JP2001060557A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ波のエネルギーにより均一なプラズ
マを発生させ、基板に対して面内均一性の高い処理を行
うこと。 【解決手段】 マイクロ波電源部及び導波管を昇降機構
により昇降できるように構成し、これにより導波管の下
端部の拡径部に設けられた平面スロットアンテナの高さ
レベルを調整できるようにし、更にアンテナの下方側の
側周部をシールド部材で囲む。一方真空室の側壁部に窓
を設け、この外に光センサアレイを配置して、プラズマ
のシース領域の下限レベル（シースレベル）を監視す
る。予めシースレベルとアンテナとの理想距離を把握し
ておき、その理想距離が得られるように、検出したシー
スレベルに基づいてアンテナの高さを調整する。またシ
ースレベルとＸ波のカットオフ密度が得られるレベル
（Ｘ0）との差は一定であるので、シースレベルの代り
にＸ0を監視するようにしてもよい。

Description

【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１
６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】 圧力 マイクロ波パワ− プラズマの状態 Ａ ５０mTorr ２Kw 明るさにばらつきあり Ｂ １００mTor ２Kw 明るさが一様 Ｃ ５０mTorr ５Kw 明るさが一様 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９
２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９
５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３
６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３
４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２
４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３３
ｂ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Ｘ
0 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２．４５ＧＨ
ｚ、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000166801 後藤 尚久 東京都八王子市城山手２−８−１ (72)発明者 石井 信雄 東京都港区赤坂五丁目３番６号 東京エレ クトロン株式会社内 (72)発明者 八坂 保能 京都府宇治市木幡須留５−107 (72)発明者 安藤 真 神奈川県川崎市幸区小倉１−１ Ｉ−312 (72)発明者 後藤 尚久 東京都八王子市城山手２−８−１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。