JP6195528B2 - プラズマ処理装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びその運転方法に関する。

従来から、高品質かつメタルコンタミレスが要求される成膜工程において、チャンバー内部でプラズマを発生させる手法として、チャンバーの外部にコイル状の電極を設け、高周波を印加した電極から発生する電界、磁界を石英やアルミナ等の高純度の誘電体窓を通してチャンバー内部に導入し、チャンバー内部でプラズマ放電を発生させる成膜装置及び成膜方法が知られている。かかるプラズマ処理を利用した成膜装置及び成膜方法では、より高品質な膜を得るために、高温でのプラズマ処理を可能とする成膜装置及び成膜方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２５３３１３号公報

しかしながら、このようなプラズマを用いた成膜装置では、プラズマ処理後に数時間〜数日間以上の期間チャンバーの運転を停止させてプラズマ放電を停止させていた場合、特に、メンテナンスや装置の初期の立ち上げ時において運転を再開したときに、プラズマ放電が容易に発生しない現象が生じる場合があった。

また、このような現象は、成膜装置だけでなく、エッチング装置等、プラズマ処理を行う総てのプラズマ処理装置に発生し得る。

そこで、本発明は、装置停止時間が長くなった場合であっても、プラズマ放電を安定的に発生させ、高品質なプラズマ処理を維持することができるプラズマ処理装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るプラズマ処理装置の運転方法は、所定の出力を有する第１の高周波電力を電極に供給してプラズマを発生させ、被処理体にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置の運転方法であって、
前記プラズマ処理装置の前回の運転終了からの時間間隔が所定間隔を超えたときに、前記所定の出力よりも小さい出力を有する第２の高周波電力を前記電極に間欠的に複数回供給する電荷蓄積工程を行ってから前記プラズマ処理を行う。

本発明の他の態様に係るプラズマ処理装置は、被処理体をプラズマ処理するための処理室と、
該処理室内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給手段と、
前記プラズマガスからプラズマを生成するために前記処理室内に導入する電界及び／又は磁界を発生させるための電極と、
該電極に高周波電力を可変で供給可能である高周波電源と、
前記処理室内での前回の前記プラズマ処理の終了時からの経過時間を計測する時間計測手段と、
前記プラズマ処理を開始させるための操作スイッチと、
該操作スイッチが操作され、前記プラズマ処理を開始するときに、前記時間計測手段により計測された前記経過時間が所定の時間間隔より短いときには、前記高周波電源の前記高周波電力を所定の処理用高周波電力に設定して前記プラズマ処理を直ちに行い、前記経過時間が前記所定の時間間隔より長いときには、前記高周波電源の前記高周波電力を前記所定の処理用高周波電力よりも小さい電荷蓄積用高周波電力を間欠的に複数回前記電極に供給する電荷蓄積制御を行った後に前記プラズマ処理を行う制御手段と、を有する。

本発明によれば、プラズマ処理装置を長時間停止した場合であっても、プラズマ放電を安定して発生させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用した成膜装置の一例を示す縦断面である。 本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用した成膜装置の横断断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用した成膜装置の横断平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用した成膜装置の内部の一部を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用した成膜装置の内部の一部を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用した成膜装置の内部の一部を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用した成膜装置の内部の一部を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用した成膜装置の内部の一部を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用した成膜装置のファラデーシールドの一部を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を適用した成膜装置のサイドリングを示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の運転方法の処理フローの一例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の運転方法の処理フローの一例を示した図である。 実験を行ったときの条件を示した表である。 処理室内を４００℃とした場合と６００℃とした場合のプラズマ放電を比較した図である。図１４（Ａ）は、処理室内を４００℃とした場合のプラズマ放電を示した図であり、図１４（Ｂ）は、処理室内を６００℃とした場合のプラズマ放電を示した図である。 前回のプラズマ処理から１２時間経過してからプラズマ放電を発生させたときのＶｐｐの電圧値を示した図である。図１５（Ａ）は、処理室１内を６００℃としたときの１回目のプラズマ放電のＶｐｐ値の時間変化を示した図である。図１５（Ｂ）は、処理室１内を６００℃とし、１０回プラズマ放電を発生させたときの各Ｖｐｐ値を示した図である。また、図１５（Ｃ）は、処理室１内を４００℃としたときの１回目のプラズマ放電のＶｐｐ値の時間変化を示した図である。図１５（Ｄ）は、処理室１内を４００℃とし、１０回プラズマ放電を発生させたときの各Ｖｐｐ値を示した図である。 プラズマ放電を発生させる際に印加する高周波電圧が、時間間隔の大きさによりどのように変化するかを示した図である。図１６（Ａ）は、プラズマ放電を発生させた際のＶｐｐの時間変化を示した図である。図１６（Ｂ）は、時間間隔の大きさとＶｐｐのピーク値の大きさとの関係を示した図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置及びその運転方法による電荷蓄積工程を実施した際の電荷蓄積用高周波の印加パターンを示した図である。 前回のプラズマ処理終了からの経過時間を１時間としたときの第１の実施例の結果を示した図である。 前回のプラズマ処理終了からの経過時間を３時間としたときの第２の実施例の結果を示した図である。 前回のプラズマ処理終了からの経過時間を１６時間としたときの第３の実施例の結果を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

まず、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置及びその運転方法を適用した成膜装置の一例について説明する。本発明に係るプラズマ処理装置及びその運転方法は、成膜装置の他、エッチング装置等、プラズマ処理を行う総ての装置に適用可能であるが、本実施形態においては、一例として、本発明に係るプラズマ処理装置を成膜装置として構成した実施形態について説明する。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマ装置を適用した成膜装置の一例について、図１〜図１１を参照して説明する。この成膜装置は、図１及び図２に示すように、平面形状が概ね円形である処理室１と、この処理室１内に設けられ、処理室１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。そして、この成膜装置では、後で詳述するように、ＡＬＤ法によりウエハＷの表面に反応生成物を積層して薄膜を成膜すると共に、この薄膜に対してプラズマ改質を行うように構成されている。この時、プラズマ改質を行うにあたって、プラズマによって電気的なダメージが、被処理体であるウエハＷに加わらないように、あるいは前記ダメージができるだけ小さくなるように、成膜装置が構成されている。続いて、成膜装置の各部について詳述する。

処理室１は、天板１１及び容器本体１２を備えており、天板１１が容器本体１２から着脱できるように構成されている。天板１１の上面側における中央部には、処理室１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために、Ｎ_２（窒素）ガスを分離ガスとして供給するための分離ガス供給管５１が接続されている。また、図１中、容器本体１２の上面の周縁部にリング状に設けられたシール部材１３、例えばＯリングが示されている。

回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２によって、鉛直軸回りこの例では時計回りに回転自在に構成されている。図１中２３は回転軸２２を鉛直軸回りに回転させる駆動部であり、２０は回転軸２２及び駆動部２３を収納するケース体である。このケース体２０は、上面側のフランジ部分が処理室１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域にＮ_２ガスをパージガスとして供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。処理室１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａをなしている。

回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように、回転方向（周方向）に沿って複数枚例えば５枚の基板であるウエハＷを載置するための円形状の凹部２４が基板載置領域として設けられている。凹部２４は、直径寸法が例えば３００ｍｍサイズのウエハＷを当該凹部２４に落とし込む（収納する）と、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが揃うように、直径寸法及び深さ寸法が設定されている。凹部２４の底面には、ウエハＷを下方側から突き上げて昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。

図２及び図３に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる５本のノズル３１、３２、３４、４１、４２が処理室１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これら各ノズル３１、３２、３４、４１、４２は、例えば処理室１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように各々取り付けられている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計回り（回転テーブル２の回転方向）にプラズマガス供給ノズル３４、分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２及び第２の処理ガスノズル３２がこの順番で配列されている。プラズマガス供給ノズル３４の上方側には、図１に示すように、プラズマガス供給ノズル３４から吐出されるガスをプラズマ化するために、プラズマ発生部８０が設けられている。このプラズマ発生部８０については後で詳述する。

