JP7267843B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置の内部空間に晒される位置に配された電極表面や基板マスク表面に対して、的確なクリーニング処理を行うことが可能な、プラズマ処理装置に関する。

Ｓｉやガラス、セラミックスなどの基板表面に各種の被膜をＣＶＤ法などにより形成するプラズマ処理装置では、成膜室内に成膜ガスを導入しプラズマを発生させて基板に被膜を形成する成膜工程が繰り返し行われる。このような成膜工程においては、成膜対象である基板のみならず、非成膜対象である基板以外の部分（たとえば、基板を載置する基板支持部や成膜室の内壁など）にも着膜し、成膜工程を繰り返す回数に比例して膜厚が徐々に増えてしまう。

成膜対象である基板は、成膜工程（１バッチ）ごとに交換されるので、特定の基板上には所望の被膜が所定の膜厚だけ形成される。これに対して、非成膜対象である基板以外の部分は、成膜工程ごとに交換されない。ゆえに、たとえば１００回の成膜工程が繰り返し行われた場合は、非成膜対象である基板以外の部分には、成膜工程１回分の１００倍の着膜が生じ、１００回分の膜厚が重なった状態となる。このため、非成膜対象である基板以外の部分においては、被膜の内部応力が高まり、被膜の密着性が低下するなどの不具合が生じやすく、ひいては非成膜対象以外の部分から膜ハガレが起こり、成膜室内の雰囲気が汚染される。

このような事情から、従来のプラズマ処理装置においては、所定回数の成膜工程を実行した後、非成膜対象である基板以外の部分に対して定期的にクリーニング処理が行われ、上述した成膜室内の雰囲気が汚染される現象の発生を抑制する手法が採用されている。このクリーニング処理は、通常、フッ素（Ｆ）ガスを成膜室の内部空間に導入し、成膜室の内部でプラズマを発生することで活性化されたＦ（Ｆラジカル）を発生させて、Ｆラジカルに晒すことにより、クリーニングを行う。ただし、この手法１では各部品がプラズマによるダメージを受け、パーティクルの発生源となってしまう。

このため、最近は、プラズマ源１２３ａ、１２３ｂを成膜室とは別の部屋を設けることで、プラズマによるダメージを防ぎ、結果としてパーティクルを抑制することが可能な手法２が採用されるようになっている（たとえば、図５に示すプラズマ処理装置、特許文献１）。すなわち、手法２のクリーニング処理では、プラズマ処理装置の成膜室とは別に設けられたプラズマ源１２３ａ、１２３ｂの内部で予めクリーニングガス（たとえば、ＮＦ_３）を分解し、活性化されたフッ素（Ｆラジカル）として成膜室の内部空間へ導入する。図５において、符号１１７は基板（不図示）を載置する支持台、符号１１７ａは支持台の表面である。プラズマ源１２３ａ、１２３ｂから各々、支持台の表面１１７ａの上方に延びる矢印が、成膜室の内部空間へ導入された活性化されたフッ素（Ｆラジカル）を表している。

しかしながら、手法２のクリーニング処理においては、Ｆラジカルが成膜室の内部空間に十分に均一に広がらないため、電極表面や基板マスクの低温部にクリーニングされにくい箇所が存在してしまう。このような箇所を最後まで反応させて、クリーニングするためには、クリーニング時間を延長して、その箇所がクリーニングされるまで、長時間の処理を行うしかなかった（たとえば、特許文献２）。

長時間にわたるクリーニング処理は、プラズマ処理装置の生産性を下げるだけではなく、非成膜対象である基板以外の部分（たとえば、電極表面や基板マスク表面など）のＦラジカルによる腐食を促すことになり、結果としてパーティクルが大量に発生してしまう虞があった。パーティクルが発生した場合には、部品（電極や基板マスク）は交換することになり、装置を停止しなければならず、結果として生産性がさらに悪化することが懸念されていた。

