JP2007026861A - リモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置、リモートプラズマ発生ユニット、処理装置及びリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができるリモートプラズマ発生ユニットを提供する。
【解決手段】 内部に活性化用ガスを流すリモートプラズマ発生管２６と、リモートプラズマ発生管の周囲に螺旋状に巻回されると共に両端部側が接地されて内部に冷却媒体を流すための金属製の冷却管２８とよりなり、外部より供給されるマイクロ波によりリモートプラズマ発生管内に流れる活性化用ガスをプラズマ化して活性化するリモートプラズマ発生ユニット７０において、リモートプラズマ発生管の端部には、冷却管の長さ方向における接地位置を調整するための接地位置調整手段７２が設けられている。この接地位置調整手段でもって冷却管の接地位置を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造装置に用いるリモートプラズマ発生ユニット、リモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置、処理装置及びリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理を例えば枚葉式の処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから取り出した半導体ウエハを枚葉式の処理容器内の載置台上に移載して保持させ、この処理容器内を気密に維持する。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。

ところで、最近にあっては半導体集積回路の更なる動作速度の高速化、高集積化、高微細化及び薄膜化の要求が強くなされている。このような状況下で、半導体集積回路には耐久温度が低い材料が種々用いられる傾向にある。このため、半導体製造装置にあっては、ウエハ温度をそれ程上げることなく比較的低温においても安定的に各種の処理を行うことができ、しかも、ウエハにダメージを与えることも少ないことから、処理容器の外部で発生させたプラズマにより必要とする活性種を作るようにした、いわゆるリモートプラズマ発生ユニットを用いた処理装置が多用される傾向にある（特許文献１、２、３）。

ここでリモートプラズマ発生ユニットを用いた従来の一般的な処理装置の一例について図１２を参照して説明する。図１２はリモートプラズマ発生ユニットを用いた従来の一般的な処理装置の一例を示す概略構成図、図１３はリモートプラズマ発生ユニットを収容するキャビティ部を示す断面図、図１４はリモートプラズマ発生ユニットを示す平面図である。ここではウエハ表面に付着した自然酸化物を除去する場合について説明する。
図１２に示すように、この処理装置２は耐食アルミニウム等により筒体状に成形された処理容器４を有している。この処理容器４内には、その表面に被処理体である半導体ウエハＷを載置するための例えば耐食アルミニウム等よりなる載置台６が設けられており、この載置台６には、冷却媒体を流すための冷却手段として冷媒通路８が設けられて、ウエハの処理時にこの載置台６上に載置されているウエハＷを冷却してこれを所定の温度に維持できるようになっている。尚、この載置台６には図示されないが、必要に応じてウエハＷを吸着する静電チャックやウエハＷの搬出入時にこれを昇降させるリフタピン等が設けられる。

この処理容器４の側壁には、ウエハＷの搬出入時に開閉されるゲートバルブ１０が設けられる。また容器底部には、排気口１２が設けられ、この排気口１２には、途中に圧力調整弁１４や真空ポンプ１６が介設された真空排気系１８が接続されて、処理容器４内を真空引きできるようになっている。
また処理容器４内の天井部には、ガス導入手段として円形リング状になされたシャワーヘッド部２０が設けられており、このシャワーヘッド部２０から、エッチングガスとして例えばＮＦ_３ ガスを容器内へ供給できるようになっている。尚、このガス導入手段２０は必要に応じて設けられ、処理の種類によっては設けない場合もある。また処理容器４の天井部の中心部には、この容器内へ活性種（ラジカル）を導入するためのラジカル導入口２２が形成されている。

そして、上記ラジカル導入口２２には、リモートプラズマ発生ユニット２４が取り付けられている。具体的には、このリモートプラズマ発生ユニット２４は、上記ラジカル導入口２２に直接的に起立させてジョイント３０によって着脱可能に連結される例えば石英ガラスパイプよりなるリモートプラズマ発生管２６と、このプラズマリモートプラズマ発生管２６の周囲に螺旋状に巻回して設けられる金属製の冷却管２８とにより主に構成されている（図１４参照）。尚、上記リモートプラズマ発生管２６は、セラミックパイプにより形成する場合もある。具体的には、上記リモートプラズマ発生管２６は、上述のように例えば石英ガラスパイプよりなり、その長さは２０〜４０ｃｍ程度になされ、その内径は２〜３ｃｍ程度、肉厚は２〜４ｍｍ程度になされている。

また上記金属製の冷却管２８は、金属部材である例えば銅パイプよりなり、この中に冷却媒体として例えば冷却水を必要に応じて流すようになっており、このリモートプラズマ発生管２６を冷却し得るようになっている。この金属製の冷却管２８は、上記プラズマリモートプラズマ発生管２６に対して図示例では３回程度巻回されているが、実際には、１０〜３０回程度巻回されている。また、この時の金属製の冷却管２８の巻回の状態は、巻回時に隣り合う管同士はある程度の距離以上離間されて疎状態で巻回されており、管同士の隙間からマイクロ波が内側のリモートプラズマ発生管２６内へ伝搬できるようになっている。そして、上記金属製の冷却管２８は、その両端部の接合ジョイント３２にて冷却媒体を給排する冷媒通路３４に着脱可能に接続されている。

