(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管と電磁波導入手段とを有し、前記放電管の中に導入されたガスに電磁波を作用させてプラズマを生成するプラズマ発生室と、
被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理チャンバと、
前記プラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸送管と、
前記放電管を加熱する加熱手段と、
前記被処理物を処理するためのプロセスガスを前記プラズマ発生室に導入する第１のガス導入手段と、
クリーニングガスを前記プラズマ発生室に導入する第２のガス導入手段と、
を備え、
前記チャンバ内を大気圧よりも減圧しつつ、前記放電管の内部において前記プラズマを生成することにより分解したガスを前記チャンバ内に導入することにより前記被処理物を処理可能としたプラズマ処理装置であって、
前記加熱手段により前記放電管を加熱することにより前記放電管の内壁に堆積した反応生成物を除去可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
放電管と電磁波導入手段とを有し、前記放電管の中に導入されたガスに電磁波を作用させてプラズマを生成するプラズマ発生室と、
被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理チャンバと、
前記プラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸送管と、
前記輸送管を加熱する加熱手段と、
前記被処理物を処理するためのプロセスガスを前記プラズマ発生室に導入する第１のガス導入手段と、
クリーニングガスを前記プラズマ発生室に導入する第２のガス導入手段と、
を備え、
前記チャンバ内を大気圧よりも減圧しつつ、前記放電管の内部において前記プラズマを生成することにより分解したガスを前記チャンバ内に導入することにより前記被処理物を処理可能としたプラズマ処理装置であって、
前記加熱手段により前記輸送管を加熱することにより前記輸送管の内壁に堆積した反応生成物を除去可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
排気手段と、
前記輸送管と前記排気手段とを接続するバイパスラインと、
をさらに備え、
前記加熱手段の加熱により除去された前記反応生成物を前記処理チャンバを介さず前記バイパスラインを介して前記排気手段により排出可能としたことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
排気手段と、
前記輸送管を介することなく前記放電管と前記排気手段とを接続するバイパスラインと、
をさらに備え、
前記加熱手段の加熱により前記放電管の内壁から除去された前記反応生成物を前記輸送管及び前記処理チャンバを介さず前記バイパスラインを介して前記排気手段により排出可能としたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、プラズマ発生室と処理室とが分離されている「ダウンフロー型」のプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチング、アッシング、表面改質あるいは薄膜堆積などのプラズマ処理は、半導体装置や液晶ディスプレイをはじめとする各種製品の製造に利用されている。例えば、半導体製造用シリコンウェーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板上に形成した導電体膜や絶縁膜などをプラズマ処理するに際して、プラズマ発生室と処理室とを分離した「ダウンフロー型」のプラズマ処理装置が用いられる場合がある。
【０００３】
図１５は、従来のダウンフロー型プラズマ処理装置の概略構成を表す模式図である。すなわち、ダウンフロー型の装置の場合、プラズマ処理室１１０とプラズマ発生室１２０とが輸送管１３０により連結された構成を有する。
【０００４】
プラズマ処理室１１０は、排気手段１１２により減圧雰囲気を維持可能とされ、その内部に配置された載置台１１４の上に半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを載置することができる。
【０００５】
プラズマ発生室１２０は、おもに放電管１２２からなり、マイクロ波導波管  １４０が隣接して設けられている。放電管１２２は、マイクロ波に対する透過率が高くエッチングされにくい材料により構成する必要があり、通常は、アルミナまたは石英により形成される。導波管１４０を導波されてくるマイクロ波Ｍは、スリット１２０Ｃを介して放電管１２２の内部に導入される。一方、ガス導入口１２４からはプラズマ処理に必要とされるプロセスガスＧが導入される。このようにして導入されたプロセスガスＧにマイクロ波が作用し、プラズマ発生領域１２０ＡにおいてプロセスガスＧのプラズマＰが励起される。