処理ガスノズル３１、３２は、夫々第１の処理ガス供給部、第２の処理ガス供給部をなし、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。なお、図２はプラズマガス供給ノズル３４が見えるようにプラズマ発生部８０及び後述の筐体９０を取り外した状態、図３はこれらプラズマ発生部８０及び筐体９０を取り付けた状態を表している。また、図１では、プラズマ発生部８０について、模式的に一点鎖線で示している。

各ノズル３１、３２、３４、４１、４２は、流量調整バルブを介して夫々以下の各ガス供給源（図示せず）に夫々接続されている。即ち、第１の処理ガスノズル３１は、Ｓｉ（シリコン）を含む第１の処理ガス例えばＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン、ＳｉＨ_２（ＮＨ−Ｃ（ＣＨ_３）_３）_２）ガスなどの供給源に接続されている。第２の処理ガスノズル３２は、第２の処理ガス例えばＯ_３（オゾン）ガスとＯ_２（酸素）ガスとの混合ガスの供給源に接続されている。プラズマガス供給ノズル３４は、例えばＡｒ（アルゴン）ガスとＯ_２ガスとの混合ガス（Ａｒ：Ｏ_２＝１００：０．５〜１００：２０程度の体積比）の供給源に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、分離ガスであるＮ_２（窒素）ガスのガス供給源に各々接続されている。なお、以下においては、便宜上第２の処理ガスをＯ_３ガスとして説明する。また、第２の処理ガスノズル３２にはＯ_３ガスを生成させるためのオゾナイザーが設けられているが、ここでは図示を省略している。

ガスノズル３１、３２、４１、４２の下面側には、回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所にガス吐出孔３３が例えば等間隔に形成されている。プラズマガス供給ノズル３４の側面には、回転テーブル２の回転方向上流側（第２の処理ガスノズル３２側）且つ下方側（斜め下）を向くように、当該プラズマガス供給ノズル３４の長さ方向に沿って例えば開口径が０．３〜０．５ｍｍのガス吐出孔３３が複数箇所に例えば等間隔で形成されている。このようにプラズマガス供給ノズル３４のガス吐出孔３３の向きを設定した理由については、後で説明する。これら各ノズル３１、３２、３４、４１、４２は、当該ノズル３１、３２、３４、４１、４２の下端縁と回転テーブル２の上面との離間距離が例えば１〜５ｍｍ程度となるように配置されている。

処理ガスノズル３１、３２の下方領域は、夫々Ｓｉ含有ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びウエハＷに吸着したＳｉ含有ガスとＯ_３ガスとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２となる。分離ガスノズル４１、４２は、各々第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域Ｄを形成するためのものである。この分離領域Ｄにおける処理室１の天板１１には、図２及び図３に示すように、概略扇形の凸状部４が設けられており、分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４に形成された溝部４３内に収められている。従って、分離ガスノズル４１、４２における回転テーブル２の周方向両側には、各処理ガス同士の混合を阻止するために、前記凸状部４の下面である低い天井面４４（第１の天井面）が配置され、この天井面４４の前記周方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が配置されている。凸状部４の周縁部（処理室１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。

次に、プラズマ発生部８０について詳述する。このプラズマ発生部８０は、例えば銅（Ｃｕ）などの金属線からなる電極（又は「アンテナ」と呼んでもよい。）８３をコイル状に巻回して構成されており、処理室１の内部領域から気密に区画されるように、処理室１の天板１１上に設けられている。この例では、電極８３は、銅の表面にニッケルメッキ及び金メッキをこの順番で施した材質により構成されている。具体的には、図４に示すように、プラズマガス供給ノズル３４の上方側（詳しくはこのノズル３４よりも僅かに回転テーブル２の回転方向上流側の位置からこのノズル３４の前記回転方向下流側の分離領域Ｄよりも僅かにノズル３４側に寄った位置まで）における天板１１には、平面的に見た時に概略扇形に開口する開口部１１ａが形成されている。

開口部１１ａは、回転テーブル２の回転中心から例えば６０ｍｍ程度外周側に離間した位置から、回転テーブル２の外縁よりも８０ｍｍ程度外側に離れた位置までに亘って形成されている。また、開口部１１ａは、処理室１の中心部領域Ｃに設けられた後述のラビリンス構造部１１０に干渉しない（避ける）ように、平面で見た時に回転テーブル２の中心側における端部が当該ラビリンス構造部１１０の外縁に沿うように円弧状に窪んでいる。そして、開口部１１ａは、図４及び図５に示すように、天板１１の上端側から下端側に向かって開口部１１ａの開口径が段階的に小さくなるように、例えば３段の段部１１ｂが周方向に亘って形成されている。これら段部１１ｂのうち最下段の段部（口縁部）１１ｂの上面には、図５に示すように、周方向に亘って溝１１ｃが形成されており、溝１１ｃ内にはシール部材、例えばＯ−リング１１ｄが配置されている。なお、溝１１ｃ及びＯ−リング１１ｄについては、図４では図示を省略している。

開口部１１ａには、図６にも示すように、上方側の周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出してフランジ部９０ａを形成すると共に、中央部が下方側の処理室１の内部領域に向かって窪むように形成された筐体９０が配置されている。この筐体９０は、例えば石英などの誘電体により構成された透磁体（磁力を透過させる材質）であり、図９に示すように、窪んだ部分の厚み寸法ｔが例えば２０ｍｍとなっている。また、筐体９０は、筐体９０の下方にウエハＷが位置した時に、中心部領域Ｃ側における筐体９０の内壁面とウエハＷの外縁との間の距離が７０ｍｍとなり、回転テーブル２の外周側における筐体９０の内壁面とウエハＷの外縁との間の距離が７０ｍｍとなるように構成されている。従って、回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側における開口部１１ａの２つの辺と回転テーブル２の回転中心とのなす角度αは、例えば６８°となっている。

なお、筐体９０は、高純度石英の他、高純度アルミナ、イットリア等、耐プラズマエッチング性能に優れた材料で構成されるか、少なくとも表層部位を上述の材料でコーティングして構成する。よって、筐体９０は、基本的には誘電体で構成される。

筐体９０を開口部１１ａ内に落とし込むと、フランジ部９０ａと段部１１ｂのうち最下段の段部１１ｂとが互いに係止する。そして、Ｏ−リング１１ｄによって、段部１１ｂ（天板１１）と筐体９０とが気密に接続される。また、開口部１１ａの外縁に沿うように枠状に形成された押圧部材９１によってフランジ部９０ａを下方側に向かって周方向に亘って押圧すると共に、押圧部材９１を図示しないボルトなどにより天板１１に固定することにより、処理室１の内部雰囲気が気密に設定される。このように筐体９０を天板１１に気密に固定した時の当該筐体９０の下面と回転テーブル２上のウエハＷの表面との間の離間寸法ｈは、４〜６０ｍｍこの例では３０ｍｍとなっている。なお、図６は、筐体９０を下方側から見た図を示している。

筐体９０の下面は、当該筐体９０の下方領域へのＮ_２ガスやＯ_３ガスなどの侵入を阻止するために、図１及び図５〜図７に示すように、外縁部が周方向に亘って下方側（回転テーブル２側）に垂直に伸び出して、ガス規制用の突起部９２をなしている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域には、回転テーブル２の回転方向上流側に、プラズマガス供給ノズル３４が収納されている。

即ち、筐体９０の下方領域（プラズマ空間１０）においてプラズマガス供給ノズル３４から供給されるガスがプラズマ化されるので、当該下方領域にＮ_２ガスが侵入すると、Ｎ_２ガスのプラズマとＯ_３ガス（Ｏ_２ガス）のプラズマとが互いに反応してＮＯｘガスが生成する。このＮＯｘガスが発生すると、処理室１内の部材が腐食してしまう。そこで、筐体９０の下方領域にＮ_２ガスが侵入しにくくなるように、筐体９０の下面側に突起部９２を形成している。

