＬ１Ｌ，Ｌ２Ｌの各インダクタンスが変更されたことにある。そして，図５（ａ）と図６（ａ）に注目すると，両者のスタートポイントＳＰに差が生じ，しかも，インピーダンス整合に至るまでの軌跡が図６（ａ）の方が図５（ａ）に比べて長くなっていることがわかる。図５（ｂ）と図６（ｂ）の関係も同様である。ただし，サセプタ１３０側のインピーダンス整合軌跡の伸長量（図５（ｂ）と図６（ｂ）との関係）よりも，上部電極１２０側のインピーダンス整合軌跡の伸長量（図５（ａ）と図６（ａ）との関係）の方が大きい。
【００６８】
この図５と図６の関係および図３と図４の関係をみれば明らかなように，上部電極１２０側のインピーダンス整合が完了するまでの時間（上部電極側インピーダンス整合時間）とサセプタ１３０側のインピーダンス整合が完了するまでの時間（下部電極側インピーダンス整合時間）がそれぞれある程度長くなり，かつ上部電極側インピーダンス整合時間が，下部電極側インピーダンス整合時間に対してより長くなるように第１整合器１４３のリアクタンスと第２整合器１５３のリアクタンスを調整することによって，下部電極としてのサセプタ１３０の電圧を，レシピ・レベルに調整される直前に所定期間オーバーシュートさせることが可能となる。このように第１の実施の形態は，制御部１６０によって第１整合器１４３と第２整合器１５３の各リアクタンスを制御して，サセプタ１３０に印加される電圧をオーバーシュートさせるものである。
【００６９】
図７は，所定のプラズマ処理が開始される直前にサセプタ１３０の電圧をオーバーシュートさせない場合（図３）と，オーバーシュートさせた場合（図４）のそれぞれについてのプラズマ点火直後における異常放電の発生頻度を示している。この実験では，結果の信頼性を高めるために，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００と実質的に同一構成の２台の試験用プラズマ処理装置Ａ，Ｂを用意した。
【００７０】
プラズマ処理装置Ａについて，上記の［設定条件１］，すなわち下部電極電圧にオーバーシュートが発生しない条件に基づいて上部電極用整合器と下部電極用整合器の各リアクタンスを調整し，プラズマ点火を複数回繰り返した。この実験では，異常放電の発生頻度１．６％という結果が得られた。この結果は，下部電極電圧にオーバーシュートを発生させなければ，プラズマ点火を１００回行うと１．６回の異常放電が発生し得ることを示している。
【００７１】
同じプラズマ処理装置Ａについて，上記の［設定条件２］，すなわち下部電極電圧にオーバーシュートが発生する条件に基づいて上部電極用整合器と下部電極用整合器の各リアクタンスを調整し，プラズマ点火を複数回繰り返した。この実験では，異常放電の発生頻度０．０％という結果が得られた。この結果は，下部電極電圧にオーバーシュートを発生させれば，プラズマ点火を何度繰り返しても異常放電が発生しないことを示している。
【００７２】
プラズマ処理装置Ｂについても同じ実験が行われ，［設定条件１］の場合は，異常放電の発生頻度１．１％という結果が得られ，［設定条件２］の場合は，異常放電の発生頻度０．０％という結果が得られた。
【００７３】
以上のプラズマ処理装置Ａ，Ｂを用いた実験結果から，プラズマ処理を開始する前に下部電極にオーバーシュート電圧を印加すれば，処理室内におけるプラズマ点火直後の異常放電の発生が防止されることが明らかになった。先に述べたように，プラズマ点火直後の異常放電の原因は，主に，下部電極の周辺部に付着し堆積した付着物にあると考えられる。プラズマ処理を開始する前に下部電極に対して意図的にオーバーシュート電圧を印加することによって，この付着物をスパッタリング除去することが可能となる。下部電極の周辺部から付着物が除去されれば，プラズマ点火直後から安定したプラズマ状態が形成され，ウェハおよびウェハに形成されている半導体素子等の構成要素にダメージが及ぶことはない。
【００７４】
次に，プラズマ点火直後の異常放電の発生を防止するために適切なオーバーシュートの大きさ（オーバーシュート量）について，図８，図９を参照しながら説明する。
【００７５】
図８は，図４に示した下部電極としてのサセプタ１３０に印加される電圧波形のうち，オーバーシュート部を拡大して示すものである。ここでは，サセプタ１３０に印加される電圧のオーバーシュート量を，図８に示したように，電圧のピーク値Ｖｐと，サセプタ１３０に対する電圧印加開始後，この電圧がピーク値Ｖｐを経て安定するまで（例えば，２０００Ｖに低下するまで）に要する時間ΔＴを用いて定義することとする。
【００７６】
図９は，異常放電の抑制効果とオーバーシュート量との関係を検証した実験の結果を示している。
【００７７】
この実験では第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００と実質的に同一構成の８台の試験用プラズマ処理装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈが用意された。そして，各プラズマ処理装置について，プラズマ点火時の下部電極の電圧波形を測定し，そのときの異常放電発生の有無を確認した。
【００７８】
全ての試験用プラズマ処理装置に備えられた上部電極用整合器および下部電極用整合器は，下部電極に印加される電圧がプラズマ処理前にオーバーシュートするように，そのリアクタンスが調整されている。しかし，各プラズマ処理装置毎にリアクタンスの調整を変えているため，下部電極電圧のオーバーシュート量に関して各プラズマ処理装置間に差が生じている。
【００７９】
図９に示したように，本実験では，プラズマ処理装置Ｆが最も大きいオーバーシュート量を示し，プラズマ処理装置Ｈが次に大きいオーバーシュート量を示した。逆に，プラズマ処理装置Ｂが最も小さいオーバーシュート量を示し，プラズマ処理装置Ｃが次に小さいオーバーシュート量を示した。実験を行った８台のプラズマ処理装置の中で，最もオーバーシュート量が小さかったプラズマ処理装置Ｂにおいてのみ，プラズマ点火直後に異常放電が観測され，その他のプラズマ処理装置では異常放電は観測されなかった。
【００８０】
この実験結果から，プラズマ点火直後の異常放電の発生を防止するためには，下部電極にオーバーシュート電圧を印加することが有効であり，しかも，そのオーバーシュート量にもある程度の大きさが必要であることが明らかになった。図９に示したように，５５００Ｖ・ｓｅｃを下部電極に印加する電圧のオーバーシュート量のしきい値として採用することができる。すなわち，下部電極に対して，５５００Ｖ・ｓｅｃ以上の量のオーバーシュート電圧を印加することによって，プラズマ点火直後の異常放電の発生を防止することが可能となる。
【００８１】
下部電極に印加する電圧において，そのオーバーシュート量が大きくなれば，プラズマ点火直後の異常放電の抑制効果が高くなると考えられる。オーバーシュート量を大きくするためには，時間ΔＴを長くするか，あるいはピーク値Ｖｐを高める必要がある。しかし，これらの値を設定するにあたり以下の条件を満たす必要がある。
【００８２】
時間ΔＴを設定する際に，プラズマ処理装置のスループットを考慮することが好ましい。時間ΔＴをあまり長く設定すると，単位時間当たりに処理可能なウェハの枚数が減少してしまい，スループットが低下する。一方，ピーク値Ｖｐについては，設計上の絶縁耐圧（例えば，３０００Ｖ）を考慮する必要がある。
【００８３】
この点，本実施の形態では，第１整合器１４３と第２整合器１５３の各リアクタンスが制御部１６０によって自在に調整され，サセプタ１３０に印加されるオーバーシュート電圧の時間ΔＴとピーク値Ｖｐは，この調整された第１整合器１４３と第２整合器１５３の各リアクタンスによって決定される。したがって，本実施の形態によれば，処理室１１０内の付着物を除去するために十分な大きさのオーバーシュート電圧であって，プラズマ処理装置のスループットを低下させず，かつ，プラズマ処理装置にダメージを与えない大きさのオーバーシュート電圧を下部電極としてのサセプタ１３に印加することが可能となる。
【００８４】
以上説明したように，第１の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法によれば，ウェハＷに対するプラズマ処理が開始される直前に下部電極としてのサセプタ１３０に対してオーバーシュート電圧が印加される。このオーバーシュート電圧によって，サセプタ１３０の周辺部に付着し堆積した付着物が除去されるため，プラズマ点火直後の処理室内における異常放電の発生が防止される。また，サセプタ１３０の周辺部から付着物が除去されれば，プラズマ密度の均一性も高まり，結果としてプラズマ処理の安定化に繋がる。
【００８５】
第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンスを調整することによって，サセプタ１３０に印加される電圧にオーバーシュートを生じさせることが可能となる。この点，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００は，第１整合器１４３と第２整合器１５３の各リアクタンスを個別に調整可能な制御部１６０を備えているため，サセプタ１３０に対してオーバーシュート電圧を印加することは容易である。しかも，オーバーシュート量の調整も自在である。
【００８６】
また，ウェハＷに対するプラズマ処理の直前に付着物の除去が行われるため，プラズマ処理装置１００を停止させて，処理容器を解放し，サセプタ１３０の周辺部を洗浄する必要がなくなる。したがって，プラズマ処理装置１００のスループットの向上が実現する。
【００８７】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置およびその制御方法を図１，図１０，および図１１を参照しながら説明する。第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置は，図１に示した第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００と略同一の構成を有する。また，第２の実施の形態にかかるプラズマ装置の制御方法は，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の制御方法と同様に，ウェハＷに対するプラズマ処理の直前に下部電極であるサセプタ１３０に対してオーバーシュート電圧を印加することを特徴としている。