【０００６】
プラズマＰにより活性化したプロセスガスＧのラジカルなどのガス種（以下、「活性種」と称する）は、輸送管１３０を通ってプラズマ処理室１１０内に載置された被処理物Ｗの表面に到達し、エッチングやアッシングなどのプラズマ処理が行われる。
【０００７】
例えば、被処理物Ｗとしてシリコン（Ｓｉ）をエッチングする場合に、プロセスガスＧとして、ＣＦ４を用いることができる。この場合、プラズマ発生領域１２０Ａにおいて形成されたプラズマＰの中には、ＣＦ３＊、ＣＦ２＊、ＣＦ＊、Ｆ＊などの遊離基（ラジカル）やＣ２Ｆ６などの中間分解生成物が形成される。これらの活性種がシリコンの表面に到達すると、ＣＦ３＊、ＣＦ２＊は解離して活性なＦ＊を生成し、このＦ＊がシリコンと反応してＳｉＦ４を形成する。このＳｉＦ４は蒸気圧が高いため、減圧下でシリコン表面から急速に脱離する。このようにしてシリコンのエッチングが進行する。
【０００８】
図１５に例示したようなダウンフロー型の装置の場合、プラズマ処理室１１０とプラズマ発生室１２０とが分離しているため、プラズマＰに含まれる荷電粒子などによる被処理物Ｗへの影響を抑制できる。例えば、微細な半導体素子や絶縁膜のチャージアップによる静電破壊などの問題を抑制できるという利点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、このようなダウンフロー型の装置の場合、プラズマ処理を繰り返すと、処理速度の低下やパーティクルの発生による歩留まりの低下が生ずることがある。これは、放電管１２２を構成する材料がプロセスガスのプラズマＰと反応して生成物が形成されるからである。例えば、アルミナの放電管１２２において、ＣＦ４やＮＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８などのフッ素（Ｆ）系ガスを用いてエッチングを行うと、アルミナに含まれるアルミニウム（Ａｌ）がフッ素（Ｆ）と反応してフッ化アルミニウムが生成される。これに伴ってエッチング速度の低下が生じ、また、生成されたフッ化アルミニウムが被処理物Ｗの上にパーティクルとして落下すると歩留まりを低下させるという問題が生ずる。
【００１０】
これらの問題を防ぐためには、放電管１２２をクリーニングするか交換する必要がある。すなわち、放電管１２２を大気開放して取り外し、新品と交換するか、または研磨、薬液などにより洗浄する必要がある。しかし、このためにはクリーニング設備が必要とされ、装置の稼働率も低下し、処理コストも高くなる。
【００１１】
一方、ダウンフロー型の装置の場合、プラズマ発生室１２０で生成された活性種が処理室１１０に輸送される途中に金属材料が露出していると活性種が反応して失活し、被処理物Ｗに対する処理速度が低下するという問題がある。このため、従来は、輸送管１３０の内壁面は、活性種と反応しにくい材料、例えば、四弗化樹脂（ＰＴＦＥ）またはアルミナ等のセラミック材料などにより形成されていた。
【００１２】
しかし、本発明の独自の検討の結果、輸送管１３０の内壁面を活性種と反応しにくい材料で構成した場合でも、経時的に処理速度の低下が生ずることが分かった。そして、この原因は、放電管１２２を構成する材料とプロセスガスＧとの反応生成物が輸送管１３０の内壁面に堆積するためであることが判明した。
【００１３】
以上説明したように、従来のダウンフロー型のプラズマ処理装置の場合、放電管１２２を構成する材料とプロセスガスＧとが反応することにより、プラズマ処理を繰り返すと処理速度の低下やパーティクルの落下などが生ずるという問題があった。
【００１４】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、処理速度の低下やパーティクルの形成に確実且つ容易に対処できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１のプラズマ処理装置は、
放電管と電磁波導入手段とを有し、前記放電管の中に導入されたガスに電磁波を作用させてプラズマを生成するプラズマ発生室と、
被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理チャンバと、
前記プラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸送管と、
前記放電管を加熱する加熱手段と、
前記被処理物を処理するためのプロセスガスを前記プラズマ発生室に導入する第１のガス導入手段と、
クリーニングガスを前記プラズマ発生室に導入する第２のガス導入手段と、
を備え、
前記チャンバ内を大気圧よりも減圧しつつ、前記放電管の内部において前記プラズマを生成することにより分解したガスを前記チャンバ内に導入することにより前記被処理物を処理可能としたプラズマ処理装置であって、
