プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
【課題】本発明は、温度状態の管理をより正確に行うことができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、マイクロ波発生部から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、前記プラズマを発生させる領域にプロセスガスを供給するガス供給部と、前記放電管と、前記処理容器と、を連通させる輸送管と、前記放電管の温度を検出する第１の温度検出部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【解決手段】大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、マイクロ波発生部から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、前記プラズマを発生させる領域にプロセスガスを供給するガス供給部と、前記放電管と、前記処理容器と、を連通させる輸送管と、前記放電管の温度を検出する第１の温度検出部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用したドライプロセスは、半導体装置の製造、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体装置や液晶ディスプレイなどの製造に際しては、アッシング処理、エッチング処理、薄膜堆積（成膜）処理あるいは表面改質処理などの各種のプラズマ処理が行われている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。
【０００３】
このようなプラズマ処理においては、発生させたプラズマによりプロセスガスを励起、活性化させて中性活性種やイオンなどのプラズマ生成物を生成する。そして、この生成した中性活性種やイオンなどにより被処理物に対するプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）を行う。
【０００４】
ところで、近年においては、プラズマ処理の安定性に対する要求が厳しくなってきている。例えば、プラズマ処理における処理精度（例えば、エッチング処理における寸法精度など）の安定性に対する要求が厳しくなってきている。この場合、プラズマ処理の安定性は、プラズマ処理装置の状態によって変動する。例えば、プラズマ処理装置の処理容器などの要素の温度、処理容器の内部に堆積した堆積物の量などによって変動する。
【０００５】
そのため、被処理物に対するプラズマ処理を繰り返す場合などにおいては、処理容器などの要素の温度を制御する「暖機処理」、処理容器の内部に堆積した堆積物を除去する「クリーニング処理」などの「前処理」を適宜行うようにしている。
【０００６】
ここで、被処理物に対するプラズマ処理に先立って、予め設定された時間の間プラズマを発生させて処理容器の内壁面を加熱し、内壁面温度を制御する技術が提案されている（特許文献１を参照）。
この特許文献１に開示がされた技術によれば、被処理物に対するプラズマ処理に先立って処理容器の内壁面温度を制御することができるので、プラズマ処理装置の温度状態を安定させることができる。その結果、プラズマ処理の安定性を向上させることができる。
しかしながら、特許文献１に開示がされた技術においては、予め設定された時間に基づいて処理容器の内壁面温度を間接的に制御するようにしている。そのため、プラズマ処理装置またはプラズマ処理における温度状態の管理をより正確に行うという点に改善の余地を残していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２１０９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、温度状態の管理をより正確に行うことができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、マイクロ波発生部から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、前記プラズマを発生させる領域にプロセスガスを供給するガス供給部と、前記放電管と、前記処理容器と、を連通させる輸送管と、前記放電管の温度を検出する第１の温度検出部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１０】
また、本発明の他の一態様によれば、内部にプラズマを発生させる領域を有し、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、前記プラズマを発生させる領域に電磁エネルギーを供給することでプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマを発生させる領域にプロセスガスを供給するガス供給部と、前記プラズマを発生させる領域に面する位置に設けられた部材の温度を検出する第２の温度検出部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の他の一態様によれば、大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマを発生させ、前記プラズマに向けて供給されたプロセスガスを励起させてプラズマ生成物を生成し、前記プラズマ生成物を用いて被処理物に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、プラズマを発生させる領域に面する位置に設けられた部材の温度に基づいてプラズマの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第１の処理工程と、前記プラズマ生成物を用いて被処理物に対するプラズマ処理を行う第２の処理工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度状態の管理をより正確に行うことができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
図１に例示をするプラズマ処理装置１は、一般に「ＣＤＥ（Chemical Dry Etching；ケミカルドライエッチング）装置」と呼ばれるマイクロ波励起型のプラズマ処理装置である。すなわち、マイクロ波により励起、発生させたプラズマを用いてプロセスガスからプラズマ生成物を生成し、被処理物の処理を行うプラズマ処理装置の一例である。
【００１５】
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、プラズマ発生部２、減圧部３、ガス供給部４、マイクロ波発生部５、処理容器６、温度検出部７、制御部８などを備えている。
プラズマ発生部２には、放電管９、導入導波管１０が設けられている。
放電管９は、内部にプラズマを発生させる領域を有し、処理容器６から離隔された位置に設けられている。また、放電管９は管状を呈し、マイクロ波Ｍに対する透過率が高くエッチングされにくい材料からなる。例えば、放電管９をアルミナや石英などの誘電体からなるものとすることができる。
【００１６】
放電管９の外周面を覆うようにして管状の遮蔽部１８が設けられている。遮蔽部１８の内周面と放電管９の外周面との間には所定の隙間が設けられ、遮蔽部１８と放電管９とが略同軸となるようにして配設されている。なお、この隙間は、マイクロ波Ｍが漏洩しない程度の寸法とされている。そのため、遮蔽部１８によりマイクロ波Ｍが漏洩することを抑制することができる。
【００１７】
また、遮蔽部１８には、放電管９と略直交するように導入導波管１０が接続されている。導入導波管１０の終端には終端整合器１１ａが設けられている。また、導入導波管１０の入口側（マイクロ波Ｍの導入側）にはスタブチューナ１１ｂが設けられている。導入導波管１０は、後述するマイクロ波発生部５から放射されたマイクロ波Ｍを伝播させて、プラズマＰを発生させる領域にマイクロ波Ｍを導入する。
【００１８】
導入導波管１０と遮蔽部１８との接続部分には、環状のスロット１２が設けられている。スロット１２は、導入導波管１０の内部を導波されてきたマイクロ波Ｍを放電管９に向けて放射するためのものである。後述するように、放電管９の内部にはプラズマＰが発生するが、スロット１２に対向する部分がプラズマＰを発生させる領域の略中心となる。
【００１９】
放電管９の外部には、プラズマＰを発生させる領域と対向させて温度検出部７が設けられている。温度検出部７としては、特に限定がなく、例えば、熱電対、測温抵抗体、サーミスタなどを用いた接触式のものとしてもよいし、放射温度計のような非接触式のものとしてもよい。なお、図１においては、一例として、非接触式のものを例示することにした。
【００２０】
この場合、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼすおそれのある部分の温度を検出できるように温度検出部７を配設することが好ましい。すなわち、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられ、ある程度の熱容量を有する部材の温度を検出できるように温度検出部７を配設することが好ましい。そのため、本実施の形態においては放電管９の温度を検出できるように温度検出部７を配設している。
【００２１】
ここで、温度検出部７を放電管９の内部に設けるようにすれば、プラズマＰにより温度検出部７が損傷したり、金属汚染などが引き起こされるおそれがある。そのため、本実施の形態においては放電管９の外部に温度検出部７を設けて放電管９の温度を検出するようにしている。
【００２２】
また、温度検出部７により検出された放電管９の温度を、必要に応じて補正することもできる。すなわち、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に与える影響を考慮して、最も適切な温度、例えば、プラズマＰを発生させる領域により近い放電管９の内壁面温度や放電管９の平均温度などに補正することもできる。検出位置における温度とこれらの温度との間には一定の相関関係があるので、この相関関係を予め実験などにより求めることで補正値を求めることができる。
【００２３】
また、温度検出部７は、プラズマＰを発生させる領域と対向させて設けられている。そのため、遮蔽部１８が設けられる領域に温度検出部７が設けられることになる。この場合、遮蔽部１８の内周面と放電管９の外周面との間に設けられた隙間に温度検出部７、または温度検出部７のプローブ部分を設けるようにすることができる。ただし、前述したようにこの隙間はマイクロ波Ｍが漏洩しない程度の寸法とされているため、小型の温度検出部７、または小型のプローブ部分でなければ設置することが難しい。
【００２４】
そのため、本実施の形態においては、遮蔽部１８の外側に温度検出部７を設けるようにしている。そして、遮蔽部１８の外側に温度検出部７を設けるようにしているため、遮蔽部１８の温度検出部７に面する部分には検出用の孔部１８ａが設けられている。この場合、孔部１８ａの開閉を行うための開閉部１９を設けることもできる。この開閉部１９には図示しない駆動部が接続されている。そして、図示しない駆動部により開閉部１９を遮蔽部１８の軸方向に移動させることができるようになっている。そのため、開閉部１９を移動させることで孔部１８ａの開閉を行うことができる。
【００２５】
開閉部１９を設けるようにすれば、温度検出を行わない時には孔部１８ａを塞ぐことができる。そのため、孔部１８ａからマイクロ波が漏洩することを抑制することができる。なお、遮蔽部１８の内壁面側に開閉部１９を設ける場合を例示したが、外壁面側に開閉部１９を設けるようにすることもできる。また、遮蔽部１８の軸方向に開閉部１９を移動させる場合を例示したが、遮蔽部１８の円周方向に沿うように開閉部１９を移動させることもできる。
なお、温度検出部７が接触式のものの場合には、遮蔽部１８にプローブ部分を保持させることもできる。その様にすれば、保持されたプローブ部分により孔が塞がれるので開閉部１９を不要とすることができる。
【００２６】
導入導波管１０の一端には、マイクロ波発生部５が設けられている。このマイクロ波発生部５は、所定周波数（例えば２．７５ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管１０に向けて放射することができるようになっている。
【００２７】
放電管９の一端には流量制御部（Mass Flow Controller：ＭＦＣ）１３を介してガス供給部４が接続されている。そして、流量制御部１３を介して、ガス供給部４から放電管９内のプラズマを発生させる領域にプロセスガスＧを供給することができるようになっている。また、制御部８により流量制御部１３を制御することで、プロセスガスＧの供給量が調整できるようになっている。
【００２８】
放電管９の他端には輸送管１４の一端が接続され、輸送管１４の他端は処理容器６に接続されている。すなわち、輸送管１４は、放電管９と処理容器６とを連通させている。輸送管１４は、中性活性種による腐蝕に耐え得る材料、例えば、石英、ステンレス鋼、セラミックス、フッ素樹脂などからなる。
【００２９】
処理容器６は、有底の略円筒形状を呈し、その上端が天板６ａで塞がれている。処理容器６の内部には、図示しない静電チャックを内蔵した載置部１５が設けられ、その上面（載置面）に被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）を載置、保持することができるようになっている。
【００３０】
処理容器６の底面には、圧力制御部（Auto Pressure Controller：ＡＰＣ）１６を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧部３が接続されている。減圧部３は、処理容器６の内部を所定の圧力まで減圧する。圧力制御部１６は、処理容器６の内圧を検出する図示しない真空計の出力に基づいて、処理容器６の内圧が所定の圧力となるように制御する。すなわち、処理容器６は、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持できるようになっている。
【００３１】
輸送管１４との接続部分よりは下方であって載置部１５の上方には、載置部１５の上面（載置面）と対向させるようにして整流板１７が設けられている。整流板１７は、輸送管１４から導入される中性活性種を含んだガスの流れを整流し、被処理物Ｗの処理面上における中性活性種の量が略均一となるようにするためのものである。整流板１７は、多数の孔部１７ａが設けられた略円形の板状体であり、処理容器６の内壁に固定されている。そして、整流板１７と載置部１５の上面（載置面）との間の領域が、被処理物に対する処理が行われる処理空間２０となる。また、処理容器６の内壁面、整流板１７の表面は、中性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）で覆われている。
【００３２】
制御部８は、減圧部３、ガス供給部４、マイクロ波発生部５、圧力制御部１６、流量制御部１３などの制御を行う。また、制御部８は、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）を判定する。そして、温度検出部７からの検出信号に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、放電管９の温度を制御する。この場合、放電管９の温度の制御は、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って行われるようにすることができる。
なお、制御部８に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）を判定するようにすることもできる。
放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）の判定は、予め実験などにより求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００３３】
