(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源部から平面状のアンテナ及び高周波透過窓を通じて真空室内にプラズマ生成用の高周波を供給し、真空室内に供給された処理ガスを前記高周波のエネルギ−によってプラズマ化し、そのプラズマにより、真空室内の載置台に載置された基板に対して処理を行うプラズマ処理装置において、
前記アンテナを真空室に対して相対的に昇降させるための昇降機構と、
前記アンテナと高周波透過窓との間の領域を囲むように設けられた電磁波シ−ルド部材と、
前記高周波透過窓とプラズマの発光領域との間に形成される前記高周波のカットオフ密度となる高さレベルを推定する推定部と、
この推定部の推定結果に基づいて、アンテナと真空室内における前記プラズマ生成用の高周波のカットオフ密度となる高さレベルとの間の領域である前記高周波の空洞領域が適切な大きさとなるように昇降機構を介してアンテナの高さレベルを制御するための制御部と、  を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空室の側壁に光透過窓を形成し、前記高周波透過窓とプラズマの発光領域との間に形成されるプラズマのシース領域の下限レベルを光学的に検出するシース検出部を設け、
前記推定部はこのシース検出部を含み、プラズマのシース領域の下限レベルの検出値に基づいて前記カットオフ密度となる高さレベルを推定することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記推定部は、プラズマの上方から検出用の高周波を当該プラズマに入射させる放射部と、その反射波を受波する受波部と、を含み、前記受波部における受波位置に基づいて、検出用の高周波のカットオフ密度となる高さレベルを検出し、この高さレベルに基づいてプラズマ生成用の高周波のカットオフ密度となる高さレベルを推定することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
高周波電源部から平面状のアンテナ及び高周波透過窓を通じて真空室内にプラズマ生成用の高周波を供給し、真空室内に供給された処理ガスを前記高周波のエネルギ−によってプラズマ化し、そのプラズマにより、真空室内の載置台に載置された基板に対して処理を行うプラズマ処理装置において、
前記アンテナを真空室に対して相対的に昇降させるための昇降機構と、
前記アンテナと高周波透過窓との間の領域を囲むように設けられた電磁波シ−ルド部材と、
プラズマ処理のレシピ毎にアンテナの高さレベルの設定値を記憶する記憶部と、
選択されたレシピに応じたアンテナの高さレベルを前記記憶部から読み出して前記昇降機構を介してアンテナの高さレベルを制御する制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
高周波電源部から平面状のアンテナ及び高周波透過窓を通じて真空室内にプラズマ生成用の高周波を供給し、真空室内に供給された処理ガスを前記高周波のエネルギ−によってプラズマ化し、そのプラズマにより、真空室内の載置台に載置された基板に対して処理を行うプラズマ処理方法において、
アンテナと真空室内における前記プラズマ生成用の高周波のカットオフ密度となる高さレベルとの間の領域である高周波の空洞領域が適切な大きさとなるように、真空室に対するアンテナの高さレベルを制御した後、基板に対してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波などの高周波のエネルギーによりプラズマを発生させ、そのプラズマにより半導体ウエハなどの被処理基板に対して処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程の中に、半導体ウエハ(以下ウエハという)に対してプラズマを用いて処理を行う工程がある。このようなプラズマ処理を行うための装置として図１６に示すようなマイクロ波プラズマ処理装置が知られている。