プラズマガス供給ノズル３４の基端側（処理室１の側壁側）における突起部９２は、プラズマガス供給ノズル３４の外形に沿うように概略円弧状に切りかかれている。突起部９２の下面と回転テーブル２の上面との間の離間寸法ｄは０．５〜４ｍｍであり、この例では２ｍｍとなっている。突起部９２の幅寸法及び高さ寸法は、夫々例えば１０ｍｍ及び２８ｍｍとなっている。なお、図７は、回転テーブル２の回転方向に沿って処理室１を切断した縦断面図を示している。

また、成膜処理中には回転テーブル２が時計回りに回転するので、Ｎ_２ガスがこの回転テーブル２の回転に連れられて回転テーブル２と突起部９２との間の隙間から筐体９０の下方側に侵入しようとする。そのため、前記隙間を介して筐体９０の下方側へのＮ_２ガスの侵入を阻止するために、隙間に対して筐体９０の下方側からガスを吐出させている。具体的には、プラズマガス供給ノズル３４のガス吐出孔３３について、図５及び図７に示すように、この隙間を向くように、即ち回転テーブル２の回転方向上流側且つ下方を向くように配置している。鉛直軸に対するプラズマガス供給ノズル３４のガス吐出孔３３の向く角度θは、図７に示すように例えば４５°程度となっている。

ここで、筐体９０の下方（プラズマ空間１０）側から天板１１と筐体９０との間の領域をシールするＯ−リング１１ｄを見ると、図５に示すように、プラズマ空間１０とＯ−リング１１ｄとの間に突起部９２が周方向に亘って形成されている。そのため、Ｏ−リング１１ｄは、プラズマに直接曝されないように、プラズマ空間１０から隔離されている。従って、プラズマ空間１０中のプラズマが例えばＯ−リング１１ｄ側に拡散しようとしても、突起部９２の下方を経由して行くことになるので、Ｏ−リング１１ｄに到達する前にプラズマが失活することになる。

筐体９０の内部（筐体９０において下方側に窪んだ領域）には、当該筐体９０の内部形状に概略沿うように形成された厚み寸法ｋが例えば１ｍｍ程度の導電性の板状体である金属板からなる、接地されたファラデーシールド９５が収納されている。この例では、ファラデーシールド９５は、銅（Ｃｕ）板または銅板にニッケル（Ｎｉ）膜及び金（Ａｕ）膜を下側からメッキした板材により構成されている。即ち、ファラデーシールド９５は、筐体９０の底面に沿うように水平に形成された水平面９５ａと、水平面９５ａの外周端から周方向に亘って上方側に伸びる垂直面９５ｂと、を備えており、上方側から見た時に筐体９０の内縁に沿って概略扇状となるように構成されている。ファラデーシールド９５は、例えば金属板の圧延加工により、あるいは金属板における水平面９５ａの外側に対応する領域を上方側に折り曲げることにより形成されている。

また、回転テーブル２の回転中心からファラデーシールド９５を見た時の右側及び左側におけるファラデーシールド９５の上端縁は、夫々右側及び左側に水平に伸び出して支持部９６をなしている。そして、ファラデーシールド９５を筐体９０の内部に収納すると、ファラデーシールド９５の下面と筐体９０の上面とが互いに接触すると共に、支持部９６が筐体９０のフランジ部９０ａにより支持される。水平面９５ａ上には、ファラデーシールド９５の上方に載置されるプラズマ発生部８０との絶縁を取るために、厚み寸法が例えば２ｍｍ程度の例えば石英からなる絶縁板９４が積層されている。水平面９５ａには、多数のスリット９７が形成されているが、スリット９７の形状や配置レイアウトについては、プラズマ発生部８０の電極８３の形状と併せて後述する。なお、絶縁板９４については、後述の図８及び図９などでは描画を省略している。

プラズマ発生部８０は、ファラデーシールド９５の内部に収納されるように構成されている。従って図４及び図５に示すように、筐体９０、ファラデーシールド９５及び絶縁板９４を介して処理室１の内部（回転テーブル２上のウエハＷ）に対向するように配置されている。このプラズマ発生部８０は、電極８３を鉛直軸回りに巻回して構成されており、この例では２つのプラズマ発生部８０、８０が設けられている。各々のプラズマ発生部８１、８２は、電極８３が各々３重に巻回されている。これら２つのプラズマ発生部８０、８０のうち一方を第１のプラズマ発生部８１、他方を第２のプラズマ発生部８２と呼ぶと、第１のプラズマ発生部８１は、図４及び図５に示すように、平面的に見た時に筐体９０の内縁に沿うように概略扇状となっている。また、第１のプラズマ発生部８１は、第１のプラズマ発生部８１の下方にウエハＷが位置した時に、このウエハＷにおける中心部領域Ｃ側の端部と回転テーブル２の外縁側の端部との間に亘ってプラズマを照射（供給）できるように、中心部領域Ｃ側及び外周側の端部が各々筐体９０の内壁面に近接するように配置されている。なお、電極８３内部には冷却水の通流する流路が形成されているが、ここでは省略している。

このように、プラズマ発生部８０の電極８３を処理室１の外部に配置し、外部から電界、磁界を処理室１内に導入する構成とすれば、処理室１内に電極８３が配置されないので、処理室１内のメタルコンタミを防止することができ、高品質の成膜を行うことができる。しかしながら、筐体９０は高純度石英等の誘電体であるため、電極８３が処理室１内にある構成と比較して、プラズマ放電が発生し難くなる場合がある。本実施形態に係る成膜装置においては、かかる電極８３を処理室１外に設ける構成を採用しつつも、プラズマ放電を安定的に発生させることができる成膜装置及びその運転方法を提供するが、その詳細は後述する。

第２のプラズマ発生部８２は、回転テーブル２の半径方向外周側においてウエハＷにプラズマを供給できるように、回転テーブル２上のウエハＷの中心位置から２００ｍｍ程度外周側に離間した位置と、回転テーブル２の外縁から９０ｍｍ程度外周側に離間した位置と、の間に配置されている。即ち、回転テーブル２が回転すると、中心部側に比べて外周部側では周速度が速くなる。そのため、外周部側では内周部側よりもウエハＷに供給されるプラズマの量が少なくなる場合がある。そこで、回転テーブル２の半径方向においてウエハＷに供給されるプラズマの量を揃えるために、いわば第１のプラズマ発生部８１によってウエハＷに供給されるプラズマの量を補償するために、第２のプラズマ発生部８２を設けている。

第１のプラズマ発生部８１及び第２のプラズマ発生部８２における夫々の電極８３は、各々整合器８４を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５に個別に接続されており、第１のプラズマ発生部８１及び第２のプラズマ発生部８２に対して独立して高周波電力を調整できるように構成されている。なお、図３などにおいては整合器８４及び高周波電源８５について簡略化している。また、図１、図３及び図４において、各々のプラズマ発生部８１、８２と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極８６が示されている。

ここで、高周波電源８５は、電極８３に供給する高周波電力の出力（以下、単に「高周波出力」とも言う。）を可変とすることができる。高周波電源８５の出力は、例えば、処理室６００℃、１．８Ｔｏｒｒ通常の成膜におけるプラズマ処理では３３００Ｗに設定されている。本実施形態に係るプラズマ処理装置及びその運転方法においては、成膜装置の運転の間が長く空いて運転を再開する場合、例えば、前回の成膜処理の終了時から３０分を超えてプラズマ処理を行う場合には、成膜処理を行う前に、通常の成膜処理で電極８３に供給される高周波電力よりも小さい値の高周波電力を電極８３に供給する電荷蓄積工程を行う。電荷蓄積工程は、石英等の誘電体で形成された処理室１に電荷を蓄積し、処理室１内部でプラズマ放電が発生し易い状態を作り出す工程である。処理室１内でプラズマ処理が行われている最中や、プラズマ処理が行われた直後は、プラズマ発生部８０の上方の筐体９０に電荷が蓄積しており、電極８３に高周波電力が供給されれば、プラズマ放電が発生し易い状態である。しかしながら、長時間が経過すると、筐体９０から電荷が逃げてしまい、通常のプラズマ処理を行う際の高周波電力を電極８３に印加しても、放電が発生しない。そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置及びその運転方法においては、通常のプラズマ処理を行う高周波電力よりも低い値の高周波電力を電極８３に供給し、電極８３を経由して筐体９０に電荷を蓄積させ、プラズマ放電が発生し易い状態にしてから、本来的なプラズマ処理を行うようにする。