また上記リモートプラズマ発生管２６の上端は、ジョイント３６を介して活性化用ガス導入管４０が接続されており、活性化される活性化用ガスを導入し得るようになっている。ここでは活性化用ガスとしては、例えばＨ_２ ガスとＮ_２ ガスとの混合ガスが用いられ、これらのガスをそれぞれ流量制御しつつ供給し得るようになっている。
そして、上記プラズマ発生ユニット２４の中心部、すなわち金属製の冷却管２８が巻回された部分は、金属製ボックスよりなるキャビティ部４２内に着脱可能に収容されている。このキャビティ部４２はマイクロ波導入手段４４に接続されており、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を上記キャビティ部４２内へ導入できるようになっている。

具体的には、このマイクロ波導入手段４４は、上述のように２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生源４６と、このマイクロ波を伝搬するために上記キャビティ部４２に連結された導波管４８と、この導波管４８に設けられてマイクロ波発生源４６からのマイクロ波を所定の振動モード、例えばＴＥモードへ変換するモード変換器５０とを有している。
また、この導波管４６には、インピーダンス整合を行うためのマッチング回路５２が設けられている。更に、上記キャビティ部４２において、上記リモートプラズマ発生ユニット２４を中心として、上記導波管４６とは反対側の位置には、上記導波管と対向するようにして所定の長さの反射用導波管５４が設けられており、この反射用導波管５４内には、上記リモートプラズマ発生ユニット２４に対して接近及び離間自在になされた例えばアルミニウム製のマイクロ波反射板５６が設けられている。そして、このマイクロ波反射板５６に連結した作動ロッド５８を前進後退させることによって上記マイクロ波反射板５６を移動させるようになっている。

また図１３にも示すように、上記リモートプラズマ発生ユニット２４の両端部には、上記冷却管２８の両端を固定するリング状の固定金具６０がそれぞれ設けられ、これらの固定金具６０の外周に接してこれを保持するように接続金具６２が設けられ、そして、この接続金具６２のボルト６４によってキャビティ部４２に固定することによって上記リモートプラズマ発生ユニット２４は確実に固定される。この場合、上記冷却管２８の両端部は、上記固定金具６０、接続金具６２及び金属製のキャビティ部４２を介して接地されることになる。また、上記固定金具６０と接続金具６２及びキャビティ部４２との間には、上記リモートプラズマ発生管２６内を流れるガスをシールするためのＯリング等のシール部材６６が介設されている。

次に、上述のように構成した処理装置２を用いてウエハ表面に形成されている自然酸化膜の除去方法について説明する。
まず、表面に自然酸化膜の付着している半導体ウエハＷを載置台６上に載置して処理容器４内を密閉し、この処理容器４内を真空引きしつつＮＦ_３ ガスよりなるエッチングガスやＨ_２ とＮ_２ との混合ガスよりなる活性化用ガスを処理容器４内へそれぞれ供給する。

ここでキャビティ部４２内に収容されているリモートプラズマ発生ユニット２４のリモートプラズマ発生管２６内では、上記マイクロ波発生器４６より伝搬されてくるマイクロ波によりプラズマが発生し、このプラズマによりリモートプラズマ発生管２６内を流れてくるＨ_２ ガスとＮ_２ ガスとは活性化されてＮ＊やＨ＊やＮＨ＊（＊：活性化状態を示す）等の活性種、すなわちラジカルが発生される。この発生した活性種はリモートプラズマ発生管２６内を流下してラジカル導入口２２よりウエハＷ上の処理空間に導入されることになる。この処理容器４内には上述のようにＮＦ_３ ガスが供給されているので、このＮＦ_３ ガスと上記活性種とウエハＷの表面に形成されているＳｉＯ_２ よりなる自然酸化膜とが反応し、ウエハ表面に中間生成物としてケイフッ化アンモニウム［（ＮＨ_４ ）_２ ＳｉＦ_６ ］が形成されることになる。

このようにして、ウエハ表面の自然酸化膜が全てケイフッ化アンモニウムに変換されたならば、この装置２の動作を停止する。そして、このウエハＷを処理容器４から取り出して、別の加熱チャンバ（図示せず）にこのウエハＷを搬入し、このウエハＷを所定の温度、例えば１００〜２００℃程度に加熱し、上記ケイフッ化アンモニウムを分解してガス化し、これを除去する。このようにして、一連の処理を行うことにより、ウエハＷの表面に形成されていた自然酸化膜が効率的にエッチングされて除去されることになる。

特開平８−２２２３９７号公報 特開平９−２１９２９５号公報 特開２００３−１３３２８４号公報

ところで、このようなマイクロ波導入手段４４においては、通常は、導波管４８に設けたマッチング回路５２がキャビティ部４２内にて反射波が生じないように自動的に動作することになる。しかし、使用されているマイクロ波は、その周波数が２．４５ＧＨｚであることから、波長は１２ｃｍ程度となっているので波長が非常に短い。従って、このマイクロ波は狭いキャビティ部４２内の種々の部分で共振する傾向となってしまう。このため、マッチング回路５２がキャビティ部４２内のある不連続点に対してインピーダンス補正を行っても、別の不連続点でマイクロ波の反射が生じてしまう場合がある。

この結果、上記マッチング回路５２の動作により、キャビティ部４２内にはマイクロ波が十分に導入されているにもかかわらず、このキャビティ部４２内に収容されているリモートプラズマ発生管２６内へはマイクロ波を十分に導入できず接地側から漏れ出てしまい、マイクロ波の電力が消費されるにもかかわらず、プラズマ密度が低下してプラズマを十分に発生することができない、といった現象が生ずる場合があった。