一方、成膜室の内部に着膜された膜がクリーニングされる際には、発光を伴った反応が起こることが知られている。従来のクリーニング処理では、成膜室に設けた覗き窓から成膜室の内部を２方向からのみ、その発光を観測することによって、「クリーニングの終点」を判断していた。
ここで、「クリーニングの終点」とは、クリーニングされにくい箇所のうちでも、クリーニング処理が最も遅れる傾向を示す箇所であり、最後にクリーニング処理される箇所及びそのタイミングを意味する。
しかしながら、この発光は必ずしも生じるものではなく、膜種によっては発光を伴わない反応の場合もある。このように発光を伴わない反応では、クリーニングの終点を判断することが難しかった（たとえば、特許文献３）。

したがって、成膜室の内部に着膜された膜がクリーニングされる際に、発光を伴わない反応の場合であっても、クリーニングの終点を判断することが可能な、プラズマ処理装置及びそのクリーニング方法の開発が期待されていた。

特開２００２－６０９４９号公報 特開２００３－１７９０３５号公報 特開２００３－３０３７７７号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、クリーニング時に発光を伴わない反応の場合であっても、クリーニングの終点を判断することが可能な、プラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
（１）プラズマ処理装置であって、
チャンバと、ガス導入口を有する電極フランジと、前記チャンバ及び前記電極フランジによって挟まれた絶縁フランジとから構成され、成膜空間（反応室）を有する処理室と、 前記成膜空間内に収容され、処理面を有する基板が載置され、前記基板の温度を制御する機能を有する支持部と、
前記成膜空間内に収容され、前記処理面に対向するように配置され、前記基板に向けてプロセスガスを供給する複数の小孔を有するシャワープレートと、
前記シャワープレートと前記支持部との間に電圧を印加し、前記プロセスガスのプラズマを生成する電圧印加部と、
前記シャワープレートと前記支持部との間に設けられた空間内へ活性化（ラジカル化）されたクリーニングガスを導入するクリーニングガス供給手段と、
前記シャワープレートの外周部と接触する部位αと前記基板の外周部と接触する部位βとを各々検知可能な位置に設けられた放射温度計と、
を備え、
前記放射温度計が、前記クリーニングガス供給手段の上下に重なる位置に設けられ、
前記放射温度計の一方が前記部位αの温度を検知可能な位置に、前記放射温度計の他方が前記部位βの温度を検知可能な位置に、それぞれ配置されている、
ことを特徴とする。
本発明は、
プラズマ処理装置であって、
チャンバと、ガス導入口を有する電極フランジと、前記チャンバ及び前記電極フランジによって挟まれた絶縁フランジとから構成され、成膜空間（反応室）を有する処理室と、 前記成膜空間内に収容され、処理面を有する基板が載置され、前記基板の温度を制御する機能を有する支持部と、
前記成膜空間内に収容され、前記処理面に対向するように配置され、前記基板に向けてプロセスガスを供給する複数の小孔を有するシャワープレートと、
前記シャワープレートと前記支持部との間に電圧を印加し、前記プロセスガスのプラズマを生成する電圧印加部と、
前記シャワープレートと前記支持部との間に設けられた空間内へ活性化（ラジカル化）されたクリーニングガスを導入するクリーニングガス供給手段と、
を含み、
前記シャワープレートの外周部と接触する部位αと前記基板の外周部と接触する部位βとを各々検知可能な位置に放射温度計をさらに備えた、
ことができる。

本発明は、
前記クリーニングガス供給手段と、その上下に重なる位置に設けられた前記放射温度計とを備え、
前記放射温度計の一方が前記部位αの温度を検知可能な位置に、前記放射温度計の他方が前記部位βの温度を検知可能な位置に、それぞれ配置されている、
ことができる。

（２）本発明は、（１）において、
前記クリーニングガス供給手段と、その上下に重なる位置に設けられた前記放射温度計とが１組のユニットを構成しており、
前記チャンバは、複数の前記ユニットを備え、各ユニットが前記基板を載置する支持部を取り囲むように、互いに離間して配置されている、
ことができる。