電荷蓄積工程において電極８３に供給する高周波電力は、プラズマ処理が３３００Ｗで行われるとすれば、７００Ｗ〜１５００Ｗ程度のプラズマ処理の半分以下程度の高周波電力で行われる。これにより、突発的な放電を防ぎつつ、筐体９０に電荷を徐々に蓄積させ、低い高周波電力でプラズマ処理が可能な条件を整えてゆくことができる。よって、高周波電源８５は、種々のパワーの高周波電力を出力可能な出力可変式の高周波電源８５として構成される。

次に、ファラデーシールド９５のスリット９７について詳述する。スリット９７は、各々のプラズマ発生部８１、８２において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウエハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウエハＷに到達させるためのものである。即ち、電界がウエハＷに到達すると、ウエハＷの内部に形成されている電気配線が電気的にダメージを受けてしまう場合がある。一方、ファラデーシールド９５は、接地された金属板により構成されているので、スリット９７を形成しないと、電界に加えて磁界も遮断してしまう。また、電極８３の下方に大きな開口部を形成すると、磁界だけでなく電界も通過してしまう。そこで、電界を遮断して磁界を通過させるために、以下のように寸法及び配置レイアウトを設定したスリット９７を形成している。

具体的には、スリット９７は、図８に示すように、第１のプラズマ発生部８１及び第２のプラズマ発生部８２の各々の電極８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように、周方向に亘って電極８３の下方位置に各々形成されている。従って、例えば回転テーブル２の半径方向に沿って電極８３が配置された領域においては、スリット９７は回転テーブル２の接線方向あるいは円周方向に沿うように直線状または円弧状に形成されている。また、回転テーブル２の外縁に沿うように円弧状に電極８３が配置された領域においては、スリット９７は回転テーブル２の回転中心から外縁に向かう方向に直線状に形成されている。そして、２つの領域間において電極８３が屈曲する部分では、スリット９７は当該屈曲する部分における電極８３の伸びる方向に対して直交するように、回転テーブル２の周方向及び半径方向に対して各々傾斜する向きに形成されている。従って、スリット９７は、電極８３の伸びる方向に沿って多数配列されている。

ここで、電極８３には、既述のように周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電源８５が接続されており、この周波数に対応する波長は２２ｍである。そのため、スリット９７は、この波長の１／１００００以下程度の幅寸法となるように、図９に示すように、幅寸法ｄ１が１〜５ｍｍこの例では２ｍｍ、スリット９７、９７間の離間寸法ｄ２が１〜５ｍｍこの例では２ｍｍとなるように形成されている。また、このスリット９７は、図８に示すように、電極８３の伸びる方向から見た時に、長さ寸法が例えば各々６０ｍｍとなるように、電極８３の右端よりも３０ｍｍ程度右側に離間した位置から、電極８３の左端よりも３０ｍｍ程度左側に離間した位置までに亘って形成されている。これらスリット９７の形成領域から外れた領域、即ち電極８３の巻回された領域の中央側には、回転テーブル２の回転中心側及び外周側においてファラデーシールド９５に開口部９８が形成されている。なお、図３ではスリット９７を省略している。また、図４及び図５などではスリット９７について簡略化しているが、スリット９７は、例えば１５０本程度形成されている。スリット９７は、開口部９８に近接する領域から当該開口部９８から離れた領域に向かうにつれて、幅寸法ｄ１が広がるように形成されているが、ここでは図示を省略している。

続いて、処理室１の各部の説明に戻る。回転テーブル２の外周側において当該回転テーブル２よりも僅かに下位置には、図２、図５及び図１０に示すように、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。サイドリング１００は、例えば装置のクリーニング時において、各処理ガスに代えてフッ素系のクリーニングガスを通流させた時に、クリーニングガスから処理室１の内壁を保護するためのものである。即ち、サイドリング１００を設けないと、回転テーブル２の外周部と処理室１の内壁との間には、横方向に気流（排気流）が形成される凹部状の気流通路が周方向に亘ってリング状に形成されている。そのため、このサイドリング１００は、気流通路に処理室１の内壁面ができるだけ露出しないように、気流通路に設けられている。この例では、各分離領域Ｄ及び筐体９０における外縁側の領域は、このサイドリング１００の上方側に露出している。

サイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように２箇所に排気口６１、６２が形成されている。言い換えると、気流通路の下方側に２つの排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００に、排気口６１、６２が形成されている。これら２つの排気口６１、６２のうち一方及び他方を夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２と呼ぶと、第１の排気口６１は、第１の処理ガスノズル３１と、第１の処理ガスノズル３１よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。第２の排気口６２は、プラズマガス供給ノズル３４と、プラズマガス供給ノズル３４よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。第１の排気口６１は、第１の処理ガス及び分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口６２は、第２の処理ガス及び分離ガスに加えて、プラズマ発生用ガスを排気するためのものである。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように、各々バタフライバルブなどの圧力調整部６５の介設された排気管６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

ここで、上述のように、中心部領域Ｃ側から外縁側に亘って筐体９０を設けているので、筐体９０よりも回転テーブル２の回転方向上流側に吐出された各ガスは、筐体９０によって第２の排気口６２に向かおうとするガス流がいわば規制されてしまう。そこで、筐体９０の外側における既述のサイドリング１００の上面に、第２の処理ガス及び分離ガスが流れるための溝状のガス流路１０１を形成している。具体的には、このガス流路１０１は、図３に示すように、筐体９０における回転テーブル２の回転方向上流側の端部よりも例えば６０ｍｍ程度第２の処理ガスノズル３２側に寄った位置から、第２の排気口６２までの間に亘って、深さ寸法が例えば３０ｍｍとなるように円弧状に形成されている。従って、このガス流路１０１は、筐体９０の外縁に沿うように、また上方側から見た時に筐体９０の外縁部に跨がるように形成されている。このサイドリング１００は、図示を省略しているが、フッ素系ガスに対する耐腐食性を持たせるために、表面が例えばアルミナなどによりコーティングされているか、あるいは石英カバーなどにより覆われている。

天板１１の下面における中央部には、図２に示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりも回転テーブル２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて第１の処理ガスと第２の処理ガスとが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されている。即ち、図１から分かるように、筐体９０を中心部領域Ｃ側に寄った位置まで形成しているので、回転テーブル２の中央部を支持するコア部２１は、回転テーブル２の上方側の部位が筐体９０を避けるように回転中心側に寄った位置に形成されている。従って、中心部領域Ｃ側では、外縁部側よりも例えば処理ガス同士が混ざりやすい状態となっている。そこで、ラビリンス構造部１１０を形成することにより、ガスの流路を稼いで処理ガス同士が混ざり合うことを防止している。

回転テーブル２と処理室１の底面部１４との間の空間には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを例えば３００℃に加熱するようになっている。図１中、ヒータユニット７の側方側に設けられたカバー部材７１ａ、ヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材７ａが示されている。また、処理室１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が周方向に亘って複数箇所に設けられている。

処理室１の側壁には、図２及び図３に示すように図示しない外部の搬送アームと回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５はゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。また、回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に臨む位置にて搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位には、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。

また、図１に示すように、成膜装置には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１２０が設けられている。制御部１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）１２１、メモリ１２２、タイマ１２３を備える。制御部１２０のメモリ１２２内には後述の成膜処理及び改質処理を行うためのプログラムが格納されており、ＣＰＵ１２１がプログラムを読み込んでプログラムを実行する。このプログラムは、後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部１２１から制御部１２０内のメモリ１２２にインストールされる。

