JP2021026855A - プラズマ処理装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマの状態を監視できる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、開口部が形成された天板を有する処理容器と、前記開口部に前記天板と絶縁された状態で設けられた導電性を有する円環状部材と、前記天板の上に前記円環状部材の中心を含んで配置され、前記処理容器の内部にマイクロ波を放射するマイクロ波放射機構５０と、前記円環状部材に接続され、生成されたプラズマの状態を検出するプラズマ検出部８０と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、プラズマ処理装置及び制御方法に関する。

処理容器の壁面に処理容器の壁面から処理容器の径方向の内側に突出するプローブを設けることで、処理容器の内部にて生成されたプラズマの電子密度及び電子温度の少なくともいずれかをモニタする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８−１８１６３３号公報

本開示は、プラズマの状態を監視できる技術を提供する。

本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、開口部が形成された天板を有する処理容器と、前記開口部に前記天板と絶縁された状態で設けられた導電性を有する円環状部材と、前記天板の上に前記円環状部材の中心を含んで配置され、前記処理容器の内部にマイクロ波を放射するマイクロ波放射機構と、前記円環状部材に接続され、生成されたプラズマの状態を検出するプラズマ検出部と、を備える。

本開示によれば、プラズマの状態を監視できる。

一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面の一例を示す図 一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の天板の内壁の一例を示す図 一実施形態のマイクロ波プラズマ源の一例を示す図 図１のマイクロ波プラズマ処理装置のプローブの一例を示す図 図１のマイクロ波プラズマ処理装置のプローブの別の例を示す図 図１のマイクロ波プラズマ処理装置のプローブの更に別の例を示す図

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

〔マイクロ波プラズマ処理装置〕
図１は、一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１００の縦断面の一例を示す図である。マイクロ波プラズマ処理装置１００は、半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を収容するチャンバ１を有する。マイクロ波プラズマ処理装置１００は、マイクロ波によってチャンバ１側の表面に形成される表面波プラズマにより、ウエハＷに対して所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置の一例である。所定のプラズマ処理の一例としては、成膜処理又はエッチング処理が例示される。

チャンバ１は、気密に構成されたアルミニウム又はステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の処理容器であり、接地されている。マイクロ波プラズマ源２は、チャンバ１の天板の内壁に形成された開口部１ａからチャンバ１の内部に臨むように設けられている。マイクロ波プラズマ源２から開口部１ａを通ってチャンバ１内にマイクロ波が導入されると、チャンバ１内に表面波プラズマが形成される。

チャンバ１内にはウエハＷを載置する載置台１１が設けられている。載置台１１は、チャンバ１の底部中央に絶縁部材１２ａを介して立設された筒状の支持部材１２により支持されている。載置台１１及び支持部材１２を構成する材料としては、表面をアルマイト処理（陽極酸化処理）したアルミニウム等の金属や内部に高周波用の電極を有した絶縁部材（セラミックス等）が例示される。載置台１１には、ウエハＷを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウエハＷの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路等が設けられてもよい。

載置台１１には、整合器１３を介して高周波バイアス電源１４が電気的に接続されている。高周波バイアス電源１４から載置台１１に高周波電力が供給されることにより、ウエハＷ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。なお、高周波バイアス電源１４はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。

チャンバ１の底部には排気管１５が接続されており、この排気管１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。排気装置１６を作動させるとチャンバ１内が排気され、これにより、チャンバ１内が所定の真空度まで高速に減圧される。チャンバ１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１７と、搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。

マイクロ波プラズマ源２は、マイクロ波出力部３０と、マイクロ波伝送部４０と、マイクロ波放射機構５０とを有する。マイクロ波出力部３０は、複数経路に分配してマイクロ波を出力する。

マイクロ波伝送部４０は、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送する。マイクロ波伝送部４０に設けられた周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂは、アンプ部４２から出力されたマイクロ波をマイクロ波放射機構５０に導入する機能及びインピーダンスを整合する機能を有する。