特に、上述したような現象は、同一設計に基づいて、同一寸法及び同一形状のもとに製造されて同一の電気特性を有しているものと期待されるリモートプラズマ発生ユニットであるにもかかわらず上述したような特性のばらつきが発生し、例えば微少な寸法誤差等の僅かな個体差に起因してその電波吸収特性が大きく変動してしまう、という問題があった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の第１の目的は、活性用ガスをプラズマにより活性化するリモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を測定することができるリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、リモートプラズマ発生管の端部に設けた接地位置調整手段でもって冷却管の接地位置を調整することにより、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができるリモートプラズマ発生ユニットを提供することにある。

本発明の第３の目的は、上記リモートプラズマ発生ユニットを設けた処理装置により、プラズマ処理を効率的に行うことができると共に、プラズマ処理の処理形態の品質を向上させることができる処理装置を提供することにある。
本発明の第４の目的は、上述したように、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができるリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法を提供することにある。

本発明者等は、リモートプラズマ発生管内における電界分布がウエハ処理形態に与える影響について鋭意研究した結果、リモートプラズマ発生管内の中央部における電界密度を高めることにより、処理形態が良好となる頻度が増大する、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。

請求項１に係る発明は、内部に活性化用ガスを流すリモートプラズマ発生管と、該リモートプラズマ発生管の周囲に螺旋状に巻回されると共に両端部側が接地されて内部に冷却媒体を流すための金属製の冷却管とよりなり、外部より供給されるマイクロ波により前記リモートプラズマ発生管内に流れる活性化用ガスをプラズマ化して活性化するリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置において、前記リモートプラズマ発生ユニットの周囲を囲むと共に前記冷却管の両端部を接地する測定容器と、前記測定容器内へマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記リモートプラズマ発生管の端部より管軸方向に沿って移動可能に設けられるプローブ手段と、前記プローブ手段の出力値を測定する測定手段と、を備えたことを特徴とするリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置である。
この発明によれば、活性用ガスをプラズマにより活性化するリモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を測定することができる。

この場合、例えば請求項２に規定するように、前記プローブ手段は、モノポールアンテナまたはスパイラルアンテナよりなる。
また例えば請求項３に規定するように、前記マイクロ波導入手段は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生源と、前記測定容器に連結された導波管と、前記マイクロ波発生源で発生したマイクロ波を所定の振動モードで前記導波管へ導入するモード変換器と、を有する。
また例えば請求項４に規定するように、前記リモートプラズマ発生ユニットを中心として、前記導波管とは反対側の位置には前記導波管と対向するように、前記リモートプラズマ発生ユニットに対して接近及び離間自在になされたマイクロ波反射板が設けられている。

請求項５に係る発明は、内部に活性化用ガスを流すリモートプラズマ発生管と、該リモートプラズマ発生管の周囲に螺旋状に巻回されると共に両端部側が接地されて内部に冷却媒体を流すための金属製の冷却管とよりなり、外部より供給されるマイクロ波により前記リモートプラズマ発生管内に流れる活性化用ガスをプラズマ化して活性化するリモートプラズマ発生ユニットにおいて、前記リモートプラズマ発生管の端部には、前記冷却管の長さ方向における接地位置を調整するための接地位置調整手段が設けられていることを特徴とするリモートプラズマ発生ユニットである。
この発明によれば、リモートプラズマ発生管の端部に設けた接地位置調整手段でもって冷却管の接地位置を調整することにより、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができる。

この場合、例えば請求項６に規定するように、前記接地位置調整手段は、前記冷却管の長手方向に延びて前記冷却管と接触する金属製の短絡板と、該短絡板に接合されて前記冷却管の周方向の任意の位置で固定することができる固定部材と、よりなる。
また例えば請求項７に規定するように、前記接地位置調整手段は、所定の長さを有する金属製の板状部材よりなる。
また例えば請求項８に規定するように、前記接地位置調整手段は、前記冷却管の螺旋方向に沿って該冷却管と接触しつつ前進及び後退可能になされた金属製のフレキシブルネジよりなる。

請求項９に係る発明は、筒体状になされた処理容器と、該処理容器内で被処理体を載置するための載置台と、前記処理容器内を真空引きする真空排気系と、前記処理容器内へプラズマにより活性化された活性種を導入するための前記いずれかに記載のリモートプラズマ発生ユニットと、を備えたことを特徴とする処理装置である。
この発明によれば、上記リモートプラズマ発生ユニットを設けた処理装置により、プラズマ処理を効率的に行うことができると共に、プラズマ処理の処理形態の品質を向上させることができる。
この場合、例えば請求項１０に規定するように、前記処理容器内へ所定のガスを導入するためのガス導入手段が設けられる。
また例えば請求項１１に規定するように、前記載置台には冷却手段が設けられる。

請求項１２に係る発明によれば、内部に活性化用ガスを流すリモートプラズマ発生管と、該リモートプラズマ発生管の周囲に螺旋状に巻回されると共に両端部側が接地されて内部に冷却媒体を流すための金属製の冷却管とよりなり、外部より供給されるマイクロ波により前記リモートプラズマ発生管内に流れる活性化用ガスをプラズマ化して活性化するリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法において、前記リモートプラズマ発生管内にマイクロ波を導入して前記リモートプラズマ発生管内の管軸方向における電界分布を測定する工程と、前記リモートプラズマ発生管の長手方向の中心部の電界部分が大きくなるように前記冷却管の端部の接地位置を接地位置調整手段により調整する工程と、を有することを特徴とするリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法である。
本発明によれば、上述したように、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができる。
この場合、請求項１３に規定するように、前記リモートプラズマ発生ユニットを挟んで前記マイクロ波の導入方向の反対側に位置するマイクロ波反射板の位置を調整して前記マイクロ波反射板による反射波の腹が前記リモートプラズマ発生管の径方向の中心部に位置するような前記マイクロ波反射板の位置を求める工程を有する。