制御部１２０は、プロセスレシピに従い、プラズマ処理を含めた成膜処理全体の制御を行うとともに、上述の電荷蓄積工程の制御、つまり電荷蓄積制御も行う。電荷蓄積工程における電荷蓄積制御は、最後に実施したプラズマ処理から所定の時間間隔を超える時間間隔が経過したときに、通常のプラズマ処理を含めた成膜処理の前に、筐体９０等に電荷を蓄積してプラズマ放電が発生し易い状態を作るための制御である。よって、制御部１２０は、前回のプラズマ処理からの経過時間を計測すべく、時間計測手段としてタイマ１２３を備えてよい。なお、時間計測手段は、タイマ１２３として制御部１２０内に内蔵されてもよいし、制御部１２０の外部に設けられ、制御部１２０が外部の時間計測手段を参照するような構成であってもよい。図１においては、制御部１２０内に時間計測手段としてタイマ１２３が内蔵された構成が示されている。また、時間計測手段は、時間を計測することができれば、タイマ１２３以外の手段であってもよい。

また、電荷蓄積制御の具体的な制御・処理内容は、プロセスレシピと同様に、コンデショショニングレシピのような状態で与えられてもよい。プロセスレシピ、コンディショニングレシピは、例えば、記憶部１２１から制御部１２０内のメモリ１２２にインストールされ、ＣＰＵ１２１により実行されてもよい。

成膜装置の起動は、操作スイッチ１３０により行われる。運転者により操作スイッチ１３０がオンとされたときには、制御部１２０に運転開始の指令信号が入力され、制御部１２０が成膜装置１の個々の要素を制御するが、本実施形態に係る成膜装置においては、該当する場合には、上述の電荷蓄積制御を行う。具体的には、操作スイッチ１３０が操作され、成膜装置の起動指令があったときには、制御部１２０は、時間計測手段１２２を参照し、最後の成膜処理（プラズマ処理）から所定の時間間隔が経過したか否かを判定する。例えば、所定の時間間隔は、２０分〜５時間の範囲の適切な値に設定されてもよく、例えば、３０分に設定されてもよい。最後の成膜処理から所定の時間間隔が経過していると制御部１２０が判定したときには、制御部１２０は、電荷蓄積制御を実行し、成膜装置に電荷蓄積工程を行わせる。具体的には、成膜時に用いる処理ガスを導入すること無く、高周波電源８５から電極８３に、成膜時よりも低い所定の高周波電力を供給させる制御を行う。

また、図１においては、異常警報手段１５０が示されている。異常警報手段１５０は、成膜プロセス中に成膜装置又はプロセス自体に異常が発生したときに、運転者に異常を知らせるべく異常アラームを発する手段である。図１においては、異常警報手段１５０の具体例として、スピーカ１５１と警報灯１５２が示されている。即ち、異常が発生したときには、スピーカ１５１により音声で異常アラームを発するとともに、警報灯１５２で視覚的に異常アラームを発する構成となっている。異常アラームは、制御部１２０が異常を検出したときに、制御部１２０の指令で作動するように構成される。

本実施形態に係る成膜装置においては、異常アラームは、成膜処理工程の異常だけでなく、電荷蓄積工程の際にも発せられてよい。電荷蓄積工程では、単に筐体９０等に電荷を蓄積させるだけでなく、より成膜工程でのプラズマ放電を確実にするために、プラズマ放電が発生するまで電荷蓄積工程を行うことが好ましい。電荷蓄積工程では、コンマ数秒〜数秒という秒単位で高周波電源８５から電極８３に高周波電力が間欠的に供給される。つまり、秒単位の所定期間高周波電力が電極８３に供給され、やはり秒単位の所定期間の時間間隔を空けて高周波電力を電極８２に供給する、という動作を複数回繰り返すことにより行う。その際、必要に応じて、徐々に供給する高周波電力の出力を増加させるという制御を行う。例えば、最初に７００Ｗの高周波電力を電極８３に供給し、次いで８００Ｗの高周波電力を電極８３に供給し、更に次に９００Ｗの高周波電力を電極８３に供給する、というような、段階的に供給する高周波電力の出力を増加させ、プラズマ放電を発生させるような制御を行う。高周波電力の供給は、プラズマ放電が発生するまで行われるが、その際、最大の高周波電力の出力を予め定めておき、所定の電荷蓄積用の最大高周波電力に到達した後は、最大高周波電力を間欠的に電極８３に供給する。最大高周波電力を間欠的に電極８３に供給する回数は、予め定めた所定回数に設定しておき、最大高周波電力を所定回数電極８３に供給してもプラズマが発生しない場合には、何らかの異常があると判断し、制御部１２０は、異常警報手段１５０に異常アラームを発報させる制御を行う。

このように、異常警報手段１５０は、成膜処理時だけでなく、電荷蓄積制御を行っているときにも用いることができる。

また、本実施形態に係る成膜装置は、放電検出器１４０を有する。放電検出器１４０は、プラズマ放電の発生を検出するためのセンサであり、例えば、筐体９０の上方に設けられる。放電検出器１４０は、例えば、所定輝度以上の明るさを検出するセンサが用いられてもよい。プラズマ放電が発生すると、プラズマ空間１０が明るくなるので、明るさを検出する放電検出器１４０を筐体９０の上方に配置すれば、筐体９０は透明であるので、筐体９０のプラズマ窓を通して明るさが所定輝度以上であることを検出でき、これによりプラズマ放電の発生を検出することができる。

なお、放電検出器１４０の検出信号は制御部１２０に送信され、制御部１２０が行う電荷蓄積制御に利用される。

次に、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の運転方法について説明する。プラズマ処理装置としては、上述の成膜装置を例に挙げて説明する。また、既に説明した構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図１１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の運転方法の処理フローの一例を示した図である。

ステップＳ１００では、操作スイッチ１３０（図１参照）がオンされたことを制御部１２０が検出する。操作スイッチ１３０は、運転者により操作されてもよいし、自動でオンとされてもよい。操作スイッチ１３０がオンされたら、操作スイッチオン信号が制御部１２０に送信され、制御部１２０は操作スイッチ１３０がオンとなったことを検出する。

ステップＳ１１０では、前回のプラズマ処理装置（成膜装置）の運転終了から、操作スイッチ１３０のオンが検出された時の時間間隔が、所定の時間間隔を超えたか否かを制御部１２０が判定する。前回のプラズマ処理装置の運転終了時刻は、タイマ１２３により計測され、メモリ１２２に記憶されていてもよい。そして、操作スイッチ１３０のオンを検出したら、メモリ１２２に記憶された前回運転終了時刻と、操作スイッチオン時刻との時間間隔をＣＰＵ１２１が算出し、算出した時間間隔が予め設定された所定の時間間隔を超えたか否かを判断してもよい。

所定の時間間隔は、プラズマ処理装置が、通常のプラズマ処理の運転条件で運転を開始したときにプラズマ放電がし難くなる時間間隔に基づいて定められてよい。例えば、前回の運転終了時から３０分経過するとプラズマが発生し難くなる場合には、所定の時間間隔を３０分に設定してもよい。このように、所定の時間間隔は、プラズマ処理装置や処理内容に応じて個別に適切な時間間隔が定められてよい。例えば、ＡＬＤ法を用いた上述の成膜装置で６００℃、１．８Ｔｏｒｒの高温高圧条件下でＳｉＯ_２を成膜する場合には、３０分以上の時間間隔が存在するとプラズマが発生し難くなるので、このような場合には、所定の時間間隔を３０分に設定してもよい。また、２時間間隔を空けたらプラズマ放電が発生し難くなるプラズマ処理装置、プラズマ処理プロセスであれば、２時間を所定の時間間隔に設定してもよい。このように、所定の時間間隔は用途に応じて種々設定できるが、例えば、３０分〜５時間の範囲で設定してもよい。

ステップＳ１１０において、操作スイッチ１３０のオン時が所定の時間間隔を超えていると制御部１２０が判定したときには、ステップＳ１２０に進む。一方、所定の時間間隔を超えていないと判定したときには、ステップＳ１５０に進み、電荷蓄積制御を行うことなくプラズマ処理（成膜処理）に移行する。時間間隔が大きくないので、そのまま通常運転を行えば、問題無くプラズマが発生すると考えられるからである。

