特開 2023-9435 プラズマ処理装置及びシースの厚さを求める方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023009435

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置及びシースの厚さを求める方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/00 20060101AFI20230113BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230113BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20230113BHJP

【ＦＩ】

H05H1/00 A

H01L21/302 103

H05H1/46 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021112704

(22)【出願日】2021-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(72)【発明者】

【氏名】久保田 紳治

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084CC12

2G084CC13

2G084CC14

2G084CC33

2G084DD24

2G084DD37

2G084DD38

2G084DD55

2G084FF15

2G084HH02

2G084HH06

2G084HH27

2G084HH30

2G084HH34

2G084HH42

2G084HH44

5F004AA16

5F004BA09

5F004BB13

5F004BB22

5F004BB23

5F004CA06

5F004CB01

(57)【要約】

【課題】基板上のシースの厚さを求める技術を提供する。
【解決手段】開示されるプラズマ処理装置では、誘電体部材がチャンバ内で基板支持部の外周を囲んでいる。第１及び第２の受信器の各々の受信アンテナと送信器の送信アンテナが、誘電体部材の下方に設けられている。送信器は、誘電体部材を介して上方にマイクロ波を送信する。第１及び第２の受信器は、シースとプラズマとの界面で反射されたマイクロ波を、誘電体部材を介して受信する。第１の受信器の受信アンテナと送信アンテナが配置されている第１の領域と第２の受信器の受信アンテナが配置されている第２の領域とは、基板支持部の中心軸線に対して軸対称である。演算部が、第１の受信器によって受信されるマイクロ波の信号強度の第２の受信器によって受信されるマイクロ波の信号強度に対する比の値からシースの厚さを求める。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、
電極を含み、前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
前記チャンバ内でプラズマを生成するように構成されたプラズマ生成部と、
前記電極に電気バイアスエネルギーを供給するように構成されたバイアス電源と、
前記基板支持部を囲むように前記基板支持部の外周に沿って配置された誘電体部材と、
各々が前記誘電体部材の下方に配置された送信アンテナを含み、前記誘電体部材を介して上方にマイクロ波を送信するように構成された一つ以上の送信器と、
各々が前記誘電体部材の下方に配置された受信アンテナを含み、前記基板支持部上のシースとプラズマとの界面で反射されたマイクロ波を前記誘電体部材を介して受信するように構成された二つ以上の受信器であり、該二つ以上の受信器のうち第１の受信器の前記受信アンテナと前記一つ以上の送信器のうち一つの送信器の前記送信アンテナが配置されている第１の領域と該二つ以上の受信器のうち第２の受信器の前記受信アンテナが配置されている第２の領域とは、前記基板支持部の中心軸線に対して軸対称である、該二つ以上の受信器と、
前記一つの送信器によって送信されて前記第１の受信器によって受信される前記マイクロ波の第１の信号強度と、前記一つの送信器によって送信されて前記第２の受信器によって受信される前記マイクロ波の第２の信号強度に対する比の値から前記シースの厚さを求めるように構成された演算部と、
を備えるプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記演算部は、前記基板支持部上に載置された基板の電位を前記シースの厚さから求めるように構成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記演算部は、前記第１の受信器によって受信される前記マイクロ波の信号強度が周期的且つ最も急激に増加するタイミングを検出することにより前記電気バイアスエネルギーの周期の位相を検出するように、構成されている、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記第１の受信器の前記受信アンテナは、前記一つの送信器の前記送信アンテナの近傍に配置されている、請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記一つ以上の送信器として複数の送信器を備え、
前記二つ以上の受信器として複数の受信器を備え、
前記複数の送信器の送信アンテナ及び前記複数の受信器の受信アンテナは、前記誘電体部材の下方で前記中心軸線を中心に周方向に沿って配列されており、
前記複数の送信器及び前記複数の受信器は、該複数の送信器のうち一つの送信器と該複数の受信器のうち対応の第１の受信器及び対応の第２の受信器を各々が含む複数のグループを構成し、
前記複数のグループの各々において、前記一つの送信器の前記送信アンテナと前記対応の第１の受信器の前記受信アンテナが配置されている第１の領域と前記対応の第２の受信器の前記受信アンテナが配置されている第２の領域とは、前記中心軸線に対して軸対称であり、
前記演算部は、前記複数のグループの各々について、前記一つの送信器によって送信されて前記対応の第１の受信器によって受信される前記マイクロ波の第１の信号強度と、前記一つの送信器によって送信されて前記対応の第２の受信器によって受信される前記マイクロ波の第２の信号強度と、を取得し、前記第１の信号強度の前記第２の信号強度に対する比の値から前記シースの厚さを求めることにより、シースの複数の厚さを求めるように構成されている、
請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記複数のグループの各々において、前記対応の第１の受信器の前記受信アンテナは、前記一つの送信器の前記送信アンテナの近傍に配置されている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有し、
前記複数の送信器は、前記電気バイアスエネルギーが前記電極に供給されているときに、前記バイアス周波数の逆数の時間長を有する周期内で前記マイクロ波を順に送信するように構成されている、
請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記電気バイアスエネルギーは、前記バイアス周波数を有する高周波バイアス電力であるか、前記バイアス周波数の逆数の時間間隔で発生される電圧のパルスである、請求項７に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記誘電体部材は、石英又はセラミックから形成されている、請求項１～８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記演算部は、前記比の値と前記シースの厚さの予め定められた関係に基づき、前記シースの厚さを求めるように構成されている、請求項１～９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記誘電体部材は第１の誘電体部材であり、
該プラズマ処理装置は、
前記第１の誘電体部材を囲むように該第１の誘電体部材の外周に沿って配置された第２の誘電体部材と、
各々が前記第２の誘電体部材の下方に配置された送信アンテナを有し、該第２の誘電体部材を介して上方にマイクロ波を送信するように構成された一つ以上の別の送信器と、
各々が前記第２の誘電体部材の下方に配置された受信アンテナを有し、前記界面で反射されたマイクロ波を、前記第２の誘電体部材を介して受信するように構成された二つ以上の別の受信器であり、第３の受信器及び第４の受信器を含み、該第３の受信器の前記受信アンテナと前記一つ以上の別の送信器のうち一つの送信器の前記送信アンテナが配置されている第３の領域と該第４の受信器の前記受信アンテナが配置されている第４の領域とは、前記中心軸線に対して軸対称である、該二つ以上の別の受信器と、
を更に備え、
前記第３の領域は、前記中心軸線に直交する径方向に沿って前記第１の領域と整列されており、
前記演算部は、前記一つ以上の別の送信器のうち前記一つの送信器によって送信されて前記第３の受信器によって受信される前記マイクロ波の第３の信号強度と、前記一つ以上の別の送信器のうち前記一つの送信器によって送信されて前記第４の受信器によって受信される前記マイクロ波の第４の信号強度と、を取得し、前記第３の信号強度の前記第４の信号強度に対する比の値から前記シースの厚さを求めるように構成されている、
請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

前記第３の受信器の前記受信アンテナは、前記一つ以上の別の送信器のうち前記一つの送信器の前記送信アンテナの近傍に配置されている、請求項１１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項13】

前記演算部は、
前記第１の受信器で前記マイクロ波が受信されている場合に、前記第１の信号強度の前記第２の信号強度に対する前記比の値から求められる前記シースの厚さを採用し、
前記第１の受信器で前記マイクロ波が受信されていない場合に、前記第３の信号強度の前記第４の信号強度に対する前記比の値から求められる前記シースの厚さを採用する、
ように構成されている、請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項14】

