(57)【要約】  プラズマ処理装置は、プラズマ処理空間を画成する処理容器と、処理容器の内部に設けられ、被処理基板を保持する保持部と、プラズマ処理空間にガスを供給するガス供給部と、プラズマ処理空間に供給されたガスのプラズマを生成するためのマイクロ波をプラズマ処理空間へ放射するアンテナと、アンテナへマイクロ波を供給する同軸導波管と、同軸導波管に挿入され、挿入量に応じて、アンテナから放射されるマイクロ波の分布を調整する複数のスタブと、アンテナから放射されるマイクロ波によりプラズマ処理空間において生成されるプラズマの密度、又は該プラズマの密度と相関性を有するパラメータを被処理基板の周方向に沿って測定する測定部と、プラズマの密度又はパラメータに基づいて、マイクロ波の分布の調整に用いられる複数のスタブの挿入量を個別に制御する制御部とを備えた。
2016104205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理空間を画成する処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、被処理基板を保持する保持部と、
前記プラズマ処理空間にガスを供給するガス供給部と、
前記プラズマ処理空間に供給されたガスのプラズマを生成するためのマイクロ波を前記プラズマ処理空間へ放射するアンテナと、
前記アンテナへ前記マイクロ波を供給する同軸導波管と、
前記同軸導波管に挿入され、挿入量に応じて、前記アンテナから放射される前記マイクロ波の分布を調整する複数のスタブと、
前記アンテナから放射される前記マイクロ波により前記プラズマ処理空間において生成される前記プラズマの密度、又は該プラズマの密度と相関性を有するパラメータを前記被処理基板の周方向に沿って測定する測定部と、
前記プラズマの密度又は前記パラメータに基づいて、前記マイクロ波の分布の調整に用いられる前記複数のスタブの挿入量を個別に制御する制御部と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記プラズマの密度の分布又は前記パラメータの分布が前記被処理基板の周方向に沿って均一な分布となるように、前記複数のスタブの挿入量を個別に制御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。
【請求項３】
前記制御部は、前記プラズマの密度の分布又は前記パラメータの分布が前記被処理基板の周方向に沿って均一ではない所定の分布となるように、前記複数のスタブの挿入量を個別に制御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。
【請求項４】
前記制御部は、前記プラズマの密度の分布又は前記パラメータの分布と、前記プラズマ処理空間においてプラズマ処理された前記被処理基板上の膜厚の分布とに基づいて、前記プラズマの密度の分布又は前記パラメータの分布が、前記膜厚の分布を反転させて得られる前記所定の分布となるように、前記複数のスタブの挿入量を個別に制御することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記パラメータは、前記処理容器の側壁の温度、前記アンテナの温度、前記プラズマ処理空間の発光強度、及び、前記処理容器の側壁に付着した付着物の厚みのうち少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記測定部は、前記プラズマ処理空間において前記被処理基板をプラズマ処理するための複数のプロセスが連続的に実行される場合に、前記複数のプロセスの各々が切り替えられるタイミングで、前記被処理基板の周方向に沿って、前記プラズマの密度又は前記パラメータを測定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。
【請求項７】
前記同軸導波管は、内導体と、該内導体の外側に隙間を空けて設けられた外導体とを含み、
前記スタブは、前記隙間に挿入され、
前記スタブのうち、少なくとも前記隙間に挿入される部分の材質は、誘電体又は導電体であ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。
【請求項８】
プラズマ処理空間を画成する処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、被処理基板を保持する保持部と、
前記プラズマ処理空間にガスを供給するガス供給部と、
前記プラズマ処理空間に供給されたガスのプラズマを生成するためのマイクロ波を前記プラズマ処理空間へ放射するアンテナと、
前記アンテナへ前記マイクロ波を供給する同軸導波管と、
前記同軸導波管に挿入され、挿入量に応じて、前記アンテナから放射される前記マイクロ波の分布を調整する複数のスタブと
を備えたプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、
前記アンテナから放射される前記マイクロ波により前記プラズマ処理空間において生成される前記プラズマの密度、又は該プラズマの密度と相関性を有するパラメータを前記被処理基板の周方向に沿って測定し、
前記プラズマの密度又は前記パラメータに基づいて、前記マイクロ波の分布の調整に用いられる前記複数のスタブの挿入量を個別に制御する
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。
【背景技術】
【０００２】
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、アンテナを用いてプラズマ励起用のマイクロ波を処理容器の内部へ放射し、処理容器の内部のガスを解離させてプラズマを生成する。また、プラズマ処理装置は、同軸導波管によってアンテナへマイクロ波を供給する。【０００３】