（３）本発明は、（２）において、
前記ユニットは、該ユニットを構成する１つ以上の放射温度計の計測情報に基づき、該ユニットを構成するクリーニングガス供給手段から放出されるクリーニングガスの条件（たとえば、流量や流速、放出角度（上下左右）、温度など）を制御する手段を有する、ことができる。

本発明（プラズマ処理装置）は、基板の支持部とシャワープレートとの間の空間に、クリーニングガスを導入する手段を備え、かつ、シャワープレートの外周部と接触する部位αと基板の外周部と接触する部位βとを、各々検知可能な位置に放射温度計を備えている。
部位αと部位βは、電極表面や基板マスクの低温部であり、クリーニングされにくい箇所であり、着膜された膜が最後まで残存しやすい箇所であること、及び、クリーニング処理を行っている最中でも、放射温度計を用いて部位αと部位βの温度を逐次入手できることを本発明者らは、後述する予備実験の結果（ａ１）～（ａ６）により初めて見出した。 これにより、本発明は、クリーニング時に発光を伴わない反応の場合であっても、クリーニングの終点を判断することが可能な、プラズマ処理装置の提供に貢献する。

以下は、本発明者らが獲得した予備実験の結果（ａ１）～（ａ６）である。
（ａ１）クリーニング処理時、発光を伴った反応の他に発熱を伴った反応が起こること。
（ａ２）上記（ａ１）の発熱を伴った反応は、発光を伴った反応の有無に関わらず、放射温度計を用いることにより、検知可能であること。
（ａ３）放射温度計による測定された温度情報は、クリーニング処理を行っている最中に、逐次入手が可能であること。
（ａ４）この温度情報から、クリーニングされにくい箇所のうちでも、クリーニング処理の程度が遅れている箇所を特定できること。
（ａ５）上記（ａ４）のクリーニング処理の程度が遅れている箇所は、シャワープレートの外周部と接触する部位αと基板の外周部と接触する部位βであり、電極表面や基板マスクの低温部であること。
（ａ６）放射温度計を用いることにより、上記（ａ４）の低温部をなす部位αと部位βは、その低温部に比較してより高温を示す近傍の部位と識別可能であること。

このような予備実験の結果に基づき、本発明らは本発明を考案した。すなわち、本発明は、
成膜空間内において、シャワープレートの外周部と接触する部位αと基板の外周部と接触する部位βとを各々検知可能な位置に放射温度計を備えたことにより、クリーニング時に発光を伴わない反応の場合であっても、クリーニングの終点を判断することが可能な、プラズマ処理装置の提供に貢献する。

実施形態１のプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図。 図１のプラズマ処理装置における要部を拡大して示す概略断面図。 図１のプラズマ処理装置を上方から見た一構成例を示す概略平面図。 図１のプラズマ処理装置を上方から見た他の一構成例を示す概略平面図。 従来のプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図。 図５の装置において支持体上の異なる位置における処理時間と温度との関係を示すグラフ。 図６のグラフにおける支持体上の異なる位置を示す概略平面図。 図５の装置（従来）においてシャワープレート側のクリーニング進行状況を示す第一平面図。 図８Ａに続くクリーニング状況を示す第二平面図。 図８Ｂに続くクリーニング状況を示す第三平面図。 図８Ｃに続くクリーニング状況を示す第四平面図。 図８Ｄに続くクリーニング状況を示す第五平面図。 図１の装置（本発明）においてシャワープレート側のクリーニング状況を示す第一平面図。 図９Ａに続くクリーニング状況を示す第二平面図。 図９Ｂに続くクリーニング状況を示す第三平面図。 図９Ｃに続くクリーニング状況を示す第四平面図。