本発明に係るリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置、リモートプラズマ発生ユニット、処理装置及びリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１乃至４に係る発明によれば、活性用ガスをプラズマにより活性化するリモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を測定することができる。
請求項５乃至８に係る発明によれば、リモートプラズマ発生管の端部に設けた接地位置調整手段でもって冷却管の接地位置を調整することにより、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができる。

請求項９乃至１１に係る発明によれば、上記リモートプラズマ発生ユニットを設けた処理装置により、プラズマ処理を効率的に行うことができると共に、プラズマ処理の処理形態の品質を向上させることができる。
請求項１２または１３に係る発明によれば、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができる。

以下に、本発明に係るリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置、リモートプラズマ発生ユニット、処理装置及びリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜リモートプラズマ発生ユニットの説明＞
まず本発明のリモートプラズマ発生ユニットについて説明する。
図１は本発明に係るリモートプラズマ発生ユニットを示す平面図、図２は図１に示すリモートプラズマ発生ユニットに設けられる接地位置調整手段を示す拡大図、図３は図１に示すリモートプラズマ発生ユニットを処理装置のキャビティ部に取り付けた状態を示す断面図である。
まず、図１に示すように本発明に係るリモートプラズマ発生ユニット７０は、図１２乃至図１４に示した従来のリモートプラズマ発生ユニット２４の端部に本発明の特徴とする接地位置調整手段７２を取り付けた構造となっている。具体的には、このリモートプラズマ発生ユニット７０は、図１２乃至図１４を参照して説明したように、例えば石英ガラスパイプよりなるリモートプラズマ発生管２６と、このプラズマリモートプラズマ発生管２６の周囲に螺旋状に巻回して設けられる金属製の冷却管２８とにより主に構成されている。尚、上記リモートプラズマ発生管２６は、セラミックパイプにより形成する場合もある。具体的には、上記リモートプラズマ発生管２６は、上述のように例えば石英ガラスパイプよりなり、その長さは２０〜４０ｃｍ程度になされ、その内径は２〜３ｃｍ程度、肉厚は２〜４ｍｍ程度になされている。

また上記金属製の冷却管２８は、金属部材である例えば銅パイプよりなり、この中に冷却媒体として例えば冷却水を必要に応じて流すようになっており、このリモートプラズマ発生管２６を冷却し得るようになっている。この金属製の冷却管２８は、上記プラズマリモートプラズマ発生管２６に対して図示例では３回程度巻回されているが、実際には、１０〜３０回程度巻回されている。また、この時の金属製の冷却管２８の巻回の状態は、巻回時に隣り合う管同士はある程度の距離以上離間されて疎状態で巻回されており、管同士の隙間からマイクロ波が内側のリモートプラズマ発生管２６内へ伝搬できるようになっている。そして、上記金属製の冷却管２８は、その両端部の接合ジョイント３２にて冷却媒体を給排する冷媒通路３４に着脱可能に接続されている（図１２参照）。

そして、このリモートプラズマ発生管２６の両端部には、リング状になされた例えば銅よりなる金属製の固定金具６０がそれぞれ取り付けられる。各固定金具６０は、先に説明したように冷却管２８の端部に連結されて電気的に導通状態になされている。そして、この冷却管２８と上記固定金具６０との接合部に、本発明の特徴とする上記接地位置調整手段７２が設けられる。図２（Ａ）は接地位置調整手段７２の分解部分破断図を示し、図２（Ｂ）は短絡板から見た平面図を示す。この接地位置調整手段７２は、上記巻回された冷却管２８の周囲を囲むようにして設けた固定部材７４と、この固定部材７４に上記冷却管２８の長手方向、すなわちリモートプラズマ発生管２６の軸方向に延びる金属製の短絡板７６とにより主に構成されている。

具体的には、この固定部材７４は例えばアルミニウム等の導電性材料よりなり、ここでは半割り状態で２つの部材７４Ａ、７４Ｂに分割されている。そして、両部材７４Ａ、７４Ｂは、その両端部を固定ネジ７８で締め付けることにより、固定できるようになっている。また、上記短絡板７６は、導電性が非常に良好な材料、例えば銅よりなり、上記部材７４Ｂから１０ｍｍ程度延びており、この短絡板７６が上記冷却管２８の外面と接触して、この接触部分を接地できるようになっている。従って、上記固定部材７４の固定ネジ７８を緩めた状態でこれを矢印８０（図１参照）に示すように回転させて固定ネジ７８を締め付けることにより、上記短絡板７６を冷却管２８の周方向の任意の位置で固定することができるようになっている。