ところで、このようなプラズマ処理装置では、処理容器内のプラズマ密度の均一性を保つために、アンテナから放射されるマイクロ波の分布の均一性を保つことが求められる。これに対して、同軸導波管に複数のスタブを挿入し、同軸導波管に対する複数のスタブの挿入量を個別に制御することで、アンテナから放射されるマイクロ波の分布を調整する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４４０６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では、処理容器内のプラズマ密度の分布に応じてマイクロ波の分布を自動的に調整することまでは考慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、プラズマ処理空間を画成する処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、被処理基板を保持する保持部と、前記プラズマ処理空間にガスを供給するガス供給部と、前記プラズマ処理空間に供給されたガスのプラズマを生成するためのマイクロ波を前記プラズマ処理空間へ放射するアンテナと、前記アンテナへ前記マイクロ波を供給する同軸導波管と、前記同軸導波管に挿入され、挿入量に応じて、前記アンテナから放射される前記マイクロ波の分布を調整する複数のスタブと、前記アンテナから放射される前記マイクロ波により前記プラズマ処理空間において生成される前記プラズマの密度、又は該プラズマの密度と相関性を有するパラメータを前記被処理基板の周方向に沿って測定する測定部と、前記プラズマの密度又は前記パラメータに基づいて、前記マイクロ波の分布の調整に用いられる前記複数のスタブの挿入量を個別に制御する制御部とを備えた。
【発明の効果】
【０００７】
開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、プラズマ密度の分布に応じてマイクロ波の分布を自動的に調整することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。
【図３】図３は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。
【図４】図４は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管を、図２中のＩＶ−ＩＶで切断した場合の断面図である。
【図５】図５は、一実施形態におけるスタブ部材の挿入量と、スタブ部材の材質と、マイクロ波の分布との関係の実験結果の一例を示す図である。
【図６】図６は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いた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】図７は、他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。
【図８】図８は、他の実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図９】図９は、図８に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、プラズマ処理空間を画成する処理容器と、処理容器の内部に設けられ、被処理基板を保持する保持部と、プラズマ処理空間にガスを供給するガス供給部と、プラズマ処理空間に供給されたガスのプラズマを生成するためのマイクロ波をプラズマ処理空間へ放射するアンテナと、アンテナへマイクロ波を供給する同軸導波管と、同軸導波管に挿入され、挿入量に応じて、アンテナから放射されるマイクロ波の分布を調整する複数のスタブと、アンテナから放射されるマイクロ波によりプラズマ処理空間において生成されるプラズマの密度、又は該プラズマの密度と相関性を有するパラメータを被処理基板の周方向に沿って測定する測定部と、プラズマの密度又はパラメータに基づいて、マイクロ波の分布の調整に用いられる複数のスタブの挿入量を個別に制御する制御部とを備えた。
【００１０】
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、制御部は、プラズマの密度の分布又はパラメータの分布が被処理基板の周方向に沿って均一な分布となるように、複数のスタブの挿入量を個別に制御する。
【００１１】
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、制御部は、プラズマの密度の分布又はパラメータの分布が被処理基板の周方向に沿って均一ではない所定の分布となるように、複数のスタブの挿入量を個別に制御する。
【００１２】
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、制御部は、プラズマの密度の分布又はパラメータの分布と、プラズマ処理空間においてプラズマ処理された被処理基板上の膜厚の分布とに基づいて、プラズマの密度の分布又はパラメータの分布が、膜厚の分布を反転させて得られる所定の分布となるように、複数のスタブの挿入量を個別に制御する。
【００１３】
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、パラメータは、処理容器の側壁の温度、アンテナの温度、プラズマ処理空間の発光強度、及び、処理容器の側壁に付着した付着物の厚みのうち少なくともいずれか一つである。
【００１４】
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、測定部は、プラズマ処理空間において被処理基板をプラズマ処理するための複数のプロセスが連続的に実行される場合に、複数のプロセスの各々が切り替えられるタイミングで、被処理基板の周方向に沿って、プラズマの密度又はパラメータを測定する。
【００１５】
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、同軸導波管は、内導体と、該内導体の外側に隙間を空けて設けられた外導体とを含み、スタブは、隙間に挿入され、スタブのうち、少なくとも隙間に挿入される部分の材質は、誘電体又は導電体である。
【００１６】