前記一つ以上の送信器として複数の送信器を備え、
前記二つ以上の受信器として複数の受信器を備え、
前記複数の送信器の送信アンテナ及び前記複数の受信器の受信アンテナは、前記第１の誘電体部材の下方で前記中心軸線を中心に周方向に沿って配列されており、
前記複数の送信器及び前記複数の受信器は、該複数の送信器のうち一つの送信器と該複数の受信器のうち対応の第１の受信器及び対応の第２の受信器を各々が含む複数のグループを構成し、
前記複数のグループの各々において、前記一つの送信器の前記送信アンテナと前記対応の第１の受信器の前記受信アンテナが配置されている第１の領域と前記対応の第２の受信器の前記受信アンテナが配置されている第２の領域とは、前記中心軸線に対して軸対称であり、
前記演算部は、前記複数のグループの各々について、前記一つの送信器によって送信されて前記対応の第１の受信器によって受信される前記マイクロ波の第１の信号強度と、前記一つの送信器によって送信されて前記対応の第２の受信器によって受信される前記マイクロ波の第２の信号強度と、を取得し、前記第１の信号強度の前記第２の信号強度に対する比の値から前記シースの厚さを求めることにより、シースの複数の厚さを求めるように構成されており、
前記一つ以上の別の送信器として複数の別の送信器を備え、
前記二つ以上の別の受信器として複数の別の受信器を備え、
前記複数の別の送信器の送信アンテナ及び前記複数の別の受信器の受信アンテナは、前記第２の誘電体部材の下方で前記中心軸線を中心に周方向に沿って配列されており、
前記複数の別の送信器及び前記複数の別の受信器は、前記複数の別の送信器のうち一つの送信器と前記複数の別の受信器のうち対応の第３の受信器及び対応の第４の受信器を各々が含む複数の別のグループを構成し、
前記複数の別のグループの各々において、前記一つの送信器の前記送信アンテナと前記対応の第３の受信器の前記受信アンテナが配置されている第３の領域と前記対応の第４の受信器の前記受信アンテナが配置されている第４の領域とは、前記中心軸線に対して軸対称であり、
前記複数の別のグループの各々の前記一つの送信器の前記送信アンテナと前記対応の第３の受信器の前記受信アンテナが配置されている前記第３の領域は、前記複数のグループのうち対応のグループの前記一つの送信器の前記送信アンテナと前記対応の第１の受信器の前記受信アンテナが配置されている前記第１の領域と前記径方向に沿って整列されており、
前記演算部は、前記複数の別のグループの各々について、前記一つの送信器によって送信されて前記対応の第３の受信器によって受信される前記マイクロ波の第３の信号強度と、前記一つの送信器によって送信されて前記対応の第４の受信器によって受信される前記マイクロ波の第４の信号強度と、を取得し、前記第３の信号強度の前記第４の信号強度に対する比の値から前記シースの厚さを求めることにより、シースの複数の厚さを求めるように構成されている、
請求項１１～１３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項15】

前記複数の別のグループの各々において、前記対応の第３の受信器の前記受信アンテナは、前記一つの送信器の前記送信アンテナの近傍に配置されている、請求項１４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項16】

前記電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有し、
前記複数の送信器は、前記電気バイアスエネルギーが前記電極に供給されているときに、前記バイアス周波数の逆数の時間長を有する周期内で前記マイクロ波を順に送信するように構成されており、
前記複数の別の送信器は、前記周期内で前記マイクロ波を順に送信するように構成されており、
請求項１４又は１５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項17】

前記電気バイアスエネルギーは、前記バイアス周波数を有する高周波バイアス電力であるか、前記バイアス周波数の逆数の時間間隔で発生される電圧のパルスである、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。

【請求項18】

前記第１の誘電体部材及び前記第２の誘電体部材は、石英又はセラミックから形成されている、請求項１１～１７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項19】

前記演算部は、前記比の値と前記シースの厚さの予め定められた関係に基づき、前記シースの厚さを求めるように構成されている、請求項１１～１８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項20】

シースの厚さを求める方法であって、
プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する工程であり、該プラズマ処理装置は該チャンバ内に設けられた基板支持部及び該基板支持部を囲むように前記基板支持部の外周に沿って配置された誘電体部材を含む、該工程と、
前記基板支持部の電極に電気バイアスエネルギーを供給する工程と、
送信器を用いて、前記誘電体部材を介して上方にマイクロ波を送信する工程であり、該送信器は、前記誘電体部材の下方に配置された送信アンテナを有する、該工程と、
第１の受信器及び第２の受信器を用いて、前記基板支持部上のシースとプラズマとの界面で反射された前記マイクロ波を、前記誘電体部材を介して受信する工程であり、該第１の受信器の受信アンテナ及び該第２の受信器の受信アンテナは、前記誘電体部材の下方に配置されており、該第１の受信器の該受信アンテナと前記送信アンテナが配置されている第１の領域と該第２の受信器の該受信アンテナが配置されている第２の領域とは、前記基板支持部の中心軸線に対して軸対称である、該工程と、
前記第１の受信器によって受信される前記マイクロ波の第１の信号強度の前記第２の受信器によって受信される前記マイクロ波の第２の信号強度に対する比の値から前記シースの厚さを求める工程と、
を含む、シースの厚さを求める方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理装置及びシースの厚さを求める方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

プラズマ処理装置が基板に対する処理において用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ及び基板支持部を備える。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。基板支持部は、その上に載置される基板を支持する。基板支持部は、電極を有する。基板支持部の電極には、プラズマから基板に供給されるイオンのエネルギーを調整するために電気バイアスエネルギーが供給される。下記の特許文献１は、基板に供給されるイオンのエネルギーを推定するために、電気バイアスエネルギーの伝送線路における電圧を測定する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００４／０１１６０８０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、基板上のシースの厚さを求める技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、プラズマ生成部、バイアス電源、誘電体部材、一つ以上の送信器、二つ以上の受信器、及び演算部を備える。基板支持部は、電極を含み、チャンバ内に設けられている。プラズマ生成部は、チャンバ内でプラズマを生成するように構成されている。バイアス電源は、基板支持部の電極に電気バイアスエネルギーを供給するように構成されている。誘電体部材は、基板支持部を囲むように基板支持部の外周に沿って配置されている。一つ以上の送信器の各々は、誘電体部材の下方に配置された送信アンテナを含む。一つ以上の送信器は、誘電体部材を介して上方にマイクロ波を送信するように構成されている。二つ以上の受信器の各々は、誘電体部材の下方に配置された受信アンテナを含む。二つ以上の受信器は、基板支持部上のシースとプラズマとの界面で反射されたマイクロ波を、誘電体部材を介して受信するように構成されている。二つ以上の受信器は第１の受信器及び第２の受信器を含む。第１の受信器の受信アンテナと一つの送信器の送信アンテナが配置されている第１の領域と第２の受信器の受信アンテナが配置されている第２の領域とは、基板支持部の中心軸線に対して軸対称である。演算部は、一つの送信器によって送信されて第１の受信器によって受信されるマイクロ波の第１の信号強度と、一つの送信器によって送信されて第２の受信器によって受信されるマイクロ波の第２の信号強度と、を取得する。演算部は、第１の信号強度の第２の信号強度に対する比の値からシースの厚さを求めるように構成されている。

【発明の効果】

【0006】

一つの例示的実施形態によれば、基板上のシースの厚さを求めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。

【図2】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における複数の送信器の送信アンテナと複数の受信器の受信アンテナの配置を示す図である。

【図3】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における送信器を示す断面図である。

【図4】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における受信器を示す断面図である。

【図5】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置におけるマイクロ波の送信及び受信の一例のタイミングチャートである。

【図6】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における受信信号強度の決定方法を説明する図である。

【図7】一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における電気バイアスエネルギー、基板の電位、及び受信器の受信信号強度の一例のタイミングチャートである。

【図8】別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。

【図9】別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における複数の送信器と複数の受信器の配置を示す図である。

【図10】図１０の（ａ）及び図１０の（ｂ）は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置におけるシースの厚さと幾つかの受信器の受信信号強度との関係を示す図である。

【図11】図１１の（ａ）は別の例示的実施形態に係る送信器のアンテナを示す図であり、図１１の（ｂ）は別の例示的実施形態に係る送信器の構成を示す図である。

【図12】一つの例示的実施形態に係るシースの厚さを求める方法の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