次に、プラズマ処理装置１の作用とともに本実施の形態に係るプラズマ処理方法について例示をする。
まず、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って「前処理」が行われる。なお、本実施の形態においては、「前処理」として放電管９の温度を制御する「暖機処理」を例に挙げて説明をする。
【００３４】
「暖機処理」は、処理容器６内に被処理物Ｗが搬入されていない状態において行うようにすることができる。この場合、載置部１５の上面（載置面）がダメージを受けないようにいわゆるダミーウェーハを載置、保持させるようにすることもできる。
【００３５】
まず、放電管９の温度が温度検出部７により検出され、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）が制御部８に送られる。なお、前述した開閉部１９が設けられている場合には、開閉部１９が開かれ、孔部１８ａを介して放電管９の温度が検出される。
制御部８は、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）を判定する。この場合、放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）の判定は、予め実験などで求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００３６】
放電管９の温度が低いと判定された場合には、プラズマＰを発生させて放電管９の温度を上昇させる。まず、処理容器６内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器６内の圧力が調整される。また、処理容器６と連通する放電管９の内部も減圧される。
そして、プラズマ発生部２により放電管９内にプラズマＰを発生させ、発生させたプラズマＰの熱で放電管９の温度を上昇させる。この場合、ガス供給部４から流量制御部１３を介して所定流量のガス（例えば、後述する被処理物Ｗに対するプラズマ処理に用いられるプロセスガスＧ、Ａｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガスなど）が放電管９内に供給されるようにすることもできる。なお、プラズマＰの発生に関する詳細は後述する。
【００３７】
制御部８により、放電管９の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「暖機処理」を終了させる。なお、制御部８に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）を判定するようにすることもできる。この場合には、作業者がプラズマＰの発生を停止させるための指令を制御部８に入力することになる。
一方、放電管９の温度が高いと判定された場合には、ガス供給部４から放電管９内にガスを供給することで放電管９の冷却を行うようにすることができる。あるいは、放電管９の外周壁に巻きつけられた図示しない冷却管の内部に冷却媒体を流すことで放電管９を冷却するようにしてもよい。
【００３８】
以上は、「前処理」が放電管９の温度を制御する「暖機処理」の場合である。「前処理」として「クリーニング処理」を行う場合も同様の手順とすることができる。この場合、放電管９内に供給されるガスはクリーニングガス（例えば、酸素を含有したガス、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスなど）とされる。また、図示しない分光器などを設けて「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。すなわち、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。ただし、「前処理」の主目的が「クリーニング処理」であっても放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）を適正な範囲内に収める必要がある。そのため、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」が終了したと判定された場合であっても、放電管９の温度が所定の温度より低い場合には、放電管９の温度が適正な範囲内に収まるまではプラズマＰの発生を継続させるようにする。そして、制御部８により、放電管９の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「クリーニング処理」を終了させる。なお、「クリーニング処理」の終了時において放電管９の温度が所定の温度より高い場合には、「クリーニング処理」を終了させて放電管９の温度が適正な範囲内に収まるのを待って「前処理」を終了させるようにする。この場合、ガス供給部４から放電管９内にガスを供給することで放電管９の冷却を行うようにすることもできる。あるいは、放電管９の外周壁に巻きつけられた図示しない冷却管の内部に冷却媒体を流すことで放電管９を冷却するようにしてもよい。
【００３９】
次に、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が行われる。
被処理物Ｗに対するプラズマ処理においては、まず、図示しない搬送装置により被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）が、処理容器６内に搬入され、載置部１５上に載置、保持される。
次に、処理容器６内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器６内の圧力が調整される。また、処理容器６と連通する放電管９の内部も減圧される。
【００４０】
次に、プラズマ発生部２により中性活性種を含むプラズマ生成物が生成される。すなわち、まず、ガス供給部４から流量制御部１３を介して所定流量のプロセスガスＧ（例えば、ＣＦ４など）が放電管９内に供給される。一方、マイクロ波発生部５から所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管１０内に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは導入導波管１０内を導波され、スロット１２を介して放電管９に向けて放射される。
【００４１】
放電管９に向けて放射されたマイクロ波Ｍは、放電管９の表面を伝搬して、放電管９内に放射される。このようにして放電管９内に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、プラズマＰが発生する。そして、発生したプラズマＰ中の電子密度が、放電管９を介して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波Ｍは放電管９の内壁面から放電管９内の空間に向けて一定距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射されるようになる。そのため、このマイクロ波Ｍの反射面とスロット１２の下面との間にはマイクロ波Ｍの定在波が形成されることになる。その結果、マイクロ波Ｍの反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定的にプラズマＰが励起、発生するようになる。このプラズマ励起面で励起、発生したプラズマＰ中において、プロセスガスＧが励起、活性化されて中性活性種、イオンなどのプラズマ生成物が生成される。
【００４２】
生成されたプラズマ生成物を含むガスは、輸送管１４を介して処理容器６内に搬送される。この際、寿命の短いイオンなどは処理容器６にまで到達できず、寿命の長い中性活性種のみが処理容器６に到達することになる。処理容器６内に導入された中性活性種を含むガスは、整流板１７で整流されて被処理物Ｗの表面に到達し、エッチング処理などのプラズマ処理が行われる。本実施の形態においては、主に中性活性種による等方性処理（例えば、等方性エッチングなど）が行われることになる。
【００４３】
処理が終了した被処理物Ｗは、図示しない搬送装置により処理容器６外に搬出される。この後、必要があれば、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が繰り返される。なお、前述した「前処理」は、プラズマ処理装置１の稼働開始時、ロットの切り替え時などに行うようにすることができる。また、生産の過程において「前処理」を適宜行うようにすることもできる。この場合、定期的に「前処理」を行うようにすることもできるし、温度検出部７や図示しない分光器などからの信号に基づいて「前処理」の必要性を判定することもできる。
【００４４】
以上に例示をしたように、本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマＰを発生させ、プラズマＰに向けて供給されたプロセスガスＧを励起させてプラズマ生成物を生成し、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられた部材（放電管９）の温度に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第１の処理工程（「前処理」工程）と、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行う第２の処理工程と、を有している。
【００４５】
本実施の形態によれば、温度検出部７を設けることで、被処理物に対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼす部分の温度を直接的に検出することができる。そのため、時間管理などによりプラズマ処理装置１の温度状態を推測する場合などと比べてより正確にプラズマ処理装置１の温度状態を知ることができる。そして、より適切な「前処理」を行うことができるようになるので、プラズマ処理装置１の温度状態管理をより正確に行うことができる。
この場合、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性は、プラズマ処理装置１の温度状態によって変動する。そのため、プラズマ処理装置１の温度状態管理をより正確に行うことで、生産性、歩留まり、品質などの向上を図ることができる。
【００４６】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
また、図３は、図２におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
図２に例示をするプラズマ処理装置３０は、一般に「ＳＷＰ（Surface Wave Plasma：表面波プラズマ）装置」と呼ばれるマイクロ波励起型のプラズマ処理装置である。すなわち、マイクロ波により励起、発生させたプラズマを用いてプロセスガスからプラズマ生成物を生成し、被処理物の処理を行うプラズマ処理装置の一例である。
【００４７】
図２に示すように、プラズマ処理装置３０は、プラズマ発生部３１、減圧部３、ガス供給部４、マイクロ波発生部５、処理容器３２、温度検出部７、制御部３３などを備えている。
プラズマ発生部３１は、プラズマＰを発生させる領域にマイクロ波（電磁エネルギー）を供給することでプラズマＰを発生させる。
プラズマ発生部３１には、透過窓３４、導入導波管３５が設けられている。透過窓３４は平板状を呈し、マイクロ波Ｍに対する透過率が高くエッチングされにくい材料からなる。例えば、透過窓３４をアルミナや石英などの誘電体からなるものとすることができる。透過窓３４は、処理容器３２の上端に気密となるようにして設けられている。
【００４８】
処理容器３２の外側であって、透過窓３４の上面には導入導波管３５が設けられている。なお、図示は省略したが終端整合器やスタブチューナを適宜設けるようにすることもできる。導入導波管３５は、マイクロ波発生部５から放射されたマイクロ波Ｍを透過窓３４に向けて導波する。
導入導波管３５と透過窓３４との接続部分には、スロット３６が設けられている。スロット３６は、導入導波管３５の内部を導波されてきたマイクロ波Ｍを透過窓３４に向けて放射するためのものである。
【００４９】
前述したように、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼすおそれのある部分の温度を検出できるように温度検出部７を配設することが好ましい。すなわち、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられ、ある程度の熱容量を有する部材の温度を検出できるように温度検出部７を配設することが好ましい。そのため、本実施の形態においては透過窓３４の温度を検出できるように温度検出部７を配設している。なお、整流板１７や処理容器３２の壁面などの温度を検出できるように温度検出部７を配設することもできる。以下においては、透過窓３４の温度を検出する場合について例示をする。
【００５０】
図２、図３に示すように、導入導波管３５の側方には、プラズマＰを発生させる領域と対向させるようにして温度検出部７が設けられている。
また、温度検出部７により検出された透過窓３４の温度を、必要に応じて補正することもできる。すなわち、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に与える影響を考慮して、最も適切な温度、例えば、プラズマＰを発生させる領域により近い透過窓３４の内壁面温度や透過窓３４の平均温度などに補正することができる。検出位置における温度とこれらの温度との間には一定の相関関係があるので、この相関関係を予め実験などにより求めることで補正値を求めることができる。
【００５１】
また、図１に例示をしたものと同様に、透過窓３４の外側に設けられ、マイクロ波Ｍの漏洩を抑制する遮蔽部２８と、遮蔽部２８の温度検出部７に面する部分に設けられた孔部２８ａと、孔部２８ａの開閉を行う開閉部２９とを設けることもできる。
【００５２】
導入導波管３５の一端には、マイクロ波発生部５が設けられている。このマイクロ波発生部５は、所定周波数（例えば２．７５ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管３５に向けて放射することができるようになっている。
処理容器３２の側壁上部には、流量制御部（Mass Flow Controller：ＭＦＣ）１３を介してガス供給部４が接続されている。そして、ガス供給部４から流量制御部１３を介して処理容器３２内のプラズマＰを発生させる領域にプロセスガスＧを供給することができるようになっている。また、制御部３３により流量制御部１３を制御することで、プロセスガスＧの供給量が調整できるようになっている。
【００５３】
処理容器３２は、有底の略円筒形状を呈し、その内部には、図示しない静電チャックを内蔵した載置部１５が設けられている。そして、載置部１５の上面（載置面）に被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）を載置、保持することができるようになっている。
処理容器３２の底面には、圧力制御部（Auto Pressure Controller：ＡＰＣ）１６を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧部３が接続されている。減圧部３は、処理容器３２の内部を所定の圧力まで減圧する。圧力制御部１６は、処理容器３２の内圧を検出する図示しない真空計の出力に基づいて、処理容器３２の内圧が所定の圧力となるように制御する。すなわち、処理容器３２は、内部にプラズマＰを発生させる領域を有し、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持できるようになっている。
【００５４】
ガス供給部４との接続部分よりは下方であって載置部１５の上方には、載置部１５の上面（載置面）と対向させるようにして整流板１７が設けられている。整流板１７は、プラズマＰを発生させる領域において生成されたプラズマ生成物を含んだガスの流れを整流し、被処理物Ｗの処理面上におけるプラズマ生成物の量が略均一となるようにするためのものである。
【００５５】
