JP2021044539A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】狭い領域における光の変化を検出することができるプラズマ処理装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係るプラズマ処理装置は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、前記チャンバの内部にガスを供給可能なガス供給部と、前記チャンバの内部に設けられ、処理物が載置可能な載置部と、前記チャンバの内部を減圧可能な減圧部と、前記チャンバに設けられ、前記載置部と対向する窓と、前記チャンバの外部であって、前記窓の、前記載置部側とは反対側の面に設けられ、前記チャンバの内部にプラズマを発生可能なプラズマ発生部と、前記窓の内部に局所的に設けられ、前記チャンバの中心軸に対して傾いた面を有する光路変更部と、前記窓の側面側に設けられ、前記光路変更部の前記面と向き合う検出部と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関する。

ドライエッチングなどに用いられるプラズマ処理装置には、処理物の状態を検出する検出部が設けられている。例えば、プラズマ処理の終点検出においては、処理物の表面に照射された光の散乱強度の変化に基づいて処理の終点を検出している。また、プラズマ処理の終点検出においては、プラズマの発光スペクトルの変化に基づいて処理の終点を検出する場合もある。また、プラズマ処理の終点検出においては、処理物の、処理が行われる領域における反射光または透過光に基づいて処理の終点を検出する場合もある。すなわち、一般的には、プラズマ処理の終点は、プラズマ処理の最中に生じる光学的な変化に基づいて検出している。

ここで、チャンバの側面に設けられた検出窓（透過窓）と、チャンバの外部に設けられ、検出窓を介して、プラズマの発光を検出する検出部と、備えたプラズマ処理装置が提案されている。また、板状を呈し、チャンバの天井に設けられた窓と、チャンバの内部から窓に入射し、窓の内部を伝搬して、窓の側面から放射される光を検出する検出部と、備えたプラズマ処理装置が提案されている。これらの検出部は、例えば、プラズマが発生した領域全体のような広い範囲における発光を検出している。この場合、検出部に入射する光の強度は、広い範囲における光の強度の平均値となるので、処理物の表面の僅かな変化を検出するのが困難となる。

近年においては、処理部分の微細化が進み、例えば、形成される凹凸や孔などの開口率が１％以下となる場合もある。この様な場合には、除去される物質の量が少なくなるため、光の変化量が微小となる。そのため、広い範囲における発光を検出すると、処理物の表面の僅かな変化を検出するのがさらに困難となる。

この場合、狭い領域における光の変化が検出できれば、微細な処理であっても処理の終点を精度良く検出することができ、ひいては、微細な処理を精度良く行うことが可能となる。
そこで、狭い領域における光の変化を検出することができるプラズマ処理装置の開発が望まれていた。

特開２００７-６６９３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、狭い領域における光の変化を検出することができるプラズマ処理装置を提供することである。

実施形態に係るプラズマ処理装置は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、前記チャンバの内部にガスを供給可能なガス供給部と、前記チャンバの内部に設けられ、処理物が載置可能な載置部と、前記チャンバの内部を減圧可能な減圧部と、前記チャンバに設けられ、前記載置部と対向する窓と、前記チャンバの外部であって、前記窓の、前記載置部側とは反対側の面に設けられ、前記チャンバの内部にプラズマを発生可能なプラズマ発生部と、前記窓の内部に局所的に設けられ、前記チャンバの中心軸に対して傾いた面を有する光路変更部と、前記窓の側面側に設けられ、前記光路変更部の前記面と向き合う検出部と、を備えている。

本発明の実施形態によれば、狭い領域における光の変化を検出することができるプラズマ処理装置が提供される。

本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。 載置モジュールを例示するための模式斜視図である。 光路変更部を例示するための模式断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、光路変更部の変形例を例示するための模式断面図である。 光路変更部の他の変形例を例示するための模式断面図である。 窓の側面に設けられた平坦面を例示するための模式平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る光路変更部を例示するための模式断面図である。 他の実施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。

以下、図面を参照しつつ、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、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１を例示するための模式断面図である。 図２は、載置モジュール３を例示するための模式斜視図である。
図１に示すように、プラズマ処理装置１には、チャンバ２、載置モジュール３、電源部４、電源部５、減圧部６、ガス供給部７、処理状態検出部８、および制御部９を設けることができる。

チャンバ２は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な気密構造を有することができる。
チャンバ２は、本体部２１、天板２２、および窓２３を有することができる。
本体部２１は、略円筒形状を呈し、一方の端部に底板２１ａが一体に設けられている。本体部２１の他方の端部は開口している。本体部２１は、例えば、アルミニウム合金などの金属から形成することができる。また、本体部２１は、接地することができる。本体部２１の内部には、プラズマＰが発生する領域２１ｂが設けられている。本体部２１には、処理物１００を搬入搬出するための搬入搬出口２１ｃを設けることができる。搬入搬出口２１ｃは、ゲートバルブ２１ｃ１により気密に閉鎖することができる。

処理物１００は、例えば、フォトマスク、マスクブランク、ウェーハ、ガラス基板などとすることができる。ただし、処理物１００は、例示をしたものに限定されるわけではない。

天板２２は、板状を呈し、本体部２１の開口を塞ぐように設けることができる。天板２２は、底板２１ａと対向させて設けることができる。天板２２の中央領域には、厚み方向を貫通する孔２２ａを設けることができる。孔２２ａの中心は、チャンバ２（本体部２１）の中心軸２ａ上に設けることができる。孔２２ａは、後述の電極５１から放射された電磁波を透過させるために設けることができる。天板２２は、例えば、アルミニウム合金などの金属から形成することができる。

窓２３は、板状を呈し、天板２２に設けることができる。窓２３は、孔２２ａを塞ぐように設けることができる。すなわち、窓２３は、チャンバ２に設けられ、載置部３１と対向している。窓２３は、光と電磁場を透過させることができ、且つ、エッチング処理を行った際にエッチングされにくい材料から形成することができる。窓２３は、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。

