(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置の被加工試料面のエッチング量またはエッチング残量モニタの高感度化（高精度化）と長期連続安定動作を両立して可能とする。【解決手段】被加工試料３表面からの反射光の波長ならびに各波長の光強度変化を検出する光導入部の透明体端面を、プラズマの境界から真空容器１内でのガス分子の平均自由工程の５倍以上の距離の空間を隔てて配置する。【選択図】図１
2007165512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にシャワープレートを介して原料ガスを流出させる上部電極と、当該上部電極に対向して設けられ被加工試料を載置する下部電極と、前記シャワープレートを介して前記被加工試料表面からの光を検出する検出器を備え、前記シャワープレートと前記下部電極間にプラズマを生成し前記被加工試料を処理するプラズマ処理装置において、
前記検出器は、前記光が入力される透明体からなる光導入部と、当該光導入部で得た光を分析する分光器を備え、
前記光導入部の光が入力される端面は、前記シャワープレートのプラズマ側の端面から、該真空容器内でのガス分子の平均自由工程の５倍以上の距離を置いて配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記シャワープレートは、前記原料ガスが通過する複数のガス用貫通孔と、前記被加工試料からの光を通過させる光導入用貫通孔を備え、
前記上部電極は、前記シャワープレートと、当該シャワープレートの前記ガス用貫通孔に連通するように原料ガス用の通路が形成されたガス通過部材と、高周波電源に接続された放電用部材の積層構造体であり、
前記光導入部は、前記放電用部材に備えられることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記シャワープレートは、前記原料ガスが通過する複数のガス用貫通孔と、前記被加工試料からの光を通過させる光導入用貫通孔を備え、
前記上部電極は、前記シャワープレートと、当該シャワープレートの前記ガス用貫通孔に連通するように原料ガス用の通路が形成されたガス通過部材と、高周波電源に接続された放電用部材の積層構造体であり、
前記光導入部は、前記放電用部材に備えられ、
前記シャワープレートの前記光導入用貫通孔と前記光導入部端面の間に、前記ガス通過部材と前記放電用部材を貫通する空間部を形成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記シャワープレートは、前記原料ガスが通過する複数のガス用貫通孔と、前記被加工試料からの光を通過させる光導入用貫通孔を備え、
前記上部電極は、前記シャワープレートと、当該シャワープレートの前記ガス用貫通孔に連通するように原料ガス用の通路が形成されたガス通過部材と、高周波電源に接続された放電用部材の積層構造体であり、
前記光導入部は、前記放電用部材に備えられ、
前記シャワープレートの前記光導入用貫通孔は、一つの光導入部に対して複数形成されており、
前記ガス通過部材は、前記複数の光導入用貫通孔のそれぞれに連通する複数の光通過用孔が形成され、
前記ガス通過部材の前記複数の光通過用孔と前記光導入部端面の間に、前記放電用部材を貫通する空間部を形成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記シャワープレートは、前記原料ガスが通過する複数のガス用貫通孔と、前記被加工試料からの光を通過させる光導入用貫通孔を備え、
前記上部電極は、前記シャワープレートと、当該シャワープレートの前記ガス用貫通孔に連通するように原料ガス用の通路が形成されたガス通過部材と、高周波電源に接続された放電用部材の積層構造体であり、
前記光導入部は、前記放電用部材に備えられ、
前記シャワープレートの前記光導入用貫通孔は、一つの光導入部に対して複数形成されており、
前記ガス通過部材は、前記複数の光導入用貫通孔のそれぞれに連通する複数の光通過用孔が形成され、
前記光導入部は、前記放電用部材を貫通するように配置され、且つ光導入部端面は、前記光通過用孔に隣接する位置に配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記シャワープレートは、前記原料ガスが通過する複数のガス用貫通孔と、前記被加工試料からの光を通過させる光導入用貫通孔を備え、
前記上部電極は、前記シャワープレートと、当該シャワープレートの前記ガス用貫通孔に連通するように原料ガス用の通路が形成されたガス通過部材と、高周波電源に接続された放電用部材の積層構造体であり、