また、開示するプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、プラズマ処理空間を画成する処理容器と、処理容器の内部に設けられ、被処理基板を保持する保持部と、プラズマ処理空間にガスを供給するガス供給部と、プラズマ処理空間に供給されたガスのプラズマを生成するためのマイクロ波をプラズマ処理空間へ放射するアンテナと、アンテナへマイクロ波を供給する同軸導波管と、同軸導波管に挿入され、挿入量に応じて、アンテナから放射されるマイクロ波の分布を調整する複数のスタブとを備えたプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、アンテナから放射されるマイクロ波によりプラズマ処理空間において生成されるプラズマの密度、又は該プラズマの密度と相関性を有するパラメータを被処理基板の周方向に沿って測定し、プラズマの密度又はパラメータに基づいて、マイクロ波の分布の調整に用いられる複数のスタブの挿入量を個別に制御する。
【００１７】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１８】
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図である。図３は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられるスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。図４は、図１に示すプラズマ処理装置に備えられる同軸導波管を、図２中のＩＶ−ＩＶで切断した場合の断面図である。なお、図１および図２においては、紙面上下方向を装置の上下方向とする。また、本願明細書中、径方向とは、図４において、同軸導波管に含まれる内導体から外導体へ向かう方向を指す。
【００１９】
図１及び図２に示すプラズマ処理装置１１は、処理容器１２、保持台１４、ガス供給部１３、マイクロ波発生器１５、誘電体板１６、アンテナ２０及び同軸導波管３１を有する。
【００２０】
処理容器１２は、上部側が開口しており、その内部において被処理基板Ｗに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、保持台１４の下方側に位置する底部２１と、底部２１の外周部から上方向に延びる側壁２２とを含む。側壁２２は、円筒状である。処理容器１２の底部２１の径方向中央側には、排気用の排気孔２３が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置される誘電体板１６、および誘電体板１６と処理容器１２との間に介在するシール部材としてのＯリング２４によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。誘電体板１６の下方側の面２５は、平らである。誘電体板１６の材質は、誘電体である。誘電体板１６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。
【００２１】
ガス供給部１３は、処理容器１２内にプラズマ励起用のガスおよびプラズマ処理用のガスを供給する。ガス供給部１３の一部は、側壁２２に埋め込まれるようにして設けられており、処理容器１２の外部から処理容器１２内の処理空間Ｓへガスを供給する。
【００２２】
保持台１４は、処理容器１２内に配置され、被処理基板Ｗを保持する。
【００２３】
マイクロ波発生器１５は、処理容器１２の外部に配置され、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させる。また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１１は、マイクロ波発生器１５に一方端部３８が接続される導波管３９と、マイクロ波のモードを変換するモード変換器４０とを含む。導波管３９は、横方向、具体的には、図１中の紙面左右方向に延びるように設けられている。なお、導波管３９としては、断面が円形状のものや断面が矩形状のものが使用される。
【００２４】
アンテナ２０は、誘電体板１６の上面に設けられ、マイクロ波発生器１５によって発生されるマイクロ波に基づいて、誘電体板１６を介してプラズマ生成用のマイクロ波を処理空間Ｓへ放射する。アンテナ２０は、スロットアンテナ板１８及び遅波板１９を有する。
【００２５】
スロットアンテナ板１８は、誘電体板１６の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体板１６に放射する薄板状の部材である。スロットアンテナ板１８の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。スロットアンテナ板１８には、図３に示すように、板厚方向に貫通する複数のスロット孔１７が設けられている。スロット孔１７は、２つの矩形状の開口部が一対となって、略Ｔ字状となるように配置されて構成されている。設けられたスロット孔１７は、内周側に配置される内周側スロット孔群２６ａと、外周側に配置される外周側スロット孔群２６ｂとに大別される。内周側スロット孔群２６ａは、図３中の点線で囲まれた範囲内に設けられた８個のスロット孔１７である。外周側スロット孔群２６ｂは、図３中の一点鎖線で囲まれた範囲内に設けられた１６個のスロット孔１７である。内周側スロット孔群２６ａにおいて、８個のスロット孔１７はそれぞれ、環状に等間隔に配置されている。外周側スロット孔群２６ｂにおいて、１６個のスロット孔１７はそれぞれ、環状に等間隔に配置されている。スロットアンテナ板１８は、径方向の中心２８を中心とした回転対称性を有し、例えば、中心２８を中心として４５°回転しても同じ形状となる。
【００２６】
遅波板１９は、スロットアンテナ板１８の上方側に配置され、マイクロ波を径方向に伝播する。遅波板１９の中央には、後述する同軸導波管３１に備えられる内導体３２を配置させるための開口が設けられている。開口の周囲を形成する遅波板１９の内径側の端部は、板厚方向に突出している。すなわち、遅波板１９は、内径側の端部から板厚方向に突出するリング状の遅波板突出部２７を備える。遅波板１９は、遅波板突出部２７が上側になるように取り付けられる。遅波板１９の材質は、誘電体である。遅波板１９の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。遅波板１９の内部を伝播するマイクロ波の波長は、大気中を伝播するマイクロ波の波長よりも短くなる。
【００２７】
