(57)【要約】【課題】  プラズマ処理装置において、きわめて短時間にガスの置換を行なうことが可能な装置を提供する。【解決手段】  プラズマ処理装置は、大気圧近傍の圧力下であるプラズマ発生空間１６に対して所望のガスを供給するためのガス供給手段と、プラズマ発生空間１６内にプラズマ８を発生させるための３以上の電極５ａ，５ｂ，５ｃと、プラズマ発生空間１６内にプラズマ８を発生させるために上記３以上の電極の中から選択された１以上の電極である電圧印加対象電極に電圧を印加するための電源６と、プラズマ発生空間１６内におけるプラズマ８の発生する領域が互いに異なる第１の発生領域と第２の発生領域との間で切り替わるように、上記電圧印加対象電極の選択を切り替えるための電圧印加状態切替手段としてのスイッチング回路７とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧近傍の圧力下であるプラズマ発生空間に対して所望のガスを供給するためのガス供給手段と、
前記プラズマ発生空間内にプラズマを発生させるための３以上の電極と、
前記プラズマ発生空間内にプラズマを発生させるために前記３以上の電極の中から選択された１以上の電極である電圧印加対象電極に電圧を印加するための電源と、
前記プラズマ発生空間内における前記プラズマの発生する領域が互いに異なる第１の発生領域と第２の発生領域との間で切り替わるように、前記電圧印加対象電極の選択を切り替えるための電圧印加状態切替手段とを備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電源によって前記電圧印加対象電極に電圧が印加された状態における前記３以上の電極に属する電極のうちで最も高い電圧を印加される電極を最高電位電極と呼ぶとき、
前記電圧印加状態切替手段は、前記３以上の電極のいずれをもそれぞれ最高電位電極に設定することができるだけの電圧印加パターンの選択肢を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生空間内における前記プラズマの発生する領域の切替えに応じて、前記プラズマ発生空間に前記ガスが供給される経路を切り替えるガス供給経路切替手段を備える、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記３以上の電極のうち２以上の電極は被処理物の通過経路に対向する対向面をそれぞれ有し、
前記第１の発生領域は、前記３以上の電極のうち互いに隣接する電極同士の間隙であり、
前記第２の発生領域は、前記対向面の近傍である、請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記３以上の電極は、被処理物の通過経路に対向する対向面をそれぞれ有し、前記３以上の電極は、１以上の電極を挟んで配列された２つの電極を含み、前記電圧印加状態切替手段は、前記２つの電極間に電界を形成することによって前記対向面近傍にプラズマを発生させるように前記電圧印加対象電極の選択を設定することができる、請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記３以上の電極のうち２以上の電極は被処理物の通過経路に対向する対向面をそれぞれ有し、
前記被処理物の通過経路を挟んで前記対向面と対向するように配置された補助電極を備え、
前記電圧印加状態切替手段は、前記対向面を有する電極と前記補助電極との間に電界を形成することによって前記対向面近傍にプラズマを発生させるように前記電圧印加対象電極の選択を設定することができる、請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記プラズマ発生空間のうち厚み方向の最小間隔は前記ガスが粘性流として振舞う程度に大きくなっており、
前記プラズマ発生空間内に第１のガスが滞留しているときに第２のガスを前記プラズマ発生空間内に流し込むことによって前記プラズマ発生空間内に占めていた第１のガスを前記第２のガスで押し流して置換する、請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記プラズマ発生空間のうち厚み方向の最小間隔ｄは、前記ガスの分子の平均自由行程λに対して、
λ＜０．０００２ｄ
なる関係を満たす、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
被処理物がプラズマ処理を行なう空間を通過するように前記被処理物を供給するための被処理物供給手段を備える、請求項７または８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記電圧印加状態切替手段は、前記被処理物が供給されるタイミングに合わせて前記電圧印加対象電極の選択を変更する、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記ガス供給手段は、前記被処理物が供給されるタイミングに合わせて前記プラズマ発生空間に供給するガスの種類を変更する、請求項９または１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いて、前記被処理物が前記プラズマ発生空間内を通過する間に前記被処理物に対する所望のプラズマ処理を行なうプラズマ処理工程と、