図１および図２に示すように、載置モジュール３は、載置部３１、支持部３２、およびカバー３３を有することができる。載置モジュール３は、チャンバ２（本体部２１）の側面からチャンバ２（本体部２１）の内部に突出し、先端側に載置部３１が設けられる片持ち構造を有することができる。処理物１００は、載置部３１に載置することができる。載置部３１は、プラズマＰが発生する領域２１ｂの下方に位置している。

載置部３１は、電極３１ａ、絶縁リング３１ｂ、および台座３１ｃを有することができる。
電極３１ａは、金属などの導電性材料から形成することができる。電極３１ａの上面は、処理物１００を載置するための載置面とすることができる。電極３１ａは、例えば、台座３１ｃにネジ止めすることができる。また、電極３１ａには、ピックアップピン３１ａ１（図２参照）、および温度制御部などを内蔵させることができる。ピックアップピン３１ａ１は、複数設けることができる。

複数のピックアップピン３１ａ１は、棒状を呈し、電極３１ａの上面から突出可能に設けることができる。複数のピックアップピン３１ａ１は、処理物１００の受け渡しを行う際に用いることができる。そのため、複数のピックアップピン３１ａ１は、図示しない駆動部により、電極３１ａの上面からの突出と、電極３１ａの内部への引き込みが行えるようになっている。複数のピックアップピン３１ａ１の数や配置は、処理物１００の大きさや平面形状などに応じて適宜変更することができる。

温度制御部は、例えば、冷媒の循環ライン（流路）やヒータなどとすることができる。温度制御部は、例えば、図示しない温度センサからの出力に基づいて、電極３１ａの温度、ひいては電極３１ａに載置された処理物１００の温度を制御することができる。

絶縁リング３１ｂは、リング状を呈し、電極３１ａの側面を覆うことができる。絶縁リング３１ｂは、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。
台座３１ｃは、電極３１ａと、支持部３２の取付部３２ａとの間に設けることができる。台座３１ｃは、電極３１ａと、支持部３２の間を絶縁するために設けることができる。台座３１ｃは、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。台座３１ｃは、例えば、支持部３２の取付部３２ａにネジ止めすることができる。

支持部３２は、チャンバ２の内部空間において載置部３１を支持することができる。支持部３２は、チャンバ２の側面と、載置部３１の下方との間を延びるものとすることができる。
支持部３２は、取付部３２ａ、梁３２ｂ、およびフランジ３２ｃを有することができる。取付部３２ａ、梁３２ｂ、およびフランジ３２ｃは、例えば、アルミニウム合金などから形成することができる。

取付部３２ａは、チャンバ２の内部空間において、載置部３１の下方に位置することができる。取付部３２ａの中心が、チャンバ２の中心軸２ａ上に位置するように、取付部３２ａを設けることができる。取付部３２ａは、筒状を呈し、載置部３１側の端面には孔３２ａ１を設けることができる。載置部３１側とは反対側の端面には孔３２ａ２を設けることができる。ブスバー４２ｃや冷媒用の配管などは、孔３２ａ１を介して電極３１ａに接続することができる。

孔３２ａ２は、ブスバー４２ｃや冷媒用の配管などを接続したり、電極３１ａのメンテナンスを行ったりする際に用いることができる。取付部３２ａの載置部３１側の端面には、載置部３１（台座３１ｃ）を設けることができる。そのため、取付部３２ａの平面形状は、載置部３１の平面形状と同じとすることができる。取付部３２ａの平面寸法は、載置部３１の平面寸法と同程度か若干大きくすることができる。

梁３２ｂの一方の端部は、取付部３２ａの側面に接続することができる。梁３２ｂの他方の端部は、フランジ３２ｃと接続することができる。梁３２ｂは、チャンバ２の内部空間を、チャンバ２の側面からチャンバ２の中心軸２ａに向けて延びるものとすることができる。梁３２ｂは、角筒状を呈するものとすることができる。梁３２ｂの内部空間は、フランジ３２ｃに設けられた孔３２ｃ１を介して、チャンバ２の外部の空間（大気空間）と繋げることができる。そのため、ブスバー４２ｃは大気空間に接することができる。梁３２ｂの内部空間がチャンバ２の外部の空間と繋がっていれば、梁３２ｂの内部空間の圧力が、チャンバ２の外部の空間の圧力（例えば、大気圧）と同じになる。また、梁３２ｂの内部空間は、取付部３２ａの内部空間と繋げることができる。この場合、支持部３２の内部空間の圧力が、チャンバ２の外部の空間の圧力（例えば、大気圧）と同じになる。

フランジ３２ｃは、板状を呈し、厚み方向を貫通する孔３２ｃ１を有することができる。フランジ３２ｃは、チャンバ２の外側壁に取り付けることができ、例えば、チャンバ２の外側壁にネジ止めすることができる。

チャンバ２の側面には、孔２ｂを設けることができる。孔２ｂは、取付部３２ａに取り付けられた載置部３１が通過可能な大きさと形状を有することができる。そのため、孔２ｂを介して、載置部３１が設けられた載置モジュール３をチャンバ２から取り外したり、載置部３１が設けられた載置モジュール３をチャンバ２に取り付けたりすることができる。

すなわち、孔２ｂを介して、載置部３１が設けられた取付部３２ａおよび梁３２ｂを、チャンバ２の内部に搬入することおよびチャンバ２の外部に搬出することが可能となっている。なお、載置モジュール３の取り付けと取り外しを容易にするために、チャンバ２の外側壁にスライダーを設けることもできる。