誘電体板１６、スロットアンテナ板１８、および遅波板１９はいずれも、円板状である。プラズマ処理装置１１を製造する際には、誘電体板１６の径方向の中心と、スロットアンテナ板１８の径方向の中心２８と、遅波板１９の径方向の中心とを、それぞれ一致するように製造される。こうすることにより、中心側から外径側に向かって伝播されるマイクロ波において、周方向におけるマイクロ波の伝播度合いを同じにして、誘電体板１６の下方側に生じさせるプラズマの周方向における均一性を確保するようにしている。なお、ここでは、スロットアンテナ板１８の径方向の中心２８を基準とする。
【００２８】
同軸導波管３１は、アンテナ２０にマイクロ波を供給する導波管である。同軸導波管３１は、内導体３２及び外導体３３を含んでいる。内導体３２は、略丸棒状に形成されている。内導体３２の一方端部３５は、スロットアンテナ板１８の中心２８に接続される。外導体３３は、内導体３２と径方向の隙間３４を空けて内導体３２の外径側に設けられる。外導体３３は、略円筒状に形成される。すなわち、内導体３２の外周面３６と外導体３３の内周面３７とが対向するように内導体３２と外導体３３とを組み合わせて、同軸導波管３１が構成されている。同軸導波管３１は、図１中の紙面上下方向に延びるように設けられている。内導体３２および外導体３３はそれぞれ、別体で製造される。そして、内導体３２の径方向の中心と外導体３３の径方向の中心とを一致させるようにして組み合わされる。
【００２９】
マイクロ波発生器１５において発生させたマイクロ波は、導波管３９および同軸導波管３１を介して、アンテナ２０に伝播される。マイクロ波発生器１５において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。
【００３０】
例えば、マイクロ波発生器１５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管３９内を図１中の矢印Ａ１で示す紙面左方向に伝播し、モード変換器４０によりＴＥＭモードへ変換される。そして、ＴＥＭモードへ変換されたマイクロ波は、同軸導波管３１内を図１中の矢印Ａ２で示す紙面下方向へ伝播する。具体的には、隙間３４が形成される内導体３２と外導体３３との間、および内導体３２と冷却板突出部４７との間において、マイクロ波は伝播する。同軸導波管３１を伝播したマイクロ波は、遅波板１９内を径方向に伝播し、スロットアンテナ板１８に設けられた複数のスロット孔１７から誘電体板１６に放射される。誘電体板１６を透過したマイクロ波は、誘電体板１６の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。
【００３１】
また、プラズマ処理装置１１は、側壁２２の開口側の上方端部の上方側に配置され、誘電体板１６を上方側から押さえる誘電体板押さえリング４１と、誘電体板押さえリング４１の上方側に配置され、スロットアンテナ板１８等を上方側から押さえるアンテナ押さえ４２と、遅波板１９の上方側に配置され、遅波板１９等を冷却する冷却板４３と、アンテナ押さえ４２と冷却板４３との間に介在するように配置され、処理容器１２内外で電磁界を遮蔽する電磁遮蔽弾力体４４と、スロットアンテナ板１８の外周部を固定する外周固定リング４５と、スロットアンテナ板１８の中心を固定する中心固定板４６とを備える。
【００３２】
冷却板４３の中央には、図２に示すように、同軸導波管３１を配置させるための開口が設けられている。開口の周囲を形成する冷却板４３の内径側の端部は、板厚方向に突出している。すなわち、冷却板４３は、内径側の端部から板厚方向に突出するリング状の冷却板突出部４７を備える。冷却板４３は、冷却板突出部４７が上側になるように取り付けられる。
【００３３】
冷却板突出部４７の上方側には、円筒状の外導体３３が配置される。冷却板突出部４７の上方側端部と外導体３３の下方側端部とが当接する構成である。この場合、外導体３３の内周面３７と冷却板突出部４７の内周面５０とが連なって、内導体３２の外周面３６と外導体３３の内周面３７との径方向の距離、および内導体３２の外周面３６と冷却板突出部４７の内周面５０との径方向の距離が同じとなるように構成される。外導体３３の内周面３７と冷却板突出部４７の内周面５０とが連なることによって、冷却板突出部４７は、同軸導波管３１の一部として構成される。なお、上記した遅波板突出部２７の上方側には、内導体３２と外導体３３との間に形成される隙間３４が位置することとなる。
【００３４】
また、冷却板４３の外周部分には、誘電体板１６側にリング状に突出する遅波板位置決め部４８が設けられている。遅波板１９は、遅波板位置決め部４８により径方向に位置決めされる。遅波板位置決め部４８が設けられた径方向の位置において、外周固定リング４５は、スロットアンテナ板１８を固定する。
【００３５】
なお、誘電体板１６の上方側の面のうち、径方向の中央には、中心固定板４６を受け入れるように、誘電体板１６の上方側の面から板厚を減ずるように凹んだ受け入れ凹部４９が設けられている。
【００３６】
また、図２及び図４に示すように、プラズマ処理装置１１は、内導体３２の外周面３６の一部と、径方向において内導体３２の外周面３６の一部に対向する対向部との径方向の距離を変更させる変更手段として、外導体３３側から内導体３２側へ向かって延出可能な複数のスタブ部材５１を備える。なお、本実施形態では、径方向において内導体３２の外周面３６の一部に対向する対向部は、冷却板突出部４７に相当する。
【００３７】
スタブ部材５１は、外導体３３側で支持され、径方向に延びるように設けられる棒状部５２と、棒状部５２の径方向の移動量を調整する移動量調整部材としてのねじ部５３とを含む。ねじ部５３は、棒状部５２の外径側端部に設けられている。
【００３８】
スタブ部材５１は、冷却板突出部４７に挿入されている。具体的には、冷却板突出部４７には、径方向に真直ぐに延びて貫通するねじ孔５４が設けられており、このねじ孔５４とねじ部５３とを螺合させるようにして、スタブ部材５１が冷却板突出部４７に挿入されている。すなわち、スタブ部材５１は、外導体３３側において、冷却板突出部４７に設けられたねじ孔５４に螺合されたねじ部５３によって、支持されている。
【００３９】
ねじ部５３を回転させることにより、棒状部５２を含むスタブ部材５１全体を径方向に移動させることができる。図２においては、スタブ部材５１は、紙面左右方向に移動可能である。また、その移動量は、ねじ部５３の回転量により調整される。
【００４０】