前記被処理物が前記プラズマ発生空間内に進入する前または前記プラズマ発生空間内から出た後に、前記電極の前記プラズマ発生空間に面する部分のクリーニングを行なうクリーニング工程とを含む、プラズマ処理方法。
【請求項１３】
請求項９から１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いて、前記被処理物が前記プラズマ発生空間内を通過する間に前記被処理物に対する所望のプラズマ処理を行なうプラズマ処理工程と、
第１の被処理物が前記プラズマ発生空間を出てから第２の被処理物が前記プラズマ発生空間に進入するまでの間に、前記電極の前記プラズマ発生空間に面する部分のクリーニングを行なうクリーニング工程とを含む、プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば半導体デバイス、液晶表示装置、さらには固体撮像素子などの製造に適用され得る、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。プラズマ処理装置とは、たとえばプラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置などを含む。これらのプラズマ処理装置は、被処理物である基板への薄膜形成、基板もしくは基板上に形成された薄膜のエッチングなどの工程に適用される場合がある。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ処理装置においては、プラズマによる化学反応を利用する結果、反応生成物や反応ガスの重合膜がプラズマ発生領域周辺にある装置構成物の表面に付着するという問題がある。この付着物による性能劣化を解消するため、プラズマ処理装置においては、プラズマ放電により発生した活性種を用いて反応生成物もしくは重合膜の除去を行なう作業、すなわち「ドライクリーニング」と呼ばれる作業が行われる。
【０００３】
たとえば、特開平６−５３１７６号公報（特許文献１）にはドライクリーニングを行なうことが可能な装置が示されている。この特許文献１には、プラズマ処理であるドライエッチングを行なう工程と、ドライクリーニングを行なう工程とにおいて電圧を印加する電極を切り替えることが開示されている。
【０００４】
以下、図１４および図１５を参照して、特許文献１に開示された従来の装置の構成および動作について説明する。反応室壁１１１により規定される反応室空間１１２は外部の排気ポンプによって真空に保たれる。反応室空間１１２の内部には、ウエハ１１６の保持と放電電極とを兼ねたウエハ保持電極１１３と、対向電極１１４と、反応室壁１１１に密着された内壁電極１１５を有している。反応室壁１１１は電気的に接地されている。ウエハ保持電極１１３、対向電極１１４、内壁電極１１５および反応室壁１１１はそれぞれ互いに電気的に絶縁されている。ウエハ保持電極１１３、対向電極１１４、内壁電極１１５はそれぞれ同軸ケーブルによって選択スイッチ１１７に接続されている。選択スイッチ１１７は、ウエハ保持電極１１３、対向電極１１４、内壁電極１１５をそれぞれ独立して、高周波整合器１１８を介した高周波電源１１９に接続したり接地回路に接続したりするためのものである。
【０００５】
上述の構成において、まずドライエッチング工程では、反応室空間１１２にエッチング反応種生成用のガスを導入する。そして外部の排気ポンプによって所定の減圧状態にしたのち、図１４に示すように、選択スイッチ１１７によりウエハ保持電極１１３を高周波整合器１１８を介した高周波電源に、対向電極１１４、内壁電極１１５を接地回路に接続する。
【０００６】
また、ドライクリーニング工程では、反応室空間１１２にドライクリーニング用のガスを導入する。そして外部の排気ポンプによって所定の減圧状態にしたのち、図１５に示すように、選択スイッチ１１７によってウエハ保持電極１１３、対向電極１１４を接地回路に、内壁電極１１５を高周波整合器１１８を介した高周波電源１１９に接続する。
【０００７】
このように電極を切り替えることによって、ドライクリーニング工程では反応室壁１１１の隅や、ウエハ保持電極１１３、対向電極１１４の外縁部にプラズマ放電領域を形成できる。このため、ドライエッチング工程において上記箇所に付着した反応生成物や重合物をドライクリーニング工程によって除去することが可能となる。
【０００８】
なお、特許文献１は、ドライエッチングの用途について記載があるが、このように放電領域を変化させて効果的なドライクリーニングを行なうことは、たとえばプラズマＣＶＤ法のような成膜方法においても同様である。
【特許文献１】特開平６−５３１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された装置を用いてクリーニング処理を行なう場合には以下のような問題点がある。
【００１０】
すなわち、特許文献１に開示された装置では、通常、ドライクリーニング工程のための処理時間としてまとまった時間を確保し、ドライエッチング工程を終了した後に、ドライクリーニング工程を行なう。ドライクリーニング工程を行なうためには、ガス雰囲気を置換する作業が必要となる。この作業は詳しくは、
ａ）エッチング反応種生成用のガスの供給を停止する、
ｂ）反応室空間を排気ポンプによって真空に排気する、
ｃ）ドライクリーニング用のガスの供給を開始する、
ｄ）所定のガス圧力になるようにガス供給排気を制御する、
というステップに分けられる。特に、ｂ）の真空排気のステップは長時間必要であるため、頻繁にドライクリーニング工程を行なえば装置の稼働率が低下し、生産性に関わる問題となる。