【００８８】
しかし，第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置およびその制御方法によれば，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法とは異なる機能・動作によってサセプタ１３０に印加される電圧にオーバーシュートを生じさせる。
【００８９】
すなわち，第１の実施の形態では，オーバーシュート電圧を得るために，制御部１６０によって第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンスを調整したが，第２の実施の形態では，第１高周波電源１４１から出力される第１高周波電力１４７の電力レベルとその出力タイミング，および，第２高周波電源１５１から出力される第２高周波電力１５７の電力レベルとその出力タイミングをそれぞれ制御することによって，オーバーシュート電圧を生成する。
【００９０】
図１０は，第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置に備えられた制御部１６０が第１高周波電源１４１に対して出力する制御信号と，第２高周波電源１５１に対して出力する制御信号のタイミングチャートを示している。第１高周波電源１４１は，制御部１６０から受けた制御信号に従って，第１高周波電力１４７の出力電力レベルおよび出力タイミングを調整する。同様に，第２高周波電源１５１は，制御部１６０から受けた制御信号に従って，第２高周波電力１５７の出力電力レベルおよび出力タイミングを調整する。
【００９１】
図１１は，図１０に示したタイミングで制御部１６０が各制御信号を第１高周波電源１４７と第２高周波電源１５７に対して出力したときの，上部電極１２０に印加される第１高周波電力１４７の電力波形，下部電極としてのサセプタ１３０に印加される第２高周波電力１５７の電力波形，およびサセプタ１３０の電圧波形を示している。
【００９２】
時刻Ｔ３１において，制御部１６０は，第２高周波電源１５１に対して，初期レベルに調整された第２高周波電力１５７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第２高周波電源１５１は，初期レベル（例えば，２００〜１０００Ｗ）に調整された第２高周波電力１５７をサセプタ１３０に対して出力し，下部電極であるサセプタ１３０の電圧が０Ｖから例えば５００Ｖに上昇する（図１１）。
【００９３】
時刻Ｔ３２において，制御部１６０は，第１高周波電源１４１に対して，初期レベルに調整された第１高周波電力１４７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第１高周波電源１４１は，初期レベル（例えば，５０〜１０００Ｗ）に調整された第１高周波電力１４７を上部電極１２０に対して出力する。この時刻Ｔ３２において上部電極１２０とサセプタ１３０の間にはプラズマ（プレ・プラズマ）が点火するが，先に時刻Ｔ３１においてサセプタ１３０に初期レベルに調整された第２高周波電力１５７が印加されているため，サセプタ１３０上のウェハＷの表面にイオン・シースが形成されている。したがって，この時点ではプラズマがウェハＷに接触せず，ウェハＷに形成されている半導体素子等の構成要素は良好な状態に保たれる。
【００９４】
時刻Ｔ３３から時刻Ｔ３５までの間，制御部１６０は，第１高周波電源１４１に対して，初期レベルよりも高い付着物除去レベルに調整された第１高周波電力１４７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第１高周波電源１４１は，付着物除去レベルに調整された第１高周波電力１４７を上部電極１２０に対して出力する。
【００９５】
時刻Ｔ３４から時刻Ｔ３５までの間，制御部１６０は，第２高周波電源１５１に対して，付着物除去レベルに調整された第２高周波電力１５７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第２高周波電源１５１は，付着物除去レベル（例えば，１０００Ｗ）に調整された第２高周波電力１５７をサセプタ１３０に対して出力し，下部電極であるサセプタ１３０の電圧が例えば２７００Ｖに上昇する（図１１）。
【００９６】
時刻Ｔ３５から時刻Ｔ３６までの間，制御部１６０からの指示に従い，第１高周波電源１４１は第１高周波電力１４７の出力を停止し，第２高周波電源１５１は第２高周波電力１５７の出力を停止する。このため，下部電極であるサセプタ１３０の電圧は一旦０Ｖまで低下する。時刻Ｔ３２で点灯したプラズマ（プレ・プラズマ）もここで消灯する。
【００９７】
時刻Ｔ３６において，再び制御部１６０は，第２高周波電源１５１に対して，初期レベルに調整された第２高周波電力１５７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第２高周波電源１５１は，初期レベル（例えば，２００〜１０００Ｗ）に調整された第２高周波電力１５７をサセプタ１３０に対して出力し，下部電極であるサセプタ１３０の電圧が０Ｖから例えば５００Ｖに上昇する（図１１）。
【００９８】
時刻Ｔ３７において，再び制御部１６０は，第１高周波電源１４１に対して，初期レベルに調整された第１高周波電力１４７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第１高周波電源１４１は，初期レベル（例えば，５０〜１０００Ｗ）に調整された第１高周波電力１４７を上部電極１２０に対して出力する。この時刻Ｔ３７において上部電極１２０とサセプタ１３０の間にはプラズマ（メイン・プラズマ）が点火するが，この時点ではウェハＷの表面にイオン・シースが形成されており，プラズマがウェハＷに接触せず，ウェハＷに形成されている半導体素子等の構成要素は良好な状態に保たれる。
【００９９】
時刻Ｔ３８において，制御部１６０は，第２高周波電源１５１に対して，レシピ・レベルに調整された第２高周波電力１５７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第２高周波電源１５１は，レシピ・レベル（例えば，１０００〜２０００Ｗ）に調整された第２高周波電力１５７をサセプタ１３０に対して出力する。
【０１００】
時刻Ｔ３９において，制御部１６０は，第１高周波電源１４１に対して，レシピ・レベルに調整された第１高周波電力１４７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第１高周波電源１４１は，レシピ・レベル（例えば，１０００〜２５００Ｗ）に調整された第１高周波電力１４７を上部電極１２０に対して出力する（図１１）。この時点で，下部電極としてのサセプタ１３０の電圧はレシピ・レベル（例えば，１５００Ｖ）に達し，以後サセプタ１３０の電圧はこのレシピ・レベルに維持され，メイン・プラズマを用いてウェハＷに対する所定のプラズマ処理が実施される。
【０１０１】
以上説明した第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の制御方法の特徴は，図１０および図１１に示したように，メイン・プラズマを点火し，このメイン・プラズマを用いてウェハＷに対して所定のプラズマ処理を実施するプラズマ処理工程（時刻Ｔ３６以降）と，このプラズマ処理工程の前に実施され，処理室１１０内の付着物を除去するためのプレ・プラズマを点火するプラズマ処理準備工程としての付着物除去工程（時刻Ｔ３１〜時刻Ｔ３５）を備える点にある。
【０１０２】
プラズマ処理工程において点火されるメイン・プラズマは，ウェハＷに対する所定のプラズマ処理のためのものであり，付着物除去工程において点火されるプレ・プラズマは処理室１１０内の付着物を除去するためのものである。したがって，両プラズマの物理的な特性は異なり，図１０，図１１に示したように，両プラズマの形成条件，すなわち第１高周波電力１４７の電力レベルや第１高周波電源１４１からの出力タイミングおよび第２高周波電力１５７の電力レベルや第２高周波電源１５１からの出力タイミングも相違する。
【０１０３】
図１１に示したように，付着物除去工程の所定期間（時刻Ｔ３４〜Ｔ３５）では，下部電極であるサセプタ１３０に対して，レシピ・レベルよりも高い処理前電圧（オーバーシュート電圧）が印加され，上述のプレ・プラズマが形成される。したがって，サセプタ１３０の周辺部に付着物が存在していても，付着物除去工程においてこの付着物はプレ・プラズマによって確実に除去されることになる。
【０１０４】
しかも，付着物除去工程は，プラズマ処理工程の直前に実施されるため，処理室１１０内から付着物を除去した状態でウェハＷに対する所定のプラズマ処理を実施することが可能となる。
【０１０５】
以上のように，第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置およびその制御方法によれば，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
さらに，第２の実施の形態によれば，次の効果が得られる。第２の実施の形態においては，第１高周波電源１４１から出力される第１高周波電力１４７の電力レベルとその出力タイミング，および，第２高周波電源１５１から出力される第２高周波電力１５７の電力レベルとその出力タイミングをそれぞれ制御することによって，下部電極であるサセプタ１３０に印加する電圧を所定期間オーバーシュートさせる。このため，反応性ガスの種類，処理室１１０内の圧力，上部電極１２０とサセプタ１３０の間隔等，プロセス条件が変更になった場合であっても，サセプタ１３０に印加する電圧のオーバーシュート量を高い精度で，かつ容易に調整できる。したがって，プラズマ点火直後の処理室内における異常放電の発生をより確実に防止できる。
【０１０７】