カバー３３は、取付部３２ａの、載置部３１側とは反対側の端面に設けることができる。カバー３３は、例えば、取付部３２ａにネジ止めすることができる。カバー３３を取付部３２ａに取り付けることで、孔３２ａ２が気密に閉鎖されるようにすることができる。カバー３３の形状には特に限定がなく、ドーム状のカバー３３としてもよいし、板状のカバー３３としてもよい。カバー３３は、例えば、アルミニウム合金などから形成することができる。

ここで、片持ち構造を有する支持部３２とすれば、チャンバ２の内部空間において、載置部３１の下方に空間を設けることができるので、載置部３１の直下に減圧部６を配置することが可能となる。載置部３１の直下に減圧部６を配置することができれば、実効排気速度が大きく、且つ、偏りのない軸対称な排気を行うことが容易となる。また、片持ち構造を有する支持部３２とすれば、水平方向から、載置部３１が設けられた支持部３２をチャンバ２から取り外したり、載置部３１が設けられた支持部３２をチャンバ２に取り付けたりすることができる。そのため、載置部がチャンバ２の底面に固定されている場合に比べて、プラズマ処理装置のメンテナンスが容易となる。

ところが、載置部３１には金属製の電極３１ａが設けられている。また、載置部３１には、ピックアップピン３１ａ１やその駆動部、冷媒の循環ラインやヒータなどの温度制御部なども設けられている。そのため、載置部３１の重量が重くなる。支持部３２は片持ち構造を有しているため、先端側に設けられた載置部３１の重量が重くなると荷重が偏り、載置部３１を支える梁３２ｂの先端が下方に撓むおそれがある。梁３２ｂの先端が下方に撓むと、載置部３１が傾くおそれがある。例えば、載置部３１の重量は５６〜７０ｋｇｆ（重量キログラム）となる場合がある。この様な場合には、載置モジュール３の先端が０．２ｍｍ程度下方に下がる場合がある。

載置部３１には処理物１００が載置されるため、処理物１００が載置される載置面は少なくとも処理物１００の主面の面積以上の面積が必要となる。そのため、載置部３１の平面寸法が大きくなる。平面寸法が大きい載置部３１が傾くと、チャンバ２内のガスの流れが乱れたり、プラズマ密度が不均一となったりして、処理特性が不均一となるおそれがある。

この場合、載置部３１の傾きを抑制するために、載置部３１を支える梁３２ｂの断面寸法を大きくすると、排気が妨げられて、実効排気速度が低下したり、偏りのない軸対称な排気が困難となったりするおそれがある。この場合、載置部３１を支える梁３２ｂを複数にすると、１つの梁３２ｂの断面寸法は小さくできるので、実効排気速度の低下を抑制することができる。また、複数の梁３２ｂの配置を工夫すれば、軸対称な排気を行うこともできる。しかしながら、梁３２ｂを複数にすると、チャンバ２の側面に固定する部分の寸法が大きくなるので、支持部３２の取り付け及び取り外しが困難となって、メンテナンス性が低下するおそれがある。

そこで、本実施の形態に係る支持部３２には、内部に空間を有する梁３２ｂが設けられている。そして、前述したように、梁３２ｂの内部空間がチャンバ２の外部の空間と繋がっている。すなわち、梁３２ｂの内部空間の圧力が、チャンバ２の外部の空間の圧力（例えば、大気圧）と同じとなっている。また、梁３２ｂの載置部３１側の側部（上側の側部）の肉厚をｔ１とし、梁３２ｂの載置部３１側とは反対側の側部（下側の側部）の肉厚をｔ２とした場合に、「ｔ１＞ｔ２」となっている。

そのため、プラズマ処理を行う際には、梁３２ｂの内部の圧力と、梁３２ｂの外部の圧力との差に応じた等分布荷重が、梁３２ｂの上側の側部と下側の側部に加わることになる。この場合、梁３２ｂの上側の側部と下側の側部に加わる等分布荷重は等しくなる。そのため、「ｔ１＞ｔ２」となっていれば、梁３２ｂの上側の側部の撓み量が、梁３２ｂの下側の側部の撓み量よりも大きくなる。その結果、梁３２ｂの先端が上方に撓むようになるので、載置部３１の重量による下方への撓みを、圧力差による上方への撓みで相殺することが可能となる。なお、肉厚ｔ１、ｔ２の具体的な寸法は、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することができる。

次に、図１に戻って、電源部４、電源部５、減圧部６、ガス供給部７、処理状態検出部８、および制御部９について説明する。
電源部４は、いわゆるバイアス制御用の高周波電源とすることができる。すなわち、電源部４は、載置部３１上の処理物１００に引き込むイオンのエネルギーを制御するために設けることができる。

電源部４は、電源４１および整合部４２を有することができる。
電源４１は、イオンを引き込むのに適した周波数（例えば、２７ＭＨｚ〜１ＭＨｚの周波数）を有する高周波電力を出力することができる。
整合部４２は、マッチング回路４２ａ、ファン４２ｂ、およびブスバー４２ｃを有することができる。
マッチング回路４２ａは、電源４１側のインピーダンスと、プラズマＰ側のインピーダンスとの間で整合をとるために設けることができる。マッチング回路４２ａは、ブスバー（配線部材）４２ｃを介して、電源４１と電極３１ａとに電気的に接続することができる。すなわち、電源４１は、ブスバー４２ｃを介して、載置部３１に設けられた電極３１ａと電気的に接続することができる。
ファン４２ｂは、支持部３２の内部に空気を送ることができる。ファン４２ｂは、支持部３２の内部に設けられたブスバー４２ｃやマッチング回路４２ａを冷却するために設けることができる。

また、整合部４２は、支持部３２のフランジ３２ｃに設けることができる。整合部４２がフランジ３２ｃに設けられていれば、載置モジュール３をチャンバ２（本体部２１）から取り外したり、載置モジュール３をチャンバ２（本体部２１）に取り付けたりする際に、載置モジュール３と整合部４２を一体に移動させることができる。そのため、メンテナンス性の向上を図ることができる。
また、梁３２ｂの内部空間は、整合部４２を介して、チャンバ２（本体部２１）の外部の空間と繋がっている。そのため、梁３２ｂの内部空間の圧力は、チャンバ２の外部の空間の圧力（例えば、大気圧）と同じとすることができる。

