マイクロ波放射機構、表面波プラズマ源および表面波プラズマ処理装置
【課題】表面波プラズマ発生用アンテナから出力される電力やアンテナ直下のプラズマ状態を、プラズマ生成するための電界分布を乱すことなく直接検出することができるマイクロ波放射機構を提供すること。
【解決手段】マイクロ波放射機構４１は、表面波プラズマ発生用アンテナ８１と、誘電体からなる遅波材８２と、アンテナ８１から放射されたマイクロ波により表面波プラズマを生成するための電界が形成される誘電体部材８３と、電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３と、遅波材８２および表面波プラズマ発生用アンテナ８１を貫通するように設けられたセンサ挿入孔１１０とを具備し、センサ挿入孔１１０は、スロット内側に対応する領域に、同一の円周上にスロットの１以上の整数倍の個数が均等に形成されており、電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３は、センサ挿入孔１１０の少なくとも一つに挿入されている。
【解決手段】マイクロ波放射機構４１は、表面波プラズマ発生用アンテナ８１と、誘電体からなる遅波材８２と、アンテナ８１から放射されたマイクロ波により表面波プラズマを生成するための電界が形成される誘電体部材８３と、電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３と、遅波材８２および表面波プラズマ発生用アンテナ８１を貫通するように設けられたセンサ挿入孔１１０とを具備し、センサ挿入孔１１０は、スロット内側に対応する領域に、同一の円周上にスロットの１以上の整数倍の個数が均等に形成されており、電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３は、センサ挿入孔１１０の少なくとも一つに挿入されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波放射機構、表面波プラズマ源および表面波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術であるが、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウエハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。
【０００３】
ところが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、生成されるプラズマの電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージを生じてしまい、また、プラズマ密度の高い領域が限定されるため、大型の半導体ウエハを均一かつ高速にプラズマ処理することは困難である。
【０００４】
そこで、高密度で低電子温度の表面波プラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、表面波プラズマ発生用アンテナとしてチャンバの上部に所定のパターンで複数のスロットが形成されたラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna）を設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、アンテナのスロットから放射させるとともに、その下に設けられた誘電体からなるマイクロ波透過板を介して真空に保持されたチャンバ内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバ内で表面波プラズマを生成し、これにより半導体ウエハ等の被処理体を処理するものである。
【０００６】
また、マイクロ波を複数に分配し、上記のような表面波プラズマ発生用アンテナを有するマイクロ波放射部を複数設け、それらから放射されたマイクロ波をチャンバ内に導きチャンバ内でマイクロ波を空間合成してプラズマを生成するプラズマ処理装置も提案されている（特許文献２）。
【０００７】
そして、この種のプラズマ処理装置においては、プラズマを生成するためのマイクロ波の出力の検出を給電部とチューナの間の位置で行っており、また、実際のプラズマ状態の検出は、チャンバに設けられた小型窓を介して行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９４５５０号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
マイクロ波の出力の検出を給電部とチューナの間の位置で行う場合には、実際に表面波プラズマ発生用アンテナから設定通りの電力が出力されているか否かを把握することが困難である。また、チャンバに設けられた小型窓を介してプラズマの状態を検出する場合には、複数のアンテナモジュールのうちプラズマが消火していたり、着火不良が生じていたりしても、それを検出することが困難である。
【００１０】
このような不都合を解消するためには、表面波プラズマ発生用アンテナから出力される電力やアンテナ直下のプラズマ状態を直接検出することが考えられるが、その場合にはプラズマを生成するための電界分布を乱すおそれがある。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、表面波プラズマ発生用アンテナから出力される電力やアンテナ直下のプラズマ状態を、プラズマ生成するための電界分布を乱すことなく直接検出することができるマイクロ波放射機構、ならびに、それを用いた表面波プラズマ源および表面波プラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、チャンバ内に表面波プラズマを形成するための表面波プラズマ源におけるマイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路に設けられ、マイクロ波をチャンバ内に放射するマイクロ波放射機構であって、前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射して表面波プラズマを発生させる表面波プラズマ発生用アンテナと、前記マイクロ波伝送路の前記表面波プラズマ発生用アンテナの上流側に設けられた誘電体からなる遅波材と、前記マイクロ波伝送路の前記表面波プラズマ発生用アンテナの下流側に設けられ、前記表面波プラズマ発生用アンテナから放射されたマイクロ波により前記表面波プラズマを生成するための電界が形成される誘電体部材と、前記表面波プラズマ発生用アンテナから放射されたマイクロ波の電力を計測するために前記誘電体部材の電界を検出する電界センサ、または、前記誘電体部材を介して表面波プラズマの発光を検出するプラズマ発光センサと、前記遅波材および前記表面波プラズマ発生用アンテナを貫通するように設けられ、前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサが挿入されるセンサ挿入孔と、を具備し、前記センサ挿入孔は、前記遅波材および前記表面波プラズマ発生用アンテナの前記スロット内側に対応する領域に、前記マイクロ波伝送路の軸を中心とした同一の円周上に前記スロットのｎ倍（ただし、ｎは１以上の整数）の個数が均等に形成されており、前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサは、前記センサ挿入孔の少なくとも一つに挿入されていることを特徴とするマイクロ波放射機構を提供する。
【００１３】
前記電界センサは、先端にモノポール部分を有する同軸ケーブルにより構成され、前記誘電体部材に前記モノポール部分を接触または近接させることにより、前記誘電体部材に生じている電界をモニタするものであることが好ましい。また、前記電界センサは、前記表面波プラズマ発生用アンテナから正常に電磁波が放射されているか否かを把握する機能、プロセスに応じて適切なプラズマ条件を得るための電力値を把握する機能、および、プラズマの着火または失火を検出する機能を有するものとすることができる。
【００１４】
前記プラズマ発光センサは、前記誘電体部材を介してプラズマの発光を検出する受光素子を有し、受光素子が前記誘電体部材に接触または近接しているものとすることができる。
【００１５】
前記センサ挿入孔のうち、前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサが挿入されていないものについて、電磁波漏洩防止用のプラグが挿入されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の観点は、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構および生成されたマイクロ波をチャンバ内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して前記チャンバ内に供給されたガスによる表面波プラズマを生成する表面波プラズマ源であって、前記のマイクロ波放射機構として、上記第１の観点のものを用いることを特徴とする表面波プラズマ源を提供する。
【００１７】
本発明の第３の観点は、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構および生成されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して前記チャンバ内に供給されたガスによる表面波プラズマを生成する表面波プラズマ源とを具備し、前記チャンバ内の被処理基板に対して前記表面波プラズマにより処理を施す表面波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波放射機構として、上記第１の観点に記載のものを用いることを特徴とする表面波プラズマ処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、センサ挿入孔は、遅波材および表面波プラズマ発生用アンテナのスロット内側に対応する領域に、マイクロ波伝送路の軸を中心とした同一の円周上にスロットのｎ倍（ただし、ｎは１以上の整数）の個数が均等に形成されているので、センサ挿入孔の電磁波への影響が打ち消し合って、電界分布を乱すことなく、アンテナから出力される電力やアンテナ直下のプラズマ状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロ波放射機構を有する表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の表面波プラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。
【図３】図１の表面波プラズマ処理装置におけるマイクロ波放射機構を示す縦断面図である。
【図４】マイクロ波放射機構の給電機構を示す横断面図である。
【図５】チューナの本体におけるスラグと滑り部材を示す平面図である。
【図６】チューナの本体における内側導体を示す斜視図である。
【図７】表面波プラズマ発生用アンテナの一例を示す平面図である。
【図８】電界センサの構造例を示す断面図である。
【図９】電界センサによるモニタ電力を示す図である。
【図１０】表面波プラズマ発生用アンテナから放射される電力とモニタ電流の二乗の値との関係を示す図である。
【図１１】５個のスロットを有する表面波プラズマ発生用アンテナにセンサ挿入孔を１箇所設けた場合と、センサ挿入孔を同軸構造の導波路４４の軸を中心にして同一の円周上に５個均等（等角度）に設けた場合の電界シミュレーション結果を示す図である。
【図１２】センサ挿入孔を５個均等に設け、センサ挿入孔にプラグを挿入した場合における、プラグ（センサ挿入孔）の回転角度、径方向の位置、プラグ（センサ挿入孔）の直径による電界のばらつきを、プラグ（センサ挿入孔）を設けない場合、およびプラグ（センサ挿入孔）を１個のみ設けた場合と比較して調査した結果を示す図である。
【図１３】電磁波（誘電体部材の裏面）からの距離と減衰定数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
＜表面波プラズマ処理装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るマイクロ波放射機構を有する表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図であり、図２は図１の表面波プラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。
【００２２】
表面波プラズマ処理装置１００は、ウエハに対してプラズマ処理として例えばエッチング処理を施すプラズマエッチング装置として構成されており、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の接地されたチャンバ１と、チャンバ１内にマイクロ波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源２とを有している。チャンバ１の上部には開口部１ａが形成されており、マイクロ波プラズマ源２はこの開口部１ａからチャンバ１の内部に臨むように設けられている。
【００２３】
チャンバ１内には被処理体である半導体ウエハＷ（以下ウエハＷと記述する）を水平に支持するためのサセプタ１１が、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により支持された状態で設けられている。サセプタ１１および支持部材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が例示される。
【００２４】
また、図示はしていないが、サセプタ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、およびウエハＷを搬送するために昇降する昇降ピン等が設けられている。さらに、サセプタ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。この高周波バイアス電源１４からサセプタ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。
【００２５】
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。そしてこの排気装置１６を作動させることによりチャンバ１内が排気され、チャンバ１内が所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。また、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、この搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。
