JP2021039925A - プラズマプローブ装置、プラズマ処理装置及び制御方法 - Google Patents

プラズマプローブ装置、プラズマ処理装置及び制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】プラズマ生成空間におけるラジカル密度を高い精度でモニタリング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プローブ装置は、処理容器の壁に形成された開口部に、真空空間と大気空間の間をシールするシール部材を介して取り付けられるアンテナ部と、前記アンテナ部の内部に設けられ又は前記アンテナ部の少なくとも一部であり、前記真空空間で生成されるプラズマの発光を前記大気空間に透過させる透光部と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマプローブ装置、プラズマ処理装置及び制御方法に関する。
プラズマの状態をモニタリングする手法の一つに発光分光分析が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１６−２０７９１５号公報
本開示は、プラズマ生成空間におけるラジカル密度を高い精度でモニタリングできる技術を提供する。
本開示の一態様によるプラズマプローブ装置は、処理容器の壁に形成された開口部に、真空空間と大気空間の間をシールするシール部材を介して取り付けられるアンテナ部と、前記アンテナ部の内部に設けられ又は前記アンテナ部の少なくとも一部であり、前記真空空間で生成されるプラズマの発光を前記大気空間に透過させる透光部と、を有する。
本開示によれば、プラズマ生成空間におけるラジカル密度を高い精度でモニタリングできる。
マイクロ波プラズマ処理装置の断面図の一例を示す図 マイクロ波プラズマ処理装置の天井部の内壁の一例を示す図 第１構成例のプラズマプローブ装置を示す図 プラズマプローブ装置の配置の一例を示す図 プラズマプローブ装置による測定結果の一例を示す図 フィードバック制御処理の一例を示すフローチャート フィードバック制御処理を説明するための図 第２構成例のプラズマプローブ装置を示す図 第３構成例のプラズマプローブ装置を示す図 第４構成例のプラズマプローブ装置を示す図
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。
〔プラズマプロセス〕
プラズマプロセスを最適化するに当たって、プラズマ電子密度、プラズマ電子温度だけでなく、化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）等の成膜処理のプロセス特性に直結するラジカル密度をモニタリングすることが重要である。そこで、発光分光分析（ＯＥＳ：Optical Emission Spectroscopy）によりプラズマの状態をモニタリングする手法が用いられる。
しかしながら、プロセス時にプラズマの発光をモニタリングするためのモニタレンズ等の透過部の表面に膜が堆積し、堆積した膜によりプラズマの発光の強度が低下してしまい、プラズマ生成空間におけるラジカル密度を正確にモニタリングできない場合がある。
そこで、本発明者らは、上記問題点を鋭意検討した結果、成膜処理の際においてもプラズマ生成空間におけるラジカル密度を高い精度でモニタリングできる技術を見出した。以下、詳細に説明する。
〔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の断面図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、基板の一例である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を収容する処理容器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処理容器１の天井部の内壁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としては、例えばＣＶＤ等の成膜処理が例示される。
マイクロ波プラズマ処理装置１００は、処理容器１と、マイクロ波プラズマ源２と、制御装置３と、を有する。
処理容器１は、気密に構成されたアルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の容器であり、接地されている。
処理容器１は、本体部１０を有し、内部にプラズマの処理空間を形成する。本体部１０は、処理容器１の天井部を構成する円盤状の天板である。処理容器１と本体部１０との接触面には支持リング１２９が設けられ、これにより、処理容器１の内部は気密にシールされている。本体部１０は、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料から形成されている。
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。マイクロ波は、マイクロ波伝送部４０とマイクロ波放射機構５０とを通って処理容器１の内部に導入される。処理容器１内に供給されたガスは、導入されたマイクロ波の電界により励起し、これにより表面波プラズマが形成される。
処理容器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、処理容器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（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。
処理容器１の底部には排気管１５が接続されており、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を作動させると処理容器１内が排気され、これにより、処理容器１内が所定の真空度まで高速に減圧される。処理容器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。図１のＡ−Ａ断面を示す図２を参照すると、マイクロ波伝送部４０内の中央マイクロ波導入部４３ｂは、本体部１０の中央に配置され、６つの周縁マイクロ波導入部４３ａは、本体部１０の周辺に円周方向に等間隔に配置される。中央マイクロ波導入部４３ｂ及び６つの周縁マイクロ波導入部４３ａは、それぞれに対応して設けられる、図１に示すアンプ部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。以下、周縁マイクロ波導入部４３ａ及び中央マイクロ波導入部４３ｂを総称して、マイクロ波導入部４３ともいう。