ところで，プラズマ処理工程の前に付着物除去工程を毎回行えば，その分第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置のスループットが低下するおそれがある。この点，第２の実施の形態によれば，付着物除去工程をプラズマ処理工程の前に行うか否かの選択は容易である。処理室１１０内の付着物を除去する必要が生じたときにのみ付着物除去工程を実施することで高いスループットが得られる。所定の周期で付着物除去工程を実施するようにしてもよいが，処理室１１０内の付着物の有無を検出する手段を備えて，その検出結果に基づいて付着物除去工程を実施するようにしてもよい。
【０１０８】
以上，添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０９】
本実施の形態の説明の中では，プラズマ処理装置の例として平行平板型プラズ処理装置が用いられているが，本発明はこれに限定されるものではない。例えば，ヘリコン波プラズマ処理装置，誘導結合型プラズマ処理装置等への適用も可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００：プラズマ処理装置
１１０：処理室
１２０：上部電極
１３０：サセプタ
１４１：第１高周波電源
１４３：第１整合器
１４５：ＨＰＦ
１４７：第１高周波電力
１５１：第２高周波電源
１５３：第２整合器
１５５：ＬＰＦ
１５７：第２高周波電力
１７０：静電チャック
１８０：フォーカスリング
１８２：カバーリング
Ｃ１Ｕ，Ｃ２Ｕ：可変キャパシタ
Ｌ１Ｌ，Ｌ２Ｌ：可変インダクタ
Ｗ：ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は，被処理体，例えば半導体ウェハに対して，エッチング処理などのプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，半導体製造工程においては，被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という）の表面に微細加工を施すために，処理室内に導入された反応性ガス（処理ガス）の高周波グロー放電を利用したプラズマ処理装置が広く使用されている。その中でも処理室内の上下に電極を対向配置したいわゆる平行平板型のプラズマ処理装置は，大口径のウェハの処理に適している。
【０００３】
平行平板型プラズマエッチング処理装置は，処理室内に，互いに平行に昇降可能に配置された上部電極と下部電極を備える。このうち下部電極は，ウェハの載置台としての役割も果たす。上部電極と下部電極にはそれぞれ周波数を異にする高周波電力が印加され，ウェハが載置された下部電極と上部電極との間にグロー放電が生じ，処理室内に導入された反応性ガスがプラズマ化する。プラズマ中のイオンは，両電極間に生じる電位差によってウェハの表面に衝突し，この結果，ウェハ表面に形成されている膜（例えば絶縁膜）がエッチングされる。
【０００４】
下部電極の外周縁部には，下部電極の上面に載置されたウェハを囲むフォーカスリングが配置され，上部電極の外周縁部にはシールドリングが設けられる。これらの二つのリングによって，上下両電極間で発生したプラズマがウェハに集束し，ウェハ面内でのプラズマ密度が均一化する。
【０００５】
ところで，半導体の製造工程において，プラズマ処理装置の処理室内には，成膜用あるいは膜除去用として種々の反応性ガスが導入される。こららの反応性ガスは，それぞれの目的に応じて完全に反応することが好ましいが，一部は未反応のまま処理室外に排出され，また一部は不要な反応生成物を発生させてしまう。そして，この不要な反応生成物は，処理室内の様々な部位に付着してしまう。以下，処理室内に付着した不要な反応生成物を「付着物」と称する。
【０００６】
プラズマ処理装置の処理室内を洗浄することによって，付着物は処理室内から除去されるが，プラズマ処理装置が稼動し始め，ウェハに対するプラズマ処理が繰り返し行われると，処理室内に新たな付着物が現れ，この付着物は次第に成長していく。
【０００７】
特に，上下の電極の周囲部，例えばフォーカスリング等に付着物が堆積すると，プラズマ点火直後に付着物に起因する異常放電が発生し，以後の成膜や膜除去が適切に行えなくなる可能性がある。また，プラズマ処理装置全体が緊急停止し，システム側から処理室内の洗浄が要求されるおそれもある。
【０００８】
このような付着物の問題に関して，下記特許文献１に記載の発明は，電極部と電極周囲部とがベースプレート上に固定されたことを特徴とするＥＣＲ−ＣＶＤ装置の試料台を提供している。
【０００９】
例えば，特許文献１に記載の発明によれば，電極周囲部は，酸化アルミニウム等で形成され，さらにベースプレート上に固定されているため，所定の剛性，耐酸性，および絶縁性を有する。したがって，電極周囲部を繰り返し洗浄して，常に付着物のない状態に保つことが可能となる。また，電極周囲部の洗浄にかかる時間の短縮化も実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−５８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら，従来技術によれば，電極周囲部から付着物を除去することを目的とした洗浄作業が容易化されるものの，付着物を除去するためには，依然としてプラズマ処理装置を停止させなければならなかった。大口径のウェハに対して，多層構造を形成する今日の半導体製造工程においては，付着物が成長する速度は従来に比べて早まる傾向にあり，付着物を除去するために稼動状態にあるプラズマ処理装置をその都度停止させていたのでは，スループットが大きく低下してしまう。
【００１２】
本発明は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的は，稼動状態を維持したまま処理室内から付着物を除去することが可能な新規かつ改良されたプラズマ処理装置およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，処理室内に配置された第１電極と，処理室内において第１電極に対向する位置に配置された第２電極と，第２電極の外周縁部に、被処理体を囲むように配置されたフォーカスリングと，第１電極に第１電力を供給する第１電力源を有する第１電力系と，第２電極に第２電力を供給する第２電力源を有する第２電力系と，第１電力系及び第２電力系を制御する制御部と，を備えたプラズマ処理装置の制御方法が提供される。この制御方法は，第２電極状に被処理体を配置している状態で，プラズマ点火後であってプラズマ処理を開始する前の所定期間，被処理体のプラズマ処理中に第２電極に印加する電圧よりも高い処理前電圧が第２電極に印加されるように，第１電力系及び第２電力系の少なくともいずれかを制御することを特徴としている。
【００１４】
第２電極に対して，適切な大きさの処理前電圧を印加することによって，処理室内，特に第２電極周辺に付着堆積した付着物を除去することが可能となる。第２電極に対する処理前電圧の印加タイミングを被処理体に対するプラズマ処理が開始される前に設定すれば，処理室内に付着物がない状態で被処理体に対するプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００１５】
第１電源側のインピーダンスと第１電極側のインピーダンスを整合させる第１整合器，および第２電源側のインピーダンスと第２電極側のインピーダンスを整合させる第２整合器の両方またはいずれか一方のリアクタンスを調整すれば，第２電極に印加する処理前電圧を容易に生成することができる。また，第１電源から第１電力が出力されるタイミングと第１電力の電力レベル，および第２電源から第２電力が出力されるタイミングと第２電力の電力レベルを調整することによって，第２電極に印加する処理前電圧を生成するようにしてもよい。
【００１６】
かかる制御方法によれば，プラズマ処理準備工程において形成されるプラズマによって，処理室内，特に第２電極周辺に付着堆積した付着物をスパッタリング除去することが可能となる。プラズマ処理準備工程は，被処理体に対する所定のプラズマ処理を行うためのプラズマ処理工程の前に行われるため，処理室内に付着物がない状態で被処理体に対するプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００１７】
プラズマ処理準備工程の所定期間では，第２電極に対して，プラズマ処理工程中に第２電極に印加される電圧よりも高い処理前電圧が印加される。この処理前電圧によって，第２電極周辺から付着物が確実に除去されることになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上本発明によれば，第２電極に対してオーバーシュート電圧が印加されるため，処理室内，特に第２電極周辺から付着物を除去することが可能となる。第２電極に対するオーバーシュート電圧の印加タイミングを被処理体に対するプラズマ処理が開始される前に設定すれば，プラズマ処理の開始時における異常放電の発生が防止される。また，プラズマ処理中において，プラズマの均一性が確保される。さらに，プラズマ処理装置のスループットの向上も実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態にかかるプラズマ処理装置が備えるサセプタおよびその周辺部の構成を示す断面図。
【図３】一般的なプラズマ処理装置における第１高周波電力，第２高周波電力，および下部電極電圧の波形図。
【図４】本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置における第１高周波電力，第２高周波電力，および下部電極電圧の波形図。
【図５】一般的なプラズマ処理装置におけるインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート。
【図６】本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置におけるインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート。
【図７】サセプタ（下部電極）の電圧をオーバーシュートさせない場合と，オーバーシュートさせた場合の異常放電の発生頻度を示す説明図。