前記加熱手段により前記放電管を加熱することにより前記放電管の内壁に堆積した反応生成物を除去可能としたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、放電管を大気開放し取り外して洗浄する必要がなくなり、クリーニングを容易にして装置のスループットも向上できる。そして、プロセスガスとクリーニングガスを適宜切り替えることにより、プラズマ処理とクリーニング処理を連続的に実施することも可能となる。
【００１７】
または、本発明の第２のプラズマ処理装置は、
放電管と電磁波導入手段とを有し、前記放電管の中に導入されたガスに電磁波を作用させてプラズマを生成するプラズマ発生室と、
被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理チャンバと、
前記プラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸送管と、
前記輸送管を加熱する加熱手段と、
前記被処理物を処理するためのプロセスガスを前記プラズマ発生室に導入する第１のガス導入手段と、
クリーニングガスを前記プラズマ発生室に導入する第２のガス導入手段と、
を備え、
前記チャンバ内を大気圧よりも減圧しつつ、前記放電管の内部において前記プラズマを生成することにより分解したガスを前記チャンバ内に導入することにより前記被処理物を処理可能としたプラズマ処理装置であって、
前記加熱手段により前記輸送管を加熱することにより前記輸送管の内壁に堆積した反応生成物を除去可能としたことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、輸送管を大気開放し取り外してクリーニングする必要がなくなり、クリーニングを容易にして装置のスループットも向上できる。そして、プロセスガスとクリーニングガスを適宜切り替えることにより、プラズマ処理とクリーニング処理を連続的に実施することも可能となる。
【００１９】
ここで、上記第１あるいは第２のプラズマ処理装置において、
排気手段と、
前記輸送管と前記排気手段とを接続するバイパスラインと、
をさらに備え、
前記加熱手段の加熱により除去された前記反応生成物を前記処理チャンバを介さず前記バイパスラインを介して前記排気手段により排出可能としてもよい。
【００２０】
このようにすれば、放電管あるいは輸送管のクリーニングに際して、処理チャンバを汚染する心配が解消される。
【００２１】
また、上記第１のプラズマ処理装置において、
排気手段と、
前記輸送管を介することなく前記放電管と前記排気手段とを接続するバイパスラインと、
をさらに備え、
前記加熱手段の加熱により前記放電管の内壁から除去された前記反応生成物を前記輸送管及び前記処理チャンバを介さず前記バイパスラインを介して前記排気手段により排出可能とすれば、放電管のクリーニングに際して、輸送管及び処理チャンバを汚染する心配が解消される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以上説明した形態で実施され、以下に説明する効果を奏する。
【００２３】
まず、本発明によれば、クリーニングガスを排出するためのバイパスラインを設けることにより、装置を大気開放して放電管や輸送管を装置から取り外す必要がなく、バルブの開閉動作のみにより確実且つ容易にクリーニングできる。
【００２４】
またさらに、このクリーニング処理に際しては、処理室を遮断した状態とし、バイパスラインを介してクリーニングガスを排気するので、処理室を汚染する心配も解消される。その結果として、プラズマ発生室の洗浄を迅速且つ容易に行うことができ、プラズマ処理のスループットを向上させ、処理品質も高いレベルに維持することが可能となる。
【００２５】
また、本発明によれば、放電管から輸送管を介することなくクリーニングガスを排出できるバイパスラインを設けることにより、プラズマ発生室のクリーニング処理の際に、輸送管の汚染の虞も解消することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、放電管を加熱することにより、フッ化アルミニウムなどの反応生成物を迅速に蒸発させて除去することが可能となる。
【００２７】
また、本発明によれば、輸送管の内壁を反応生成物と同一の材料からなる被覆層により予め覆っておくことにより、輸送管における活性種の失活の程度を最初から一定とし、プラズマ処理を繰り返しても処理速度は変動せず、安定したプラズマ処理を継続的に実施できる。
【００２８】
特に、近年の半導体装置や液晶ディスプレイの製造に際しては、素子サイズの微細化などにより、極めて精密なエッチングや表面処理などのプラズマ処理が要求される場合も多く、これに対処するための高い再現性や安定性を有するプラズマ処理装置が必要とされている。本発明によれば、このような要求に応えるプラズマ処理装置を提供できる。