周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂは、筒状の外側導体５２及びその中心に設けられた棒状の内側導体５３を同軸状に配置する。外側導体５２と内側導体５３の間には、マイクロ波電力が給電され、マイクロ波放射機構５０に向かってマイクロ波が伝送されるマイクロ波伝送路４４となっている。

周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂには、スラグ６１と、その先端部に位置するインピーダンス調整部材１４０とが設けられている。スラグ６１を移動させることにより、チャンバ１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させる機能を有する。インピーダンス調整部材１４０は、誘電体で形成され、その比誘電率によりマイクロ波伝送路４４のインピーダンスを調整するようになっている。

マイクロ波放射機構５０は、チャンバ１の上部に設けられた支持リング１２９に気密にシールされた状態で設けられ、マイクロ波出力部３０から出力され、マイクロ波伝送部４０を伝送したマイクロ波をチャンバ１内に放射する。マイクロ波放射機構５０は、チャンバ１の天板に設けられ、天井部の一部を構成している。

マイクロ波放射機構５０は、本体部１２０、遅波材１２１，１３１、マイクロ波透過部材１２２，１３２及びスロット１２３，１３３を有する。本体部１２０は、金属から構成されている。

本体部１２０は、６つの周縁マイクロ波導入機構４３ａと１つの中央マイクロ波導入機構４３ｂとに接続されている。図２は、一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１００の天板の内壁の一例を示す図である。図２では、ガスの供給孔は省略している。図２に示されるように、６つの周縁マイクロ波導入機構４３ａは、チャンバ１の天板（本体部１２０）の外側にて周方向に等間隔に配置される。１つの中央マイクロ波導入機構４３ｂは、チャンバ１の天板の中央に配置される。

図１に戻り、遅波材１２１は、周縁マイクロ波導入機構４３ａに接続された状態で本体部１２０に嵌め込まれている。遅波材１３１は、中央マイクロ波導入機構４３ｂに接続された状態で本体部１２０に嵌め込まれている。遅波材１２１，１３１は、マイクロ波を透過させる円盤状の誘電体から形成されている。遅波材１２１，１３１は、真空よりも大きい比誘電率を有しており、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により形成され得る。真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、遅波材１２１，１３１は、比誘電率が真空よりも大きい材料で構成されることにより、マイクロ波の波長を短くしてスロット１２３，１３３を含むアンテナを小さくする機能を有する。

遅波材１２１，１３１の下方では、円盤状のマイクロ波透過部材１２２，１３２が本体部１２０に嵌め込まれている。遅波材１２１とマイクロ波透過部材１２２との間の部分にはスロット１２３が形成されている。遅波材１３１とマイクロ波透過部材１３２との間の部分にはスロット１３３が形成されている。

マイクロ波透過部材１２２，１３２は、マイクロ波を透過する材料である誘電体材料で構成されている。

図２に示されるように、一実施形態では、６つの周縁マイクロ波導入機構４３ａに対応する６つのマイクロ波透過部材１２２が、本体部１２０において周方向に等間隔に配置され、チャンバ１の内部に円形に露出する。また、中央マイクロ波導入機構４３ｂに対応する１つのマイクロ波透過部材１３２が、チャンバ１の中央にて内部に向けて円形に露出する。

マイクロ波透過部材１２２，１３２は、周方向に均一な表面波プラズマを形成するための誘電体窓としての機能を有する。マイクロ波透過部材１２２，１３２は、遅波材１２１，１３１と同様、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により形成されてもよい。

また、マイクロ波透過部材１２２，１３２には、それぞれプローブ７０が設けられている。プローブ７０は、円環形状を有するリングプローブであり、マイクロ波透過部材１２２，１３２の外周部に設けられている。プローブ７０については、後述する。

なお、一実施形態では、周縁マイクロ波導入機構４３ａの数は６つであるが、これに限らず、Ｎ個配置される。Ｎは、２以上であればよいが、３以上が好ましく、例えば３〜６であってもよい。