前記光導入部は、前記放電用部材に備えられ、
前記シャワープレートの前記光導入用貫通孔は、一つの光導入部に対して複数形成されており、
前記ガス通過部材は、前記複数の光導入用貫通孔のそれぞれに連通する複数の光通過用孔が形成され、
前記光導入部は、前記放電用部材を貫通するように配置され、且つ光導入部端面は、前記光通過用孔に隣接する位置に配置され、
前記光導入部は、２つの部材から構成されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記光導入部は、石英、サファイア、ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）およびイットリア結晶（Ｙ２０３）の何れかからなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記シャワープレートは、前記原料ガスが通過する複数のガス用貫通孔と、前記被加工試料からの光を通過させる光導入用貫通孔を備え、
前記上部電極は、前記シャワープレートと、当該シャワープレートの前記ガス用貫通孔に連通するように原料ガス用の通路が形成されたガス通過部材と、高周波電源に接続された放電用部材の積層構造体であり、
前記光導入部は、前記放電用部材に備えられ、
前記シャワープレートの前記光導入用貫通孔は、一つの光導入部に対して複数形成されており、
前記ガス通過部材は、前記複数の光導入用貫通孔のそれぞれに連通する複数の光通過用孔が形成され、
前記光導入部は、前記放電用部材を貫通するように配置され、且つ光導入部端面は、前記光通過用孔に隣接する位置に配置され、
前記光導入部は、２つの部材から構成され、
前記光導入部の前記シャワープレート側の部材は、サファイア、ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）およびイットリア結晶（Ｙ２０３）の何れかからなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
真空容器内にシャワープレートを介して原料ガスを流出させる上部電極と、当該上部電極に対向して設けられ被加工試料を載置する下部電極と、前記シャワープレートを介して前記被加工試料表面からの光を検出する検出器を備え、前記シャワープレートと前記下部電極間にプラズマを生成し前記被加工試料を処理するプラズマ処理装置において、
前記検出器は、前記光が入力される透明体からなる光導入部と、当該光導入部で得た光を分析する分光器を備え、
前記シャワープレートは、前記原料ガスが通過する複数のガス用貫通孔と、前記被加工試料からの光を通過させる光導入用貫通孔を備え、
前記上部電極は、前記シャワープレートと、当該シャワープレートの前記ガス用貫通孔に連通するように原料ガス用の通路が形成されたガス通過部材と、高周波電源に接続された放電用部材の積層構造体であり、
前記光導入部は、前記ガス通過部材と前記放電用部材を貫通するように配置され、且つ光導入部端面は、前記シャワープレートの前記光導入用貫通孔に隣接する位置に配置され、
更に、前記光導入部の周囲から前記シャワープレートの前記光導入用貫通孔に対して前記原料ガスと異なるガスを放出するガス導入手段を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項９記載のプラズマ処理装置において、
前記光導入部は、石英またはサファイアからなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項９記載のプラズマ処理装置において、
前記ガス導入手段は、前記原料ガスの流量とは独立して制御され、且つ前記真空容器内の圧力よりも前記シャワープレートの前記光導入用貫通孔内の圧力が高くなるように制御されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項９記載のプラズマ処理装置において、
前記ガス導入手段は、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン、窒素のいずれか１種類またはそれらの２種類以上の混合ガスを放出することを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスを製造する半導体製造装置に関するものであり、特にプラズマを用いて、レジスト材料等で形成されたマスクパタン形状どおりにシリコンやシリコン酸化膜等の半導体材料をエッチングするドライエッチング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライエッチングでは、真空排気手段を有する真空容器内に原料ガスを導入し、該原料ガスを電磁波によりプラズマ化して被加工試料にさらすことで被加工試料面のマスク部以外をエッチングすることで所望の形状を得る。被加工試料には、プラズマ生成とは別の高周波電圧が印加され、該高周波電圧により、プラズマからイオンを加速して被加工試料面に入射させることでエッチング効率向上と加工形状の垂直性を得ている。