電源部５は、プラズマＰを発生させるための高周波電源とすることができる。すなわち、電源部５は、チャンバ２の内部において高周波放電を生じさせてプラズマＰを発生させるために設けることができる。
本実施の形態においては、電源部５が、チャンバ２の外部であって、窓２３の、載置部３１側とは反対側の面に設けられ、チャンバ２の内部にプラズマＰを発生させるプラズマ発生部となる。

電源部５は、電極５１、電源５２、マッチング回路５３、およびファラデーシールド５４を有することができる。
電極５１は、チャンバ２の外部であって、窓２３の上に設けることができる。電極５１は、電磁場を発生させる複数の導体部と複数の容量部（コンデンサ）とを有したものとすることができる。
電源５２は、１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の周波数を有する高周波電力を出力することができる。この場合、電源５２は、プラズマＰの発生に適した周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚの周波数）を有する高周波電力を出力することができる。また、電源５２は、出力する高周波電力の周波数を変化させるものとすることもできる。

マッチング回路５３は、電源５２側のインピーダンスと、プラズマＰ側のインピーダンスとの間で整合をとるために設けることができる。マッチング回路５３は、配線５５を介して、電源５２と電極５１とに電気的に接続することができる。マッチング回路５３は、ブスバーを介して、電源５２と電極５１とに電気的に接続することもできる。

ファラデーシールド５４は、窓２３と電極５１との間に設けることができる。ファラデーシールド５４は、板状を呈し、金属などの導電性材料から形成することができる。ファラデーシールド５４は、中心から放射状に延びる複数のスリットを有することができる。また、ファラデーシールド５４の、電極５１側の面には、絶縁材料を用いた絶縁膜を設けることができる。ファラデーシールド５４の導電性材料から形成された部分は、接地することができる。

なお、図１に例示をしたプラズマ処理装置１は、上部に誘導結合型電極を有し、下部に容量結合型電極を有する二周波プラズマ処理装置である。
ただし、プラズマの発生方法は例示をしたものに限定されるわけではない。
プラズマ処理装置１は、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を用いたプラズマ処理装置や、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を用いたプラズマ処理装置などであってもよい。

減圧部６は、載置部３１の下方に位置し、チャンバ２の内部が所定の圧力となるように減圧することができる。
減圧部６は、ポンプ６１、およびバルブ６２を有することができる。
ポンプ６１は、チャンバ２の外部に設けることができる。ポンプ６１は、チャンバ２の底板２１ａに設けられた孔２１ａ１に接続することができる。ポンプ６１は、チャンバ２の内部にある気体を排気することができる。ポンプ６１は、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）などとすることができる。なお、バックポンプとして、ルーツ型ドライポンプをターボ分子ポンプに接続することもできる。

バルブ６２は、弁体６２ａ、および駆動部６２ｂを有することができる。
弁体６２ａは、板状を呈し、チャンバ２の内部に設けることができる。弁体６２ａは、孔２１ａ１に対向させることができる。弁体６２ａの平面寸法は、吸気口６１ａの平面寸法よりも大きくすることができる。弁体６２ａを中心軸２ａ方向から見た場合に、弁体６２ａはポンプ６１の吸気口６１ａを覆うことができる。

駆動部６２ｂは、チャンバ２（本体部２１）の中心軸２ａ方向における弁体６２ａの位置を変化させることができる。すなわち、駆動部６２ｂは、弁体６２ａを上昇させたり、弁体６２ａを下降させたりすることができる。駆動部６２ｂは、弁体６２ａに接続された軸６２ａ１と、軸６２ａ１を移動させる制御モータ（例えば、サーボモータなど）を備えることができる。バルブ６２は、いわゆるポペットバルブとすることができる。

ここで、チャンバ２の内部において弁体６２ａの位置が変化すると、弁体６２ａとチャンバ２の底板２１ａとの間の距離が変化する。弁体６２ａとチャンバ２の底板２１ａとの間の空間は排気の流路となる。そのため、この部分の寸法を変化させるとコンダクタンスが変化するので、排気量や排気速度などを制御することができる。制御部９は、例えば、チャンバ２の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて駆動部６２ｂを制御して、弁体６２ａの位置を変化させることができる。なお、真空計は、ダイヤフラム式のキャパシタンスマノメータなどとすることができる。

ガス供給部７は、チャンバ２の内部のプラズマＰが発生する領域２１ｂにガスＧを供給することができる。
ガス供給部７は、ガス収納部７１、ガス制御部７２、および開閉弁７３を有することができる。ガス収納部７１、ガス制御部７２、および開閉弁７３は、チャンバ２の外部に設けることができる。
ガス収納部７１は、ガスＧを収納し、収納したガスＧをチャンバ２の内部に供給することができる。ガス収納部７１は、例えば、ガスＧを収納した高圧ボンベなどとすることができる。ガス収納部７１とガス制御部７２は、配管を介して接続することができる。

ガス制御部７２は、ガス収納部７１からチャンバ２の内部に供給するガスＧの流量や圧力などを制御することができる。ガス制御部７２は、例えば、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）などとすることができる。ガス制御部７２と開閉弁７３は、配管を介して接続することができる。

開閉弁７３は、配管を介して、チャンバ２に設けられたガス供給口２２ｂに接続することができる。なお、ガス供給口２２ｂを複数設け、プラズマＰが発生する領域２１ｂに複数の方向から均等にガスＧが供給されるようにしてもよい。開閉弁７３は、ガスＧの供給と停止を制御することができる。開閉弁７３は、例えば、２ポート電磁弁などとすることができる。なお、開閉弁７３の機能をガス制御部７２に持たせることもできる。