図１及び図２に示されるように、６つの誘電体層１２３は、６つの周縁マイクロ波導入部４３ａの下方にて本体部１０の内部に配置されている。また、１つの誘電体層１３３は、中央マイクロ波導入部４３ｂの下方にて本体部１０の内部に配置されている。なお、周縁マイクロ波導入部４３ａ及び誘電体層１２３の個数は６つに限らず、２つ以上であり得る。ただし、周縁マイクロ波導入部４３ａ及び誘電体層１２３の個数は３つ以上が好ましく、例えば３つ〜６つであってもよい。
図１に示されるマイクロ波放射機構５０は、誘電体天板１２１，１３１、スロット１２２，１３２及び誘電体層１２３，１３３を有する。誘電体天板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、本体部１０の上面に配置されている。誘電体天板１２１，１３１は、比誘電率が真空よりも大きい、例えば石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）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いる。これにより、誘電体天板１２１，１３１内を透過するマイクロ波の波長を、真空中を伝播するマイクロ波の波長よりも短くしてスロット１２２，１３２を含むアンテナを小さくする機能を有する。
誘電体天板１２１，１３１の下には、本体部１０に形成されたスロット１２２，１３２を介して誘電体層１２３，１３３が本体部１０の開口の裏面に当接されている。誘電体層１２３、１３３は、例えば石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）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いる。誘電体層１２３，１３３は、本体部１０に形成された開口の厚み分だけ天井面から凹んだ位置に設けられ、マイクロ波をプラズマ生成空間Ｕに供給する誘電体窓として機能する。
周縁マイクロ波導入部４３ａ及び中央マイクロ波導入部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播す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部４３ａ及び中央マイクロ波導入部４３ｂには、スラグ５４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５４を移動させることにより、処理容器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。
本体部１０には、シャワー構造のガス導入部２１が設けられている。ガス供給源２２から供給されるガスは、ガス供給配管１１１を介してガス拡散室６２からガス導入部２１を通り、処理容器１内にシャワー状に供給される。ガス導入部２１は、処理容器１の天井壁に形成された複数のガス供給孔６０からガスを供給するガスシャワーヘッドの一例である。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Ｏ２ガスやＮ２ガス等の高エネルギーで分解させたいガス、シランガス等の処理ガスが挙げられる。
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を有している。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を通り処理容器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。処理容器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。処理ガスがガス導入部２１からシャワー状に処理容器１内に導入される。周縁マイクロ波導入部４３ａ及び中央マイクロ波導入部４３ｂを介してマイクロ波放射機構５０から放射されたマイクロ波が天井壁の内部表面を伝播する。表面波となって伝播するマイクロ波の電界により、ガスが励起され、処理容器１側の天井壁下のプラズマ生成空間Ｕに生成された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。
〔プラズマプローブ装置〕
処理容器１の側壁には円周方向に複数の開口部１ｂが形成され、複数のプラズマプローブ装置７０が取り付けられている。ただし、処理容器１に取り付けられるプラズマプローブ装置７０は１つであってもよい。プラズマプローブ装置７０は、プラズマ生成空間Ｕにて生成されるプラズマをセンシングする。制御装置３は、プラズマプローブ装置７０によるセンシング結果に基づき、例えばプラズマ電子温度Ｔｅ、プラズマ電子密度Ｎｅ、堆積膜の膜厚、ラジカル密度を算出する。これにより、プラズマの挙動を推定できる。
プラズマプローブ装置７０は、マイクロ波プラズマ処理装置１００の外部にて、モニタ装置８０及び光検出装置９０に接続されている。
モニタ装置８０は、信号発信器を有し、信号発信器により発信した所定周波数の信号を出力する。該信号は、同軸ケーブル８１を伝送され、プラズマプローブ装置７０に伝送され、プラズマプローブ装置７０の先端のアンテナ部７１からプラズマに伝送される。プラズマプローブ装置７０は、プラズマ側に伝送する信号に対して、プラズマ側から反射する信号の電流値を検出し、モニタ装置８０に送る。検出した信号の電流値は、モニタ装置８０から制御装置３に送信され、制御装置３のマイクロプロセッサ４によりＦＦＴ（周波数）解析される。これにより、プラズマ電子温度Ｔｅ、プラズマ電子密度Ｎｅ、プラズマプローブ装置７０に堆積した膜の膜厚等が算出される。なお、同軸ケーブル８１のシールドは、接地されるか、又は処理容器１に接続される。
光検出装置９０は、プラズマ生成空間Ｕで生成され、透光部７８を透過し、光ファイバ等の伝送部９１を通って伝送されたプラズマの発光の強度を検出する。検出されたプラズマの発光の強度は、光検出装置９０から制御装置３に送信される。制御装置３のマイクロプロセッサ４は、算出したプラズマプローブ装置７０に堆積した膜の膜厚に基づいて、光検出装置９０から送信されたプラズマの発光の強度を補正する。また、制御装置３のマイクロプロセッサ４は、補正したプラズマの発光の強度に基づいて、プラズマ生成空間Ｕにおけるラジカル密度を算出する。なお、補正したプラズマの発光の検出光強度に基づいてラジカル密度を算出する方法は、特に限定されないが、例えば公知の発光分光分析（ＯＥＳ：Optical Emission Spectroscopy）を利用できる。