【０００３】
ドライエッチングでは、エッチング処理が所定量完了したかを判断する終点判定を、通常プラズマの発光観測で行う。具体的には、プラズマ中の被エッチング材料またはエッチング終了時に露出する下地材料の反応生成物からの発光量をモニタすることで実施される。しかし、近年になりエッチング精度の向上や工程簡略化によるコスト低減の観点から、下地材料でエッチングを終了させるのではなく、単一の材料の途中またはエッチング終了直前でエッチング処理を停止することが要求されるようになってきた。
【０００４】
この要求に対応するエッチングの終点判定には、前記したプラズマからの発光をモニタする方法では不可能であり、直接被エッチング材料のエッチング量または残膜量をモニタすることが必要となる。この被エッチング材料のエッチング量または残膜量をモニタする方法としては、被加工試料面で反射するプラズマからの光または独立に設けた光源からの光を採光し、被加工試料面上での被エッチング材料の減少に伴う光の干渉パタンを解析することで行われる（例えば、引用文献１参照）。
【０００５】
シリコン酸化膜等の絶縁膜材料をエッチングするエッチング装置では、被加工試料の対面にシリコン等の導体で形成されたシャワープレートを配置し、該シャワープレートを含む導体部全体に高周波電力を印加してプラズマを生成する。したがって、前記エッチング量を被エッチング材料の減少に伴う光の干渉パタンの解析で実施する場合の光導入部を被加工試料に対面する導体電極部に配置する必要がある。光導入部は石英またはサファイア等の透明体ロッドで真空容器外まで光を導き、その後光ファイバーにて分光器等で構成される光干渉パタン解析部に導かれる構造が一般的である。
【０００６】
上記、光導入部である石英またはサファイアの透明体を、シリコン等で形成されるシャワープレート面に直接露出させると透明体ロッド端面がプラズマからの加速されたイオン等により消耗や堆積が生じ極短時間で採光が出来なくなる。その課題を克服するため特許文献１に示される公知例では、シリコンシャワープレートの一部にプラズマが浸入できない微細孔を複数形成し、その背面に透明体ロッドを配置する構造を採用している。この構造により、直接透明体ロッドをプラズマにさらす場合に比べ飛躍的に採光寿命を延ばすことが可能となった。しかし、特許文献１に示される構造を用いても放電時間１００〜２００時間で採光が困難となり、半導体装置の量産程度によっては、不十分な寿命しか得られていない。またシャワープレートに施す微細孔径を小さくしアスペクト比を稼ぐ等の工夫により、光導入部の寿命を幾分か延命することは可能であるが、光量が減少してしまい必要な精度が確保できなくなる課題がある。
【０００７】
本発明は、上記した光干渉により加工量計測によりエッチング終点判定を行うプラズマ処理装置において、光導入部の長寿命化と十分な採光量確保を両立し、長期安定稼動と正確なエッチング量検出による加工精度向上を可能とする手段を提供することを目的とする。
【特許文献１】特許第３６４３５４０号
【特許文献２】特開２００２−１８４７６６号公報
【非特許文献１】２００３  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｄｒｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｐ４３−４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、被加工試料面での光干渉により被加工材料のエッチング量を計測しエッチング終点を判定するプラズマ処理装置において、光導入部の長寿命化と採光量確保を両立し、長期安定稼動と正確なエッチング量検出による加工精度向上を可能とする手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
被加工試料からの干渉光を採光する光導入部の端面を、プラズマとの境界から、真空容器内でのガスの平均自由工程の５倍以上距離で隔離した位置に配置する。
【発明の効果】
【００１０】