【００２６】
チャンバ１内のサセプタ１１の上方位置には、プラズマエッチングのための処理ガスをウエハＷに向けて吐出するシャワープレート２０が水平に設けられている。このシャワープレート２０は、格子状に形成されたガス流路２１と、このガス流路２１に形成された多数のガス吐出孔２２とを有しており、格子状のガス流路２１の間は空間部２３となっている。このシャワープレート２０のガス流路２１にはチャンバ１の外側に延びる配管２４が接続されており、この配管２４には処理ガス供給源２５が接続されている。
【００２７】
一方、チャンバ１のシャワープレート２０の上方位置には、リング状のプラズマガス導入部材２６がチャンバ壁に沿って設けられており、このプラズマガス導入部材２６には内周に多数のガス吐出孔が設けられている。このプラズマガス導入部材２６には、プラズマガスを供給するプラズマガス供給源２７が配管２８を介して接続されている。プラズマ生成ガスとしてはＡｒガスなどが好適に用いられる。
【００２８】
プラズマガス導入部材２６からチャンバ１内に導入されたプラズマガスは、マイクロ波プラズマ源２からチャンバ１内に導入されたマイクロ波によりプラズマ化され、このプラズマがシャワープレート２０の空間部２３を通過しシャワープレート２０のガス吐出孔２２から吐出された処理ガスを励起し、処理ガスのプラズマを形成する。
【００２９】
マイクロ波プラズマ源２は、チャンバ１の上部に設けられた支持リング２９により支持されており、これらの間は気密にシールされている。図２に示すように、マイクロ波プラズマ源２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出力部３０と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送しチャンバ１内に放射するためのマイクロ波供給部４０とを有している。
【００３０】
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とを有している。
【００３１】
マイクロ波発振器３２は、所定周波数（例えば、９１５ＭＨｚ）のマイクロ波を例えばＰＬＬ発振させる。分配器３４では、マイクロ波の損失ができるだけ起こらないように、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、９１５ＭＨｚの他に、７００ＭＨｚから３ＧＨｚを用いることができる。
【００３２】
マイクロ波供給部４０は、分配器３４にて分配されたマイクロ波を主に増幅する複数のアンプ部４２と、複数のアンプ部４２のそれぞれに接続されたマイクロ波放射機構４１とを有している。
【００３３】
アンプ部４２は、位相器４５と、可変ゲインアンプ４６と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７と、アイソレータ４８とを有している。
【００３４】
位相器４５は、マイクロ波の位相を変化させることができるように構成されており、これを調整す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、各アンテナモジュール毎に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や、後述するように隣り合うアンテナモジュールにおいて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４５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することができる。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４５は設ける必要はない。
【００３５】
可変ゲインアンプ４６は、メインアンプ４７へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、個々のアンテナモジュールのばらつきを調整またはプラズマ強度調整のためのアンプである。可変ゲインアンプ４６を各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もできる。
【００３６】
ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７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構成とすることができる。
【００３７】
アイソレータ４８は、マイクロ波放射機構４１で反射してメインアンプ４７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）とを有している。サーキュレータは、後述するマイクロ波放射機構４１のアンテナ部４３で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。
【００３８】
マイクロ波放射機構４１は、図３の縦断面図、図４の横断面図に示すように、マイクロ波を伝送する同軸構造の導波路４４と、導波路４４を伝送されたマイクロ波をチャンバ１内に放射するアンテナ部４３とを有している。そして、マイクロ波放射機構４１からチャンバ１内に放射されたマイクロ波がチャンバ１内の空間で合成され、チャンバ１内で表面波プラズマが形成されるようになっている。
【００３９】
導波路４４は、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた棒状の内側導体５３が同軸状に配置されて構成されており、導波路４４の先端にアンテナ部４３が設けられている。導波路４４は、内側導体５３が給電側、外側導体５２が接地側となっている。外側導体５２および内側導体５３の上端は反射板５８となっている。
【００４０】
導波路４４の基端側にはマイクロ波（電磁波）を給電する給電機構５４が設けられている。給電機構５４は、導波路４４（外側導体５２）の側面に設けられたマイクロ波電力を導入するためのマイクロ波電力導入ポート５５を有している。マイクロ波電力導入ポート５５には、アンプ部４２から増幅されたマイクロ波を供給するための給電線として、内側導体５６ａおよび外側導体５６ｂからなる同軸線路５６が接続されている。そして、同軸線路５６の内側導体５６ａの先端には、外側導体５２の内部に向けて水平に伸びる給電アンテナ９０が接続されている。
【００４１】
給電アンテナ９０は、例えば、アルミニウム等の金属板を削り出し加工した後、テフロン（登録商標）等の誘電体部材の型にはめて形成される。反射板５８から給電アンテナ９０までの間には、反射波の実効波長を短くするためのテフロン（登録商標）等の誘電体からなる遅波材５９が設けられている。なお、２．４５ＧＨｚ等の周波数の高いマイクロ波を用いた場合には、遅波材５９は設けなくてもよい。このとき、給電アンテナ９０から放射される電磁波を反射板５８により反射させることで、最大の電磁波を同軸構造の導波路４４内に伝送させる。その場合、給電アンテナ９０から反射板５８までの距離を約λｇ／４の半波長倍に設定する。ただし、周波数の低いマイクロ波では、径方向の制約のため、これに当てはまらない場合もある。その場合には、給電アンテナ９０より発生させる電磁波の腹を給電アンテナ９０ではなく、給電アンテナ９０の下方に誘起させるように、給電アンテナの形状を最適化することが好ましい。
【００４２】
給電アンテナ９０は、図４に示すように、マイクロ波電力導入ポート５５において同軸線路５６の内側導体５６ａに接続され、電磁波が供給される第１の極９２および供給された電磁波を放射する第２の極９３を有するアンテナ本体９１と、アンテナ本体９１の両側から、内側導体５３の外側に沿って延び、リング状をなす反射部９４とを有し、アンテナ本体９１に入射された電磁波と反射部９４で反射された電磁波とで定在波を形成するように構成されている。アンテナ本体９１の第２の極９３は内側導体５３に接触している。
【００４３】
給電アンテナ９０がマイクロ波（電磁波）を放射することにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間にマイクロ波電力が給電される。そして、給電機構５４に供給されたマイクロ波電力がアンテナ部４３に向かって伝播する。
【００４４】
導波路４４にはチューナ６０が設けられている。チューナ６０は、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ものであり、外側導体５２と内側導体５３との間に設けられた２つのスラグ６１ａ，６１ｂと、反射板５８の外側（上側）に設けられたスラグ駆動部７０とを有している。
【００４５】
これらスラグのうち、スラグ６１ａはスラグ駆動部７０側に設けられ、スラグ６１ｂはアンテナ部４３側に設けられている。また、内側導体５３の内部空間には、その長手方向に沿って例えば台形ネジが形成された螺棒からなるスラグ移動用の２本のスラグ移動軸６４ａ，６４ｂが設けられている。
【００４６】
スラグ６１ａは、図５に示すように、誘電体からなる円環状をなし、その内側に滑り性を有する樹脂からなる滑り部材６３が嵌め込まれている。滑り部材６３にはスラグ移動軸６４ａが螺合するねじ穴６５ａとスラグ移動軸６４ｂが挿通される通し穴６５ｂが設けられている。一方、スラグ６１ｂは、スラグ６１ａと同様、ねじ穴６５ａと通し穴６５ｂとを有しているが、スラグ６１ａとは逆に、ねじ穴６５ａはスラグ移動軸６４ｂに螺合され、通し穴６５ｂにはスラグ移動軸６４ａが挿通されるようになっている。これによりスラグ移動軸６４ａを回転させることによりスラグ６１ａが昇降移動し、スラグ移動軸６４ｂを回転させることによりスラグ６１ｂが昇降移動する。すなわち、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと滑り部材６３とからなるねじ機構によりスラグ６１ａ，６１ｂが昇降移動される。
【００４７】
図６に示すように、内側導体５３には長手方向に沿って等間隔に３つのスリット５３ａが形成されている。一方、滑り部材６３は、これらスリット５３ａに対応するように３つの突出部６３ａが等間隔に設けられている。そして、これら突出部６３ａがスラグ６１ａ，６１ｂの内周に当接した状態で滑り部材６３がスラグ６１ａ，６１ｂの内部に嵌め込まれる。滑り部材６３の外周面は、内側導体５３の内周面と遊びなく接触するようになっており、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂが回転されることにより、滑り部材６３が内側導体５３を滑って昇降するようになっている。すなわち内側導体５３の内周面がスラグ６１ａ，６１ｂの滑りガイドとして機能する。なお、スリット５３ａの幅は５ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、後述するように内側導体５３の内部へ漏洩するマイクロ波電力を実質的になくすことができ、マイクロ波電力の放射効率を高く維持することができる。
【００４８】
滑り部材６３を構成する樹脂材料としては、良好な滑り性を有し、加工が比較的容易な樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を好適なものとして挙げることができる。
【００４９】
上記スラグ移動軸６４ａ，６４ｂは、反射板５８を貫通してスラグ駆動部７０に延びている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと反射板５８との間にはベアリング（図示せず）が設けられている。また、内側導体５３の下端には、導体からなる底板６７が設けられている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端は、駆動時の振動を吸収するために、通常は開放端となっており、これらスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端から２〜５ｍｍ程度離隔して底板６７が設けられている。なお、この底板６７を軸受け部としてスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端をこの軸受け部にて軸支させてもよい。
【００５０】
スラグ駆動部７０は筐体７１を有し、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂは筐体７１内に延びており、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂの上端には、それぞれ歯車７２ａおよび７２ｂが取り付けられている。また、スラグ駆動部７０には、スラグ移動軸６４ａを回転させるモータ７３ａと、スラグ移動軸６４ｂを回転させるモータ７３ｂが設けられている。モータ７３ａの軸には歯車７４ａが取り付けられ、モータ７３ｂの軸には歯車７４ｂが取り付けられており、歯車７４ａが歯車７２ａに噛合し、歯車７４ｂが歯車７２ｂに噛合するようになっている。したがって、モータ７３ａにより歯車７４ａおよび７２ａを介してスラグ移動軸６４ａが回転され、モータ７３ｂにより歯車７４ｂおよび７２ｂを介してスラグ移動軸６４ｂが回転される。なお、モータ７３ａ，７３ｂは例えばステッピングモータである。
【００５１】
なお、スラグ移動軸６４ｂはスラグ移動軸６４ａよりも長く、より上方に達しており、したがって、歯車７２ａおよび７２ｂの位置が上下にオフセットしており、モータ７３ａおよび７３ｂも上下にオフセットしている。これにより、モータおよび歯車等の動力伝達機構のスペースを小さくすることができ、これらを収容する筐体７１を外側導体５２と同じ径にすることが可能となる。
【００５２】
モータ７３ａおよび７３ｂの上には、これらの出力軸に直結するように、それぞれスラグ６１ａおよび６１ｂの位置を検出するためのインクリメント型のエンコーダ７５ａおよび７５ｂが設けられている。
【００５３】
スラグ６１ａおよび６１ｂの位置は、スラグコントローラ６８により制御される。具体的には、図示しないインピーダンス検出器により検出された入力端のインピーダンス値と、エンコーダ７５ａおよび７５ｂにより検知されたスラグ６１ａおよび６１ｂの位置情報に基づいて、スラグコントローラ６８がモータ７３ａおよび７３ｂに制御信号を送り、スラグ６１ａおよび６１ｂの位置を制御することにより、インピーダンスを調整するようになっている。スラグコントローラ６８は、終端が例えば５０Ωになるようにインピーダンス整合を実行させる。２つのスラグのうち一方のみを動かすと、スミスチャートの原点を通る軌跡を描き、両方同時に動かすと位相のみが回転する。
【００５４】