スタブ部材５１は、周方向に略等配となるように、内導体３２の周囲の冷却板突出部４７内に複数（図４では６個）設けられている。例えば、６個のスタブ部材５１が設けられる場合には、６個のスタブ部材５１は、周方向において隣り合うスタブ部材間の角度が、６０°間隔となるよう配置されている。
【００４１】
複数のスタブ部材５１はそれぞれ独立して、径方向に移動することができる。それぞれのスタブ部材５１の移動は、図示しない駆動機構を用いて実行される。それぞれのスタブ部材５１のねじ部５３を回転させることにより、内導体３２の外周面３６と、冷却板突出部４７の内周面５０との間に設けられた隙間３４への、スタブ部材５１（棒状部５２）の挿入量を個別に制御することができる。複数のスタブ部材５１は、個別に制御される挿入量に応じて、アンテナ２０から放射されるマイクロ波の分布を調整する。なお、スタブ部材５１の挿入量の制御は、後述する制御部７０によって実行される。
【００４２】
スタブ部材５１のうち、少なくとも隙間３４に挿入される部分の材質は、誘電体又は導電体である。誘電体としては、例えば、石英やアルミナ等が挙げられる。導電体としては、例えば、メタル等が挙げられる。
【００４３】
図５は、一実施形態におけるスタブ部材の挿入量と、スタブ部材の材質と、マイクロ波の分布との関係の実験結果の一例を示す図である。図５において、「Ｃｅｎｔｅｒ  Ｓｔｕｂ」は、各実験結果を示している。この実験結果のうち「Ｄｕｍｍｙ」は、スタブ部材５１が設けられていない場合の実験結果を示している。また、「Ｃｅｒａｍｉｃ−１−５」は、スタブ部材５１の材質が誘電体であり、スタブ部材５１の棒状部５２の先端と、内導体３２との間の距離（以下「スタブギャップ」という）が１ｍｍであり、かつ、基準方向に対するスタブ部材５１の挿入方向が５時の方向である場合の実験結果を示している。また、「Ｍｅｔａｌ−３−５」は、スタブ部材５１の材質が導電体であり、スタブギャップが３ｍｍであり、かつ、基準方向に対するスタブ部材５１の挿入方向が５時の方向である場合の実験結果を示している。また、「Ｍｅｔａｌ−２−５」は、スタブ部材５１の材質が導電体であり、スタブギャップが２ｍｍであり、かつ、基準方向に対するスタブ部材５１の挿入方向が５時の方向である場合の実験結果を示している。
【００４４】
また、図５において、「Ｍａｐｐｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ」は、実験結果として被処理基板Ｗ上の膜厚の分布を示している。また、図５において、「Ｍａｐｐｉｎｇ  ｏｆ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（Ｃｏｍｐａｒｉｇ  ｗｉｔｈ  Ｄｕｍｍｙ）」は、スタブ部材５１が設けられていない場合の被処理基板Ｗ上の膜厚を基準とした膜厚差の分布を示している。また、図５において、「Ｍａｘ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ［Å］」は、膜厚差の最大値を示し、「Ｍｉｎ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ［Å］」は、膜厚差の最小値を示している。なお、図５の例では、膜厚差の最大値の絶対値及び膜厚差の最小値の絶対値が大きいほど、アンテナ２０から放射されるマイクロ波の分布（電界強度の分布）の調整幅が大きいことを示している。
【００４５】
図５の実験結果から明らかなように、スタブギャップを変化させることで、アンテナ２０から放射されるマイクロ波の分布を調整することができた。すなわち、スタブ部材５１の挿入量を制御することで、アンテナ２０から放射されるマイクロ波の分布を調整することができることが分かった。発明者は、さらに鋭意検討を重ねた結果、スタブギャップが小さいほど、アンテナ２０から放射されるマイクロ波の分布の調整幅が大きいことが分かった。さらに、図５の実験結果から、スタブ部材５１の材質が導電体である場合、スタブ部材５１の材質が誘電体である場合と比較して、アンテナ２０から放射されるマイクロ波の分布の調整幅が大きいことが分かった。
【００４６】
また、図１に示すように、プラズマ処理装置１１は、測定器６０をさらに有する。測定器６０は、アンテナ２０から放射されるマイクロ波により処理空間Ｓにおいて生成されるプラズマの密度（以下「プラズマ密度」という）を被処理基板Ｗの周方向に沿って測定する。例えば、測定器６０は、被処理基板Ｗの周方向に沿って処理容器１２の側壁２２の内周面の複数の位置に設けられ、各位置からプラズマ密度を測定する。
【００４７】
測定器６０は、処理空間Ｓにおいて被処理基板Ｗをプラズマ処理するための複数のプロセスが連続的に実行される場合に、複数のプロセスの各々が切り替えられるタイミングで、被処理基板Ｗの周方向に沿ってプラズマ密度を測定する。
【００４８】
また、図１に示すように、プラズマ処理装置１１は、プラズマ処理装置１１の各構成要素を制御するための制御部７０を有する。制御部７０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等の制御装置、メモリ等の記憶装置、入出力装置等を備えるコンピュータであってもよい。制御部７０は、メモリに記憶された制御プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、プラズマ処理装置１１の各構成要素を制御する。
【００４９】
例えば、制御部７０は、測定器６０を用いてプラズマ密度を被処理基板Ｗの周方向に沿って測定し、測定したプラズマ密度に基づいて、マイクロ波の分布の調整に用いられる複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御する。以下、制御部７０によるスタブ挿入量制御処理の実施例について説明する。
【００５０】
（第１実施例）
まず、スタブ挿入量制御処理の第１実施例について説明する。第１実施例では、制御部７０は、プラズマ密度の分布が被処理基板Ｗの周方向に沿って均一な分布となるように、複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御する。例えば、制御部７０は、測定器６０によって測定されるプラズマ密度を監視しつつ、プラズマ密度の測定値が予め定められた基準値に均一化されるまで、複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御する。また、例えば、制御部７０は、測定器６０によって測定されるプラズマ密度を監視しつつ、プラズマ密度の測定値の平均値を算出し、算出された平均値にプラズマ密度の測定値が到達するまで、複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御する。