ガスＧは、プラズマＰにより励起、活性化された際に、所望のラジカルやイオンが生成されるものとすることができる。例えば、プラズマ処理がエッチング処理である場合には、ガスＧは、処理物１００の露出面をエッチングすることができるラジカルやイオンが生成されるものとすることができる。この場合、ガスＧは、例えば、塩素を含むガス、フッ素を含むガスなどとすることができる。ガスＧは、例えば、塩素ガスと酸素ガスの混合ガス、ＣＨＦ_３、ＣＨＦ_３とＣＦ_４の混合ガス、ＳＦ_６とヘリウムガスの混合ガスなどとすることができる。

処理状態検出部８は、プラズマ処理の最中に生じる光学的な変化に基づいて、処理物１００の状態を検出することができる。例えば、処理状態検出部８は、プラズマ処理の終点検出を行うことができる。
処理状態検出部８は、光路変更部８１および検出部８２を有することができる。

光路変更部８１は、窓２３の内部に設けることができる。光路変更部８１は、窓２３から載置部３１に向かう方向（窓２３の厚み方向）と、窓２３から載置部３１に向かう方向と直交する方向（窓２３の厚み方向に直交する方向）との間で、入射した光の光路を変更する。
例えば、光路変更部８１は、窓２３の内部に局所的に設けられ、チャンバ２の中心軸２ａに対して傾いた面（反射面）を有することができる。

図３は、光路変更部８１を例示するための模式断面図である。
図３に例示をした光路変更部８１は、窓２３の、載置部３１側とは反対側の面に開口する凹部とすることができる。例えば、光路変更部８１である凹部の底面が平坦な面となっており、底面が反射面である面８１ａとなっている。面８１ａとチャンバ２の中心軸２ａとの間の角度は、４５°となるようにすることができる。凹部の外形は、例えば、円柱や、多角柱とすることができる。

図３に示すように、光路変更部８１は、入射光Ｌａを反射して、入射光Ｌａの光路と、出射光Ｌｂの光路との間の角度が９０°となるようにすることができる。すなわち、検出部８２から面８１ａに向かう光の、面８１ａへの入射角は４５°とすることができる。反射角は４５°とすることができる。
なお、図３においては、窓２３の厚み方向から光が入射する場合（載置部３１側から光路変更部８１に光が入射する場合）を例示したが、検査光が窓２３の側面側（周端面側）から光路変更部８１に入射する場合も、光路変更部８１によって検査光の進行方向が変えられる。そして、光路変更部８１から出射し、処理物１００で反射した検査光も、入射光Ｌａと同様に光路変更部８１によって検査光の進行方向が変えられる。

図３に例示をした光路変更部８１は、前述の通り、凹部となっている。光路変更部８１の内部は空間であってもよいし、気体、液体、固体が充填されていてもよい。また、面８１ａに反射率の高い材料を含む膜（例えば、酸化チタンを含む膜）を形成することもできる。光路変更部８１の内部に、気体、液体、固体を充填したり、面８１ａに膜を設けたりする場合には、絶縁性を有する気体、液体、固体を用いることが好ましい。この様にすれば、光路変更部８１が、電源部５により形成された電磁場に影響を及ぼすのを抑制することができる。
また、面８１ａに凹凸があると、凹凸によって光が散乱してしまうので、面８１ａの平面度を高くすることが好ましい。例えば、光学研磨によって、面８１ａの表面粗さをＲａ０．０２以下とすることができる。

図４（ａ）、（ｂ）は、光路変更部の変形例を例示するための模式断面図である。
図４（ａ）に示すように、深さ寸法ｄの小さい光路変更部８１ｂとすることができる。深さ寸法ｄが小さければ、光路変更部８１ｂとなる凹部の切削加工に用いる切削工具の長さを短くすることができる。切削工具の長さが短い分だけ、切削工具の剛性を高めることができる。このため、切削工具の振動が少なくなり、光路変更部８１ｂとなる凹部の底面（面８１ｂａ）の平面度が向上する。深さ寸法ｄは、例えば、面８１ｂａが円形の場合は、その直径の０．５倍以上、１．０倍以下とすることが好ましい。なお、面８１ｂａが四角形の場合、その内接円の直径の０．５倍以上、１．０倍以下とすることが好ましい。

また、図４（ｂ）に示すように、底面（面８１ｃａ）の面積が大きい光路変更部８１ｃとすることができる。面８１ｃａの面積を大きくすることで、断面積の大きい切削工具を用いることができる。切削工具の断面積が大きい分だけ、切削工具の剛性を高めることができる。このため、切削工具の振動が少なくなり、光路変更部８１ｃとなる凹部の底面（面８１ｃａ）の平面度が向上する。
なお、凹部の深さを小さくし、かつ、凹部の底面の面積を大きくしてもよい。この様にすれば、底面の平面度をさらに向上させることができる。また、光学研磨が行い易くなるので、底面の平面度を所望の値とすることがさらに容易となる。

ここで、中心軸２ａに直交する方向の、光路変更部８１の断面積（図６に記載の「Ｄ」を参照）は、窓２３の載置部３１側とは反対側の面の面積の１．９５％以下とすることが好ましい。あるいは、光路変更部８１にかかる荷重が、窓２３の許容荷重の９．８％以下となるようにすることが好ましい。光路変更部８１にかかる荷重がこの程度であれば、光路変更部８１が有る窓２３の耐久性を、光路変更部８１が無い窓の耐久性とほぼ同等とみなすことができる。つまり、この様にすれば、窓２３の強度（耐真空強度）を維持することができる。

