(57)【要約】  処理容器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は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、マイクロ波を導入可能な処理容器と、処理容器内へガスを供給するガス供給機構とを備えており、マイクロ波発生部は、マイクロ波を発振する発振回路と、一定の周期で所定の周波数帯域幅の制御波を発振するパルス発生回路と、マイクロ波の周波数を制御波によって所定の周波数帯域幅の変調波に変調して出力する周波数変調回路とを有し、当該周波数変調回路は、一定の周期で、変調波と変調しないマイクロ波とを交互に繰り返し出力する。
2016104098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、マイクロ波を導入可能な処理容器と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給機構とを備え、前記処理容器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において、
前記マイクロ波発生部は、マイクロ波を発振する発振回路と、一定の周期で所定の周波数帯域幅の制御波を発振するパルス発生回路と、前記マイクロ波の周波数を前記制御波によって前記所定の周波数帯域幅の変調波に変調して出力する周波数変調回路と、を有し、
前記周波数変調回路は、前記一定の周期で、前記変調波と、変調しないマイクロ波とを交互に繰り返し出力する。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記マイクロ波発生部は、演算回路を有し、
前記パルス発生回路は、前記制御波と同じタイミングの同期波を発振し、
前記演算回路は、前記同期波のタイミングに合わせて前記変調波の反射波をモニタし、前記反射波に基づいて前記マイクロ波の周波数を制御する。
【請求項３】
マイクロ波を導入可能な処理容器へガスを供給し、前記処理容器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方法において、
マイクロ波の発振時に、一定の周期で、所定の周波数帯域幅の制御波を発振し、前記制御波によって前記マイクロ波を前記所定の周波数帯域幅の変調波に変調し、前記変調波と、変調しないマイクロ波とを交互に繰り返し出力する。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ処理方法において、
前記制御波と同じタイミングの同期波を発振し、前記同期波のタイミングに合わせて前記変調波の反射波をモニタし、前記反射波に基づいて前記マイクロ波の周波数を制御する。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマ処理方法において、
前記マイクロ波の周波数を、前記反射波の反射が少ないマイクロ波の吸収ピーク時の周波数に制御する。
【請求項６】
請求項３に記載のプラズマ処理方法において、
前記制御波が発振される時間は、前記マイクロ波の発振時間全体の１０％以下である。
【請求項７】
請求項４に記載のプラズマ処理方法において、
前記制御波が発振される時間は、前記マイクロ波の発振時間全体の１０％以下である。
【請求項８】
請求項５に記載のプラズマ処理方法において、
前記制御波が発振される時間は、前記マイクロ波の発振時間全体の１０％以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１４年１２月２５日に日本国に出願された特願２０１４−２６３５４７号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを励起する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】
半導体素子や有機ＥＬ素子等は、処理対象となる被処理基板に対して、エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理を施して製造される。従来、例えば半導体ウェハなどの被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置として、ラジアルラインスロットアンテナ（ｒａｄｉａｌ  ｌｉｎｅ  ｓｌｏｔ  ａｎｔｅｎｎａ）を用いたプラズマ処理装置が知られている。ラジアルラインスロットアンテナは、処理容器の天井面開口部に配置された誘電体窓の上部において、複数のスロットを有するスロット板の上部に遅波板を載置した状態で配置され、その中央部にて同軸導波管に接続されている。かかる構成により、マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波は、同軸導波管を経由して、遅波板で径方向へ放射状に伝えられ、スロット板で円偏波を発生させた後、スロット板から誘電体窓を介して処理容器内に放射される。そして、このマイクロ波により処理容器内において低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成させることができ、生成されたプラズマによって、例えば成膜処理やエッチング処理などのプラズマ処理が行われる。このように、マイクロ波をプラズマ源として利用する方法は、プラズマの電子温度を低く保ち、被処理体へのダメージを小さくするという点で有利である。【０００３】