光検出部の端面の位置をプラズマの境界から真空容器内のガスの平均自由工程の５倍以上にすることにより、プラズマから加速されてくるイオンが無衝突で直接光導入部に到達する確率は１／１００以下となる。そのため、光導入部端面の消耗を劇的に抑制することが可能となり、光導入部の寿命を放電時間１０００時間以上とすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明にかかるプラズマ処理装置の第１の実施例の構成を、図１を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
第１の実施例では、プラズマ処理装置は、真空容器１内に放電用電極２が、被加工試料３と対面する位置に配置されている。放電用電極２はアルミ等の金属で形成される。放電用電極２の表面はシリコンで形成されたシャワープレート４が配置されており、プラズマ生成用の原料ガスが該シャワープレート４全面に形成された微細孔５より真空容器１内に放出される構造となっている。放電用電極２には、放電用高周波電源６がマッチング回路７を介して接続されている。本実施例では、放電用高周波電源に２００ＭＨｚの高周波を用いた。
また、被加工試料３は静電吸着機能を有する被加工試料設置電極８上に設置され、静電吸着により保持される。被加工試料設置電極８には、放電用高周波とは異なる周波数の高周波電源９がマッチング回路１０を介して接続され、被加工試料３に高周波電圧を印加する構造となっている。本実施例では被加工試料に印加する高周波電力の周波数に４ＭＨｚを用いた。さらに、被加工試料３に印加される高周波と同一の周波数（４ＭＨｚ）で、位相制御手段１１により位相が制御された高周波電力がマッチング回路１２を介して放電用電極２に放電用高周波電力に重畳して印加する構造となっている。
【００１３】
被加工試料３に高周波電源９から印加する高周波電力は、プラズマからイオンを加速して引き込む役割を持ち、放電用高周波電源６と独立に制御できることから、プラズマ生成と独立して被加工試料３に入射するイオンのエネルギーを制御することができる。放電用電極２に対して、被加工試料３に印加する周波数と同一周波数であり、且つ位相制御された高周波電圧を高周波電源９から印加することにより、プラズマ電位の上昇を抑制し、真空容器１の内壁のプラズマによる不要な消耗を抑制している。特に被加工試料３に印加する高周波に対して、１８０度位相が異なる同一周波数を放電用電極２に印加することで、被加工試料３表面および放電用電極２表面（シャワープレート４表面）でのイオン入射エネルギーを制御しながら真空容器１の内壁へのイオン入射エネルギーの抑制が図られる。プラズマ処理装置において、位相制御された高周波電圧を被加工試料３および放電用電極２へ印加することに関しては、例えば、特許文献２または非特許文献１に記されている。
【００１４】
図１のプラズマ処理装置において、放電用電極２には、被加工試料３の表面からの反射光を検出する検出手段が設けられ、この検出手段は、空間部１３と、石英などの透明体からなる光導入用ロッド１４と、分光器１６とを有し、シャワープレート４には、採光用微細孔１５が設けられ、光導入用ロッド１４と分光器１６の間は光ファイバー２６によって接続される。検出手段は、被加工試料３の表面からの反射光の波長ならびに各波長の光強度変化を検出する手段である。また、上記光導入用ロッド１４は、本実施例では、石英、サファイア、ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）およびイットリア結晶（Ｙ２０３）のいずれか、好ましくは、サファイア、ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）およびイットリア結晶（Ｙ２０３）のいずれかを用いるものとする。サファイア、ＹＡＧ、イットリア結晶は、高価ではあるが一般的に石英に比べスパッタされにくく、石英を用いる場合より長寿命化が期待される。
【００１５】
放電用電極２には、温度制御機能２４から熱媒体が供給され、被加工試料設置電極８には温度制御機能２５から熱媒体が供給される。放電用電極のシャワープレート４と被加工試料３との間にプラズマ１７が生成される。真空容器１と放電用電極２との間は絶縁体２７が設けられ、シャワープレート４の採光用微細孔１５の周囲にはシール１８が設けられている。
【００１６】