【図８】サセプタ（下部電極）に印加されるオーバーシュート電圧を示す波形図。
【図９】異常放電の抑制効果とオーバーシュート量との関係を示す説明図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置に備えられた制御部が出力する制御信号の波形図。
【図１１】同実施の形態にかかるプラズマ処理装置における第１高周波電力，第２高周波電力，および下部電極電圧の波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるプラズマ処理装置およびその制御方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００の構成を図１に示す。プラズマ処理装置１００は，導電性材料，例えばアルミニウムから成る処理容器（図示せず）を有している。この処理容器内には，被処理体であるウェハＷに対して所定のプラズマ処理が施される処理室１１０が形成されている。
【００２２】
処理室１１０内には，上部電極（第１電極）１２０とサセプタ１３０が対向配設されている。処理室１１０内下方に位置する略円柱形のサセプタ１３０は，プラズマ処理中にウェハＷが載置される載置台として用いられるとともに，処理室１１０の上方に設けられた上部電極１２０と一対を成してグロー放電を生じさせ，処理室１１０内に導入された反応性ガスをプラズマ化させる下部電極（第２電極）として機能する。上部電極１２０とサセプタ１３０の間に形成されたプラズマＰによって，ウェハＷに対してエッチング等の所定のプラズマ処理が行われる。
【００２３】
上部電極１２０は，サセプタ１３０と，例えば５ｍｍ〜１５０ｍｍの空間をもって配置されている。なお，上部電極１２０とサセプタ１３０は，それぞれ独立して上下動が可能であり，これらの間隔はプラズマ処理の内容に応じて，かつプラズマの均一性が得られるように調整される。
【００２４】
次に，プラズマ処理装置１００に備えられた高周波電力系について説明する。プラズマ処理装置１００は，上部電極１２０に第１高周波電力１４７を供給するための第１電力系と，サセプタ１３０に第２高周波電力１５７を供給するための第２電力系の２つの電力系を有する。
【００２５】
第１電力系には，例えば６０ＭＨｚの第１高周波電力１４７を出力する第１高周波電源１４１，負荷側のインピーダンスを第１高周波電源１４１側のインピーダンスに整合させる第１整合器１４３，およびサセプタ１３０に接続されたハイパス・フィルタ（ＨＰＦ）１４５が属する。第１整合器１４３は，キャパシタンスの変更が可能な可変キャパシタＣ１Ｕおよび可変キャパシタＣ２Ｕから構成されている。可変キャパシタＣ１Ｕは，第１高周波電力１４７の伝送路とグランドとの間に接続されており，可変キャパシタＣ２Ｕは，第１高周波電力１４７の伝送路に直列に接続されている。
【００２６】
一方の第２電力系には，例えば２ＭＨｚの第２高周波電力１５７を出力する第２高周波電源１５１，負荷側のインピーダンスを第２高周波電源１５１側のインピーダンスに整合させる第２整合器１５３，および上部電極１２０に接続されたローパス・フィルタ（ＬＰＦ）１５５が属する。第２整合器１５３は，インダクタンスの変更が可能な可変インダクタＬ１Ｌおよび可変インダクタＬ２Ｌ，並びに，キャパシタンス一定のキャパシタＣ１ＬおよびキャパシタＣ２Ｌから構成されている。可変インダクタＬ１Ｌ，可変インダクタＬ２Ｌ，キャパシタＣ２Ｌは，第２高周波電源１５１側から順に，第２高周波電力１５７の伝送路に直列に接続されている。また，キャパシタＣ１Ｌは，可変インダクタＬ１Ｌと可変インダクタＬ２Ｌの接続ラインとグランドとの間に接続されている。
【００２７】
第１高周波電源１４１から出力された第１高周波電力１４７は，第１整合器１４３を経由して上部電極１２０に供給され，第２高周波電源１５１から出力された第２高周波電力１５７は，第２整合器１５３を経由してサセプタ１３０に供給される。これによって，処理室１１０に導入された反応性ガスがプラズマ化する。
【００２８】
上部電極１２０とサセプタ１３０の間にプラズマＰが生じると，上部電極１２０からサセプタ１３０へ第１高周波電力１４７が流れ，逆にサセプタ１３０から上部電極１２０へ第２高周波電力１５７が流れる。サセプタ１３０へ貫流した第１高周波電力１４７は，ＨＰＦ１４５を経由してグランドへ落とされ，上部電極１２０へ貫流した第２高周波電力１５７は，ＬＰＦ１５５を経由してグランドへ落とされる。サセプタ１３０にＨＰＦ１４５が接続されているため，第２電力系を構成する第２整合器１５３および第２高周波電源１５１への第１高周波電力１４７の流れ込みが防止され，第２電力系の動作の安定化が図られる。同様に，上部電極１２０にＬＰＦ１５５が接続されているため，第１電力系を構成する第１整合器１４３および第１高周波電源１４１への第２高周波電力１５７の流れ込みが防止され，第１電力系の動作の安定化が図られる。
【００２９】
なお，図１に示した第１整合器１４３および第２整合器１５３の内部回路は一例であり，プラズマ処理装置１００の構成（特に高周波電力系の構成）またはプロセス条件等に応じて，キャパシタやインダクタの接続関係およびそれぞれの実装数を変更することが好ましい。
【００３０】
プラズマ処理装置１００は，第１電力系と第２電力系を制御する制御部１６０を備えている。この制御部１６０は，第１高周波電源１４１，第１整合器１４３，第２高周波電源１５１，および第２整合器１５３に対して，所定の少なくとも以下の制御を行う。以下，制御部１６０が行う制御の具体例を説明する。
【００３１】
制御部１６０は，第１高周波電源１４１から上部電極１２０に対して出力される第１高周波電力１４７の出力周波数，出力タイミング，およびその電力レベルを制御する。
【００３２】
また，制御部１６０は，第１高周波電源１４１側のインピーダンスが例えば５０Ωであれば，第１整合器１４３の入力端子１４３−１から負荷側を見たときのインピーダンスが５０Ωとなるように，第１整合器１４３に属する可変キャパシタＣ１Ｕと可変キャパシタＣ２Ｕのキャパシタンスを調整する。
【００３３】
さらに，制御部１６０は，第２高周波電源１５１からサセプタ１３０に対して出力される第２高周波電力１５７の出力周波数，出力タイミング，およびその電力レベルを制御する。
【００３４】
また，制御部１６０は，第２高周波電源１５１側のインピーダンスが例えば５０Ωであれば，第２整合器１５３の入力端子１５３−１から負荷側を見たときのインピーダンスが５０Ωとなるように，第２整合器１５３に属する可変インダクタＬ１Ｌと可変インダクタＬ２Ｌのインダクタンスを調整する。
【００３５】
なお，図１には示していないが，第１整合器１４３と上部電極１２０との間に，上部電極１２０に供給される第１高周波電力１４７に関する情報（例えば，第１高周波電力１４７の周波数，その電力レベル，および上部電極１２０に対して第１高周波電力１４７が印加された実際のタイミング）を検出する第１検出器を備え，この第１検出器によって検出された情報を制御部１６０へフィードバックさせるようにしてもよい。この構成によって，制御部１６０は，第１高周波電源１４１と第１整合器１４３の動作をより高精度に制御することが可能となる。また，第２整合器１５３とサセプタ１３０との間に第２検出器を備えることによって，第２高周波電源１５１および第２整合器１５３の制御に関して同様の効果が得られる。
【００３６】
次に，処理室１１０内に備えられた下部電極（第２電極）としてのサセプタ１３０とその周辺部について図２を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
上述のように，下部電極（第２電源）として機能するサセプタ１３０には第２整合器１５３を介して第２高周波電源１５１が接続されている。
【００３８】
サセプタ１３０の上面には静電チャック１７０が配置されている。この静電チャック１７０の電極板１７０ａには直流電源１７２が接続されている。このような静電チャック１７０によれば，高真空下で直流電源１７２から電極板１７０ａに高電圧を印加することにより，ウェハＷを静電吸着することができる。
【００３９】
サセプタ１３０の外周縁部には，静電チャック１７０の上面に載置されたウェハＷを囲むフォーカスリング１８０が配置されている。このフォーカスリング１８０は，導電体である。また，フォーカスリング１８０は，絶縁体であるカバーリング１８２によって囲まれている。
【００４０】
ここで，一般的なプラズマ処理動作について説明する。プラズマ処理の対象であるウェハＷは，搬送手段（図示せず）によって図１，図２に示した処理室１１０に搬入される。ウェハＷは，待機位置まで下降しているサセプタ１３０上の静電チャック１７０に載置される。静電チャック１７０に対して高圧直流電源１７２から直流電圧が印加されると，ウェハＷが静電チャック１７０上に吸着保持される。
【００４１】
サセプタ１３０は，上部電極１２０との間隔が１５〜４５ｍｍの範囲に収まる位置まで上昇する。その後，処理室１１０内は１５〜８００ｍＴｏｒｒの範囲に収まる程度の所定の圧力に調整される。そして，処理室１１０内が所定の圧力に達したところで，反応性ガスが処理室１１０内に導入される。
【００４２】
次に，制御部１６０からの制御信号に従い，第１高周波電源１４１は第１高周波電力１４７を出力し，第２高周波電源１５１は第２高周波電力１５７を出力する。第１高周波電力１４７が上部電極１２０に印加され，第２高周波電力１５７がサセプタ１３０に印加されると，上部電極１２０とサセプタ１３０との間にグロー放電が生じプラズマＰが点火する。点火したプラズマＰが安定したところで，ウェハＷに対するエッチング等の所定のプラズマ処理が開始される。
【００４３】
プラズマ処理装置１００によるプラズマ処理が開始されると，フォーカスリング１８０はウェハＷにプラズマが集束するように機能するが，もしフォーカスリング１８０がなければ，プラズマが処理室１１０の内壁側に拡散してしまい，上部電極１２０およびサセプタ１３０の各周縁部でプラズマ密度が低下してしまう。このフォーカスリング１８０により，ウェハＷの中央部から周縁部に亘り，プラズマ密度を均一にすることが可能となる。この結果，プラズマの不均一性に起因するウェハＷの周縁部における異常放電が防止される。