また、中心軸２ａに直交する方向の、光路変更部８１の断面積（図６に記載の「Ｄ」を参照）は、窓２３の載置部３１側とは反対側の面の面積の０．５％以下とすることがより好ましい。あるいは、光路変更部８１にかかる荷重が、窓２３の許容荷重の５．０％以下とすることがより好ましい。この様にすれば、窓２３の静電容量の変化を僅かなものとすることができるので、光路変更部８１が、電源部５により形成された電磁場に影響を及ぼすのを抑制することができる。

図５は、光路変更部の他の変形例を例示するための模式断面図である。
図５に例示をした光路変更部８１ｄは、平坦な側面８１ｄａを有する多角柱状（例えば、四角柱状）を呈した凹部である。光路変更部８１ｄの側面８１ｄａは、窓部２３の上面（載置部３１側とは反対側の面）に対して４５°の角度で傾斜している。この様にすれば、窓部２３の上面に直交する方向から側面８１ｄａに入射した入射光Ｌａを、窓部２３の上面に平行な方向に向けて反射された出射光Ｌｂとすることができる。この場合、凹部の側面は、凹部の底面と比べて面積を大きくすることが容易であるので、光学研磨が行い易くなる。

ここで、窓２３の載置部３１側の面から、窓２３の内部に入射した光の一部は、窓２３の内部を反射して窓２３の側面（周端面）から外部に出射する。そのため、検出部８２により、窓２３の側面から外部に出射する光を検出することもできる。しかしながら、この様にすると、検出部８２に入射する光の強度は、比較的広い範囲における光の強度の平均値となるので、処理物１００の表面の僅かな変化を検出するのが困難となる。

近年においては、処理部分の微細化が進み、例えば、形成される凹凸や孔などの開口率が１％以下となる場合もある。この様な場合には、除去される物質の量が少なくなるため、光の変化量が微小となる。そのため、広い範囲における発光を検出すると、処理物１００の表面の僅かな変化を検出するのがさらに困難となる。

また、前述したように、窓２３の上には、電極５１やファラデーシールド５４などが設けられている。そのため、窓２３の厚み方向に出射する光を検出するようにすると、電極５１やファラデーシールド５４などが邪魔になって、適切な位置の光が検出できなくなる場合がある。

前述したように、光路変更部８１は、断面積を小さくすることができ、窓２３における任意の位置に設けることができる。そのため、適切な位置の、狭い領域（検出領域）における光の変化を検出することが可能となる。その結果、微細な処理であってもプラズマ処理の終点を精度良く検出することができ、ひいては、微細な処理を精度良く行うことが可能となる。

また、入射光の光路と、出射光の光路との間の角度が９０°となるようにすることができるので、窓２３の側面側に検出部８２を配置することができる。そのため、電極５１やファラデーシールド５４などの形状や配置に関わりなく適切な位置に検出部８２を配置することが可能となる。

検出部８２は、窓２３の側面側に設けられ、光路変更部８１の面８１ａと向き合う位置に設けることができる。
光路変更部８１が設けられていれば、チャンバ２の内部において発生した光の一部が、光路変更部８１の面８１ａに反射して検出部８２に入射する。そのため、検出部８２は、受光部を有するものとすることができる。例えば、検出部８２は、光路変更部８１を介して受光部に入射した光の波長の変化に基づいて、処理物１００の状態（例えば、プラズマ処理の終点）を検出することができる。

なお、「光路変更部８１の面８１ａと向き合う位置」とは、窓２３の載置部３１側の面から、窓２３の内部に入射した光（入射光Ｌａ）のうち、光路変更部８１の面８１ａで反射した光（出射光Ｌｂ）を検出部８２で検知できる位置である。

また、例えば、検出部８２は、投光部と受光部を有するものとすることができる。投光部は、光路変更部８１を介して処理物１００の表面に検査光を照射することができる。受光部は、処理物１００の表面で反射し、光路変更部８１を介して受光部に向かう光と、投光部から出射した光の干渉光を受光することができる。例えば、検出部８２は、光路変更部８１の面８１ａを介して処理物１００の表面に光を照射する。処理物１００の表面で反射され、光路変更部８１の面８１ａでさらに反射された光は、検出部８２に入射する。
この場合、検出部８２は、干渉光の変化に基づいて、処理物１００の状態（例えば、プラズマ処理の終点）を検出することができる。

なお、検出部８２は、例示をしたものに限定されるわけではなく、光学的な変化を検出可能なものであればよい。例えば、検出部８２は、分光器をさらに有していてもよい。分光器が設けられていれば、所定の波長を有する光を抽出することができるので、検出精度の向上を図ることができる。

また、投光部と受光部を有する検出部８２の場合、処理物１００の表面で反射された光の多くが光路変更部８１の面８１ａに入射することが好ましい。つまり、光路変更部８１によって曲げられた検査光の光軸と、処理物１００の表面で反射された検査光の光軸とがほぼ同じであることが好ましい。このためには、窓２３と載置部３１とが略平行であることが好ましい。しかし、前述の通り、載置部３１を支持する支持部３２が片持ち構造を有する場合、載置部３１が傾くおそれがある。このため、投光部と受光部を有する検出部８２と、片持ち構造を有する載置部３１と、を用いる場合、梁３２ｂの下側の側部の肉厚（ｔ２）よりも梁３２ｂの上側の側部の肉厚（ｔ１）を厚くすることが好ましい（ｔ１＞ｔ２）。「ｔ１＞ｔ２」とれば、窓２３と載置部３１とを略平行とすることが容易となるので、光路変更部８１によって曲げられた検査光の光軸と、処理物１００の表面で反射された検査光の光軸とがほぼ同じとなるようにすることができる。

また、図１に示すように、光路変更部８１と検出部８２は、導光部８３を介して接続することもできる。この場合、導光部８３は、光路変更部８１の面８１ａと向き合う様にする。導光部８３は、例えば、光ファイバなどとすることができる。導光部８３は、必ずしも必要ではなく、検出部８２を窓２３の側面に近接させて設けるようにしてもよい。ただし、導光部８３を設ければ、検出部８２を所望の位置に設けるのが容易となる。