また、整流板１７は、多数の孔部１７ａが設けられた略円形の板状体であり、処理容器３２の内壁に固定されている。そして、整流板１７と載置部１５の上面（載置面）との間の領域が、被処理物に対する処理が行われる処理空間２０となる。また、処理容器３２の内壁面、整流板１７の表面は、中性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）で覆われている。
【００５６】
制御部３３は、減圧部３、ガス供給部４、マイクロ波発生部５、圧力制御部１６、流量制御部１３などの制御を行う。また、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）を判定する。そして、温度検出部７からの検出信号に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、透過窓３４の温度を制御する。この場合、透過窓３４の温度の制御は、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って行われるようにすることができる。
【００５７】
なお、制御部３３に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）を判定するようにすることもできる。
この場合、透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）の判定は、予め実験などで求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００５８】
次に、プラズマ処理装置３０の作用とともに本実施の形態に係るプラズマ処理方法について例示をする。
本実施の形態においても被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って「前処理」が行われる。なお、本実施の形態においては、「前処理」として透過窓３４の温度を制御する「暖機処理」を例に挙げて説明をする。
【００５９】
「暖機処理」は、処理容器３２内に被処理物Ｗが搬入されていない状態において行うようにすることができる。この場合、載置部１５の上面（載置面）がダメージを受けないようにいわゆるダミーウェーハを載置、保持させるようにすることもできる。
まず、透過窓３４の温度が温度検出部７により検出され、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）が制御部３３に送られる。なお、前述した開閉部２９が設けられている場合には、開閉部２９が開かれて孔部２８ａを介して透過窓３４の温度が検出される。
制御部３３は、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）を判定する。この場合、透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）の判定は、予め実験などで求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００６０】
透過窓３４の温度が低いと判定された場合には、プラズマＰを発生させて透過窓３４の温度を上昇させる。まず、処理容器３２内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器３２内の圧力が調整される。
そして、プラズマ発生部３１によりプラズマＰを発生させ、発生させたプラズマＰの熱で透過窓３４、整流板１７、処理容器３２の壁面などの温度を上昇させる。この場合、ガス供給部４から流量制御部１３を介して所定流量のガス（例えば、後述する被処理物Ｗに対するプラズマ処理に用いられるプロセスガスＧ、Ａｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガスなど）が処理容器３２内のプラズマＰを発生させる領域に供給されるようにすることもできる。なお、プラズマＰの発生に関する詳細は後述する。
【００６１】
制御部３３により、透過窓３４の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「暖機処理」を終了させる。なお、制御部３３に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）を判定するようにすることもできる。この場合には、作業者がプラズマＰの発生を停止させるための指令を制御部３３に入力することになる。
【００６２】
一方、透過窓３４の温度が高いと判定された場合には、ガス供給部４から処理容器３２内にガスを供給することで透過窓３４の冷却を行うようにすることができる。
【００６３】
以上は、「前処理」が透過窓３４の温度を制御する「暖機処理」の場合である。「前処理」として「クリーニング処理」を行う場合も同様の手順とすることができる。この場合、処理容器３２内のプラズマＰを発生させる領域に供給されるガスはクリーニングガス（例えば、酸素を含有したガス、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスなど）とされる。また、図示しない分光器などを設けて「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。すなわち、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。ただし、「前処理」の主目的が「クリーニング処理」であっても透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）を適正な範囲内に収める必要がある。そのため、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」が終了したと判定された場合であっても、透過窓３４の温度が所定の温度より低い場合には、透過窓３４の温度が適正な範囲内に収まるまではプラズマＰの発生を継続させるようにする。そして、制御部３３により、透過窓３４の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「クリーニング処理」を終了させる。なお、「クリーニング処理」の終了時において透過窓３４の温度が所定の温度より高い場合には、「クリーニング処理」を終了させて透過窓３４の温度が適正な範囲内に収まるのを待って「前処理」を終了させるようにする。この場合、ガス供給部４から処理容器３２内にガスを供給することで透過窓３４の冷却を行うようにすることもできる。
【００６４】
次に、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が行われる。
被処理物Ｗに対するプラズマ処理においては、まず、図示しない搬送装置により被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）が、処理容器３２内に搬入され、載置部１５上に載置、保持される。
次に、処理容器３２内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器３２内の圧力が調整される。
【００６５】
次に、プラズマ発生部３１により中性活性種を含むプラズマ生成物が生成される。すなわち、まず、ガス供給部４から所定量のプロセスガスＧ（例えば、ＣＦ４など）が、流量制御部１３を介して処理容器３２内のプラズマＰを発生させる領域に供給される。一方、マイクロ波発生部５から所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管３５内に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは、導入導波管３５内を導波され、スロット３６を介して透過窓３４に向けて放射される。
【００６６】
透過窓３４に向けて放射されたマイクロ波Ｍは、透過窓３４の表面を伝搬して、処理容器３２内に放射される。このようにして処理容器３２内に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、プラズマＰが発生する。そして、発生したプラズマＰ中の電子密度が、透過窓３４を介して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波Ｍは透過窓３４の下面から処理容器３２内の空間に向けて一定距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射されるようになる。そのため、このマイクロ波Ｍの反射面とスロット３６の下面との間にはマイクロ波Ｍの定在波が形成されることになる。その結果、マイクロ波Ｍの反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定的にプラズマＰが励起、発生するようになる。
【００６７】
このプラズマ励起面で励起、発生したプラズマＰ中において、プロセスガスＧが励起、活性化されて中性活性種、イオンなどのプラズマ生成物が生成される。生成されたプラズマ生成物を含むガスは、整流板１７で整流されて被処理物Ｗの表面に到達し、エッチング処理などのプラズマ処理が行われる。
【００６８】
本実施の形態においては、プラズマ生成物を含むガスが整流板１７を通過する際に、イオンや電子が除去される。そのため、主に中性活性種による等方性処理（例えば、等方性エッチングなど）が行われることになる。なお、バイアス電圧を付加してイオンが整流板１７を通過できるようにすることで、異方性処理（例えば、異方性エッチングなど）を行うようにすることもできる。
【００６９】
処理が終了した被処理物Ｗは、図示しない搬送装置により処理容器３２外に搬出される。この後、必要があれば、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が繰り返される。なお、前述した「前処理」は、プラズマ処理装置３０の稼働開始時、ロットの切り替え時などに行うようにすることができる。また、生産の過程において「前処理」を適宜行うようにすることもできる。この場合、定期的に「前処理」を行うようにすることもできるし、温度検出部７や図示しない分光器などからの信号に基づいて「前処理」の必要性を判定することもできる。
【００７０】
以上に例示をしたように、本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマＰを発生させ、プラズマＰに向けて供給されたプロセスガスＧを励起させてプラズマ生成物を生成し、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられた部材（例えば、透過窓３４など）の温度に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第１の処理工程（「前処理」工程）と、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行う第２の処理工程と、を有している。
【００７１】
本実施の形態によれば、温度検出部７を設けることで、被処理物に対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼす部分の温度を直接的に検出することができる。そのため、時間管理などによりプラズマ処理装置３０の温度状態を推測する場合などと比べてより正確にプラズマ処理装置３０の温度状態を知ることができる。そして、より適切な「前処理」を行うことができるようになるので、プラズマ処理装置３０の温度状態管理をより正確に行うことができる。
この場合、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性は、プラズマ処理装置３０の温度状態によって変動する。そのため、プラズマ処理装置３０の温度状態管理をより正確に行うことで、生産性、歩留まり、品質などの向上を図ることができる。
【００７２】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
図４に例示をするプラズマ処理装置４０は、一般に「平行平板型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置」と呼ばれる容量結合型プラズマ（CCP：Capacitively Coupled Plasma）処理装置である。すなわち、平行平板電極に高周波電力を印加することで発生させたプラズマを用いてプロセスガスＧからプラズマ生成物を生成し、被処理物の処理を行うプラズマ処理装置の一例である。
【００７３】
図４に示すように、プラズマ処理装置４０は、プラズマ発生部４３、減圧部３、ガス供給部４、電源部４４、処理容器４２、温度検出部４７、制御部４１などを備えている。
処理容器４２は、両端が閉塞された略円筒形状を呈し、減圧雰囲気が維持可能な気密構造となっている。
【００７４】
処理容器４２の内部にはプラズマＰを発生させるプラズマ発生部４３が設けられている。プラズマ発生部４３には、下部電極４８、上部電極４９が設けられている。
下部電極４８は、処理容器４２内のプラズマＰを発生させる領域の下方に設けられている。下部電極４８には、被処理物Ｗを保持するための図示しない保持部が設けられている。図示しない保持部は、例えば静電チャックなどとすることができる。そのため、下部電極４８は、上面（載置面）に被処理物Ｗを載置、保持する載置部ともなる。
【００７５】
上部電極４９は、下部電極４８に対向させるようにして設けられている。そして、下部電極４８にはブロッキングコンデンサ４６を介して電源４５が接続され、上部電極４９は接地されている。そのため、プラズマ発生部４３は、プラズマＰを発生させる領域に電磁エネルギーを供給することでプラズマＰを発生させることができる。
【００７６】
ここで、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼすおそれのある部分の温度を検出できるように温度検出部４７を配設することが好ましい。すなわち、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられ、ある程度の熱容量を有する部材の温度を検出できるように温度検出部４７を配設することが好ましい。以下においては、上部電極４９の温度を検出する場合について例示をする。
【００７７】
上部電極４９には、温度検出部４７が内蔵されている。温度検出部４７としては、特に限定がなく、例えば、熱電対、測温抵抗体、サーミスタなどを用いた接触式のものとしてもよいし、放射温度計のような非接触式のものとしてもよい。なお、本実施の形態においては、温度検出部４７を上部電極４９に内蔵させるため接触式のものを用いている。
【００７８】
ここで、温度検出部４７を処理容器４２の内部に露出するようにして設けるようにすれば、プラズマＰにより温度検出部４７が損傷したり、金属汚染などが引き起こされるおそれがある。そのため、本実施の形態においては上部電極４９に温度検出部４７を内蔵させるようにしている。なお、温度検出部４７を下部電極４８に内蔵させるようにすることもできるし、温度検出部４７を処理容器４２の壁面に内蔵させるようにすることもできる。 また、温度検出部４７を処理容器４２の外部に設け、処理容器４２の壁面温度などを検出するようにすることもできる。また、温度検出部４７を接触式のものとしてもよいし、前述した温度検出部７と同様に非接触式のものとしてもよい。
【００７９】
また、温度検出部４７により検出された上部電極４９の温度を、必要に応じて補正することもできる。すなわち、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に与える影響を考慮して、最も適切な温度、例えば、プラズマＰを発生させる領域により近い上部電極４９の表面温度や上部電極４９の平均温度などに補正することができる。検出位置における温度とこれらの温度との間には一定の相関関係があるので、この相関関係を予め実験などにより求めることで補正値を求めることができる。
【００８０】
電源部４４には、電源４５、ブロッキングコンデンサ４６が設けられている。
電源４５は、１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の高周波電力を下部電極４８に印加する。ブロッキングコンデンサ４６は、プラズマＰの中で発生し下部電極４８に到達した電子の移動を阻止するために設けられている。
【００８１】