【0009】

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、プラズマ生成部、バイアス電源、誘電体部材、一つ以上の送信器、二つ以上の受信器、及び演算部を備える。基板支持部は、電極を含み、チャンバ内に設けられている。プラズマ生成部は、チャンバ内でプラズマを生成するように構成されている。バイアス電源は、基板支持部の電極に電気バイアスエネルギーを供給するように構成されている。誘電体部材は、基板支持部を囲むように基板支持部の外周に沿って配置されている。一つ以上の送信器の各々は、誘電体部材の下方に配置された送信アンテナを含む。一つ以上の送信器は、誘電体部材を介して上方にマイクロ波を送信するように構成されている。二つ以上の受信器の各々は、誘電体部材の下方に配置された受信アンテナを含む。二つ以上の受信器は、基板支持部上のシースとプラズマとの界面で反射されたマイクロ波を、誘電体部材を介して受信するように構成されている。二つ以上の受信器は第１の受信器及び第２の受信器を含む。第１の受信器の受信アンテナと一つの送信器の送信アンテナが配置されている第１の領域と第２の受信器の受信アンテナが配置されている第２の領域とは、基板支持部の中心軸線に対して軸対称である。演算部は、一つの送信器によって送信されて第１の受信器によって受信されるマイクロ波の第１の信号強度と、一つの送信器によって送信されて第２の受信器によって受信されるマイクロ波の第２の信号強度と、を取得する。演算部は、第１の信号強度の第２の信号強度に対する比の値からシースの厚さを求めるように構成されている。

【0010】

上記実施形態のプラズマ処理装置では、基板上のシースの厚さが薄いほど、第１の受信器によって受信されるマイクロ波の信号強度が、第２の受信器によって受信されるマイクロ波の信号強度に対して相対的に大きくなる。したがって、この実施形態によれば、第１の信号強度の第２の信号強度に対する比の値からシースの厚さを求めることが可能となる。

【0011】

一つの例示的実施形態において、演算部は、基板支持部上に載置された基板の電位をシースの厚さから求めるように構成されていてもよい。

【0012】

一つの例示的実施形態において、演算部は、第１の受信器によって受信されるマイクロ波の信号強度が周期的且つ最も急激に増加するタイミングを検出することにより電気バイアスエネルギーの周期の位相を検出するように、構成されていてもよい。

【0013】

一つの例示的実施形態において、第１の受信器の受信アンテナは、一つの送信器の送信アンテナの近傍に配置されていてもよい。

【0014】

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、一つ以上の送信器として複数の送信器を備えていてもよく、二つ以上の受信器として複数の受信器を備えていてもよい。複数の送信器及び複数の受信器は、基板支持部の中心軸線の周りで周方向に沿って配列されている。複数の送信器の送信アンテナ及び複数の受信器の受信アンテナは、誘電体部材の下方で中心軸線を中心に周方向に沿って配列されている。複数の送信器及び複数の受信器は、複数のグループを構成する。複数のグループの各々は、複数の送信器のうち一つの送信器と複数の受信器のうち対応の第１の受信器及び対応の第２の受信器を含む。複数のグループの各々において、一つの送信器の送信アンテナと対応の第１の受信器の受信アンテナが配置されている第１の領域と対応の第２の受信器の受信アンテナが配置されている第２の領域とは、基板支持部の中心軸線に対して軸対称である。演算部は、複数のグループの各々について、第１の信号強度及び第２の信号強度を取得する。第１の信号強度は、一つの送信器によって送信されて対応の第１の受信器によって受信されるマイクロ波の強度である。第２の信号強度は、一つの送信器によって送信されて対応の第２の受信器によって受信されるマイクロ波の強度である。演算部は、第１の信号強度の第２の信号強度に対する比の値からシースの厚さを求める。これにより、演算部は、シースの複数の厚さを求める。

【0015】

一つの例示的実施形態では、複数のグループの各々において、対応の第１の受信器の受信アンテナは、一つの送信器の送信アンテナの近傍に配置されていてもよい。

【0016】

一つの例示的実施形態において、電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有する。複数の送信器は、電気バイアスエネルギーが基板支持部の電極に供給されているときに、バイアス周波数の逆数の時間長を有する周期内でマイクロ波を順に送信するように構成されていてもよい。

【0017】

一つの例示的実施形態において、電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有する高周波バイアス電力であってもよい。或いは、電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数の逆数の時間間隔で発生される電圧のパルスであってもよい。

【0018】

一つの例示的実施形態において、誘電体部材は、石英又はセラミックから形成されていてもよい。

【0019】

一つの例示的実施形態において、演算部は、比の値とシースの厚さの予め定められた関係に基づき、シースの厚さを求めるように構成されていてもよい。

【0020】

一つの例示的実施形態において、上記誘電体部材は第１の誘電体部材である。プラズマ処理装置は、第２の誘電体部材、一つ以上の別の送信器、及び二つ以上の別の受信器を更に備えていてもよい。第２の誘電体部材は、第１の誘電体部材を囲むように第１の誘電体部材の外周に沿って配置されている。一つ以上の別の送信器は、第２の誘電体部材の下方に配置された送信アンテナを含む。一つ以上の別の送信器の各々は、第２の誘電体部材を介して上方にマイクロ波を送信するように構成されている。二つ以上の別の受信器の各々は、第２の誘電体部材の下方に配置された受信アンテナを含む。二つ以上の別の受信器は、上記界面で反射されたマイクロ波を、第２の誘電体部材を介して受信するように構成されている。二つ以上の別の受信器は、第３の受信器及び第４の受信器を含む。第３の受信器の受信アンテナと一つ以上の別の送信器のうち一つの送信器の送信アンテナが配置されている第３の領域と第４の受信器の受信アンテナが配置されている第４の領域とは、基板支持部の中心軸線に対して軸対称である。第３の領域は、中心軸線に直交する径方向に沿って第１の領域と整列されている。演算部は、第３の信号強度及び第４の信号強度を取得する。第３の信号強度は、一つ以上の別の送信器のうち一つの送信器によって送信されて第３の受信器によって受信されるマイクロ波の強度である。第４の信号強度は、一つ以上の別の送信器のうち該一つの送信器によって送信されて第４の受信器によって受信されるマイクロ波強度である。演算部は、第３の信号強度の第４の信号強度に対する比の値からシースの厚さを求めるように構成されている。

【0021】

一つの例示的実施形態において、第３の受信器の受信アンテナは、一つ以上の別の送信器のうち一つの送信器の送信アンテナの近傍に配置されていてもよい。

【0022】

一つの例示的実施形態において、演算部は、第１の受信器でマイクロ波が受信されている場合に、第１の信号強度の第２の信号強度に対する比の値から求められるシースの厚さを採用してもよい。演算部は、第１の受信器でマイクロ波が受信されていない場合に、第３の信号強度の第４の信号強度に対する比の値から求められるシースの厚さを採用してもよい。

【0023】

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、一つ以上の送信器として複数の送信器を備えていてもよく。二つ以上の受信器として複数の受信器を備えていてもよい。複数の送信器の送信アンテナ及び複数の受信器の受信アンテナは、第１の誘電体部材の下方で中心軸線を中心に周方向に沿って配列されている。複数の送信器及び複数の受信器は、複数のグループを構成する。複数のグループの各々は、複数の送信器のうち一つの送信器と複数の受信器のうち対応の第１の受信器及び対応の第２の受信器を含む。複数のグループの各々において、一つの送信器の送信アンテナと対応の第１の受信器の受信アンテナが配置されている第１の領域と対応の第２の受信器の受信アンテナが配置されている第２の領域とは、基板支持部の中心軸線に対して軸対称である。演算部は、複数のグループの各々について、第１の信号強度と及びの第２の信号強度を取得する。第１の信号強度は、各グループにおいて、一つの送信器によって送信されて対応の第１の受信器によって受信されるマイクロ波の強度である。第２の信号強度は、各グループにおいて、一つの送信器によって送信されて対応の第２の受信器によって受信されるマイクロ波の強度である。演算部は、第１の信号強度の第２の信号強度に対する比の値からシースの厚さを求める。これにより、演算部は、シースの複数の厚さを求める。プラズマ処理装置は、一つ以上の別の送信器として複数の別の送信器を備えていてもよく、二つ以上の別の受信器として複数の別の受信器を備えていてもよい。複数の別の送信器の送信アンテナ及び複数の別の受信器の受信アンテナは、第２の誘電体部材の下方で中心軸線を中心に周方向に沿って配列されている。複数の別の送信器及び複数の別の受信器は、複数の別のグループを構成する。複数の別のグループの各々は、複数の別の送信器のうち一つの送信器と複数の別の受信器のうち対応の第３の受信器及び対応の第４の受信器を含む。複数の別のグループの各々において、一つの送信器の送信アンテナと対応の第３の受信器の受信アンテナが配置されている第３の領域と対応の第４の受信器の受信アンテナが配置されている第４の領域とは、基板支持部の中心軸線に対して軸対称である。複数の別のグループの各々の送信アンテナと第３の受信器の受信アンテナが配置されている第３の領域は、複数のグループのうち対応のグループの送信アンテナと第１の受信器の受信アンテナが配置されている第１の領域と径方向に沿って整列されている。演算部は、複数の別のグループの各々について、第３の信号強度と及びの第４の信号強度を取得する。第３の信号強度は、各グループにおいて、一つの送信器によって送信されて対応の第３の受信器によって受信されるマイクロ波の強度である。第４の信号強度は、各グループにおいて、一つの送信器によって送信されて対応の第４の受信器によって受信されるマイクロ波の強度である。演算部は、第３の信号強度の第４の信号強度に対する比の値からシースの厚さを求める。これにより、演算部は、シースの複数の厚さを求める。