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、シンプルな装置構成により安定した精密なプラズマ処理を継続的に再現可能なプラズマ処理装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態として、放電管のクリーニングのためのバイパスラインを設けたプラズマ処理装置について説明する。
【００３２】
図１は、本実施形態にかかるダウンフロー型プラズマ処理装置の概略構成を表す模式図である。すなわち、同図に表した装置は、プラズマ処理室１０とプラズマ発生室２０とが輸送管３０により連結された構成を有する。
【００３３】
プラズマ処理室１０は、排気手段１２により減圧雰囲気を維持可能とされ、その内部に配置された載置台１４の上に半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを載置することができる。
【００３４】
プラズマ発生室２０は、例えば図１５に関して前述したような構造を有し、マイクロ波導波管４０から供給されるマイクロ波Ｍにより、ガス導入口２４から導入されるプロセスガスＧのプラズマＰを励起させる。
【００３５】
プラズマＰにより活性化したプロセスガスＧのラジカルなどの活性種は、輸送管３０を通ってプラズマ処理室１０内に載置された被処理物Ｗの表面に到達し、エッチングやアッシングなどのプラズマ処理が行われる。このようにして、プラズマＰに含まれる荷電粒子などによる被処理物Ｗへの影響を抑制しつつ、所定のプラズマ処理を施すことができる。
【００３６】
さて、本実施形態においては、以上説明した構成に加えて、輸送管３０から分岐したバイパスライン５０が設けられている。そしてさらに、輸送管３０と処理室１０との間には開閉自在のバルブＶ１が設けられ、また輸送管３０とバイパスライン５０との間にも開閉自在のバルブＶ２が設けられている。
【００３７】
バイパスライン５０の他端は排気手段１２に接続されて排気可能とされている。排気手段１２の入口には、処理室１０とバイパスライン５０とを切り替え可能なバルブＶ３を適宜設けてもよい。
【００３８】
また、ガス導入口２４には、プラズマ処理のために必要とされるプロセスガスＧの供給ラインの他に、プラズマ発生室２０を洗浄するためのクリーニングガスＣを供給するラインが適宜設けられている。
【００３９】
以上説明した構成を有するプラズマ処理装置によれば、通常のプラズマ処理とは別に、クリーニング処理を行うことができる。以下、これらの処理について説明する。
【００４０】
図２は、プラズマ処理の際の動作を表す模式図である。すなわち、プラズマ処理の際には、バルブＶ１を開けて輸送管３０と処理室１０と連通させ、一方、バルブＶ２は閉じてバイパスライン５０を遮断する。また、バルブＶ３を処理室１０側に切り替えて、排気手段１２により処理室１０を排気可能な状態とする。
【００４１】
この状態において、ガス導入口２４からプロセスガスＧを供給し、プラズマ発生室２０においてプロセスガスＧのプラズマＰを励起させる。そして、このようにして得られた活性種を輸送管３０を介して処理室１０の被処理物Ｗに作用させることにより、エッチングやアッシングなどの所定のプラズマ処理を施すことができる。
【００４２】
次に、クリーニングの際の動作について説明する。
【００４３】
図３は、クリーニング処理の際の動作を表す模式図である。すなわち、クリーニング処理の際には、バルブＶ１を閉じて輸送管３０と処理室１０とを遮断し、バルブＶ２を開けて輸送管３０とバイパスライン５０とを連通させる。また、バルブＶ３をバイパスライン５０側に切り替えて、排気手段１２によりバイパスライン５０を排気可能な状態とする。
【００４４】
この状態において、ガス導入口２４からクリーニングガスＣを供給し、プラズマ発生室２０においてプラズマＰを励起させる。すると、プラズマ発生室２０の内壁に堆積した生成物が分解され、輸送管３０、バイパスライン５０を介して排気手段１２により除去される。
【００４５】
例えば、プラズマ発生室２０の内壁がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）により形成され、プロセスガスＧとして、ＣＦ４やＮＦ４などのフッ素（Ｆ）系ガスを用いる場合、アルミナに含まれるアルミニウム（Ａｌ）がフッ素（Ｆ）と反応してフッ化アルミニウム（ＡｌＦｘ）が生成される。このようにプラズマ発生室２０の内壁に堆積したフッ化アルミニウムを分解するためには、クリーニングガスＣとして、酸素（Ｏ）を含有したガスを用いることが有効である。すなわち、酸素を含有したプラズマＰを励起させると、フッ化アルミニウムが分解して、揮発性のフッ素はバイパスライン５０を介して排出される。その結果として、プラズマ発生室２０を洗浄することができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、装置を大気開放して放電管２２を装置から取り外す必要がなく、バルブＶ１〜Ｖ３の開閉動作のみにより確実且つ容易にクリーニングできる。またさらに、このクリーニング処理に際しては、処理室１０を遮断した状態とし、バイパスライン５０を介してクリーニングガスＣを排気するので、処理室１０を汚染する心配がない。
