(57)【要約】【課題】本発明の課題は、プラズマ光検出窓の交換周期を伸ばし生産性を向上させたプラズマ処理装置を提供することにある。【解決手段】真空処理室内のプラズマ処理で発生したプラズマの発光スペクトルを透過するための検出窓に回転機構をつけて、検出窓を回転することにより、発光スペクトルを透過する検出窓の第１の位置を、発光スペクトルを透過する別の第２の位置に変化することにより、検出窓の有効利用と交換周期を伸ばし、生産性を向上する。【選択図】図１
2012028389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理を行う処理部を有する真空処理室と、
前記処理部で発生したプラズマの発光スペクトルを透過するための検出窓と、
を備えたプラズマ処理装置において、
前記真空処理室と前記検出窓が設けられた測定室との間には、前記２室を連通する連通室が取り付けられており、
前記連通室には、前記発光スペクトルを前記検出窓に透過するための円筒状スリットが形成されており、
前記測定室内には前記円筒状スリットと向かい合うようにして前記発光スペクトルをモニタリングする検出器が設けられており、
前記検出窓の一方の側面の第１の位置は、前記円筒状スリットと対向しており、前記検出窓の他方の側面は真空シールを介して回転シャフトに取り付けられており、
前記回転シャフトが前記検出窓と一体で回転することにより、前記円筒状スリットと対向する検出窓の第１の位置が第２の位置に変化できるように、前記回転シャフトに回転機構が取り付けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記回転シャフトの回転軸が、前記プラズマ発光スペクトルを透過する円筒状スリット光学軸と偏心するように、前記回転シャフトを設置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。
【請求項３】
前記回転シャフトの回転部分と前記測定室との真空シールを磁性流体シールにより構成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、プラズマエッチングにおけるエッチング終了点を検出する手段を備えたプラズマ処理装置において、特に繰り返しエッチングを行うことが可能なプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマエッチング処理装置での処理の終点は、図５に示すように、プラズマ光の発光スペクトルを真空処理室５３外に取り付けられた検出器５１で測光窓５２を介してモニタリングすることにより検出するようにしている（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、測光窓５２は真空処理室５３内に露出しており、その中の雰囲気にさらされているため、繰り返し処理を行うと、この測光窓５２に反応生成物が付着し、必要とする発光スペクトルの透過率が変化することにより、正確なモニタリングを行うことができないという問題があった。
【０００４】
上記問題点を解決するものとして、図６記載のプラズマエッチング処理装置が開示されている（特許文献１参照）。図６記載のプラズマエッチング処理装置は、プラズマエッチング処理を行う処理部６８ａを有する真空処理室６８と、処理部６８ａでの発光スペクトルを測光窓６５ａを通して光学的にモニタリングする検出器６７とを備え、モニタリングの結果に基づきプラズマエッチング処理の終点を検出する装置であり、予備の測光窓６５ａを多数備え、これら予備の測光窓６５ａが使用ずみの測光窓６５ａと順次交換できるようになっている。なお、図６において、６５は回転板、６６は回転板６５を回転するためのモーター、６９は一対の対向電極である。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２７９８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載のプラズマエッチング装置は、遮蔽板６４により、処理部６８ａと測定部６８ｂとで仕切られている。しかしながら、図６のような構成では、測光窓６５ａ、回転用のモーター６６や検出器自６７体が、処理部６８ａと同じ真空処理室６８内に設置されている。そのため、処理部６８ａで発生した処理ガスやプラズマによる反応性生物が、貫通孔６４ａを通過して、回転用のモーター６６や検出器自６７等に付着する。これにより、汚染やパーティクルの原因となり定期的なメンテナンスが必要になる、という問題があった。本発明者の知りうる範囲でこの点を解消するものは未だ知られていない。