【0024】

一つの例示的実施形態では、複数の別のグループの各々において、対応の第３の受信器の受信アンテナは、一つの送信器の送信アンテナの近傍に配置されていてもよい。

【0025】

一つの例示的実施形態において、電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有する。複数の送信器は、電気バイアスエネルギーが基板支持部の電極に供給されているときに、バイアス周波数の逆数の時間長を有する周期内でマイクロ波を順に送信するように構成されていてもよい。複数の別の送信器は、当該周期内でマイクロ波を順に送信するように構成されていてもよい。

【0026】

一つの例示的実施形態において、電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有する高周波バイアス電力であるか、バイアス周波数の逆数の時間間隔で発生される電圧のパルスであってもよい。

【0027】

一つの例示的実施形態において、第１の誘電体部材及び第２の誘電体部材は、石英又はセラミックから形成されていてもよい。

【0028】

一つの例示的実施形態において、演算部は、比の値とシースの厚さの予め定められた関係に基づき、シースの厚さを求めるように構成されていてもよい。

【0029】

別の例示的実施形態において、シースの厚さを求める方法が提供される。この方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する工程を含む。プラズマ処理装置は、チャンバ内に設けられた基板支持部及び該基板支持部を囲むように基板支持部の外周に沿って配置された誘電体部材を含む。方法は、基板支持部の電極に電気バイアスエネルギーを供給する工程を更に含む。方法は、送信器を用いて、誘電体部材を介して上方にマイクロ波を送信する工程を更に含む。送信器は、誘電体部材の下方に配置された送信アンテナを有する。方法は、第１の受信器及び第２の受信器を用いて、基板支持部上のシースとプラズマとの界面で反射されたマイクロ波を誘電体部材を介して受信する工程を更に含む。第１の受信器の受信アンテナ及び第２の受信器の受信アンテナは、誘電体部材の下方に配置されている。第１の受信器の受信アンテナと送信アンテナが配置されている第１の領域と第２の受信器の受信アンテナが配置されている第２の領域とは、基板支持部の中心軸線に対して軸対称である。方法は、第１の受信器によって受信されるマイクロ波の信号強度の第２の受信器によって受信されるマイクロ波の信号強度に対する比の値からシースの厚さを求める工程を更に含む。

【0030】

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

【0031】

図１は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、チャンバ１０を含んでいる。チャンバ１０は、その中に内部空間を提供している。チャンバ１０の中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線ＡＸである。チャンバ１０は、チャンバ本体１２及び天井部１４を含んでいてもよい。

【0032】

チャンバ本体１２は、略円筒形状を有する。チャンバ１０の内部空間は、チャンバ本体１２の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムのような金属から形成されており、接地されている。チャンバ本体１２の内壁面は、耐腐食性の膜で覆われていてもよい。

【0033】

天井部１４は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じるように設けられている。天井部１４は、後述する基板支持部１６の上方に設けられている。天井部１４は、上部電極を構成していてもよく、接地されていてもよい。天井部１４は、シャワーヘッドを提供していてもよい。具体的に、天井部１４は、その中にガス拡散室１４ｄを提供していてもよく、複数のガス孔１４ｈを提供していてもよい。複数のガス孔１４ｈは、ガス拡散室１４ｄから下方に延びて、チャンバ１０の内部空間に向けて開口している。ガス拡散室１４ｄには、ガス供給部１８が接続されている。ガス供給部１８からのガスは、ガス拡散室１４ｄ及び複数のガス孔１４ｈを介して、チャンバ１０の内部空間に導入される。なお、ガス供給部１８からのガスは、天井部１４とは別の部分からチャンバ１０内に導入されてもよい。

【0034】

プラズマ処理装置１は、排気装置２０を更に含んでいてもよい。排気装置２０は、自動圧力制御弁のような圧力制御器及びターボ分子ポンプ、ドライポンプのような減圧ポンプを含んでいる。排気装置２０は、チャンバ１０内のガスの圧力を指定された圧力に調整するように構成されている。

【0035】

プラズマ処理装置１は、基板支持部１６を更に含んでいる。基板支持部１６は、チャンバ１０の中に設けられている。基板支持部１６は、その上に載置される基板Ｗを支持するように構成されている。基板Ｗは、その中心が軸線ＡＸ上に位置するように基板支持部１６上に載置される。

【0036】

基板支持部１６は、基台２２及び静電チャック２４を含んでいてもよい。基台２２は、アルミニウムのような導体から形成されており、略円盤形状を有する。静電チャック２４は、基台２２上に設けられている。静電チャック２４は、その上に載置される基板Ｗを、静電引力により保持するように構成されている。

【0037】

基板支持部１６は、その上に搭載されるエッジリングＥＲを支持していてもよい。エッジリングＥＲは、環形状を有する。エッジリングＥＲは、その中心軸線が軸線ＡＸ上に位置するように、基板支持部１６上に搭載される。エッジリングＥＲは、例えばシリコン含有材料から形成される。基板Ｗは、エッジリングＥＲによって囲まれた領域内且つ静電チャック２４上に載置される。

【0038】

プラズマ処理装置１は、高周波電源２６を更に含んでいる。高周波電源２６は、一実施形態のプラズマ生成部である。高周波電源２６は、整合器２６ｍを介して基台２２に電気的に接続されている。高周波電源２６は、チャンバ１０内でガスからプラズマを生成するために基台２２に高周波電力を供給する。高周波電力の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚ以上、１５０ＭＨｚ以下である。整合器２６ｍは、高周波電源２６の負荷のインピーダンスを高周波電源２６の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含んでいる。なお、高周波電源２６は、基台２２ではなく、基板支持部１６の中の別の電極又は上部電極に電気的に接続されていてもよい。

【0039】

プラズマ処理装置１は、バイアス電源２８を更に含んでいる。バイアス電源は、基板支持部１６の電極に電気的に接続されており、当該電極に電気バイアスエネルギーを供給するように構成されている。プラズマ処理装置１では、基台２２が、基板支持部１６の電極として採用されている。なお、バイアス電源２８は、基台２２とは別の基板支持部１６の電極に電気的に接続されていてもよい。バイアス電源２８が発生する電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数を有する。バイアス周波数は、高周波電源２６が発生する高周波電力の周波数よりも低く、例えば１００ｋＨｚ以上、１３．５６ＭＨｚ以下である。

【0040】

バイアス電源２８が発生する電気バイアスエネルギーは、高周波バイアス電力であってもよい。この場合には、バイアス電源２８は、整合器２８ｍを介して基板支持部１６の電極に電気的に接続される。整合器２８ｍは、バイアス電源２８の負荷のインピーダンスをバイアス電源２８の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含む。バイアス電源２８が発生する電気バイアスエネルギーは、バイアス周波数の逆数の時間長を有する時間間隔（即ち、バイアス周期）で周期的に発生される電圧のパルスであってもよい。電圧のパルスは、負の電圧のパルスであってもよく、負の直流電圧のパルスであってもよい。