【００１１】
しかしながら一方では、プラズマ処理を連続して行なえば、既に説明した反応生成物や重合膜の付着量が増加し、これが原因となってパーティクルの発生、プラズマ処理の再現性劣化などの問題が発生する。したがってプラズマ処理特性を良好に維持するためには、頻繁にドライクリーニングを行なうことが望ましい。
【００１２】
本発明は、こういった問題点を鑑み、きわめて短時間にガスの置換を行なうことが可能な装置を提供するとともに、装置の稼働率を低下させることなく頻繁にドライクリーニングが行なえる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に基づくプラズマ処理装置は、大気圧近傍の圧力下であるプラズマ発生空間に対して所望のガスを供給するためのガス供給手段と、上記プラズマ発生空間内にプラズマを発生させるための３以上の電極と、上記プラズマ発生空間内にプラズマを発生させるために上記３以上の電極の中から選択された１以上の電極である電圧印加対象電極に電圧を印加するための電源と、上記プラズマ発生空間内における上記プラズマの発生する領域が互いに異なる第１の発生領域と第２の発生領域との間で切り替わるように、上記電圧印加対象電極の選択を切り替えるための電圧印加状態切替手段とを備える。
【００１４】
上記発明において好ましくは、上記電源によって上記電圧印加対象電極に電圧が印加された状態における上記３以上の電極に属する電極のうちで最も高い電圧を印加される電極を最高電位電極と呼ぶとき、上記電圧印加状態切替手段は、上記３以上の電極のいずれをもそれぞれ最高電位電極に設定することができるだけの電圧印加パターンの選択肢を有する。
【００１５】
上記発明において好ましくは、上記プラズマ発生空間内における上記プラズマの発生する領域の切替えに応じて、上記プラズマ発生空間に上記ガスが供給される経路を切り替えるガス供給経路切替手段を備える。
【００１６】
上記発明において好ましくは、上記３以上の電極のうち２以上の電極は被処理物の通過経路に対向する対向面をそれぞれ有し、上記第１の発生領域は、上記３以上の電極のうち互いに隣接する電極同士の間隙であり、上記第２の発生領域は、上記対向面の近傍である。
【００１７】
上記発明において好ましくは、上記３以上の電極は、被処理物の通過経路に対向する対向面をそれぞれ有し、上記３以上の電極は、１以上の電極を挟んで配列された２つの電極を含み、上記電圧印加状態切替手段は、上記２つの電極間に電界を形成することによって上記対向面近傍にプラズマを発生させるように上記電圧印加対象電極の選択を設定することができる。
【００１８】
上記発明において好ましくは、上記３以上の電極のうち２以上の電極は被処理物の通過経路に対向する対向面をそれぞれ有し、上記被処理物の通過経路を挟んで上記対向面と対向するように配置された補助電極を備え、上記電圧印加状態切替手段は、上記対向面を有する電極と上記補助電極との間に電界を形成することによって上記対向面近傍にプラズマを発生させるように上記電圧印加対象電極の選択を設定することができる。
【００１９】
上記発明において好ましくは、上記プラズマ発生空間のうち厚み方向の最小間隔は上記ガスが粘性流として振舞う程度に大きくなっており、上記プラズマ発生空間内に第１のガスが滞留しているときに第２のガスを上記プラズマ発生空間内に流し込むことによって上記プラズマ発生空間内に占めていた第１のガスを上記第２のガスで押し流して置換する。
【００２０】
上記発明において好ましくは、上記プラズマ発生空間のうち厚み方向の最小間隔ｄは、上記ガスの分子の平均自由行程λに対して、λ＜０．０００２ｄなる関係を満たす。
【００２１】
上記発明において好ましくは、被処理物がプラズマ処理を行なう空間を通過するように上記被処理物を供給するための被処理物供給手段を備える。
【００２２】
上記発明において好ましくは、上記電圧印加状態切替手段は、上記被処理物が供給されるタイミングに合わせて上記電圧印加対象電極の選択を変更する。
【００２３】
上記発明において好ましくは、上記ガス供給手段は、上記被処理物が供給されるタイミングに合わせて上記プラズマ発生空間に供給するガスの種類を変更する。
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明に基づくプラズマ処理方法の一つの局面では、上述のいずれかのプラズマ処理装置を用いて、上記被処理物が上記プラズマ発生空間内を通過する間に上記被処理物に対する所望のプラズマ処理を行なうプラズマ処理工程と、上記被処理物が上記プラズマ発生空間内に進入する前または上記プラズマ発生空間内から出た後に、上記電極の上記プラズマ発生空間に面する部分のクリーニングを行なうクリーニング工程とを含む。
【００２５】
上記目的を達成するため、本発明に基づくプラズマ処理方法の他の局面では、上述のいずれかのプラズマ処理装置を用いて、上記被処理物が上記プラズマ発生空間内を通過する間に上記被処理物に対する所望のプラズマ処理を行なうプラズマ処理工程と、
第１の被処理物が上記プラズマ発生空間を出てから第２の被処理物が上記プラズマ発生空間に進入するまでの間に、上記電極の上記プラズマ発生空間に面する部分のクリーニングを行なうクリーニング工程とを含む。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、きわめて短時間にガスの置換を行なうことが可能となる。その結果、従来から存在するデッドタイムを利用してドライクリーニングが行なえるので、装置の稼働率を低下させることなく頻繁にドライクリーニングを行なうことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施の形態１）