マイクロ波を導入する方法としては、従来、環状の導波管を配置したり、空洞共鳴部分からスリットを通してマイクロ波を導入する方法等がある。また、前述のラジアルラインスロットアンテナからマイクロ波を導入する方法は、アンテナパターンを変えることによりプラズマの分布を制御でき、スロットアンテナの形状を最適化することでプラズマ密度の均一性の良いプラズマが形成できる。また、マイクロ波透過誘電体とアンテナとの隙間を密着させることで、さらに均一性を改善できる。さらに、マイクロ波を導入する誘電体に凹部を設け、スロットパターンを最適化することで、さらに高密度で安定したプラズマが形成できる。【０００４】
プラズマ処理装置においては、被処理体全面にわたって均一な処理が行われることが要求される。プラズマ処理の面内均一性を向上させるためには、プラズマ処理が行われる処理容器内に、より均一なプラズマを安定して形成することが必要となる。【０００５】
プラズマを生成するためのマイクロ波は、１ＫＷ〜５ＫＷ程度の極めて高い電力が要求されるため、従来、マグネトロン発振管が用いられてきた。ところが、マグネトロン発振管は、固体毎に発振周波数が異なり、例えば２．４５ＧＨｚの場合には、±１０ＭＨｚ以上の周波数のバラツキがある。また、プラズマ負荷の状態やパワー等によっても周波数が異なる。【０００６】
マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ装置においては、マイクロ波周波数の影響が大きく、周波数が変化するとプラズマの分布および密度が変化し、均一なプラズマ処理が行えなくなるという問題がある。従来、マグネトロンの周波数の安定性を向上させるために、注入同期信号を制御する等の方法も検討され、改善されているが、完全に周波数を固定することは困難であった。【０００７】
また、プラズマとマイクロ波の吸収との関係において、ある特定の周波数において、プラズマにマイクロ波が吸収される吸収ピークが存在する現象がわかっているが、吸収ピークとなる周波数は刻々と変化するため、常にマイクロ波が吸収される状態を保持することは極めて困難である。しかも、マイクロ波の周波数は、プラズマ処理容器およびアンテナ導波管などのさまざまな形状による周波数特性の影響を受ける。そして、従来、プラズマ密度の状態を直接モニタすることは困難であった。【０００８】
例えば特許文献１には、プラズマ処理装置において、搬送波信号を周波数変調することにより、広帯域においてマイクロ波の周波数を均一にできることが記載されている。【０００９】
また、特許文献２には、固体発振器を用いてマイクロ波を効率よく安定して発生させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】日本国特開２０１２−１０９０８０号公報
【特許文献２】日本国特開２００６−１２８０７５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、上記特許文献１では、周波数が広帯域化することにより、全帯域で整合を取ることが難しくなり、反射波を抑制できないという問題がある。【００１２】
また、特許文献２は、プラズマ加熱装置に関するものであり、マイクロ波の負荷状態は容器の形状で決定され、ほとんど変化しない。また、プラズマに吸収されるためのマイクロ波周波数の具体的な制御に関しては記載されていない。【００１３】
本発明の目的は、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法において、均一でプラズマ密度の高い状態を維持して、プラズマエッチングおよびプラズマ成膜等の性能を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記問題を解決するため、本発明は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、マイクロ波を導入可能な処理容器と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給機構とを備え、前記処理容器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において、前記マイクロ波発生部は、マイクロ波を発振する発振回路と、一定の周期で所定の周波数帯域幅の制御波を発振するパルス発生回路と、前記マイクロ波の周波数を前記制御波によって前記所定の周波数帯域幅の変調波に変調して出力する周波数変調回路と、を有し、前記周波数変調回路は、前記一定の周期で、前記変調波と、変調しないマイクロ波とを交互に繰り返し出力する。【００１５】