＜実施形態１＞
（プラズマ処理装置）
本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置を図１～図４に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図であり、図２は、図１のプラズマ処理装置における要部を拡大して示す概略断面図である。図３と図４は各々、図１のプラズマ処理装置を上方から見た異なる構成例を示す概略平面図である。
プラズマ処理装置の一例として、プラズマＣＶＤ法を実施する成膜装置１に、本発明を適用した構成に基づき、以下では詳細に説明する。

図１に示すように、プラズマＣＶＤ法を実施する成膜装置１は、成膜室として構成される真空チャンバ２を有している。真空チャンバ２は接地されている。真空チャンバ２の下部には、真空チャンバ２の底部１１を挿通するように支柱２５が配置されており、支柱２５の先端（真空チャンバ２内）は、板状のヒータベース３の底面１２と接続されている。真空チャンバ２の上部には、絶縁フランジ４３を介して電極フランジ４が取り付けられている。また、真空チャンバ２の底部１１には、排気管２７が接続されており、その先端には、真空ポンプ２８が設けられ、真空チャンバ２内を排気したり、真空状態にすることができるように構成されている。

また、支柱２５は、真空チャンバ２の外部に設けられた図示しない昇降機構に接続されており、上下方向に移動可能に構成されている。つまり、支柱２５の先端に接続されているヒータベース３およびヒータ１５を上下方向に昇降可能に構成されている。このように構成することで、基板２０の出し入れを容易にすることができる。なお、真空チャンバ２の外部において、支柱２５の周縁を覆うようにベローズ２６が設けられている。

また、ヒータ１５は、ヒータベース３と同様に表面が平坦に形成された平面視矩形の板状の部材であり、その上面に基板２０が載置される。ヒータ１５は、例えばアルミニウム合金で形成されている。ヒータ１５は接地電極として機能するため、導電性を有するものが採用される。基板２０をヒータ１５上に配置すると、基板２０と後述するシャワープレート５とは互いに近接して「平行」に位置するように構成されている。ヒータ１５上に基板１０を配置した状態で、シャワープレート５に形成されたガス噴出口６から成膜ガスを噴出させると、その成膜ガスは基板１０の表面に吹き付けられる。

また、ヒータ１５は、その内部にヒータ線１６が内包されており、温度調節可能に構成されている。ヒータ線１６は、ヒータ１５の平面視略中央部の底面１７から突出されており、ヒータベース３の平面視略中央部に形成された貫通孔１８および支柱２５の内部を挿通して、真空チャンバ２の外部へと導かれている。そして、ヒータ線１６は真空チャンバ２の外部にて図示しない電源と接続され、温度調節がなされるように構成されている。このヒータベース３とヒータ１５とで基板支持部を構成する。

電極フランジ４は、真空チャンバ２を閉塞するように蓋状に形成され、その周縁部が絶縁フランジ４３に当接するように配置されている。また、電極フランジ４における真空チャンバ２の内側に面した側にはシャワープレート５が設けられている。したがって、シャワープレート５と電極フランジ４との間に空間２４が形成されている。

電極フランジ４にはガス導入管７が接続されており、真空チャンバ２の外部に設けられた成膜ガス供給部２１から空間２４に原料ガス（例えば、ＳｉＨ４）を供給するように構成されている。また、原料ガスを供給する際にアルゴンガスまたは窒素ガスからなるキャリアガスが併せて供給されるように構成されている。このキャリアガスも成膜ガス供給部２１から空間２４に供給されるようになっている。さらに、シャワープレート５には多数のガス噴出口６が設けられており、空間２４内に導入された成膜ガスはガス噴出口６から真空チャンバ２内に略均等に噴出されるように構成されている。

なお、図１に示すように、電極フランジ４の周壁４３においては、上壁４１とシャワープレート５との間に、圧力調整プレート５１が設けられる構成としてもよい。この圧力調整プレート５１によって、ガス導入口４２側に形成される第一空間２４ａとシャワープレート５側に形成される第二空間２４ｂとに、空間２４が分けられている。
圧力調整プレート５１が設けられる構成とした場合、圧力調整プレート５１は、電極フランジ４と同様に導電材で板状に形成されている。圧力調整プレート５１には、複数のガス噴出口６１（第一ガス噴出口）が形成されている。