図１に戻り、マイクロ波放射機構５０にはシャワー構造の第１のガス導入部２１が設けられており、第１のガス導入部２１には、ガス供給配管１１１を介して第１のガス供給源２２が接続されている。第１のガス供給源２２から供給される第１のガスは、第１のガス導入部２１を通ってチャンバ１内にシャワー状に供給される。第１のガス導入部２１は、チャンバ１の天井部に形成された複数のガス孔から第１の高さで第１のガスを供給する第１のガスシャワーヘッドである。第１のガスの一例としては、例えばＡｒガス等のプラズマ生成用のガスや、例えばＯ_２ガスやＮ_２ガス等の高エネルギーで分解させたいガスが挙げられる。

チャンバ１内の載置台１１とマイクロ波放射機構５０との間の位置には、第２のガス導入部の一例であるガス供給ノズル２７がチャンバ１に設けられている。ガス供給ノズル２７は、チャンバ１の側壁からチャンバ１の内側に向けて水平方向に突出している。ガス供給ノズル２７には、ガス供給配管２８を介して第２のガス供給源２９が接続されている。

第２のガス供給源２９から、成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理の際に、極力分解させずに供給したい処理ガス、例えばＳｉＨ_４ガスやＣ_５Ｆ_８ガス等の第２のガスが供給されるようになっている。ガス供給ノズル２７は、第１のガス供給源２２から供給される第１のガスを供給する複数のガス孔の高さよりも低い高さで複数のガス孔から第２のガスを供給する。なお、第１のガス供給源２２及び第２のガス供給源２９から供給されるガスとしては、プラズマ処理の内容に応じた種々のガスを用いることができる。

マイクロ波プラズマ処理装置１００の各部は、制御装置３により制御される。制御装置３は、マイクロプロセッサ４、ＲＯＭ（Read Only Memory）５、ＲＡＭ（Random Access Memory）６を有する。ＲＯＭ５やＲＡＭ６には、マイクロ波プラズマ処理装置１００のプロセスシーケンス及び制御パラメータであるプロセスレシピが記憶されている。マイクロプロセッサ４は、プロセスシーケンス及びプロセスレシピに基づき、マイクロ波プラズマ処理装置１００の各部を制御する制御部の一例である。また、制御装置３は、タッチパネル７及びディスプレイ８を有し、プロセスシーケンス及びプロセスレシピに従って所定の制御を行う際の入力や結果の表示等が可能になっている。

係るマイクロ波プラズマ処理装置１００においてプラズマ処理を行う際には、まず、ウエハＷが、搬送アーム（図示せず）上に保持された状態で、開口したゲートバルブ１８から搬入出口１７を通りチャンバ１内に搬入される。ゲートバルブ１８はウエハＷを搬入後に閉じられる。ウエハＷは、載置台１１の上方まで搬送されると、搬送アームからプッシャーピン（図示せず）に移され、プッシャーピンが降下することにより載置台１１に載置される。チャンバ１の内部の圧力は、排気装置１６により所定の真空度に保持される。第１のガスが第１のガス導入部２１からシャワー状にチャンバ１内に導入され、第２のガスがガス供給ノズル２７からシャワー状にチャンバ１内に導入される。周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂを介して６つの周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂの下面に設けられた各マイクロ波放射機構５０からマイクロ波が放射される。これにより、第１及び第２のガスが分解され、チャンバ１側の表面に生成される表面波プラズマによってウエハＷにプラズマ処理が施される。

〔マイクロ波プラズマ源〕
図３は、一実施形態のマイクロ波プラズマ源の一例を示す図である。図３に示されるように、マイクロ波プラズマ源２のマイクロ波出力部３０は、マイクロ波電源３１と、マイクロ波発振器３２と、発振されたマイクロ波を増幅するアンプ３３と、増幅されたマイクロ波を複数に分配する分配器３４とを有する。