〔プラズマプローブ装置の構成〕
図３は、第１構成例のプラズマプローブ装置７０を示す図である。図３（ａ）はプラズマプローブ装置７０の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）における領域Ｐの拡大図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のプラズマプローブ装置７０をプラズマ生成空間Ｕ側から見たときの平面図である。なお、図３では、プラズマプローブ装置７０の先端面に、プラズマ処理により生じる反応生成物の膜Ｆが堆積している状態を示している。
プラズマプローブ装置７０は、アンテナ部７１と、電極７２と、誘電体支持部７４と、透光部７８と、を有する。
アンテナ部７１は、処理容器１の側壁に形成された開口部１ｂに、Ｏリング７３を介して取り付けられる。アンテナ部７１は、プラズマプローブ装置７０の先端を含んで設けられている。一実施形態では、アンテナ部７１の先端は、円盤状部材７１ａであり、Ｏリング７３を介して開口部１ｂの開口を塞ぐように配置される。アンテナ部７１は、透光部７８を挿通可能な貫通孔を有し、アルミニウム等の導体で形成されている。Ｏリング７３は、樹脂等の誘電体で形成されている。なお、アンテナ部７１の先端は、円盤状に限らず、例えば、矩形状であってもよい。
アンテナ部７１の先端面と処理容器１の壁の開口部１ｂ付近の裏面は隔離され、所定の幅の隙間１ｄが形成されている。このようにアンテナ部７１の先端面と処理容器１の壁の間に隙間１ｄが形成されていないと、アンテナ部７１が処理容器１の壁とＤＣ的に接続されてしまう。そうすると、モニタ装置８０から伝送された信号の電流が処理容器１の壁に流れてしまい、プラズマに流れる電流の割合が低くなる。その結果、アンテナ部７１が、プラズマプローブ装置７０のアンテナとして機能しなくなる。このため、アンテナ部７１の先端面と処理容器１の壁の開口部１ｂ付近の裏面には、所定の幅の隙間１ｄが形成されている。なお、アンテナ部７１から処理容器１の壁に流れる信号の電流を「浮遊電流」という。
交流電流が処理容器１の壁側に流れてもアンテナ部７１は、プラズマプローブ装置７０のアンテナとして機能する。ただし、プラズマプローブ装置７０の感度を上げるためには、直流電流だけでなく、交流電流も含めて浮遊電流が処理容器１の壁側に流れない方が良い。
一方、前記隙間１ｄが広すぎると、隙間１ｄにガスやプラズマが入り込み、プラズマによる腐食、ガスの侵入によるパーティクル及び異常放電の問題が生じる。よって、隙間１ｄは、アンテナ部７１が処理容器１の壁とＤＣ的に接続されない程度に広い空間であって、プラズマやガスが入り込まない程度に狭い空間に設計される。
アンテナ部７１は、開口部１ｂが形成された処理容器１の内壁面よりも凹んだ位置に配置され、アンテナ部７１の表面は、内壁面よりも凹んだ位置でプラズマ生成空間Ｕ側に露出する。アンテナ部７１の表面を凹ませることで、パーティクルの発生源となるアンテナ部７１と処理容器１の壁の隙間１ｄが設けられる位置をウエハＷから遠ざけるようにする。これにより、パーティクルの発生とガスのプラズマプローブ装置７０への侵入を防ぎ、パーティクルによるプラズマ処理の特性への影響を減らし、プラズマによるプラズマプローブ装置７０の腐食を低減できる。また、アンテナ部７１の表面を処理容器１の内壁面と同じ高さにせずに凹ませることで、処理容器１の内壁面を伝播する表面波プラズマのモードジャンプを生じさせ難くし、異常放電を回避できる。
また、アンテナ部７１の表面（先端面）であって、少なくとも開口部１ｂからＯリング７３までの領域は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の溶射により絶縁体の膜７６で覆われている。また、処理容器１の壁面であって、少なくとも開口部１ｂの側面から開口部１ｂの裏面を通りＯリング７３までの領域は、Ｙ２Ｏ３の溶射により絶縁体の膜１ｃで覆われている。
これにより、更にアンテナ部７１から処理容器１の壁側へ直流電流が流れないようできる。加えて、プラズマ耐性を高めることができる。なお、アンテナ部７１のＯリング７３よりも大気側の面や処理容器１の内壁面を、絶縁体の膜７７によりコーティングすると、プラズマ耐性が向上し更に好ましい。絶縁体の膜７６，７７，１ｃは、アルマイト加工により形成されてもよい。
Ｏリング７３は、開口部１ｂ側の真空空間とプラズマプローブ装置７０の取付け側の大気空間との間をシールする。Ｏリング７３は、真空空間と大気空間の間をシールするシール部材の一例である。
このように、一実施形態では、アンテナ部７１の先端面にて開口部１ｂ付近の処理容器１の壁の裏面にＯリング７３を押し当てることで、真空空間と大気空間の間をシールしつつ、アンテナ部７１と処理容器１の壁との隙間にガスが入り込み難くする。これにより、パーティクルの発生を低減させることができる。
また、アンテナ部７１と処理容器１の壁との隙間に腐食性のガスが入り込むと、アンテナ部７１を腐食して、プラズマプローブ装置７０の性能を低下させてしまう。以上から、プラズマプローブ装置７０を処理容器１の開口部１ｂに配置したときに、なるべくプラズマプローブ装置７０の奥側にガスが入りこまないように、Ｏリング７３による真空シールをより開口部１ｂの開口付近で行うようになっている。
開口部１ｂの大きさについては、広く開口されるほど、モニタ装置８０から伝送された信号の電流が浮遊電流とならずにプラズマに流れる割合が高くなるため、アンテナ部７１の感度は良くなる。その一方で、広く開口されるほど、プラズマやガスがアンテナ部７１側に侵入し易くなるため、耐食性のガスやプラズマによりアンテナ部７１が腐食し、プラズマプローブ装置７０の性能を低下させたり、異常放電が発生したりする恐れがある。また、プラズマプローブ装置７０の感度が良すぎると、例えばプラズマ処理において生成された反応生成物がプラズマプローブ装置７０の表面等に付着する等、処理容器１内の経時的変化にプラズマプローブ装置７０の測定結果が影響を受けてしまう。これにより、かえってプラズマの状態を精度良く測定できないことがある。よって、開口部１ｂの開口は、アンテナ部７１の感度とガスやプラズマの侵入とを考慮して、プラズマの状態を精度良く測定できる範囲で適正値に設計される。また、開口部１ｂの形状は、円形であってもよいし、矩形やその他の形状であってもよい。