この場合、固定部材７４は、固定金具６０と接した状態で回転されるので、最大で巻回されている冷却管２８の１ピッチ分程度の長さだけ冷却管２８の巻回方向に沿ってその接地位置を移動させて変化させることができるようになっている。尚、実際には、後述するように、ここで使用されているマイクロ波の１／４波長程度の長さだけ接地位置に関して位置調整できれば十分である。例えばマイクロ波が２．４５ＧＨｚの場合には、その波長は１２ｃｍ程度なので、１／４波長は３ｃｍ程度になる。
そして、上述したように接地位置調整手段７２により、後述するようにリモートプラズマ発生管２６内におけるマイクロ波の電界分布が最適な状態になるように調整した後、この調整済みのリモートプラズマ発生ユニット７０を図３に示すように、導波管４８に接続されたキャビティ部４２に、接続金具６２やボルト６４によって取り付け固定することになる。これにより、上記短絡板７６が冷却管２８に対して接触する部分が、固定金具６０、接続金具６２及びキャビティ部４２を介して接地されて接地位置となる。図３において、図１３に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してある。

＜リモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置＞
次に、リモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置について説明する。
本発明者等は、同一設計寸法のもとに作製されたリモートプラズマ発生ユニットの僅かな個体差に起因してリモートプラズマ発生管２６内の電界分布が大きく異なり、この結果、ウエハに対するプラズマ処理の良否が分かれてしまうことを見い出し、これによって本発明に至ったものである。
ここで、リモートプラズマ発生ユニット内の電界分布を測定するための電界分布測定装置について説明する。図４はリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置を示す構成図、図５はリモートプラズマ発生管内へ挿入されたプローブ手段の状態を示す断面図、図６は電界分布のパターンの種類を説明するためのグラフ、図７はマイクロ波に対して冷却管が伝送路として機能する時の状態を示す等価回路、図８は接地位置調整手段で接地位置を変化させた時のリモートプラズマ発生管内における電界分布の変化の一例を示すグラフ、図９は接地位置調整手段で接地位置を最適化して調整した時のリモートプラズマ発生管内における電界分布の変化の状態を示すグラフである。

まず、図４に示すように、このリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置８０は、大部分の構成部品は図１２に示した処理装置２の構成部品と共通のものを用いることができ、ここでは発明の理解を容易にするために、処理装置２と共通の部品については同一符号を付して説明する。
図４に示すように、この電界分布測定装置８０は、リモートプラズマ発生ユニット２４の周囲を囲むと共に、この冷却管２８の両端部を接地する測定容器としてのキャビティ部４２と、このキャビティ部４２内へマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段８２と、上記リモートプラズマ発生管２６の端部より管軸方向に沿って移動可能に設けられるプローブ手段８４と、このプローブ手段８４の出力値を測定する測定手段８６とを有している。

上記測定容器としてのキャビティ部４２としては、図１２に示すキャビティ部を用いることができ、このキャビティ部４２の反射用導波管５４には作動ロッド５８で移動可能になされたマイクロ波反射板５６が設けられる。上記マイクロ波導入手段８２として上記キャビティ部４２の中央部に接続される導波管８８を有しており、この導波管８８へは、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生源９０から同軸線９２を介してマイクロ波を導入できるようになっている。そして、上記同軸線９２の先端部であって、導波管８８に接続する部分には、マイクロ波を所定の振動モードで導波管８８へ導入するためのモード変換器９４が設けられている。ここではマイクロ波は例えばＴＥモードへ変換されるようになっている。

また上記プローブ手段８４は、同軸線の先端部を所定の長さＭ１だけ被覆を除去して剥き出し状態にすることによりプローブロッド８４Ａとして形成され、いわゆるモノポール型のアンテナとして構成している。この剥き出し状態になされたプローブロッド８４Ａの長さＭ１は、マイクロ波の１／４波長の程度がよく、ここでは２．４５ＧＨｚの１／４波長である３０ｍｍ程度に設定されている。上記プローブ手段８４は、図示しないアクチュエータにより上記リモートプラズマ発生管２６内の奥まで前進及び後退が可能になされている。尚、プローブ手段８４として、スパイラル型のアンテナとして構成してもよい。そして、このプローブ手段８４での検出値は、リード９８を介して測定手段８６に接続されている。この測定手段８６としては、電界の電力を示すスペクトラムアナライザを用いることができる。

このように構成された電界分布測定手段８０を用いて、リモートプラズマ発生ユニット２４内の電界分布を測定する場合には、図５に示すように、上記プローブ手段８４をリモートプラズマ発生ユニット２４のリモートプラズマ発生管２６の端部よりその内部へ挿入する。そして、このリモートプラズマ発生ユニット２４にマイクロ波導入手段８２よりマイクロ波を印加した状態で、このプローブ手段８４を徐々に外側へ引き出してその時の電界の分布を測定手段８６で測定する。
図６はリモートプラズマ発生ユニットの測定された電界分布のパターンを示している。ここでリモートプラズマ発生ユニット２４の全長は４００ｍｍ程度であり、リモートプラズマ発生ユニット２４の長手方向の中心位置（導波管８８が接続される位置）を基準点とし、ここをプローブ位置”ゼロ”としている。電界分布の測定に際しては、プローブロッド８４Ａの先端Ｐ１を初めに基準点に位置させ、そして、これよりプローブ手段８４を、図５において右方向へ徐々に移動させつつ電界強度を測定している。

ここでは、同一設計寸法で製造した１０数本のリモートプラズマ発生ユニット（接地位置調整手段７２は設けていない）の電界分布を測定した。その結果、電界分布のパターンを分類した結果、図６に示すようにＡ〜Ｃの３つのパターンに分類することができた。パターンＡは基準点のところにピーク値があるが、そのピーク値はそれ程高くはない。パターンＢはピーク値は基準点のところよりも右側に少しずれており、しかもそのピーク値はかなり高い。パターンＣはパターンＡ及びＢのような鋭いピーク値はなく、基準点の近傍を高台として非常に低い台形状の電界分布となっている。