【００４４】
ところが上述のように，サセプタ１３０の周辺部，例えばプラズマが形成される領域に近いフォーカスリング１８０とウェハＷの間の部位Ｓ１に付着物Ｄ１が存在すると，プラズマ点火直後に上部電極１２０とこの付着物Ｄ１の間で異常放電が生じるおそれがある。また，付着物が導電体であるフォーカスリング１８０と絶縁体であるカバーリング１８２との間の部位Ｓ２に付着物Ｄ２が堆積した場合は，上部電極１２０との間での異常放電に加えて，ウェハＷ上のプラズマ密度を不均一にしてしまう可能性もある。この現象は，プラズマ処理後のウェハＷの品質を低下させるだけでなく，システムダウンの原因となり，スループット低下に繋がるものである。
【００４５】
この点，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００は，処理室１１０内，特に下部電極（第２電極）であるサセプタ１３０の周辺部（例えば，部位Ｓ１，Ｓ２）から付着物を除去する機能を有しており，かかる機能に基づいてこの付着物を除去するための動作を行う。
【００４６】
以下，プラズマ処理装置１００における付着物除去機能に関する構成，および，付着物を除去するためのプラズマ処理装置１００の制御方法について，一般的なプラズマ制御装置およびその制御方法と比較しながら説明する。
【００４７】
第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法によれば，ウェハＷに対するエッチング処理等の所定のプラズマ処理を行う直前，すなわちプラズマ点火時に，処理室１１０内部，特に下部電極としてのサセプタ１３０の周辺部に付着し堆積した付着物を除去するために，サセプタ１３０に対して処理前電圧としてのオーバーシュート電圧が印加される。
【００４８】
まず，プラズマ点火から実際のプラズマ処理が開始されるまでの間に，下部電極としてのサセプタ１３０に対してオーバーシュート電圧が印加されない一般的なプラズマ処理装置の動作を説明する。図３は，この一般的なプラズマ処理装置の動作を示すものであって，プラズマ点火から実際のプラズマ処理が開始されるまでの期間に上部電極に印加される第１高周波電力の電力波形，下部電極に印加される第２高周波電力の電力波形，および下部電極の電圧波形を示している。
【００４９】
図３に示すように，時刻Ｔ０１において，第２高周波電源から初期レベル（例えば，２００〜１０００Ｗ）に調整された第２高周波電力が出力され，下部電極に印加される。次いで時刻Ｔ０２において，第１高周波電源から初期レベル（例えば，５０〜１０００Ｗ）に調整された第１高周波電力が出力され，上部電極に印加される。
【００５０】
この時刻Ｔ０２において上部電極と下部電極の間にはプラズマが点火するが，先に時刻Ｔ０１において下部電極に対して初期レベルに調整された第２高周波電力が印加されているため，下部電極上のウェハの表面にイオン・シース（Ｉｏｎ Ｓｈｅａｔｈ）と称される被覆領域が形成されている。プラズマ点火直後はプラズマ密度が均一になっておらず，この状態のプラズマがウェハに接すると，ウェハ中にプラズマ密度の偏りに起因する電流が流れる。この電流はウェハに形成されている半導体素子等の構成要素にダメージを及ぼすおそれがある。プラズマ点火時にウェハ表面にイオン・シースが形成されていれば，この時点ではプラズマがウェハに接触せず，ウェハの構成要素は良好な状態に保たれる。
【００５１】
時刻Ｔ０２の後，反応性ガスにおいて，ウェハに対する所定のプラズマ処理に必要な解離度が得られるように，第１高周波電力のレベルと第２高周波電力のレベルが調整される。このときの各高周波電力のレベル，および，下部電極の電圧レベルを，以下の説明では「レシピ・レベル」と称する。例えば，あるアプリケーションをエッチングするレシピにおいて，第１高周波電力のレシピ・レベルは，１０００〜２５００Ｗであり，第２高周波電力のレシピ・レベルは，１０００〜２０００Ｗであり，下部電極電圧のレシピ・レベルは，約１５００Ｖである。
【００５２】
時刻Ｔ０３において，第１高周波電力および第２高周波電力はそれぞれレシピ・レベルに達し，下部電極の電圧もレシピ・レベルに調整される。以後，下部電極の電圧は，このレシピ・レベルに維持され，ウェハに対する所定のプラズマ処理が実施される。なお，図３には，第１高周波電力および第２高周波電力が時刻Ｔ０３においてほぼ同時にレシピ・レベルに達する場合の電力・電圧波形を示したが，これは一例である。ウェハ保護の観点からは，時刻Ｔ０２においてウェハ表面にイオン・シースが形成されていれば，その後，第１高周波電力または第２高周波電力のいずれか一方を他方より先にレシピ・レベルに到達させるようにしてもよい。
【００５３】
このような，一般的なプラズマ処理装置のプラズマ点火からプラズマ処理開始までの動作によれば，所定のプラズマ処理を重ねていくと，処理室１１０内部，特に下部電極としてのサセプタ１３０の周辺部に付着物が堆積してしまい，付着物に起因する異常放電が発生し，以後のプラズマ処理が適切に行えなくなる可能性がある。また，所定のプラズマ処理を開始しようとすると，プラズマ処理装置全体が緊急停止し，システム側から処理室内の洗浄が要求されるおそれもある。
【００５４】
このような問題を解決する第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法を説明する。図４は，プラズマ処理装置１００の動作を示すものであって，プラズマ点火から実際のプラズマ処理が開始されるまでの期間に上部電極１２０に印加される第１高周波電力１４７の電力波形，下部電極としてのサセプタ１３０に印加される第２高周波電力１５７の電力波形，およびサセプタ１３０の電圧波形を示している。
【００５５】
図４に示すように，時刻Ｔ１１において，第２高周波電源１５１から初期レベル（例えば，２００〜１０００Ｗ）に調整された第２高周波電力１５７が出力され，サセプタ１３０に印加される。次いで時刻Ｔ１２において，第１高周波電源１４１から初期レベル（例えば，５０〜１０００Ｗ）に調整された第１高周波電力１４７が出力され，上部電極１２０に印加される。上述のように，時刻Ｔ１２においてウェハＷの表面にはイオン・シースが形成されているため，点火直後の密度が不均一なプラズマＰがウェハＷに接触せず，ウェハＷおよびウェハＷに形成されている各種半導体素子等の構成要素は良好な状態に保たれる。
【００５６】
次に，時刻Ｔｏｓ１において，第２高周波電力１５７をレシピ・レベル（例えば，１０００〜２０００Ｗ）に調整する。このとき，下部電極であるサセプタ１３０の電圧は，時刻Ｔ１１および時刻Ｔ１２における電圧レベルから上昇を開始し，レシピ・レベル（例えば，１５００Ｖ）よりも高い電圧レベル（ピーク・レベル。例えば，３０００Ｖ）に達する。その後，サセプタ１３０の電圧は，時刻Ｔｏｓ２までの間，レシピ・レベルよりも高いレベルを維持する。時刻Ｔｏｓ１から時刻Ｔｏｓ２までの間のサセプタ１３０の電圧状態は，図４において，オーバーシュート波形（オーバーシュート電圧）として現れている。
【００５７】
時刻Ｔ１３において，第１高周波電力１４７はレシピ・レベルに達し，サセプタ１３０の電圧はピーク・レベルから低下し（オーバーシュート状態を脱し），レシピ・レベルに安定する。以後，サセプタ１３０の電圧は，このレシピ・レベルに維持され，ウェハＷに対する所定のプラズマ処理が実施される。
【００５８】
図３と図４を比較すると明らかなように，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法によれば，一般的なプラズマ処理装置およびその制御方法とは異なり，プラズマの点火段階において，サセプタ１３０の電圧が，レシピ・レベルに調整される直前の所定期間（時刻Ｔｏｓ１〜Ｔｏｓ２）オーバーシュート状態を取ることになる。第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００は，サセプタ１３０の電圧をオーバーシュート状態に調整することが可能な手段として制御部１６０を備えている。そして，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００の制御方法によれば，所定のプラズマ処理が開始される直前の所定期間，サセプタ１３０に対してオーバーシュート電圧が印加される。
【００５９】
第１の実施形態では，制御部１６０によって，各リアクタンス素子（可変キャパシタＣ１Ｕ，Ｃ２Ｕおよび可変インダクタＬ１Ｌ，Ｌ２Ｌ）のリアクタンスが所定の値に調整される。これによって，図４に示したように，サセプタ１３０の電圧をレシピ・レベルに調整される直前にオーバーシュートさせることが可能となる。第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンス調整と，サセプタ１３０の電圧のオーバーシュート現象との関係については，プラズマ処理装置１００を用いた実測結果によって確認されている。
【００６０】
まず，比較のために，サセプタ１３０に印加される電圧にオーバーシュートを生じさせない場合の第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンスの設定条件について説明する。図３に示したサセプタ１３０の電圧波形，すなわちオーバーシュート部を有しないサセプタ１３０の電圧波形は，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００において，第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンス制御ステップを，例えば以下のように設定した場合に得られる。なお，第１整合器１４３のリアクタンス（キャパシタンス）は，０〜２０００ステップの範囲で制御可能であり，第２整合器１５３のリアクタンス（インダクタンス）は，０〜１０００ステップの範囲で制御可能である。
【００６１】
［設定条件１］
Ｃ１Ｕ＝１５００ステップ；
Ｃ２Ｕ＝９００ステップ；
Ｌ１Ｌ＝１００ステップ；
Ｌ２Ｌ＝５００ステップ；
【００６２】