アンテナ部４３は、マイクロ波を放射するスロットを有し平面状をなす、表面波プラズマを発生するための表面波プラズマ発生用アンテナ８１と、表面波プラズマ発生用アンテナ８１の上面に設けられた遅波材８２とを有している。遅波材８２の中心には導体からなる円柱部材８２ａが貫通して底板６７と表面波プラズマ発生用アンテナ８１とを接続している。したがって、内側導体５３が底板６７および円柱部材８２ａを介して表面波プラズマ発生用アンテナ８１に接続されている。遅波材８２および表面波プラズマ発生用アンテナ８１は、外側導体５２よりも大径の円板状をなしている。外側導体５２の下端は遅波材８２の表面まで延びており、遅波材８２および表面波プラズマ発生用アンテナ８１および後述する天板８３の周囲は被覆導体８４により覆われている。
【００５５】
遅波材８２は、真空よりも大きい誘電率を有しており、例えば、石英、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構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてアンテナを小さくする機能を有している。遅波材８２は、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、表面波プラズマ発生用アンテナ８１が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整する。これにより、反射が最小で、表面波プラズマ発生用アンテナ８１の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。
【００５６】
表面波プラズマ発生用アンテナ８１のさらに先端側には、表面波プラズマを生成するために電界が形成され、かつ真空シールするための誘電体部材、例えば石英やセラミックス等からなる天板８３が配置されている。そして、メインアンプ４７で増幅されたマイクロ波が内側導体５３と外側導体５２の周壁の間を通って表面波プラズマ発生用アンテナ８１から天板８３を透過してチャンバ１内の空間に放射される。
【００５７】
上記表面波プラズマ発生用アンテナ８１は、例えば図７に示すように、全体が円板状（平面状）をなすとともに、６個のスロット１３１が全体形状が円周状になるように形成されている。これらスロット１３１は全て同じ形状であり、円周に沿って細長い形状に形成されている。これらスロット１３１のうち隣接するもの同士の継ぎ目部分は、一方のスロット１３１の端部と他方のスロット１３１の端部とが内外で重なるように構成されている。すなわち、スロット１３１の中央部は、外側にある一方の端部と内側にある他方の端部を繋いだ状態となっており、６個のスロット１３１を内包する二点鎖線で示す円環領域１３２において外周と一致する一方の端部と内周と一致する他方の端部の間を斜めに結ぶようになっており、円周方向に隣接するスロットとスロットとの継ぎ目部分が、スロットに覆われるように構成され、周方向にスロットのない部分が存在しないようにしている。
【００５８】
スロット１３１は、（λｇ／２）−δの長さを有する。ただし、λｇはマイクロ波の実効波長であり、δは円周方向（角度方向）に電界強度の均一性が高くなるように微調整する微調整成分（０を含む）である。なお、スロット１３１の長さは約λｇ／２に限らず、λｇ／２の整数倍から微調整成分（０を含む）を引いたものであればよい。スロット１３１は、中央部と、その両側の一方の端部および他方の端部（オーバーラップ部分）とがほぼ均等な長さを有している。すなわち、中央部が（λｇ／６）−δ１、その両側の端部がそれぞれ（λｇ／６）−δ２および（λｇ／６）−δ３の長さとなる。ただし、δ１，δ２、δ３は円周方向（角度方向）に電界強度の均一性が高くなるように微調整する微調整成分（０を含む）である。隣接するスロットがオーバーラップする部分の長さは等しいほうが好ましいので、δ２＝δ３であることが好ましい。本実施形態の場合、一つのスロット１３１の長さが約λｇ／２であり、それが６個であるから合計の長さが約３λｇであるが、そのうちオーバーラップ部分は（λｇ／６）×６＝λｇであり、全体の長さは２λｇとなるから、アンテナとしては、長さが約λｇ／２のスロットを円周状に４つ配置した従来のアンテナとほぼ等価なものとなる。スロット１３１は、その内周が、表面波プラズマ発生用アンテナ８１の中心から（λｇ／４）±δ′の位置になるように形成される。ただし、δ′は径方向の電界強度分布を均一にするために微調整する微調整成分（０を含む）である。なお、中心からスロット内周までの長さは約λｇ／４に限らず、λｇ／４の整数倍に微調整成分（０を含む）を加えたものであればよい。
【００５９】
このような表面波プラズマ発生用アンテナ８１は、スロットとスロットの継ぎ目部分で電磁波強度が弱くなることを回避することができ、周方向（角度方向）のプラズマ均一性を良好にすることができる。
【００６０】
ただし、スロットの数は６個に限らず、例えば５個や４個、また７個以上であっても同様の効果を得ることができる。また、表面波プラズマ発生用アンテナ８１のスロット形状は図７のものに限らず、例えば複数の円弧状のスロットが円周上に均等に形成されたものであってもよい。
【００６１】
図３および図７に示すように、遅波材８２および表面波プラズマ発生用アンテナ８１には、スロット１３１の内側に対応する領域に、これらを貫通して天板８３の表面に達するセンサ挿入孔１１０が設けられている。このセンサ挿入孔１１０の個数は、表面波プラズマ発生用アンテナ８１のスロット１３１の数のｎ倍（ｎは１以上の整数）であり、同軸構造の導波路４４の軸を中心にして同一の円周上に均等（等角度）に設けられている。図７の場合には、スロット１３１の数が６個であり、センサ挿入孔１１０の個数は６個（ｎ＝１）である。
【００６２】
センサ挿入孔１１０の少なくとも一つには、円筒状の金属からなる反射皮１１１を介して電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３が挿入される（図３参照）。電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３が挿入されないセンサ挿入孔１１０には、電磁波漏洩防止用のプラグ（ダミープラグ）を挿入してもよい。
【００６３】
電界センサ１１２は、同軸ケーブル状をなし、先端がモノポールアンテナとなっている。具体的には、電界センサ１１２は、図８に示すように、内部導体１２１と、その外側の外部導体１２２と、これらの間に設けられたテフロン（登録商標）等の誘電体１２３とからなり、先端の３ｍｍ程度が外部導体１２２が存在しない切欠部１２４となっており、先端が内部導体１２１のみのモノポールアンテナを構成している。そして、この電界センサ１１２の先端１２５を天板８３の裏面に接触または近接させることにより、先端の切欠部１２４から電磁波が入力され、信号を取り出すことができる。
【００６４】
センサ挿入孔１１０の径としては、例えば３ｍｍ程度を用いることができる。これにより、電界センサ１１２として規格品の同軸ケーブル（内部導体：φ０．５１ｍｍ、外部導体：φ２．１９ｍｍ、誘電体：φ１．６７ｍｍ）を用いることができる。
【００６５】
本実施形態の場合、単一モードの表面波プラズマが生成され、そのため、天板８３を構成する誘電体内に生成する定在波は同じパターンであり、定在波の腹節の位置は固定され、定在波の大きさはアンテナ出力パワーとともに大きくなる。電界センサ１１２はこれを利用するものである。つまり、電界センサ１１２を定在波の腹および節の位置を避けて天板８３の裏面に接触または近接させれば、表面波プラズマ発生用アンテナ８１からの出力パワーを直接モニタすることができることとなる。
【００６６】
この場合のモニタ電力は、例えば図９に示すようになる。この場合に、モニタ線路に流れるモニタ電流は先端のモノポール部分の長さによって変化するため、モノポール部分の長さを調整することで、所望のモニタ電力を抽出することができる。また、電界センサ１１２の先端部と誘電体の天板８３の裏面との距離を調整することにより検出する電界の強度を調整することでも検出電流の強さを調整することができる。
【００６７】
モニタ線路を流れるモニタ電流値は電界に比例するが、天板８３を通過する電力は電界の２乗に比例するため、モニタ電流値の２乗がこの通過電力に比例することとなり、例えば図１０の関係が得られる。なお、電源から天板８３まで電力が伝搬までの電力損失が無視できるくらい小さく、ほぼ全てのエネルギーがプラズマへ吸収されるとすると、入力電力と、天板８３での通過電力はほぼ等しくなる。
【００６８】
電界センサ１１２により検出された信号は、計測部１２６により計測され、計測部１２６に予め記憶された所定の値と比較することにより、表面波プラズマ発生用アンテナ８１から正常に電磁波が放射されているか否かを把握することができる。また、電界センサ１１２は、天板８３を介してプラズマと接しているので、例えばプラズマの条件（ガス種、圧力等）を変化したときの表面波プラズマ発生用アンテナ８１の出力電界値の変化をモニタすることにより、プラズマのインピーダンスの変化を把握することができる。さらに、プラズマの着火・失火検出手段として用いることもできる。
【００６９】
センサ挿入孔１１０に挿入するセンサがプラズマ発光センサ１１３の場合には、マイクロ波放射機構４１がマイクロ波を放射しているときに、実際にプラズマが着火しているか否かを検出することができる。プラズマ発光センサ１１３としては、一般的な光学的センサが用いられ、受光素子により天板８３を通してプラズマの発光を直接検出する。これにより十分な発光強度を得ることができ、高い検出精度を得ることができる。
【００７０】
プラズマ発光センサ１１３により検出された信号は、計測部１２６において電源アンプ制御基板に取り込まれるようになっており、電源がＯＮしてから所定時間（例えば５秒）以内に検出信号が検出できなければ、プラズマが着火していないとして電源をＯＦＦするという制御が考えられる。
【００７１】
本実施形態において、メインアンプ４７と、チューナ６０と、表面波プラズマ発生用アンテナ８１とは近接配置している。そして、チューナ６０と表面波プラズマ発生用アンテナ８１とは１／２波長内に存在する集中定数回路を構成しており、かつ表面波プラズマ発生用アンテナ８１、遅波材８２、天板８３は合成抵抗が５０Ωに設定されているので、チューナ６０はプラズマ負荷に対して直接チューニングしていることになり、効率良くプラズマへエネルギーを伝達することができる。
【００７２】
表面波プラズマ処理装置１００における各構成部は、マイクロプロセッサを備えた制御部１４０により制御されるようになっている。制御部１４０は表面波プラズマ処理装置１００のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従ってプラズマ処理装置を制御するようになっている。
【００７３】
＜表面波プラズマ処理装置の動作＞
次に、以上のように構成される表面波プラズマ処理装置１００における動作について説明する。
まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ１１上に載置する。そして、プラズマガス供給源２７から配管２８およびプラズマガス導入部材２６を介してチャンバ１内にプラズマガス、例えばＡｒガスを導入しつつ、マイクロ波プラズマ源２からマイクロ波をチャンバ１内に導入して表面波プラズマを生成する。
【００７４】
このようにして表面波プラズマを生成した後、処理ガス、例えばＣｌ２ガス等のエッチングガスが処理ガス供給源２５から配管２４およびシャワープレート２０を介してチャンバ１内に吐出される。吐出された処理ガスは、シャワープレート２０の空間部２３を通過してきたプラズマにより励起されてプラズマ化し、この処理ガスのプラズマによりウエハＷにプラズマ処理、例えばエッチング処理が施される。
【００７５】
上記表面波プラズマを生成するに際し、マイクロ波プラズマ源２では、マイクロ波出力部３０のマイクロ波発振器３２から発振されたマイクロ波電力はアンプ３３で増幅された後、分配器３４により複数に分配され、分配されたマイクロ波電力はマイクロ波供給部４０へ導かれる。マイクロ波供給部４０においては、このように複数に分配されたマイクロ波電力は、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７で個別に増幅され、マイクロ波放射機構４１の導波路４４に給電され、チューナ６０によりインピーダンスが自動整合され、電力反射が実質的にない状態で、アンテナ部４３の表面波プラズマ発生用アンテナ８１および天板８３を介してチャンバ１内に放射されて空間合成される。
【００７６】
マイクロ波放射機構４１の導波路４４への給電は、同軸構造の導波路４４の軸の延長線上にスラグ駆動部７０が設けられているため、側面から行われる。すなわち、同軸線路５６から伝播してきたマイクロ波（電磁波）が、導波路４４の側面に設けられたマイクロ波電力導入ポート５５において給電アンテナ９０の第１の極９２に到達すると、アンテナ本体９１に沿ってマイクロ波（電磁波）が伝播して行き、アンテナ本体９１の先端の第２の極９３からマイクロ波（電磁波）を放射する。また、アンテナ本体９１を伝播するマイクロ波（電磁波）が反射部９４で反射し、それが入射波と合成されることにより定在波を発生させる。給電アンテナ９０の配置位置で定在波が発生すると、内側導体５３の外壁に沿って誘導磁界が生じ、それに誘導されて誘導電界が発生する。これらの連鎖作用により、マイクロ波（電磁波）が導波路４４内を伝播し、アンテナ部４３へ導かれる。
【００７７】
このとき、導波路４４において、給電アンテナ９０から放射されるマイクロ波（電磁波）を反射板５８で反射させることで最大のマイクロ波（電磁波）電力を同軸構造の導波路４４に伝送することができるが、その場合、反射波との合成を効果的に行うために給電アンテナ９０から反射板５８までの距離が約λｇ／４の半波長倍になるようにすることが好ましい。
【００７８】
マイクロ波放射機構４１は、アンテナ部４３とチューナ６０とが一体となっているので、極めてコンパクトである。このため、マイクロ波プラズマ源２自体をコンパクト化することができる。さらに、メインアンプ４７、チューナ６０および表面波プラズマ発生用アンテナ８１が近接して設けられ、特にチューナ６０と表面波プラズマ発生用アンテナ８１とは集中定数回路として構成することができ、かつ表面波プラズマ発生用アンテナ８１、遅波材８２、天板８３の合成抵抗を５０Ωに設計することにより、チューナ６０により高精度でプラズマ負荷をチューニングすることができる。また、チューナ６０は２つのスラグ６１ａ，６１ｂを移動することによりインピーダンス整合を行うことができるスラグチューナを構成しているのでコンパクトで低損失である。さらに、このようにチューナ６０と表面波プラズマ発生用アンテナ８１とが近接し、集中定数回路を構成してかつ共振器として機能することにより、表面波プラズマ発生用アンテナ８１に至るまでのインピーダンス不整合を高精度で解消することができ、実質的に不整合部分をプラズマ空間とすることができるので、チューナ６０により高精度のプラズマ制御が可能となる。
【００７９】