【0041】

プラズマ処理装置１におけるプラズマの生成時には、ガスがガス供給部１８からチャンバ１０内に供給される。また、チャンバ１０内のガスの圧力が、排気装置２０によって調整される。また、高周波電力が、高周波電源２６から供給される。また、電気バイアスエネルギーが、バイアス電源２８から基板支持部１６の電極に供給される。その結果、プラズマＰＬがチャンバ１０内で生成され、シースＳＧがプラズマＰＬと基板支持部１６との間に形成される。

【0042】

プラズマ処理装置１は、シースＳＨの厚さを求めるための構成として、誘電体部材３０、一つ以上の送信器Ｔｘ１、二つ以上の受信器Ｒｘ１、及び制御部３４を含んでいる。以下、図１と共に図２を参照する。図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における複数の送信器の送信アンテナと複数の受信器の受信アンテナの配置を示す図である。図２に示すように、一実施形態において、プラズマ処理装置１は、複数の送信器Ｔｘ１として送信器Ｔｘ１１～Ｔｘ１８を含んでいてもよく、複数の受信器Ｒｘ１として受信器Ｒｘ１１～Ｒｘ１８を含んでいてもよい。

【0043】

誘電体部材３０は、基板支持部１６を囲むように基板支持部１６の外周に沿って配置されている。誘電体部材３０は、石英又は酸化アルミニウム、窒化アルミニウムのようなセラミックから形成されている。誘電体部材３０は、円筒形状を有していてもよく、その中心軸線が軸線ＡＸ上に位置するように配置されていてもよい。

【0044】

図３は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における送信器を示す断面図である。図３に示すように、複数の送信器Ｔｘ１の各々は、マイクロ波発振器１０２及び送信アンテナ１０４を含んでいる。送信アンテナ１０４は、例えばホーンアンテナである。送信アンテナ１０４は、誘電体部材３０の下方に設けられている。送信アンテナ１０４は、誘電体窓１０ｗの下方又は直下に設けられている。誘電体窓１０ｗは、誘電体部材３０の下方且つチャンバ１０の底部に設けられた開口の中に設けられている。誘電体窓１０ｗとチャンバ１０の底部との間には、Ｏリングのような弾性を有する封止部材が介在していてもよい。図２に示すように、複数の送信器Ｔｘ１の送信アンテナ１０４は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って等間隔に配置されていてもよい。マイクロ波発振器１０２によって発生されたマイクロ波は、送信アンテナ１０４、及び誘電体窓１０ｗ、誘電体部材３０を介して、上方且つチャンバ１０内に送信される。

【0045】

図４は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における受信器を示す断面図である。図４に示すように、複数の受信器Ｒｘ１の各々は、受信回路１１２及び受信アンテナ１１４を含んでいる。受信アンテナ１１４は、例えばホーンアンテナである。受信アンテナ１１４は、誘電体部材３０の下方に設けられている。受信アンテナ１１４は、誘電体窓１０ｗの下方又は直下に設けられている。複数の受信器Ｒｘ１の受信アンテナ１１４は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って等間隔に配置されていてもよい。複数の受信器Ｒｘ１の各々は、基板支持部１６上のシースＳＨとプラズマＰＬとの界面で反射されたマイクロ波を誘電体部材３０を介して受信するように構成されている。シースＳＨとプラズマＰＬとの界面で反射されたマイクロ波は、誘電体部材３０、誘電体窓１０ｗ、及び受信アンテナ１１４を介して受信回路１１２に入力される。受信回路１１２は、受信したマイクロ波の信号強度を制御部３４に出力するように構成されている。

【0046】

複数の送信器Ｔｘ１及び複数の受信器Ｒｘ１は、複数のグループを構成している。各グループは、一つの送信器と二つの受信器、即ち第１の受信器と第２の受信器を含む。各グループの一つの送信器の送信アンテナ１０４と第１の受信器の受信アンテナ１１４は、第１の領域に配置されている。第２の受信器の受信アンテナ１１４は、第２の領域に配置されている。第１の領域と第２の領域は、軸線ＡＸに対して軸対称である。第２の領域における第２の受信器の受信アンテナ１１４の中心は、第１の領域に配置された送信アンテナ１０４の中心と軸線ＡＸに対して軸対称な位置から周方向において±１５°以内の範囲に配置され得る。また、第１の領域内で、第１の受信器の受信アンテナ１１４は、送信アンテナ１０４の近傍に配置されている。第１の領域における送信アンテナ１０４の中心と第１の受信器の受信アンテナ１１４の中心は、周方向において±３０°以内の範囲に配置され得る。

【0047】

一例において、プラズマ処理装置１は、第１～第８のグループを含んでいる。第１のグループは、送信器Ｔｘ１１、受信器Ｒｘ１１（第１の受信器）、及び受信器Ｒｘ１５（第２の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ１１の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ１１の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１１（第１の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ１５の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１５（第２の領域）に配置されている。

【0048】

第２のグループは、送信器Ｔｘ１２、受信器Ｒｘ１２（第１の受信器）、及び受信器Ｒｘ１６（第２の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ１２の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ１２の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１２（第１の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ１６の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１６（第２の領域）に配置されている。

【0049】

第３のグループは、送信器Ｔｘ１３、受信器Ｒｘ１３（第１の受信器）、及び受信器Ｒｘ１７（第２の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ１３の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ１３の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１３（第１の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ１７の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１７（第２の領域）に配置されている。

【0050】

第４のグループは、送信器Ｔｘ１４、受信器Ｒｘ１４（第１の受信器）、及び受信器Ｒｘ１８（第２の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ１４の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ１４の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１４（第１の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ１８の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１８（第２の領域）に配置されている。

【0051】

第５のグループは、送信器Ｔｘ１５、受信器Ｒｘ１５（第１の受信器）、及び受信器Ｒｘ１１（第２の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ１５の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ１５の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１５（第１の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ１１の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１１（第２の領域）に配置されている。

【0052】

第６のグループは、送信器Ｔｘ１６、受信器Ｒｘ１６（第１の受信器）、及び受信器Ｒｘ１２（第２の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ１６の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ１６の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１６（第１の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ１２の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１２（第２の領域）に配置されている。

【0053】

第７のグループは、送信器Ｔｘ１７、受信器Ｒｘ１７（第１の受信器）、及び受信器Ｒｘ１３（第２の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ１７の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ１７の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１７（第１の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ１３の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１３（第２の領域）に配置されている。

【0054】

第８のグループは、送信器Ｔｘ１８、受信器Ｒｘ１８（第１の受信器）、及び受信器Ｒｘ１４（第２の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ１８の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ１８の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１８（第１の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ１４の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ１４（第２の領域）に配置されている。

【0055】

制御部３４は、制プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１の各部を制御する。具体的に、制御部ＭＣは、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいてプラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部ＭＣによる制御により、レシピデータによって指定されたプロセスがプラズマ処理装置１において実行される。

【0056】

複数の送信器Ｔｘ１のマイクロ波の送信タイミングは、制御部３４によって制御される。図５は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置におけるマイクロ波の送信及び受信の一例のタイミングチャートである。図５には、複数の送信器Ｔｘ１（複数の送信器Ｔｘ１１～Ｔｘ１８）それぞれから送信されるマイクロ波の強度、受信器Ｒｘ１１によって受信されるマイクロ波の信号強度、及び受信器Ｒｘ１２によって受信されるマイクロ波の信号強度が示されている。

【0057】

図５に示すように、複数の送信器Ｔｘ１（複数の送信器Ｔｘ１１～Ｔｘ１８）は、順にマイクロ波を送信する。複数の送信器Ｔｘ１は、バイアス周波数の逆数の時間長を有する電気バイアスエネルギーのバイアス周期ＣＹ内で、順に且つ繰り返して、マイクロ波を送信するように構成されていてもよい。複数の送信器Ｔｘ１の各々がマイクロ波を送信する期間ＰＴの長さは、例えば１００ナノ秒である。