即ち、プロセスガス供給部２１からガス導入管７及びガス導入口４２を通じて第一空間２４ａに導入されたプロセスガスは、圧力調整プレート５１のガス噴出口６１を通じて第二空間２４ｂに噴出される。その後、第二空間２４ｂ内のプロセスガスは、シャワープレート５のガス噴出口６を通じて、真空チャンバ２内に噴出される。
このことから、第一空間２４ａは圧力調整プレート５１の上流側の空間であり、第二空間２４ｂは圧力調整プレート５１の下流側の空間である。
また、第二空間２４ｂはシャワープレート５の上流側の空間であり、真空チャンバ２内はシャワープレート５の下流側の空間である。

第一空間２４ａと第二空間２４ｂとの間に圧力調整プレート５１が設けられ、第二空間２４ｂと真空チャンバ２内の成膜空間２ａとの間にシャワープレート５が設けられた場合には、第一空間２４ａの圧力Ｐ１よりも第二空間２４ｂの圧力Ｐ２が低く、第二空間２４ｂの圧力Ｐ２よりも成膜空間２ａの圧力Ｐｅが低い。即ち、上流側から下流側に向けて徐々に圧力が低くなるように構成される。

また、電極フランジ４とシャワープレート５とは、ともに例えばアルミニウムなどの導電材で構成されている。なお、アルミニウムの表面に陽極酸化した皮膜が形成されていてもよい。さらに、電極フランジ４は真空チャンバ２の外部に設けられたＲＦ電源（高周波電源）９に接続されている。

そして、真空チャンバ２の側壁２ｓ（２ｓａ、２ｓｂ）にはクリーニングガス導入管８（８ａ、８ｂ）が接続されている。クリーニングガス導入管８（８ａ、８ｂ）には各々、クリーニングガス供給部（図１では「クリーニングガス」と表示）２２（２２ａ、２２ｂ）とラジカル源２３（２３ａ、２３ｂ）とが設けられている。

これにより、クリーニングガスとして、たとえばフッ素ガスを用いた場合には、クリーニングガス供給部２２から供給されたフッ素ガスをラジカル源２３で活性化し、これによって得られるフッ素ラジカルを、真空チャンバ２内の成膜空間に供給するように構成されている。なお、クリーニングガス供給部２２からは、フッ素ガスに限られず、ＮＦ_３などのフッ素を含むガスを供給してもよい。

図２に示すように、真空チャンバ２の側壁２ｓａには、クリーニングガス導入管８ａの上下位置に各々、放射温度計８０ａｕ、８０ａｄが設けられている。一方の放射温度計８０ａｕはシャワープレート５の外周部と接触する部位α（４３ｔ）を検知可能な位置に配置されており、他方の放射温度計８０ａｄは基板１０の外周部と接触する部位β（１３ｔ）を検知可能な位置に配置される。

ここで、部位α（４３ｔ）は、電極フランジ４の周壁４３の最内縁部であり、シャワープレート５の外周部と接触してシャワープレート５を下方から支持している。部位β（１３ｔ）は、基板１０を載置するヒータ１５の露呈部を覆うマスク１３の最内縁部であり、基板１０の外周部と接触している。

同様に、真空チャンバ２の側壁２ｓｂには、クリーニングガス導入管８ｂの上下位置に各々、放射温度計８０ｂｕ、８０ｂｄが設けられている。一方の放射温度計８０ｂｕはシャワープレート５の外周部と接触する部位α（４３ｔ）を検知可能な位置に配置されており、他方の放射温度計８０ｂｄは基板１０の外周部と接触する部位β（１３ｔ）を検知可能な位置に配置される。