この装置は、ウエハＷの載置台９１を備えた真空室９の天井部に平面スロットアンテナ９２を設け、図示しないマイクロ波電源部９３からマイクロ波を軸部９４ａを有する同軸の導波管９４を介して前記アンテナ９２に導き、このアンテナ９２から石英製のマイクロ波透過窓９５を介して真空室９内にマイクロ波を供給して、ガス供給部９６からの処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより例えばウエハＷの表面に成膜あるいはエッチング処理を施すように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでプラズマは電気的、物理的、化学的な現象が複雑に絡み合い、そのメカニズムは今だ不明な点が多く、プロセス条件をどのように変えるとプラズマの状態がどうなるのかが明確に把握されていないのが実情である。このためあるプロセス条件（圧力やマイクロ波パワ−など）で均一性の高いプラズマが得られたとしても、他のプロセス条件では均一性が悪くなる場合がある。
【０００４】
一方プラズマの均一性の程度は処理の面内均一性例えば膜厚やエッチングの均一性にそのまま反映されるが、近年半導体デバイスが微細化し、薄膜化していることから、結局のところプラズマの均一性の良し悪しは、歩留まりに大きく影響することになる。従ってプロセス条件によらず常に均一性の高いプラズマを生成する技術が望まれている。
【０００５】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は均一性の高いプラズマを得ることができ、基板において面内均一性の高い処理を行うことのできるプラズマ処理装置及びその方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るプラズマ処理装置は、高周波電源部から平面状のアンテナ及び高周波透過窓を通じて真空室内にプラズマ生成用の高周波を供給し、真空室内に供給された処理ガスを前記高周波のエネルギ−によってプラズマ化し、そのプラズマにより、真空室内の載置台に載置された基板に対して処理を行うプラズマ処理装置において、
前記アンテナを真空室に対して相対的に昇降させるための昇降機構と、
前記アンテナと高周波透過窓との間の領域を囲むように設けられた電磁波シ−ルド部材と、
前記高周波透過窓とプラズマの発光領域との間に形成される前記高周波のカットオフ密度となる高さレベルを推定する推定部と、
この推定部の推定結果に基づいて、アンテナと真空室内における前記プラズマ生成用の高周波のカットオフ密度となる高さレベルとの間の領域である前記高周波の空洞領域が適切な大きさとなるように昇降機構を介してアンテナの高さレベルを制御するための制御部と、  を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、高周波の空洞領域の下端位置を把握できるので、予め空洞領域の適切な大きさを把握しておくことにより、推定部の推定結果に基づいてアンテナの高さレベルを適切な位置に設定することができ、均一なプラズマを生成することができる。
【０００８】
ここで真空室の側壁に光透過窓を形成し、前記高周波透過窓とプラズマの発光領域との間に形成されるプラズマのシース領域の下限レベルを光学的に検出するシース検出部を設け、前記推定部はこのシース検出部を含み、プラズマのシース領域の下限レベルの検出値に基づいて前記カットオフ密度となる高さレベルを推定する構成とすることができる。また前記推定部は、プラズマの上方から検出用の高周波を当該プラズマに入射させる放射部と、その反射波を受波する受波部と、を含み、前記受波部における受波位置に基づいて、検出用の高周波のカットオフ密度となる高さレベルを検出し、この高さレベルに基づいて処理用の高周波のカットオフ密度となる高さレベルを推定する構成とすることができる。
【０００９】
即ちプラズマ生成用の高周波のカットオフ密度の高さレベルと前記シース領域の下限レベルとは異なるが、それらの差はほぼ一定と見なせる。またプラズマ生成用の高周波のカットオフ密度の高さレベルと前記検出用の高周波のカットオフ密度の高さレベルとは異なるが、それらの差もほぼ一定と見なせる。従ってこれらの検出結果をプラズマ生成用の高周波のカットオフ密度の高さレベルに代えて用いることができる。ここでいう、前記カットオフ密度となる高さレベルを推定するとは、プラズマのシース領域の下限レベルの検出値や前記検出用の高周波のカットオフ密度の高さレベルの検出結果を代用する場合も含むが、例えば所定のアルゴリズムに基づいてプラズマ生成用の高周波のカットオフ密度の高さレベルを推定する場合も含む。