（構成）
図１、図２を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置について説明する。このプラズマ処理装置は、反応容器１と、この反応容器１の内部に規定されるプラズマ発生空間１６に対して所望のガスを供給するためのガス供給源であるガスボンベ２とを備える。反応容器１とガスボンベ２とはガス配管２１によって接続されており、ガス配管２１の途中には、供給するガス流量をモニターし、必要に応じて制御するためのガス流量計３と、ガス配管２１の開閉を行なうための開閉バルブ４とが配置されている。このプラズマ処理装置においては、反応容器１の一部は絶縁体１ａによって構成されている。絶縁体１ａに固定されるようにして、断面が略三角形をした角棒型の３つの電極、すなわち、第１の電極５ａ、第２の電極５ｂおよび第３の電極５ｃが略並列に配置されている。これら３つの電極のうち第２の電極５ｂのみが図１に示されるように上下逆向きに配置されている。これらの電極の数は３以上であればよいが、ここでは、電極が３つである例を前提に説明する。
【００２８】
第１の電極５ａ、第２の電極５ｂ、第３の電極５ｃ、絶縁体１ａおよびこれらと対向する反応容器１の内壁によって囲まれて規定されるプラズマ発生空間１６は、ガス流経路を構成すると同時に被処理物の通過経路ともなっている。第１の電極５ａ、第３の電極５ｃは、この通過経路に対して対向する対向面１７ａ，１７ｃをそれぞれ有する。
【００２９】
本実施の形態では、大気圧すなわちほぼ１気圧の圧力の下で動作させるため、ガス分子の平均自由行程は０．１μｍ程度となる。そこで、この動作圧力の下において、導入されるガスが十分な粘性流となるように、ガス流経路の断面の厚み方向の最小寸法（以下「ガス流経路最小厚み」という。）は０．５ｍｍ以上となっている。ガス流経路最小厚みとは、ガス流経路の上側の壁を構成する第１の電極５ａ、第２の電極５ｂ、第３の電極５ｃおよび絶縁体１ａと、これらと対向して下側の壁を構成する反応容器１の内壁２２との間の間隔のうち最小の部分の寸法をいうものとする。
【００３０】
なお、ガス分子の平均自由行程λと、ガス流経路最小厚みｄについては、λ≪０．０１ｄなる条件であればガスの流れが粘性流になるという判断方法をDashmanが提案しているが、本発明では、ガスの流れが粘性流になるだけでなく、迅速にガスを押し流してプラズマ発生空間１６内のガスを置換することを意図しており、迅速にガスを押し流せるためには、λ＜０．０００２ｄ程度の条件が満たされることが必要である。プラズマ８の発光スペクトルの変化によって置換が完了したかどうかを判定する実験を行なったところ、λ＜０．０００２ｄの条件を満たせば、プラズマ発生空間１６内のガスは数秒で概ね置換を完了することが可能であった。なお、ここで行なった判定実験においては、ガス流経路に導入されるガス流量をガス流経路最小厚みｄで除してガス流速を算出し、このガス流速が１ｃｍ／秒になるように設定して行なった。良好なプラズマ処理を行なう上ではこれ以上のガス流速が必須である。また当然ながら、これ以上のガス流速を設定すればより高速にガスの置換を完了することができる。
【００３１】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置では、基板１０の搬送が必要であることから、ガス流経路最小厚みｄを略１ｍｍ以上に設定しておくことが望ましい。また、搬送に伴って基板１０が上下に多少振動することを考慮すればガス流経路最小厚みｄを３ｍｍから５ｍｍ程度に設定することが望ましい。
【００３２】
第１の電極５ａ、第２の電極５ｂおよび第３の電極５ｃは誘電体にて被覆された金属製電極であり、電圧印加状態切替手段としてのスイッチング回路７に接続されている。各々の電極は、このスイッチング回路７によって、高電圧を発生できる電源６に接続されるか、接地されるか、浮遊状態とされるかが選択される。電源６は、上述の３以上の電極の中から選択された１以上の電極である電圧印加対象電極に電圧を印加するためのものである。
【００３３】
さらに、このプラズマ処理装置は、被処理物である基板１０を搬送するための基板搬送装置を備えている。ただし、図１では基板搬送装置の構成部品である基板搬送用コロ９のみ図示している。図中右端の開放口から反応容器１内へと直線的に基板１０が搬入され、中央のプラズマ発生空間１６を通過する際にプラズマ処理を施され、その後、図中左端の開放口から搬出される。
【００３４】
なお、図２には図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図である。図２では、反応容器１外のガス配管２１や電気回路に関わる構成物は図示していない。
【００３５】
図２に示されるように、反応容器１は基板１０の進行方向の左右は側壁２３で塞がれている。反応容器１は基板１０の搬入、搬送のための開放口のみが大気に開放された構成である。
【００３６】