【００５１】
このように、第１実施例によれば、プラズマ密度の分布が被処理基板Ｗの周方向に沿って均一な分布となるように、複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御するので、被処理基板Ｗの被処理面に対して均一なプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００５２】
（第２実施例）
続いて、スタブ挿入量制御処理の第２実施例について説明する。第２実施例では、制御部７０は、プラズマ密度の分布が被処理基板Ｗの周方向に沿って均一ではない所定の分布となるように、複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御する。例えば、制御部７０は、測定器６０によって測定されるプラズマ密度の分布と、処理空間Ｓにおいてプラズマ処理された被処理基板Ｗ上の膜厚の分布とに基づいて、プラズマ密度の分布が、膜厚の分布を反転させて得られる所定の分布となるように、複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御する。
【００５３】
このように、第２実施例によれば、プラズマ密度の分布が被処理基板Ｗの周方向に沿って均一ではない所定の分布となるように、複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御するので、被処理基板Ｗの被処理面に対して所望のプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００５４】
また、第２実施例によれば、プラズマ密度の分布が、膜厚の分布を反転させて得られる所定の分布となるように、複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御するので、被処理基板Ｗの被処理面のうち膜厚が予め定められた値よりも小さい領域に対して、アンテナ２０からマイクロ波を集中的に放射することが可能である。
【００５５】
なお、上記第１実施例及び第２実施例では、制御部７０は、複数のスタブ部材５１の挿入量の制御を継続する例を示したが、開示の技術はこれには限られない。例えば、制御部７０は、処理空間Ｓにおいて被処理基板Ｗをプラズマ処理するための複数のプロセスが連続的に実行される場合には、複数のプロセスの各々が切り替えられるタイミングで、スタブ部材５１の挿入量をリセットしても良い。
【００５６】
次に、一実施形態に係るプラズマ処理装置１１を用いたプラズマ処理方法の流れの一例を説明する。図６は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いた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。
【００５７】
図６に示すように、プラズマ処理装置１１の制御部７０は、測定器６０を用いてプラズマ密度を被処理基板Ｗの周方向に沿って測定する（ステップＳ１０１）。続いて、制御部７０は、測定したプラズマ密度に基づいて、マイクロ波の分布の調整に用いられる複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御する（ステップＳ１０２）。
【００５８】
以上、一実施形態に係るプラズマ処理装置１１は、プラズマ密度を被処理基板Ｗの周方向に沿って測定し、測定したプラズマ密度に基づいて、マイクロ波の分布の調整に用いられる複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御する。その結果、一実施形態によれば、プラズマ密度の分布に応じてマイクロ波の分布を自動的に調整することができる。
【００５９】
なお、上記した実施形態では、プラズマ処理装置１１が、プラズマ密度に基づいて、マイクロ波の分布の調整に用いられる複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御する例を説明したが、開示の技術はこれに限定されない。例えば、プラズマ処理装置１１は、プラズマ密度に代えて、プラズマ密度と相関性を有するパラメータに基づいて、複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御しても良い。この場合、プラズマ処理装置１１の測定器６０は、プラズマ密度に代えて、プラズマ密度と相関性を有するパラメータを測定する。プラズマ密度と相関性を有するパラメータとは、例えば、処理容器１２の側壁２２の温度、アンテナ２０の温度、処理空間Ｓの発光強度、及び、処理容器１２の側壁２２に付着した付着物の厚みのうち少なくともいずれか一つである。そして、制御部７０は、プラズマ密度と相関性を有するパラメータに基づいて、複数のスタブ部材５１の挿入量を個別に制御する。これにより、プラズマ密度の相関性を有するパラメータの分布に応じてマイクロ波の分布を自動的に調整することができる。
【００６０】
また、上記した実施形態では、スタブ部材の延伸方向が水平方向、すなわち、スタブ部材が径方向に真直ぐに延びる例を示したが、図７に示すように、スタブ部材の延伸方向が斜め下方向であってもよい。図７は、この場合のプラズマ処理装置の同軸導波管の近辺を拡大して示す概略断面図であり、図２に相当する。図７を参照して、この他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１に備えられる冷却板８２の冷却板突出部８３には、内径側を下側とした斜め下方向に延びるように冷却板突出部８３の一部を貫通する複数のねじ孔８４が設けられている。そして、各ねじ孔８４について、スタブ部材８５が斜め下方向に延伸するように取り付けられている。このように構成することにより、スタブ部材８５の作用するポイント、具体的には、スタブ部材８５の先端部分を遅波板１９に近づけるようにすることができる。電磁界分布の周方向の偏りをなくすためには、できるだけ遅波板１９に近い位置で調整できることが好ましい。したがって、スタブ部材８５を斜め下方向に延伸できるように設けることにより、より効果的に電磁界分布の周方向における調整を行うことができる。