別な観点による本発明は、マイクロ波を導入可能な処理容器へガスを供給し、前記処理容器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方法において、マイクロ波の発振時に、一定の周期で、所定の周波数帯域幅の制御波を発振し、前記制御波によって前記マイクロ波を前記所定の周波数帯域幅の変調波に変調し、前記変調波と、変調しないマイクロ波とを交互に繰り返し出力する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法において、プラズマに吸収されやすいマイクロ波の周波数を維持し、処理容器内に均一でプラズマ密度の高いプラズマを安定して生成することができ、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置におけるマイクロ波発生部の詳細な構成を示す図である。
【図３】マイクロ波制御回路の構成図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる周波数変調を説明する波形図であり、（ａ）は制御波のタイミングを示す図、（ｂ）は同期波を示す図、（ｃ）は周波数変調された変調波を示す図、（ｄ）はモニタ波を示す図である。
【図５】モニタ波の例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置１の構成例の概略を示す縦断面図である。プラズマ処理装置１は、被処理体としてのウェハＷの表面（上面）に対してプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ）処理を行うプラズマ発生機構を備えた成膜装置である。なお、以下に示す実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
プラズマ処理装置１は、図１に示すように処理容器１０を有している。処理容器１０は、天井面が開口した略円筒形状を有し、当該天井面開口部にはラジアルラインスロットアンテナ４０が配置されている。また、処理容器１０の側面にはウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成され、当該搬入出口にはゲートバルブ（図示せず）が設けられている。そして、処理容器１０はその内部を密閉可能に構成されている。なお、処理容器１０にはアルミニウム又はステンレス鋼等の金属が用いられ、処理容器１０は電気的に接地されている。
【００２１】
処理容器１０内の底部には、ウェハＷを上面に載置させる円筒形状の載置台２０が設けられている。載置台２０には、例えばＡｌＮ等が用いられる。
【００２２】
載置台２０の内部には、静電チャック用の電極２１が設けられている。電極２１は、処理容器１０の外部に設けられた直流電源２２に接続されている。この直流電源２２により載置台２０の上面にジョンソン・ラーベック力を生じさせて、ウェハＷを載置台２０上に静電吸着することができる。
【００２３】
載置台２０の内部には、例えば冷却媒体を流通させる温度調節機構２３が設けられている。温度調節機構２３は、処理容器１０の外部に設けられ、冷却媒体の温度を調整する液温調節部２４に接続されている。そして、液温調節部２４によって冷媒媒体の温度が調節され、載置台２０の温度を制御でき、この結果、載置台２０上に載置されたウェハＷを所定の温度に維持できる。
【００２４】
載置台２０には、ＲＦバイアス用の高周波電源（図示せず）が接続されていてもよい。高周波電源は、ウェハ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１３．５６ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。
【００２５】
載置台２０には、当該載置台２０を厚み方向に貫通する貫通孔（図示せず）が例えば３箇所に形成されている。貫通孔には、後述する昇降ピン３１が挿通して設けられている。
【００２６】
載置台２０の下面には、当該載置台２０を支持する支持部材２５が設けられている。
【００２７】
載置台２０の下方には、載置台２０上に置かれたウェハＷを適宜昇降させる昇降機構３０が設けられている。昇降機構３０は、昇降ピン３１、プレート３２、支柱３３、及び昇降駆動部３４を有している。昇降ピン３１は、プレート３２の上面に例えば３本設けられ、載置台２０の上面に突出自在に構成されている。プレート３２は、処理容器１０の底面を貫通する支柱３３の上端に支持されている。支柱３３の下端には、処理容器１０の外部に配置された昇降駆動部３４が設けられている。この昇降駆動部３４の稼動により、載置台２０を貫通している３本の昇降ピン３１が昇降し、昇降ピン３１の上端が載置台２０の上面から上方に突出した状態と、昇降ピン３１の上端が載置台２０の内部に引き込まれた状態とに切り替えられる。
【００２８】