例えば，第１整合器１４３に属する可変キャパシタＣ１Ｕ，Ｃ２Ｕの各キャパシタンスは，０〜２０００ステップで０〜２００ｐＦに調整され，第２整合器１５３に属する可変インダクタＬ１Ｌ，Ｌ２Ｌの各インダクタンスは，０〜１０００ステップで０〜３０μＨに調整される。ステップ数と各キャパシタンス／インダクタンスは線形の関係にある。したがって，可変キャパシタＣ１Ｕが１５００ステップに調整された場合，そのキャパシタンスは１５０ｐＦとなり，可変キャパシタＣ２Ｕが９００ステップに調整された場合，そのキャパシタンスは９０ｐＦとなる。また，可変インダクタＬ１Ｌが１００ステップに調整された場合，そのインダクタンスは３μＨとなり，可変インダクタＬ２Ｌが５００ステップに調整された場合，そのインダクタンスは１５μＨとなる。
【００６３】
これに対して，図４に示したサセプタ１３０の電圧波形，すなわちオーバーシュート部を有するサセプタ１３０の電圧波形は，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００において，第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンス制御ステップを以下のように設定した場合に得られる。
【００６４】
［設定条件２］
Ｃ１Ｕ＝１２００ステップ；
Ｃ２Ｕ＝６００ステップ；
Ｌ１Ｌ＝４００ステップ；
Ｌ２Ｌ＝５５０ステップ；
【００６５】
図５は，上記の［設定条件１］が適用されたプラズマ処理装置１００において，上部電極１２０とサセプタ１３０との間にプラズマＰが形成される際の，第１整合器１４３の第１高周波電源１４１側から見た上部電極１２０側のインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート（ａ），および，第２整合器１５３の第２高周波電源１５１側から見たサセプタ１３０側のインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート（ｂ）である。この場合，図３に示したように，サセプタ１３０の電圧には，オーバーシュートが生じない。
【００６６】
図６は，上記の［設定条件２］が適用されたプラズマ処理装置１００において，上部電極１２０とサセプタ１３０との間にプラズマＰが形成される際の，第１整合器１４３の第１高周波電源１４１側から見た上部電極１２０側のインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート（ａ），および，第２整合器１５３の第２高周波電源１５１側から見たサセプタ１３０側のインピーダンス整合の軌跡を示すスミスチャート（ｂ）である。この場合，図４に示したように，サセプタ１３０の電圧にオーバーシュートが生じる。
【００６７】
図５（ａ）に示したインピーダンス軌跡と図６（ａ）に示したインピーダンス軌跡が相違し，図５（ｂ）に示したインピーダンス軌跡と図６（ｂ）に示したインピーダンス軌跡が相違する理由は，第１整合器１４３に属する可変キャパシタＣ１Ｕ，Ｃ２Ｕの各キャパシタンス，および，第２整合器１５３に属する可変インダクタＬ１Ｌ，Ｌ２Ｌの各インダクタンスが変更されたことにある。そして，図５（ａ）と図６（ａ）に注目すると，両者のスタートポイントＳＰに差が生じ，しかも，インピーダンス整合に至るまでの軌跡が図６（ａ）の方が図５（ａ）に比べて長くなっていることがわかる。図５（ｂ）と図６（ｂ）の関係も同様である。ただし，サセプタ１３０側のインピーダンス整合軌跡の伸長量（図５（ｂ）と図６（ｂ）との関係）よりも，上部電極１２０側のインピーダンス整合軌跡の伸長量（図５（ａ）と図６（ａ）との関係）の方が大きい。
【００６８】
この図５と図６の関係および図３と図４の関係をみれば明らかなように，上部電極１２０側のインピーダンス整合が完了するまでの時間（上部電極側インピーダンス整合時間）とサセプタ１３０側のインピーダンス整合が完了するまでの時間（下部電極側インピーダンス整合時間）がそれぞれある程度長くなり，かつ上部電極側インピーダンス整合時間が，下部電極側インピーダンス整合時間に対してより長くなるように第１整合器１４３のリアクタンスと第２整合器１５３のリアクタンスを調整することによって，下部電極としてのサセプタ１３０の電圧を，レシピ・レベルに調整される直前に所定期間オーバーシュートさせることが可能となる。このように第１の実施の形態は，制御部１６０によって第１整合器１４３と第２整合器１５３の各リアクタンスを制御して，サセプタ１３０に印加される電圧をオーバーシュートさせるものである。
【００６９】
図７は，所定のプラズマ処理が開始される直前にサセプタ１３０の電圧をオーバーシュートさせない場合（図３）と，オーバーシュートさせた場合（図４）のそれぞれについてのプラズマ点火直後における異常放電の発生頻度を示している。この実験では，結果の信頼性を高めるために，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００と実質的に同一構成の２台の試験用プラズマ処理装置Ａ，Ｂを用意した。
【００７０】
プラズマ処理装置Ａについて，上記の［設定条件１］，すなわち下部電極電圧にオーバーシュートが発生しない条件に基づいて上部電極用整合器と下部電極用整合器の各リアクタンスを調整し，プラズマ点火を複数回繰り返した。この実験では，異常放電の発生頻度１．６％という結果が得られた。この結果は，下部電極電圧にオーバーシュートを発生させなければ，プラズマ点火を１００回行うと１．６回の異常放電が発生し得ることを示している。
【００７１】
同じプラズマ処理装置Ａについて，上記の［設定条件２］，すなわち下部電極電圧にオーバーシュートが発生する条件に基づいて上部電極用整合器と下部電極用整合器の各リアクタンスを調整し，プラズマ点火を複数回繰り返した。この実験では，異常放電の発生頻度０．０％という結果が得られた。この結果は，下部電極電圧にオーバーシュートを発生させれば，プラズマ点火を何度繰り返しても異常放電が発生しないことを示している。
【００７２】
プラズマ処理装置Ｂについても同じ実験が行われ，［設定条件１］の場合は，異常放電の発生頻度１．１％という結果が得られ，［設定条件２］の場合は，異常放電の発生頻度０．０％という結果が得られた。
【００７３】
以上のプラズマ処理装置Ａ，Ｂを用いた実験結果から，プラズマ処理を開始する前に下部電極にオーバーシュート電圧を印加すれば，処理室内におけるプラズマ点火直後の異常放電の発生が防止されることが明らかになった。先に述べたように，プラズマ点火直後の異常放電の原因は，主に，下部電極の周辺部に付着し堆積した付着物にあると考えられる。プラズマ処理を開始する前に下部電極に対して意図的にオーバーシュート電圧を印加することによって，この付着物をスパッタリング除去することが可能となる。下部電極の周辺部から付着物が除去されれば，プラズマ点火直後から安定したプラズマ状態が形成され，ウェハおよびウェハに形成されている半導体素子等の構成要素にダメージが及ぶことはない。
【００７４】
次に，プラズマ点火直後の異常放電の発生を防止するために適切なオーバーシュートの大きさ（オーバーシュート量）について，図８，図９を参照しながら説明する。
【００７５】
図８は，図４に示した下部電極としてのサセプタ１３０に印加される電圧波形のうち，オーバーシュート部を拡大して示すものである。ここでは，サセプタ１３０に印加される電圧のオーバーシュート量を，図８に示したように，電圧のピーク値Ｖｐと，サセプタ１３０に対する電圧印加開始後，この電圧がピーク値Ｖｐを経て安定するまで（例えば，２０００Ｖに低下するまで）に要する時間ΔＴを用いて定義することとする。
【００７６】
図９は，異常放電の抑制効果とオーバーシュート量との関係を検証した実験の結果を示している。
【００７７】
この実験では第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００と実質的に同一構成の８台の試験用プラズマ処理装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈが用意された。そして，各プラズマ処理装置について，プラズマ点火時の下部電極の電圧波形を測定し，そのときの異常放電発生の有無を確認した。
【００７８】
全ての試験用プラズマ処理装置に備えられた上部電極用整合器および下部電極用整合器は，下部電極に印加される電圧がプラズマ処理前にオーバーシュートするように，そのリアクタンスが調整されている。しかし，各プラズマ処理装置毎にリアクタンスの調整を変えているため，下部電極電圧のオーバーシュート量に関して各プラズマ処理装置間に差が生じている。
【００７９】
図９に示したように，本実験では，プラズマ処理装置Ｆが最も大きいオーバーシュート量を示し，プラズマ処理装置Ｈが次に大きいオーバーシュート量を示した。逆に，プラズマ処理装置Ｂが最も小さいオーバーシュート量を示し，プラズマ処理装置Ｃが次に小さいオーバーシュート量を示した。実験を行った８台のプラズマ処理装置の中で，最もオーバーシュート量が小さかったプラズマ処理装置Ｂにおいてのみ，プラズマ点火直後に異常放電が観測され，その他のプラズマ処理装置では異常放電は観測されなかった。
【００８０】
この実験結果から，プラズマ点火直後の異常放電の発生を防止するためには，下部電極にオーバーシュート電圧を印加することが有効であり，しかも，そのオーバーシュート量にもある程度の大きさが必要であることが明らかになった。図９に示したように，５５００Ｖ・ｓｅｃを下部電極に印加する電圧のオーバーシュート量のしきい値として採用することができる。すなわち，下部電極に対して，５５００Ｖ・ｓｅｃ以上の量のオーバーシュート電圧を印加することによって，プラズマ点火直後の異常放電の発生を防止することが可能となる。
【００８１】
下部電極に印加する電圧において，そのオーバーシュート量が大きくなれば，プラズマ点火直後の異常放電の抑制効果が高くなると考えられる。オーバーシュート量を大きくするためには，時間ΔＴを長くするか，あるいはピーク値Ｖｐを高める必要がある。しかし，これらの値を設定するにあたり以下の条件を満たす必要がある。
【００８２】
時間ΔＴを設定する際に，プラズマ処理装置のスループットを考慮することが好ましい。時間ΔＴをあまり長く設定すると，単位時間当たりに処理可能なウェハの枚数が減少してしまい，スループットが低下する。一方，ピーク値Ｖｐについては，設計上の絶縁耐圧（例えば，３０００Ｖ）を考慮する必要がある。