電極７２は、アンテナ部７１に接続されている。電極７２は、プラズマの状態を示す電流値を測定し、同軸ケーブル８１を介してモニタ装置８０に伝える。
誘電体支持部７４は、アンテナ部７１を周囲から支持する。誘電体支持部７４は、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）により形成されてもよい。誘電体支持部７４は、アンテナ部７１を囲み、アンテナ部７１とＯリング７３を固定する。誘電体支持部７４は、アンテナ部７１とＯリング７３を開口部１ｂ付近に固定した状態で、アルミニウム等の金属の部材１ａを処理容器１の壁にネジ止めして固定される。
一実施形態では、誘電体支持部７４は、２つの誘電体支持パーツ７４ａ、７４ｂに分離されているが、これに限らず、一体となっていてもよい。また、例えば、誘電体支持部７４は、アンテナ部７１の円盤状部材７１ａを外周側から固定する誘電体支持パーツ７４ａのみであってもよい。この場合、部材１ａによって、アンテナ部７１、誘電体支持パーツ７４ａ及びＯリング７３を固定する。この場合、誘電体支持パーツ７４ｂは、空間であってもよいし、ＰＴＦＥを充填してもよい。
図３の円盤状部材７１ａの直径Ｂに対する誘電体支持部７４の深さ方向の長さＣの比は約１／２、具体的には０．４４〜０．５４の範囲のいずれかの値に形成される。直径Ｂ及び長さＣが小さかったり、その比率が適正でなかったりすると、電極７２からの電流がアンテナ部７１を通ってプラズマに届かず、感度が悪くなる。よって、長さＢ及び長さＣを所定の範囲にすることで、感度のよいプラズマプローブ装置７０を提供できる。
プラズマプローブ装置７０の感度を良くするためには、アンテナ部７１から処理容器１の壁に流れる浮遊電流を最小限にする必要がある。つまり、浮遊電流に対するプラズマに流れる電流の比率を高めるほどプラズマプローブ装置７０の感度が良くなる。そこで、浮遊電流に対するプラズマに流れる電流の比率を高めるために、開口部１ｂに露出するアンテナ部７１の表面積は大きいほうが好ましい。
そこで、一実施形態では、アンテナ部７１の先端面の開口部１ｂから露出する側の領域に凹部又は凸部の少なくともいずれかを形成してもよい。あるいは、アンテナ部７１の先端面を凹状又は凸状に湾曲させてもよい。これにより、アンテナ部７１の表面積を大きくできる。この結果、モニタ装置８０から同じ電力の信号を発信した場合にも、プラズマに流れる電流を高めることができ、プラズマプローブ装置７０の感度をより良好にできる。
透光部７８は、アンテナ部７１に形成された貫通孔に挿通可能な円柱状の誘電体により形成されており、アンテナ部７１に形成された貫通孔に挿通されている。透光部７８は、真空空間（プラズマ生成空間Ｕ）で生成されるプラズマの発光を大気空間に透過させる誘電体、例えばサファイア、石英により形成されている。透光部７８を透過したプラズマの発光は、光ファイバ等の伝送部９１を通って光検出装置９０に伝送される。透光部７８の先端面は、アンテナ部７１の先端面と面一又は略面一となっている。これにより、プラズマ処理の際、アンテナ部７１の先端面と透光部７８の先端面には、略同じ膜厚の膜が堆積する。なお、透光部７８は、円柱状に限らず、アンテナ部７１に形成される貫通孔の形状に応じて定められる。具体的には、アンテナ部７１に形成される貫通孔が三角柱、四角柱等の角柱状である場合、透光部７８は三角柱、四角柱等の角柱状に形成される。透光部７８の後端は、Ｏリング７９ａ及び蓋体７９ｂによりシールされている。
Ｏリング７９ａは、開口部１ｂ側の真空空間とプラズマプローブ装置７０の取付け側の大気空間との間をシールする。Ｏリング７９ａは、樹脂等の誘電体で形成されている。Ｏリング７９ａは、真空空間と大気空間の間をシールする第２のシール部材の一例である。
蓋体７９ｂは、透光部７８の後端面を覆うように設けられる。蓋体７９ｂは、透光部７８の後端面を覆った状態で、アンテナ部７１の後端面にＯリング７９ａを押し当てることで、真空空間と大気空間の間をシールする。これにより、簡単な構造で真空空間と大気空間の間をシールできる。蓋体７９ｂの大きさについては、アンテナ部７１と透光部７８との隙間を覆うことができればよく、例えば透光部７８の後端面における外径よりも大きく、アンテナ部７１の後端面における外径よりも小さい大きさであってよい。ただし、蓋体７９ｂの大きさは、アンテナ部７１の後端面における外径以上の大きさであってもよい。蓋体７９ｂは、プラズマ生成空間Ｕで生成されるプラズマの発光を大気空間に透過させる誘電体、例えば石英により形成されている。これにより、プラズマ生成空間Ｕで生成されるプラズマの発光は、透光部７８及び蓋体７９ｂを透過し、光ファイバ等の伝送部９１を介して、光検出装置９０に伝送される。
〔プラズマプローブ装置の配置〕
図４は、一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１００に対するプラズマプローブ装置７０の配置の一例を示す図である。一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１００では、処理容器１の側壁の一部をリング状に分離し、その円周方向に等間隔に複数の開口部１ｂが形成され、それらの開口部１ｂにＯリング７３を介してプラズマプローブ装置７０がそれぞれ取り付けられている。複数の開口部１ｂからは、プラズマ生成空間Ｕ側に、アンテナ部７１をコーティングするＹ２Ｏ３の絶縁体の膜７６が露出している。開口部１ｂは、処理容器１の壁に複数個設けられるスリットであってもよい。なお、開口部１ｂは、処理容器１の側壁をリング状に分離させずに、該側壁に形成されてもよい。
一実施形態では、複数の開口部１ｂは、処理容器１の側壁の円周方向に設けられ、各開口部１ｂにＯリング７３を介してアンテナ部７１が誘電体支持部７４により押し付けられるようにして各プラズマプローブ装置７０が取り付けられる。ただし、プラズマプローブ装置７０が配置される部材は、処理容器１の側壁に限定されない。
