(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともフッ素原子を含むプロセスガスにマイクロ波を照射して生成したプラズマを利用して、真空雰囲気の処理室内にて被処理物の処理を行うプラズマ処理装置であって、プラズマを生成する領域は前記処理室から分離されてプラズマが前記被処理物に接触しないように構成されている、プラズマ処理装置において、
前記プラズマを生成する領域にマイクロ波を導入するための石英ガラスから成るマイクロ波透過部材と、
前記プラズマを生成する領域にて生成されたプラズマにより前記マイクロ波透過部材がエッチングされた際に発生するＳｉＦの発光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段により検出されたＳｉＦの発光の強度を積算する機能を有する監視手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記監視手段は、ＳｉＦの発光の強度の積算値が所定の許容限界値を超えたか否かを判定する機能をさらに有する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】
前記監視手段は、２２０ｎｍから２７５ｎｍの波長範囲のＳｉＦの発光の強度を積算することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記光検出手段は、ＳｉＦの発光をその他の発光から区別することなく検出する光センサーと、ＳｉＦの発光をその他の発光から区別するために、前記光センサーにて検出した発光を分光する分光器又はモノクロメーターと、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記光検出手段は、ＳｉＦの発光をその他の発光から分離するための光学フィルターと、前記光学フィルターを透過したＳｉＦの発光を検出するフォトセルと、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記マイクロ波透過部材は放電管であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記マイクロ波透過部材は、前記処理室を内部に形成する真空容器の開口部を封止する窓部材であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセスガスにマイクロ波を照射して生成したプラズマを利用して、真空雰囲気の処理室内にて被処理物の処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用のシリコンウェハや液晶ディスプレイ用ガラス基板といった被処理物を処理するための装置として、プロセスガスにマイクロ波を照射してプラズマを生成し、このプラズマからのイオンや活性種を利用して被処理物のドライエッチング処理やアッシング処理等を施すプラズマ処理装置がある。このプラズマ処理装置を利用したプラズマ技術による微細加工、薄膜形成等の表面処理は、例えば半導体の高集積化にとって必要不可欠な技術となっている。
【０００３】
プラズマ処理装置にはいくつかの種類があり、一例としては、マイクロ波導波管により導いたマイクロ波を、マイクロ波導波管に形成されたスロットアンテナから放射して、真空容器内のプロセスガスにマイクロ波を照射してプラズマを生成し、このプラズマを利用して被処理物にドライエッチングによる微細加工、薄膜形成等の表面処理を施すものがある。
【０００４】
このタイプのプラズマ処理装置は、真空容器の内部で生成したプラズマを被処理物の表面に接触させ、プラズマ中のイオンや活性種等によりドライエッチングやアッシング等の表面処理を施すものと、プラズマ発生領域と処理室とを分離してプラズマからのダウンフローを被処理物の表面に導いてドライエッチングやアッシング等の表面処理を施すものとがある。
【０００５】
また、他の種類のプラズマ処理装置としては、放電管の内部のプロセスガスにマイクロ波を照射して放電管内にてプラズマを生成し、このプラズマにより生成された活性種を処理室内に導いて被処理物の表面に供給するタイプの装置がある。
【０００６】
上述したプラズマ処理装置は、プラズマを生成する領域にマイクロ波を導入するためのマイクロ波透過部材を備えており、マイクロ波透過部材は通常、石英ガラスにて形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したプラズマ処理装置において、少なくともフッ素原子を含むプロセスガスを使用した場合、マイクロ波透過部材を構成する石英ガラスがエッチングされてしまう。このため、マイクロ波透過部材は適宜交換する必要があるが、従来は、交換までの時間（石英寿命）を予め決めておいてその時間が過ぎたら交換するようにしていた。
【０００８】