ステップＳ１２０では、制御部１２０からの指令により、高周波電源８５から所定の電荷蓄積用高周波電力が電極８３に供給される。所定の電荷蓄積用高周波電力は、本来のプラズマ処理で供給される高周波電力よりも低い高周波電力を有する。例えば、処理室１内の温度が６００℃、圧力が１．８Ｔｏｒｒであり、処理ガスとしてＳｉガス、Ｏ_３ガス、プラズマガスとしてＡｒ、ＮＨ_３を用いるＳｉＯ_２成膜プロセスであって、３３００Ｗの高周波を電極８３に印加するプラズマ処理プロセスでは、７００Ｗ、８００Ｗといったレベルのそのままではプラズマがまず発生しないであろうレベルから電荷蓄積用高周波電力の供給を開始する。

なお、所定の電荷蓄積用高周波電力は、０コンマ数秒〜数秒程度の時間を１回として、間欠的に複数回供給することが好ましい。長時間印加すると、整合器８４の整合機能に異常が発生する場合があるので、長くても数秒以下程度の時間を１回として電荷蓄積用高周波電力を電極８３に供給するようにする。

なお、図１１の処理フローにおいては、ステップＳ１２０では、１回だけ電荷蓄積用高周波電力を供給する。つまり、電荷蓄積用高周波電力を複数回間欠的に電極８３に供給する場合には、処理フロー的には、Ｓ１２０〜Ｓ１４０の間を、供給の回数だけ循環することになる。しかしながら、内容的には、本ステップで電荷蓄積用高周波電力の供給方法を説明した方が、理解が容易であるので、電荷蓄積用高周波電力を複数回供給する場合についても、ここで説明する。

電荷蓄積用高周波電力を複数回間欠的に供給する場合、低い出力から供給を開始し、徐々に出力を上げていくことが好ましい。例えば、７００Ｗからスタートしたら、次の供給時は８００Ｗ、更に次の供給時は９００Ｗ、その更に次は１０００Ｗの供給、そして次は１５００Ｗの供給、というように、徐々に高周波電力を増加させてゆくことが好ましい。連続的にプラズマ処理装置が運転され、プラズマ放電が継続的に発生している場合には、誘電体である筐体９０の内壁には電荷が蓄積し、放電が発生し易い状態となっている。しかしながら、運転終了から一定時間が経過すると、それらの電荷は筐体９０付近から移動して逃げてしまい、電荷が消滅した状態となっている。特に、６００℃程度の高温のプロセスを行った場合には、高温の処理室１内と常温の処理室１外との温度差が大きいが、電荷は高温の場所から低温の場所に移動し易いため、筐体９０の内壁から処理室１外部への電荷の移動が顕著であり、内面に残留する電荷も少ない。よって、電荷蓄積工程では、電荷が状滅した状態を元に戻す必要があるが、高周波電力を供給できる箇所は電極８３だけであるので、電極８３を経由して、徐々に筐体９０を含む処理室８３の内面に電荷を蓄積させるやり方が好ましい。電荷蓄積工程では、完全に処理室１内がプラズマを発生できる状態に戻ったことを確認するため、電荷蓄積工程で用いる低出力の高周波電力を用いて、プラズマ放電を発生させることが好ましい。そのようなプラズマ放電を発生させるためには、処理室１の内面に十分に電荷を蓄積する必要があるが、まずは電極８３に電荷を蓄積させ、次いでその先の筐体９０、というように、確実かつ速やかに電荷を蓄積させてゆくことが好ましい。よって、本実施形態に係るプラズマ処理装置の運転方法では、最初は放電がまず発生しない程度の出力の高周波電力を供給し、徐々に高周波電力を増加させて低出力のプラズマ放電の発生まで確実かつ速やかに持っていくようにする。

ステップＳ１３０では、プラズマ放電が未発生か否かが判定される。プラズマ放電が発生したときには、放電検出器１４０で放電を検出し、放電検出器１４０から制御部１２０に放電検出信号が送信され、制御部１２０が、プラズマ放電が発生したとの判定を行う。一方、放電検出器１４０で放電が検出されず、制御部１２０が放電検出信号を受信しない限り、制御部１２０はプラズマ放電が未発生との判定を行う。

ステップＳ１３０において、制御部１２０が、プラズマ放電が発生したと判定したときには、処理室１内をプラズマ生成可能な状態にするという電荷蓄積工程の目的は達成されたので、ステップＳ１５０に進み、目的とする成膜等のプラズマ処理を行う。一方、制御部１２０が、プラズマ放電は未発生であると判定したときには、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０では、電荷蓄積工程において、最大限の高周波電力に設定されている電荷蓄積用最大高周波電力を、最大限の供給回数として設定した所定回数電極８３に供給したか否かを制御部１２０が判定する。電荷蓄積用最大高周波電力は、電荷蓄積工程で用いる高周波電力の最大出力であり、基本的には、電荷蓄積用最大高周波電力を間欠的に所定回数供給するまでには、処理室１内でプラズマ放電が発生するような設定とされている。よって、所定回数電極８３に供給してもプラズマ放電が発生しない場合には、何らかの異常がプラズマ処理装置に発生していると考えられる。

よって、ステップＳ１４０で、電荷蓄積用最大高周波電力を最大限の所定回数電極８３に供給しても、プラズマ放電が発生しなかったときには、ステップＳ１６０に進み、異常アラームを発報し、処理フローを終了する。また、異常アラームの発報については、制御部１２０が、異常報知手段１５０に動作指令を送信し、スピーカ１５１、警報灯１５２等が異常アラームを発するようにしてよい。

一方、高周波電源８５が、電荷蓄積用最大高周波電力を出力していない、又は電荷蓄積用最大高周波電力を出力していても、未だ最大回数に達していないと制御部１２０が判定したときには、ステップＳ１２０に戻り、所定の時間間隔を空けて次の電荷蓄積用高周波電力を電極８３に供給する。

ステップＳ１２０〜Ｓ１４０は、ステップＳ１３０においてプラズマ放電が発生した、又はステップＳ１４０において電荷蓄積用最大高周波電力を最大回数供給したと判定されるまで、循環して繰り返されることになる。また、ステップＳ１２０においては、電荷蓄積用高周波電力の出力を徐々に上げていく、又は電荷蓄積用最大高周波電力を継続的に供給する、等の高周波電力の設定が、必要に応じて循環の度に行われる。

このように、電荷蓄積工程においては、プラズマ放電が発生したら、本来のプラズマ処理工程に入る準備が整ったと判断して電荷蓄積工程を終了する一方で、電荷蓄積工程を最大限行っても、プラズマ放電が発生しなかったら、異常ありと判断してプラズマ処理装置の点検を行うことにより、電荷蓄積工程を終了させる。かかる電荷蓄積工程を実施することにより、目的とするプラズマ処理工程で確実にプラズマ放電を発生させることができ、プラズマ放電が発生しないことによる不良品の発生を確実に防止することができる。

図１２は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の運転方法の処理フローの一例を示した図である。第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の運転方法では、図１１に示した第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の運転方法の処理フローに、ステップＳ１１５を追加した点のみが異なっている。

ステップＳ１００、Ｓ１１０の内容は、図１１における説明と同様であるので、その説明を省略する。

ステップＳ１１０において、プラズマ処理装置の停止時間が、所定の時間間隔を超えていると制御部１２０が判定したときには、ステップＳ１１５に進む。

ステップＳ１１５では、制御部１２０が、本来のプラズマ処理工程よりもプラズマ放電が発生し易い条件に処理条件を変更する。具体的には、プラズマ放電は、高圧下よりも、低圧下の方が発生し易い。つまり、成膜工程においては、膜の密着性を良くするために処理室１内を高圧下にする必要があるが、成膜を行わずにプラズマ放電のみを発生させる場合には、処理室１内を成膜工程よりも低圧にした方が、プラズマが発生し易い。よって、例えば、処理室１内の圧力を１．８Ｔｏｒｒに設定して成膜工程を行う場合には、圧力を低下させて１．０Ｔｏｒｒに設定して電荷蓄積工程を行うようにする。これにより、電荷蓄積工程において、より短時間でプラズマ放電を発生させることができ、電荷蓄積工程を速やかに終了して本来の目的とするプラズマ処理工程（成膜工程）に入ることができる。なお、処理室１内の圧力の変更は、制御部１２０が圧力調整部６５を制御し、電荷蓄積工程用の所定の圧力に処理室１内を調整してよい。