【００１０】
また本発明は請求項４に記載したように、前記アンテナを真空室に対して相対的に昇降させるための昇降機構と、
前記アンテナと高周波透過窓との間の領域を囲むように設けられた電磁波シ−ルド部材と、
プラズマ処理のレシピ毎にアンテナの高さレベルの設定値を記憶する記憶部と、  選択されたレシピに応じたアンテナの高さレベルを前記記憶部から読み出して前記昇降機構を介してアンテナの高さレベルを制御する制御部と、を備えた構成としてもよい。
【００１１】
本発明に係るプラズマ処理方法は、高周波電源部から平面状のアンテナ及び高周波透過窓を通じて真空室内にプラズマ生成用の高周波を供給し、真空室内に供給された処理ガスを前記高周波のエネルギ−によってプラズマ化し、そのプラズマにより、真空室内の載置台に載置された基板に対して処理を行うプラズマ処理方法において、
アンテナと真空室内における前記高周波のカットオフ密度となる高さレベルとの間の領域である高周波の空洞領域が適切な大きさとなるように、真空室に対するアンテナの高さレベルを制御した後、基板に対してプラズマ処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置を説明するが、その前に装置構成を考え出すに至った着眼点について述べておく。先ず図１６に示す従来装置を用い、載置台９１の中にＣＣＤカメラを設けると共に載置台９１の上面部を石英により構成してＣＣＤカメラにより真空室９内にて発生したプラズマを観察するようにした。そして真空室９内にガス供給部９６からアルゴンガスを供給すると共にマイクロ波電源部９３から例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入してアルゴンガスをプラズマ化し、マイクロ波のパワ−と真空室９内の圧力とを変えてプラズマを観察したところ、明るさが一様である条件とばらつきがある条件とがあった。
【００１３】
図１はＣＣＤカメラの画像の一例を便宜的に表した図であり、（ａ）は明るさの均一な領域の中に例えば特に明るい領域が点在している状態つまり明るさにばらつきがある状態をとらえた画像であり、（ｂ）は全体の明るさが一様な状態をとらえた画像である。
【００１４】
以下にプロセス条件とプラズマの状態との対応結果の一例を示す。
【００１５】
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更に上述の各プロセス条件において真空室９の径方向におけるイオン電流の大きさを測定したところ図２に示す結果が得られた。条件Ａにおいては真空室９の壁面から中心部に向かうに連れてイオン電流が大きくなっているが、条件Ｂ、Ｃにおいては壁面の近傍から中心部に至るまでイオン電流はほぼ同じ大きさで、似通った傾向にある（Ｂ、Ｃは便宜上同じグラフとして示してある）。
【００１６】
イオン電流はプラズマ中の電子密度に関係しており、一方プラズマのシ−ス領域（壁の近傍にてプラズマが発光していない領域）の大きさが電子密度に関係していることから、本発明者はプラズマの上方に位置するマイクロ波の空洞領域  （キャビティ）の大きさに関係していることに着眼した。この空洞領域はアンテナ９２とマイクロ波のカットオフ密度となる位置との間に形成される領域であり、図３にてＳを付して斜線領域で示す。
【００１７】
図４は真空室９内における窓９５の下面からの距離と電子密度との関係を測定した図であり、窓９５からある距離だけ離れた位置にプラズマ生成用のマイクロ波のカットオフ密度Ｘ0 が存在する。図５に示すようにＸ0 となるレベル（以下Ｘ0 レベルという）においては上からくるプラズマ生成用のマイクロ波が反射される。またプラズマの壁部に近い部分は発光しないシ−ス領域となっているが、Ｘ0 レベルは、このシ−ス領域の下限レベル（以下シ−スレベルという）Ｌ0 よりも下方側に位置し、これらのレベル差はほぼ一定である。
【００１８】
Ｘ0 レベルにおいてはマイクロ波が反射されることから、このレベルは例えば図５に示すようにアンテナ９２と窓９５との間の電磁シ−ルド部材からなる側面部に設けた放射部９７より電磁波を斜め下方でかつ真空室９の例えば中心部に向けて放射し、その反射波を受波部９８により検出してその受波位置（受波した高さ位置）に基づいて反射点レベルを求めることにより分かる。
【００１９】