図３を用いて、従来の採光部の構造を説明する。放電用電極部は、放電用電極２と、ガス拡散部２２と、ガス分散通過部２３と、シャワープレート４を積み重ねて構成され、図示を省略したガス供給源から供給されたガスはガス拡散部２２で拡散してガス分散通過部２３を経由してシャワープレート４に設けた微細孔５から処理室内に供給される。放電用電極２とガス拡散部２２とガス分散通過部２３を貫通し、シャワープレート４に設けた採光用微細孔１５に達する空間部が設けられ、この空間部に光導入用ロッド１４が挿入される。光導入用ロッド１４の端面２１は、シャワープレート４の背面に接して配置される。ガス拡散部２２およびガス拡散部２３のガス拡散孔から前記空間部にガスが達するのを防止するために、空間部の周囲にシール１８が設けられる。
【００１７】
シャワープレート４に施された採光用微細孔１５は、プラズマシースの厚みより小さい孔径で形成すれば、プラズマの遮蔽機能を有するため、前記空間部にはプラズマは浸入できない。しかし、プラズマより採光用微細孔１５を介して加速されたイオンは、空間部に到達可能である。したがって、従来装置のように、シャワープレート４に施された採光用微細孔１５の直後に採光用の光導入用ロッド端面２１が配置されると、イオン衝撃により光導入用ロッド端面２１がエッチングされ採光効率が短時間にて低下する問題がある。シャワープレート４は、通常６〜１０ｍｍ程度の厚さしかないので、シャワープレート４直後では、プラズマからの距離が６〜１０ｍｍしか確保できない。例えば２Ｐａの圧力で処理を行う場合には、６〜１０ｍｍ程度のシャワープレート４の厚みでは、プラズマ生成ガスのガス分子の平均自由工程の２〜３倍程度（２Ｐａでのプラズマ生成用ガスのガス分子の平均自由工程は３〜４ｍｍ）の距離しかないため、加速されたイオンの相当量が直接光導入用ロッド端面２１に到達することになり、光導入用ロッド端面２１が消耗されるという問題がある。
【００１８】
図２を用いて、本発明の第１の実施例における光検出部近傍の構造の詳細を説明する。放電用電極２のシャワープレート４背面部には空間部１３を介して、光検出部である光導入用ロッド１４が配置されている。本実施例では、シャワープレート４の厚さが１０ｍｍ、また空間部１３の長さ（シャワープレート４の背面から光導入用ロッド端面２１までの距離）を１５ｍｍとした。シャワープレート４の前記空間部１３には、直径０．５ｍｍの採光用微細孔１５が、直径１０ｍｍの領域内に複数個形成されている。該複数の採光微細孔１５を介して、被加工試料３からの反射光を光導入用ロッド１４で採光して分光器１６により被加工試料３表面での膜厚変化に伴う干渉光の変化を解析してプラズマによる加工量をリアルタイムで検出する。被加工試料３表面での膜厚変化に伴う干渉光の変化にて加工量を検出する方法に関しては、前記特許文献１に記載されている。
【００１９】
本実施例では、被加工試料３からの反射光をシャワープレート４に形成した採光用微細孔１５および空間部１３を介して採光する光導入用ロッド端面２１を配置している。さらに、シャワープレート４のプラズマ側から、光導入用ロッド端面２１までの距離を真空容器１内でのプラズマ生成雰囲気におけるガス圧力条件にて、ガス分子の平均自由工程の５倍以上の距離になるよう空間部１３の長さが設定されている。シャワープレート４に施された採光用微細孔１５は、プラズマの遮蔽機能を有する。本実施例では、採光用微細孔１５のそれぞれの孔径は、０．４〜０．５ｍｍである。これにより、空間部１３にはプラズマは浸入できない。そして、本実施例によれば、処理室からシャワープレートの背面に形成された空間部１３の奥に配置された光導入用ロッド１４の端面２１は、プラズマ１７から十分離れた場所に配置される。すなわち、本実施例では、長さ１５ｍｍの空間部１３を介して光導入用ロッド端面２１が配置されている。したがって、プラズマ１７から光導入用ロッド端面２１までの距離が２５ｍｍとなり、２Ｐａ雰囲気でのガス分子の平均自由工程の７〜８倍の距離を得ている。よって、光導入用ロッド端面２１はイオンの照射がほとんどなく、端面が消耗する機会が減少して長い寿命を得ることができる。
【００２０】
図４を用いて、平均自由工程の倍数に対する分子・原子の無衝突での通過割合を示す。分子・原子の無衝突での通過割合は、平均自由工程の倍数に対して指数関数的に減少する。図４より、平均自由工程の約５倍の距離を分子・原子が通過すると、無衝突で通過できる確率は１％以下となり、ほとんどの原子・分子は気相中で衝突し初期の運動エネルギーを失うことになる。平均自由工程が７〜８倍程度の距離では、無衝突で通過できる確率は０．１％以下となる。
【００２１】