ところが、石英ガラスのエッチング速度は、温度、マイクロ波パワー、処理時間等に応じて大きく変化する。常に一定の条件の下で処理を行う場合には予め決めておいた石英寿命によって時間管理にてマイクロ波透過部材を交換しても大きな問題はないが、各種の処理条件を混用する場合には、予め決めておいた石英寿命が最適とは限らない。すなわち、予め決めておいた石英寿命に達する前にマイクロ波透過部材のエッチングが進行して使用不可能となったり、或いは逆に、予め決めておいた石英寿命に達したにもかかわらず、さらに継続して使用することが可能であったりするという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、石英ガラスから成るマイクロ波透過部材の寿命を的確に検知することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、少なくともフッ素原子を含むプロセスガスにマイクロ波を照射して生成したプラズマを利用して、真空雰囲気の処理室内にて被処理物の処理を行うプラズマ処理装置であって、プラズマを生成する領域は前記処理室から分離されてプラズマが前記被処理物に接触しないように構成されている、プラズマ処理装置において、プラズマを生成する領域にマイクロ波を導入するための石英ガラスから成るマイクロ波透過部材と、前記プラズマを生成する領域にて生成されたプラズマにより前記マイクロ波透過部材がエッチングされた際に発生するＳｉＦの発光を検出する光検出手段と、前記光検出手段により検出されたＳｉＦの発光の強度を積算する機能を有する監視手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、好ましくは、前記監視手段は、ＳｉＦの発光の強度の積算値が所定の許容限界値を超えたか否かを判定する機能をさらに有する。
【００１２】
また、好ましくは、前記監視手段は、２２０ｎｍから２７５ｎｍの波長範囲のＳｉＦの発光の強度を積算する。
【００１３】
また、好ましくは、前記光検出手段は、ＳｉＦの発光をその他の発光から区別することなく検出する光センサーと、ＳｉＦの発光をその他の発光から区別するために、前記光センサーにて検出した発光を分光する分光器又はモノクロメーターと、を有する。
【００１４】
また、好ましくは、前記光検出手段は、ＳｉＦの発光をその他の発光から分離するための光学フィルターと、前記光学フィルターを透過したＳｉＦの発光を検出するフォトセルと、を有する。
【００１６】
また、好ましくは、前記マイクロ波透過部材は放電管である。
【００１７】
また、好ましくは、前記マイクロ波透過部材は、前記処理室を内部に形成する真空容器の開口部を封止する窓部材である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１に示したように本実施形態によるプラズマ処理装置は真空容器１を備えており、この真空容器１の内部には、被処理物Ｗに対してエッチング等の処理を施すための処理室２が形成されている。処理室２には被処理物Ｗを載置するためのステージ３が設けられている。
【００２０】
真空容器１の上部開口は、石英ガラスで形成されたマイクロ波透過窓部材５で封止されており、このマイクロ波透過窓部材５は、プラズマを生成する領域にマイクロ波を導入するためのマイクロ波透過部材を構成している。真空容器１の内部には、プラズマを生成する領域を処理室２から分離してプラズマが被処理物に接触しないようにする仕切板４が設けられており、この仕切板４に形成された孔を介してプラズマ中の活性種がダウンフローにて被処理物Ｗの表面に供給される。
【００２１】
真空容器１の側壁には、少なくともフッ素原子を含むプロセスガスを真空容器１内に導入するためのガス導入口６が形成されている。また、真空容器１の底壁には、真空容器１の内部を排気するための排気口７が形成されている。
【００２２】
そして、マイクロ波導波管１３を経由して導いたマイクロ波をスロットアンテナ１４から放射し、マイクロ波透過窓部材５を介して真空容器１内に導入してプロセスガスに照射することによりプラズマが生成される。
【００２３】
さらに、本実施形態によるプラズマ処理装置は、マイクロ波透過窓部材５がプラズマによりエッチングされた際に発生するＳｉＦの発光を検出する光検出手段８を備えており、この光検出手段８は、ＳｉＦの発光をその他の発光から分離するための光学フィルター９と、光学フィルター９を透過したＳｉＦの発光を検出するフォトダイオード（フォトセル）１０とから構成されている。光学フィルター９は、２２０ｎｍから２７５ｎｍの波長範囲の発光を透過し、これによりＳｉＦからの発光を他の発光から区別して検出することができる。
【００２４】
フォトダイオード１０は監視手段１１に接続されており、この監視手段１１は光検出手段８により検出されたＳｉＦの発光の強度を積算する機能を有している。また、監視手段１１は、ＳｉＦの発光の強度の積算値が、予め決定された所定の許容限界値を超えたか否かを判定する機能も有している。真空容器１の側壁には、発光を取り出すための観察窓が光透過部材１２によって形成されている。
【００２５】