図６は、窓の側面に設けられた平坦面を例示するための模式平面図である。
図６に示すように、窓２３の側面の、検出部８２または導光部８３と対向する部分に平坦な面２３ａを設けることができる。導光部８３を設ける場合には、導光部８３は、窓２３の側面の面２３ａと検出部８２との間に設けることができる。この様にすれば、検出部８２または導光部８３と窓２３との光学的な接続を容易とすることができる。

また、面２３ａに凹凸があると、凹凸によって光が散乱してしまうので、面８１ａと同様に面２３ａの平面度を高くすることが好ましい。例えば、光学研磨によって、面２３ａの表面粗さをＲａ０．０２以下とすることができる。
なお、面２３ａと光路変更部８１の面８１ａとは、軸２ａに直交する方向であって、図６における紙面の上下方向において平行となるように設けるとよい。このようにすれば、検出部８２または導光部８３と、光路変更部８１と、の光学的な接続を容易とすることができる。

また、導光部８３は、複数の光ファイバを有することができる。検出部８２は、複数の分光器を有することができる。そして、１つの光ファイバが、１つの分光器に接続されるようにすることができる。この様にすれば、前述した干渉光の検出が容易となる。

また、光路変更部８１は複数設けることもできる。光路変更部８１が複数設けられていれば、複数の箇所における処理の状態を知ることができる、また、検出に用いる光路変更部８１を選択すれば、検出部８２の数を増すことなく、複数の箇所における処理の状態を知ることができる。

制御部９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部と、メモリなどの記憶部とを備えたものとすることができる。
制御部９は、記憶部に格納されている制御プログラムに基づいて、プラズマ処理装置１に設けられた各要素の動作を制御することができる。例えば、制御部９は、処理状態検出部８（検出部８２）からの出力に基づいて、プラズマ処理を終了させることができる。

図７（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る光路変更部１８１を例示するための模式断面図である。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、光路変更部１８１は、窓２３の内部に設けることができる。光路変更部１８１は、平坦な端面１８１ａを有し、端面１８１ａとチャンバ２の中心軸２ａとの間の角度が４５°となるようにすることができる。

図７（ａ）に示すように、光路変更部１８１は窓２３の内部に埋め込むことができる。例えば、窓２３を形成する際に光路変更部１８１を埋め込むことができる。例えば、窓２３にレーザを照射して、窓２３の内部を加工することで光路変更部１８１を形成することができる。

図７（ｂ）に示すように、窓２３に凹部１８１ｂを設け、凹部１８１ｂの内部に光路変更部１８１を設けることができる。
光路変更部１８１は、反射率が高く、絶縁性を有する材料から形成することが好ましい。例えば、光路変更部１８１は、窓２３の内部を加工しものや、酸化チタンを含む膜などとすることができる。絶縁性を有する光路変更部１８１とすれば、光路変更部１８１が、電源部５により形成された電磁場に影響を及ぼすのを抑制することができる。

図８は、他の実施形態に係るプラズマ処理装置１０１を例示するための模式断面図である。
図８に示すように、プラズマ処理装置１０１には、チャンバ１０２、載置部１０３、電源部４、電源部５、減圧部１０６、ガス供給部７、処理状態検出部８、および制御部１０９を設けることができる。なお、プラズマ処理装置１０１においても、電源部５が、チャンバ１０２の内部にプラズマＰを発生させるプラズマ発生部となる。

チャンバ１０２は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な気密構造を有することができる。
チャンバ１０２は、本体部１０２ａおよび窓２３を有することができる。
本体部１０２ａは、天板、底板、および略円筒形状の側部が一体化されたものとすることができる。本体部１０２ａは、例えば、アルミニウム合金などの金属から形成することができる。また、本体部１０２ａは、接地することができる。本体部１０２ａの内部には、プラズマＰが発生する領域１０２ｂが設けられている。本体部１０２ａには、処理物１００を搬入搬出するための搬入搬出口１０２ｃを設けることができる。搬入搬出口１０２ｃは、ゲートバルブ１０２ｄにより気密に閉鎖することができる。

載置部１０３は、チャンバ１０２（本体部１０２ａ）の内部であって、本体部１０２ａの底面の上に設けることができる。載置部１０３は、電極１０３ａ、台座１０３ｂ、および絶縁リング１０３ｃを有することができる。載置部１０３の内部は、外部の空間（大気空間）と繋げることができる。

電極１０３ａは、プラズマＰが発生する領域１０２ｂの下方に設けることができる。電極１０３ａの上面は処理物１００を載置するための載置面とすることができる。電極１０３ａは、金属などの導電性材料から形成することができる。また、前述した電極３１ａと同様に、電極１０３ａには、複数のピックアップピンや温度制御部などを内蔵させることができる。

台座１０３ｂは、電極１０３ａと、本体部１０２ａの底面の間に設けることができる。台座１０３ｂは、電極１０３ａと、本体部１０２ａの間を絶縁するために設けることができる。台座１０３ｂは、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。

絶縁リング１０３ｃは、リング状を呈し、電極１０３ａの側面、および台座１０３ｂの側面を覆うように設けることができる。絶縁リング１０３ｃは、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０１にも前述した電源部４を設けることができる。前述したように、電源部４は、いわゆるバイアス制御用の高周波電源とすることができる。また、マッチング回路４２ａは、ブスバー４２ｃを介して、電源４１と電極１０３ａとに電気的に接続することができる。載置部１０３の内部は大気空間に繋がっているため、ブスバー４２ｃは大気空間に接することができる。