反応容器１は所望のプラズマ処理に対して耐腐食性を有する材料で製作されればよい。このような材料としては、たとえば、アルミニウム合金やステンレス合金が挙げられる。さらに、アルミニウム合金が採用された場合は、反応容器１内面に、アルマイト処理など、内面処理を行なうことが望ましい。あるいは、アルミナ被膜を溶射法などによって形成してもよい。ただし、電極を固定する部分は絶縁体１ａで構成されている必要があり、この部分にはアルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミックス材料を用いることが望ましい。
【００３７】
第１の電極５ａ、第２の電極５ｂおよび第３の電極５ｃは、金属で構成される。これらの電極の材料は、アルミニウム合金やステンレス合金などであってよい。なお、必要であれば、プラズマ８の発生時の温度上昇を抑えるために各電極内に冷却水路を設け、冷却水によって電極を冷却する機能を付与してもよい。これらの電極の表面は誘電体で被覆されていることが望ましく、溶射法にてアルミナなどの誘電体被膜を形成するか、あるいは、アルミナなどのセラミックス焼結体を成形して電極表面を覆うように一体化させてもよい。
【００３８】
なお、図１に示した各電極は、断面が略三角形の形状である例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば断面が略五角形の形状などを有していてもよい。
【００３９】
また、電源６は、約１ｋＶ以上の高電圧を印加できる機能を有すればよいが、プラズマ８を安定に放電させる上では、電源６としては周波数が１ｋＨｚから３００ＭＨｚ程度であるものを採用することが望ましい。１ｋＨｚ以下の周波数では、安定した放電を保つことが難しく、また３００ＭＨｚ以上を超えると電気回路系の設計が難しくなる。また、周波数が高くなるに従い、安定したグロー放電を維持するために必要なギャップは狭くなる。周波数が３００ＭＨｚを超える場合は２００μｍ程度の狭いギャップでしか安定なグロー放電が形成できなくなるため、電極の長手方向に均一なギャップを維持して反応容器１を構成することが難しくなる。
【００４０】
（プラズマ処理工程）
まず、本実施の形態におけるプラズマ処理装置において、被処理物がプラズマ発生空間内を通過する間に被処理物に対する所望のプラズマ処理を行なうステップ、すなわちプラズマ処理工程の動作および作用・効果について説明する。本実施の形態におけるプラズマ処理装置において、基板１０にたとえばＣＶＤ膜を形成する場合、あるいはエッチングする場合など、本来の所望とするプラズマ処理を行なう際は、ガスボンベ２からガス配管２１およびガス供給経路１８を通して、プラズマ処理用ガスをプラズマ発生空間１６内に導入する。プラズマ処理用ガスは、少なくともプラズマ処理のための反応ガスを含み、さらにプラズマ放電を容易に安定維持可能とする希ガスが混合されていることが望ましい。もちろん、反応ガスのみで安定放電の維持が可能であれば、上記希ガスを混合しなくともよいし、これらに酸素、水その他のガスを添加してもよく、適宜適切なガスを選択すればよい。
【００４１】
上述のように反応容器１は開放口を通じて大気に開放された系である。このような系では大気、すなわち酸素、窒素を主要素とするガスが、反応容器１内へ混入するが、開放口の面積を極力小さくするとともに、十分な量のプラズマ処理用ガスを供給することにより、概ね大気の混入の影響を抑えることも可能である。
【００４２】
上述の操作を行ない、反応容器１内の少なくともプラズマ放電を意図する領域に所望のガス雰囲気を形成するとともに、図１に示すようにスイッチング回路７によって第１の電極５ａと第３の電極５ｃとを接地し、第２の電極５ｂを電源６に接続する。電源６によって第２の電極５ｂに高電圧が印加される。その結果、プラズマ発生空間１６のうち、絶縁体１ａ近傍の領域であって、なおかつ、第１の電極５ａと第２の電極５ｂとの間および第２の電極５ｂと第３の電極５ｃとの間の領域にプラズマ８が発生する。このときプラズマ８が発生している領域を仮に「第１の発生領域」とする。このようなプラズマ放電を維持した状態において、図１に示すように基板搬送装置によって基板１０を移動させ、プラズマ８が発生する領域を通過させることにより、基板１０の表面の所望領域または全面に対して順次プラズマ８中の反応活性種を作用させて、所望とするプラズマ処理を行なうことが可能となる。
【００４３】
なお、図１では、基板搬送の向きは、図中左向きとなっているが、これは一例にすぎず、図中右向きに搬送してもよい。図１の構造において図中右向きに基板を搬送した場合は、ガス流は基板の搬送の向きに逆らう向きに流れることとなるため、基板搬送に伴って基板に同伴する外気の量を抑制する効果がある。一方、図中左向きに基板を搬送した場合は、ガス流は基板搬送の向きと同じとなり、基板の搬入に伴う基板エッジ部でのガス流の乱れを抑制する効果がある。
【００４４】
（クリーニング工程）
次に、本実施の形態におけるプラズマ処理装置において、被処理物がプラズマ発生空間内に進入する前またはプラズマ発生空間内から出た後に、電極のプラズマ発生空間に面する部分のクリーニングを行なうステップ、すなわちクリーニング工程の動作および作用・効果について説明する。基板１０がプラズマ発生空間１６内を通過し終え、プラズマ処理が終了した時点で、図３に示すように、スイッチング回路７を切り替え、第１の電極５ａを電源６に接続し、第２の電極５ｂを無接続とし、第３の電極５ｃを接地させる。プラズマ処理用ガスの供給を停止すると同時に、排気ポンプなどを用いたガス排気ステップを経ることなく、クリーニング用ガスの供給を開始する。クリーニング用ガスもガスボンベ２からガス配管２１およびガス供給経路１８を通して供給される。