さらにまた、スラグを駆動ささせるための駆動伝達部、駆動ガイド部、保持部に相当するものを内側導体５３の内部に設けたので、スラグ６１ａ，６１ｂの駆動機構を小型化することができ、マイクロ波放射機構４１を小型化することができる。
【００８０】
ところで、本実施形態のようにプラズマを生成するために電磁波をアンテナより放射する装置において、実際にアンテナから放射されている実効電力を知ることは極めて重要である。従来は、アンテナから放射する電力ではなく、電源から出力されている電力、または電源とチューナとの間の電力を検出していた。しかしながら、例えば、チューナとアンテナとの間で電力損失や電磁界漏洩が生じたりする場合、電源から例えば１０００Ｗ出力されている電力が出力されていても、アンテナからは例えば５００Ｗしか放射されていな場合もあり得る。このような場合、部材の変質、変形、焼損などが起こる可能性がある。
【００８１】
一方、プラズマ源をＯＮした際に、プラズマが実際に着火しているか否かを監視することは極めて重要である。なぜならば、プラズマが着火しなかったり、着火していてもその後失火したりした場合には、そのままプロセスを進行すると、実際には処理が行われていないウエハがプロセスを行ったものとして次のプロセスに移り、不良品となってしまう。またプラズマが点灯していない状態で電力がチャンバへ送られる場合には、ほとんど負荷のない状態で電力が送られている状態になるので、場合によっては過度な反射電力がチャンバから電源に送られ、電源または電源とチャンバを繋ぐ線路に多大なダメージを及ぼす可能性がある。従来は、このようなプラズマの着火不良、失火等を検出する手段としてチャンバ側面などに形成された窓にプラズマ発光センサが用いられていた。しかしながら、このようなプラズマ発光センサの場合、全体のプラズマの着火の有無は把握できても、本実施形態のような複数のマイクロ波放射機構４１を用いる場合には、その中の一部にプラズマが着火（点灯）していないものがあってもそれを検出することは困難である。
【００８２】
そこで、本実施形態では、各マイクロ波放射機構４１にセンサ挿入孔１１０を設け、そのセンサ挿入孔１１０に電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３を挿入して、一つのマイクロ波放射機構４１の表面波プラズマ発生用アンテナ８１から放射されるマイクロ波の電力の値、または、一つのマイクロ波放射機構４１におけるプラズマの着火（点灯）の有無を把握する。
【００８３】
電界センサ１１２は、上述したように、同軸ケーブルの先端に外部導体１２２が存在しない切欠部１２４を設けてモノポールアンテナ構造とすることにより、先端の切欠部１２４を介して天板８３からの電磁波を入力することにより、天板８３の電界を検出し、これにより、表面波プラズマ発生用アンテナ８１からの出力パワーを直接モニタすることができる。
【００８４】
電界センサ１１２により検出された信号は、計測部１２６により計測され、計測部１２６に予め記憶された所定の値と比較することにより、表面波プラズマ発生用アンテナ８１から正常に電磁波が放射されているか否かを把握することができる。例えば、電源から電力を１０００Ｗ供給しているときに適切な電子密度が得られ、適切なプロセス結果が得られているとすると、そのときに電界センサ１１２が検出した電界値（例えば、ピーク値や実効値）をモニタしておけば、その値と実測値とを比較することにより、正常な電力が表面波プラズマ発生用アンテナ８１から放射しているか否かの判断を行うことができる。
【００８５】
また、電界センサ１１２は、マイクロ波が照射された側に位置し、天板８３を介してプラズマと接しているので、例えばプラズマの条件（ガス種、圧力等）を変化したときの表面波プラズマ発生用アンテナ８１の出力電界値の変化をモニタすることにより、プラズマのインピーダンスの変化を把握することができる。プラズマインピーダンスの値が高くなれば電界値は高くなる。これにより、プロセスに応じて適切なプラズマ条件を得るための電力値を把握することが可能となる。
【００８６】
さらに、電界センサ１１２をプラズマの着火・失火検出手段として用いることもできる。具体的には、電界センサ１１２からの信号と予め測定しておいた着火時の信号とを比較することで、着火・失火を判断することができる。これにより、従来のようにチャンバ側面に窓を設置することが不要であり、従来よりも単純な構造で遙かに安価な着火・失火検出手段を実現することができる。
【００８７】
プラズマ発光センサ１１３は、受光素子により天板８３を通してプラズマの発光を直接検出するので十分な発光強度を得ることができ、各マイクロ波放射機構４１の直下のプラズマ着火または失火を高い精度で検出することができる。
【００８８】
この場合に、高精度に電力の値やプラズマの着火の有無を把握するためには、表面波プラズマ発生用アンテナ８１のスロットの内側に対応する位置でこれらを検出することが好ましい。そのためには、遅波材８２および表面波プラズマ発生用アンテナ８１のスロットの内側に対応する位置にセンサ挿入孔を設ける必要があるが、スロットの内側に対応する位置に１箇所のセンサ挿入孔を形成すると、遅波材８２内の電磁波を乱し、プラズマ中へ不均一な電磁波を放射してしまい、電界分布が偏心してしまう。
【００８９】
例えば、図１１（ａ）には、スロットが５つの表面波プラズマ発生用アンテナを用い、センサ挿入孔を１箇所設けた場合の電界シミュレーションの結果を示すが、電界分布がセンサ挿入孔側に偏心しているのがわかる。
【００９０】
そこで、本実施形態では、表面波プラズマ発生用アンテナ８１のスロット１３１の数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の個数のセンサ挿入孔１１０を、同軸構造の導波路４４の軸を中心にして同一の円周上に均等（等角度）に設け、これらの少なくとも一つに電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３を挿入することとしている。これにより、センサ挿入孔の電磁波への影響が打ち消し合って、電界分布を乱すことなく、アンテナから出力される電力やアンテナ直下のプラズマ状態を検出することができる。
【００９１】
図１１（ｂ）は、５個のスロットを有する表面波プラズマ発生用アンテナにおいて、センサ挿入孔を同軸構造の導波路４４の軸を中心にして同一の円周上に５個均等（等角度）に設けた場合の電界シミュレーション結果であるが、このように本実施形態に従ってセンサ挿入孔１１０を形成することにより、電界分布の偏心を防止することができることが確認された。
【００９２】
センサ挿入孔を５個均等に設け、センサ挿入孔にプラグを挿入した場合における、プラグ（センサ挿入孔）の回転角度、径方向の位置、プラグ（センサ挿入孔）の直径による電界のばらつきを調査した。比較のため、プラグ（センサ挿入孔）を設けない場合、およびプラグ（センサ挿入孔）を１個のみ設けた場合についても同様に電界のばらつきを調査した。その際の回転角度、径方向の位置、プラグ直径の説明および電界のばらつきの結果を図１２（ａ），（ｂ）に示す。なお、図１２（ｂ）におけるサークル１はアンテナ中心から半径６５ｍｍの領域の電界のばらつきであり、サークル２はアンテナ中心から半径３７．５ｍｍの領域の電界のばらつきである。
【００９３】
図１２（ｂ）において、Ｎｏ．１はプラグを設けない場合、Ｎｏ．２はプラグを１個のみ設けた場合、Ｎｏ．３〜１３はプラグを５個設けた場合であり、Ｎｏ．３〜７は回転角度を変化させたもの、Ｎｏ．８〜１０は径方向位置を変化させたもの、Ｎｏ．１１〜１３はプラグ径を変化させたものである。図１２（ｂ）に示すように、プラグが１個のみの場合には、サークル２において円周方向のばらつきが大きくなっているが、プラグを５個設けた場合には、プラグが導波路中心軸を中心とする円の同一円周上にあり、スロットと同じ数均等に設けられていれば、回転角度、径方向の位置、プラグ直径とは関係なく、プラグがない場合と同等の電界分布が得られることがわかる。
【００９４】
また、センサ挿入孔１１０の先端は天板８３に接するため、センサ挿入孔１１０内部から電磁波（マイクロ波）が漏洩し、センサによる計測に悪影響を与えることが懸念される。しかし、電磁波は距離が大きくなると減衰するため、電磁波の影響が懸念される部分、すなわち電界センサ１１２の場合には計測基板、プラズマ発光センサ１１３の場合には受光素子を、天板８３の裏面からある程度離すことによりそのような悪影響を回避することができる。例えば、マイクロ波の波長が３４８ｍｍ（周波数８６０ＭＨｚ）で、センサ挿入孔１１０の径が３．０ｍｍの場合、図１３に示すように、接触面から４．０ｍｍ離れた位置で減衰定数が５０ｄＢとなり、十分な減衰定数が得られる。したがって、この場合には、電界センサ１１２の計測基板、またはプラズマ発光センサ１１３の受光素子を天板８３の裏面から４．０ｍｍ以上離せば、天板８３からの電磁波の影響を回避することができる。また、使用波長に比べて十分にセンサ挿入孔１１０の径を小さくすることによってもこのような悪影響を回避することができる。
【００９５】
本実施形態では、センサとして電界センサ１１２を用いる場合、天板８３に対してセンサ挿入孔１１０を形成することにより、大気中へ細穴空間を形成して、そこから電力を取り出すこととなるため、そこでの電力損失が懸念される。しかし、取り出す電力はセンサ挿入孔１１０の径、電界センサ１１２のモノポールアンテナを最適化することにより電源出力電力に対して十分に減衰（例えば−６０ｄＢ）させることができるので、電力損失を十分に小さくしつつ十分な電力を取り出すことができる。
【００９６】
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。例えば、マイクロ波出力部３０やマイクロ波供給部４０の構成等は、上記実施形態に限定されるものではない。具体的には、アンテナから放射されるマイクロ波の指向性制御を行ったり円偏波にしたりする必要がない場合には、位相器は不要である。
【００９７】
また、上記実施形態においては、プラズマ処理装置としてエッチング処理装置を例示したが、これに限らず、成膜処理、酸窒化膜処理、アッシング処理等の他のプラズマ処理にも用いることができる。さらに、被処理基板は半導体ウエハＷに限定されず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１；チャンバ
２；マイクロ波プラズマ源
１１；サセプタ
１２；支持部材
１５；排気管
１６；排気装置
１７；搬入出口
２０；シャワープレート
３０；マイクロ波出力部
３１；マイクロ波電源
３２；マイクロ波発振器
４０；マイクロ波供給部
４１；マイクロ波放射機構
４３；アンテナ部
４４；導波路
５２；外側導体
５３；内側導体
５４；給電機構
５５；マイクロ波電力導入ポート
５６；同軸線路
５８；反射板
６０；チューナ
８１；表面波プラズマ発生用アンテナ
８２；遅波材
８３；天板
１００；表面波プラズマ処理装置
１１０；センサ挿入孔
１１２；電界センサ
１１３；プラズマ発光センサ
１４０；制御部
Ｗ；半導体ウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波放射機構、表面波プラズマ源および表面波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術であるが、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウエハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。
【０００３】
ところが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、生成されるプラズマの電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージを生じてしまい、また、プラズマ密度の高い領域が限定されるため、大型の半導体ウエハを均一かつ高速にプラズマ処理することは困難である。
【０００４】
そこで、高密度で低電子温度の表面波プラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、表面波プラズマ発生用アンテナとしてチャンバの上部に所定のパターンで複数のスロットが形成されたラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna）を設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、アンテナのスロットから放射させるとともに、その下に設けられた誘電体からなるマイクロ波透過板を介して真空に保持されたチャンバ内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバ内で表面波プラズマを生成し、これにより半導体ウエハ等の被処理体を処理するものである。
【０００６】
また、マイクロ波を複数に分配し、上記のような表面波プラズマ発生用アンテナを有するマイクロ波放射部を複数設け、それらから放射されたマイクロ波をチャンバ内に導きチャンバ内でマイクロ波を空間合成してプラズマを生成するプラズマ処理装置も提案されている（特許文献２）。
【０００７】
そして、この種のプラズマ処理装置においては、プラズマを生成するためのマイクロ波の出力の検出を給電部とチューナの間の位置で行っており、また、実際のプラズマ状態の検出は、チャンバに設けられた小型窓を介して行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９４５５０号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０１３１１２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
マイクロ波の出力の検出を給電部とチューナの間の位置で行う場合には、実際に表面波プラズマ発生用アンテナから設定通りの電力が出力されているか否かを把握することが困難である。また、チャンバに設けられた小型窓を介してプラズマの状態を検出する場合には、複数のアンテナモジュールのうちプラズマが消火していたり、着火不良が生じていたりしても、それを検出することが困難である。
【００１０】