【0058】

制御部３４は、一実施形態の演算部である。制御部３４は、複数のグループの各々について、送信器によって送信されて第１の受信器によって受信されるマイクロ波の第１の信号強度と、当該送信器によって送信されて第２の受信器によって受信されるマイクロ波の第２の信号強度とを取得する。例えば、第１のグループについては、制御部３４は、送信器Ｔｘ１１によって送信されて受信器Ｒｘ１１によって受信されるマイクロ波の信号強度を第１の信号強度として取得する。また、制御部３４は、第１のグループについては、送信器Ｔｘ１１によって送信されて受信器Ｒｘ１５によって受信されるマイクロ波の信号強度を第２の信号強度として取得する。制御部３４は、複数のグループの各々について、第１の信号強度の第２の信号強度に対する比の値を求める。制御部３４は、複数のグループの各々について、求めた比の値からシースＳＨの厚さを求めるように構成されている。制御部３４は、比の値とシースの厚さの予め定められた関係を関数又はテーブル形式で保有していてもよい。制御部３４は、この関係を利用して、求めた比の値からシースＳＨの厚さを求めてもよい。

【0059】

一実施形態においては、複数の送信器Ｔｘ１の各々によって送信されるマイクロ波は、帯域幅を有していてもよい。図６は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における受信信号強度の決定方法を説明する図である。複数の送信器Ｔｘ１の各々によって送信されるマイクロ波が、帯域幅を有する場合には、図６において破線で示すように、対応の受信器Ｒｘ１において受信されるマイクロ波の信号強度は、帯域幅を有する。この場合には、制御部３４は、マイクロ波の帯域内で複数のピークを特定し、当該帯域の両端の信号強度及び複数のピークを結ぶ折れ線（図６では実線）を特定する。制御部３４は、当該折れ線によって特定されるマイクロ波の信号強度の積分値（図６においてハッチングされた領域の面積）を、受信されたマイクロ波の信号強度として決定する。

【0060】

一実施形態において、制御部３４は、基板Ｗの電位をシースＳＨの厚さから求めるように構成されていてもよい。シースＳＨの厚さｄは、式（１）を満たす。式（１）において、λ_Ｄはデバイ長、ｅは電気素量、（Ｖ_０＋Ｖ_ｐ）は、基板Ｗの電位、ｋはボルツマン係数、Ｔ_ｅは電子温度である。式（１）から式（２）が導かれる。式（２）におけるλ_Ｄは、式（３）を満たす。式（３）において、ｎ_０は電子密度でり、ｍは電子の質量である。制御部３４は、求めたシースＳＨの厚さｄから式（２）の演算により、基板Ｗの電位を求めることができる。なお、Ｔ_ｅ、即ち電子温度は、ラングミュアプローブ法で測定され得る。電子温度は、容量結合型のプラズマ処理装置の場合には、３ｅＶであってもよい。また、ｎ_０、即ち電子密度は、ラングミュアプローブ法又はプラズマ吸収プローブ法により測定され得る。

【数1】

【数2】

【数3】

【0061】

一実施形態において制御部３４は、電気バイアスエネルギーのバイアス周期ＣＹの位相を検出するように構成されていてもよい。図７は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における電気バイアスエネルギー、基板の電位、及び受信器の受信信号強度の一例のタイミングチャートである。図７に示すように、基板Ｗの電位は、電気バイアスエネルギーＢＥに同期して変動する。基板Ｗの電位が負の電位から正の電位に変化するときには、プラズマからの電子が急激に基板Ｗに引き込まれてシースＳＨが急激に薄くなる。このとき、第１の受信器によって受信されるマイクロ波の信号強度は、急激に増加する。制御部３４は、第１の受信器によって受信されるマイクロ波の信号強度が周期的且つ最も急激に増加するタイミングを検出することにより、電気バイアスエネルギーＢＥのバイアス周期ＣＹの位相を検出し得る。なお、第１の受信器としては、何れのグループの第１の受信器が用いられてもよい。また、電気バイアスエネルギーＢＥのバイアス周期ＣＹの位相は、シースＳＨの厚さを求める期間とは別の期間において、求められてもよい。即ち、電気バイアスエネルギーＢＥのバイアス周期ＣＹの位相は、そのような期間において、一つの送信器から連続的にマイクロ波を送信させて、この送信器と同一のグループに属する第１の受信器によってマイクロ波を受信することにより、決定されてもよい。

【0062】

以上説明したプラズマ処理装置１では、基板Ｗ上のシースの厚さが薄いほど、第１の受信器によって受信されるマイクロ波の強度（第１の信号強度）は、第２の受信器によって受信されるマイクロ波の強度（第２の信号強度）に対して相対的に大きくなる。したがって、プラズマ処理装置１によれば、第１の信号強度の第２の信号強度に対する比の値からシースの厚さを求めることが可能となる。また、プラズマ処理装置１が複数の送信器Ｔｘ１及び複数の受信器Ｒｘ１を含む場合には、シースＳＨの複数の厚さが求められる。シースＳＨの複数の厚さは、周方向に沿った複数の位置それぞれにおけるシースＳＨの厚さである。

【0063】

以下、図８及び図９を参照する。図８は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。図９は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置における複数の送信器と複数の受信器の配置を示す図である。以下、図８に示すプラズマ処理装置１Ｂのプラズマ処理装置１に対する相違点について説明する。

【0064】

プラズマ処理装置１Ｂは、シースＳＨの厚さを求めるための構成として、誘電体部材３２、一つ以上の送信器Ｔｘ２、及び二つ以上の受信器Ｒｘ２を更に含んでいる。図９に示すように、一実施形態において、プラズマ処理装置１Ｂは、複数の送信器Ｔｘ２として送信器Ｔｘ２１～Ｔｘ２８を含んでいてもよく、複数の受信器Ｒｘ２として受信器Ｒｘ２１～Ｒｘ２８を含んでいてもよい。

【0065】

誘電体部材３０及び誘電体部材３２は、一実施形態の第１の誘電体部材及び第２の誘電体部材である。誘電体部材３２は、誘電体部材３０を囲むように誘電体部材３０の外周に沿って配置されている。誘電体部材３２は、石英又は酸化アルミニウム、窒化アルミニウムのようなセラミックから形成されている。誘電体部材３２は、円筒形状を有していてもよく、その中心軸線が軸線ＡＸ上に位置するように配置されていてもよい。

【0066】

複数の送信器Ｔｘ２の各々は、複数の送信器Ｔｘ１と同様に、マイクロ波発振器１０２及び送信アンテナ１０４を含んでいる。複数の送信器Ｔｘ２の送信アンテナ１０４は、誘電体部材３２の下方に設けられている。複数の送信器Ｔｘ２の送信アンテナ１０４は、誘電体窓の下方又は直下に設けられている。誘電体窓は、誘電体部材３２の下方においてチャンバ１０の底部に設けられている。誘電体窓とチャンバ１０の底部との間には、Ｏリングのような弾性を有する封止部材が介在していてもよい。図９に示すように、複数の送信器Ｔｘ２の送信アンテナ１０４は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って等間隔に配置されていてもよい。複数の送信器Ｔｘ２の各々のマイクロ波発振器１０２によって発生されたマイクロ波は、送信アンテナ１０４、及び誘電体窓、誘電体部材３２を介して、上方且つチャンバ１０内に送信される。

【0067】

複数の受信器Ｒｘ２の各々は、複数の受信器Ｒｘ１と同様に、受信回路１１２及び受信アンテナ１１４を含んでいる。複数の受信器Ｒｘ２の各々の受信アンテナ１１４は、誘電体部材３２の下方に設けられている。複数の受信器Ｒｘ２の各々の受信アンテナ１１４は、複数の送信器Ｔｘ２と共に、誘電体窓の下方又は直下に設けられている。複数の受信器Ｒｘ２の受信アンテナ１１４は、軸線ＡＸの周りで周方向に沿って等間隔に配置されていてもよい。複数の受信器Ｒｘ２の各々は、基板支持部１６上のシースＳＨとプラズマＰＬとの界面で反射されたマイクロ波を誘電体部材３２を介して受信するように構成されている。シースＳＨとプラズマＰＬとの界面で反射されたマイクロ波は、誘電体部材３２、誘電体窓、及び受信アンテナ１１４を介して受信回路１１２に入力される。複数の受信器Ｒｘ２の各々の受信回路１１２は、受信したマイクロ波の信号強度を制御部３４に出力するように構成されている。