このようなパターンＡ〜Ｃの内で、基準値での電界強度が大きいパターンＡのリモートプラズマ発生ユニットは、ウエハに対するプラズマ処理も比較的良好に行うことができて比較的良品が多い。また基準値での電界強度が少し低くなるパターンＢのリモートプラズマ発生ユニットは、パターンＡと比べると良品の数は少し減少した。
更に、基準値での電界強度が更に低いパターンＣのリモートプラズマ発生ユニットは、良品の数がかなり低下し、好ましくなかった。
このように、同一設計寸法で製造されたリモートプラズマ発生ユニットであるにもかかわらず、上述のように電界分布に大きなバラツキが生ずる原因は次のように考えられる。

すなわち、ここで螺旋状に巻回されている銅製の冷却管２８は、全体で２０回程度巻回されており、この冷却管２８を直線状に延ばすと、その全長は２２０〜２４０ｃｍ程度である。ここでガラス管よりなる比較的脆いリモートプラズマ発生管２８に銅製の冷却管２８を精度良く巻き付ける作業は非常に困難であり、冷却管２８自体の厚さが少し、例えば０．５ｍｍ程度ずれたり、或いは巻回の仕方が緩かったり、または強過ぎたりすると、最終的に、冷却管２８の長さが最大６ｃｍ程度も変動してしまう。この６ｃｍは、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の半波長に相当することになる。

そして、石英製のリモートプラズマ発生管２６内へマイクロ波を導入するには、この外側に巻回されている銅製の冷却管２８に吸収されることなくここを通過することが必要である。ここで導波管８８内のマイクロ波はＴＥモードであって、その波長λｇは２３２ｍｍ（λｇ＝λ／√（１−（λ／λｃ）^２ ）である。尚、λは自由空間波長、λｃは導波管８８の遮断波長である。これに対して、キャビティ部４２内はＴＥＭモードが主体となる混合モードであり、その波長は１２２〜２３２ｍｍが混在している。このため、上記したような冷却管２８の長さ方向のずれ、すなわち個体差によって内部の共振状態が大きく変化し、上述したように電界分布に大きな差が生ずるものと考えられる。このように本発明の電界分布測定装置によれば、活性用ガスをプラズマにより活性化するリモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を測定することができる。

次に、上記電界分布のパターンを改良する手法について説明する。
上記銅製の冷却管２８はマイクロ波に対して伝送路として機能した場合には、図７に示すような等価回路として考えることができる。すなわち、マイクロ波を導入する導波管８８を中心として冷却管２８を直線状に延ばし、それぞれの両端は接地されている。そして、上記導波管８８を中心とした冷却管２８の一方の長さをＬ１とし、他方の長さをＬ２とする。ここで、マイクロ波は直線状に延びた冷却管２８の略中心へ給電されるので、長さＬ１、Ｌ２とインピーダンスとの関係は、次の式のようになる。
Ｚｉｎ＝ｊ・Ｚ・ｔａｎ（β・Ｌ）
ここで”Ｚ”はリモートプラズマ発生ユニットの直径や材質等で定まるインピーダンス、βは線路速度、ＬはＬ１またはＬ２を代表している。

すなわち、長さＬ１、Ｌ２がλｇ／２の正数倍の時に、ショートしてマイクロ波はＧＮＤ（グランド）側へ吸収されるので好ましくなく、これに対して長さＬ１、Ｌ２が”（λｇ／２）ｎ＋λｇ／４”（ｎ：整数）の時は反射されてＧＮＤに吸収されることはない。従って、上記長さＬ１、Ｌ２を”（λｇ／２）ｎ＋λｇ／４”の状態になるように、冷却管２８の長さを変えてやればよいことが判る。実際には、製造された冷却管２８の長さを変えるのは非常に困難なので、そこで、図１及び図２を参照して説明した接地位置調整手段７２を設けて接地位置を適宜調整することにより、長さＬ１、Ｌ２を実質的に変えたと同様な作用を呈すことができる。
すなわち、冷却管２８の中央部の位置における電界強度が大きくなる程、冷却管２８へのマイクロ波の吸収量が少なくなり、その分、リモートプラズマ発生管２６内へ導入されるマイクロ波が多くなる。

＜接地位置調整手段７２の作用＞
ここで、実際に２つのリモートプラズマ発生ユニットに対して、図１及び図２に示した接地位置調整手段７２を取り付けて、冷却管２８の接地位置を３０ｍｍ（マイクロ波の１／４波長に相当）程度変化させて電界分布を測定したところ、図８に示すような結果を得ることができた。すなわち、図８（Ａ）に示す場合は、ピーク値が５ワット程度も大きく変化しており、電界分布のパターンＢからパターンＣへ変化している。また、図８（Ｂ）に示す場合は、電界分布のパターンＢを維持したまま、基準点における電界強度が３ワットから５ワット程度まで向上している。