このような不都合を解消するためには、表面波プラズマ発生用アンテナから出力される電力やアンテナ直下のプラズマ状態を直接検出することが考えられるが、その場合にはプラズマを生成するための電界分布を乱すおそれがある。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、表面波プラズマ発生用アンテナから出力される電力やアンテナ直下のプラズマ状態を、プラズマ生成するための電界分布を乱すことなく直接検出することができるマイクロ波放射機構、ならびに、それを用いた表面波プラズマ源および表面波プラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、チャンバ内に表面波プラズマを形成するための表面波プラズマ源におけるマイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路に設けられ、マイクロ波をチャンバ内に放射するマイクロ波放射機構であって、前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射して表面波プラズマを発生させる表面波プラズマ発生用アンテナと、前記マイクロ波伝送路の前記表面波プラズマ発生用アンテナの上流側に設けられた誘電体からなる遅波材と、前記マイクロ波伝送路の前記表面波プラズマ発生用アンテナの下流側に設けられ、前記表面波プラズマ発生用アンテナから放射されたマイクロ波により前記表面波プラズマを生成するための電界が形成される誘電体部材と、前記表面波プラズマ発生用アンテナから放射されたマイクロ波の電力を計測するために前記誘電体部材の電界を検出する電界センサ、または、前記誘電体部材を介して表面波プラズマの発光を検出するプラズマ発光センサと、前記遅波材および前記表面波プラズマ発生用アンテナを貫通するように設けられ、前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサが挿入されるセンサ挿入孔と、を具備し、前記センサ挿入孔は、前記遅波材および前記表面波プラズマ発生用アンテナの前記スロット内側に対応する領域に、前記マイクロ波伝送路の軸を中心とした同一の円周上に前記スロットのｎ倍（ただし、ｎは１以上の整数）の個数が均等に形成されており、前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサは、前記センサ挿入孔の少なくとも一つに挿入されていることを特徴とするマイクロ波放射機構を提供する。
【００１３】
前記電界センサは、先端にモノポール部分を有する同軸ケーブルにより構成され、前記誘電体部材に前記モノポール部分を接触または近接させることにより、前記誘電体部材に生じている電界をモニタするものであることが好ましい。また、前記電界センサは、前記表面波プラズマ発生用アンテナから正常に電磁波が放射されているか否かを把握する機能、プロセスに応じて適切なプラズマ条件を得るための電力値を把握する機能、および、プラズマの着火または失火を検出する機能を有するものとすることができる。
【００１４】
前記プラズマ発光センサは、前記誘電体部材を介してプラズマの発光を検出する受光素子を有し、受光素子が前記誘電体部材に接触または近接しているものとすることができる。
【００１５】
前記センサ挿入孔のうち、前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサが挿入されていないものについて、電磁波漏洩防止用のプラグが挿入されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の観点は、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構および生成されたマイクロ波をチャンバ内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して前記チャンバ内に供給されたガスによる表面波プラズマを生成する表面波プラズマ源であって、前記のマイクロ波放射機構として、上記第１の観点のものを用いることを特徴とする表面波プラズマ源を提供する。
【００１７】
本発明の第３の観点は、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構および生成されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して前記チャンバ内に供給されたガスによる表面波プラズマを生成する表面波プラズマ源とを具備し、前記チャンバ内の被処理基板に対して前記表面波プラズマにより処理を施す表面波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波放射機構として、上記第１の観点に記載のものを用いることを特徴とする表面波プラズマ処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、センサ挿入孔は、遅波材および表面波プラズマ発生用アンテナのスロット内側に対応する領域に、マイクロ波伝送路の軸を中心とした同一の円周上にスロットのｎ倍（ただし、ｎは１以上の整数）の個数が均等に形成されているので、センサ挿入孔の電磁波への影響が打ち消し合って、電界分布を乱すことなく、アンテナから出力される電力やアンテナ直下のプラズマ状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロ波放射機構を有する表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の表面波プラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。
【図３】図１の表面波プラズマ処理装置におけるマイクロ波放射機構を示す縦断面図である。
【図４】マイクロ波放射機構の給電機構を示す横断面図である。
【図５】チューナの本体におけるスラグと滑り部材を示す平面図である。
【図６】チューナの本体における内側導体を示す斜視図である。
【図７】表面波プラズマ発生用アンテナの一例を示す平面図である。
【図８】電界センサの構造例を示す断面図である。
【図９】電界センサによるモニタ電力を示す図である。
【図１０】表面波プラズマ発生用アンテナから放射される電力とモニタ電流の二乗の値との関係を示す図である。
【図１１】５個のスロットを有する表面波プラズマ発生用アンテナにセンサ挿入孔を１箇所設けた場合と、センサ挿入孔を同軸構造の導波路４４の軸を中心にして同一の円周上に５個均等（等角度）に設けた場合の電界シミュレーション結果を示す図である。
【図１２】センサ挿入孔を５個均等に設け、センサ挿入孔にプラグを挿入した場合における、プラグ（センサ挿入孔）の回転角度、径方向の位置、プラグ（センサ挿入孔）の直径による電界のばらつきを、プラグ（センサ挿入孔）を設けない場合、およびプラグ（センサ挿入孔）を１個のみ設けた場合と比較して調査した結果を示す図である。
【図１３】電磁波（誘電体部材の裏面）からの距離と減衰定数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
＜表面波プラズマ処理装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るマイクロ波放射機構を有する表面波プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図であり、図２は図１の表面波プラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源の構成を示す構成図である。
【００２２】
表面波プラズマ処理装置１００は、ウエハに対してプラズマ処理として例えばエッチング処理を施すプラズマエッチング装置として構成されており、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の接地されたチャンバ１と、チャンバ１内にマイクロ波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源２とを有している。チャンバ１の上部には開口部１ａが形成されており、マイクロ波プラズマ源２はこの開口部１ａからチャンバ１の内部に臨むように設けられている。
【００２３】
チャンバ１内には被処理体である半導体ウエハＷ（以下ウエハＷと記述する）を水平に支持するためのサセプタ１１が、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により支持された状態で設けられている。サセプタ１１および支持部材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が例示される。
【００２４】
また、図示はしていないが、サセプタ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、およびウエハＷを搬送するために昇降する昇降ピン等が設けられている。さらに、サセプタ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。この高周波バイアス電源１４からサセプタ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。
【００２５】
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。そしてこの排気装置１６を作動させることによりチャンバ１内が排気され、チャンバ１内が所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。また、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、この搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。
【００２６】
チャンバ１内のサセプタ１１の上方位置には、プラズマエッチングのための処理ガスをウエハＷに向けて吐出するシャワープレート２０が水平に設けられている。このシャワープレート２０は、格子状に形成されたガス流路２１と、このガス流路２１に形成された多数のガス吐出孔２２とを有しており、格子状のガス流路２１の間は空間部２３となっている。このシャワープレート２０のガス流路２１にはチャンバ１の外側に延びる配管２４が接続されており、この配管２４には処理ガス供給源２５が接続されている。
【００２７】
一方、チャンバ１のシャワープレート２０の上方位置には、リング状のプラズマガス導入部材２６がチャンバ壁に沿って設けられており、このプラズマガス導入部材２６には内周に多数のガス吐出孔が設けられている。このプラズマガス導入部材２６には、プラズマガスを供給するプラズマガス供給源２７が配管２８を介して接続されている。プラズマ生成ガスとしてはＡｒガスなどが好適に用いられる。
【００２８】
プラズマガス導入部材２６からチャンバ１内に導入されたプラズマガスは、マイクロ波プラズマ源２からチャンバ１内に導入されたマイクロ波によりプラズマ化され、このプラズマがシャワープレート２０の空間部２３を通過しシャワープレート２０のガス吐出孔２２から吐出された処理ガスを励起し、処理ガスのプラズマを形成する。
【００２９】
マイクロ波プラズマ源２は、チャンバ１の上部に設けられた支持リング２９により支持されており、これらの間は気密にシールされている。図２に示すように、マイクロ波プラズマ源２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出力部３０と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送しチャンバ１内に放射するためのマイクロ波供給部４０とを有している。
【００３０】
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とを有している。
【００３１】
マイクロ波発振器３２は、所定周波数（例えば、９１５ＭＨｚ）のマイクロ波を例えばＰＬＬ発振させる。分配器３４では、マイクロ波の損失ができるだけ起こらないように、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、９１５ＭＨｚの他に、７００ＭＨｚから３ＧＨｚを用いることができる。
【００３２】
マイクロ波供給部４０は、分配器３４にて分配されたマイクロ波を主に増幅する複数のアンプ部４２と、複数のアンプ部４２のそれぞれに接続されたマイクロ波放射機構４１とを有している。
【００３３】
アンプ部４２は、位相器４５と、可変ゲインアンプ４６と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７と、アイソレータ４８とを有している。
【００３４】
位相器４５は、マイクロ波の位相を変化させることができるように構成されており、これを調整す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、各アンテナモジュール毎に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や、後述するように隣り合うアンテナモジュールにおいて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４５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することができる。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４５は設ける必要はない。
【００３５】
可変ゲインアンプ４６は、メインアンプ４７へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、個々のアンテナモジュールのばらつきを調整またはプラズマ強度調整のためのアンプである。可変ゲインアンプ４６を各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もできる。
【００３６】
ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７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構成とすることができる。
【００３７】
アイソレータ４８は、マイクロ波放射機構４１で反射してメインアンプ４７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）とを有している。サーキュレータは、後述するマイクロ波放射機構４１のアンテナ部４３で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。
【００３８】
マイクロ波放射機構４１は、図３の縦断面図、図４の横断面図に示すように、マイクロ波を伝送する同軸構造の導波路４４と、導波路４４を伝送されたマイクロ波をチャンバ１内に放射するアンテナ部４３とを有している。そして、マイクロ波放射機構４１からチャンバ１内に放射されたマイクロ波がチャンバ１内の空間で合成され、チャンバ１内で表面波プラズマが形成されるようになっている。
【００３９】
導波路４４は、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた棒状の内側導体５３が同軸状に配置されて構成されており、導波路４４の先端にアンテナ部４３が設けられている。導波路４４は、内側導体５３が給電側、外側導体５２が接地側となっている。外側導体５２および内側導体５３の上端は反射板５８となっている。