しかしながら放射部９７からプラズマ生成用のマイクロ波と同じ周波数のマイクロ波を放射すると、受波部９８では放射部９７からのマイクロ波なのかアンテナ９２から放射されたマイクロ波なのかが分からなくなる。そこで放射部９７からはプラズマ生成用のマイクロ波の周波数と異なる検出用のマイクロ波を放射するようにする。この場合検出用のマイクロ波のカットオフ密度となるレベル（以下Ｘ1レベルという）が分かる。Ｘ0とＸ1との関係は相互の周波数の差に依存するが、ほぼＸ1＝Ｘ0＋α（ただしここで用いる「＝」の記号は近似等号である）の関係にある。αはＸ1とＸ0との差であり、ほぼ一定とみなせるので、Ｘ1レベルを検出してＸ0レベルに代用しても問題はない。検出用のマイクロ波の周波数は例えば数ＧＨz〜３０ＧＨz程度である。周波数の下限については真空室の形状に基づいて波長を考えると数ＧＨz程度であり、周波数の上限については、周波数がカットオフ密度（電子密度）の平方根に比例することを考慮するとせいぜい３０ＧＨz程度である。前記受波部９８は受波素子を多数接近させて縦に配列し、受波した受波素子に基づいて受波位置を求めてもよいが、受波素子を上下にスキャンして受波位置を求めてもよい。またＸ0 レベルとシ−スレベルとの離間距離はほぼ一定であることから光学的にシ−スレベルを検出してＸ0 レベルに代用することもできる。
【００２０】
ここで種々のプロセス条件でＸ0 レベルがどの位置にあるかを具体的に調べたところ、図６に示す結果が得られた。図６におけるＸ0 レベルは窓９５の下面からＸ0 レベルまでの距離である。この結果から分かるようにマイクロ波パワ−を上げていくとＸ0 レベルが窓９５に近付き、また圧力を上げていくとＸ0 レベルが窓９５に近づく。
【００２１】
このようにマイクロ波の空洞領域の大きさがプロセス条件により変わり、そしてプロセス条件によりプラズマの状態が変わることから、プラズマの状態は空洞領域の大きさに関係し、このため空洞領域の大きさを管理することにより、プロセス条件にかかわらず常に明るさの一様な均一なプラズマが得られると考えられる。具体的には、適切な空洞領域の大きさを予め把握しておき、実際に処理を行うときにはＸ0 レベルの位置を検出し、アンテナ９２の高さを調整して適切な空洞領域の大きさとなるようにする。即ちあるプロセス条件下では、アンテナ９２の高さを変えてもＸ0 レベルの位置はほぼ変わらないことから、アンテナ９２とＸ0 レベルとの距離が適切な空洞領域の上下長さになるように調整する。
【００２２】
以下に述べる本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置は、このような技術を具現化したものであり、その構成を図７に示す。１は例えば円筒状の真空室であり、この真空室１には基板であるウエハＷの載置台２が設けられると共に、底部には真空排気を行うための排気管１１が接続されている。前記載置台２には例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源部２１に接続されたバイアス印加用の電極２２が埋設されると共に、図示しない温度調整部が設けられていてウエハＷを所定の温度に調整できるように構成されている。真空室１の天井部には誘電体例えば石英よりなるマイクロ波透過窓２３が配置されており、この窓２３の上方には多数のスロット３１が形成された平面状のアンテナ３２が当該窓２３に対向するように設けられている。
【００２３】
前記アンテナ３２の中央部には導波路である同軸の導波管３３の軸部３３ａの一端部が接続されている。同軸の導波管３３の外管３３ｂの下端部は外側に折り曲げられて広げられ更に下側に屈曲して偏平な円筒状の拡径部３４をなしている。同軸の導波管３３の他端部の側面には導波路である矩形状の導波管３５の一端部が接続されており、この矩形状の導波管３５の他端部には図示しないインピ−ダンス整合部を介してマイクロ波電源部３６が設けられている。このマイクロ波電源部３６は昇降機構４により昇降される保持台４１に保持されている。従ってこの昇降機構４によりマイクロ波電源部３６及び導波管３３、５４が昇降できる。昇降機構４としては例えばモ−タにより昇降量が調整できるジャッキあるいはボ−ルネジやエアシリンダを用いたものなどを使用することができる。
【００２４】