処理容器４２の底面には、圧力制御部（Auto Pressure Controller：ＡＰＣ）１６を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧部３が接続されている。減圧部３は、処理容器４２の内部を所定の圧力まで減圧する。圧力制御部１６は、処理容器４２の内圧を検出する図示しない真空計の出力に基づいて、処理容器４２の内圧が所定の圧力となるように制御する。すなわち、処理容器４２は、内部にプラズマＰを発生させる領域を有し、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持できるようになっている。
【００８２】
処理容器４２の側壁上部には、流量制御部（Mass Flow Controller：ＭＦＣ）１３を介してガス供給部４が接続されている。そして、ガス供給部４から流量制御部１３を介して処理容器４２内のプラズマＰを発生させる領域にプロセスガスＧを供給することができるようになっている。また、制御部４１により流量制御部１３を制御することで、プロセスガスＧの供給量が調整できるようになっている。
【００８３】
制御部４１は、減圧部３、ガス供給部４、電源４５、圧力制御部１６、流量制御部１３などの制御を行う。
また、温度検出部４７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）を判定する。そして、温度検出部４７からの検出信号に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、上部電極４９の温度を制御する。この場合、上部電極４９の温度の制御は、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って行われるようにすることができる。
【００８４】
なお、制御部４１に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）を判定するようにすることもできる。
この場合、上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）の判定は、予め実験などで求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００８５】
次に、プラズマ処理装置４０の作用とともに本実施の形態に係るプラズマ処理方法について例示をする。
本実施の形態においても被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って「前処理」が行われる。なお、本実施の形態においては、「前処理」として上部電極４９の温度を制御する「暖機処理」を例に挙げて説明をする。
【００８６】
「暖機処理」は、処理容器４２内に被処理物Ｗが搬入されていない状態において行うようにすることができる。この場合、下部電極４８の上面（載置面）がダメージを受けないようにいわゆるダミーウェーハを載置、保持させるようにすることもできる。
まず、上部電極４９の温度が温度検出部４７により検出され、温度検出部４７からの検出信号（温度の検出値）が制御部４１に送られる。
制御部４１は、温度検出部４７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）を判定する。この場合、上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）の判定は、予め実験などで求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００８７】
上部電極４９の温度が低いと判定された場合には、プラズマＰを発生させて上部電極４９の温度を上昇させる。まず、処理容器４２内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器４２内の圧力が調整される。
そして、プラズマ発生部４３によりプラズマＰを発生させ、発生させたプラズマＰの熱で上部電極４９、下部電極４８、処理容器４２の壁面などの温度を上昇させる。この場合、ガス供給部４から流量制御部１３を介して所定流量のガス（例えば、後述する被処理物Ｗに対するプラズマ処理に用いられるプロセスガスＧ、Ａｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガスなど）が処理容器４２内のプラズマＰを発生させる領域に供給されるようにすることもできる。なお、プラズマＰの発生に関する詳細は後述する。
【００８８】
制御部４１により、上部電極４９の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「暖機処理」を終了させる。なお、制御部４１に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）を判定するようにすることもできる。この場合には、作業者がプラズマＰの発生を停止させるための指令を制御部４１に入力することになる。
【００８９】
一方、上部電極４９の温度が高いと判定された場合には、ガス供給部４から処理容器４２内にガスを供給することで上部電極４９の冷却を行うようにすることができる。
【００９０】
以上は、「前処理」が上部電極４９の温度を制御する「暖機処理」の場合である。「前処理」として「クリーニング処理」を行う場合も同様の手順とすることができる。この場合、処理容器４２内のプラズマＰを発生させる領域に供給されるガスはクリーニングガス（例えば、酸素を含有したガス、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスなど）とされる。また、図示しない分光器などを設けて「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。すなわち、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。ただし、「前処理」の主目的が「クリーニング処理」であっても上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）を適正な範囲内に収める必要がある。そのため、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」が終了したと判定された場合であっても、上部電極４９の温度が所定の温度より低い場合には、上部電極４９の温度が適正な範囲内に収まるまではプラズマＰの発生を継続させるようにする。そして、制御部４１により、上部電極４９の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「クリーニング処理」を終了させる。なお、「クリーニング処理」の終了時において上部電極４９の温度が所定の温度より高い場合には、「クリーニング処理」を終了させて上部電極４９の温度が適正な範囲内に収まるのを待って「前処理」を終了させるようにする。この場合、ガス供給部４から処理容器４２内にガスを供給することで上部電極４９の冷却を行うようにすることもできる。
【００９１】
次に、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が行われる。
被処理物Ｗに対するプラズマ処理においては、まず、図示しない搬送装置により被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）が、処理容器４２内に搬入され、下部電極４８上に載置、保持される。
次に、処理容器４２内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器４２内の圧力が調整される。
【００９２】
次に、プラズマ発生部４３により中性活性種を含むプラズマ生成物が生成される。すなわち、まず、ガス供給部４から所定量のプロセスガスＧ（例えば、ＣＦ４など）が、流量制御部１３を介して処理容器４２内のプラズマＰを発生させる領域に供給される。
一方、電源部４４より１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の高周波電力が下部電極４８に印加される。すると、下部電極４８と上部電極４９とが平行平板電極を構成するため、電極間に放電が起こりプラズマＰが発生する。発生したプラズマＰによりプロセスガスＧが励起、活性化されて中性活性種、イオン、電子などのプラズマ生成物が生成される。この生成されたプラズマ生成物が、処理容器４２内を下降して被処理物Ｗの表面に到達し、エッチング処理などのプラズマ処理が行われる。
【００９３】
この場合、生成されたイオンと電子のうち、質量の軽い電子は動きが速く、下部電極４８と上部電極４９にすぐに到達する。下部電極４８に到達した電子は、ブロッキングコンデンサ４６により移動を阻止され下部電極４８を帯電させる。下部電極４８の帯電圧は４００Ｖ〜１０００Ｖ程度に達するが、これを「陰極降下」という。一方、上部電極４９は接地されているため、到達した電子は移動が阻止されず、上部電極４９はほとんど帯電しない。
【００９４】
そして、陰極降下により発生する垂直な電界に沿ってイオンが下部電極４８（被処理物Ｗ）方向に移動し、被処理物Ｗの表面に入射することで物理的なプラズマ処理（異方性処理）が行われる。なお、中性活性種は、ガス流や重力により下降して被処理物Ｗの表面に到達し、化学的なプラズマ処理（等方性処理）が行われる。
【００９５】
処理が終了した被処理物Ｗは、図示しない搬送装置により処理容器４２外に搬出される。この後、必要があれば、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が繰り返される。なお、前述した「前処理」は、プラズマ処理装置４０の稼働開始時、ロットの切り替え時などに行うようにすることができる。また、生産の過程において「前処理」を適宜行うようにすることもできる。この場合、定期的に「前処理」を行うようにすることもできるし、温度検出部４７や図示しない分光器などからの信号に基づいて「前処理」の必要性を判定することもできる。
【００９６】
以上に例示をしたように、本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマＰを発生させ、プラズマＰに向けて供給されたプロセスガスＧを励起させてプラズマ生成物を生成し、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられた部材（例えば、上部電極４９など）の温度に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第１の処理工程（「前処理」工程）と、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行う第２の処理工程と、を有している。
【００９７】
本実施の形態によれば、温度検出部４７を設けることで、被処理物に対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼす部分の温度を直接的に検出することができる。そのため、時間管理などによりプラズマ処理装置４０の温度状態を推測する場合などと比べてより正確にプラズマ処理装置４０の温度状態を知ることができる。そして、より適切な「前処理」を行うことができるようになるので、プラズマ処理装置４０の温度状態管理をより正確に行うことができる。
この場合、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性は、プラズマ処理装置４０の温度状態によって変動する。そのため、プラズマ処理装置４０の温度状態管理をより正確に行うことで、生産性、歩留まり、品質などの向上を図ることができる。
【００９８】
以上、本実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、プラズマ処理装置１、プラズマ処理装置３０、プラズマ処理装置４０が備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００９９】
また、マイクロ波励起型、容量結合型のプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが、プラズマの発生方式はこれらに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、プラズマ処理は、エッチング処理やアッシング処理などに限定されるわけではなく、例えば、表面活性化処理、成膜処理（スパッタリングやプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）など）、無薬剤殺菌処理など各種のプラズマ処理とすることができる。
【０１００】
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１０１】
１ プラズマ処理装置、２ プラズマ発生部、３ 減圧部、４ ガス供給部、５ マイクロ波発生部、６ 処理容器、７ 温度検出部、８ 制御部、９ 放電管、１０ 導入導波管、１４ 輸送管、１５ 載置部、１６ 圧力制御部、３０ プラズマ処理装置、３１ プラズマ発生部、３２ 処理容器、３３ 制御部、３４ 透過窓、３５ 導入導波管、４０ プラズマ処理装置、４１ 制御部、４２ 処理容器、４３ プラズマ発生部、４４ 電源部、４５ 電源、４６ ブロッキングコンデンサ、４７ 温度検出部、４８ 下部電極、４９ 上部電極、Ｍ マイクロ波、Ｐ プラズマ、Ｗ 被処理物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用したドライプロセスは、半導体装置の製造、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体装置や液晶ディスプレイなどの製造に際しては、アッシング処理、エッチング処理、薄膜堆積（成膜）処理あるいは表面改質処理などの各種のプラズマ処理が行われている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。
【０００３】
このようなプラズマ処理においては、発生させたプラズマによりプロセスガスを励起、活性化させて中性活性種やイオンなどのプラズマ生成物を生成する。そして、この生成した中性活性種やイオンなどにより被処理物に対するプラズマ処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）を行う。
【０００４】
ところで、近年においては、プラズマ処理の安定性に対する要求が厳しくなってきている。例えば、プラズマ処理における処理精度（例えば、エッチング処理における寸法精度など）の安定性に対する要求が厳しくなってきている。この場合、プラズマ処理の安定性は、プラズマ処理装置の状態によって変動する。例えば、プラズマ処理装置の処理容器などの要素の温度、処理容器の内部に堆積した堆積物の量などによって変動する。
【０００５】
そのため、被処理物に対するプラズマ処理を繰り返す場合などにおいては、処理容器などの要素の温度を制御する「暖機処理」、処理容器の内部に堆積した堆積物を除去する「クリーニング処理」などの「前処理」を適宜行うようにしている。
【０００６】
ここで、被処理物に対するプラズマ処理に先立って、予め設定された時間の間プラズマを発生させて処理容器の内壁面を加熱し、内壁面温度を制御する技術が提案されている（特許文献１を参照）。
この特許文献１に開示がされた技術によれば、被処理物に対するプラズマ処理に先立って処理容器の内壁面温度を制御することができるので、プラズマ処理装置の温度状態を安定させることができる。その結果、プラズマ処理の安定性を向上させることができる。
しかしながら、特許文献１に開示がされた技術においては、予め設定された時間に基づいて処理容器の内壁面温度を間接的に制御するようにしている。そのため、プラズマ処理装置またはプラズマ処理における温度状態の管理をより正確に行うという点に改善の余地を残していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２１０９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、温度状態の管理をより正確に行うことができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、マイクロ波発生部から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、前記プラズマを発生させる領域にプロセスガスを供給するガス供給部と、前記放電管と、前記処理容器と、を連通させる輸送管と、前記放電管の温度を検出する第１の温度検出部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１０】