【００４０】
導波路４４の基端側にはマイクロ波（電磁波）を給電する給電機構５４が設けられている。給電機構５４は、導波路４４（外側導体５２）の側面に設けられたマイクロ波電力を導入するためのマイクロ波電力導入ポート５５を有している。マイクロ波電力導入ポート５５には、アンプ部４２から増幅されたマイクロ波を供給するための給電線として、内側導体５６ａおよび外側導体５６ｂからなる同軸線路５６が接続されている。そして、同軸線路５６の内側導体５６ａの先端には、外側導体５２の内部に向けて水平に伸びる給電アンテナ９０が接続されている。
【００４１】
給電アンテナ９０は、例えば、アルミニウム等の金属板を削り出し加工した後、テフロン（登録商標）等の誘電体部材の型にはめて形成される。反射板５８から給電アンテナ９０までの間には、反射波の実効波長を短くするためのテフロン（登録商標）等の誘電体からなる遅波材５９が設けられている。なお、２．４５ＧＨｚ等の周波数の高いマイクロ波を用いた場合には、遅波材５９は設けなくてもよい。このとき、給電アンテナ９０から放射される電磁波を反射板５８により反射させることで、最大の電磁波を同軸構造の導波路４４内に伝送させる。その場合、給電アンテナ９０から反射板５８までの距離を約λｇ／４の半波長倍に設定する。ただし、周波数の低いマイクロ波では、径方向の制約のため、これに当てはまらない場合もある。その場合には、給電アンテナ９０より発生させる電磁波の腹を給電アンテナ９０ではなく、給電アンテナ９０の下方に誘起させるように、給電アンテナの形状を最適化することが好ましい。
【００４２】
給電アンテナ９０は、図４に示すように、マイクロ波電力導入ポート５５において同軸線路５６の内側導体５６ａに接続され、電磁波が供給される第１の極９２および供給された電磁波を放射する第２の極９３を有するアンテナ本体９１と、アンテナ本体９１の両側から、内側導体５３の外側に沿って延び、リング状をなす反射部９４とを有し、アンテナ本体９１に入射された電磁波と反射部９４で反射された電磁波とで定在波を形成するように構成されている。アンテナ本体９１の第２の極９３は内側導体５３に接触している。
【００４３】
給電アンテナ９０がマイクロ波（電磁波）を放射することにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間にマイクロ波電力が給電される。そして、給電機構５４に供給されたマイクロ波電力がアンテナ部４３に向かって伝播する。
【００４４】
導波路４４にはチューナ６０が設けられている。チューナ６０は、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ものであり、外側導体５２と内側導体５３との間に設けられた２つのスラグ６１ａ，６１ｂと、反射板５８の外側（上側）に設けられたスラグ駆動部７０とを有している。
【００４５】
これらスラグのうち、スラグ６１ａはスラグ駆動部７０側に設けられ、スラグ６１ｂはアンテナ部４３側に設けられている。また、内側導体５３の内部空間には、その長手方向に沿って例えば台形ネジが形成された螺棒からなるスラグ移動用の２本のスラグ移動軸６４ａ，６４ｂが設けられている。
【００４６】
スラグ６１ａは、図５に示すように、誘電体からなる円環状をなし、その内側に滑り性を有する樹脂からなる滑り部材６３が嵌め込まれている。滑り部材６３にはスラグ移動軸６４ａが螺合するねじ穴６５ａとスラグ移動軸６４ｂが挿通される通し穴６５ｂが設けられている。一方、スラグ６１ｂは、スラグ６１ａと同様、ねじ穴６５ａと通し穴６５ｂとを有しているが、スラグ６１ａとは逆に、ねじ穴６５ａはスラグ移動軸６４ｂに螺合され、通し穴６５ｂにはスラグ移動軸６４ａが挿通されるようになっている。これによりスラグ移動軸６４ａを回転させることによりスラグ６１ａが昇降移動し、スラグ移動軸６４ｂを回転させることによりスラグ６１ｂが昇降移動する。すなわち、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと滑り部材６３とからなるねじ機構によりスラグ６１ａ，６１ｂが昇降移動される。
【００４７】
図６に示すように、内側導体５３には長手方向に沿って等間隔に３つのスリット５３ａが形成されている。一方、滑り部材６３は、これらスリット５３ａに対応するように３つの突出部６３ａが等間隔に設けられている。そして、これら突出部６３ａがスラグ６１ａ，６１ｂの内周に当接した状態で滑り部材６３がスラグ６１ａ，６１ｂの内部に嵌め込まれる。滑り部材６３の外周面は、内側導体５３の内周面と遊びなく接触するようになっており、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂが回転されることにより、滑り部材６３が内側導体５３を滑って昇降するようになっている。すなわち内側導体５３の内周面がスラグ６１ａ，６１ｂの滑りガイドとして機能する。なお、スリット５３ａの幅は５ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、後述するように内側導体５３の内部へ漏洩するマイクロ波電力を実質的になくすことができ、マイクロ波電力の放射効率を高く維持することができる。
【００４８】
滑り部材６３を構成する樹脂材料としては、良好な滑り性を有し、加工が比較的容易な樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を好適なものとして挙げることができる。
【００４９】
上記スラグ移動軸６４ａ，６４ｂは、反射板５８を貫通してスラグ駆動部７０に延びている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと反射板５８との間にはベアリング（図示せず）が設けられている。また、内側導体５３の下端には、導体からなる底板６７が設けられている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端は、駆動時の振動を吸収するために、通常は開放端となっており、これらスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端から２〜５ｍｍ程度離隔して底板６７が設けられている。なお、この底板６７を軸受け部としてスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端をこの軸受け部にて軸支させてもよい。
【００５０】
スラグ駆動部７０は筐体７１を有し、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂは筐体７１内に延びており、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂの上端には、それぞれ歯車７２ａおよび７２ｂが取り付けられている。また、スラグ駆動部７０には、スラグ移動軸６４ａを回転させるモータ７３ａと、スラグ移動軸６４ｂを回転させるモータ７３ｂが設けられている。モータ７３ａの軸には歯車７４ａが取り付けられ、モータ７３ｂの軸には歯車７４ｂが取り付けられており、歯車７４ａが歯車７２ａに噛合し、歯車７４ｂが歯車７２ｂに噛合するようになっている。したがって、モータ７３ａにより歯車７４ａおよび７２ａを介してスラグ移動軸６４ａが回転され、モータ７３ｂにより歯車７４ｂおよび７２ｂを介してスラグ移動軸６４ｂが回転される。なお、モータ７３ａ，７３ｂは例えばステッピングモータである。
【００５１】
なお、スラグ移動軸６４ｂはスラグ移動軸６４ａよりも長く、より上方に達しており、したがって、歯車７２ａおよび７２ｂの位置が上下にオフセットしており、モータ７３ａおよび７３ｂも上下にオフセットしている。これにより、モータおよび歯車等の動力伝達機構のスペースを小さくすることができ、これらを収容する筐体７１を外側導体５２と同じ径にすることが可能となる。
【００５２】
モータ７３ａおよび７３ｂの上には、これらの出力軸に直結するように、それぞれスラグ６１ａおよび６１ｂの位置を検出するためのインクリメント型のエンコーダ７５ａおよび７５ｂが設けられている。
【００５３】
スラグ６１ａおよび６１ｂの位置は、スラグコントローラ６８により制御される。具体的には、図示しないインピーダンス検出器により検出された入力端のインピーダンス値と、エンコーダ７５ａおよび７５ｂにより検知されたスラグ６１ａおよび６１ｂの位置情報に基づいて、スラグコントローラ６８がモータ７３ａおよび７３ｂに制御信号を送り、スラグ６１ａおよび６１ｂの位置を制御することにより、インピーダンスを調整するようになっている。スラグコントローラ６８は、終端が例えば５０Ωになるようにインピーダンス整合を実行させる。２つのスラグのうち一方のみを動かすと、スミスチャートの原点を通る軌跡を描き、両方同時に動かすと位相のみが回転する。
【００５４】
アンテナ部４３は、マイクロ波を放射するスロットを有し平面状をなす、表面波プラズマを発生するための表面波プラズマ発生用アンテナ８１と、表面波プラズマ発生用アンテナ８１の上面に設けられた遅波材８２とを有している。遅波材８２の中心には導体からなる円柱部材８２ａが貫通して底板６７と表面波プラズマ発生用アンテナ８１とを接続している。したがって、内側導体５３が底板６７および円柱部材８２ａを介して表面波プラズマ発生用アンテナ８１に接続されている。遅波材８２および表面波プラズマ発生用アンテナ８１は、外側導体５２よりも大径の円板状をなしている。外側導体５２の下端は遅波材８２の表面まで延びており、遅波材８２および表面波プラズマ発生用アンテナ８１および後述する天板８３の周囲は被覆導体８４により覆われている。
【００５５】
遅波材８２は、真空よりも大きい誘電率を有しており、例えば、石英、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構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてアンテナを小さくする機能を有している。遅波材８２は、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、表面波プラズマ発生用アンテナ８１が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整する。これにより、反射が最小で、表面波プラズマ発生用アンテナ８１の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。
【００５６】
表面波プラズマ発生用アンテナ８１のさらに先端側には、表面波プラズマを生成するために電界が形成され、かつ真空シールするための誘電体部材、例えば石英やセラミックス等からなる天板８３が配置されている。そして、メインアンプ４７で増幅されたマイクロ波が内側導体５３と外側導体５２の周壁の間を通って表面波プラズマ発生用アンテナ８１から天板８３を透過してチャンバ１内の空間に放射される。
【００５７】
上記表面波プラズマ発生用アンテナ８１は、例えば図７に示すように、全体が円板状（平面状）をなすとともに、６個のスロット１３１が全体形状が円周状になるように形成されている。これらスロット１３１は全て同じ形状であり、円周に沿って細長い形状に形成されている。これらスロット１３１のうち隣接するもの同士の継ぎ目部分は、一方のスロット１３１の端部と他方のスロット１３１の端部とが内外で重なるように構成されている。すなわち、スロット１３１の中央部は、外側にある一方の端部と内側にある他方の端部を繋いだ状態となっており、６個のスロット１３１を内包する二点鎖線で示す円環領域１３２において外周と一致する一方の端部と内周と一致する他方の端部の間を斜めに結ぶようになっており、円周方向に隣接するスロットとスロットとの継ぎ目部分が、スロットに覆われるように構成され、周方向にスロットのない部分が存在しないようにしている。
【００５８】
スロット１３１は、（λｇ／２）−δの長さを有する。ただし、λｇはマイクロ波の実効波長であり、δは円周方向（角度方向）に電界強度の均一性が高くなるように微調整する微調整成分（０を含む）である。なお、スロット１３１の長さは約λｇ／２に限らず、λｇ／２の整数倍から微調整成分（０を含む）を引いたものであればよい。スロット１３１は、中央部と、その両側の一方の端部および他方の端部（オーバーラップ部分）とがほぼ均等な長さを有している。すなわち、中央部が（λｇ／６）−δ１、その両側の端部がそれぞれ（λｇ／６）−δ２および（λｇ／６）−δ３の長さとなる。ただし、δ１，δ２、δ３は円周方向（角度方向）に電界強度の均一性が高くなるように微調整する微調整成分（０を含む）である。隣接するスロットがオーバーラップする部分の長さは等しいほうが好ましいので、δ２＝δ３であることが好ましい。本実施形態の場合、一つのスロット１３１の長さが約λｇ／２であり、それが６個であるから合計の長さが約３λｇであるが、そのうちオーバーラップ部分は（λｇ／６）×６＝λｇであり、全体の長さは２λｇとなるから、アンテナとしては、長さが約λｇ／２のスロットを円周状に４つ配置した従来のアンテナとほぼ等価なものとなる。スロット１３１は、その内周が、表面波プラズマ発生用アンテナ８１の中心から（λｇ／４）±δ′の位置になるように形成される。ただし、δ′は径方向の電界強度分布を均一にするために微調整する微調整成分（０を含む）である。なお、中心からスロット内周までの長さは約λｇ／４に限らず、λｇ／４の整数倍に微調整成分（０を含む）を加えたものであればよい。
【００５９】
このような表面波プラズマ発生用アンテナ８１は、スロットとスロットの継ぎ目部分で電磁波強度が弱くなることを回避することができ、周方向（角度方向）のプラズマ均一性を良好にすることができる。
【００６０】
ただし、スロットの数は６個に限らず、例えば５個や４個、また７個以上であっても同様の効果を得ることができる。また、表面波プラズマ発生用アンテナ８１のスロット形状は図７のものに限らず、例えば複数の円弧状のスロットが円周上に均等に形成されたものであってもよい。
【００６１】
図３および図７に示すように、遅波材８２および表面波プラズマ発生用アンテナ８１には、スロット１３１の内側に対応する領域に、これらを貫通して天板８３の表面に達するセンサ挿入孔１１０が設けられている。このセンサ挿入孔１１０の個数は、表面波プラズマ発生用アンテナ８１のスロット１３１の数のｎ倍（ｎは１以上の整数）であり、同軸構造の導波路４４の軸を中心にして同一の円周上に均等（等角度）に設けられている。図７の場合には、スロット１３１の数が６個であり、センサ挿入孔１１０の個数は６個（ｎ＝１）である。
【００６２】
センサ挿入孔１１０の少なくとも一つには、円筒状の金属からなる反射皮１１１を介して電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３が挿入される（図３参照）。電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３が挿入されないセンサ挿入孔１１０には、電磁波漏洩防止用のプラグ（ダミープラグ）を挿入してもよい。