一方前記窓２３の周縁部には電磁波シ−ルド部材例えば金属からなる円筒部４２が立設されており、この円筒部４２の内面と前記導波管３３の拡径部３４の外面との間には、当該拡径部３４の周方向に沿ってリング状に形成され、断面がＵ字状に形成された板バネ４３が介設されている。既述のように導波管３３は昇降することから、この板バネ４３はアンテナ３２の下方側と導波管３３の外部とを仕切ると共に拡径部３４のガイドの役割を果たしている。
【００２５】
前記導波管３３の軸部３３ａは筒状に構成されており、この中にガス供給部であるガス供給管５が貫通されて設けられている。前記窓２３における中心部には図８に示すように孔２４が穿設されていてこの孔２４に金属リング５１が嵌め込まれている。前記ガス供給管５の先端部は前記金属リング５１の折り返し部に溶接されて固定されている。軸部３３ａの下方側には、ガス供給管５を囲むように伸縮自在な電磁波シ−ルド部材例えば径が各段ごとに小さくなる複数段の金属筒５２ａ、５２ｂ、５２ｃが相互に抜けないように嵌め込まれた電磁波シ−ルド部材５２が設けられている。前記ガス供給管５の基端部は、導波管３３の内管３３ａ及び外管３３ｂの管壁を当該管壁に対して動けるように貫通しており、ガス供給管５が固定された状態で導波管３３が昇降できるように構成されている。
【００２６】
前記真空室１の側壁には例えば石英からなる光透過窓６１が設けられており、この窓６１の外側には、プラズマのシ−スレベル（シ−ス領域の下限レベル）を検出するための検出部６２が設けられている。この検出部６２は例えば各々光軸が水平な多数の光センサが上下に配列してなる光センサアレイを用いることができ、プラズマが発光している領域に対応する光センサはオン、シ−ス領域に対応する光センサはオフであることから、シ−スレベルが分かる。この検出部６２からの検出信号は制御部６３に送られ、この制御部６３はさらに前記昇降機構４からレベル信号を取り込んでいる。即ち制御部６３は前記昇降機構４のモ−タに接続されたエンコ−ダのパルスなどに基づいてアンテナ３２の高さレベルを把握しており、アンテナ３２の高さレベルとシ−スレベルとに基づいて、後述するようにどのくらいアンテナ３２を昇降させればよいかを演算してその演算結果に応じた制御信号を昇降機構４に出力するように構成されている。
【００２７】
次に上述実施の形態の作用について説明する。先ず基板であるウエハＷに対してプラズマ処理例えばポリシリコン膜の成膜処理を行う前にその処理に応じたマイクロ波の空洞領域の適切な大きさを調べておく。
【００２８】
これは例えば既述のようにＣＣＤカメラでプラズマを観測して明るさの均一なプラズマが得られるときの空洞領域を把握してもよいし、あるいは実際にテストウエハＷを用い、良好な処理結果が得られるときの空洞領域を把握してもよい。そしてこの適切な空洞領域の大きさを制御部６３に記憶しておく。この空洞領域の大きさは、定義からすればアンテナ３２と前記Ｘ0 レベルとの間であるが、前記シ−スレベルとＸ0 レベルとの距離はほぼ一定であるので、シ−スレベルを検出してアンテナ３２の高さを制御する場合には、アンテナ３２と当該シ−スレベルとの間の適切な距離Ｈを記憶しても、空洞領域の大きさを記憶することと実質同じである。
【００２９】
そして今、あるレシピ（圧力、マイクロ波パワ−などのプロセス条件の組み合わせ）によりウエハＷに対して処理を行う場合、その前にこのレシピにより予めプラズマを発生させ、検出部６２によりシ−スレベルを検出する。制御部６３はアンテナ３２とシ−スレベルとの距離が前記距離Ｈとなるように昇降機構４に制御信号を送ってアンテナ３２の高さレベルを制御する。図９はこのような様子を示す図であり、例えば空洞領域（ここでいう空洞領域はアンテナ３２とシ−スレベルとの間の領域である）の大きさがＨ＋ｈ1 だとすると、アンテナ３２の高さレベルをｈ1 だけ下げて（このときＸ0 レベルは動かない）空洞領域の大きさをＨとする。なお既述のように検出用の高周波のカットオフ密度となるレベルであるＸ1 レベルを検出する場合においても全く同様であり、この場合Ｈはアンテナ３２からＸ1 レベルまでの距離となる。
【００３０】
以上においてシースレベル検出部６２及び制御部６３は、Ｘ0レベルを推定する推定部に相当する。また図５に示す放射部９７及び受波部９８を用いてＸ1レベルを検出する場合には、これら及び制御部が推定部に相当する。Ｘ0レベルを推定するとは、シースレベルやＸ1レベルを代用する場合も、シースレベルやＸ1レベルに基づいて例えばアルゴリズムを用いてＸ0レベルを推定する場合も含まれる意味である。