また、本発明の他の一態様によれば、内部にプラズマを発生させる領域を有し、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、前記プラズマを発生させる領域に電磁エネルギーを供給することでプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマを発生させる領域にプロセスガスを供給するガス供給部と、前記プラズマを発生させる領域に面する位置に設けられた部材の温度を検出する第２の温度検出部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の他の一態様によれば、大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマを発生させ、前記プラズマに向けて供給されたプロセスガスを励起させてプラズマ生成物を生成し、前記プラズマ生成物を用いて被処理物に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、プラズマを発生させる領域に面する位置に設けられた部材の温度に基づいてプラズマの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第１の処理工程と、前記プラズマ生成物を用いて被処理物に対するプラズマ処理を行う第２の処理工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度状態の管理をより正確に行うことができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
図１に例示をするプラズマ処理装置１は、一般に「ＣＤＥ（Chemical Dry Etching；ケミカルドライエッチング）装置」と呼ばれるマイクロ波励起型のプラズマ処理装置である。すなわち、マイクロ波により励起、発生させたプラズマを用いてプロセスガスからプラズマ生成物を生成し、被処理物の処理を行うプラズマ処理装置の一例である。
【００１５】
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、プラズマ発生部２、減圧部３、ガス供給部４、マイクロ波発生部５、処理容器６、温度検出部７、制御部８などを備えている。
プラズマ発生部２には、放電管９、導入導波管１０が設けられている。
放電管９は、内部にプラズマを発生させる領域を有し、処理容器６から離隔された位置に設けられている。また、放電管９は管状を呈し、マイクロ波Ｍに対する透過率が高くエッチングされにくい材料からなる。例えば、放電管９をアルミナや石英などの誘電体からなるものとすることができる。
【００１６】
放電管９の外周面を覆うようにして管状の遮蔽部１８が設けられている。遮蔽部１８の内周面と放電管９の外周面との間には所定の隙間が設けられ、遮蔽部１８と放電管９とが略同軸となるようにして配設されている。なお、この隙間は、マイクロ波Ｍが漏洩しない程度の寸法とされている。そのため、遮蔽部１８によりマイクロ波Ｍが漏洩することを抑制することができる。
【００１７】
また、遮蔽部１８には、放電管９と略直交するように導入導波管１０が接続されている。導入導波管１０の終端には終端整合器１１ａが設けられている。また、導入導波管１０の入口側（マイクロ波Ｍの導入側）にはスタブチューナ１１ｂが設けられている。導入導波管１０は、後述するマイクロ波発生部５から放射されたマイクロ波Ｍを伝播させて、プラズマＰを発生させる領域にマイクロ波Ｍを導入する。
【００１８】
導入導波管１０と遮蔽部１８との接続部分には、環状のスロット１２が設けられている。スロット１２は、導入導波管１０の内部を導波されてきたマイクロ波Ｍを放電管９に向けて放射するためのものである。後述するように、放電管９の内部にはプラズマＰが発生するが、スロット１２に対向する部分がプラズマＰを発生させる領域の略中心となる。
【００１９】
放電管９の外部には、プラズマＰを発生させる領域と対向させて温度検出部７が設けられている。温度検出部７としては、特に限定がなく、例えば、熱電対、測温抵抗体、サーミスタなどを用いた接触式のものとしてもよいし、放射温度計のような非接触式のものとしてもよい。なお、図１においては、一例として、非接触式のものを例示することにした。
【００２０】
この場合、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼすおそれのある部分の温度を検出できるように温度検出部７を配設することが好ましい。すなわち、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられ、ある程度の熱容量を有する部材の温度を検出できるように温度検出部７を配設することが好ましい。そのため、本実施の形態においては放電管９の温度を検出できるように温度検出部７を配設している。
【００２１】
ここで、温度検出部７を放電管９の内部に設けるようにすれば、プラズマＰにより温度検出部７が損傷したり、金属汚染などが引き起こされるおそれがある。そのため、本実施の形態においては放電管９の外部に温度検出部７を設けて放電管９の温度を検出するようにしている。
【００２２】
また、温度検出部７により検出された放電管９の温度を、必要に応じて補正することもできる。すなわち、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に与える影響を考慮して、最も適切な温度、例えば、プラズマＰを発生させる領域により近い放電管９の内壁面温度や放電管９の平均温度などに補正することもできる。検出位置における温度とこれらの温度との間には一定の相関関係があるので、この相関関係を予め実験などにより求めることで補正値を求めることができる。
【００２３】
また、温度検出部７は、プラズマＰを発生させる領域と対向させて設けられている。そのため、遮蔽部１８が設けられる領域に温度検出部７が設けられることになる。この場合、遮蔽部１８の内周面と放電管９の外周面との間に設けられた隙間に温度検出部７、または温度検出部７のプローブ部分を設けるようにすることができる。ただし、前述したようにこの隙間はマイクロ波Ｍが漏洩しない程度の寸法とされているため、小型の温度検出部７、または小型のプローブ部分でなければ設置することが難しい。
【００２４】
そのため、本実施の形態においては、遮蔽部１８の外側に温度検出部７を設けるようにしている。そして、遮蔽部１８の外側に温度検出部７を設けるようにしているため、遮蔽部１８の温度検出部７に面する部分には検出用の孔部１８ａが設けられている。この場合、孔部１８ａの開閉を行うための開閉部１９を設けることもできる。この開閉部１９には図示しない駆動部が接続されている。そして、図示しない駆動部により開閉部１９を遮蔽部１８の軸方向に移動させることができるようになっている。そのため、開閉部１９を移動させることで孔部１８ａの開閉を行うことができる。
【００２５】
開閉部１９を設けるようにすれば、温度検出を行わない時には孔部１８ａを塞ぐことができる。そのため、孔部１８ａからマイクロ波が漏洩することを抑制することができる。なお、遮蔽部１８の内壁面側に開閉部１９を設ける場合を例示したが、外壁面側に開閉部１９を設けるようにすることもできる。また、遮蔽部１８の軸方向に開閉部１９を移動させる場合を例示したが、遮蔽部１８の円周方向に沿うように開閉部１９を移動させることもできる。
なお、温度検出部７が接触式のものの場合には、遮蔽部１８にプローブ部分を保持させることもできる。その様にすれば、保持されたプローブ部分により孔が塞がれるので開閉部１９を不要とすることができる。
【００２６】
導入導波管１０の一端には、マイクロ波発生部５が設けられている。このマイクロ波発生部５は、所定周波数（例えば２．７５ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管１０に向けて放射することができるようになっている。
【００２７】
放電管９の一端には流量制御部（Mass Flow Controller：ＭＦＣ）１３を介してガス供給部４が接続されている。そして、流量制御部１３を介して、ガス供給部４から放電管９内のプラズマを発生させる領域にプロセスガスＧを供給することができるようになっている。また、制御部８により流量制御部１３を制御することで、プロセスガスＧの供給量が調整できるようになっている。
【００２８】
放電管９の他端には輸送管１４の一端が接続され、輸送管１４の他端は処理容器６に接続されている。すなわち、輸送管１４は、放電管９と処理容器６とを連通させている。輸送管１４は、中性活性種による腐蝕に耐え得る材料、例えば、石英、ステンレス鋼、セラミックス、フッ素樹脂などからなる。
【００２９】
処理容器６は、有底の略円筒形状を呈し、その上端が天板６ａで塞がれている。処理容器６の内部には、図示しない静電チャックを内蔵した載置部１５が設けられ、その上面（載置面）に被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）を載置、保持することができるようになっている。
【００３０】
処理容器６の底面には、圧力制御部（Auto Pressure Controller：ＡＰＣ）１６を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧部３が接続されている。減圧部３は、処理容器６の内部を所定の圧力まで減圧する。圧力制御部１６は、処理容器６の内圧を検出する図示しない真空計の出力に基づいて、処理容器６の内圧が所定の圧力となるように制御する。すなわち、処理容器６は、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持できるようになっている。
【００３１】
輸送管１４との接続部分よりは下方であって載置部１５の上方には、載置部１５の上面（載置面）と対向させるようにして整流板１７が設けられている。整流板１７は、輸送管１４から導入される中性活性種を含んだガスの流れを整流し、被処理物Ｗの処理面上における中性活性種の量が略均一となるようにするためのものである。整流板１７は、多数の孔部１７ａが設けられた略円形の板状体であり、処理容器６の内壁に固定されている。そして、整流板１７と載置部１５の上面（載置面）との間の領域が、被処理物に対する処理が行われる処理空間２０となる。また、処理容器６の内壁面、整流板１７の表面は、中性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）で覆われている。
【００３２】
制御部８は、減圧部３、ガス供給部４、マイクロ波発生部５、圧力制御部１６、流量制御部１３などの制御を行う。また、制御部８は、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）を判定する。そして、温度検出部７からの検出信号に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、放電管９の温度を制御する。この場合、放電管９の温度の制御は、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って行われるようにすることができる。
なお、制御部８に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）を判定するようにすることもできる。
放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）の判定は、予め実験などにより求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００３３】
次に、プラズマ処理装置１の作用とともに本実施の形態に係るプラズマ処理方法について例示をする。
まず、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って「前処理」が行われる。なお、本実施の形態においては、「前処理」として放電管９の温度を制御する「暖機処理」を例に挙げて説明をする。
【００３４】
「暖機処理」は、処理容器６内に被処理物Ｗが搬入されていない状態において行うようにすることができる。この場合、載置部１５の上面（載置面）がダメージを受けないようにいわゆるダミーウェーハを載置、保持させるようにすることもできる。
【００３５】
まず、放電管９の温度が温度検出部７により検出され、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）が制御部８に送られる。なお、前述した開閉部１９が設けられている場合には、開閉部１９が開かれ、孔部１８ａを介して放電管９の温度が検出される。
制御部８は、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）を判定する。この場合、放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）の判定は、予め実験などで求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００３６】
放電管９の温度が低いと判定された場合には、プラズマＰを発生させて放電管９の温度を上昇させる。まず、処理容器６内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器６内の圧力が調整される。また、処理容器６と連通する放電管９の内部も減圧される。
そして、プラズマ発生部２により放電管９内にプラズマＰを発生させ、発生させたプラズマＰの熱で放電管９の温度を上昇させる。この場合、ガス供給部４から流量制御部１３を介して所定流量のガス（例えば、後述する被処理物Ｗに対するプラズマ処理に用いられるプロセスガスＧ、Ａｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガスなど）が放電管９内に供給されるようにすることもできる。なお、プラズマＰの発生に関する詳細は後述する。
【００３７】
制御部８により、放電管９の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「暖機処理」を終了させる。なお、制御部８に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）を判定するようにすることもできる。この場合には、作業者がプラズマＰの発生を停止させるための指令を制御部８に入力することになる。
一方、放電管９の温度が高いと判定された場合には、ガス供給部４から放電管９内にガスを供給することで放電管９の冷却を行うようにすることができる。あるいは、放電管９の外周壁に巻きつけられた図示しない冷却管の内部に冷却媒体を流すことで放電管９を冷却するようにしてもよい。
【００３８】
以上は、「前処理」が放電管９の温度を制御する「暖機処理」の場合である。「前処理」として「クリーニング処理」を行う場合も同様の手順とすることができる。この場合、放電管９内に供給されるガスはクリーニングガス（例えば、酸素を含有したガス、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスなど）とされる。また、図示しない分光器などを設けて「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。すなわち、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。ただし、「前処理」の主目的が「クリーニング処理」であっても放電管９の温度状態（プラズマ処理装置１の温度状態）を適正な範囲内に収める必要がある。そのため、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」が終了したと判定された場合であっても、放電管９の温度が所定の温度より低い場合には、放電管９の温度が適正な範囲内に収まるまではプラズマＰの発生を継続させるようにする。そして、制御部８により、放電管９の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「クリーニング処理」を終了させる。なお、「クリーニング処理」の終了時において放電管９の温度が所定の温度より高い場合には、「クリーニング処理」を終了させて放電管９の温度が適正な範囲内に収まるのを待って「前処理」を終了させるようにする。この場合、ガス供給部４から放電管９内にガスを供給することで放電管９の冷却を行うようにすることもできる。あるいは、放電管９の外周壁に巻きつけられた図示しない冷却管の内部に冷却媒体を流すことで放電管９を冷却するようにしてもよい。