マイクロ波発振器３２は、所定周波数のマイクロ波を例えばＰＬＬ（Phase Locked Loop）発振させる。分配器３４では、マイクロ波の損失を極力抑えるように、入力側と出力側のインピーダンス整合を取りながらアンプ３３で増幅されたマイクロ波を分配する。なお、マイクロ波の周波数としては、７００ＭＨｚから３ＧＨｚまでの範囲の種々の周波数を用いることができる。

マイクロ波伝送部４０は、複数のアンプ部４２と、アンプ部４２に対応して設けられた周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂとを有する。アンプ部４２は、分配器３４にて分配されたマイクロ波を周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂに導く。アンプ部４２は、位相器４６と、可変ゲインアンプ４７と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８と、アイソレータ４９とを有する。

位相器４６は、マイクロ波の位相を変化させることにより放射特性を変調させることができる。例えば、周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂのそれぞれに導入されるマイクロ波の位相を調整することにより指向性を制御してプラズマ分布を変化させることができる。また、隣り合うマイクロ波導入機構において９０°ずつ位相をずらすようにして円偏波を得ることができる。また、位相器４６は、アンプ内の部品間の遅延特性を調整し、チューナ内での空間合成を目的として使用できる。ただし、このような放射特性の変調やアンプ内の部品間の遅延特性の調整が不要な場合には位相器４６は設けなくてもよい。

可変ゲインアンプ４７は、メインアンプ４８へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、プラズマ強度を調整する。可変ゲインアンプ４７をアンテナモジュール毎に変化させることによって、発生するプラズマに分布を生じさせることができる。

ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８は、例えば、入力整合回路と、半導体増幅素子と、出力整合回路と、高Ｑ共振回路とを有する。アイソレータ４９は、スロットアンテナ部で反射してメインアンプ４８に向かう反射マイクロ波を分離するものであり、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有する。サーキュレータは、反射したマイクロ波をダミーロードへ導き、ダミーロードはサーキュレータによって導かれた反射マイクロ波を熱に変換する。周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂは、アンプ部４２から出力されたマイクロ波をマイクロ波放射機構５０に導入する。

〔プローブ〕
図４は、図１のマイクロ波プラズマ処理装置のプローブの一例を示す図である。図４では、６つの周縁マイクロ波導入機構４３ａのうちの１つに接続されたマイクロ波放射機構５０に対応して設けられるプローブ７０を拡大して示す。ただし、残りの周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂに接続されたマイクロ波放射機構５０に対応して設けられるプローブ７０についても同様の構成である。

プローブ７０は、絶縁体リング７１と、導電性シート７２と、保持部７３と、シール部材７４と、シール部材７５と、を含む。

絶縁体リング７１は、マイクロ波透過部材１２２の外周部に設けられている。絶縁体リング７１は、マイクロ波透過部材１２２の外径よりも小さい内径を有し、マイクロ波透過部材１２２の外径よりも大きい外径を有する円環形状の絶縁部材であり、マイクロ波透過部材１２２の下面の一部を覆うように配置されている。絶縁体リング７１とマイクロ波透過部材１２２の下面との間には、Ｏリング等のシール部材７４が設けられ、気密にシールされている。絶縁体リング７１は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料により形成されている。

導電性シート７２は、絶縁体リング７１の内部に埋め込まれている。導電性シート７２は、例えば円環形状を有し、絶縁体リング７１の周方向に沿って設けられている。導電性シート７２は、絶縁体リング７１の内部に完全に埋め込まれていることが好ましい。これにより、プラズマ処理中に導電性シート７２によるチャンバ１内の金属汚染の発生を回避し、パーティクルの発生を抑制できる。ただし、導電性シート７２は、一部が絶縁体リング７１から露出していてもよい。導電性シート７２には、後述するプラズマ検出部８０の給電線８４が接続されている。導電性シート７２は、例えばフィルム状であってもよく、メッシュ状であってもよい。導電性シート７２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料により形成されている。