【００８３】
この点，本実施の形態では，第１整合器１４３と第２整合器１５３の各リアクタンスが制御部１６０によって自在に調整され，サセプタ１３０に印加されるオーバーシュート電圧の時間ΔＴとピーク値Ｖｐは，この調整された第１整合器１４３と第２整合器１５３の各リアクタンスによって決定される。したがって，本実施の形態によれば，処理室１１０内の付着物を除去するために十分な大きさのオーバーシュート電圧であって，プラズマ処理装置のスループットを低下させず，かつ，プラズマ処理装置にダメージを与えない大きさのオーバーシュート電圧を下部電極としてのサセプタ１３に印加することが可能となる。
【００８４】
以上説明したように，第１の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法によれば，ウェハＷに対するプラズマ処理が開始される直前に下部電極としてのサセプタ１３０に対してオーバーシュート電圧が印加される。このオーバーシュート電圧によって，サセプタ１３０の周辺部に付着し堆積した付着物が除去されるため，プラズマ点火直後の処理室内における異常放電の発生が防止される。また，サセプタ１３０の周辺部から付着物が除去されれば，プラズマ密度の均一性も高まり，結果としてプラズマ処理の安定化に繋がる。
【００８５】
第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンスを調整することによって，サセプタ１３０に印加される電圧にオーバーシュートを生じさせることが可能となる。この点，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００は，第１整合器１４３と第２整合器１５３の各リアクタンスを個別に調整可能な制御部１６０を備えているため，サセプタ１３０に対してオーバーシュート電圧を印加することは容易である。しかも，オーバーシュート量の調整も自在である。
【００８６】
また，ウェハＷに対するプラズマ処理の直前に付着物の除去が行われるため，プラズマ処理装置１００を停止させて，処理容器を解放し，サセプタ１３０の周辺部を洗浄する必要がなくなる。したがって，プラズマ処理装置１００のスループットの向上が実現する。
【００８７】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置およびその制御方法を図１，図１０，および図１１を参照しながら説明する。第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置は，図１に示した第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００と略同一の構成を有する。また，第２の実施の形態にかかるプラズマ装置の制御方法は，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の制御方法と同様に，ウェハＷに対するプラズマ処理の直前に下部電極であるサセプタ１３０に対してオーバーシュート電圧を印加することを特徴としている。
【００８８】
しかし，第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置およびその制御方法によれば，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法とは異なる機能・動作によってサセプタ１３０に印加される電圧にオーバーシュートを生じさせる。
【００８９】
すなわち，第１の実施の形態では，オーバーシュート電圧を得るために，制御部１６０によって第１整合器１４３と第２整合器１５３のリアクタンスを調整したが，第２の実施の形態では，第１高周波電源１４１から出力される第１高周波電力１４７の電力レベルとその出力タイミング，および，第２高周波電源１５１から出力される第２高周波電力１５７の電力レベルとその出力タイミングをそれぞれ制御することによって，オーバーシュート電圧を生成する。
【００９０】
図１０は，第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置に備えられた制御部１６０が第１高周波電源１４１に対して出力する制御信号と，第２高周波電源１５１に対して出力する制御信号のタイミングチャートを示している。第１高周波電源１４１は，制御部１６０から受けた制御信号に従って，第１高周波電力１４７の出力電力レベルおよび出力タイミングを調整する。同様に，第２高周波電源１５１は，制御部１６０から受けた制御信号に従って，第２高周波電力１５７の出力電力レベルおよび出力タイミングを調整する。
【００９１】
図１１は，図１０に示したタイミングで制御部１６０が各制御信号を第１高周波電源１４７と第２高周波電源１５７に対して出力したときの，上部電極１２０に印加される第１高周波電力１４７の電力波形，下部電極としてのサセプタ１３０に印加される第２高周波電力１５７の電力波形，およびサセプタ１３０の電圧波形を示している。
【００９２】
時刻Ｔ３１において，制御部１６０は，第２高周波電源１５１に対して，初期レベルに調整された第２高周波電力１５７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第２高周波電源１５１は，初期レベル（例えば，２００〜１０００Ｗ）に調整された第２高周波電力１５７をサセプタ１３０に対して出力し，下部電極であるサセプタ１３０の電圧が０Ｖから例えば５００Ｖに上昇する（図１１）。
【００９３】
時刻Ｔ３２において，制御部１６０は，第１高周波電源１４１に対して，初期レベルに調整された第１高周波電力１４７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第１高周波電源１４１は，初期レベル（例えば，５０〜１０００Ｗ）に調整された第１高周波電力１４７を上部電極１２０に対して出力する。この時刻Ｔ３２において上部電極１２０とサセプタ１３０の間にはプラズマ（プレ・プラズマ）が点火するが，先に時刻Ｔ３１においてサセプタ１３０に初期レベルに調整された第２高周波電力１５７が印加されているため，サセプタ１３０上のウェハＷの表面にイオン・シースが形成されている。したがって，この時点ではプラズマがウェハＷに接触せず，ウェハＷに形成されている半導体素子等の構成要素は良好な状態に保たれる。
【００９４】
時刻Ｔ３３から時刻Ｔ３５までの間，制御部１６０は，第１高周波電源１４１に対して，初期レベルよりも高い付着物除去レベルに調整された第１高周波電力１４７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第１高周波電源１４１は，付着物除去レベルに調整された第１高周波電力１４７を上部電極１２０に対して出力する。
【００９５】
時刻Ｔ３４から時刻Ｔ３５までの間，制御部１６０は，第２高周波電源１５１に対して，付着物除去レベルに調整された第２高周波電力１５７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第２高周波電源１５１は，付着物除去レベル（例えば，１０００Ｗ）に調整された第２高周波電力１５７をサセプタ１３０に対して出力し，下部電極であるサセプタ１３０の電圧が例えば２７００Ｖに上昇する（図１１）。
【００９６】
時刻Ｔ３５から時刻Ｔ３６までの間，制御部１６０からの指示に従い，第１高周波電源１４１は第１高周波電力１４７の出力を停止し，第２高周波電源１５１は第２高周波電力１５７の出力を停止する。このため，下部電極であるサセプタ１３０の電圧は一旦０Ｖまで低下する。時刻Ｔ３２で点灯したプラズマ（プレ・プラズマ）もここで消灯する。
【００９７】
時刻Ｔ３６において，再び制御部１６０は，第２高周波電源１５１に対して，初期レベルに調整された第２高周波電力１５７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第２高周波電源１５１は，初期レベル（例えば，２００〜１０００Ｗ）に調整された第２高周波電力１５７をサセプタ１３０に対して出力し，下部電極であるサセプタ１３０の電圧が０Ｖから例えば５００Ｖに上昇する（図１１）。
【００９８】
時刻Ｔ３７において，再び制御部１６０は，第１高周波電源１４１に対して，初期レベルに調整された第１高周波電力１４７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第１高周波電源１４１は，初期レベル（例えば，５０〜１０００Ｗ）に調整された第１高周波電力１４７を上部電極１２０に対して出力する。この時刻Ｔ３７において上部電極１２０とサセプタ１３０の間にはプラズマ（メイン・プラズマ）が点火するが，この時点ではウェハＷの表面にイオン・シースが形成されており，プラズマがウェハＷに接触せず，ウェハＷに形成されている半導体素子等の構成要素は良好な状態に保たれる。
【００９９】
時刻Ｔ３８において，制御部１６０は，第２高周波電源１５１に対して，レシピ・レベルに調整された第２高周波電力１５７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第２高周波電源１５１は，レシピ・レベル（例えば，１０００〜２０００Ｗ）に調整された第２高周波電力１５７をサセプタ１３０に対して出力する。
【０１００】
時刻Ｔ３９において，制御部１６０は，第１高周波電源１４１に対して，レシピ・レベルに調整された第１高周波電力１４７を出力するように制御信号を送信する（図１０）。この制御信号を受けた第１高周波電源１４１は，レシピ・レベル（例えば，１０００〜２５００Ｗ）に調整された第１高周波電力１４７を上部電極１２０に対して出力する（図１１）。この時点で，下部電極としてのサセプタ１３０の電圧はレシピ・レベル（例えば，１５００Ｖ）に達し，以後サセプタ１３０の電圧はこのレシピ・レベルに維持され，メイン・プラズマを用いてウェハＷに対する所定のプラズマ処理が実施される。
【０１０１】