【００３９】
次に、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が行われる。
被処理物Ｗに対するプラズマ処理においては、まず、図示しない搬送装置により被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）が、処理容器６内に搬入され、載置部１５上に載置、保持される。
次に、処理容器６内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器６内の圧力が調整される。また、処理容器６と連通する放電管９の内部も減圧される。
【００４０】
次に、プラズマ発生部２により中性活性種を含むプラズマ生成物が生成される。すなわち、まず、ガス供給部４から流量制御部１３を介して所定流量のプロセスガスＧ（例えば、ＣＦ４など）が放電管９内に供給される。一方、マイクロ波発生部５から所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管１０内に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは導入導波管１０内を導波され、スロット１２を介して放電管９に向けて放射される。
【００４１】
放電管９に向けて放射されたマイクロ波Ｍは、放電管９の表面を伝搬して、放電管９内に放射される。このようにして放電管９内に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、プラズマＰが発生する。そして、発生したプラズマＰ中の電子密度が、放電管９を介して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波Ｍは放電管９の内壁面から放電管９内の空間に向けて一定距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射されるようになる。そのため、このマイクロ波Ｍの反射面とスロット１２の下面との間にはマイクロ波Ｍの定在波が形成されることになる。その結果、マイクロ波Ｍの反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定的にプラズマＰが励起、発生するようになる。このプラズマ励起面で励起、発生したプラズマＰ中において、プロセスガスＧが励起、活性化されて中性活性種、イオンなどのプラズマ生成物が生成される。
【００４２】
生成されたプラズマ生成物を含むガスは、輸送管１４を介して処理容器６内に搬送される。この際、寿命の短いイオンなどは処理容器６にまで到達できず、寿命の長い中性活性種のみが処理容器６に到達することになる。処理容器６内に導入された中性活性種を含むガスは、整流板１７で整流されて被処理物Ｗの表面に到達し、エッチング処理などのプラズマ処理が行われる。本実施の形態においては、主に中性活性種による等方性処理（例えば、等方性エッチングなど）が行われることになる。
【００４３】
処理が終了した被処理物Ｗは、図示しない搬送装置により処理容器６外に搬出される。この後、必要があれば、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が繰り返される。なお、前述した「前処理」は、プラズマ処理装置１の稼働開始時、ロットの切り替え時などに行うようにすることができる。また、生産の過程において「前処理」を適宜行うようにすることもできる。この場合、定期的に「前処理」を行うようにすることもできるし、温度検出部７や図示しない分光器などからの信号に基づいて「前処理」の必要性を判定することもできる。
【００４４】
以上に例示をしたように、本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマＰを発生させ、プラズマＰに向けて供給されたプロセスガスＧを励起させてプラズマ生成物を生成し、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられた部材（放電管９）の温度に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第１の処理工程（「前処理」工程）と、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行う第２の処理工程と、を有している。
【００４５】
本実施の形態によれば、温度検出部７を設けることで、被処理物に対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼす部分の温度を直接的に検出することができる。そのため、時間管理などによりプラズマ処理装置１の温度状態を推測する場合などと比べてより正確にプラズマ処理装置１の温度状態を知ることができる。そして、より適切な「前処理」を行うことができるようになるので、プラズマ処理装置１の温度状態管理をより正確に行うことができる。
この場合、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性は、プラズマ処理装置１の温度状態によって変動する。そのため、プラズマ処理装置１の温度状態管理をより正確に行うことで、生産性、歩留まり、品質などの向上を図ることができる。
【００４６】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
また、図３は、図２におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
図２に例示をするプラズマ処理装置３０は、一般に「ＳＷＰ（Surface Wave Plasma：表面波プラズマ）装置」と呼ばれるマイクロ波励起型のプラズマ処理装置である。すなわち、マイクロ波により励起、発生させたプラズマを用いてプロセスガスからプラズマ生成物を生成し、被処理物の処理を行うプラズマ処理装置の一例である。
【００４７】
図２に示すように、プラズマ処理装置３０は、プラズマ発生部３１、減圧部３、ガス供給部４、マイクロ波発生部５、処理容器３２、温度検出部７、制御部３３などを備えている。
プラズマ発生部３１は、プラズマＰを発生させる領域にマイクロ波（電磁エネルギー）を供給することでプラズマＰを発生させる。
プラズマ発生部３１には、透過窓３４、導入導波管３５が設けられている。透過窓３４は平板状を呈し、マイクロ波Ｍに対する透過率が高くエッチングされにくい材料からなる。例えば、透過窓３４をアルミナや石英などの誘電体からなるものとすることができる。透過窓３４は、処理容器３２の上端に気密となるようにして設けられている。
【００４８】
処理容器３２の外側であって、透過窓３４の上面には導入導波管３５が設けられている。なお、図示は省略したが終端整合器やスタブチューナを適宜設けるようにすることもできる。導入導波管３５は、マイクロ波発生部５から放射されたマイクロ波Ｍを透過窓３４に向けて導波する。
導入導波管３５と透過窓３４との接続部分には、スロット３６が設けられている。スロット３６は、導入導波管３５の内部を導波されてきたマイクロ波Ｍを透過窓３４に向けて放射するためのものである。
【００４９】
前述したように、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼすおそれのある部分の温度を検出できるように温度検出部７を配設することが好ましい。すなわち、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられ、ある程度の熱容量を有する部材の温度を検出できるように温度検出部７を配設することが好ましい。そのため、本実施の形態においては透過窓３４の温度を検出できるように温度検出部７を配設している。なお、整流板１７や処理容器３２の壁面などの温度を検出できるように温度検出部７を配設することもできる。以下においては、透過窓３４の温度を検出する場合について例示をする。
【００５０】
図２、図３に示すように、導入導波管３５の側方には、プラズマＰを発生させる領域と対向させるようにして温度検出部７が設けられている。
また、温度検出部７により検出された透過窓３４の温度を、必要に応じて補正することもできる。すなわち、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に与える影響を考慮して、最も適切な温度、例えば、プラズマＰを発生させる領域により近い透過窓３４の内壁面温度や透過窓３４の平均温度などに補正することができる。検出位置における温度とこれらの温度との間には一定の相関関係があるので、この相関関係を予め実験などにより求めることで補正値を求めることができる。
【００５１】
また、図１に例示をしたものと同様に、透過窓３４の外側に設けられ、マイクロ波Ｍの漏洩を抑制する遮蔽部２８と、遮蔽部２８の温度検出部７に面する部分に設けられた孔部２８ａと、孔部２８ａの開閉を行う開閉部２９とを設けることもできる。
【００５２】
導入導波管３５の一端には、マイクロ波発生部５が設けられている。このマイクロ波発生部５は、所定周波数（例えば２．７５ＧＨｚ）のマイクロ波Ｍを発生させ、導入導波管３５に向けて放射することができるようになっている。
処理容器３２の側壁上部には、流量制御部（Mass Flow Controller：ＭＦＣ）１３を介してガス供給部４が接続されている。そして、ガス供給部４から流量制御部１３を介して処理容器３２内のプラズマＰを発生させる領域にプロセスガスＧを供給することができるようになっている。また、制御部３３により流量制御部１３を制御することで、プロセスガスＧの供給量が調整できるようになっている。
【００５３】
処理容器３２は、有底の略円筒形状を呈し、その内部には、図示しない静電チャックを内蔵した載置部１５が設けられている。そして、載置部１５の上面（載置面）に被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）を載置、保持することができるようになっている。
処理容器３２の底面には、圧力制御部（Auto Pressure Controller：ＡＰＣ）１６を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧部３が接続されている。減圧部３は、処理容器３２の内部を所定の圧力まで減圧する。圧力制御部１６は、処理容器３２の内圧を検出する図示しない真空計の出力に基づいて、処理容器３２の内圧が所定の圧力となるように制御する。すなわち、処理容器３２は、内部にプラズマＰを発生させる領域を有し、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持できるようになっている。
【００５４】
ガス供給部４との接続部分よりは下方であって載置部１５の上方には、載置部１５の上面（載置面）と対向させるようにして整流板１７が設けられている。整流板１７は、プラズマＰを発生させる領域において生成されたプラズマ生成物を含んだガスの流れを整流し、被処理物Ｗの処理面上におけるプラズマ生成物の量が略均一となるようにするためのものである。
【００５５】
また、整流板１７は、多数の孔部１７ａが設けられた略円形の板状体であり、処理容器３２の内壁に固定されている。そして、整流板１７と載置部１５の上面（載置面）との間の領域が、被処理物に対する処理が行われる処理空間２０となる。また、処理容器３２の内壁面、整流板１７の表面は、中性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）で覆われている。
【００５６】
制御部３３は、減圧部３、ガス供給部４、マイクロ波発生部５、圧力制御部１６、流量制御部１３などの制御を行う。また、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）を判定する。そして、温度検出部７からの検出信号に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、透過窓３４の温度を制御する。この場合、透過窓３４の温度の制御は、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って行われるようにすることができる。
【００５７】
なお、制御部３３に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）を判定するようにすることもできる。
この場合、透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）の判定は、予め実験などで求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００５８】
次に、プラズマ処理装置３０の作用とともに本実施の形態に係るプラズマ処理方法について例示をする。
本実施の形態においても被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って「前処理」が行われる。なお、本実施の形態においては、「前処理」として透過窓３４の温度を制御する「暖機処理」を例に挙げて説明をする。
【００５９】
「暖機処理」は、処理容器３２内に被処理物Ｗが搬入されていない状態において行うようにすることができる。この場合、載置部１５の上面（載置面）がダメージを受けないようにいわゆるダミーウェーハを載置、保持させるようにすることもできる。
まず、透過窓３４の温度が温度検出部７により検出され、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）が制御部３３に送られる。なお、前述した開閉部２９が設けられている場合には、開閉部２９が開かれて孔部２８ａを介して透過窓３４の温度が検出される。
制御部３３は、温度検出部７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）を判定する。この場合、透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）の判定は、予め実験などで求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００６０】
透過窓３４の温度が低いと判定された場合には、プラズマＰを発生させて透過窓３４の温度を上昇させる。まず、処理容器３２内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器３２内の圧力が調整される。
そして、プラズマ発生部３１によりプラズマＰを発生させ、発生させたプラズマＰの熱で透過窓３４、整流板１７、処理容器３２の壁面などの温度を上昇させる。この場合、ガス供給部４から流量制御部１３を介して所定流量のガス（例えば、後述する被処理物Ｗに対するプラズマ処理に用いられるプロセスガスＧ、Ａｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガスなど）が処理容器３２内のプラズマＰを発生させる領域に供給されるようにすることもできる。なお、プラズマＰの発生に関する詳細は後述する。
【００６１】
制御部３３により、透過窓３４の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「暖機処理」を終了させる。なお、制御部３３に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）を判定するようにすることもできる。この場合には、作業者がプラズマＰの発生を停止させるための指令を制御部３３に入力することになる。