さて、上述したような接地位置調整手段７２の作用を用いて、前述した図６に示したような各パターンＡ〜Ｃに改善を加えることになる。図９は接地位置調整手段７２で接地位置を最適化して調整した時のリモートプラズマ発生管２６内における電界分布の変化の状態を示すグラフである。
図９においてパターンＡ〜Ｃは接地位置調整手段７２を設けていない改善前の電界分布をそれぞれ示し、パターンＡ’〜Ｃ’は、接地位置調整手段７２を設けて接地位置を最適化した時の電界分布をそれぞれ示している。
すなわち、パターンＡに対してパターンＡ’は、基準点の電界強度が大幅に向上している。またパターンＢに対してパターンＢ’は、同じく基準点の電界強度が大幅に向上している。またパターンＣに対してパターンＣ’は、同様に基準点の電界強度がかなり向上している。この場合、パターンＣ’は、基準点においてピーク値を有すことから、実質的にパターンＡに変換されていることになる。尚、これらは改善パターンの一例を示すものである。

このようにして、接地位置調整手段７２を用いることにより、パターンＡ、Ｂは基準点における電界強度を共に向上させることができる。また、パターンＣは基準点における電界強度を向上させると共に、その電界分布の形態をパターンＣからパターンＡ、或いはパターンＢへ変換させることができる。
そして、このように接地位置調整手段７２を設けて、これにより接地位置が最適化されたリモートプラズマ発生ユニット７０が、図３に示すように処理装置２（図１２参照）のキャビティ部４２に取り付け固定されることになる。このように、リモートプラズマ発生管２６の端部に設けた接地位置調整手段７２でもって冷却管２８の接地位置を調整することにより、リモートプラズマ発生管２６内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができる。
また、上記リモートプラズマ発生ユニット７０を設けた処理装置２により、プラズマ処理を効率的に行うことができると共に、プラズマ処理の処理形態の品質を向上させることができる。

＜マイクロ波反射板５６の調整＞
次にマイクロ波反射板５６の調整について説明する。
図１０はマイクロ波反射板により反射される反射波の状態を示す説明図である。
ところで、図１０に示すように、導波管４８の端部は、反射用導波管５４（図１３も参照）に設けたマイクロ波反射板５６によりショートしており、マイクロ波はこのマイクロ波反射板５６が節となって全反射を起こし、この反射波Ｒによる定在波が発生する。そして、この定在波である反射波Ｒの腹Ｒ１がリモートプラズマ発生管の径方向の中心部Ｃ１に位置するように上記マイクロ波反射板５６の位置調整を行う。このようなマイクロ波反射板５６の最適な位置は、図４に示す電界分布測定手段８０により電界強度分布を測定した際に、マイクロ波反射板５６を移動させて測定することにより一緒に測定することができる。

このように、反射波５６の腹Ｒ１をリモートプラズマ発生管の径方向の中心部Ｃ１に位置させることにより、基準点における電界強度を更に向上できる。
尚、上記実施例では接地位置調整手段７２として、図２に示すように、固定ネジ７８により固定される固定部材７４と、これより延びる短絡板７６とにより形成したが、これに限定されず、例えば図１１に示すように構成してもよい。図１１は接地位置調整手段７２の変形例を示す図である。図１１（Ａ）に示す接地位置調整手段７２は、所定の長さＮ１を有する金属製、例えば銅製の板状部材１００よりなり、長さＮ１が種々の値となった複数種類の板状部材１００を用意しておく。

そして、リモートプラズマ発生管２６内の電界分布の調整時に冷却管２８の端部における接地位置が最適な位置になるように最適な長さＮ１の板状部材１００を選択して、これをろう付け等により冷却管２８と固定金具６０とに対してそれぞれ接合して接地位置を調整することになる。
また図１１（Ｂ）に示す場合には、上記接地位置調整手段７２を金属製、例えば銅製のフレキシブルネジ１０２によって形成し、このネジ１０２を螺旋状に巻回されている冷却管２８の間に冷却管２８と接するようにして設ける。この場合、上記ネジ１０２の基部側は、例えば銅よりなるネジ取付板１０４のネジ穴に螺合されており、このネジ取付板１０４は固定金具６０側へ接続固定されている。そして、このネジ１０２を前進、或いは後退させることによってネジ１０２を矢印Ｎ２の方向へ移動させる。これによって、冷却管２８に対する接地位置を調整することになる。

また、ここではリモートプラズマを用いた処理装置として、ウエハ表面の自然酸化膜を除去する装置を例にとって説明したが、これに限定されず、リモートプラズマを用いた成膜装置、エッチング装置、酸化処理装置、拡散処理装置、改質処理装置等の全ての処理装置に対して本発明を適用することができる。
更に、上記実施例では、リモートプラズマ発生ユニットの一端部に接地位置調整手段を設けた場合を例にとって説明したが、リモートプラズマ発生ユニット内の電界分布をその両端側から測定し、両端側に接地位置調整手段をそれぞれ設けるようにしてもよい。
また被処理体としては半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板、セラミック基板等を処理する処理装置にも本発明を適用することができる。

本発明に係るリモートプラズマ発生ユニットを示す平面図である。 図１に示すリモートプラズマ発生ユニットに設けられる接地位置調整手段を示す拡大図である。 図１に示すリモートプラズマ発生ユニットを処理装置のキャビティ部に取り付けた状態を示す断面図である。 リモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置を示す構成図である。 リモートプラズマ発生管内へ挿入されたプローブ手段の状態を示す断面図である。 電界分布のパターンの種類を説明するためのグラフである。 マイクロ波に対して冷却管が伝送路として機能する時の状態を示す等価回路である。 接地位置調整手段で接地位置を変化させた時のリモートプラズマ発生管内における電界分布の変化の一例を示すグラフである。 接地位置調整手段で接地位置を最適化して調整した時のリモートプラズマ発生管内における電界分布の変化の状態を示すグラフである。 マイクロ波反射板により反射される反射波の状態を示す説明図である。 接地位置調整手段の変形例を示す図である。 リモートプラズマ発生ユニットを用いた従来の一般的な処理装置の一例を示す概略構成図である。 リモートプラズマ発生ユニットを収容するキャビティ部を示す断面図である。 リモートプラズマ発生ユニットを示す平面図である。