例えば、処理容器１の天井壁すなわち本体部１０にて、例えば円周方向に複数の開口部１ｂを形成し、それらの開口部１ｂに複数のプラズマプローブ装置７０を取り付けてもよい。天井壁にプラズマプローブ装置７０を取り付ける場合には、アンテナ部７１をコーティングする絶縁体の膜は、Ｙ２Ｏ３の替わりにＡｌ２Ｏ３を用いてもよい。
〔プラズマプローブ装置の測定〕
以上に説明した、一実施形態のプラズマプローブ装置７０により、マイクロ波プラズマ処理装置１００にて生成したプラズマの状態を測定した結果の一例を図５に示す。図５の上側の電流測定結果のグラフに示す電流値Ｉは、プラズマプローブ装置７０からモニタ装置８０を介して制御装置３に転送され、制御装置３のマイクロプロセッサ４によりＦＦＴ（フーリエ変換）される。これにより、図５の下側のグラフに示すように、各周波数に対する振幅成分に変換される。
プラズマでは、所定の電圧に対して指数関数的に電流が流れる。測定した電流値には、基本周波数を有する基本波の成分と、基本波に対して波長が２倍の第１高調波、波長が３倍の第２高調波等の高調波成分とが含まれている。そこで、ＦＦＴにより基本波及び高調波の振幅のピークを用いて、プラズマ電子密度、プラズマ電子温度を算出できる。なお、ＦＦＴ後のグラフの「１ω」は基本波の成分を示し、「２ω」は第１高調波の成分を示し、「３ω」は第２高調波の成分を示す。
〔プラズマ電子密度Ｎｅ及びプラズマ電子温度Ｔｅ〕
制御装置３は、プラズマプローブ装置７０により測定した電流値のＦＦＴ後の基本波及び高調波の振幅を用いてプラズマ電子密度Ｎｅ及びプラズマ電子温度Ｔｅを算出する。その算出方法の一例を簡単に説明する。プラズマプローブ装置７０の電極７２に交流を印加すると、アンテナ部７１に（１）式に示すプローブ電流ｉｐｒが流れる。
Figure 2021039925
 （１）式を第１種変形ベッセル関数Ｉｋを用いて変形し、プローブ電流ｉｐｒを（２）式のようにＤＣ成分とＡＣ成分に分離する。
Figure 2021039925
 （２）式の右辺の上段の項は、プローブ電流ｉｐｒのＤＣ成分であり、（２）式の右辺の下段の項は、ｃｏｓ（ｋωｔ）に変数を掛け合わせたプローブ電流ｉｐｒのＡＣ成分である。プローブ電流ｉｐｒのＤＣ成分は、アンテナ部７１とプラズマとの間に流れる直流電流を示す。一実施形態のプラズマプローブ装置７０の構成では、（２）式のプローブ電流ｉｐｒのＤＣ成分は０とする。その結果、（３）式が導かれる。
Figure 2021039925
 （３）式をフーリエ級数展開すると（４）式が得られる。
Figure 2021039925
 （４）式の左辺は、実測値であり、基本波（１ω）の電流ｉ１ωの振幅との第１高調波（２ω）の電流ｉ２ωの振幅との比を示す。
（４）式の右辺は、プローブ電流を第１種変形ベッセル関数で展開したときの基本波と第１高調波との比を示す。
したがって、（４）式から、ＦＦＴにより算出した、基本波（１ω）の振幅と第１高調波（２ω）の振幅の比と、実測値の比とからプラズマ電子温度Ｔｅを算出できる。なお、Ｖ０はモニタ電圧（例えば４Ｖ）である。
更に、基本波（１ω）における電流ｉ１ωのＤＣ成分を（５）式に示す。（５）式は、電流ｉ１ωのＤＣ成分であるため、０となる。
Figure 2021039925
 電流ｉ１ωのＡＣ成分を（６）式に示す。
Figure 2021039925
 （６）式を用いて算出した基本波（１ω）における電流ｉ１ωの絶対値を（７）式に代入することで、プラズマ中のイオン密度ｎｉが算出される。イオン密度ｎｉはプラズマ電子密度Ｎｅに等しい。以上から、プラズマ電子密度Ｎｅが算出される。
Figure 2021039925
〔堆積膜の膜厚〕
制御装置３は、プラズマプローブ装置７０により測定した電流値のＦＦＴ後の基本波の振幅を用いてプラズマプローブ装置７０の先端面に堆積した堆積膜の膜厚を算出する。その算出方法の一例を簡単に説明する。プラズマ処理中にプラズマプローブ装置７０のアンテナ部７１の先端面に膜が付くことで、（８）式に示されるように、アンテナ部７１に流れるプローブ電流ｉｐｒの波形が変わる。
Figure 2021039925
モニタ装置８０からプラズマプローブ装置７０に印加する交流電圧の周波数ｗを変更したときの基本波（１ω）の電流ｉ１ωの振幅を求め、（８）式に代入すると、アンテナ部７１の先端面に堆積した絶縁膜の静電容量Ｃを算出できる。また、絶縁膜の静電容量Ｃと絶縁膜の膜厚ｄとの間には（９）式が成り立つ。
Figure 2021039925
（８）式を用いて算出した絶縁膜の静電容量Ｃを（９）式に代入することで、絶縁膜の膜厚ｄが算出される。
このように、プラズマ処理中にアンテナ部７１の先端面に膜が付くことで、モニタ装置８０が測定する、アンテナ部７１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１００の制御装置３は、モニタ装置８０から取得する信号の強度の変化を解析することで、アンテナ部７１（透光部７８）の先端面に付着した膜の膜厚を推定できる。
〔フィードバック制御処理〕
一実施形態のプラズマプローブ装置７０を用いてマイクロ波プラズマ処理装置１００のプラズマ処理の条件をフィードバック制御する処理（以下「フィードバック制御処理」という。）の一例について説明する。
図６は、フィードバック制御処理の一例を示すフローチャートである。図６に示されるフィードバック制御処理は、例えばマイクロ波プラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理の際に実行される。
まず、制御装置３は、プラズマプローブ装置７０により測定した電流値のＦＦＴ後の基本波及び高調波の振幅を用いてプラズマ電子密度Ｎｅ及びプラズマ電子温度Ｔｅを算出する（ステップＳ１）。
続いて、制御装置３は、プラズマプローブ装置７０により測定した電流値のＦＦＴ後の基本波の振幅を用いてプラズマプローブ装置７０の先端面に堆積した絶縁膜の膜厚ｄを算出する（ステップＳ２）。
続いて、制御装置３は、光検出装置９０により検出されたプラズマの発光の強度（以下「検出光強度」ともいう。）を取得する（ステップＳ３）。
続いて、制御装置３は、ステップＳ２で算出したプラズマプローブ装置７０の先端面に堆積した絶縁膜の膜厚に基づいて、ステップＳ３において取得したプラズマ発光の検出光強度を補正する（ステップＳ４）。