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決することを目的とし、汚染やパーティクルの原因となり定期的なメンテナンスが不要であり、かつ、エッチング終了点を検出する手段を備えたプラズマ処理装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、プラズマ処理を行う処理部を有する真空処理室と、前記処理部で発生したプラズマの発光スペクトルを透過するための検出窓と、を備えたプラズマ処理装置において、前記真空処理室と前記検出窓が設けられた測定室との間には、前記２室を連通する連通室が取り付けられており、前記連通室には、前記発光スペクトルを前記検出窓に透過するための円筒状スリットが形成されており、前記測定室内には前記円筒状スリットと向かい合うようにして前記発光スペクトルをモニタリングする検出器が設けられており、前記検出窓の一方の側面の第１の位置は、前記円筒状スリットと対向しており、前記検出窓の他方の側面は真空シールを介して回転シャフトに取り付けられており、前記回転シャフトが前記検出窓と一体で回転することにより、前記円筒状スリットと対向する検出窓の第１の位置が第２の位置に変化できるように、前記回転シャフトに回転機構が取り付けられていることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記回転シャフトの回転軸が、前記プラズマ発光スペクトルを透過する円筒状スリット光学軸と偏心するように、前記回転シャフトを設置したことを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記回転シャフトの回転部分と前記測定室との真空シールを磁性流体シールにより構成したことを特徴とする。
本発明では、検出窓を回転することができる回転機構と磁性流体による真空シールを兼ね備えることにより、検出窓が汚れて発光スペクトルの透過量が減衰した部分（円筒状スリットと対向する検出窓の第１の位置）を回転により、円筒状スリットと対向する検出窓の第２の位置にずらすことにより、検出光強度を回復し、検出窓の交換周期を伸ばすことが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転シャフトが検出窓と一体で回転し、円筒状スリットと対向する検出窓の第１の位置が第２の位置に変化することにより、検出窓の交換周期を数倍以上長くすることが可能となり、生産性の向上及び生産コストの低減を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に用いたプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明に用いた検出窓の回転機構の概略図である。
【図３】本発明に用いた検出窓の平面図である。
【図４】本発明に用いた検出窓におけるプラズマ発光レベルの使用時間推移を表したものである。
【図５】従来の検出窓を用いたプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図６】従来の検出窓を用いたプラズマ処理装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１において、プラズマ処理装置１はＩＣＰに係る装置構成とヘリコンに係る装置構成を含む。容器３は、その内部空間を図示しない排気機構によって所定の減圧状態に保持される。以下、容器３を「減圧容器」という。本実施形態による減圧容器３では、その内部空間は２つの空間からなる。１つは基板支持機構（下部電極）５が配置される空間であり、アルミニウムやステンレス等の金属で作られた処理容器２によって形成される。処理容器２の側壁は例えば円筒形に作られる。また基板支持機構５の上には処理される基板６が配置される。この基板６は例えばφ３００ｍｍの大型の基板である。他の１つはプラズマが生成される空間であり、高周波を内部に導入できる石英等の誘電体で主に作られた容器（「ベルジャー」ともいう）４によって形成される。容器４は、上端壁が金属で作られ、その他の部分は誘電体で作られている。容器４の側壁は例えばほぼ円筒形に作られている。容器４は、処理容器２の上壁２ａに取り付け、固定される。処理容器２の側壁２ｂの径に対して、容器４の側壁４ｂの径は小さくなるように設定される。処理容器２の内部空間と容器４の内部空間は通じている。従って容器４の内部空間で生成されたプラズマは拡散し、下方に移動して、処理容器４の内部空間に進む。処理容器４の内部空間に配置された基板６は、容器４の内部空間に対向した位置にある。容器４の円筒形側壁の軸線と基板６の中心は同軸上に位置している。
【００１２】
上記容器４の周囲にはアンテナ１１が配置される。アンテナ１１は、一部が開いた環状であって、その軸方向に所望の長さを有するように形成されている。アンテナ１１の支持機構は図示されないが、よく知られた機構が用いられる。上記の構成に対して、上記アンテナ１１に高周波電力を供給する高周波電源１２と、高周波電源１２からアンテナ１１に高周波電力を供給する際に整合をとるための整合回路（不図示）と、処理容器２の内部空間にガスを導入するガス導入機構８と、アンテナ１１の周囲に配置されるソレノイドコイル１３と、処理容器２の周囲に配置される永久磁石１０が設けられる。ソレノイドコイル１３はヘリコン波を励起するためのもので、直流電源２１により直流電力が供給される。永久磁石１０は、処理容器２の壁面においてプラズマの損失を抑制するために設けられており、処理容器２内にカスプ磁場を形成するためのものである。なお図１において、内部を減圧状態に保持する排気機構、基板搬送機構、基板温度調整機構、処理容器の壁面温度調整機構、およびガス導入機構までガスを供給するガス供給機構等の図示は、発明の要旨との関係上および説明の便宜上省略されている。