符号の説明

２ 処理装置
４ 処理容器
６ 載置台
８ 冷媒通路（冷却手段）
１８ 真空排気系
２０ シャワーヘッド部（ガス導入手段）
２６ リモートプラズマ発生管
２８ 金属製の冷却管
４２ キャビティ部（測定容器）
７０ リモートプラズマ発生ユニット
７２ 接地位置調整手段
７４ 固定部材
７６ 短絡板
８０ 電界分布測定装置
８２ マイクロ波導入手段
８４ プローブ手段
８６ 測定手段
８８ 導波管
９０ マイクロ波発生源
９４ モード変換器
１００ 板状部材
１０２ フレキシブルネジ
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (13)

1. 内部に活性化用ガスを流すリモートプラズマ発生管と、
   該リモートプラズマ発生管の周囲に螺旋状に巻回されると共に両端部側が接地されて内部に冷却媒体を流すための金属製の冷却管とよりなり、外部より供給されるマイクロ波により前記リモートプラズマ発生管内に流れる活性化用ガスをプラズマ化して活性化するリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置において、
   前記リモートプラズマ発生ユニットの周囲を囲むと共に前記冷却管の両端部を接地する測定容器と、
   前記測定容器内へマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、
   前記リモートプラズマ発生管の端部より管軸方向に沿って移動可能に設けられるプローブ手段と、
   前記プローブ手段の出力値を測定する測定手段と、
   を備えたことを特徴とするリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置。
2. 前記プローブ手段は、モノポールアンテナまたはスパイラルアンテナよりなることを特徴とする請求項１記載のリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置。
3. 前記マイクロ波導入手段は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生源と、前記測定容器に連結された導波管と、前記マイクロ波発生源で発生したマイクロ波を所定の振動モードで前記導波管へ導入するモード変換器と、を有することを特徴とする請求項１または２記載のリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置。
4. 前記リモートプラズマ発生ユニットを中心として、前記導波管とは反対側の位置には前記導波管と対向するように、前記リモートプラズマ発生ユニットに対して接近及び離間自在になされたマイクロ波反射板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置。
5. 内部に活性化用ガスを流すリモートプラズマ発生管と、
   該リモートプラズマ発生管の周囲に螺旋状に巻回されると共に両端部側が接地されて内部に冷却媒体を流すための金属製の冷却管とよりなり、外部より供給されるマイクロ波により前記リモートプラズマ発生管内に流れる活性化用ガスをプラズマ化して活性化するリモートプラズマ発生ユニットにおいて、
   前記リモートプラズマ発生管の端部には、前記冷却管の長さ方向における接地位置を調整するための接地位置調整手段が設けられていることを特徴とするリモートプラズマ発生ユニット。
6. 前記接地位置調整手段は、前記冷却管の長手方向に延びて前記冷却管と接触する金属製の短絡板と、該短絡板に接合されて前記冷却管の周方向の任意の位置で固定することができる固定部材と、よりなることを特徴とする請求項５記載のリモートプラズマ発生ユニット。
7. 前記接地位置調整手段は、所定の長さを有する金属製の板状部材よりなることを特徴とする請求項５記載のリモートプラズマ発生ユニット。
8. 前記接地位置調整手段は、前記冷却管の螺旋方向に沿って該冷却管と接触しつつ前進及び後退可能になされた金属製のフレキシブルネジよりなることを特徴とする請求項５記載のリモートプラズマ発生ユニット。
9. 筒体状になされた処理容器と、
   該処理容器内で被処理体を載置するための載置台と、
   前記処理容器内を真空引きする真空排気系と、
   前記処理容器内へプラズマにより活性化された活性種を導入するための請求項５乃至８のいずれかに記載のリモートプラズマ発生ユニットと、
   を備えたことを特徴とする処理装置。
10. 前記処理容器内へ所定のガスを導入するためのガス導入手段が設けられることを特徴とする請求項９記載ま処理装置。
11. 前記載置台には冷却手段が設けられることを特徴とする請求項９または１０記載の処理装置。
12. 内部に活性化用ガスを流すリモートプラズマ発生管と、
    該リモートプラズマ発生管の周囲に螺旋状に巻回されると共に両端部側が接地されて内部に冷却媒体を流すための金属製の冷却管とよりなり、外部より供給されるマイクロ波により前記リモートプラズマ発生管内に流れる活性化用ガスをプラズマ化して活性化するリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法において、
    前記リモートプラズマ発生管内にマイクロ波を導入して前記リモートプラズマ発生管内の管軸方向における電界分布を測定する工程と、
    前記リモートプラズマ発生管の長手方向の中心部の電界部分が大きくなるように前記冷却管の端部の接地位置を接地位置調整手段により調整する工程と、
    を有することを特徴とするリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法。
13. 前記リモートプラズマ発生ユニットを挟んで前記マイクロ波の導入方向の反対側に位置するマイクロ波反射板の位置を調整して前記マイクロ波反射板による反射波の腹が前記リモートプラズマ発生管の径方向の中心部に位置するような前記マイクロ波反射板の位置を求める工程を有することを特徴とする請求項１２記載のリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法。
    
    

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