【００４５】
この状態で、第１の電極５ａに高電圧を印加することによって、第１の電極５ａから第３の電極５ｃまでの下面近傍にプラズマ８を発生させる。このときプラズマ８が発生している領域を仮に「第２の発生領域」とする。第２の発生領域は、第１の発生領域とは互いに異なる領域である。これらのプラズマ発生領域の切替えは、電圧印加状態切替手段としてのスイッチング回路７によって電圧印加対象電極の選択が切り替えられることによって行なわれる。その結果、第１の電極５ａ、第２の電極５ｂ、第３の電極５ｃおよび絶縁体１ａ下面のうちプラズマ８の発生領域に接する部分およびその近傍部のクリーニングを行なうことが可能となる。
【００４６】
（工程の切替え）
基板搬入のタイミングについては、たとえば光学的なセンサーなどによって基板位置を検出すれば容易に把握することが可能である。そこで、基板１０の搬入直前もしくは搬出直後の時点を何らかの検出手段によって検出し、電極切替え命令をスイッチング回路７に対して送り、導入するガス種類の変更命令をガス流量計３に送るシステムを付与すれば、プラズマ処理工程とクリーニング工程との切替えを自動的に行なうことが可能となる。
【００４７】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置によれば、プラズマ発生空間１６を含むようにガス流経路が形成されているとともに、ガスが十分な粘性流となるようにガス流経路が設計されているため、先に使用していたプラズマ処理用ガスは、クリーニング用ガスによって押し出される。その結果、プラズマ処理用ガスが、反応容器１内の少なくともドライクリーニングのためのプラズマ放電を意図する領域に残留する割合は急激に低下し、クリーニング用ガス雰囲気へと迅速に置換することが可能となる。したがって、基板１０へのプラズマ処理を終了し、基板１０を搬出した後、速やかにドライクリーニングを行なうことができる。また、ドライクリーニング終了後は、導入するガスをクリーニング用ガスからプラズマ処理用ガスに変更するとともに、電極の切替えを行なえば、再び所望とするプラズマ処理を行なう準備が迅速に整えられる。
【００４８】
一般に、被処理物である基板がプラズマ処理を行なう空間を順次通過するように搬送されることによって供給される、いわゆる「枚葉方式」のプラズマ処理装置では、基板搬送装置を含む搬送経路を構築する上で、第１の基板が搬送された後に、次の第２の基板が搬送されるまでに、約３０秒以上のデッドタイムが生じる。図４にプラズマ処理が実際に行なわれている時間とデッドタイムとの関係を示す。このように、１つのプラズマ処理とその次のプラズマ処理との間には必ずデッドタイムが存在することになる。また、各回のプラズマ処理に要する時間が、概ね６０秒以下であることを考慮すれば、各回のデッドタイムが約３０秒以上というのは、プラズマ処理に費やされる時間に比べてデッドタイムが占める時間の割合は比較的大きいことがわかる。しかも、従来技術のプラズマ処理装置では、このデッドタイムの間なんらのプラズマ処理を行なえず、生産に関わる作業が行なえていなかった。
【００４９】
これに対し、本発明に基づくプラズマ処理装置では、５秒程度でプラズマ処理用ガスからクリーニング用ガスへの置換、または、クリーニング用ガスからプラズマ処理用ガスへの置換が完了するため、たとえば約３０秒間与えられたデッドタイムの範囲内で、約２０秒のドライクリーニングを行なうことが可能となる。さらに、このようにデッドタイムはプラズマ処理とプラズマ処理との間に必ず行なうようにすることができるために、プラズマ処理と直後のドライクリーニングとをセットとして装置を動作させることができる。したがって、ドライクリーニングを効果的に行なえる。毎回のプラズマ処理の度にクリーニングも行なわれるようになる結果、反応容器内に付着物が蓄積することがなく、非常に再現性に優れたプラズマ処理を行なうことが可能となる。
【００５０】
（反応容器が密閉された構成の例）
ところで、図１〜図３に示した構成は、反応容器１が大気に開放された構成であるが、反応容器１は密閉された空間であってもよい。図５は反応容器１の側壁の開口部を無くした装置構成例を示している。この装置では、基板１０は基板ホルダ１４に載置されている。この装置では、基板１０が単独で基板搬送用コロ９によって搬送される代わりに、基板１０を載置した基板ホルダ１４が移動する構成である。また、反応容器１側壁には常時開放された開口部はないが、代わりにゲートバルブ１５が配置されている。ゲートバルブ１５は、任意のタイミングで開閉可能である。さらに、この構成は、排気ポンプ１１と、排気量を調整するための流量調整バルブ１２と、圧力計１３とを備えている。これらの構成により、反応容器１内を所望の圧力に設定することが可能である。また、図示しないが流量計３をガス配管２１の途上のうち反応容器１の直近の位置に配置すれば、ガスの置換をより短時間に終了できる。
【００５１】
なお、当然ながら、図１〜図３に示したような、反応容器１が大気に開放された構成においても、上述のようなガス排気機能を付与してもよく、その場合はガスの置換を迅速に行なうことができる。
【００５２】
（実施の形態２）
（構成）