【００３１】
このような調整を行った後、ウエハＷを真空室１内に搬入して載置台２上に載置し、真空室１内を真空排気して所定の真空度例えば１０-6Ｔｏｒｒまで真空引きし、ガス供給管５から処理ガス、例えば成膜ガスであるモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス及びキャリアガスであるＡｒガスを真空室１内に供給する。そしてマイクロ波電源部３６から例えば２．４５ＧＨｚ、２．５ｋｗのプラズマ生成用のマイクロ波を出力すると共に、バイアス電源部２１から載置台２に例えば１３．５６ＭＨｚ、１．５ｋｗのバイアス電力を印加する。
【００３２】
マイクロ波電源部３６からのマイクロ波は導波管３５、３３を介して拡径部３４内に伝播され、アンテナ３２のスロット３１を通って真空室１内に供給される。このマイクロ波によりモノシランガスがプラズマ化され、電離して生成された活性種がウエハＷ表面に付着してポリシリコン膜が生成される。
【００３３】
またレシピを変える場合にはウエハＷに対して処理を行う前に上述のようにしてアンテナ３２の高さレベルを調整する。ここで空洞領域の適切な大きさＨは、実際に用いる処理ガス例えばモノシランガスを用いて予め計測しておくが、例えばガス種が異なっていても、空洞領域の適切な大きさが似通っている場合にはその値をＨとして用いることもできる。
【００３４】
このような実施の形態によれば、レシピを変えても空洞領域の大きさを適切な大きさに合わせ込んでプラズマを発生させているため、常に均一性の高いプラズマを得ることができ、基板において面内均一性の高い処理例えば膜厚の均一な処理を行うことができる。
ここで図７に示す装置を用い、アンテナ３２の高さ位置が電子密度に及ぼす影響を調べたところ図１０〜図１２に示す結果が得られた。図１０は、真空室９内にＡｒガスを導入して圧力を３０ｍＴｏｒｒ（３．９９Ｐａ）に設定し、マイクロ波電源部３６から例えば２．４５ＧＨｚ、２ｋｗのマイクロ波を出力すると共に、バイアス電源部２１から載置台２に１３．５６ＭＨｚ、１．５ｋｗのバイアス電力を印加してプラズマを発生させ、窓２３の下面から１０．８ｃｍ下がった所をプローブで真空室９の直径に沿ってスキャンして電子密度を測定した結果であり、横軸に真空室９の径方向の位置、縦軸に電子密度をとっている。なお横軸の２７（ｃｍ）の位置は真空室９の中央部である。
このような実験を同様にして圧力を５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）に設定して行ったところ図１１に示す結果が得られた。図１０と図１１との結果を比較すると、圧力が３０ｍＴｏｒｒの場合に比べて５０ｍＴｏｒｒの方が、プラズマの均一性が劣っていることが分かる。そこでアンテナ３２の高さ位置を０．５ｍｍ引き上げ、圧力を５０ｍＴｏｒｒに設定して同様の実験を行ったところ図１２に示す結果が得られた。図１２の結果から分かるようにアンテナ３２の高さ位置を引き上げたことによりプラズマの均一性が回復している。
以上の実験から、ガス圧力を上昇させてプラズマ濃度が増加した場合、つまり電子密度が増加した場合には既述のシースレベルが高くなり（窓２３に近くなり）、このためアンテナ３２の高さ位置を引き上げてアンテナ３２、プラズマ間の距離を保証することにより同様のプラズマの均一性が得られることが裏付けられる
【００３５】
なお本発明ではアンテナ３２側を動かす変わりに真空室１側を昇降させてもよい。またプラズマ処理としてはエッチングやアッシングであってもよい。更に処理ガスをプラズマ化するための電源部としてはマイクロ波電源部に限らずＲＦ電源部やＵＨＦ電源部でもよく、本明細書ではこれらを高周波電源部として扱っている。またプラズマを生成する手法は例えばマイクロ波と磁場とによる電子サイクロトロン共鳴を起こして処理ガスをプラズマ化する方法でもよい。
【００３６】