【００６２】
一方、透過窓３４の温度が高いと判定された場合には、ガス供給部４から処理容器３２内にガスを供給することで透過窓３４の冷却を行うようにすることができる。
【００６３】
以上は、「前処理」が透過窓３４の温度を制御する「暖機処理」の場合である。「前処理」として「クリーニング処理」を行う場合も同様の手順とすることができる。この場合、処理容器３２内のプラズマＰを発生させる領域に供給されるガスはクリーニングガス（例えば、酸素を含有したガス、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスなど）とされる。また、図示しない分光器などを設けて「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。すなわち、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。ただし、「前処理」の主目的が「クリーニング処理」であっても透過窓３４の温度状態（プラズマ処理装置３０の温度状態）を適正な範囲内に収める必要がある。そのため、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」が終了したと判定された場合であっても、透過窓３４の温度が所定の温度より低い場合には、透過窓３４の温度が適正な範囲内に収まるまではプラズマＰの発生を継続させるようにする。そして、制御部３３により、透過窓３４の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「クリーニング処理」を終了させる。なお、「クリーニング処理」の終了時において透過窓３４の温度が所定の温度より高い場合には、「クリーニング処理」を終了させて透過窓３４の温度が適正な範囲内に収まるのを待って「前処理」を終了させるようにする。この場合、ガス供給部４から処理容器３２内にガスを供給することで透過窓３４の冷却を行うようにすることもできる。
【００６４】
次に、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が行われる。
被処理物Ｗに対するプラズマ処理においては、まず、図示しない搬送装置により被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）が、処理容器３２内に搬入され、載置部１５上に載置、保持される。
次に、処理容器３２内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器３２内の圧力が調整される。
【００６５】
次に、プラズマ発生部３１により中性活性種を含むプラズマ生成物が生成される。すなわち、まず、ガス供給部４から所定量のプロセスガスＧ（例えば、ＣＦ４など）が、流量制御部１３を介して処理容器３２内のプラズマＰを発生させる領域に供給される。一方、マイクロ波発生部５から所定のパワーのマイクロ波Ｍが導入導波管３５内に放射される。放射されたマイクロ波Ｍは、導入導波管３５内を導波され、スロット３６を介して透過窓３４に向けて放射される。
【００６６】
透過窓３４に向けて放射されたマイクロ波Ｍは、透過窓３４の表面を伝搬して、処理容器３２内に放射される。このようにして処理容器３２内に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、プラズマＰが発生する。そして、発生したプラズマＰ中の電子密度が、透過窓３４を介して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波Ｍは透過窓３４の下面から処理容器３２内の空間に向けて一定距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射されるようになる。そのため、このマイクロ波Ｍの反射面とスロット３６の下面との間にはマイクロ波Ｍの定在波が形成されることになる。その結果、マイクロ波Ｍの反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定的にプラズマＰが励起、発生するようになる。
【００６７】
このプラズマ励起面で励起、発生したプラズマＰ中において、プロセスガスＧが励起、活性化されて中性活性種、イオンなどのプラズマ生成物が生成される。生成されたプラズマ生成物を含むガスは、整流板１７で整流されて被処理物Ｗの表面に到達し、エッチング処理などのプラズマ処理が行われる。
【００６８】
本実施の形態においては、プラズマ生成物を含むガスが整流板１７を通過する際に、イオンや電子が除去される。そのため、主に中性活性種による等方性処理（例えば、等方性エッチングなど）が行われることになる。なお、バイアス電圧を付加してイオンが整流板１７を通過できるようにすることで、異方性処理（例えば、異方性エッチングなど）を行うようにすることもできる。
【００６９】
処理が終了した被処理物Ｗは、図示しない搬送装置により処理容器３２外に搬出される。この後、必要があれば、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が繰り返される。なお、前述した「前処理」は、プラズマ処理装置３０の稼働開始時、ロットの切り替え時などに行うようにすることができる。また、生産の過程において「前処理」を適宜行うようにすることもできる。この場合、定期的に「前処理」を行うようにすることもできるし、温度検出部７や図示しない分光器などからの信号に基づいて「前処理」の必要性を判定することもできる。
【００７０】
以上に例示をしたように、本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマＰを発生させ、プラズマＰに向けて供給されたプロセスガスＧを励起させてプラズマ生成物を生成し、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられた部材（例えば、透過窓３４など）の温度に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第１の処理工程（「前処理」工程）と、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行う第２の処理工程と、を有している。
【００７１】
本実施の形態によれば、温度検出部７を設けることで、被処理物に対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼす部分の温度を直接的に検出することができる。そのため、時間管理などによりプラズマ処理装置３０の温度状態を推測する場合などと比べてより正確にプラズマ処理装置３０の温度状態を知ることができる。そして、より適切な「前処理」を行うことができるようになるので、プラズマ処理装置３０の温度状態管理をより正確に行うことができる。
この場合、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性は、プラズマ処理装置３０の温度状態によって変動する。そのため、プラズマ処理装置３０の温度状態管理をより正確に行うことで、生産性、歩留まり、品質などの向上を図ることができる。
【００７２】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
図４に例示をするプラズマ処理装置４０は、一般に「平行平板型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置」と呼ばれる容量結合型プラズマ（CCP：Capacitively Coupled Plasma）処理装置である。すなわち、平行平板電極に高周波電力を印加することで発生させたプラズマを用いてプロセスガスＧからプラズマ生成物を生成し、被処理物の処理を行うプラズマ処理装置の一例である。
【００７３】
図４に示すように、プラズマ処理装置４０は、プラズマ発生部４３、減圧部３、ガス供給部４、電源部４４、処理容器４２、温度検出部４７、制御部４１などを備えている。
処理容器４２は、両端が閉塞された略円筒形状を呈し、減圧雰囲気が維持可能な気密構造となっている。
【００７４】
処理容器４２の内部にはプラズマＰを発生させるプラズマ発生部４３が設けられている。プラズマ発生部４３には、下部電極４８、上部電極４９が設けられている。
下部電極４８は、処理容器４２内のプラズマＰを発生させる領域の下方に設けられている。下部電極４８には、被処理物Ｗを保持するための図示しない保持部が設けられている。図示しない保持部は、例えば静電チャックなどとすることができる。そのため、下部電極４８は、上面（載置面）に被処理物Ｗを載置、保持する載置部ともなる。
【００７５】
上部電極４９は、下部電極４８に対向させるようにして設けられている。そして、下部電極４８にはブロッキングコンデンサ４６を介して電源４５が接続され、上部電極４９は接地されている。そのため、プラズマ発生部４３は、プラズマＰを発生させる領域に電磁エネルギーを供給することでプラズマＰを発生させることができる。
【００７６】
ここで、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼすおそれのある部分の温度を検出できるように温度検出部４７を配設することが好ましい。すなわち、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられ、ある程度の熱容量を有する部材の温度を検出できるように温度検出部４７を配設することが好ましい。以下においては、上部電極４９の温度を検出する場合について例示をする。
【００７７】
上部電極４９には、温度検出部４７が内蔵されている。温度検出部４７としては、特に限定がなく、例えば、熱電対、測温抵抗体、サーミスタなどを用いた接触式のものとしてもよいし、放射温度計のような非接触式のものとしてもよい。なお、本実施の形態においては、温度検出部４７を上部電極４９に内蔵させるため接触式のものを用いている。
【００７８】
ここで、温度検出部４７を処理容器４２の内部に露出するようにして設けるようにすれば、プラズマＰにより温度検出部４７が損傷したり、金属汚染などが引き起こされるおそれがある。そのため、本実施の形態においては上部電極４９に温度検出部４７を内蔵させるようにしている。なお、温度検出部４７を下部電極４８に内蔵させるようにすることもできるし、温度検出部４７を処理容器４２の壁面に内蔵させるようにすることもできる。 また、温度検出部４７を処理容器４２の外部に設け、処理容器４２の壁面温度などを検出するようにすることもできる。また、温度検出部４７を接触式のものとしてもよいし、前述した温度検出部７と同様に非接触式のものとしてもよい。
【００７９】
また、温度検出部４７により検出された上部電極４９の温度を、必要に応じて補正することもできる。すなわち、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に与える影響を考慮して、最も適切な温度、例えば、プラズマＰを発生させる領域により近い上部電極４９の表面温度や上部電極４９の平均温度などに補正することができる。検出位置における温度とこれらの温度との間には一定の相関関係があるので、この相関関係を予め実験などにより求めることで補正値を求めることができる。
【００８０】
電源部４４には、電源４５、ブロッキングコンデンサ４６が設けられている。
電源４５は、１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の高周波電力を下部電極４８に印加する。ブロッキングコンデンサ４６は、プラズマＰの中で発生し下部電極４８に到達した電子の移動を阻止するために設けられている。
【００８１】
処理容器４２の底面には、圧力制御部（Auto Pressure Controller：ＡＰＣ）１６を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの減圧部３が接続されている。減圧部３は、処理容器４２の内部を所定の圧力まで減圧する。圧力制御部１６は、処理容器４２の内圧を検出する図示しない真空計の出力に基づいて、処理容器４２の内圧が所定の圧力となるように制御する。すなわち、処理容器４２は、内部にプラズマＰを発生させる領域を有し、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持できるようになっている。
【００８２】
処理容器４２の側壁上部には、流量制御部（Mass Flow Controller：ＭＦＣ）１３を介してガス供給部４が接続されている。そして、ガス供給部４から流量制御部１３を介して処理容器４２内のプラズマＰを発生させる領域にプロセスガスＧを供給することができるようになっている。また、制御部４１により流量制御部１３を制御することで、プロセスガスＧの供給量が調整できるようになっている。
【００８３】
制御部４１は、減圧部３、ガス供給部４、電源４５、圧力制御部１６、流量制御部１３などの制御を行う。
また、温度検出部４７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）を判定する。そして、温度検出部４７からの検出信号に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、上部電極４９の温度を制御する。この場合、上部電極４９の温度の制御は、被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って行われるようにすることができる。
【００８４】
なお、制御部４１に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）を判定するようにすることもできる。
この場合、上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）の判定は、予め実験などで求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００８５】
次に、プラズマ処理装置４０の作用とともに本実施の形態に係るプラズマ処理方法について例示をする。
本実施の形態においても被処理物Ｗに対するプラズマ処理に先立って「前処理」が行われる。なお、本実施の形態においては、「前処理」として上部電極４９の温度を制御する「暖機処理」を例に挙げて説明をする。
【００８６】
「暖機処理」は、処理容器４２内に被処理物Ｗが搬入されていない状態において行うようにすることができる。この場合、下部電極４８の上面（載置面）がダメージを受けないようにいわゆるダミーウェーハを載置、保持させるようにすることもできる。
まず、上部電極４９の温度が温度検出部４７により検出され、温度検出部４７からの検出信号（温度の検出値）が制御部４１に送られる。
制御部４１は、温度検出部４７からの検出信号（温度の検出値）に基づいて上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）を判定する。この場合、上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）の判定は、予め実験などで求められた閾値（例えば、エッチングレートの安定性に関する温度の限界値など）などに基づいて行うようにすることができる。
【００８７】
上部電極４９の温度が低いと判定された場合には、プラズマＰを発生させて上部電極４９の温度を上昇させる。まず、処理容器４２内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器４２内の圧力が調整される。
そして、プラズマ発生部４３によりプラズマＰを発生させ、発生させたプラズマＰの熱で上部電極４９、下部電極４８、処理容器４２の壁面などの温度を上昇させる。この場合、ガス供給部４から流量制御部１３を介して所定流量のガス（例えば、後述する被処理物Ｗに対するプラズマ処理に用いられるプロセスガスＧ、Ａｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガスなど）が処理容器４２内のプラズマＰを発生させる領域に供給されるようにすることもできる。なお、プラズマＰの発生に関する詳細は後述する。