そして、本実施形態によるプラズマ処理装置においては、監視手段１１により算出されたＳｉＦの発光の強度の積算値が、予め決定された所定の許容限界値を超えた場合にマイクロ波透過窓部材５を交換するようにする。
【００２６】
図２は、プラズマ処理装置の使用時間に対するＳｉＦの発光強度の積算値を示したグラフであり、処理条件を途中で切り換えたために積算値の増加率が途中で変化している。このように処理条件の変化は、ＳｉＦの発光強度の積算値の増加率に反映される。
【００２７】
図３は、光学フィルター９に入射する光の波長分布であり、２２０ｎｍから２７５ｎｍの波長範囲がＳｉＦの発光に対応する部分である。図３中の「Ｔ」は放電開始時点からの連続放電時間（秒）を示している。但し、Ｔ＝０は放電開始前ではなく、放電開始直後に相当する。
【００２８】
以上述べたように本実施形態によるプラズマ処理装置によれば、石英ガラスから成るマイクロ波透過窓部材５がプラズマによりエッチングされた際に発生するＳｉＦの発光の強度を積算するようにしたので、この積算値が所定の許容限界値を超えたことを確認することにより、処理条件が途中で切り換えられた場合でも、マイクロ波透過窓部材５の寿命を的確に検知することができる。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態によるプラズマ処理装置について、図４を参照して説明する。
【００３０】
本実施形態によるプラズマ処理装置はケミカルドライエッチング装置であり、図４に示したように、プラズマを生成する領域にマイクロ波を導入するためのマイクロ波透過部材は石英ガラスから成る放電管２０によって構成されている。この放電管２０にはマイクロ波導波管２１が接続されており、このマイクロ波導波管２１によって導かれたマイクロ波が放電管２０の内部のプロセスガスに照射され、これによりプラズマが生成される。プロセスガスとしては、少なくともフッ素原子を含むガスが使用される。
【００３１】
さらに、本実施形態によるプラズマ処理装置は光検出手段２２を備えており、この光検出手段２２は、ＳｉＦの発光をその他の発光から区別することなく検出する光センサー２３と、ＳｉＦの発光をその他の発光から区別するために、光センサー２３にて検出した発光を分光する分光器２４を備えている。なお、分光器２４に代えてモノクロメーターを設けても良い。分光器２４は監視手段２５に接続されており、この監視手段２５は上述した第１実施形態における監視手段１１と同様の機能を有している。
【００３２】
そして、本実施形態によるプラズマ処理装置においては、上述した第１実施形態と同様、監視手段２５により算出されたＳｉＦの発光の強度の積算値が、予め決定された所定の許容限界値を超えた場合に放電管２０を交換するようにする。
【００３３】
図５は、プラズマ処理装置の使用時間に対するＳｉＦの発光強度の積算値を示したグラフであり、処理条件を途中で２回切り換えたために積算値の増加率が途中で２回変化している。このように処理条件の変化はＳｉＦの発光強度の積算値の増加率に反映される。
【００３４】
以上述べたように本実施形態によるプラズマ処理装置によれば、石英ガラスから成る放電管２０がプラズマによりエッチングされた際に発生するＳｉＦの発光の強度を積算するようにしたので、この積算値が所定の許容限界値を超えたことを確認することにより、処理条件が途中で切り換えられた場合でも、放電管２０の寿命を的確に検知することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によるプラズマ処理装置によれば、マイクロ波透過部材がプラズマによりエッチングされた際に発生するＳｉＦの発光の強度を積算するようにしたので、この積算値が所定の許容限界値を超えたことを確認することにより、処理条件が途中で切り換えられた場合でも、マイクロ波透過部材の寿命を的確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成を示した図。
【図２】図１に示したプラズマ処理装置の使用時間に対するＳｉＦの発光強度の積算値を示した図。
【図３】図１に示したプラズマ処理装置の光学フィルターに入射する光の波長分布を示した図。
【図４】本発明の第２実施形態によるプラズマ処理装置の主要部の概略構成を示した図。
【図５】図４に示したプラズマ処理装置の使用時間に対するＳｉＦの発光強度の積算値を示した図。
【符号の説明】
１  真空容器
２  処理室
３  ステージ
４  仕切板
５  マイクロ波透過窓部材
８、２２  光検出手段
９  光学フィルター
１０  フォトダイオード（フォトセル）
１１、２５  監視手段
１２  光透過部材
１３、２１  マイクロ波導波管
２０  放電管
２３  光センサー
２４  分光器
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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