プラズマ処理装置１０１も、上部に誘導結合型電極を有し、下部に容量結合型電極を有する二周波プラズマエッチング装置とすることができる。ただし、プラズマの発生方法は例示をしたものに限定されるわけではない。
プラズマ処理装置１０１は、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を用いたプラズマ処理装置や、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を用いたプラズマ処理装置などであってもよい。

減圧部１０６は、ポンプ１０６ａおよび圧力制御部１０６ｂを有することができる。
減圧部１０６は、チャンバ１０２の内部が所定の圧力となるように減圧することができる。ポンプ１０６ａは、例えば、ターボ分子ポンプなどとすることができる。なお、バックポンプとして、ルーツ型ドライポンプをターボ分子ポンプに接続することもできる。ポンプ１０６ａと圧力制御部１０６ｂは、配管を介して接続することができる。

圧力制御部１０６ｂは、チャンバ１０２の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、チャンバ１０２の内圧が所定の圧力となるように制御することができる。なお、真空計は、ダイヤフラム式のキャパシタンスマノメータなどとすることができる。圧力制御部１０６ｂは、例えば、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）などとすることができる。圧力制御部１０６ｂは、配管を介して、本体部１０２ａに設けられた排気口１０２ｅに接続することができる。

制御部１０９は、ＣＰＵなどの演算部と、メモリなどの記憶部とを備えたものとすることができる。制御部１０９は、記憶部に格納されている制御プログラムに基づいて、プラズマ処理装置１０１に設けられた各要素の動作を制御することができる。例えば、制御部１０９は、処理状態検出部８（検出部８２）からの出力に基づいて、プラズマ処理を終了させることができる。
本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０１にも、処理状態検出部８が設けられているため、前述した効果を享受することができる。

以上、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、１０１が備える構成要素の形状、材料、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。
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。

１ プラズマ処理装置、２ チャンバ、２ａ 中心軸、３ 載置モジュール、４ 電源部、５ 電源部、６ 減圧部、７ ガス供給部、８ 処理状態検出部、９ 制御部、２３ 窓、３１ 載置部、８１ 光路変更部、８１ａ 面、８２ 検出部、８３ 導光部、１００ 処理物、１０１ プラズマ処理装置、１０２ チャンバ、１０３ 載置部、１０６ 減圧部

ここで、片持ち構造を有する支持部３２とすれば、チャンバ２の内部空間において、載置部３１の下方に空間を設けることができるので、載置部３１の直下に減圧部６を配置することが可能となる。載置部３１の直下に減圧部６を配置することができれば、実効排気速度が大きく、且つ、偏りのない軸対称な排気を行うことが容易となる。また、片持ち構造を有する支持部３２とすれば、水平方向から、載置部３１が設けられた支持部３２をチャンバ２から取り外したり、載置部３１が設けられた支持部３２をチャンバ２に取り付けたりすることができる。そのため、載置部３１がチャンバ２の底面に固定されている場合に比べて、プラズマ処理装置のメンテナンスが容易となる。

図５は、光路変更部の他の変形例を例示するための模式断面図である。
図５に例示をした光路変更部８１ｄは、平坦な側面８１ｄａを有する多角柱状（例えば、四角柱状）を呈した凹部である。光路変更部８１ｄの側面８１ｄａは、窓２３の上面（載置部３１側とは反対側の面）に対して４５°の角度で傾斜している。この様にすれば、窓２３の上面に直交する方向から側面８１ｄａに入射した入射光Ｌａを、窓２３の上面に平行な方向に向けて反射された出射光Ｌｂとすることができる。この場合、凹部の側面は、凹部の底面と比べて面積を大きくすることが容易であるので、光学研磨が行い易くなる。

図７（ｂ）に示すように、窓２３に凹部１８１ｂを設け、凹部１８１ｂの内部に光路変更部１８１を設けることができる。
光路変更部１８１は、反射率が高く、絶縁性を有する材料から形成することが好ましい。例えば、光路変更部１８１は、窓２３の内部を加工したものや、酸化チタンを含む膜などとすることができる。絶縁性を有する光路変更部１８１とすれば、光路変更部１８１が、電源部５により形成された電磁場に影響を及ぼすのを抑制することができる。

Claims (8)

1. 大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、
   前記チャンバの内部にガスを供給可能なガス供給部と、
   前記チャンバの内部に設けられ、処理物が載置可能な載置部と、
   前記チャンバの内部を減圧可能な減圧部と、
   前記チャンバに設けられ、前記載置部と対向する窓と、
   前記チャンバの外部であって、前記窓の、前記載置部側とは反対側の面に設けられ、前記チャンバの内部にプラズマを発生可能なプラズマ発生部と、
   前記窓の内部に局所的に設けられ、前記チャンバの中心軸に対して傾いた面を有する光路変更部と、
   前記窓の側面側に設けられ、前記光路変更部の前記面と向き合う検出部と、
   を備えたプラズマ処理装置。
2. 前記チャンバの内部において発生した光の一部が、前記光路変更部の前記面に反射して前記検出部に入射可能な請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記検出部は、前記光路変更部の前記面を介して前記処理物の表面に光を照射し、前記処理物の表面で反射され、前記光路変更部の前記面でさらに反射された光が入射可能である請求項１記載のプラズマ処理装置。
4. 前記光路変更部の前記面は、平坦な面であり、前記面と前記チャンバの中心軸との間の角度は、４５°である請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記検出部から前記面に向かう光の、前記面への入射角は４５°であり、反射角は４５°である請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
6. 前記光路変更部は、前記窓の、前記載置部側とは反対側の面に開口する凹部である請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
7. 前記窓の側面の、前記検出部と対向する部分には平坦面が設けられ、
   前記平坦面と、前記検出部と、の間に設けられた導光部をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
8. 前記導光部は、複数の光ファイバを有し、
   前記検出部は、複数の分光器を有し、
   １つの前記光ファイバが、１つの前記分光器に接続されている請求項７記載のプラズマ処理装置。

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