【００６１】
また、上記した実施形態では、スタブ部材は、冷却板突出部で支持されることとしたが、これに限らず、外導体で支持される構成としてもよい。具体的には、外導体において、径方向に貫通するねじ孔を設け、このねじ孔とねじ部とを螺合させるようにしてスタブ部材を取り付けるようにする。この場合、内導体の外周面の一部に対向する対向部は、外導体の内周面の一部となる。
【００６２】
また、上記した実施形態では、スタブ部材は、回転対称性を有する等間隔な配置としたが、回転対称性を有すれば、スタブ部材の配置は等間隔でなくともよい。
【００６３】
また、上記した実施形態では、スタブ部材は、周方向に合計６個設けることとしたが、この個数に限られず、例えば、４個、８個等、必要に応じて任意の個数のスタブ部材が設けられる。
【００６４】
また、上記した実施形態では、同軸導波管の延びる方向に一つ、すなわち、上下方向の同じ位置に６個のスタブ部材を設けることとしたが、これに限らず、スタブ部材を、同軸導波管の延びる方向に間隔を開けて複数設けることとしてもよい。電磁界調整手段としてのスタブ部材を設けると、マイクロ波の一部が上記した棒状部によって上方向に反射する。ここで、反射波の電界強度を入射波の電界強度で除した値で示される反射率の分、パワーロスを生じるおそれがあると共に、この反射波における影響で、電磁界の調整が複雑になり、電磁界分布を均一にすることが困難になるおそれがある。そこで、同軸導波管の延びる方向に間隔を開けて複数スタブ部材を設けることにより、スタブ部材による反射波の影響を大きく低減し、電磁界の調整を容易にして、電磁界分布を周方向により均一にすることができる。
【００６５】
これについて、具体的に説明する。図８は、この場合におけるプラズマ処理装置の一部を示す断面図であり、図２に相当する断面である。図８を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置９１には、図８における上下方向において、二つのスタブ部材群９２ａ、９２ｂが設けられている。下方側に設けられる電磁界調整機構としての第一のスタブ部材群９２ａは、図１に示すプラズマ処理装置１１に設けられる場合と同様に、冷却板４３のうちの冷却板突出部４７に設けられている。第一のスタブ部材群９２ａのうちの各スタブ部材は、図１に示すプラズマ処理装置に設けられるスタブ部材と同様の構成である。すなわち、第一のスタブ部材群９２ａに備えられる各スタブ部材は、径方向に延出可能であって、径方向に真直ぐに延び、冷却板突出部４７に設けられたねじ孔に螺合するように設けられたねじ部および棒状部を備える構成である。一方、上方側に設けられる反射波補償機構としての第二のスタブ部材群９２ｂは、同軸導波管３１のうちの外導体３３に設けられている。第二のスタブ部材群９２ｂに備えられる各スタブ部材についても、第一のスタブ部材群９２ａに備えられる各スタブ部材と同様の構成であり、径方向に延出可能であって、径方向に真直ぐに延び、外導体３３に設けられたねじ孔に螺合するように設けられたねじ部および棒状部を備える構成である。
【００６６】
２つのスタブ部材群のうち、第一のスタブ部材群９２ａについては、図１に示す場合と同様にスタブ部材が周方向に略等配に６個設けられている。第二のスタブ部材群９２ｂについても、スタブ部材が周方向に略等配に６個設けられている。なお、ここでいう２つのスタブ部材群とは、周方向に間隔を空けて設けられた６個のスタブ部材から構成されるスタブ部材の群が、上下方向においてそれぞれ間隔を空けて設けられているという意味である。
【００６７】
第一および第二のスタブ部材群９２ａ、９２ｂのうちの各スタブ部材が設けられる周方向の位置については、第一のスタブ部材群９２ａのうちの各スタブ部材と第二のスタブ部材群９２ｂのうちの各スタブ部材とが同じ位置となるように構成されている。すなわち、図８における上方向から見た場合に、図４に示すように見え、第一のスタブ部材群９２ａのうちのそれぞれのスタブ部材と第二のスタブ部材群９２ｂのうちのそれぞれのスタブ部材とが重なって見えるように構成されている。また、第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂとの上下方向の間隔、すなわち、第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂの間の距離Ｌ４については、同軸導波管３１の管内波長の４分の１となるように構成されている。第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂの間の距離Ｌ４は、図８中の一点鎖線で示す第一のスタブ部材群９２ａにおける軸方向、すなわち、上下方向の中央の位置と、図８中の二点鎖線で示す第二のスタブ部材群９２ｂにおける上下方向の中央の位置との間の距離である。また、第一のスタブ部材群９２ａに備えられる各スタブ部材におけるマイクロ波の反射率と、第二のスタブ部材群９２ｂに備えられる各スタブ部材におけるマイクロ波の反射率とが同じとなるように構成されている。第一および第二のスタブ部材群９２ａ、９２ｂに備えられる各スタブ部材の材質は、例えば、アルミナや金属等である。
【００６８】
このように構成することにより、電磁界調整機構として作用する第一のスタブ部材群９２ａ、および反射波補償機構として作用する第二のスタブ部材群９２ｂにより、より効率的に電磁界分布を均一にすることができる。なお、図１および図２に示すプラズマ処理装置１１と同様の構成については、図８および後述する図９において同一の符号で示し、それらの説明を省略する。
【００６９】
ここで、上記した図８に示すプラズマ処理装置９１における原理について説明する。図９は、図８に示すプラズマ処理装置９１に備えられる同軸導波管３１の近辺を拡大して示す概略断面図である。なお、理解の容易の観点から、図９において、第一および第二のスタブ部材群９２ａ、９２ｂの構成等を概略的に図示している。
【００７０】