処理容器１０の天井面開口部には、プラズマ生成用のマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナ４０（ｒａｄｉａｌ  ｌｉｎｅ  ｓｌｏｔ  ａｎｔｅｎｎａ）が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ４０は、誘電体窓４１、スロット板４２、遅波板４３、及びシールド蓋体４４を有している。
【００２９】
誘電体窓４１は、例えばＯリング等のシール材（図示せず）を介して、処理容器１０の天井面開口部を封止するように設けられている。したがって、処理容器１０の内部は気密に保持される。誘電体窓４１には誘電体、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等が用いられ、誘電体窓４１はマイクロ波を透過させる。
【００３０】
スロット板４２は、誘電体窓４１の上面であって、載置台２０と対向するように設けられている。スロット板４２には、導電性を有する材料、たとえば銅、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。
【００３１】
遅波板４３は、スロット板４２の上面に設けられている。遅波板４３には低損失誘電体材料、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等が用いられ、遅波板４３はマイクロ波の波長を短縮する。
【００３２】
シールド蓋体４４は、遅波板４３の上面において、遅波板４３とスロット板４２を覆うように設けられている。シールド蓋体４４の内部には、例えば冷却媒体を流通させる円環状の流路４５が複数設けられている。流路４５を流れる冷却媒体によって、誘電体窓４１、スロット板４２、遅波板４３、シールド蓋体４４が所定の温度に調節される。
【００３３】
シールド蓋体４４の中央部には同軸導波管５０が接続されている。同軸導波管５０は、内部導体５１と外部導体５２とを有している。内部導体５１は、スロット板４２に接続されている。内部導体５１の下端部は円錐形に形成され、その径がスロット板４２側に向かって拡大するテーパ形状を有している。この下端部により、スロット板４２に対してマイクロ波を効率よく伝播するようになっている。
【００３４】
同軸導波管５０には、マイクロ波を所定の振動モードに変換するモード変換器５３、導波管５４、高周波としてのマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部５５が、同軸導波管５０側からこの順で接続されている。マイクロ波発生部５５は、所定周波数、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させる。
【００３５】
図２に示すように、マイクロ波発生部５５は、導波管５４に沿って、モード変換器５３側から順に、整合器１０１と、処理容器１０からのマイクロ波の反射波および導波管５４内を進行する進行波の一部をそれぞれ分岐する方向結合器１０２ａ、１０２ｂと、反射波を分岐する方向結合器１０２ｃと、同軸導波管変換器１１０とを備えている。方向結合器１０２ａ、１０２ｂには、それぞれ、反射波および進行波を検出するパワー検出器１０３ａ、１０３ｂが接続され、方向結合器１０２ｃには、反射波を遮断するためのアイソレータ１０４が設けられている。また、同軸導波管変換器１１０からマイクロ波増幅器１１１を介して、例えばマグネトロンを備えたマイクロ波発振器１１２が接続されている。
【００３６】
以上の構成を備えたマイクロ波発生部５５は、制御部１２０によって制御されている。制御部１２０は、整合器１０１、パワー検出器１０３ａ、１０３ｂ、マイクロ波増幅器１１１、マイクロ波発振器１１２に接続され、さらに、制御内容を表示する表示装置１２１に接続されている。制御部１２０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置１におけるマイクロ波の発振を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部１２０にインストールされたものであってもよい。また、制御部１２０は、プラズマ処理装置１の直流電源２２や減圧機構７０、および図示しない各種センサ等の制御も行う。
【００３７】
かかる構成により、マイクロ波発生部５５で発生したマイクロ波は、導波管５４、モード変換器５３、同軸導波管５０を順次伝播し、ラジアルラインスロットアンテナ４０内に供給され、遅波板４３で圧縮され短波長化され、スロット板４２で円偏波を発生させた後、スロット板４２から誘電体窓４１を透過して処理容器１０内に放射される。このマイクロ波により処理容器１０内では処理ガスがプラズマ化し、このプラズマによりウェハＷのプラズマ処理が行われる。
【００３８】
処理容器１０内には、上シャワープレート６０と下シャワープレート６１が、載置台２０の上部に設けられている。これら上シャワープレート６０と下シャワープレート６１は、例えば石英管などからなる中空の管材で構成されている。上シャワープレート６０と下シャワープレート６１には、載置台２０上のウェハＷに対してガスを供給する複数の開口部（図示せず）が分布して設けられている。