保持部７３は、絶縁体リング７１の外周部に設けられている。保持部７３は、絶縁体リング７１の外径よりも小さい内径を有し、絶縁体リング７１の外径よりも大きい外径を有する円環形状の部材であり、絶縁体リング７１の下面の一部を覆うように配置されている。保持部７３と絶縁体リング７１の下面との間には、Ｏリング等のシール部材７５が設けられ、気密にシールされている。保持部７３は、本体部１２０の下面に固定されることで、マイクロ波透過部材１２２の外周部に絶縁体リング７１を保持する。保持部７３は、例えばＡｌ等の金属材料により形成されている。

プラズマ検出部８０は、交流電源８１と、測定器８２と、ローパスフィルタ８３と、を含む。

交流電源８１は、給電線８４を介してプローブ７０の導電性シート７２と接続されている。交流電源８１は、制御装置３の制御により、給電線８４を介して導電性シート７２に交流電圧を印加する。交流電圧の電圧値は例えば数Ｖであり、周波数は例えば数十ｋＨｚである。なお、交流電源８１は、７つのプローブ７０の各々に設けられていてもよく、７つのプローブ７０に対して共通で１つ設けられていてもよい。

測定器８２は、交流電源８１から給電線８４を介して導電性シート７２に交流電圧が印加されると、プラズマ処理中に導電性シート７２に流れる電流を、給電線８４を介して測定する。このとき、導電性シート７２が絶縁体リング７１の内部に埋め込まれているため、導電性シート７２と本体部１２０及び保持部７３とは絶縁体リング７１により電気的に絶縁される。これにより、導電性シート７２から本体部１２０及び保持部７３に流れる電流（浮遊電流）が小さくなるため、測定器８２による測定感度（Ｓ／Ｎ比）が向上する。

ローパスフィルタ８３は、給電線８４に介設されている。ローパスフィルタ８３は、給電線８４を流れる交流電流のうち不要な高周波成分を除去することにより、交流電源８１が導電性シート７２に交流電圧を印加したときに生じる不要な高周波成分が給電線８４を通って測定器８２に流れ込むことを防止する。また、給電線８４には、コンデンサが介設されていてもよい。

係るプラズマ検出部８０では、制御装置３の制御により交流電源８１からプローブ７０の導電性シート７２に交流電圧が印加されると、測定器８２はプラズマ処理中に導電性シート７２に流れる電流を、給電線８４を介して測定する。導電性シート７２に流れる電流は、チャンバ１の内部において生成されるプラズマに流れる電流と等価である。そのため、プラズマ処理中に導電性シート７２に流れる電流を測定することで、チャンバ１の内部において生成されるプラズマの状態を検出できる。

測定器８２は、測定した電流の波形を示す信号を制御装置３に送信する。信号を受信した制御装置３のマイクロプロセッサ４は、信号に含まれる電流の波形をフーリエ変換して解析し、プラズマの状態を算出する。プラズマの状態は、例えば電子密度Ｎｅ、電子温度Ｔｅである。これにより、６つのマイクロ波透過部材１２２及び１つのマイクロ波透過部材１３２の各々の下方におけるプラズマの状態をリアルタイムで監視できる。その結果、プラズマ処理中のプラズマの状態の経時変化や面内分布の変動を検知できる。

マイクロプロセッサ４は、プローブ７０を用いた測定結果に基づき算出したプラズマの電子密度Ｎｅ及び電子温度Ｔｅに応じて、算出に使用したプローブ７０に対応する周縁マイクロ波導入機構４３ａからチャンバ１に導入されるマイクロ波の出力（パワー）をプラズマ処理中にリアルタイムに制御する。具体的には、マイクロプロセッサ４は、算出したプラズマの電子密度Ｎｅ及び電子温度Ｔｅに応じて、対応する周縁マイクロ波導入機構４３ａにマイクロ波を出力するアンプ部４２の可変ゲインアンプ４７を制御し、メインアンプ４８へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整する。これにより、対応する周縁マイクロ波導入機構４３ａに導入されるマイクロ波のプラズマ強度を調整することによりプラズマ分布を変化させる。