図６を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置について説明する。実施の形態１と重複する部分については説明を繰り返さない。本実施の形態では、絶縁体１ａ中にガス供給経路１９が形成されている。電極同士の間にはガス供給経路１９から連通する間隙がある。第１の電極５ａと第２の電極５ｂとの間の空間１６ａｂ、および第２の電極５ｂと第３の電極５ｃとの間の空間１６ｂｃは、ガス供給経路１９から導入されるガスが通過するガス流経路となる。本実施の形態では、空間１６ａｂ，１６ｂｃもプラズマ発生空間１６の一部である。空間１６ａｂ，１６ｂｃは、出口に向かうにつれて徐々に幅が狭くなっている。
【００５３】
また、第１〜第３の電極５ａ，５ｂ，５ｃの側方にもガス供給経路１８が形成されており、ガス供給経路１８，１９のいずれからガスを導入するかは、開閉バルブ４の操作によって選択できる。すなわち、プラズマ発生空間１６内におけるプラズマ８の発生する領域の切替えに応じて、プラズマ発生空間１６にガスが供給される経路を切り替えるガス供給経路切替手段としての開閉バルブ４を備える。
【００５４】
（動作）
図６、図７を参照して、本実施の形態におけるプラズマ処理装置の動作について説明する。図６に示すように、電極同士の間の空間１６ａｂ，１６ｂｃがガス流経路となるように、ガス供給経路１９を通してプラズマ処理用ガスを導入するとともに、第１の電極５ａおよび第３の電極５ｃを接地し、第２の電極５ｂを電源６に接続する。そして第２の電極５ｂに高電圧を印加することによって、空間１６ａｂ，１６ｂｃの特に電極同士に挟まれている領域にプラズマ８が発生する。この状態で、プラズマ処理用ガスの導入によって形成されたガス流によって、プラズマ８中の反応ガスの活性種が基板１０へと移送され、所望のプラズマ処理が行われる。
【００５５】
しかし、この所望のプラズマ処理中に、第１の電極５ａ、第２の電極５ｂ、第３の電極５ｃの下面領域を中心に反応生成物や重合物などの付着物が形成される。そこで、図７に示すように、基板１０へのプラズマ処理が終了して、基板１０がプラズマ発生領域から搬出された後に、クリーニング処理を行なう。
【００５６】
まず、プラズマ処理用ガスの供給を開閉バルブ４によって停止し、それと同時にクリーニング用ガスの供給を開始する。また、開閉バルブ４の操作によって、クリーニング用ガスは、第１〜第３の電極５ａ，５ｂ，５ｃの側方に形成されたガス供給経路１８より供給する。次にたとえば、第１の電極５ａを電源６に接続し、第２の電極５ｂを電気的に浮遊させ、第３の電極５ｃを接地させる。そして、第１の電極５ａに高電圧を印加することによって、第１の電極５ａから第３の電極５ｃまでの下面近傍の領域にプラズマ８を発生させる。このように、付着物が形成された領域を中心にドライクリーニングを目的とするプラズマ８を発生させるため、ドライクリーニングが効果的に行なえる。
【００５７】
また、本実施の形態では、スイッチング回路７の切替えによるプラズマ発生領域の変更だけでなく、ガス供給経路をも変更しているので、クリーニング処理用ガスのガス流経路は、ドライクリーニングを目的とするプラズマ発生領域をより広くカバーできる形で形成できる。したがって、少なくともこのガス流経路によってカバーされる領域ではプラズマ処理用ガスからクリーニング処理用ガスへの置換が迅速に行なえる。
【００５８】
（実施の形態３）
（構成）
図８を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置について説明する。実施の形態１，２と重複する部分については説明を繰り返さない。本実施の形態では、第１〜第３の電極５ａ，５ｂ，５ｃの断面形状は略四角形である。そして、略並列に配置された第１〜第３の電極５ａ，５ｂ，５ｃの各対向面１７ａ，１７ｂ，１７ｃに対向するように、第４の電極５ｄが補助電極として配置されている。第４の電極５ｄは平坦な上面２０を有する。
【００５９】
（動作）
図８に示すプラズマ処理工程においては、第４の電極５ｄはプラズマ発生に寄与しない。これに対して、図９に示すドライクリーニング工程においては、第１〜第３の電極５ａ，５ｂ，５ｃに高電位が印加される結果、これらの電極と第４の電極５ｄとの間でプラズマ８が発生する。そしてその結果、第１〜第３の電極５ａ，５ｂ，５ｃの各対向面１７ａ，１７ｂ，１７ｃや、第４の電極５ｄの上面２０およびその周辺にある付着物を効果的に除去できることとなる。
【００６０】
（作用・効果）
本実施の形態では、第１〜第３の電極５ａ，５ｂ，５ｃの断面形状が略四角形であるので、各電極の製作が比較的容易となる。本実施の形態では、本来所望とするプラズマ処理には必要とされない第４の電極５ｄを補助電極として別に配置させる必要があるが、クリーニング工程においては、特に広範囲にプラズマ８が発生できるという利点がある。また、第４の電極５ｄはドライクリーニングのみに用途が特定されているため、本来所望とするプラズマ処理のために配置や形状を制限されることがなく、比較的自由に設計できる利点もある。
【００６１】
（実施の形態４）
（構成）
図１０を参照して、本発明に基づく実施の形態４におけるプラズマ処理装置について説明する。実施の形態１〜３と重複する部分については説明を繰り返さない。本実施の形態では、実施の形態３と似ているが、第４の電極がない。
【００６２】
（動作）
本実施の形態では、本来所望とするプラズマ処理、すなわちプラズマ処理工程を行なう際には、たとえば図１０に示すように、第１の電極５ａと第３の電極５ｃとを接地させ、第２の電極５ｂに高電圧を印加し、プラズマ８を発生させる。次いで、プラズマ処理終了後に、クリーニング用ガスを反応容器１内に導入するとともに、図１１のように、第２の電極５ｂを接地させ、第１の電極５ａと第３の電極５ｃとに高電圧を印加してドライクリーニングを目的としたプラズマを発生させる。すなわち、クリーニング工程を行なう。