以上説明した第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の制御方法の特徴は，図１０および図１１に示したように，メイン・プラズマを点火し，このメイン・プラズマを用いてウェハＷに対して所定のプラズマ処理を実施するプラズマ処理工程（時刻Ｔ３６以降）と，このプラズマ処理工程の前に実施され，処理室１１０内の付着物を除去するためのプレ・プラズマを点火するプラズマ処理準備工程としての付着物除去工程（時刻Ｔ３１〜時刻Ｔ３５）を備える点にある。
【０１０２】
プラズマ処理工程において点火されるメイン・プラズマは，ウェハＷに対する所定のプラズマ処理のためのものであり，付着物除去工程において点火されるプレ・プラズマは処理室１１０内の付着物を除去するためのものである。したがって，両プラズマの物理的な特性は異なり，図１０，図１１に示したように，両プラズマの形成条件，すなわち第１高周波電力１４７の電力レベルや第１高周波電源１４１からの出力タイミングおよび第２高周波電力１５７の電力レベルや第２高周波電源１５１からの出力タイミングも相違する。
【０１０３】
図１１に示したように，付着物除去工程の所定期間（時刻Ｔ３４〜Ｔ３５）では，下部電極であるサセプタ１３０に対して，レシピ・レベルよりも高い処理前電圧（オーバーシュート電圧）が印加され，上述のプレ・プラズマが形成される。したがって，サセプタ１３０の周辺部に付着物が存在していても，付着物除去工程においてこの付着物はプレ・プラズマによって確実に除去されることになる。
【０１０４】
しかも，付着物除去工程は，プラズマ処理工程の直前に実施されるため，処理室１１０内から付着物を除去した状態でウェハＷに対する所定のプラズマ処理を実施することが可能となる。
【０１０５】
以上のように，第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置およびその制御方法によれば，第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００およびその制御方法と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
さらに，第２の実施の形態によれば，次の効果が得られる。第２の実施の形態においては，第１高周波電源１４１から出力される第１高周波電力１４７の電力レベルとその出力タイミング，および，第２高周波電源１５１から出力される第２高周波電力１５７の電力レベルとその出力タイミングをそれぞれ制御することによって，下部電極であるサセプタ１３０に印加する電圧を所定期間オーバーシュートさせる。このため，反応性ガスの種類，処理室１１０内の圧力，上部電極１２０とサセプタ１３０の間隔等，プロセス条件が変更になった場合であっても，サセプタ１３０に印加する電圧のオーバーシュート量を高い精度で，かつ容易に調整できる。したがって，プラズマ点火直後の処理室内における異常放電の発生をより確実に防止できる。
【０１０７】
ところで，プラズマ処理工程の前に付着物除去工程を毎回行えば，その分第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置のスループットが低下するおそれがある。この点，第２の実施の形態によれば，付着物除去工程をプラズマ処理工程の前に行うか否かの選択は容易である。処理室１１０内の付着物を除去する必要が生じたときにのみ付着物除去工程を実施することで高いスループットが得られる。所定の周期で付着物除去工程を実施するようにしてもよいが，処理室１１０内の付着物の有無を検出する手段を備えて，その検出結果に基づいて付着物除去工程を実施するようにしてもよい。
【０１０８】
以上，添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０９】
本実施の形態の説明の中では，プラズマ処理装置の例として平行平板型プラズ処理装置が用いられているが，本発明はこれに限定されるものではない。例えば，ヘリコン波プラズマ処理装置，誘導結合型プラズマ処理装置等への適用も可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００：プラズマ処理装置
１１０：処理室
１２０：上部電極
１３０：サセプタ
１４１：第１高周波電源
１４３：第１整合器
１４５：ＨＰＦ
１４７：第１高周波電力
１５１：第２高周波電源
１５３：第２整合器
１５５：ＬＰＦ
１５７：第２高周波電力
１７０：静電チャック
１８０：フォーカスリング
１８２：カバーリング
Ｃ１Ｕ，Ｃ２Ｕ：可変キャパシタ
Ｌ１Ｌ，Ｌ２Ｌ：可変インダクタ
Ｗ：ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に配置された第１電極と、
前記処理室内において前記第１電極に対向する位置に配置された第２電極と、
前記第２電極の外周縁部に、前記被処理体を囲むように配置されたフォーカスリングと、
前記第１電極に第１電力を供給する第１電力源を有する第１電力系と、
前記第２電極に第２電力を供給する第２電力源を有する第２電力系と、
前記第１電力系及び前記第２電力系を制御する制御部と、
を備え、前記処理室内にプラズマを発生させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置の制御方法であって、
前記制御部は、前記第２電極上に前記被処理体を配置している状態で、プラズマ点火後であって前記プラズマ処理を開始する前の所定期間、前記プラズマ処理中に前記第２電極に印加される電圧よりも高い処理前電圧が前記第２電極に印加されるように、前記第１電力系及び前記第２電力系の少なくともいずれかを制御することを特徴とする、プラズマ処理装置の制御方法。
【請求項２】
前記第１電力系は、前記第１電力源側のインピーダンスと前記第１電極側のインピーダンスとを整合させる第１整合器をさらに有し、
前記第２電力系は、前記第２電力源側のインピーダンスと前記第２電極側のインピーダンスとを整合させる第２整合器をさらに有し、
前記制御部は、前記第１整合器と前記第２整合器との少なくともいずれかのリアクタンスを調整することによって、前記第２電極に印加される前記処理前電圧を生成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の制御方法。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第１電力の電力レベルを、前記プラズマ処理を行うときよりも低く前記プラズマ点火するときよりも高い第１電力付着物除去レベルにし、
前記第２電力の電力レベルを、前記プラズマ処理を行うときよりも低く前記プラズマ点火するときよりも高い第２電力付着物除去レベルに順次することで、
前記第２電極に印加する前記処理前電圧を生成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の制御方法。
【請求項１】
処理室内に配置された第１電極と、
前記処理室内において前記第１電極に対向する位置に配置された第２電極と、
前記第２電極の外周縁部に、前記被処理体を囲むように配置されたフォーカスリングと、
前記第１電極に第１電力を供給する第１電力源を有する第１電力系と、
前記第２電極に第２電力を供給する第２電力源を有する第２電力系と、
前記第１電力系及び前記第２電力系を制御する制御部と、
を備え、前記処理室内にプラズマを発生させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置の制御方法であって、
前記制御部は、前記第２電極上に前記被処理体を配置している状態で、プラズマ点火後であって前記プラズマ処理を開始する前の所定期間、前記プラズマ処理中に前記第２電極に印加される電圧よりも高い処理前電圧が前記第２電極に印加されるように、前記第１電力系及び前記第２電力系の少なくともいずれかを制御することを特徴とする、プラズマ処理装置の制御方法。
【請求項２】
前記第１電力系は、前記第１電力源側のインピーダンスと前記第１電極側のインピーダンスとを整合させる第１整合器をさらに有し、
前記第２電力系は、前記第２電力源側のインピーダンスと前記第２電極側のインピーダンスとを整合させる第２整合器をさらに有し、
前記制御部は、前記第１整合器と前記第２整合器との少なくともいずれかのリアクタンスを調整することによって、前記第２電極に印加される前記処理前電圧を生成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の制御方法。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第１電力の電力レベルを、前記プラズマ処理を行うときよりも低く前記プラズマ点火するときよりも高い第１電力付着物除去レベルにし、
前記第２電力の電力レベルを、前記プラズマ処理を行うときよりも低く前記プラズマ点火するときよりも高い第２電力付着物除去レベルに順次することで、
前記第２電極に印加する前記処理前電圧を生成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の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２１１２４１（Ｐ２０１１−２１１２４１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２０７６（Ｐ２０１１−１６２０７６）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【分割の表示】特願２００３−１３８２７４（Ｐ２００３−１３８２７４）の分割
【原出願日】平成１５年５月１６日（２００３．５．１６）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【分割の表示】特願２００３−１３８２７４（Ｐ２００３−１３８２７４）の分割
【原出願日】平成１５年５月１６日（２００３．５．１６）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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