また、マイクロプロセッサ４は、算出したプラズマの電子密度Ｎｅ及び電子温度Ｔｅに応じて、算出に使用したプローブ７０に対応する周縁マイクロ波導入機構４３ａを伝播するマイクロ波の位相をリアルタイムに制御する。具体的には、マイクロプロセッサ４は、算出したプラズマの電子密度Ｎｅ及び電子温度Ｔｅに応じて、対応する周縁マイクロ波導入機構４３ａにマイクロ波を出力するアンプ部４２の位相器４６を制御し、マイクロ波の位相を変化させることで放射特性を変調させる。これにより、対応する周縁マイクロ波導入機構４３ａに導入されるマイクロ波の位相を調整することにより指向性を制御してプラズマ分布を変化させる。

このように、一実施形態では、マイクロ波のパワー及びマイクロ波の位相を制御するが、マイクロ波のパワー及びマイクロ波の位相の少なくともいずれかを制御すればよい。ただし、マイクロ波のパワー及びマイクロ波の位相の両方を制御することが好ましい。

図５は、図１のマイクロ波プラズマ処理装置のプローブの別の例を示す図である。図５では、６つの周縁マイクロ波導入機構４３ａのうちの１つに接続されたマイクロ波放射機構５０に対応して設けられるプローブ７０Ａを拡大して示す。ただし、残りの周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂに接続されたマイクロ波放射機構５０に対応して設けられるプローブ７０Ａについても同様の構成である。

プローブ７０Ａは、導体リング７２Ａと、保持部７３Ａと、シール部材７４Ａと、シール部材７５Ａと、を含む。

導体リング７２Ａは、マイクロ波透過部材１２２の外周部に設けられている。導体リング７２Ａは、マイクロ波透過部材１２２の外径よりも小さい内径を有し、マイクロ波透過部材１２２の外径よりも大きい外径を有する円環形状の導電部材であり、マイクロ波透過部材１２２の下面の一部を覆うように配置されている。導体リング７２Ａとマイクロ波透過部材１２２の下面との間には、Ｏリング等のシール部材７４Ａが設けられ、気密にシールされている。導体リング７２Ａの下面は、本体部１２０の下面と同じ高さ又は略同じ高さである。導体リング７２Ａは、例えばＡｌ等の金属材料により形成されており、金属材料の表面には絶縁膜７６Ａが形成されている。これにより、導体リング７２Ａは、本体部１２０及び保持部７３Ａに対して絶縁されている。絶縁膜７６Ａは、例えばアルマイト処理、絶縁材料の溶射等の絶縁処理により形成される。導体リング７２Ａには、プラズマ検出部８０の給電線８４が接続されている。

保持部７３Ａは、導体リング７２Ａの外周部に設けられている。保持部７３Ａは、導体リング７２Ａの外径よりも小さい内径を有し、導体リング７２Ａの外径よりも大きい外径を有する円環形状の部材であり、導体リング７２Ａの下面の一部を覆うように配置されている。保持部７３Ａと導体リング７２Ａの下面との間には、Ｏリング等のシール部材７５Ａが設けられ、気密にシールされている。保持部７３Ａは、本体部１２０の下面に固定されることで、マイクロ波透過部材１２２の外周部に導体リング７２Ａを保持する。保持部７３Ａは、例えばＡｌ等の金属材料により形成されている。

プラズマ検出部８０は、図４に示される例と同様であり、交流電源８１と、測定器８２と、ローパスフィルタ８３と、を含む。

図５の例では、制御装置３の制御により交流電源８１からプローブ７０Ａの導体リング７２Ａに交流電圧が印加されると、測定器８２はプラズマ処理中に導体リング７２Ａに流れる電流を、給電線８４を介して測定する。導体リング７２Ａに流れる電流は、チャンバ１の内部において生成されるプラズマに流れる電流と等価である。そのため、プラズマ処理中に導体リング７２Ａに流れる電流を測定することで、チャンバ１の内部において生成されるプラズマの状態を検出できる。