【００３９】
上シャワープレート６０には、処理容器１０の外部に配置されたプラズマ生成ガス供給源６２が、配管６３を介して接続されている。プラズマ生成ガス供給源６２には、プラズマ生成用のガスとして例えばＡｒガスなどが貯留されている。このプラズマ生成ガス供給源６２から、配管６３を通じて、上シャワープレート６０内にプラズマ生成ガスが導入され、処理容器１０内に均一に分散された状態で、プラズマ生成ガスが供給される。
【００４０】
下シャワープレート６１には、処理容器１０の外部に配置された処理ガス供給源６４が、配管６５を介して接続されている。処理ガス供給源６４には、成膜される膜に応じた処理ガスが貯留されている。例えばウェハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜する場合には、処理ガスとしてＴＳＡ（トリシリルアミン）、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスなどが貯留され、ＳｉＯ２膜を成膜する場合には、ＴＥＯＳなどが貯留される。この処理ガス供給源６４から、配管６５を通じて、下シャワープレート６１内に処理ガスが導入され、処理容器１０内に均一に分散された状態で、処理ガスが供給される。
【００４１】
処理容器１０の底面には、処理容器１０の内部の雰囲気を減圧する減圧機構７０が設けられている。減圧機構７０は、例えば真空ポンプを備えた排気部７１が、排気管７２を介して処理容器１０の底面に接続された構成を有している。排気部７１は、処理容器１０内の雰囲気を排気して、所定の真空度まで減圧することができる。
【００４２】
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１で行われるウェハＷのプラズマ処理について説明する。
【００４３】
先ず、処理容器１０内に搬入されたウェハＷは、昇降ピン３１によって載置台２０上に載置される。このとき、直流電源２２をオンにして載置台２０の電極２１に直流電圧を印可し、載置台２０によってウェハＷを吸着保持する。
【００４４】
その後、処理容器１０内を密閉した後、減圧機構７０によって、処理容器１０内の雰囲気を所定の圧力、例えば４００ｍＴｏｒｒ（＝５３Ｐａ）に減圧する。さらに、上シャワープレート６０から処理容器１０内にプラズマ生成ガスを供給すると共に、下シャワープレート６１から処理容器１０内にプラズマ成膜用の処理ガスを供給する。
【００４５】
このように処理容器１０内にプラズマ生成ガスと処理ガスが供給される際、マイクロ波発生部５５を作動させ、当該マイクロ波発生部５５において、例えば２．４５ＧＨｚの周波数で所定のパワーのマイクロ波を発生させる。そうすると、誘電体窓４１の下面に電界が発生し、プラズマ生成ガスがプラズマ化され、さらに処理ガスがプラズマ化されて、その際に発生した活性種によって、ウェハＷ上に成膜処理がなされる。こうして、ウェハＷの表面に所定の膜が形成される。
【００４６】
その後、所定の膜が成長し、ウェハＷに所定の膜厚の膜が形成されると、プラズマ生成ガス及び処理ガスの供給と、マイクロ波の照射とが停止される。その後、ウェハＷは処理容器１０から搬出されて、一連のプラズマ成膜処理が終了する。
【００４７】
次に、上記のプラズマ処理における、本発明の一実施形態にかかるマイクロ波の制御機構について、図を用いて説明する。
【００４８】
図３は、本発明の一実施形態にかかるマイクロ波制御を行う回路構成図である。マイクロ波制御回路２００は、マイクロ波発生部５５のマイクロ波発振器１１２内に設けられ、所定の周波数の搬送波としてのマイクロ波を発振する発振回路２０１と、所定の周波数帯域幅を有する制御波とその同期波とを生成するパルス発生回路２０２と、搬送波を制御波により周波数変調することによって所定の周波数帯域幅を有する変調波を生成し、その変調波または搬送波のみを出力する周波数変調回路２０３とを有する。さらに、パルス発生回路２０２からの同期信号を受け、パワー検出器１０３ａからの反射波信号およびパワー検出器１０３ｂからの進行波信号を同期サンプリングする同期サンプリング回路２０４と、サンプリングしたデータを演算する演算回路２０５とを有する。
【００４９】
本実施形態にかかるマイクロ波制御回路２００においては、まず、発振回路２０１によって、基準となる搬送波が生成される。また、パルス発生回路２０２によって、予め設定した所定の周波数帯域幅を有する制御波が生成される。搬送波の周波数および制御波の周波数帯域幅は、処理容器１０内において行われるプラズマ処理に応じて適宜設定される。図４は、本実施形態にかかる周波数変調を説明する波形図である。図４（ａ）に示すように、搬送波が一定の周波数で発振され、所定の周波数帯域幅を有する制御波が、一定の周期で所定時間ずつ繰り返して発振される。制御波は、広帯域の周波数の場合、あまり長時間発振すると整合が困難になり反射波を抑制できなくなるため、サンプリングデータを取得できる感度の範囲でなるべく短時間であることが好ましく、マイクロ波発振時間全体に対して例えば１０％以下、望ましくは１〜２％程度の時間とする。また、同期を取るために、制御波は、一定の周期で繰り返すことが好ましい。正確なリアルタイム制御を行ううえで、制御波を発振する間隔は、演算可能な範囲でなるべく短いことが好ましく、例えば２００ｋＨｚ程度とする。