【００４７】
その結果として、プラズマ発生室２０の洗浄を迅速且つ容易に行うことができ、プラズマ処理のスループットを向上させ、処理品質も高いレベルに維持することが可能となる。
【００４８】
図４は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置の変型例を表す模式図である。同図については、図１乃至図３に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
すなわち、本変型例においては、バイパスライン５０がバルブＶ２を介してプラズマ発生室２０の上流側に接続されている。そして、プラズマ発生室２０の上流側にはプロセスガスＧを導入するためのガス導入口２４が設けられ、一方、プラズマ発生室２０の下流側にはクリーニングガスＣを導入するためのガス導入口２６が設けられている。
【００５０】
この装置の動作について説明すると、まず、プラズマ処理の際には、バルブＶ１を開け、バルブＶ２は閉じた状態とする。また、バルブＶ３は、処理室１０側に切り替える。この状態において、排気手段１２により処理室１０を排気しつつ、ガス導入口２４からプロセスガスＧを導入して、プラズマ発生室２０においてプロセスガスのプラズマＰを励起させる。すると、得られた活性種が輸送管３０を介して処理室１０に導入され、被処理物Ｗにプラズマ処理を施すことができる。
【００５１】
一方、クリーニング処理の際には、バルブＶ１を閉じて、バルブＶ２を開けた状態とする。また、バルブＶ３は、バイパスライン５０の側に切り替えた状態とする。この状態において、排気手段１２によりバイパスライン５０を介して排気しつつ、ガス導入口２６からクリーニングガスＣを導入して、プラズマ発生室２０においてプラズマＰを励起させる。すると、プラズマ発生室２０の内壁に堆積した生成物が分解され、バイパスライン５０を介して排出させることができる。
【００５２】
本変型例によれば、プラズマ発生室２０のクリーニング処理の際に、輸送管３０を介することなくクリーニングガスＣを排出するので、輸送管３０の汚染の虞も解消することができる。
【００５３】
なお、図１乃至図３において、バルブＶ１及びＶ２は、それぞれ個別のバルブでなく、単一の切り替えバルブとして構成されていてもよい。
【００５４】
また同様に、図１乃至図３において、バルブＶ３は、単一の切り替えバルブでなく、それぞれが処理チャンバ１０とバイパスライン５０に設けられた２つの開閉バルブとして構成されていてもよい。
【００５５】
また、以上説明した図１乃至図４においては、同一の排気手段１２にバルブＶ３を設けて処理室１０とバイパスライン５０とを切り替え可能としたが、本発明はこれに限定されず、処理室１０とバイパスライン５０とを、それぞれ個別の排気手段により排気可能としてもよい。
【００５６】
さらにまた、以上説明した図１乃至図４の構成においても、必ずしもクリーニング中にパイパスラインを介して排気しなくても良い場合もあり得る。すなわち、除去すべき堆積物の性質や堆積量などに応じては、バイパスラインを介さずに、処理チャンバを介して排気しながらクリーニングしてもよい場合もある。
【００５７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として、放電管や輸送管に加熱手段を付加することにより、効率的なクリーニングを可能としたプラズマ処理装置について説明する。
【００５８】
図５は、本実施形態にかかるダウンフロー型プラズマ処理装置の要部概略構成を表す模式図である。同図については、図１乃至図４に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
すなわち、本実施形態のプラズマ処理装置も、プラズマ処理室１０とプラズマ発生室２０とが輸送管３０により連結された構成を有する。そして、プラズマ発生室２０の放電管２２の周囲にヒータ６０が設けられ、放電管２２を加熱可能としている。
【００６０】
本実施形態の装置の場合も、プラズマ処理に際しては、プロセスガスＧを導入し、プラズマ発生室２０においてプラズマＰを励起させて、得られた活性種を処理室１０に導入することにより、エッチングなどの各種の処理を行うことができる。  一方、クリーニングに際しては、ヒータ６０により放電管２２を加熱した状態でクリーニングガスＣを供給する。すると、放電管２２の内壁に堆積した生成物が蒸発してクリーニングガスＣにより輸送され、排気手段１２により排出される。
【００６１】
例えば、アルミナからなる放電管２２の内壁に生成物としてフッ化アルミニウムが堆積した場合、１００パスカル程度の圧力において放電管２２を５００℃以上に加熱すると、図６に表したように、フッ化アルミニウムＤが顕著に蒸発する。