【0068】

複数の送信器Ｔｘ２及び複数の受信器Ｒｘ２は、複数の別のグループを構成している。複数の別のグループの各々は、複数の送信器Ｔｘ２のうち一つの送信器と複数の受信器Ｒｘ２のうち二つの受信器、即ち第３の受信器と第４の受信器を含む。各グループの一つの送信器の送信アンテナ１０４と第３の受信器の受信アンテナ１１４は、第３の領域に配置されている。第４の受信器の受信アンテナ１１４は、第４の領域に配置されている。第３の領域と第４の領域は、軸線ＡＸに対して軸対称である。第４の領域における第４の受信器の受信アンテナ１１４の中心は、第３の領域に配置された送信アンテナ１０４の中心と軸線ＡＸに対して軸対称な位置から周方向において±１５°以内の範囲に配置され得る。また、第３の領域内で、第３の受信器の受信アンテナ１１４は、送信アンテナ１０４の近傍に配置されている。第３の領域における送信アンテナ１０４の中心と第３の受信器の受信アンテナ１１４の中心は、周方向において±３０°以内の範囲に配置され得る。第３の領域における送信アンテナ１０４の中心と第３の受信器の受信アンテナ１１４の中心との間の距離は、対応の第１の領域における送信アンテナ１０４の中心と第１の受信器の受信アンテナ１１４の中心との間の距離と略同一であってもよい。また、第３の領域は、軸線ＡＸに直交する径方向に沿って対応の第１の領域と整列されている。第３の領域における送信アンテナ１０４の中心と対応の第１の領域における送信アンテナ１０４の中心は、径方向と平行な方向に沿って整列されていてもよい。第３の領域における第３の受信器の受信アンテナ１１４の中心と対応の第１の領域における第１の受信器の受信アンテナ１１４の中心は、径方向と平行な方向に沿って整列されていてもよい。

【0069】

一例において、プラズマ処理装置１Ｂは、第９～第１６のグループを含んでいる。第９のグループは、第９のグループは、第１のグループに対応するグループであり、送信器Ｔｘ２１、受信器Ｒｘ２１（第３の受信器）、及び受信器Ｒｘ２５（第４の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ２１の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ２１の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２１（第３の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ２５の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２５（第４の領域）に配置されている。領域Ｒ２１は、領域Ｒ１１と径方向に沿って整列されている。

【0070】

第１０のグループは、第２のグループに対応するグループであり、送信器Ｔｘ２２、受信器Ｒｘ２２（第３の受信器）、及び受信器Ｒｘ２６（第４の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ２２の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ２２の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２２（第３の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ２６の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２６（第４の領域）に配置されている。領域Ｒ２２は、領域Ｒ１２と径方向に沿って整列されている。

【0071】

第１１のグループは、第３のグループに対応するグループであり、送信器Ｔｘ２３、受信器Ｒｘ２３（第３の受信器）、及び受信器Ｒｘ２７（第４の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ２３の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ２３の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２３（第３の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ２７の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２７（第４の領域）に配置されている。領域Ｒ２３は、領域Ｒ１３と径方向に沿って整列されている。

【0072】

第１２のグループは、第４のグループに対応するグループであり、送信器Ｔｘ２４、受信器Ｒｘ２４（第３の受信器）、及び受信器Ｒｘ２８（第４の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ２４の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ２４の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２４（第３の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ２８の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２８（第４の領域）に配置されている。領域Ｒ２４は、領域Ｒ１４と径方向に沿って整列されている。

【0073】

第１３のグループは、第５のグループに対応するグループであり、送信器Ｔｘ２５、受信器Ｒｘ２５（第３の受信器）、及び受信器Ｒｘ２１（第４の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ２５の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ２５の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２５（第３の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ２１の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２１（第４の領域）に配置されている。領域Ｒ２５は、領域Ｒ１５と径方向に沿って整列されている。

【0074】

第１４のグループは、第６のグループに対応するグループであり、送信器Ｔｘ２６、受信器Ｒｘ２６（第３の受信器）、及び受信器Ｒｘ２２（第４の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ２６の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ２６の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２６（第３の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ２２の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２２（第４の領域）に配置されている。領域Ｒ２６は、領域Ｒ１６と径方向に沿って整列されている。

【0075】

第１５のグループは、第７のグループに対応するグループであり、送信器Ｔｘ２７、受信器Ｒｘ２７（第３の受信器）、及び受信器Ｒｘ２３（第４の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ２７の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ２７の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２７（第３の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ２３の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２３（第４の領域）に配置されている。領域Ｒ２７は、領域Ｒ１７と径方向に沿って整列されている。

【0076】

第１６のグループは、第８のグループに対応するグループであり、送信器Ｔｘ２８、受信器Ｒｘ２８（第３の受信器）、及び受信器Ｒｘ２４（第４の受信器）を含んでいる。送信器Ｔｘ２８の送信アンテナ１０４と受信器Ｒｘ２８の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２８（第３の領域）に配置されている。受信器Ｒｘ２４の受信アンテナ１１４は、領域Ｒ２４（第４の領域）に配置されている。領域Ｒ２８は、領域Ｒ１８と径方向に沿って整列されている。

【0077】

複数の送信器Ｔｘ２のマイクロ波の送信タイミングは、制御部３４によって制御される。複数の送信器Ｔｘ２（複数の送信器Ｔｘ２１～Ｔｘ２８）は、複数の送信器Ｔｘ１と同様に、順にマイクロ波を送信する。複数の送信器Ｔｘ２は、複数の送信器Ｔｘ１と同様に、バイアス周波数の逆数の時間長を有する電気バイアスエネルギーのバイアス周期内で、順に且つ繰り返して、マイクロ波を送信するように構成されていてもよい。複数の送信器Ｔｘ２の各々がマイクロ波を送信する期間ＰＴの長さは、例えば１００ナノ秒である。なお、複数の送信器Ｔｘ２は、第１の受信器によってマイクロ波が受信できない場合に利用され得る。

【0078】

制御部３４は、複数の別のグループ（第９～第１６のグループ）の各々について、送信器によって送信されて第３の受信器によって受信されるマイクロ波の第３の信号強度を受信する。また、制御部３４は、複数の別のグループ（第９～第１６のグループ）の各々について、当該送信器によって送信されて第４の受信器によって受信されるマイクロ波の第４の信号強度を取得する。例えば、第９のグループについては、制御部３４は、送信器Ｔｘ２１によって送信され受信器Ｒｘ２１によって受信されるマイクロ波の信号強度を第３の信号強度として取得する。また、制御部３４は、第９のグループについては、送信器Ｔｘ２１によって送信され受信器Ｒｘ２５によって受信されるマイクロ波の信号強度を第４の信号強度として取得する。制御部３４は、複数の別のグループの各々について、第３の信号強度の第４の信号強度に対する比の値を求める。制御部３４は、複数の別のグループの各々について、求めた比の値からシースＳＨの厚さを求めるように構成されている。制御部３４は、比の値とシースの厚さの予め定められた関係を関数又はテーブル形式で保有していてもよい。制御部３４は、この関係を利用して、求めた比の値からシースＳＨの厚さを求めてもよい。

【0079】

一実施形態において、制御部３４は、第１の状態又は第２の状態を検出してもよい。第１の状態は、複数のグループ（第１～第８のグループ）の各々の送信器Ｔｘ１からマイクロ波が送信されており、第１の受信器でマイクロ波が受信されている状態である。第２の状態は、複数のグループ（第１～第８のグループ）の各々の送信器Ｔｘ１からマイクロ波が送信されており、第１の受信器でマイクロ波が受信されていない状態である。