【００６３】
電界センサ１１２は、同軸ケーブル状をなし、先端がモノポールアンテナとなっている。具体的には、電界センサ１１２は、図８に示すように、内部導体１２１と、その外側の外部導体１２２と、これらの間に設けられたテフロン（登録商標）等の誘電体１２３とからなり、先端の３ｍｍ程度が外部導体１２２が存在しない切欠部１２４となっており、先端が内部導体１２１のみのモノポールアンテナを構成している。そして、この電界センサ１１２の先端１２５を天板８３の裏面に接触または近接させることにより、先端の切欠部１２４から電磁波が入力され、信号を取り出すことができる。
【００６４】
センサ挿入孔１１０の径としては、例えば３ｍｍ程度を用いることができる。これにより、電界センサ１１２として規格品の同軸ケーブル（内部導体：φ０．５１ｍｍ、外部導体：φ２．１９ｍｍ、誘電体：φ１．６７ｍｍ）を用いることができる。
【００６５】
本実施形態の場合、単一モードの表面波プラズマが生成され、そのため、天板８３を構成する誘電体内に生成する定在波は同じパターンであり、定在波の腹節の位置は固定され、定在波の大きさはアンテナ出力パワーとともに大きくなる。電界センサ１１２はこれを利用するものである。つまり、電界センサ１１２を定在波の腹および節の位置を避けて天板８３の裏面に接触または近接させれば、表面波プラズマ発生用アンテナ８１からの出力パワーを直接モニタすることができることとなる。
【００６６】
この場合のモニタ電力は、例えば図９に示すようになる。この場合に、モニタ線路に流れるモニタ電流は先端のモノポール部分の長さによって変化するため、モノポール部分の長さを調整することで、所望のモニタ電力を抽出することができる。また、電界センサ１１２の先端部と誘電体の天板８３の裏面との距離を調整することにより検出する電界の強度を調整することでも検出電流の強さを調整することができる。
【００６７】
モニタ線路を流れるモニタ電流値は電界に比例するが、天板８３を通過する電力は電界の２乗に比例するため、モニタ電流値の２乗がこの通過電力に比例することとなり、例えば図１０の関係が得られる。なお、電源から天板８３まで電力が伝搬までの電力損失が無視できるくらい小さく、ほぼ全てのエネルギーがプラズマへ吸収されるとすると、入力電力と、天板８３での通過電力はほぼ等しくなる。
【００６８】
電界センサ１１２により検出された信号は、計測部１２６により計測され、計測部１２６に予め記憶された所定の値と比較することにより、表面波プラズマ発生用アンテナ８１から正常に電磁波が放射されているか否かを把握することができる。また、電界センサ１１２は、天板８３を介してプラズマと接しているので、例えばプラズマの条件（ガス種、圧力等）を変化したときの表面波プラズマ発生用アンテナ８１の出力電界値の変化をモニタすることにより、プラズマのインピーダンスの変化を把握することができる。さらに、プラズマの着火・失火検出手段として用いることもできる。
【００６９】
センサ挿入孔１１０に挿入するセンサがプラズマ発光センサ１１３の場合には、マイクロ波放射機構４１がマイクロ波を放射しているときに、実際にプラズマが着火しているか否かを検出することができる。プラズマ発光センサ１１３としては、一般的な光学的センサが用いられ、受光素子により天板８３を通してプラズマの発光を直接検出する。これにより十分な発光強度を得ることができ、高い検出精度を得ることができる。
【００７０】
プラズマ発光センサ１１３により検出された信号は、計測部１２６において電源アンプ制御基板に取り込まれるようになっており、電源がＯＮしてから所定時間（例えば５秒）以内に検出信号が検出できなければ、プラズマが着火していないとして電源をＯＦＦするという制御が考えられる。
【００７１】
本実施形態において、メインアンプ４７と、チューナ６０と、表面波プラズマ発生用アンテナ８１とは近接配置している。そして、チューナ６０と表面波プラズマ発生用アンテナ８１とは１／２波長内に存在する集中定数回路を構成しており、かつ表面波プラズマ発生用アンテナ８１、遅波材８２、天板８３は合成抵抗が５０Ωに設定されているので、チューナ６０はプラズマ負荷に対して直接チューニングしていることになり、効率良くプラズマへエネルギーを伝達することができる。
【００７２】
表面波プラズマ処理装置１００における各構成部は、マイクロプロセッサを備えた制御部１４０により制御されるようになっている。制御部１４０は表面波プラズマ処理装置１００のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従ってプラズマ処理装置を制御するようになっている。
【００７３】
＜表面波プラズマ処理装置の動作＞
次に、以上のように構成される表面波プラズマ処理装置１００における動作について説明する。
まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ１１上に載置する。そして、プラズマガス供給源２７から配管２８およびプラズマガス導入部材２６を介してチャンバ１内にプラズマガス、例えばＡｒガスを導入しつつ、マイクロ波プラズマ源２からマイクロ波をチャンバ１内に導入して表面波プラズマを生成する。
【００７４】
このようにして表面波プラズマを生成した後、処理ガス、例えばＣｌ２ガス等のエッチングガスが処理ガス供給源２５から配管２４およびシャワープレート２０を介してチャンバ１内に吐出される。吐出された処理ガスは、シャワープレート２０の空間部２３を通過してきたプラズマにより励起されてプラズマ化し、この処理ガスのプラズマによりウエハＷにプラズマ処理、例えばエッチング処理が施される。
【００７５】
上記表面波プラズマを生成するに際し、マイクロ波プラズマ源２では、マイクロ波出力部３０のマイクロ波発振器３２から発振されたマイクロ波電力はアンプ３３で増幅された後、分配器３４により複数に分配され、分配されたマイクロ波電力はマイクロ波供給部４０へ導かれる。マイクロ波供給部４０においては、このように複数に分配されたマイクロ波電力は、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４７で個別に増幅され、マイクロ波放射機構４１の導波路４４に給電され、チューナ６０によりインピーダンスが自動整合され、電力反射が実質的にない状態で、アンテナ部４３の表面波プラズマ発生用アンテナ８１および天板８３を介してチャンバ１内に放射されて空間合成される。
【００７６】
マイクロ波放射機構４１の導波路４４への給電は、同軸構造の導波路４４の軸の延長線上にスラグ駆動部７０が設けられているため、側面から行われる。すなわち、同軸線路５６から伝播してきたマイクロ波（電磁波）が、導波路４４の側面に設けられたマイクロ波電力導入ポート５５において給電アンテナ９０の第１の極９２に到達すると、アンテナ本体９１に沿ってマイクロ波（電磁波）が伝播して行き、アンテナ本体９１の先端の第２の極９３からマイクロ波（電磁波）を放射する。また、アンテナ本体９１を伝播するマイクロ波（電磁波）が反射部９４で反射し、それが入射波と合成されることにより定在波を発生させる。給電アンテナ９０の配置位置で定在波が発生すると、内側導体５３の外壁に沿って誘導磁界が生じ、それに誘導されて誘導電界が発生する。これらの連鎖作用により、マイクロ波（電磁波）が導波路４４内を伝播し、アンテナ部４３へ導かれる。
【００７７】
このとき、導波路４４において、給電アンテナ９０から放射されるマイクロ波（電磁波）を反射板５８で反射させることで最大のマイクロ波（電磁波）電力を同軸構造の導波路４４に伝送することができるが、その場合、反射波との合成を効果的に行うために給電アンテナ９０から反射板５８までの距離が約λｇ／４の半波長倍になるようにすることが好ましい。
【００７８】
マイクロ波放射機構４１は、アンテナ部４３とチューナ６０とが一体となっているので、極めてコンパクトである。このため、マイクロ波プラズマ源２自体をコンパクト化することができる。さらに、メインアンプ４７、チューナ６０および表面波プラズマ発生用アンテナ８１が近接して設けられ、特にチューナ６０と表面波プラズマ発生用アンテナ８１とは集中定数回路として構成することができ、かつ表面波プラズマ発生用アンテナ８１、遅波材８２、天板８３の合成抵抗を５０Ωに設計することにより、チューナ６０により高精度でプラズマ負荷をチューニングすることができる。また、チューナ６０は２つのスラグ６１ａ，６１ｂを移動することによりインピーダンス整合を行うことができるスラグチューナを構成しているのでコンパクトで低損失である。さらに、このようにチューナ６０と表面波プラズマ発生用アンテナ８１とが近接し、集中定数回路を構成してかつ共振器として機能することにより、表面波プラズマ発生用アンテナ８１に至るまでのインピーダンス不整合を高精度で解消することができ、実質的に不整合部分をプラズマ空間とすることができるので、チューナ６０により高精度のプラズマ制御が可能となる。
【００７９】
さらにまた、スラグを駆動ささせるための駆動伝達部、駆動ガイド部、保持部に相当するものを内側導体５３の内部に設けたので、スラグ６１ａ，６１ｂの駆動機構を小型化することができ、マイクロ波放射機構４１を小型化することができる。
【００８０】
ところで、本実施形態のようにプラズマを生成するために電磁波をアンテナより放射する装置において、実際にアンテナから放射されている実効電力を知ることは極めて重要である。従来は、アンテナから放射する電力ではなく、電源から出力されている電力、または電源とチューナとの間の電力を検出していた。しかしながら、例えば、チューナとアンテナとの間で電力損失や電磁界漏洩が生じたりする場合、電源から例えば１０００Ｗ出力されている電力が出力されていても、アンテナからは例えば５００Ｗしか放射されていな場合もあり得る。このような場合、部材の変質、変形、焼損などが起こる可能性がある。
【００８１】
一方、プラズマ源をＯＮした際に、プラズマが実際に着火しているか否かを監視することは極めて重要である。なぜならば、プラズマが着火しなかったり、着火していてもその後失火したりした場合には、そのままプロセスを進行すると、実際には処理が行われていないウエハがプロセスを行ったものとして次のプロセスに移り、不良品となってしまう。またプラズマが点灯していない状態で電力がチャンバへ送られる場合には、ほとんど負荷のない状態で電力が送られている状態になるので、場合によっては過度な反射電力がチャンバから電源に送られ、電源または電源とチャンバを繋ぐ線路に多大なダメージを及ぼす可能性がある。従来は、このようなプラズマの着火不良、失火等を検出する手段としてチャンバ側面などに形成された窓にプラズマ発光センサが用いられていた。しかしながら、このようなプラズマ発光センサの場合、全体のプラズマの着火の有無は把握できても、本実施形態のような複数のマイクロ波放射機構４１を用いる場合には、その中の一部にプラズマが着火（点灯）していないものがあってもそれを検出することは困難である。
【００８２】
そこで、本実施形態では、各マイクロ波放射機構４１にセンサ挿入孔１１０を設け、そのセンサ挿入孔１１０に電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３を挿入して、一つのマイクロ波放射機構４１の表面波プラズマ発生用アンテナ８１から放射されるマイクロ波の電力の値、または、一つのマイクロ波放射機構４１におけるプラズマの着火（点灯）の有無を把握する。
【００８３】
電界センサ１１２は、上述したように、同軸ケーブルの先端に外部導体１２２が存在しない切欠部１２４を設けてモノポールアンテナ構造とすることにより、先端の切欠部１２４を介して天板８３からの電磁波を入力することにより、天板８３の電界を検出し、これにより、表面波プラズマ発生用アンテナ８１からの出力パワーを直接モニタすることができる。
【００８４】
電界センサ１１２により検出された信号は、計測部１２６により計測され、計測部１２６に予め記憶された所定の値と比較することにより、表面波プラズマ発生用アンテナ８１から正常に電磁波が放射されているか否かを把握することができる。例えば、電源から電力を１０００Ｗ供給しているときに適切な電子密度が得られ、適切なプロセス結果が得られているとすると、そのときに電界センサ１１２が検出した電界値（例えば、ピーク値や実効値）をモニタしておけば、その値と実測値とを比較することにより、正常な電力が表面波プラズマ発生用アンテナ８１から放射しているか否かの判断を行うことができる。
【００８５】
また、電界センサ１１２は、マイクロ波が照射された側に位置し、天板８３を介してプラズマと接しているので、例えばプラズマの条件（ガス種、圧力等）を変化したときの表面波プラズマ発生用アンテナ８１の出力電界値の変化をモニタすることにより、プラズマのインピーダンスの変化を把握することができる。プラズマインピーダンスの値が高くなれば電界値は高くなる。これにより、プロセスに応じて適切なプラズマ条件を得るための電力値を把握することが可能となる。
【００８６】
さらに、電界センサ１１２をプラズマの着火・失火検出手段として用いることもできる。具体的には、電界センサ１１２からの信号と予め測定しておいた着火時の信号とを比較することで、着火・失火を判断することができる。これにより、従来のようにチャンバ側面に窓を設置することが不要であり、従来よりも単純な構造で遙かに安価な着火・失火検出手段を実現することができる。
【００８７】
プラズマ発光センサ１１３は、受光素子により天板８３を通してプラズマの発光を直接検出するので十分な発光強度を得ることができ、各マイクロ波放射機構４１の直下のプラズマ着火または失火を高い精度で検出することができる。
【００８８】
この場合に、高精度に電力の値やプラズマの着火の有無を把握するためには、表面波プラズマ発生用アンテナ８１のスロットの内側に対応する位置でこれらを検出することが好ましい。そのためには、遅波材８２および表面波プラズマ発生用アンテナ８１のスロットの内側に対応する位置にセンサ挿入孔を設ける必要があるが、スロットの内側に対応する位置に１箇所のセンサ挿入孔を形成すると、遅波材８２内の電磁波を乱し、プラズマ中へ不均一な電磁波を放射してしまい、電界分布が偏心してしまう。
【００８９】
例えば、図１１（ａ）には、スロットが５つの表面波プラズマ発生用アンテナを用い、センサ挿入孔を１箇所設けた場合の電界シミュレーションの結果を示すが、電界分布がセンサ挿入孔側に偏心しているのがわかる。
【００９０】
そこで、本実施形態では、表面波プラズマ発生用アンテナ８１のスロット１３１の数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の個数のセンサ挿入孔１１０を、同軸構造の導波路４４の軸を中心にして同一の円周上に均等（等角度）に設け、これらの少なくとも一つに電界センサ１１２またはプラズマ発光センサ１１３を挿入することとしている。これにより、センサ挿入孔の電磁波への影響が打ち消し合って、電界分布を乱すことなく、アンテナから出力される電力やアンテナ直下のプラズマ状態を検出することができる。