本発明者の検討によれば、放電管２２を８００℃程度まで加熱すると、極めて迅速にフッ化アルミニウムを除去できることが分かった。
【００６２】
このように蒸発したフッ化アルミニウムは、排気手段１２により排出され、放電管２２を洗浄することができる。このように生成物を蒸発させて輸送する場合、クリーニングガスＣを蒸発物のキャリアガスとして用いることとなる。この場合には、クリーニングガスＣとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを用いることができる。
【００６３】
一方、クリーニングガスＣとして、放電管２２の内壁に堆積した生成物を分解するガスを用いてもよい。例えば、酸素を含有したガスを流すと、フッ化アルミニウムが分解されて揮発性のフッ素が生成される。従って、ヒータ６０による加熱蒸発の効果と相乗して洗浄効果をさらに上げることが可能となる。
【００６４】
一方、本実施形態においては、プラズマ発生室２０のみならず、輸送管３０にヒータを付加してもよい。
【００６５】
図７は、輸送管３０にヒータを付加したプラズマ処理装置の要部構成を例示する模式図である。このように、輸送管３０にヒータ６０を設けて加熱することにより、輸送管３０の内壁に付着した生成物も蒸発・分解させて除去することができる。
【００６６】
また、このように輸送管３０も加熱可能とすれば、プラズマ発生室２０のクリーニングの際に蒸発した生成物が輸送管３０の内壁に再付着することも防ぐことができる。
【００６７】
またさらに、本実施形態において、第１実施形態に関して前述したバイパスラインを付加してもよい。
【００６８】
図８及び図９は、本実施形態にバイパスラインを付加したプラズマ処理装置の要部構成を例示する模式図である。これらの図については、図１乃至図７に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６９】
ここで、図８に例示した構成は図１に対応し、図９に例示した構成は図４に対応する。
【００７０】
すなわち、図８に例示した装置の場合、バルブＶ１を閉じて処理室１０を遮断した状態で、プラズマ発生室２０や輸送管３０の加熱クリーニングが可能となる。
【００７１】
また、図９に例示した装置の場合、バルブＶ１を閉じて輸送管３０と処理室１０を遮断した状態で、プラズマ発生室２０の加熱クリーニングが可能となる。
【００７２】
その結果として、プラズマ発生室２０（あるいは輸送管３０）においてヒータ６０により加熱されて蒸発した生成物による処理室１０の汚染を防ぐことができる。
【００７３】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態として、プラズマ発生室において生成される反応生成物と同一の物質により輸送管の内壁を被覆することにより、プラズマ処理の速度の変動を抑制したプラズマ処理装置について説明する。
【００７４】
図１０は、本実施形態にかかるダウンフロー型プラズマ処理装置の要部概略構成を表す模式図である。同図についても、図１乃至図９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７５】
すなわち、本実施形態のプラズマ処理装置も、プラズマ処理室１０とプラズマ発生室２０とが輸送管３０により連結された構成を有する。但し、本実施形態においては、輸送管３０の内壁面上に被覆層７０が設けられている。被覆層７０は、プラズマ処理に際してプラズマ発生室２０において生成される反応生成物と同一の材料からなる。従って、その材料は、プラズマ発生室２０の放電管の材料と、プラズマ処理の際に導入するプロセスガスＧとの組み合わせにより適宜決定される。
【００７６】
例えば、放電管２２の材料としてアルミナを用い、プロセスガスとしてＣＦ４などのフッ素（Ｆ）系ガスを用いる場合は、前述したように、プラズマＰの励起により、フッ化アルミニウム（ＡｌＦｘ）が反応生成物として生成される。従って、この場合には、輸送管３０の内壁をフッ化アルミニウムからなる被覆層７０により覆う。
【００７７】
このような被覆層７０により輸送管３０の内壁を被覆すると、プラズマ処理速度の変動を抑えることができる。これは、このような被覆層７０を設けることにより、輸送管３０における活性種の失活の程度を一定に維持できるからであるとと考えられる。
【００７８】
すなわち、ダウンフロー型の装置の場合、プラズマ発生室２０で生成された活性種が処理室１０に輸送される途中に金属材料が露出していると活性種が反応して失活し、被処理物Ｗに対する処理速度が顕著に低下するという問題がある。このため、これまでは、輸送管３０の内壁面は、活性種と反応しにくい材料、例えば、四弗化樹脂（ＰＴＦＥ）またはアルミナ等のセラミック材料などにより形成されていた。
【００７９】