図８および図９を参照して、上側から下方向に向けて入射される入射波Ｃ１が電磁界調整機構としての第一のスタブ部材群９２ａに備えられるスタブ部材に到達した後に、その一部が反射波Ｃ２として上方向に反射する。また、入射波Ｄ１が反射波補償機構としての第二のスタブ部材群９２ｂに備えられるスタブ部材に到達した後に、その一部が反射波Ｄ２として上方向に反射する。ここで、第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂの間の距離Ｌ４の往復の道のりの分だけ時間が遅れた反射波Ｃ２が、反射波Ｄ２と干渉する。この場合において、第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂの間の距離Ｌ４は、同軸導波管３１の管内波長の４分の１であるため、第一のスタブ部材群９２ａと第二のスタブ部材群９２ｂの間の距離の往復の道のりは、同軸導波管３１の管内波長の２分の１となる。そうすると、それぞれの反射波Ｃ２、Ｄ２の位相が、１８０度ずれることになる。ここで、第一のスタブ部材群９２ａに備えられるスタブ部材における反射率と第二のスタブ部材群９２ｂに備えられるスタブ部材における反射率とが同じであるため、反射波Ｃ２、Ｄ２が丁度打ち消しあうこととなり、反射波の影響の大きく低減された電磁界調整が可能となる。したがって、より効率的に電磁界を均一に供給することができる。
【００７１】
ここで、第一のスタブ部材群９２ａに備えられるスタブ部材の反射率と第二のスタブ部材群９２ｂに備えられるスタブ部材の反射率とを同じにすることとしたが、具体的な実施形態によると、それぞれの反射率が０．１〜０．２となり、トータルとして反射率を０．０３以下とすることができる。しかし、厳密には、上記の入射波Ｃ１は、第二のスタブ部材群９２ｂに備えられるスタブ部材により一部反射されて小さくなる。そこで、この影響を考慮して、第一のスタブ部材群９２ａに備えられるスタブ部材の反射率と、第二のスタブ部材群９２ｂに備えられるスタブ部材の反射率を変えることとしてもよい。
【００７２】
なお、上記の図８に示す実施形態においては、第一のスタブ部材群と第二のスタブ部材群との上下方向の間隔は、同軸導波管の管内波長の４分の１とすることとしたが、これに限らず、同軸導波管の管内波長の４分の１の奇数倍としてもよい。こうすることによっても、それぞれの反射波の位相を１８０度ずらすことができ、上記した効果を奏することができる。また、同軸導波管の管内波長の４分の１の奇数倍よりも多少ずれていても、反射波の影響を低減することができる。
【００７３】
また、上記の図８に示す実施形態においては、第一のスタブ部材群に備えられる各スタブ部材の周方向の位置と第二のスタブ部材郡に備えられる各スタブ部材の周方向の位置とを同じとすることとしたが、これに限らず、多少周方向にずれていても構わない。また、第一のスタブ部材群に備えられるスタブ部材の数と、第二のスタブ部材群に備えられるスタブ部材の数とを異ならせることとしてもよい。
【００７４】
なお、上記の図８に示す実施形態においては、第一および第二のスタブ部材群に備えられる各スタブ部材について、径方向に真直ぐに延びるように設けることとしたが、これに限らず、各スタブ部材の延伸方向を斜め下方向とすることにしてもよい。この場合、第一および第二のスタブ部材群のうちのいずれか一方の群に備えられるスタブ部材において、延伸方向を斜め下方向としてもよいし、第一および第二のスタブ部材群の双方に備えられる各スタブ部材において、延伸方向を斜め下方向としてもよい。
【００７５】
なお、上記の実施形態においては、スタブ部材を変更手段とすることとしたが、これに限らず、変更手段は、他の構成であってもよい。すなわち、例えば、外導体の内周面において、径方向に延出可能であって、延出距離を調整可能な突起部を設け、これを変更手段とすることとしてもよい。また、外導体の外径面を凹ませれば、この凹みに応じて外導体の内周面と内導体の外周面との距離が変更される構成としてもよい。
【００７６】
また、上記の実施形態においては、外導体側に変更手段を設けることとしたが、これに限らず、内導体側に変更手段を設けることとしてもよい。具体的には、変更手段を、内導体側において、内導体の外周面を外径側、すなわち、隙間が形成されている方向に向かって延出可能であって、延出距離を調整可能な構成とする。
【００７７】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１１、８１、９１  プラズマ処理装置
１２  処理容器
１３  ガス供給部
１４  保持台
１５  マイクロ波発生器
１６  誘電体板
１７  スロット孔
１８  スロットアンテナ板
１９  遅波板
２０  アンテナ
２１  底部
２２  側壁
２３  排気孔
２４  Ｏリング
２５  面
２６ａ  内周側スロット孔群
２６ｂ  外周側スロット孔群
２７  遅波板突出部
２８  中心
３１  同軸導波管
３２  内導体
３３  外導体
３４  隙間
３５、３８  端部
３６  外周面
３７、５０  内周面
３９  導波管
４０  モード変換器
４１  誘電体板押さえリング
４２  アンテナ押さえ
４３、８２  冷却板
４４  電磁遮蔽弾力体
４５  外周固定リング
４６  中心固定板
４７、８３  冷却板突出部
４８  遅波板位置決め部
４９  受け入れ凹部
５１、８５  スタブ部材
５２  棒状部
５３  ねじ部
５４、８４  ねじ孔
６０  測定器
７０  制御部
９２ａ  第一のスタブ部材群
９２ｂ  第二のスタブ部材群
【図１】
2016104205.tif 000003
【図２】
2016104205.tif 000004
【図３】
2016104205.tif 000005
【図４】
2016104205.tif 000006
【図５】
2016104205.tif 000007
【図６】
2016104205.tif 000008
【図７】
2016104205.tif 000009
【図８】
2016104205.tif 000010
【図９】
2016104205.tif 000011
【国際調査報告】
2016104205.tif 000012
2016104205.tif 000013
2016104205.tif 000014
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