以上において本発明は、図１３に示すように、予めレシピ毎に空洞領域が適切な大きさになるアンテナ３２の高さレベルを求めて記憶部７１に記憶しておき、レシピ設定部７２にて選択されたレシピに応じたアンテナ位置をＣＰＵ７３により読み出し、そのアンテナ位置となるようにＣＰＵ７３から制御信号をコントロ−ラ７４を介して昇降機構４に与えるようにしてもよい。この場合、アンテナ３２の適切な高さレベルは、例えば各レシピ毎にシ−スレベルを検出し、既に把握している空洞領域の適切な大きさＨに基づいて決定してもよいが、例えば各レシピ毎にアンテナ３２の高さを変えて処理の状態を把握し、その結果からアンテナ３２の適切な高さを決定するようにしてもよい。なおアンテナ３２を上下動させる構造は、上述の構造に限らずアンテナ３２の周縁部と透過窓２３周縁部との間に金属ベローズ体を設けるようにしてもよい。
【００３７】
ここでアンテナ３２と透過窓２３との間の領域を囲む前記電磁波シールド部材４２に相当する壁部分及び真空室１を共に円筒状として構成すると、図１４に示すようにアンテナ３２と窓２３との間の壁部分４０で囲まれた空洞領域に起因する、真空室１内の電界強度分布と、真空室１内の空洞領域に起因する電界強度分布とが強調されるおそれがある。そこで前記壁部分４０及びアンテナ３２については、円筒状とするつまり横断面形状を円形とする代りに非軸対称な形状例えば六角形等の多角形としかつ真空室１は円筒状とするか、あるいは壁部分４０及びアンテナ３２の平面形状を円形としかつ真空室１の横断面形状を多角形としてもよい。図１５（ａ）はこのような構成を横断面形状で略解的に示す図である。更にまた図１５（ｂ）に示すように両者をいずれもｎ（この例では６）角形とし、角部の位置を周方向でずらしてもよい。また非軸対称な形状としては多角形に限らず特殊な曲線であってもよい。このように壁部分４０と真空室１との横断面形状を異ならせれば、両者のマイクロ波モードを異ならせることができ、上述の電界強度分布の強調を低減あるいは避けることができ、プラズマの均一性が向上する。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、均一性の高いプラズマを得ることができ、基板において面内均一性の高い処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマの観察結果を示す説明図である。
【図２】プラズマ中のイオン電流の大きさを示す特性図である。
【図３】マイクロ波の空洞領域を示す略解側面図である。
【図４】マイクロ波の透過窓に対する真空室内の位置と電子密度との関係を示す特性図である。
【図５】Ｘ波のカットオフ密度となる位置上でマイクロ波が反射する様子を示す説明図である。
【図６】プロセス条件とＸ波のカットオフ密度となる位置との関係を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す縦断側面図である。
【図８】図７に示すプラズマ処理装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図９】アンテナの高さを調整する前と調整した後とにおけるマイクロ波の空洞部を示す説明図である。
【図１０】真空室内の位置と電子密度との関係を示す特性図である。
【図１１】真空室内の位置と電子密度との関係を示す特性図である。
【図１２】真空室内の位置と電子密度との関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態における制御系を示すブロック図である。
【図１４】マイクロ波の透過窓の上側と下側との電界強度分布が共振する様子を模式的に示す説明図である。
【図１５】マイクロ波の透過窓の上側部分と真空室との内壁の横断面形状を示す説明図である。
【図１６】従来のプラズマ処理装置を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１    真空室
２    載置台
２３    マイクロ波の透過窓
Ｗ    半導体ウエハ
３２    アンテナ
３３    導波管
３６    マイクロ波電源部
４    昇降機構
４２    筒状部
４３    板バネ
５    ガス供給管
６１    窓
６２    シースレベル検出部
６３    制御部
７１    記憶部
７２    レシピ設定部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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