ここで、プラズマ発光の検出光強度の補正について、図７を参照しながら説明する。図７は、フィードバック制御処理を説明するための図である。図７（ａ）は、マイクロ波プラズマ処理装置１００で処理したウエハＷの枚数（以下「ウエハ処理枚数」という。）とプラズマプローブ装置７０の先端面に堆積した絶縁膜の静電容量との関係を示す。図７（ｂ）は、ウエハ処理枚数とプラズマプローブ装置７０の先端面に堆積した絶縁膜の膜厚との関係を示す。図７（ｃ）は、ウエハ処理枚数と光検出装置９０によるプラズマの発光の検出光強度（補正前）との関係を示す。図７（ｄ）は、ウエハ処理枚数と光検出装置９０によるプラズマの発光の検出光強度（補正後）との関係を示す。なお、図７（ｃ）では、比較のために、プラズマプローブ装置７０の先端面に絶縁膜が堆積しない場合のプラズマの発光の検出光強度を破線で示している。
ウエハ処理枚数が増加すると、例えば図７（ａ）に示されるように絶縁膜の静電容量はウエハ処理枚数に反比例して小さくなり、例えば図７（ｂ）に示されるようにプラズマプローブ装置７０の先端面に堆積する絶縁膜の膜厚がウエハ処理枚数に比例して増加する。プラズマプローブ装置７０の先端面に堆積する絶縁膜の膜厚が増加すると、プラズマ生成空間Ｕで生成され透光部７８に入射するプラズマの発光は、一部が絶縁膜により反射又は吸収される。そのため、例えば図７（ｃ）に示されるように、光検出装置９０により検出されるプラズマの発光の検出光強度は、ウエハ処理枚数の増加に比例して低下する。すなわち、光検出装置９０が検出するプラズマの発光の検出光強度は、プラズマ生成空間Ｕにおけるプラズマの発光の強度より小さくなる。その結果、プラズマ生成空間Ｕにおけるプラズマの発光の強度を正確に検出することができない。
そこで一実施形態では、制御装置３は、ステップＳ２で算出した絶縁膜の膜厚と、絶縁膜の膜厚とプラズマの発光の減衰率とが対応付けされた関係情報に基づいて、ステップＳ３で取得したプラズマ発光の検出光強度を補正する。これにより、図７（ｄ）に示されるように、ウエハ処理枚数が増加した場合であっても、プラズマ生成空間Ｕにおけるプラズマ発光の強度を正確に検出できる。絶縁膜の膜厚とプラズマ発光の減衰率とが対応付けされた関係情報は、例えば絶縁膜の種類やプラズマ処理の際に処理容器１内に供給するガスの種類ごとに予備実験等により算出され、数式、テーブルとして制御装置３のＲＯＭ５やＲＡＭ６に格納されている。ただし、絶縁膜の膜厚とプラズマ発光の減衰率とが対応付けされた関係情報は、マイクロプロセッサ４によりアクセス可能であればよく、制御装置３とは別の記憶装置に格納されていてもよい。
続いて、制御装置３は、ステップＳ４において補正したプラズマの発光の検出光強度に基づいて、ラジカル密度を算出する（ステップＳ５）。これにより、プラズマ処理の際に、プラズマ生成空間Ｕのラジカル密度を正確にモニタリングできる。
続いて、制御装置３は、ステップＳ１で算出したプラズマ電子密度、プラズマ電子温度及びステップＳ５で算出したラジカル密度の少なくともいずれかに基づいて、プラズマ処理の条件を制御する（ステップＳ６）。
例えば、制御装置３は、プラズマ電子密度、プラズマ電子温度及びラジカル密度に応じて、周縁マイクロ波導入部４３ａ及び中央マイクロ波導入部４３ｂから処理容器１内に導入されるマイクロ波の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、制御装置３は、プラズマ電子密度、プラズマ電子温度及びラジカル密度に応じて、周縁マイクロ波導入部４３ａ及び中央マイクロ波導入部４３ｂにマイクロ波を出力するアンプ部４２を制御する。これにより、対応する周縁マイクロ波導入部４３ａ及び中央マイクロ波導入部４３ｂ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の状態を変化させることができる。
また、例えば、制御装置３は、プラズマ電子密度、プラズマ電子温度及びラジカル密度に応じて、周縁マイクロ波導入部４３ａ及び中央マイクロ波導入部４３ｂを伝搬するマイクロ波の位相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、制御装置３は、プラズマ電子密度、プラズマ電子温度及びラジカル密度に応じて、周縁マイクロ波導入部４３ａ及び中央マイクロ波導入部４３ｂにマイクロ波を出力するアンプ部４２を制御し、マイクロ波の位相を変化させて放射特性を変調させる。これにより、周縁マイクロ波導入部４３ａ及び中央マイクロ波導入部４３ｂ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、プラズマの状態を変化させることができる。
なお、図６に示される例では、制御装置３がステップＳ１、ステップＳ２及びステップＳ３をこの順に実行する場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、ステップＳ１〜Ｓ３の順番を入れ替えてもよく、ステップＳ１〜Ｓ３の少なくとも２つを同時に実行するようにしてもよい。
〔プラズマプローブ装置の構成の変形例〕
図８は、第２構成例のプラズマプローブ装置７０Ａを示す図である。図８に示されるように、プラズマプローブ装置７０Ａは、透光部７８の先端側がＯリング７９ｃによりシールされている点で、第１構成例のプラズマプローブ装置７０と異なる。以下、プラズマプローブ装置７０と異なる点を中心に説明する。
プラズマプローブ装置７０Ａは、アンテナ部７１と、電極７２と、透光部７８と、を有する。
アンテナ部７１は、先端の円盤状部材７１ａと、円盤状部材７１ａの大気空間側に固定された筒状部材７１ｂと、を有し、円盤状部材７１ａが処理容器１の側壁に形成された開口部１ｂにＯリング７３を介して取り付けられる。円盤状部材７１ａ及び筒状部材７１ｂは、透光部７８を挿通可能な貫通孔を有し、アルミニウム等の導体で形成されている。なお、円盤状部材７１ａと筒状部材７１ｂとは一体として形成されていてもよい。
電極７２は、アンテナ部７１の筒状部材７１ｂに接続され、プラズマの状態を示す電流値を測定し、同軸ケーブル８１を介してモニタ装置８０に伝える。
透光部７８は、アンテナ部７１に形成された貫通孔に挿通可能な円柱状の誘電体により形成されており、アンテナ部７１に形成された貫通孔に挿通されている。透光部７８は、真空空間（プラズマ生成空間Ｕ）で生成されるプラズマの発光を大気空間に透過させる誘電体、例えばサファイア、石英により形成されている。透光部７８を透過したプラズマの発光は、光ファイバ等の伝送部９１を通って光検出装置９０に伝送される。透光部７８の先端面は、アンテナ部７１の先端面と面一又は略面一となっている。これにより、プラズマ処理の際、アンテナ部７１の先端面と透光部７８の先端面には、略同じ膜厚の膜が堆積する。透光部７８の先端は凸部７８ａを有し、円盤状部材７１ａに形成された凹部に透光部７８の凸部７８ａを嵌合させてＯリング７９ｃを押し当てることで、真空空間と大気空間の間をシールする。Ｏリング７９ｃは、樹脂等の誘電体で形成されている。Ｏリング７９ｃは、真空空間と大気空間の間をシールする第２のシール部材の一例である。