【００５０】
また、制御波と同期して、パルス発生回路２０２によって、図４（ｂ）に示すように同期波が発振される。パルス発生回路２０２は、周波数変調回路２０３への制御波の送信と、同期サンプリング回路２０４への同期信号の送信とを同時に行い、これにより、搬送波の変調時のみ、反射波のモニタが行われるようになっている。
【００５１】
図４（ｃ）は、周波数変調回路２０３において、搬送波が制御波により周波数変調された変調波を示す。この変調波の進行波信号および反射波信号は、同期サンプリング回路２０４を介して同期して演算回路２０５に送られ、図４（ｂ）に示す同期波が発振されている時間のみが、同期サンプリング回路２０４によりサンプリングされ、図４（ｄ）に示すように反射波がモニタされる。演算回路２０５では、このモニタ波から、反射波が低くなっている吸収ピーク時の周波数を演算する。
【００５２】
図５は、モニタされた反射波の例を示す。Ｐｆは進行波であり、Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３は、それぞれ１回目、２回目、３回目のモニタによる反射波の例を示す。図５中において丸印を付けた部分が、反射が少ない吸収ピークであり、最も効率よくマイクロ波がプラズマに吸収され、安定したプラズマが得られる最適な周波数であることを示している。このように、モニタされた反射波から、演算回路２０５によって最適な周波数が決定されると、周波数情報が発振回路２０１に送られる。
【００５３】
これにより、発振回路２０１において、演算回路２０５から送られた所定の周波数のマイクロ波を生成し、そのマイクロ波が、周波数変調回路２０３を介して導波管５４に向けて出力される。導波管５４に送信されたマイクロ波は、モード変換器５３、同軸導波管５０、スロット板４２、および誘電体窓４１を経て、処理容器１０内に伝搬される。そして、処理容器１０内にプラズマが励起される。次いで、処理容器１０内に励起されたプラズマを用いて、載置台２０上のウェハＷに対して、プラズマエッチングや、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマスパッタリング等のプラズマ処理が行われる。
【００５４】
さらに、このプラズマ処理の最中に、周波数変調回路２０３から、一定の周期で変調波が出力され、そのときの進行波および処理容器１０からの反射波が、同期サンプリング回路２０４を介して演算回路２０５に送られて、上記と同様のモニタリングを行い、そのタイミングにおける最適な周波数が決定される。図５に示すように、処理条件等が異なると、反射波が低くなる吸収ピーク時の周波数が異なる。この周波数が、マイクロ波発振器１１２の性能における所定範囲を外れると、モードジャンプが発生し、安定したプラズマ処理が行えなくなる。本発明では、プラズマ処理中にリアルタイムでマイクロ波の吸収ピークを検出し続けることで、吸収ピークが所定の周波数の上限または下限に近づいたときには、各種設定を見直すか、例えば表示装置１２１にエラー表示されるようにすることで、モードジャンプを防ぐことができる。
【００５５】
以上の実施の形態によれば、周波数変調した変調波の反射波をモニタすることで、プラズマ密度の状態をリアルタイムでモニタすることができる。そして、モニタされた反射波によって搬送波の周波数をリアルタイムで制御することで、プロセス条件の変化等によるプラズマの状態変化に即座に対応し、プラズマの反射が最も低い周波数に搬送波を合わせ、高密度で均一なプラズマが生成できる。また、プラズマ処理装置の導波管、整合回路、アンテナ、誘電体等の形状が異なっても、それに対応して最適なプロセス性能を発揮できる。さらに、装置の電極材料等の消耗を抑えるため、ランニングコストが改善される。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しう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。
【符号の説明】
【００５７】
１      プラズマ処理装置
１０    処理容器
５５    マイクロ波発生部
６２    プラズマ生成ガス供給源
６４    処理ガス供給源
２００  マイクロ波制御回路
２０１  発振回路
２０２  パルス発生回路
２０３  周波数変調回路
２０５  演算回路
Ｗ      ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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