【００１３】
基板支持機構（下部電極）５にはバイアス用高周波電源７が整合器（不指図）を通して接続されている。処理容器３の上方にあるガス導入バルブ８を通してエッチングガスを導入し、排気バルブ９を通して真空ポンプ（不指図）にて排気し所定の圧力に制御する。  
【００１４】
次に、本実施形態の特徴的構成である検出窓の機構について詳細に説明する。図１に示すように、プラズマ処理を行うために処理容器で発生したプラズマの発光スペクトルを透過するための検出窓１５が測定容器１９内に設けられている。処理容器３と検出窓１５が設けられた測定容器１９との間には、前記２室を連通する連通室２０が取り付けられている。連通容器２０には、発光スペクトルを検出窓１５に透過するための円筒状スリット１４が形成されている。測定容器１９には円筒状スリット１４と向かい合うようにして発光スペクトルをモニタリングする検出器１６（例えば受光用の光ファイバー）が、測定室１９に固定して設けられている。
【００１５】
次に、本実施形態の特徴的構成である検出窓回転機構について、図２を用いて説明する。検出窓１５の一方の側面の第１の位置は、円筒状スリット１４と対向しており、検出窓１５の他方の側面は真空シール１８（例えば、Ｏリング）を介して円筒状の回転シャフト１７に取り付けられている。これにより、処理容器２内にて発生したプラズマの発光スペクトルは円筒状スリット１４を通して検出窓１５を透過して想定器（例えば、光ファイバー）１６にて受光される。検出窓１５は回転機能を有するシャフト１７とOリング１８にて設置されており、円筒状の回転シャフト１７の側壁と測定容器１９の側壁との間は、磁性流体シール２２により真空シールされている。なお、図２では、円筒状スリット１４と発光スペクトルを受光する光ファイバー１６との光学軸１４ａと、回転シャフトの回転軸（検出窓１５の回転軸）１７ａとは、偏心（オフセット）しており、検出窓１５は真空シールを保持したまま回転可能な機構となっている。なお、図２において、シャフト１７は大気側にて任意目盛り分（４５度程度）手動で回転することができる。また、シャフト１７は、測定容器１９の切り欠き１９ａに設けられたベルトやギア等の動力伝達機構２３aを通して自動で回転できるような回転機構２３により回転することも可能である。
【００１６】
上記のプラズマ処理装置１では、処理容器３内に基板搬送機構により基板６を搬送し、基板支持機構（下部電極）５上に基板６を配置し、基板６を固定する。図１は、基板６が固定された状態を示す。次に、排気機構９によって処理容器３および容器４の内部を所要圧力に減圧し、ガス供給系から供給されるガスをガス導入機構８を介して処理容器３内に導入し、内部を所要圧力に保持する。高周波電源１２から整合回路を介してアンテナ１１に高周波を印加し、容器４の内部、および処理容器３における容器４側の近傍領域でプラズマを生成する。容器４の内部等で生成されたプラズマは処理容器３の内部空間に拡散する。こうして拡散されたプラズマによって基板６が処理される。処理容器３内で発生したプラズマの発光スペクトルは、連通容器２０の円筒状スリット１４を通過し、検出窓１５の第１の位置１５１（図４）を透過し、光ファイバー１６で受光される。これにより、プラズマによって基板６がプラズマエッチングされている場合、エッチング終了点を検出する。
【００１７】
しかしながら、従来は、検出窓１５の処理容器２側に面した面は、プラズマ処理時に反応生成物の付着あるいはエッチングされることにより発光スペクトルの透過量が減少するため、所望の発光スペクトルためには、比較的短時間で洗浄あるいは交換しなければならなかった。これは、高周波電源１２から整合回路を介してアンテナ１３に高周波を印加する放電積算時間が長くなるほど顕著となる。図３及び下記表１は、高周波を印加する放電積算時間と発光スペクトル強度の変化を示す。
【００１８】
【表１】
2012028389.tif 000003
【００１９】
図３及び上記表１に示すように、放電積算時間が５０時間になると、放電積算時間０時間の発光強度６０００（ａｕ：ａｒｂｉｔｒａｒｙ
ｕｎｉｔ）の半分以下の２０５０（ａｕ）となり、エッチング終点検出精度を確保する為の検出下限レベルを下回る。本実施形態においては、放電積算時間が５０時間経過した時点で、回転シャフト１７を回転駆動機構２３により、約４５度回転することにより、検出窓１５も回転シャフト１７と一体で回転させる。これにより、円筒状スリット１４と対向する検出窓１５の位置を第１の位置１５１から第２の位置に１５２に（図４）変化させた。なお、本実施形態においては、検出窓１５はＯリング１８、磁性流体シールにより、円筒状スリット１４内は真空シールされている。そのため、処理容器３内で発生した処理ガスやプラズマによる反応性生物が、円筒状スリット１４を通過して、回転シャフト１７回転用の回転駆動機構２３（例えばモーター）や検出器１６等に付着することはない。なお、放電積算時間は高周波電源１２が電力出力している時間をカウントして測定する。