しかし、本発明の独自の検討の結果、輸送管３０の内壁面を活性種と反応しにくい材料で構成した場合でも、プラズマ処理を繰り返すと、経時的に処理速度の低下が生ずることが分かった。そして、この原因は、放電管２２を構成する材料とプロセスガスＧとの反応生成物が輸送管３０の内壁面に堆積するためであることが判明した。つまり、このような反応生成物も、活性種を失活させる作用を有するために、反応生成物が輸送管３０の内壁面に堆積すると、これに触れた活性種が失活して処理速度が低下する。その結果として、輸送管３０の内壁面が清浄な状態と比較して処理速度の変動が生ずることとなる。
【００８０】
そこで、本実施形態においては、輸送管３０の内壁を反応生成物と同一の材料からなる被覆層７０により予め覆っておく。このようにすれば、輸送管３０における活性種の失活の程度は最初から一定であるので、プラズマ処理を繰り返しても処理速度は変動しない。換言すると、プラズマ処理の速度を最初から安定レベルに低下させておくことにより、速度の変動を抑えることができる。
【００８１】
本発明者は、実験により本実施形態の効果を確認した。
【００８２】
図１１は、本実験において用いた放電管２２及び輸送管３０の一部を表す模式断面図である。ここで、本実験においては、放電管２２としてアルミナ管を用い、輸送管３０の内壁面に、それぞれ金属（ＳＵＳ３１６Ｌ）、石英（Ａ５０５２）、四フッ化テフロン（ＰＴＦＥ）、およびフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）がそれぞれ露出したものを用いて比較した。また、放電管２２と輸送管３０とは、継ぎ手２８により接続され、Ｏリング２９により気密が維持されている。
【００８３】
そして、プロセスガスＧとして、四フッ化炭素（ＣＦ４）と酸素（Ｏ２）とを３：１の割合で混合したガスを用い、圧力４０パスカル（Ｐａ）、マイクロ波の投入パワー７００Ｗの条件でプラズマを生成し、直径２００ｍｍのシリコン（Ｓｉ）ウェーハに１分間のエッチング処理を繰り返した。
【００８４】
図１２は、この実験の結果を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は処理回数、縦軸はシリコンウェーハのエッチング速度をそれぞれ表す。
【００８５】
この結果から、まず、輸送管３０の内壁面に金属（ＳＵＳ３１６Ｌ）が露出している場合（長破線）は、プラズマ処理を繰り返すに従って、エッチング速度が上昇することが分かる。これは、反応生成物であるフッ化アルミニウムよりも金属のほうが活性種を失活させる作用が強いからである。つまり、プラズマ処理を繰り返して輸送管３０の内壁がフッ化アルミニウムが徐々に堆積するに従って、活性種の失活の程度が低下するために、エッチング速度が増加の方向に変動する。
【００８６】
次に、輸送管３０の内壁面に石英（Ａ５０５２）を露出させた場合（短破線）と四フッ化テフロン（ＰＴＦＥ）を露出させた場合（一点鎖線）について見ると、エッチング速度が徐々に低下していることが分かる。これは、これらの材料は、反応生成物であるフッ化アルミニウムよりも活性種を失活させにくいからである。つまり、当初は、輸送管３０の内壁にこれらの材料が露出しているために、活性種の失活が少ないものの、プラズマ処理を繰り返して輸送管３０の内壁にフッ化アルミニウムが堆積するに従って活性種の失活が増えてエッチング速度が低下の方向に変動する。
【００８７】
これに対して、輸送管３０の内壁をフッ化アルミニウムにより被覆した場合（実線）は、当初からエッチング速度がやや低めであるものの、エッチング処理を繰り返してもエッチング速度の変動は小さく、極めて安定した処理を継続的に行うことができる。
【００８８】
このように、本実施形態によれば、半導体装置や液晶ディスプレイをはじめとした各種の製造現場において、極めて精密かつ高い再現性が要求されるエッチング工程を高い歩留まりで実施することが可能となる。
【００８９】
またさらに、本発明者は、輸送管３０の内壁における活性種の失活が、その内壁面の温度に依存することも見いだした。具体的には、例えば、輸送管３０の温度が上昇すると活性種の失活が顕著となる現象が見られた。
【００９０】
図１３は、かかる知見に基づいて得られた本実施形態の変型例にかかるプラズマ処理装置の要部を表す模式図である。すなわち、本変型例においては、輸送管３０の周囲に、温度制御機構８０が設けられている。この温度制御機構８０は、輸送管３０の温度を所定の範囲に維持する役割を有する。従って、加熱手段を調節することにより、周囲温度よりも高い所定の温度範囲に維持するように制御してもよく、または、冷却手段を調節することにより、周囲温度よりも低い所定の温度範囲に維持するように制御してもよい。または、加熱手段と冷却手段とを適宜調節することにより、任意の温度範囲に維持可能としてもよい。
【００９１】
このような温度制御機構８０を設けることにより、輸送管３０の温度の変動を抑え、その結果として、プラズマ処理の速度の変動を抑制することができる。
【００９２】