また、プラズマ放電が発生し易いように、プラズマ処理工程と混合比率が異なるプラズマガスを用いたり、プラズマ処理工程と異なるプラズマガスを用いたりするようにしてもよい。例えば、プラズマ処理工程（成膜工程）で、ＡｒとＯ_３の混合ガスをプラズマガスとして用いる場合に、電荷蓄積工程においては、ＡｒとＮＨ_３の混合ガスをプラズマガスとして用い、ガスの種類を変更するようにしてもよい。なお、プラズマガスの変更は、例えば、制御部１２０から、そのようなガス種類の変更をするような指令を、プラズマガス供給ラインに設置された流量制御バルブに送ったり、プラズマガス供給源を切り替える切り替えバルブに送ったりして行ってもよい。

このように、本ステップにおいては、プラズマ処理工程よりもプラズマ放電が発生し易い条件に種々の設定を変更し、プラズマ発生までの時間を短縮することができる。なお、上記の例では、処理室１内の圧力と、プラズマガスを変更する例を挙げて説明したが、プラズマが発生し易くなる種々の他の項目についても、本ステップで条件を変更することができる。

ステップＳ１１５で条件を変更した後は、ステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、高周波電源８５から、電荷蓄積用高周波が電極８３に印加されるが、ステップＳ１２０以降のステップＳ１２０〜Ｓ１６０は、図１１の内容と同様である。よって、同一のステップ番号を付してその説明を省略する。

実施形態２に係るプラズマ処理装置の運転方法によれば、電荷蓄積工程において、より短期間でプラズマ放電を発生させ、より早くプラズマ処理工程に移行することができる。

なお、第１及び第２の実施形態において、電荷蓄積工程においてプラズマ放電を発生させるまで電荷蓄積用高周波を電極８３に印加する例を挙げて説明したが、プラズマ放電を発生させない場合であっても、処理室１の内面に電荷を蓄積させ、プラズマ処理工程においてプラズマ放電を発生させ易くする一定の効果は得られるので、プラズマ放電の発生は必ずしも必須ではない。

［実験結果］
次に、プラズマ処理装置において、プラズマが発生し難くなった状態が、どのように引き起こされるかを調べるために行った実験結果について説明する。

図１３は、実験を行ったときの条件を示した表である。図１３に示すように、主な条件は、処理室１内の温度は６００℃、圧力は１．８Ｔｏｒｒ、回転速度は１０ｒｐｍ、プラズマガスの種類と流量は、Ａｒガスが１５０００ｓｃｃｍ、ＮＨ_３ガスが１００ｓｃｃｍである。また、高周波電源８５は可変であり、電極８３を冷却する冷却水の電気伝導性は１．５ｍＳ／ｍである。また、放電を評価するオシロスコープは０．００４ｓｅｃのサンプリング周期であり、分離領域等のパージ領域には、Ｎ_２ガスが供給されている。

図１４は、処理室１内を４００℃とした場合と６００℃とした場合のプラズマ放電を比較した図である。図１４（Ａ）は、処理室１内を４００℃とした場合のプラズマ放電を示した図であり、図１４（Ｂ）は、処理室１内を６００℃とした場合のプラズマ放電を示した図である。

図１４（Ａ）、（Ｂ）において、横軸は時間Ｔ［秒］、縦軸は、電極８３の両端に掛かる電圧のPeak to Peak値（最大から最小までの振幅値）Ｖｐｐ［Ｖ］である。図１４（Ａ）、（Ｂ）のいずれにおいても、波形のピークがプラズマ放電発生のタイミングを示しており、双方とも、０．０５秒内に、６，０００Ｖ以下の高周波電圧の印加でプラズマ放電が発生している。図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）の特性は、大きな相違点が無く、４００℃であっても、６００℃であっても、プラズマ放電の発生には大きな差が無いことが示されている。

図１５は、前回のプラズマ処理から１２時間経過してからプラズマ放電を発生させたときのＶｐｐの電圧値を示した図である。図１５（Ａ）は、処理室１内を６００℃としたときの１回目のプラズマ放電のＶｐｐ値の時間変化、図１５（Ｂ）は、処理室１内を６００℃とし、１０回プラズマ放電を発生させたときの各Ｖｐｐ値を示した図である。また、図１５（Ｃ）は、処理室１内を４００℃としたときの１回目のプラズマ放電のＶｐｐ値の時間変化、図１５（Ｄ）は、処理室１内を４００℃とし、１０回プラズマ放電を発生させたときの各Ｖｐｐ値を示した図である。

図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、１２時間の時間間隔を空けて６００℃の処理室１内でプラズマ放電を発生させた場合には、１００００Ｖを超える高周波電圧が印加されてようやくプラズマ放電が発生する。

また、図１５（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、１２時間の時間間隔を空けて４００℃の処理室１内でプラズマ放電を発生させた場合には、８０００Ｖを超える高周波電圧が印加されてプラズマ放電が発生する。

図１４に示したように、時間間隔を空けずにプラズマ放電を発生させた場合には、６０００Ｖ未満でプラズマ放電が発生していたが、１２時間もの間隔を空けると、８０００Ｖを超える高周波電圧を印加しないとプラズマ放電が発生しなくなる。更に、より高温の６００℃の処理室１では、１００００Ｖを超える高周波電圧を印加しないとプラズマ放電が発生しない。このように、前回のプラズマ放電発生から大きな時間間隔を空けると、プラズマ放電を発生させるためにより高い高周波電圧を印加しなければならず、また、その高周波電圧の上昇割合は、より高温の処理室１が高くなることが示された。

図１６は、プラズマ放電を発生させる際に印加する高周波電圧が、時間間隔の大きさによりどのように変化するかを示した図である。図１６（Ａ）は、プラズマ放電を発生させた際のＶｐｐの時間変化を示した図であり、図１６（Ｂ）は、時間間隔の大きさとＶｐｐのピーク値の大きさとの関係を示した図である。

図１６（Ｂ）に示されるように、経過時間が３０分を超えると、Ｖｐｐのピーク値は６０００Ｖを超えてしまい、１時間以上では、１００００Ｖ以上となってしまう。よって、経過時間が３０分を超えたときには、電荷蓄積工程を実施することが好ましいことが分かる。

なお、図１６（Ａ）においても、図１６（Ｂ）と合致する結果が得られており、経過時間が３０分を超えるとＶｐｐのピーク値が６０００Ｖを超え、特に、経過時間が１時間を超えたときには、Ｖｐｐのピーク値が１００００Ｖを超えてしまうことが示されている。かかる結果から、前回のプラズマ処理工程の実施から３０分を経過してからプロセスを再開する場合には、本発明の実施形態に係る電荷蓄積工程を実施することが好ましく、１時間を超えた場合には、必ず電荷蓄積工程を実施するような設定とすることが好ましいことが分かる。

［実施例］
次いで、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置及びその運転方法を実施した実施例について説明する。