図９は、第３構成例のプラズマプローブ装置７０Ｂを示す図である。図９（ａ）はプラズマプローブ装置７０Ｂの断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）をＢ−Ｂ面で切断した図である。図９に示されるように、プラズマプローブ装置７０Ｂは、アンテナ部７１がプラズマの発光を透過する誘電体により形成され、内部に電極７５が埋設されており、透光部７８がアンテナ部７１の一部である点で、第１構成例のプラズマプローブ装置７０と異なる。以下、プラズマプローブ装置７０と異なる点を中心に説明する。
プラズマプローブ装置７０Ｂは、アンテナ部７１と、電極７５と、透光部７８と、を有する。
アンテナ部７１は、処理容器１の側壁に形成された開口部１ｂに、Ｏリング７３を介して取り付けられる。アンテナ部７１は、プラズマの発光を透過する円盤状の誘電体、例えばサファイア、石英により形成され、内部に電極７５が埋設されている。
電極７５は、アンテナ部７１に埋設されている。電極７５は、プラズマの状態を示す電流値を測定し、同軸ケーブル８１を介してモニタ装置８０に伝える。電極７５は、例えばメッシュ状に形成されている。これにより、電極７５の面積が大きくなるため、プラズマプローブ装置７０Ｂの測定感度が向上する。また、メッシュ状に形成された電極７５はプラズマの発光を透過するため、電極７５に開口を設けなくても、プラズマ生成空間Ｕで生成されるプラズマの発光を大気空間に透過させることができる。そのため、電極７５の面積を最大化できる。
透光部７８は、アンテナ部７１の一部であり、プラズマ生成空間Ｕで生成されるプラズマの発光を大気空間に透過させる。透光部７８を透過したプラズマの発光は、光ファイバ等の伝送部９１を通って光検出装置９０に伝送される。
第３構成例のプラズマプローブ装置７０Ｂでは、アンテナ部７１が誘電体により形成され、アンテナ部７１中であって開口部１ｂから露出するアンテナ部７１の先端面の近傍に電極７５が露出しないように埋め込まれている。これにより、開口部１ｂから電極７５が露出しないため、コンタミネーションの発生を防止できる。
また、第３構成例のプラズマプローブ装置７０Ｂでは、Ｏリング７３が配置された処理容器１の側壁とアンテナ部７１の間に隙間が設けられていない。これは、処理容器１の側壁は導体であり、アンテナ部７１は誘電体であるため、両部材は電気的に導通しない。よって、隙間を設けなくても処理容器１の側壁とアンテナ部７１とが電気的に接続しない状態を作ることができるためである。これにより、Ｏリング７３の付近から漏れる浮遊電流をほぼ０にすることができ、プラズマプローブ装置７０Ｂの測定感度及び精度を向上させることができる。
また、第３構成例のプラズマプローブ装置７０Ｂによれば、アンテナ部７１が透光部７８として機能するため、透光部７８を別途設ける必要がない。そのため、プラズマプローブ装置７０Ｂの構造がシンプルである。
また、プラズマプローブ装置７０Ｂの測定感度を上げるためには、電極７５の面積はできるだけ大きいほうがよい。一方、所定のプローブ特性を得るためには、電極７５と処理容器１の側壁の金属とは重ならないようにすることが好ましい。そこで、図９（ｂ）に示されるように、電極７５は開口部１ｂの縁部からの距離Ｌが２〜３ｍｍ程度離れるように円形状にすることが好ましい。
図１０は、第４構成例のプラズマプローブ装置７０Ｃを示す図である。図１０（ａ）はプラズマプローブ装置７０Ｃの断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）をＢ−Ｂ面で切断した図である。図１０に示されるように、プラズマプローブ装置７０Ｃは、電極７５が開口７５ａを有する板状又はフィルム状に形成されている点で、第３構成例のプラズマプローブ装置７０Ｂと異なる。以下、プラズマプローブ装置７０Ｂと異なる点を中心に説明する。
プラズマプローブ装置７０Ｃは、アンテナ部７１と、電極７５と、透光部７８と、を有する。
アンテナ部７１は、処理容器１の側壁に形成された開口部１ｂに、Ｏリング７３を介して取り付けられる。アンテナ部７１は、プラズマの発光を透過する円盤状の誘電体、例えばサファイア、石英により形成され、内部に電極７５が埋設されている。
電極７５は、アンテナ部７１に埋設されている。電極７５は、プラズマの状態を示す電流値を測定し、同軸ケーブル８１を介してモニタ装置８０に伝える。電極７５は、例えば板状又はフィルム状に形成されている。電極７５が板状又はフィルム状に形成されている場合、アンテナ部７１を透過するプラズマの発光が電極７５により減衰するのを防止するという観点から、電極７５に開口７５ａが形成されていることが好ましい。
透光部７８は、アンテナ部７１の一部であり、プラズマ生成空間Ｕで生成されるプラズマの発光を大気空間に透過させる。透光部７８を透過したプラズマの発光は、光ファイバ等の伝送部９１を通って光検出装置９０に伝送される。
第４構成例のプラズマプローブ装置７０Ｃでは、アンテナ部７１が誘電体により形成され、アンテナ部７１中であって開口部１ｂから露出するアンテナ部７１の先端面の近傍に電極７５が露出しないように埋め込まれている。これにより、開口部１ｂから電極７５が露出しないため、コンタミネーションの発生を防止できる。
また、第４構成例のプラズマプローブ装置７０Ｃでは、Ｏリング７３が配置された処理容器１の側壁とアンテナ部７１の間に隙間が設けられていない。これは、処理容器１の側壁は導体であり、アンテナ部７１は誘電体であるため、両部材は電気的に導通しない。よって、隙間を設けなくても処理容器１の側壁とアンテナ部７１とが電気的に接続しない状態を作ることができるためである。これにより、Ｏリング７３の付近から漏れる浮遊電流をほぼ０にすることができ、プラズマプローブ装置７０Ｃの測定感度及び精度を向上させることができる。
また、第４構成例のプラズマプローブ装置７０Ｃによれば、アンテナ部７１が透光部７８として機能するため、透光部７８を別途設ける必要がない。そのため、プラズマプローブ装置７０Ｃの構造がシンプルである。