よって、本実施例で示した構成により、プラズマ１７から加速されたイオンが、光導入用ロッド端面２１に無衝突で到達するイオンは、０．１％以下となる。図３に示す従来方法であるシャワープレート４の直後に光導入用ロッド端面２１を配置する場合は、平均自由工程が２〜３倍であるため、図４に従えば、光導入用ロッド端面２１に無衝突で到達するイオンの割合は、５％〜１５％程度である。したがって、本実施例の構成は、従来の構成に比べて光導入用ロッド端面２１に無衝突で到達するイオンの割合は、１／５０〜１／１５０であり、光導入用ロッド端面２１の寿命を大幅に延命することが可能となる。実際の評価の結果、本実施例の形態では、従来方式の５倍以上で１０００時間の放電時間に対しても十分な採光量を確保することが示された。
【００２２】
図３の従来構造でも、シャワープレート４から放出させるプラズマの原料ガスを、採光用微細孔１５から放出させることで、採光微細孔１５中の圧力を真空容器１内より大幅に高めることができ、１０ｍｍ程度しかない採光用微細孔１５の厚さでもガス分子の平均自由工程の５倍以上の距離とすることも可能である。しかしこの場合、採光用に施す採光用微細孔１５は１箇所に密集して形成されているため、孔密度がガス放出用の微細孔５の孔密度に比べて格段に高く、プラズマ生成用ガスが採光用微細孔１５から多量に放出され、シャワープレート４によるガス供給均一性を劣化させてしまうことになる。また条件によっては、採光用微細孔１５からガスを多量に放出することで、微細孔内での放電を誘発しウエハからの反射光検出を不可能にしてしまう。したがって、第１の実施例では、シャワープレート４に施す採光用微細孔１５からプラズマ形成用の原料ガスが放出しないように、シール１８が施されている。このシール１８により、採光用微細孔１５内および空間部１３のガス圧力は、真空容器１内とほぼ同一に保たれる。
【実施例２】
【００２３】
本発明の第２の実施例を、図５−１を用いて説明する。図５−１は、第１の実施例の図２と同様に、放電用電極２に施された、光検出部の詳細構造を示す図である。図５−１では、ガス分散通過部２３に導体部１９を備えたことを特徴とする。導体部１９は、シャワープレート４の直後に、シャワープレート４の採光用微細孔１５と位置が一致した同様な微細孔を有する構造となっている。
【００２４】
先に示した第１の実施例における図２の構造では、シャワープレート４の直後に空間部１３が配置されていた。この図２の構造では、シャワープレート４の抵抗値によっては放電用高周波が空間部１３に浸入し、空間部１３内で放電を生じさせる可能性がある。そこで、図５−１の第２の実施例では、シャワープレート４の直後にシャワープレート４と同様な微細孔を設けた導体部１９を数ｍｍ（本実施例２では３ｍｍとした）の長さ設け、その後に空間部１３を介して光導入用ロッド端面２１が配置される構造とした。本実施例２では、先の実施例１に比べ導体部１９での光量損失を生じるが、導体部１９の長さを１〜５ｍｍとすることでその損失量を最小化できる。導体部１９の設置により、空間部１３に浸入する高周波電力は完全に遮断され空間部１３での放電発生を防止できる。
【００２５】
図５−２に、図５−１の実施例において、空間部１３の領域を光導入用ロッド１４で満たし、光導入用ロッド端面２１をガス分散通過部２３上部まで延長した場合の第２の実施例の変形例を示す。
【００２６】
図５−１の実施例では、光導入用ロッド端面２１をプラズマ境界から十分な距離を持って配置されるが、空間部１３により光導入用ロッド端面２１での光量が減少してしまう。そこで図５−２では、光導入用ロッド１４をガス分散通過部２３上部まで配置することで、シャワープレート４の採光用微細孔１５および導体部１９の微細孔を通過した光をほぼ回収し、光導入用ロッド１４上面まで光を伝達させることが可能となる。プラズマ境界から光導入用ロッド端面２１までの距離は、シャワープレート４の厚さおよびガス分散通過部２３の導体厚さにより平均自由工程の５倍以上確保されていれば十分な光導入用ロッド１４の端面の寿命を確保することができる。
【００２７】
図５−３に、第２の実施例の更なる変形例を示す。図５−２の実施例では、単体の光導入用ロッド１４がガス分散通過部２３上部まで延設されている。これに対して図５−３では、光導入用ロッド１４を２つのピースから構成されるようにしたものである。具体的には、先端部３０が、光導入用ロッド１４とガス分散通過部２３の間に設けられる。先端部３０の材質は、基本的には、光導入用ロッド１４と同じものを用いるが、好ましくは、サファイア、ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）およびイットリア結晶（Ｙ２０３）のいずれかを用いるものとする。サファイア、ＹＡＧ、イットリア結晶は、高価ではあるが一般的に石英に比べスパッタされにくく、石英を用いる場合より長寿命化が期待される。
【００２８】