図１７は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置及びその運転方法による電荷蓄積工程を実施した際の電荷蓄積用高周波電力の供給パターンを示した図である。本実施例においては、プラズマ処理を実施する際に、３３００Ｗの高周波電力を１０秒間電極８３への供給する場合において、電荷蓄積工程における第１回目の電荷蓄積用高周波電力は７００Ｗの出力で１．５秒の電極８３への供給、第２回目の電荷蓄積用高周波電力は８００Ｗの出力で１．５秒の供給、第３回目の電荷蓄積用高周波電力は９００Ｗの出力で１．５秒の供給、第４回目の電荷蓄積用高周波電力は１０００Ｗの出力で１．５秒の供給、その後は１５００Ｗを電荷蓄積用最大高周波出力電力とし、これを１０回まで供給するのを最大限の許容供給回数とした。なお、図１７においては、電荷蓄積用最大高周波電力の供給は１回しか示されていないが、１５００Ｗの高周波電力を１回供給してもプラズマ放電が発生せず、この供給を複数回繰り返す場合には、１５００Ｗの出力で１．５秒の供給が繰り返されることになる。

なお、高周波電力を供給する間隔は、整合器８４の性能に応じて、０コンマ数秒〜数秒の間隔で適宜設定することができる。また、処理室１内の圧力、温度といった条件は、図１３に示した条件と同様である。

図１８は、前回のプラズマ処理終了からの経過時間を１時間としたときの第１の実施例の結果を示した図である。第１の実施例では、電荷蓄積工程において、７００Ｗの出力の高周波を印加した際には、緩やかなプラズマ放電しか発生しなかったが、次の８００Ｗの出力の高周波電力を供給した際には、プラズマ放電が発生した。以後の９００Ｗ、１０００Ｗ、１５００Ｗでは当然にプラズマ放電が発生し、本来のプラズマ処理工程に移り、３３００Ｗの高周波電力を電極８３に供給した場合も、正常にプラズマ放電が発生した。

図１９は、前回のプラズマ処理終了からの経過時間を３時間としたときの第２の実施例の結果を示した図である。第２の実施例では、電荷蓄積工程において、第１回目の７００Ｗ及び第２回目の８００Ｗの出力の高周波電力を供給した際には、緩やかなプラズマ放電しか発生しなかったが、次の９００Ｗの出力の高周波電力を供給した際には、プラズマ放電が発生した。以後の１０００Ｗ、１５００Ｗでは当然にプラズマ放電が発生し、本来のプラズマ処理工程に移り、３３００Ｗの高周波電力を電極８３に供給した場合も、正常にプラズマ放電が発生した。

図２０は、前回のプラズマ処理終了からの経過時間を１６時間としたときの第３の実施例の結果を示した図である。第３の実施例では、電荷蓄積工程において、第１回目〜第３回目の７００Ｗ〜９００Ｗの出力の高周波電力を供給した際には、プラズマ放電が発生せず、第４回目の１，０００Ｗの出力の電力供給で緩やかなプラズマ放電が発生し、次の１５００Ｗの出力の高周波電力を供給した際には、プラズマ放電が発生した。次いで、本来のプラズマ処理工程に移り、３３００Ｗの高周波電力を電極８３に供給した場合も、正常にプラズマ放電が発生した。

このように、第１〜第３のいずれの実施例においても、電荷蓄積工程でプラズマ放電を発生させ、本来のプラズマ処理工程に移行した際にも、適切にプラズマ放電を発生させることができた。

本発明の実施形態及び実施例に係るプラズマ処理装置及びその運転方法では、プラズマ処理装置を成膜装置として構成し、その運転方法について主に説明を行ったが、プラズマ処理を行う装置であれば、エッチング装置等、他のプラズマ処理装置にも好適に本発明を適用することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１ 処理室
１０ プラズマ空間
３４ プラズマガス供給ノズル
８０、８１、８２ プラズマ発生部
８３ 電極
９０ 筐体
９５ ファラデーシールド
９７ スリット
１２０ 制御部
１３０ 操作スイッチ
１４０ 放電検出器
１５０ 異常報知手段

Claims (18)

1. 所定の出力を有する第１の高周波電力を電極に供給してプラズマを発生させ、被処理体にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置の運転方法であって、
   前記プラズマ処理装置の前回の運転終了からの時間間隔が所定間隔を超えたときに、前記所定の出力よりも小さい出力を有する第２の高周波電力を前記電極に間欠的に複数回供給する電荷蓄積工程を行ってから前記プラズマ処理を行うプラズマ処理装置の運転方法。
2. 前記電荷蓄積工程は、プラズマが発生したら終了する請求項１に記載のプラズマ処理装置の運転方法。
3. 前記電荷蓄積工程は、直前に前記電極に供給した前記第２の高周波電力の出力よりも大きい出力を有する前記第２の高周波電力を前記電極に供給するシーケンスを含む請求項２に記載のプラズマ処理装置の運転方法。
4. 前記シーケンスは、第１回目の高周波電力から、前記第２の高周波電力の出力が所定の蓄積用最大高周波電力に到達するまで行われる請求項３に記載のプラズマ処理装置の運転方法。
5. 前記第２の高周波電力が前記所定の蓄積用最大高周波電力に到達した後は、前記所定の蓄積用最大高周波電力が前記電極に所定回数を最大限度として供給される請求項４に記載のプラズマ処理装置の運転方法。
6. 前記所定の蓄積用最大高周波電力が前記電極に前記所定回数供給されてもプラズマが発生しなかったときには、異常アラームを出力する請求項５に記載のプラズマ処理装置の運転方法。
7. 前記所定の蓄積用最大高周波電力は、前記第１の高周波電力の前記所定の出力の半分以下である請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置の運転方法。
8. 前記所定間隔は、３０分〜２時間の範囲内である請求項１乃至７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置の運転方法。
9. 前記電荷蓄積工程を、前記プラズマ処理よりもプラズマが発生し易い条件に設定して行う請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置の運転方法。
10. 前記プラズマが発生し易い条件は、前記プラズマ処理を行う圧力よりも低圧である請求項９に記載のプラズマ処理装置の運転方法。
11. 前記プラズマが発生し易い条件は、前記プラズマ処理に用いるプラズマガスよりもプラズマが発生し易いプラズマガスを用いる請求項９又は１０に記載のプラズマ処理装置の運転方法。
12. 被処理体をプラズマ処理するための処理室と、
    該処理室内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給手段と、
    前記プラズマガスからプラズマを生成するために前記処理室内に導入する電界及び／又は磁界を発生させるための電極と、
    該電極に高周波電力を可変で供給可能である高周波電源と、
    前記処理室内での前回の前記プラズマ処理の終了時からの経過時間を計測する時間計測手段と、
    前記プラズマ処理を開始させるための操作スイッチと、
    該操作スイッチが操作され、前記プラズマ処理を開始するときに、前記時間計測手段により計測された前記経過時間が所定の時間間隔より短いときには、前記高周波電源の前記高周波電力を所定の処理用高周波電力に設定して前記プラズマ処理を直ちに行い、前記経過時間が前記所定の時間間隔より長いときには、前記高周波電源の前記高周波電力を前記所定の処理用高周波電力よりも小さい電荷蓄積用高周波電力を間欠的に複数回前記電極に供給する電荷蓄積制御を行った後に前記プラズマ処理を行う制御手段と、を有するプラズマ処理装置。
13. 前記制御手段は、前記電荷蓄積用高周波電力を前記電極に供給してプラズマが発生したときには、前記電荷蓄積制御を終了させる制御を行う請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記制御手段は、直前に前記電極に供給した前記電荷蓄積用高周波電力よりも大きい前記電荷蓄積用高周波電力を前記電極に供給するシーケンスを実行する請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記制御手段は、前記シーケンスを、第１回目の前記電荷蓄積用高周波電力から、前記電荷蓄積用高周波電力が所定の電荷蓄積用最大高周波電力に到達するまで行う請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記制御手段は、前記電荷蓄積制御を、前記プラズマ処理よりもプラズマが発生し易い条件に設定して行う請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記処理室内の圧力を変化させる圧力可変手段を更に備え、
    前記制御手段は、前記圧力可変手段による設定圧力を、前記プラズマ処理を行う圧力よりも低い圧力に制御する請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記制御手段は、前記プラズマガス供給手段から、前記プラズマ処理に用いるプラズマガスよりもプラズマが発生し易いプラズマガスを前記処理室に供給させる請求項１６又は１７に記載のプラズマ処理装置。

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