【0080】

制御部３４は、複数のグループ（第１～第８のグループ）の各々について、第１の状態を検出している場合に、第１の信号強度の第２の信号強度に対する比の値から求められるシースＳＨの厚さを採用してもよい。一方、制御部３４は、第２の状態を検出している場合に、対応のグループの第３の受信器における第３の信号強度及び第４の受信器における第４の信号強度を利用する。即ち、制御部３４は、第３の信号強度の第４の信号強度に対する比の値から求められるシースＳＨの厚さを採用してもよい。

【0081】

図１０は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置におけるシースの厚さと幾つかの受信器の受信信号強度との関係を示す図である。図１０の（ａ）及び図１０の（ｂ）は、別の例示的実施形態に係るプラズマ処理装置におけるシースの厚さと幾つかの受信器の受信信号強度との関係を示す図である。図１０の（ａ）は、送信器Ｔｘ１１によってマイクロ波が送信されている場合に受信器Ｒｘ１１、Ｒｘ１５、Ｒｘ２１、Ｒｘ２５のそれぞれによって受信されるマイクロ波の信号強度とシースの厚さの関係を示している。図１０の（ｂ）は、送信器Ｔｘ２１によってマイクロ波が送信されている場合に受信器Ｒｘ１１、Ｒｘ１５、Ｒｘ２１、Ｒｘ２５のそれぞれによって受信されるマイクロ波の信号強度とシースの厚さの関係を示している。

【0082】

例えば、制御部３４は、第１のグループについて、第１の状態が検出されている場合には、受信器Ｒｘ１１における第１の信号強度の受信器Ｒｘ１５における第２の信号強度の比の値から求められるシースＳＨの厚さを採用する。第１の状態は、シースＳＨの厚さがｄ１よりも小さく、送信器Ｔｘ１１から送信されたマイクロ波が受信器Ｒｘ１１において受信されている場合に検出される。一方、第２の状態は、シースＳＨの厚さがｄ１以上であり、送信器Ｔｘ１１から送信されたマイクロ波が受信器Ｒｘ１１において受信されない場合に検出される。制御部３４は、第１のグループについて、第２の状態が検出されている場合には、対応する第９のグループの送信器Ｔｘ２１、受信器Ｒｘ２１、及び受信器Ｒｘ２５を利用する。具体的には、制御部３４は、第１のグループについて、第２の状態が検出されている場合には、送信器Ｔｘ２１によって送信されて受信器Ｒｘ２１によって受信されたマイクロ波の第３の信号強度を取得する。また、制御部３４は、第１のグループについて、第２の状態が検出されている場合には、送信器Ｔｘ２１によって送信されて受信器Ｒｘ２５によって受信されたマイクロ波の第４の信号強度を取得する。そして、制御部３４は、第３の信号強度の第４の信号強度に対する比の値から求められるシースＳＨの厚さを採用する。

【0083】

なお、制御部３４は、複数の送信器Ｔｘ２の各々によって送信されるマイクロ波が帯域幅を有する場合には、図６を参照して説明した決定方法に従い、複数の受信器Ｒｘ２におけるマイクロ波の信号強度を決定してもよい。また、制御部３４は、第３の信号強度及び第４の信号強度から求めたシースＳＨの厚さを式（２）に用いて、基板Ｗの電位を求めてもよい。

【0084】

以下、図１１を参照する。図１１の（ａ）は別の例示的実施形態に係る送信器のアンテナを示す図であり、図１１の（ｂ）は別の例示的実施形態に係る送信器の構成を示す図である。これらの図に示すように、プラズマ処理装置１又は１Ｂの複数の送信器Ｔｘ１の送信アンテナは、複数の平面アンテナ素子１２４のアレイであってもよい。複数の平面アンテナ素子１２４は、誘電体部材３０の下方、例えば誘電体窓１０ｗの下方又は直下に配置されている。複数の平面アンテナ素子１２４は、複数の行及び複数の列を構成するように二次元的に配列されている。マイクロ波発振器１０２からのマイクロ波は、複数の平面アンテナ素子１２４に略同一の位相で与えられる。なお、プラズマ処理装置１又は１Ｂの複数の受信器Ｒｘ１も、受信アンテナとして、複数の平面アンテナ素子１２４のアレイを有していてもよい。また、プラズマ処理装置１Ｂの複数の送信器Ｔｘ２の各々も、送信アンテナとして複数の平面アンテナ素子１２４のアレイを有していてもよく、複数の受信器Ｒｘ２の各々も、受信アンテナとして複数の平面アンテナ素子１２４のアレイを有していてもよい。

【0085】

以下、図１２を参照する。図１２は、一つの例示的実施形態に係るシースの厚さを求める方法の流れ図である。図１２に示す方法ＭＴは、シースＳＨの厚さを求めるために行われる。方法ＭＴは、基板Ｗが基板支持部１６上に載置されている状態で行われる。方法ＭＴは、工程ＳＴａ～工程ＳＴｅを含む。方法ＭＴは、工程ＳＴｆ及びＳＴｇを更に含んでいてもよい。

【0086】

工程ＳＴａでは、チャンバ１０内でプラズマが生成される。工程ＳＴａでは、ガス供給部１８からチャンバ１０内にガスが供給される。また、チャンバ１０内の圧力が排気装置２０によって減圧される。そして、高周波電力が高周波電源２６から供給される。これにより、チャンバ１０内でプラズマが生成される。

【0087】

工程ＳＴｂは、工程ＳＴａが行われているときに、行われる。工程ＳＴｂでは、基板支持部１６の電極（例えば基台２２）に電気バイアスエネルギーが供給される。

【0088】

工程ＳＴｃ及び工程ＳＴｄは、工程ＳＴａ及び工程ＳＴｂが行われているときに、行われる。工程ＳＴｃでは、マイクロ波が、一つ以上の送信器Ｔｘ１の各々から誘電体部材３０を介して上方に送信される。工程ＳＴｄでは、二つ以上の受信器Ｒｘ１を用いて、マイクロ波が受信される。なお、上述したように、複数の送信器Ｔｘ１及び複数の受信器Ｒｘ１が用いられてもよい。また、プラズマ処理装置１Ｂが用いられる場合には、一つ以上の送信器Ｔｘ２及び二つ以上の受信器Ｒｘ２が更に用いられてもよい。また、プラズマ処理装置１Ｂが用いられる場合には、複数の送信器Ｔｘ２及び複数の受信器Ｒｘ２が更に用いられてもよい。

【0089】

工程ＳＴｅでは、シースＳＨの厚さが、上述したように、第１の信号強度の第２の信号強度に対する比の値から求められる。なお、プラズマ処理装置１Ｂが用いられる場合には、シースＳＨの厚さは、上述したように、第３の信号強度の第４の信号強度に対する比の値から求められてもよい。また、シースＳＨの厚さとして、上述したように複数の厚さが求められてもよい。

【0090】

工程ＳＴｆでは、求めたシースＳＨの厚さから、上述したように、基板Ｗの電位が求められてもよい。また、工程ＳＴｇでは、上述したように、第１の受信器におけるマイクロ波の信号強度から電気バイアスエネルギーＢＥのバイアス周期ＣＹの位相が特定されてもよい。

【0091】

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

【0092】

例えば、プラズマ処理装置１における送信器Ｔｘ１の個数は一つであってもよく、受信器Ｒｘ１の個数は、二つであってもよい。また、プラズマ処理装置１Ｂにおける送信器Ｔｘ１の個数は一つであってもよく、受信器Ｒｘ１の個数は、二つであってもよい。さらに、プラズマ処理装置１Ｂにおける送信器Ｔｘ２の個数は一つであってもよく、受信器Ｒｘ２の個数は、二つであってもよい。

【0093】

また、別の演算部が、制御部３４の代わりに、シースＳＨの厚さ、基板Ｗの電位、及び電気バイアスエネルギーのバイアス周期ＣＹの位相を求めてもよい。

【0094】

また、別の実施形態において、プラズマ処理装置は、容量結合型以外のプラズマ処理装置であってもよい。そのようなプラズマ処理装置としては、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波を利用するプラズマ処理装置等が例示される。

【0095】

以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

【符号の説明】

【0096】

１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１６…基板支持部、２６…高周波電源、２８…バイアス電源、３０…誘電体部材、Ｔｘ１…送信器、Ｒｘ１…受信器、３４…制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】