図５−２の構成においても、光導入用ロッド１４の長寿命化を図ることは可能であるが、光導入用ロッド１４が消耗品であることには変わりない。図５−３の構成では、別ピースとして先端部３０を備えているため、交換時には、先端部３０のみを変えるだけでよく、交換の作業容易性を向上することが出来、且つ、交換コストを抑えることが出来る。したがって例えば、光導入用ロッド１４を石英、先端部３０をサファイア、ＹＡＧ、イットリア結晶の何れかで構成すれば、コストと長寿命化の両方をバランス良く実現可能である。
【実施例３】
【００２９】
本発明の第３の実施例を、図６を用いて説明する。図６は、第１の実施例での図２と同様に、放電用電極２に施された光検出部の構造の詳細を示す図である。図６の実施例では、シャワープレート４の直後に採光用の光導入用ロッド端面２１を配置する構造であるが、ガス導入手段２０により放電用原料ガスとは独立に流量制御されたガスを、光導入用ロッド１４の周辺部を介してシャワープレート４に施された採光用微細孔１５から真空容器１内に放出する構造とした。
【００３０】
ガス導入手段２０からガスを採光用微細孔１５に流すことにより、採光用微細孔１５内でのガス圧力を真空容器１内より格段に高め、シャワープレート４の厚みのみで、十分にプラズマガス分子の平均自由工程の５倍以上の距離を確保することができるようになる。これにより、シャワープレート４の直後に光導入用ロッド端面２１を配置しても、直接加速されたプラズマを構成するイオンが到達する確率が格段に低くなり、光導入用ロッド端面２１の損傷を抑制できる。
【００３１】
周囲をシールされた採光用微細孔１５から、放電形成用の原料ガスとは独立に流量制御されたガスを流すことで、先の実施例１で説明した、シャワープレート４からの原料ガス供給均一性を乱すことも生じない。また該ガス導入手段２０により採光用微細孔１５に流すガスをヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素といった不活性ガスとすることで、本来のプラズマ処理に与える影響もほとんど生じさせることが無い。放出する不活性ガスは、一種類でも良いし、複数種の不活性ガスを混合して放出しても良い。
【００３２】
前記した第１の実施例、第２の実施例、第３の実施例においては、放電用電極２および被加工試料設置手段８にはそれぞれ冷却用冷媒が流されており温度制御機能２４、２５による温調されている。
【００３３】
前記した第１の実施例、第２の実施例、第３の実施例３おいては、放電用電極２に放電用高周波電力に重畳して、被加工試料３に印加する高周波電力を位相制御して印加しているが、放電用電極２には放電用高周波電力のみ、または放電用高周波電力に被加工試料３に印加するのとは別の周波数の高周波電力を重畳して印加する場合においても本発明の効果は同等である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明にかかるプラズマ処理装置の第１の実施例における基本構成図。
【図２】本発明の第１の実施例における光検出部の構造の詳細説明図。
【図３】従来方式における光検出部の構造の詳細説明図。
【図４】平均自由工程の倍数とその距離を無衝突で通過する原子・分子の割合を説明する図。
【図５−１】本発明の第２の実施例における光検出部の構造の詳細説明図。
【図５−２】本発明の第２の実施例における光検出部の構造の変形例の詳細説明図。
【図５−３】本発明の第２の実施例における光検出部の構造の変形例の詳細説明図。
【図６】本発明の第３の実施例における光検出部の構造の詳細説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１…真空容器、２…放電用電極、３…被加工試料、４…シャワープレート、５…微細孔、６…放電用高周波電源、７…マッチング回路、８…被加工試料設置手段、９…高周波電源、１０…マッチング回路、１１…位相制御手段、１２…マッチング回路、１３…空間部、１４…光導入用ロッド、１５…採光用微細孔、１６…分光器、１７…プラズマ、１８…シール、１９…導体部、２０…ガス導入手段、２１…石英ロッド端面、２２…ガス拡散部、２３…ガス分散通過部、２４…温度制御機能、２５…温度制御機能、２６…光ファイバー、２７…絶縁体、３０…先端部
【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５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図６】
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