また、プラズマプローブ装置７０Ｃの測定感度を上げるためには、電極７５の面積はできるだけ大きいほうがよい。一方、所定のプローブ特性を得るためには、電極７５と処理容器１の側壁の金属とは重ならないようにすることが好ましい。そこで、図１０（ｂ）に示されるように、電極７５は開口部１ｂの縁部からの距離Ｌが２〜３ｍｍ程度離れるように円形状にすることが好ましい。
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。
上記の実施形態では、プラズマ処理装置としてマイクロ波を用いたプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。プラズマ処理装置は、例えば容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置であってもよい。
上記の実施形態では、基板として半導体ウエハを例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。基板は、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
１ 処理容器
１ｂ 開口部
２ マイクロ波プラズマ源
３ 制御装置
１１ 載置台
５０ マイクロ波放射機構
７０ プラズマプローブ装置
７１ アンテナ部
７２ 電極
７３ Ｏリング
７４ 誘電体支持部
７５ 電極
７８ 透光部
７９ａ Ｏリング
７９ｂ 蓋体
７９ｃ Ｏリング
１００ マイクロ波プラズマ処理装置

Claims (16)

  1. 処理容器の壁に形成された開口部に、真空空間と大気空間の間をシールするシール部材を介して取り付けられるアンテナ部と、
    前記アンテナ部の内部に設けられ又は前記アンテナ部の少なくとも一部であり、前記真空空間で生成されるプラズマの発光を前記大気空間に透過させる透光部と、
    を有する、プラズマプローブ装置。
  2. 前記アンテナ部は、前記透光部を挿通可能な貫通孔を有する導体により形成されており、
    前記透光部は、前記貫通孔に挿通されている、
    請求項１に記載のプラズマプローブ装置。
  3. 前記透光部は、前記アンテナ部に、前記真空空間と前記大気空間の間をシールする第２のシール部材を介して取り付けられている、
    請求項２に記載のプラズマプローブ装置。
  4. 前記第２のシール部材は、少なくとも前記透光部の前記大気空間の側に設けられている、
    請求項３に記載のプラズマプローブ装置。
  5. 前記第２のシール部材は、少なくとも前記透光部の前記真空空間の側に設けられている、
    請求項３に記載のプラズマプローブ装置。
  6. 前記透光部は、円柱状の誘電体により形成されている、
    請求項２乃至５のいずれか一項に記載のプラズマプローブ装置。
  7. 前記誘電体は、石英である、
    請求項６に記載のプラズマプローブ装置。
  8. 誘電体により形成され、前記アンテナ部を周囲から支持する誘電体支持部を有する、
    請求項１乃至７のいずれか一項に記載のプラズマプローブ装置。
  9. 前記アンテナ部は、前記プラズマの発光を透過する誘電体により形成され、内部に電極が埋設されており、
    前記透光部は、前記アンテナ部の少なくとも一部である、
    請求項１に記載のプラズマプローブ装置。
  10. 前記電極は、メッシュ状に形成されている、
    請求項９に記載のプラズマプローブ装置。
  11. 前記電極は、開口を有する板状又はフィルム状に形成されている、
    請求項９に記載のプラズマプローブ装置。
  12. 前記アンテナ部と前記壁との対向面を所定の幅で隔離し、前記開口部から露出する前記アンテナ部の面は、該開口部が形成された前記壁のプラズマ生成空間の側の面よりも凹んでいる、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のプラズマプローブ装置。
  13. 制御部を更に有し、
    前記制御部は、プラズマ処理の際、前記アンテナ部により検出した前記アンテナ部の前記真空空間の側の面に堆積した膜の膜厚に基づいて、前記透光部を透過した前記プラズマの発光の強度を補正し、前記補正した前記プラズマの発光の強度に基づいて、前記プラズマ処理の条件を制御する、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のプラズマプローブ装置。
  14. 前記制御部は、前記アンテナ部により検出したプラズマ電子密度及びプラズマ電子温度の少なくともいずれかに基づいて、前記プラズマ処理の条件を制御する、
    請求項１３に記載のプラズマプローブ装置。
  15. マイクロ波プラズマ源における出力部から出力されたマイクロ波を処理容器内に放射する複数のマイクロ波放射機構と、プラズマプローブ装置とを有するプラズマ処理装置であって、
    前記プラズマプローブ装置は、
    前記処理容器の壁に形成された開口部に、真空空間と大気空間の間をシールするシール部材を介して取り付けられるアンテナ部と、
    前記アンテナ部の内部に設けられ又は前記アンテナ部の少なくとも一部であり、前記真空空間で生成されるプラズマの発光を前記大気空間に透過させる透光部と、
    を有する、プラズマ処理装置。
  16. 複数のマイクロ波放射機構とプラズマプローブ装置とを有するプラズマ処理装置を用いてプラズマを制御する制御方法であって、
    前記複数のマイクロ波放射機構は、それぞれマイクロ波プラズマ源における出力部から出力されたマイクロ波を処理容器内に放射するように構成され、
    前記プラズマプローブ装置は、
    処理容器の壁に形成された開口部に、真空空間と大気空間の間をシールするシール部材を介して取り付けられるアンテナ部と、
    前記アンテナ部の内部に設けられ又は前記アンテナ部の少なくとも一部であり、前記真空空間で生成されるプラズマの発光を前記大気空間に透過させる透光部と、を有し、
    プラズマ処理の際、前記アンテナ部により検出した前記アンテナ部の前記真空空間の側の面に堆積した膜の膜厚に基づいて、前記透光部を透過した前記プラズマの発光の強度を補正し、前記補正した前記プラズマの発光の強度に基づいて、前記プラズマ処理の条件を制御する、制御方法。
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