【００９１】
図１１（ｂ）は、５個のスロットを有する表面波プラズマ発生用アンテナにおいて、センサ挿入孔を同軸構造の導波路４４の軸を中心にして同一の円周上に５個均等（等角度）に設けた場合の電界シミュレーション結果であるが、このように本実施形態に従ってセンサ挿入孔１１０を形成することにより、電界分布の偏心を防止することができることが確認された。
【００９２】
センサ挿入孔を５個均等に設け、センサ挿入孔にプラグを挿入した場合における、プラグ（センサ挿入孔）の回転角度、径方向の位置、プラグ（センサ挿入孔）の直径による電界のばらつきを調査した。比較のため、プラグ（センサ挿入孔）を設けない場合、およびプラグ（センサ挿入孔）を１個のみ設けた場合についても同様に電界のばらつきを調査した。その際の回転角度、径方向の位置、プラグ直径の説明および電界のばらつきの結果を図１２（ａ），（ｂ）に示す。なお、図１２（ｂ）におけるサークル１はアンテナ中心から半径６５ｍｍの領域の電界のばらつきであり、サークル２はアンテナ中心から半径３７．５ｍｍの領域の電界のばらつきである。
【００９３】
図１２（ｂ）において、Ｎｏ．１はプラグを設けない場合、Ｎｏ．２はプラグを１個のみ設けた場合、Ｎｏ．３〜１３はプラグを５個設けた場合であり、Ｎｏ．３〜７は回転角度を変化させたもの、Ｎｏ．８〜１０は径方向位置を変化させたもの、Ｎｏ．１１〜１３はプラグ径を変化させたものである。図１２（ｂ）に示すように、プラグが１個のみの場合には、サークル２において円周方向のばらつきが大きくなっているが、プラグを５個設けた場合には、プラグが導波路中心軸を中心とする円の同一円周上にあり、スロットと同じ数均等に設けられていれば、回転角度、径方向の位置、プラグ直径とは関係なく、プラグがない場合と同等の電界分布が得られることがわかる。
【００９４】
また、センサ挿入孔１１０の先端は天板８３に接するため、センサ挿入孔１１０内部から電磁波（マイクロ波）が漏洩し、センサによる計測に悪影響を与えることが懸念される。しかし、電磁波は距離が大きくなると減衰するため、電磁波の影響が懸念される部分、すなわち電界センサ１１２の場合には計測基板、プラズマ発光センサ１１３の場合には受光素子を、天板８３の裏面からある程度離すことによりそのような悪影響を回避することができる。例えば、マイクロ波の波長が３４８ｍｍ（周波数８６０ＭＨｚ）で、センサ挿入孔１１０の径が３．０ｍｍの場合、図１３に示すように、接触面から４．０ｍｍ離れた位置で減衰定数が５０ｄＢとなり、十分な減衰定数が得られる。したがって、この場合には、電界センサ１１２の計測基板、またはプラズマ発光センサ１１３の受光素子を天板８３の裏面から４．０ｍｍ以上離せば、天板８３からの電磁波の影響を回避することができる。また、使用波長に比べて十分にセンサ挿入孔１１０の径を小さくすることによってもこのような悪影響を回避することができる。
【００９５】
本実施形態では、センサとして電界センサ１１２を用いる場合、天板８３に対してセンサ挿入孔１１０を形成することにより、大気中へ細穴空間を形成して、そこから電力を取り出すこととなるため、そこでの電力損失が懸念される。しかし、取り出す電力はセンサ挿入孔１１０の径、電界センサ１１２のモノポールアンテナを最適化することにより電源出力電力に対して十分に減衰（例えば−６０ｄＢ）させることができるので、電力損失を十分に小さくしつつ十分な電力を取り出すことができる。
【００９６】
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。例えば、マイクロ波出力部３０やマイクロ波供給部４０の構成等は、上記実施形態に限定されるものではない。具体的には、アンテナから放射されるマイクロ波の指向性制御を行ったり円偏波にしたりする必要がない場合には、位相器は不要である。
【００９７】
また、上記実施形態においては、プラズマ処理装置としてエッチング処理装置を例示したが、これに限らず、成膜処理、酸窒化膜処理、アッシング処理等の他のプラズマ処理にも用いることができる。さらに、被処理基板は半導体ウエハＷに限定されず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１；チャンバ
２；マイクロ波プラズマ源
１１；サセプタ
１２；支持部材
１５；排気管
１６；排気装置
１７；搬入出口
２０；シャワープレート
３０；マイクロ波出力部
３１；マイクロ波電源
３２；マイクロ波発振器
４０；マイクロ波供給部
４１；マイクロ波放射機構
４３；アンテナ部
４４；導波路
５２；外側導体
５３；内側導体
５４；給電機構
５５；マイクロ波電力導入ポート
５６；同軸線路
５８；反射板
６０；チューナ
８１；表面波プラズマ発生用アンテナ
８２；遅波材
８３；天板
１００；表面波プラズマ処理装置
１１０；センサ挿入孔
１１２；電界センサ
１１３；プラズマ発光センサ
１４０；制御部
Ｗ；半導体ウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に表面波プラズマを形成するための表面波プラズマ源におけるマイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路に設けられ、マイクロ波をチャンバ内に放射するマイクロ波放射機構であって、
前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射して表面波プラズマを発生させる表面波プラズマ発生用アンテナと、
前記マイクロ波伝送路の前記表面波プラズマ発生用アンテナの上流側に設けられた誘電体からなる遅波材と、
前記マイクロ波伝送路の前記表面波プラズマ発生用アンテナの下流側に設けられ、前記表面波プラズマ発生用アンテナから放射されたマイクロ波により前記表面波プラズマを生成するための電界が形成される誘電体部材と、
前記表面波プラズマ発生用アンテナから放射されたマイクロ波の電力を計測するために前記誘電体部材の電界を検出する電界センサ、または、前記誘電体部材を介して表面波プラズマの発光を検出するプラズマ発光センサと、
前記遅波材および前記表面波プラズマ発生用アンテナを貫通するように設けられ、前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサが挿入されるセンサ挿入孔と、
を具備し、
前記センサ挿入孔は、前記遅波材および前記表面波プラズマ発生用アンテナの前記スロット内側に対応する領域に、前記マイクロ波伝送路の軸を中心とした同一の円周上に前記スロットのｎ倍（ただし、ｎは１以上の整数）の個数が均等に形成されており、
前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサは、前記センサ挿入孔の少なくとも一つに挿入されていることを特徴とするマイクロ波放射機構。
【請求項２】
前記電界センサは、先端にモノポール部分を有する同軸ケーブルで構成され、前記誘電体部材に前記モノポール部分を接触または近接させることにより、前記誘電体部材に生じている電界をモニタすることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波放射機構。
【請求項３】
前記電界センサは、前記表面波プラズマ発生用アンテナから正常に電磁波が放射されているか否かを把握する機能、プロセスに応じて適切なプラズマ条件を得るための電力値を把握する機能、および、プラズマの着火または失火を検出する機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波放射機構。
【請求項４】
前記プラズマ発光センサは、前記誘電体部材を介してプラズマの発光を検出する受光素子を有し、受光素子が前記誘電体部材に接触または近接していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波放射機構。
【請求項５】
前記センサ挿入孔のうち、前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサが挿入されていないものについて、電磁波漏洩防止用のプラグが挿入されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマイクロ波放射機構。
【請求項６】
マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構および生成されたマイクロ波をチャンバ内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して前記チャンバ内に供給されたガスによる表面波プラズマを生成する表面波プラズマ源であって、
前記のマイクロ波放射機構として、請求項１から請求項５のいずれかに記載のものを用いることを特徴とする表面波プラズマ源。
【請求項７】
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、
マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構および生成されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して前記チャンバ内に供給されたガスによる表面波プラズマを生成する表面波プラズマ源と
を具備し、
前記チャンバ内の被処理基板に対して前記表面波プラズマにより処理を施す表面波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波放射機構として、請求項１から請求項５のいずれかに記載のものを用いることを特徴とする表面波プラズマ処理装置。
【請求項１】
チャンバ内に表面波プラズマを形成するための表面波プラズマ源におけるマイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路に設けられ、マイクロ波をチャンバ内に放射するマイクロ波放射機構であって、
前記マイクロ波伝送路を伝送されてきたマイクロ波を、スロットを介して前記チャンバ内に放射して表面波プラズマを発生させる表面波プラズマ発生用アンテナと、
前記マイクロ波伝送路の前記表面波プラズマ発生用アンテナの上流側に設けられた誘電体からなる遅波材と、
前記マイクロ波伝送路の前記表面波プラズマ発生用アンテナの下流側に設けられ、前記表面波プラズマ発生用アンテナから放射されたマイクロ波により前記表面波プラズマを生成するための電界が形成される誘電体部材と、
前記表面波プラズマ発生用アンテナから放射されたマイクロ波の電力を計測するために前記誘電体部材の電界を検出する電界センサ、または、前記誘電体部材を介して表面波プラズマの発光を検出するプラズマ発光センサと、
前記遅波材および前記表面波プラズマ発生用アンテナを貫通するように設けられ、前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサが挿入されるセンサ挿入孔と、
を具備し、
前記センサ挿入孔は、前記遅波材および前記表面波プラズマ発生用アンテナの前記スロット内側に対応する領域に、前記マイクロ波伝送路の軸を中心とした同一の円周上に前記スロットのｎ倍（ただし、ｎは１以上の整数）の個数が均等に形成されており、
前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサは、前記センサ挿入孔の少なくとも一つに挿入されていることを特徴とするマイクロ波放射機構。
【請求項２】
前記電界センサは、先端にモノポール部分を有する同軸ケーブルで構成され、前記誘電体部材に前記モノポール部分を接触または近接させることにより、前記誘電体部材に生じている電界をモニタすることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波放射機構。
【請求項３】
前記電界センサは、前記表面波プラズマ発生用アンテナから正常に電磁波が放射されているか否かを把握する機能、プロセスに応じて適切なプラズマ条件を得るための電力値を把握する機能、および、プラズマの着火または失火を検出する機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波放射機構。
【請求項４】
前記プラズマ発光センサは、前記誘電体部材を介してプラズマの発光を検出する受光素子を有し、受光素子が前記誘電体部材に接触または近接していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波放射機構。
【請求項５】
前記センサ挿入孔のうち、前記電界センサまたは前記プラズマ発光センサが挿入されていないものについて、電磁波漏洩防止用のプラグが挿入されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマイクロ波放射機構。
【請求項６】
マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構および生成されたマイクロ波をチャンバ内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して前記チャンバ内に供給されたガスによる表面波プラズマを生成する表面波プラズマ源であって、
前記のマイクロ波放射機構として、請求項１から請求項５のいずれかに記載のものを用いることを特徴とする表面波プラズマ源。
【請求項７】
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構と、
マイクロ波を生成するマイクロ波生成機構および生成されたマイクロ波を前記チャンバ内に放射する複数のマイクロ波放射機構を有し、前記チャンバ内にマイクロ波を放射して前記チャンバ内に供給されたガスによる表面波プラズマを生成する表面波プラズマ源と
を具備し、
前記チャンバ内の被処理基板に対して前記表面波プラズマにより処理を施す表面波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波放射機構として、請求項１から請求項５のいずれかに記載のものを用いることを特徴とする表面波プラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−７７４４１（Ｐ２０１３−７７４４１Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６５４０（Ｐ２０１１−２１６５４０）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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