【００６３】
ここでプラズマ処理工程における状態とドライクリーニング工程における状態とを比較すると、各電極において接地するか高電位を印加するかを互いに切り替えたのみである。しかしながら、大気圧近傍においてプラズマを発生させた場合、特に高電位が印加された電極の周辺には沿面グロー放電が拡がるため、このようにスイッチング回路７を切り替えるのみであっても、プラズマ発生領域を変えることが可能である。
【００６４】
図１０に示すような電圧印加の形態であれば、第１の電極５ａの対向面１７ａの図中左側、および第３の電極５ｃの対向面１７ｃの図中右側にはプラズマ８が拡がらず、この部分を中心に付着物が発生する。これに対して、図１１に示すような電圧印加の形態であれば、第１の電極５ａ、第３の電極５ｃの対向面１７ａ，１７ｃは全域に渡ってプラズマ８に覆われ、付着物を効果的に除去することが可能である。よって、使用する各電極のそれぞれに高電圧を印加する機能を付与すれば、沿面グロー放電によるプラズマ領域の拡大を考慮してプラズマ発生領域を変化させることが可能となる。
【００６５】
また、図１１に示した形態の類似例として、図１２に示すように、まず第３の電極５ｃのみに高電圧を印加し、第３の電極５ｃ周辺をクリーニングした後に、図１３に示すように、第１の電極５ａのみに高電圧を印加し、第１の電極５ａ周辺をクリーニングすることも可能となる。各電極それぞれに高電圧を印加する機能があれば良い。言い換えれば、電源６によって電圧印加対象電極に電圧が印加された状態における３以上の電極に属する電極のうちで最も高い電圧を印加される電極を最高電位電極と呼ぶとき、電圧印加状態切替手段としてのスイッチング回路７は、３以上の電極のいずれをもそれぞれ最高電位電極に設定することができるだけの電圧印加パターンの選択肢を有することが好ましい。このようになっていれば、使用する各電極のそれぞれに高電圧を印加することができ、所望の電極の下面を覆うようにプラズマ発生領域を自在に変化させることができるからである。
【００６６】
なお、今回開示した上記実施の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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置のプラズマ処理工程の説明図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置のクリーニング工程の説明図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置において、プラズマ処理が実際に行なわれている時間とデッドタイムとの関係を示す説明図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の変形例の断面図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置のプラズマ処理工程の説明図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置のクリーニング工程の説明図である。
【図８】本発明に基づく実施の形態３におけるプラズマ処理装置のプラズマ処理工程の説明図である。
【図９】本発明に基づく実施の形態３におけるプラズマ処理装置のクリーニング工程の説明図である。
【図１０】本発明に基づく実施の形態４におけるプラズマ処理装置のプラズマ処理工程の説明図である。
【図１１】本発明に基づく実施の形態４におけるプラズマ処理装置のクリーニング工程の説明図である。
【図１２】本発明に基づく実施の形態４におけるプラズマ処理装置の他の電圧印加形態の第１の例を示す説明図である。
【図１３】本発明に基づく実施の形態４におけるプラズマ処理装置の他の電圧印加形態の第２の例を示す説明図である。
【図１４】従来技術に基づくプラズマ処理装置の動作の第１の説明図である。
【図１５】従来技術に基づくプラズマ処理装置の動作の第２の説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  反応容器、１ａ  絶縁体、２  ガスボンベ、３  ガス流量計、４  開閉バルブ、５ａ  第１の電極、５ｂ  第２の電極、５ｃ  第３の電極、５ｄ  第４の電極、６  電源、７  スイッチング回路、８  プラズマ、９  基板搬送用コロ、１０  基板、１１  排気ポンプ、１２  流量調整バルブ、１３  圧力計、１４  基板ホルダ、１５  ゲートバルブ、１６  プラズマ発生空間、１６ａｂ，１６ｂｃ  （電極同士の間の）空間、１７ａ，１７ｃ  対向面、１８，１９  ガス供給経路、２０  （補助電極の）上面、２１  ガス配管、２２  内壁、２３  側壁、１１１  反応室壁、１１２  反応室空間、１１３  ウエハ保持電極、１１４  対向電極、１１５  内壁電極、１１６  ウエハ、１１７  選択スイッチ、１１８  高周波整合器、１１９  高周波電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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