【００８８】
制御部４１により、上部電極４９の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「暖機処理」を終了させる。なお、制御部４１に電気的に接続された図示しない表示装置に温度情報を表示し、この表示に基づいて作業者が上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）を判定するようにすることもできる。この場合には、作業者がプラズマＰの発生を停止させるための指令を制御部４１に入力することになる。
【００８９】
一方、上部電極４９の温度が高いと判定された場合には、ガス供給部４から処理容器４２内にガスを供給することで上部電極４９の冷却を行うようにすることができる。
【００９０】
以上は、「前処理」が上部電極４９の温度を制御する「暖機処理」の場合である。「前処理」として「クリーニング処理」を行う場合も同様の手順とすることができる。この場合、処理容器４２内のプラズマＰを発生させる領域に供給されるガスはクリーニングガス（例えば、酸素を含有したガス、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスなど）とされる。また、図示しない分光器などを設けて「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。すなわち、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」の終点判定をすることもできる。ただし、「前処理」の主目的が「クリーニング処理」であっても上部電極４９の温度状態（プラズマ処理装置４０の温度状態）を適正な範囲内に収める必要がある。そのため、所定の波長の光の発光強度から「クリーニング処理」が終了したと判定された場合であっても、上部電極４９の温度が所定の温度より低い場合には、上部電極４９の温度が適正な範囲内に収まるまではプラズマＰの発生を継続させるようにする。そして、制御部４１により、上部電極４９の温度が適正な範囲内に入ったと判定された場合には、プラズマＰの発生を停止させて「クリーニング処理」を終了させる。なお、「クリーニング処理」の終了時において上部電極４９の温度が所定の温度より高い場合には、「クリーニング処理」を終了させて上部電極４９の温度が適正な範囲内に収まるのを待って「前処理」を終了させるようにする。この場合、ガス供給部４から処理容器４２内にガスを供給することで上部電極４９の冷却を行うようにすることもできる。
【００９１】
次に、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が行われる。
被処理物Ｗに対するプラズマ処理においては、まず、図示しない搬送装置により被処理物Ｗ（例えば、半導体ウェーハやガラス基板など）が、処理容器４２内に搬入され、下部電極４８上に載置、保持される。
次に、処理容器４２内が減圧部３により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御部１６により処理容器４２内の圧力が調整される。
【００９２】
次に、プラズマ発生部４３により中性活性種を含むプラズマ生成物が生成される。すなわち、まず、ガス供給部４から所定量のプロセスガスＧ（例えば、ＣＦ４など）が、流量制御部１３を介して処理容器４２内のプラズマＰを発生させる領域に供給される。
一方、電源部４４より１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の高周波電力が下部電極４８に印加される。すると、下部電極４８と上部電極４９とが平行平板電極を構成するため、電極間に放電が起こりプラズマＰが発生する。発生したプラズマＰによりプロセスガスＧが励起、活性化されて中性活性種、イオン、電子などのプラズマ生成物が生成される。この生成されたプラズマ生成物が、処理容器４２内を下降して被処理物Ｗの表面に到達し、エッチング処理などのプラズマ処理が行われる。
【００９３】
この場合、生成されたイオンと電子のうち、質量の軽い電子は動きが速く、下部電極４８と上部電極４９にすぐに到達する。下部電極４８に到達した電子は、ブロッキングコンデンサ４６により移動を阻止され下部電極４８を帯電させる。下部電極４８の帯電圧は４００Ｖ〜１０００Ｖ程度に達するが、これを「陰極降下」という。一方、上部電極４９は接地されているため、到達した電子は移動が阻止されず、上部電極４９はほとんど帯電しない。
【００９４】
そして、陰極降下により発生する垂直な電界に沿ってイオンが下部電極４８（被処理物Ｗ）方向に移動し、被処理物Ｗの表面に入射することで物理的なプラズマ処理（異方性処理）が行われる。なお、中性活性種は、ガス流や重力により下降して被処理物Ｗの表面に到達し、化学的なプラズマ処理（等方性処理）が行われる。
【００９５】
処理が終了した被処理物Ｗは、図示しない搬送装置により処理容器４２外に搬出される。この後、必要があれば、被処理物Ｗに対するプラズマ処理が繰り返される。なお、前述した「前処理」は、プラズマ処理装置４０の稼働開始時、ロットの切り替え時などに行うようにすることができる。また、生産の過程において「前処理」を適宜行うようにすることもできる。この場合、定期的に「前処理」を行うようにすることもできるし、温度検出部４７や図示しない分光器などからの信号に基づいて「前処理」の必要性を判定することもできる。
【００９６】
以上に例示をしたように、本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマＰを発生させ、プラズマＰに向けて供給されたプロセスガスＧを励起させてプラズマ生成物を生成し、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、プラズマＰを発生させる領域に面する位置に設けられた部材（例えば、上部電極４９など）の温度に基づいてプラズマＰの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第１の処理工程（「前処理」工程）と、生成されたプラズマ生成物を用いて被処理物Ｗに対するプラズマ処理を行う第２の処理工程と、を有している。
【００９７】
本実施の形態によれば、温度検出部４７を設けることで、被処理物に対するプラズマ処理の安定性に影響を及ぼす部分の温度を直接的に検出することができる。そのため、時間管理などによりプラズマ処理装置４０の温度状態を推測する場合などと比べてより正確にプラズマ処理装置４０の温度状態を知ることができる。そして、より適切な「前処理」を行うことができるようになるので、プラズマ処理装置４０の温度状態管理をより正確に行うことができる。
この場合、被処理物Ｗに対するプラズマ処理の安定性は、プラズマ処理装置４０の温度状態によって変動する。そのため、プラズマ処理装置４０の温度状態管理をより正確に行うことで、生産性、歩留まり、品質などの向上を図ることができる。
【００９８】
以上、本実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、プラズマ処理装置１、プラズマ処理装置３０、プラズマ処理装置４０が備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００９９】
また、マイクロ波励起型、容量結合型のプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが、プラズマの発生方式はこれらに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、プラズマ処理は、エッチング処理やアッシング処理などに限定されるわけではなく、例えば、表面活性化処理、成膜処理（スパッタリングやプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）など）、無薬剤殺菌処理など各種のプラズマ処理とすることができる。
【０１００】
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１０１】
１ プラズマ処理装置、２ プラズマ発生部、３ 減圧部、４ ガス供給部、５ マイクロ波発生部、６ 処理容器、７ 温度検出部、８ 制御部、９ 放電管、１０ 導入導波管、１４ 輸送管、１５ 載置部、１６ 圧力制御部、３０ プラズマ処理装置、３１ プラズマ発生部、３２ 処理容器、３３ 制御部、３４ 透過窓、３５ 導入導波管、４０ プラズマ処理装置、４１ 制御部、４２ 処理容器、４３ プラズマ発生部、４４ 電源部、４５ 電源、４６ ブロッキングコンデンサ、４７ 温度検出部、４８ 下部電極、４９ 上部電極、Ｍ マイクロ波、Ｐ プラズマ、Ｗ 被処理物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、
前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、
内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、
マイクロ波発生部から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、
前記プラズマを発生させる領域にプロセスガスを供給するガス供給部と、
前記放電管と、前記処理容器と、を連通させる輸送管と、
前記放電管の温度を検出する第１の温度検出部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第１の温度検出部からの検出信号に基づいて前記プラズマの発生を制御することで、前記放電管の温度を制御する第１の制御部をさらに備え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】
前記第１の制御部は、前記放電管の温度の制御を、被処理物に対するプラズマ処理に先立って実行することを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
内部にプラズマを発生させる領域を有し、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、
前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、
前記プラズマを発生させる領域に電磁エネルギーを供給することでプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記プラズマを発生させる領域にプロセスガスを供給するガス供給部と、
前記プラズマを発生させる領域に面する位置に設けられた部材の温度を検出する第２の温度検出部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第２の温度検出部からの検出信号に基づいて前記プラズマの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第２の制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第２の制御部は、前記部材の温度の制御を、被処理物に対するプラズマ処理に先立って実行することを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマを発生させ、前記プラズマに向けて供給されたプロセスガスを励起させてプラズマ生成物を生成し、前記プラズマ生成物を用いて被処理物に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
プラズマを発生させる領域に面する位置に設けられた部材の温度に基づいてプラズマの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第１の処理工程と、
前記プラズマ生成物を用いて被処理物に対するプラズマ処理を行う第２の処理工程と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記部材は、内部にプラズマを発生させる領域を有する放電管であることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理方法。
【請求項１】
大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、
前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、
内部にプラズマを発生させる領域を有し、前記処理容器から離隔された位置に設けられた放電管と、
マイクロ波発生部から放射されたマイクロ波を伝播させて、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を導入する導入導波管と、
前記プラズマを発生させる領域にプロセスガスを供給するガス供給部と、
前記放電管と、前記処理容器と、を連通させる輸送管と、
前記放電管の温度を検出する第１の温度検出部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第１の温度検出部からの検出信号に基づいて前記プラズマの発生を制御することで、前記放電管の温度を制御する第１の制御部をさらに備え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】
前記第１の制御部は、前記放電管の温度の制御を、被処理物に対するプラズマ処理に先立って実行することを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
内部にプラズマを発生させる領域を有し、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部と、
前記処理容器の内部に設けられた被処理物を載置する載置部と、
前記プラズマを発生させる領域に電磁エネルギーを供給することでプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記プラズマを発生させる領域にプロセスガスを供給するガス供給部と、
前記プラズマを発生させる領域に面する位置に設けられた部材の温度を検出する第２の温度検出部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第２の温度検出部からの検出信号に基づいて前記プラズマの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第２の制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第２の制御部は、前記部材の温度の制御を、被処理物に対するプラズマ処理に先立って実行することを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
大気圧よりも減圧された雰囲気においてプラズマを発生させ、前記プラズマに向けて供給されたプロセスガスを励起させてプラズマ生成物を生成し、前記プラズマ生成物を用いて被処理物に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
プラズマを発生させる領域に面する位置に設けられた部材の温度に基づいてプラズマの発生を制御することで、前記部材の温度を制御する第１の処理工程と、
前記プラズマ生成物を用いて被処理物に対するプラズマ処理を行う第２の処理工程と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記部材は、内部にプラズマを発生させる領域を有する放電管であることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２９４７５（Ｐ２０１１−２９４７５Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７５０７６（Ｐ２００９−１７５０７６）
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
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