図６は、図１のマイクロ波プラズマ処理装置のプローブの更に別の例を示す図である。図６では、６つの周縁マイクロ波導入機構４３ａのうちの１つに接続されたマイクロ波放射機構５０に対応して設けられるプローブ７０Ｂを拡大して示す。ただし、残りの周縁マイクロ波導入機構４３ａ及び中央マイクロ波導入機構４３ｂに接続されたマイクロ波放射機構５０に対応して設けられるプローブ７０Ｂについても同様の構成である。

プローブ７０Ｂは、導体リング７２Ｂと、保持部７３Ｂと、シール部材７４Ｂと、シール部材７５Ｂと、を含む。

導体リング７２Ｂは、マイクロ波透過部材１２２の外周部に設けられている。導体リング７２Ｂは、マイクロ波透過部材１２２の外径よりも小さい内径を有し、マイクロ波透過部材１２２の外径よりも大きい外径を有する円環形状の導電部材であり、マイクロ波透過部材１２２の下面の一部を覆うように配置されている。導体リング７２Ｂとマイクロ波透過部材１２２の下面との間には、Ｏリング等のシール部材７４Ｂが設けられ、気密にシールされている。導体リング７２Ｂの下面は、本体部１２０の下面よりも上方に位置し、導体リング７２Ｂの下面が保持部７３Ｂにより保持される。導体リング７２Ｂは、例えばＡｌ等の金属材料により形成されており、金属材料の表面には絶縁膜７６Ｂが形成されている。これにより、導体リング７２Ｂは、本体部１２０及び保持部７３Ｂに対して絶縁されている。絶縁膜７６Ｂは、例えばアルマイト処理、絶縁材料の溶射等の絶縁処理により形成される。導体リング７２Ｂには、プラズマ検出部８０の給電線８４が接続されている。

保持部７３Ｂは、導体リング７２Ｂの外周部に設けられている。保持部７３Ｂは、導体リング７２Ｂの外径よりも小さい内径を有し、導体リング７２Ｂの外径よりも大きい外径を有する円環形状の部材であり、導体リング７２Ｂの下面の一部を覆うように配置されている。保持部７３Ｂと導体リング７２Ｂの下面との間には、Ｏリング等のシール部材７５Ｂが設けられ、気密にシールされている。保持部７３Ｂは、本体部１２０の下面に固定されることで、導体リング７２Ｂの下面を保持してマイクロ波透過部材１２２の外周部に導体リング７２Ｂを固定する。保持部７３Ｂは、例えばＡｌ等の金属材料により形成されている。

プラズマ検出部８０は、図４に示される例と同様であり、交流電源８１と、測定器８２と、ローパスフィルタ８３と、を含む。

図６の例では、制御装置３の制御により交流電源８１からプローブ７０Ｂの導体リング７２Ｂに交流電圧が印加されると、測定器８２はプラズマ処理中に導体リング７２Ｂに流れる電流を、給電線８４を介して測定する。導体リング７２Ｂに流れる電流は、チャンバ１の内部において生成されるプラズマに流れる電流と等価である。そのため、プラズマ処理中に導体リング７２Ｂに流れる電流を測定することで、チャンバ１の内部において生成されるプラズマの状態を検出できる。

以上に説明したように、マイクロ波プラズマ処理装置１００によれば、チャンバ１内に導電性の円環状部材（導電性シート７２、導体リング７２Ａ，７２Ｂ）が設けられているので、チャンバ１内に生成されるプラズマの状態を監視できる。また、マイクロ波放射機構５０が導電性の円環状部材の中心を含んで配置されているので、マイクロ波放射機構５０の近傍におけるプラズマの状態を監視できる。

ところで、チャンバ１内に、チャンバ１の天板や側壁を貫通して棒状のプローブを挿入することで、チャンバ１内のプラズマの状態を監視する方法がある。しかし、棒状のプローブをプラズマ空間に挿入すると、プラズマの擾乱が発生してプロセスに影響が生じ得る。これに対し、一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１００では、導電性の円環状部材を用いるので、プラズマを遮蔽しない構造であるため、プラズマの擾乱の発生を抑制できる。