【００２０】
次に、プラズマ処理装置１を用いて、基板上に成膜されたＮｉＦｅやＣｏＦｅ、ＰｔＭｎ等の磁性薄膜をエッチングする場合のエッチング終点検出について説明する。図1に示すプラズマ処理装置１において、処理容器２内の基板支持機構（下部電極）５上にＮｉＦｅやＣｏＦｅ、ＰｔＭｎ等の磁性薄膜が成膜された基板６を載置して、ガス導入バルブ８よりＣＨ３ＯＨガスを導入し、排気バルブ９により、処理室２内を所定の圧力に設定する。次に、高周波電源１２から整合回路を介してアンテナ１１に高周波を印加し、容器４の内部、および処理容器３における容器４側の近傍領域でプラズマを発生させる。放電条件は下記のとおりである。なお、下部電極５には、基板６を静電吸着するための静電吸着電源（不図示）を接続し、基板６を静電吸着することにより、基板６のエッチングを行った。
ＣＨ３ＯＨ＝１５ｓｃｃｍ
処理室２内の処理圧力＝０．４Ｐａ
高周波電源２のＳｏｕｒｃｅ Ｐｏｗｅｒ=１５００Ｗ
高周波電源７のＢｉａｓ Ｐｏｗｅｒ=１３００Ｗ  
直流電源２１のコイル電流＝４０／３５Ａ
ＥＳＣ（静電吸着）電圧＝＋５００Ｖ
下部電極５の温度＝４０℃
なお、ｓｃｃｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）＝一分間当たり供給されるガス流量を０℃１気圧で表したｃｍ３数＝１．６９×１０−３Ｐａ・ｍ３／ｓ（０℃において）である。また、「コイル電流＝４０／３０Ａは、図１の内側のコイル１３と外側のコイル１３のコイル電流をそれぞれ示す。
【００２１】
磁性材料が成膜された基板６は磁性膜がなくなる前に新しい成膜基板と入れ替えて放電処理を重ねた。円筒状スリット１４は内径４ｍｍで長さ４０ｍｍのものを使用した。上述のとおり、本放電により検出窓１５の第１の位置１５１（図４）を通して検出された発光スペクトル強度（Ｎｉ:２３１ｎｍ）の使用時間変化は図３及び上記表１に示すようになる。
【００２２】
放電開始直後から放電積算時間が増えるに従って発光スペクトル強度は徐々に低下していく。終点検出に使用している特定の発光スペクトル強度が低下するに従いＳＮ比（信号とノイズ比）が下がる為、終点検出精度を確保する為に検出下限レベルを下回る前に検出窓１５を第１の位置１５１から第２の位置１５２（図４）に回転する。本実施形態では５０時間にて一回目の回転を行った。この１回目の検出窓１５の回転により、円筒状スリット１４と対向する検出窓１５の位置を第１の位置１５１から第２の位置に１５２に（図４）変化することになる。
【００２３】
検出窓１５の回転を行った後の発光スペクトル強度は、放電開始直後（０時間）と同等レベルまで上がった。更に放電積算時間を増やすと発光スペクトル強度は徐々に低下してきて、検出下限レベル前の１００時間にて検出窓の2回目の回転動作を行い、第２の位置１５３から第３の位置１５６３（図４）に回転した。
検出窓１５の2回目の回転動作を行った後の発光スペクトル強度は、放電開始直後（０時間）と同等レベルまで上がり、更に数時間の放電処理を継続した。
上記の処理を終了してから処理室２を大気開放して、検出窓１５を取り外して観察したところ図４のように2ヶ所（１５ａ、１５ｂ）において約φ４ｍｍの範囲の検出窓表面に曇りが見られた。
【００２４】
上記実施形態では、約４５度の回転角にて検出窓１５を回転させたが、使用済みの検出窓１５の汚れに重ならなければ回転角度を更に小さくすることが可能であり、同一の検出窓１５において十数回の繰り返し使用が可能となる。
また本発明は、プラズマ処理装置に限らず真空蒸着装置のように検出窓に付着物がつく場合も使用できることがわかる。さらにプラズマ発光の検出窓に限らず、通常のビューイングポートや各種センサー用窓の機構としても使用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１    プラズマ処理装置
２    処理室
３    処理容器
４    容器（ベルジャー）
５    下部電極
６    基板
７    バイアス用高周波電源
８    ガス導入バルブ
９    排気バルブ
１０  永久磁石
１１  アンテナ
１２  高周波電源
１３  ソレノイドルコイル
１４  円筒状スリット
１５  検出窓
１６  検出器（光ファイバー）
１７  回転シャフト
１８  Oリング
１９  測定容器
２０  連通室
２１  直流電源
２２  磁性流体シールド
２３  回転機構
【図１】
2012028389.tif 000004
【図２】
2012028389.tif 000005
【図３】
2012028389.tif 000006
【図４】
2012028389.tif 000007
【図５】
2012028389.tif 000008
【図６】
2012028389.tif 000009