図１４は、本発明者が行った実験の結果を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は時間、縦軸はエッチング速度をそれぞれ表す。ここでは、シリコンウェーハのエッチングを所定の回数だけ繰り返した後に、所定の時間だけ装置を休止させ、しかる後にまたシリコンウェーハのエッチングを所定の回数だけ繰り返す、という動作を繰り返した。また、ここで、輸送管３０の内壁は、フッ化アルミニウムにより予め被覆した。
【００９３】
図１４を見ると、輸送管３０に温度制御機構８０を設けない場合（破線）は、時間の経過とともに、まずエッチング速度が低下し、しかる後に上昇するというサイクルを繰り返すことが分かる。このエッチング速度の低下は、プラズマ処理を繰り返している期間に対応し、輸送管３０の温度が徐々に上昇することにより活性種の失活が増加することに起因するものと考えられる。そして、休止期間に輸送管３０の温度が低下することにより、エッチング速度は、当初のレベルまで回復する。
【００９４】
これに対して、温度制御機構８０を設けて輸送管３０の温度を約１００℃程度に維持した場合（実線）は、エッチング速度の変動は極く微小の範囲に抑えられている。
【００９５】
このように、温度制御機構８０を設けることより、輸送管３０の温度の変動に起因するプラズマ処理速度の変動を抑制し、より安定した高い再現性のプラズマ処理を継続的に実施することが可能となる。
【００９６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００９７】
例えば、本発明のプラズマ処理装置が備えるプラズマ発生室、輸送管、プラズマ処理室をはじめとする各要素の構造や形状、配置関係、材質などに関しては、上記具体例に限定されず、当業者が適宜選択採用したものも本発明の範囲に包含される。
【００９８】
より具体的には、例えば、放電管と導波管との関係や、処理室におけるエッチングガスの導入部と被処理物と排気口との配置関係などについても、当業者が適宜設計変更したものは本発明の範囲に包含される。
【００９９】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのエッチング装置は本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるダウンフロー型プラズマ処理装置の概略構成を表す模式図である。
【図２】プラズマ処理の際の動作を表す模式図である。
【図３】クリーニング処理の際の動作を表す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかるプラズマ処理装置の変型例を表す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかるダウンフロー型プラズマ処理装置の要部概略構成を表す模式図である。
【図６】放電管２２において加熱によりフッ化アルミニウムＤが顕著に蒸発する様子を表す概念図である。
【図７】輸送管３０にヒータを付加したプラズマ処理装置の要部構成を例示する模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にバイパスラインを付加したプラズマ処理装置の要部構成を例示する模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態にバイパスラインを付加したプラズマ処理装置の要部構成を例示する模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態にかかるダウンフロー型プラズマ処理装置の要部概略構成を表す模式図である。
【図１１】本発明者の実験において用いた放電管２２及び輸送管３０の一部を表す模式断面図である。
【図１２】本発明の実験の結果を表すグラフ図である。
【図１３】本発明の知見に基づいて得られた本実施形態の変型例にかかるプラズマ処理装置の要部を表す模式図である。
【図１４】本発明者が行った実験の結果を表すグラフ図である。
【図１５】従来のダウンフロー型プラズマ処理装置の概略構成を表す模式図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０ 処理チャンバ
１２ 排気手段
１４ 載置台
２０ プラズマ発生室
２２ 放電管
２４、２６ ガス導入口
２８ 継ぎ手
２９ Ｏリング
３０ 輸送管
４０ マイクロ波導波管
５０ バイパスライン
６０ ヒータ
７０ 被覆層
８０ 温度制御機構
１１０ プラズマ処理室
１１０ 処理室
１１２ 排気手段
１１４ 載置台
１２０ プラズマ発生室
１２０Ａ プラズマ発生領域
１２０Ｃ スリット
１２２ 放電管
１２４ ガス導入口
１３０ 輸送管
１４０ 導波管
Ｃ クリーニングガス
Ｄ フッ化アルミニウム
Ｇ プロセスガス
Ｍ マイクロ波
Ｐ プラズマ
Ｖ１〜Ｖ３ バルブ
Ｗ 被処理物
【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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