なお、上記の実施形態において、チャンバ１は処理容器の一例であり、導電性シート７２、導体リング７２Ａ，７２Ｂは導電性を有する円環状部材の一例である。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、本開示のマイクロ波プラズマ処理装置は、膜厚のモニタリングを行うことができる。具体的には、プラズマ処理中にプローブに膜が付くことで、測定器が測定する、各プローブに流れる電流の波形が変わる。よって、本開示のマイクロ波プラズマ処理装置の制御装置は、各プローブから取得する信号の強度の変化を解析することで、プローブに付着した膜厚を推定できる。これにより、チャンバの内部の状態を把握できる。

また、本開示のマイクロ波プラズマ処理装置は、プローブに付着した推定膜厚を監視することで、チャンバ１の内部に付着した堆積物を除去するチャンバクリーニングの実行タイミングを把握できる。また、チャンバクリーニングの実行中にプローブに付着した推定膜厚を監視することで、チャンバクリーニングの終点検知を行うことができる。

１ チャンバ
１ａ 開口部
２ マイクロ波プラズマ源
３ 制御装置
７０ プローブ
７１ 絶縁体リング
７２ 導電性シート
７２Ａ 導体リング
７２Ｂ 導体リング
８０ プラズマ検出部
１００ マイクロ波プラズマ処理装置
１２０ 本体部

Claims (14)

1. 開口部が形成された天板を有する処理容器と、
   前記開口部に前記天板と絶縁された状態で設けられた導電性を有する円環状部材と、
   前記天板の上に前記円環状部材の中心を含んで配置され、前記処理容器の内部にマイクロ波を放射するマイクロ波放射機構と、
   前記円環状部材に接続され、生成されたプラズマの状態を検出するプラズマ検出部と、
   を備える、プラズマ処理装置。
2. 前記プラズマ検出部は、前記円環状部材に交流電圧を印加して該円環状部材に流れる電流を測定することにより、前記プラズマの状態を検出する、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記円環状部材は、前記天板に支持された絶縁部材に埋め込まれている、
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記円環状部材は、フィルム状又はメッシュ状である、
   請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記円環状部材は、前記天板に支持されている、
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記円環状部材は、金属材料により形成されており、該金属材料の表面には絶縁膜が形成されている、
   請求項１、２又は５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記円環状部材の下面は、前記天板の下面よりも上方に位置する、
   請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記円環状部材の下面は、前記天板の下面と同じ高さ又は略同じ高さである、
   請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記プラズマの状態は、プラズマの電子密度、電子温度の少なくともいずれかを含む、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. プラズマ処理の際に前記プラズマ検出部が検出した前記プラズマの状態に基づいて、前記プラズマ処理の条件を制御する制御部を備える、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記プラズマ処理の条件は、前記マイクロ波の出力を含む、
    請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記開口部は、前記天板に複数形成されており、
    前記円環状部材は、複数の前記開口部の各々に前記天板と絶縁された状態で設けられており、
    前記プラズマ検出部は、複数の前記円環状部材の各々に流れる電流を測定することにより、複数の前記円環状部材の各々に対応する前記プラズマの状態を検出し、前記プラズマの状態の面内分布の変動を検知する、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
13. 複数の前記開口部は、前記天板の周方向に沿って配置されている、
    請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 開口部が形成された天板を有する処理容器と、
    前記開口部に前記天板と絶縁された状態で設けられた導電性を有する円環状部材と、
    前記天板の上に前記円環状部材の中心を含んで配置され、前記処理容器の内部にマイクロ波を放射するマイクロ波放射機構と、
    前記円環状部材に接続され、生成されたプラズマの状態を検出するプラズマ検出部と、
    を備えるプラズマ処理装置を使用して、プラズマを制御する制御方法であって、
    プラズマ処理の際に前記プラズマ検出部が検出した前記プラズマの状態に基づいて、前記プラズマ処理の条件を制御する、
    制御方法。

Images