このような配置に放射温度計を設けることにより、本発明のプラズマ処理装置は、電極表面や基板マスクの低温部であり、クリーニングされにくい箇所であり、着膜された膜が最後まで残存しやすい箇所である部位αと部位βの温度を、クリーニング処理を行っている最中でも、放射温度計を用いて逐次入手できる。ゆえに、本発明のプラズマ処理装置は、クリーニング時に発光を伴わない反応の場合であっても、クリーニングの終点を判断することが可能となる。

なお、本発明においては、このような放射温度計の配置は、両方［たとえば、一方の放射温度計８０ａｕ、他方の放射温度計８０ａｄ］を備える構成に限定されるものではなく、いずれか一方の放射温度計を設ける構成としてもよい。また、クリーニングガス導入管８ａと、その上下位置に各々設けられる放射温度計８０ａｕ、８０ａｄとは、必ずしも一組のユニットを構成しなくてもよい。

図１のプラズマ処理装置では、クリーニングガス導入管８ａの上下位置に各々、放射温度計８０ａｕ、８０ａｄが設けられた構成を示している。この上下位置の関係にある、一方の放射温度計８０ａｕによって検知された部位α（４３ｔ）に関する温度情報と、他方の放射温度計８０ａｄによって検知された部位β（１３ｔ）に関する温度情報とは、各々独立に管理されてもよい。すなわち、２つの温度情報は必ずしも連動する必要はなく、各々独立に管理され、個別の温度情報に基づいて、クリーニングガス導入管８ａから導入されるクリーニングガスの条件（たとえば、流量や流速）を制御してもよい。

また、本発明のプラズマ処理装置においては、クリーニングガス供給手段と上下に重なる位置に設けられた放射温度計とが１組のユニットを構成することにより、部位α（４３ｔ）の温度情報と部位β（１３ｔ）の温度情報とを、逐次入手し、両者を比較しながら、管理することも可能である。この構成によれば、たとえば、次のような３条件（ｃ１）～（ｃ３）を適宜選択し、運用することができる。
（ｃ１）ユニットごとに得られた温度情報に基づき、部位α（４３ｔ）に向けて積極的にクリーニングガス導入管８ａからクリーニングガスが照射される条件を採用する。
（ｃ２）部位β（１３ｔ）に向けて積極的にクリーニングガス導入管８ａからクリーニングガスが照射される条件を採用する。
（ｃ３）部位α（４３ｔ）と部位β（１３ｔ）の両方に向けて均等にクリーニングガス導入管８ａからクリーニングガスが照射される条件を採用する。
このような運用を行うことにより、クリーニング処理に要する時間の短縮を図ることができる。

図３は、図１のプラズマ処理装置を上方から見た一構成例を示す概略平面図であり、成膜室として構成される真空チャンバ２の内部空間が、正方形の場合を示している。すなわち、図３の場合は、正方形の基板に対してクリーニング処理する際に好適である。
図３における符号は、２が真空チャンバを、８ａ～８ｈがクリーニングガス導入管を、１０が基板を、１０ａが基板１０の表面を、１３がマスクを、１３ｔが部位βを、それぞれ表している。

図３の場合は、正方形の真空チャンバ２において、複数のクリーニングガス導入管が設けられており、ヒータ１５に載置された基板１０の表面１０ａを取り囲む位置に、各々のクリーニングガス導入管が互いに離間して配される。すなわち、複数のクリーニングガス導入管は、分散配置されている。これにより、基板１０の表面１０ａに着膜した膜に対して、多角的な方向からクリーニングガスを導入可能となる。ゆえに、クリーニングガスは、基板の表面に着膜した膜に沿って、基板の周縁部から中央部に進行する。したがって、基板の表面に着膜した膜は均一にクリーニングガスに晒される状態が得られる。

前述した図２に示した断面図が、図３に示したＸ－Ｘ方向の断面に相当する。すなわち、図３には示さないが、１本のクリーニングガス導入管８ａごとに、その上下位置（図３においては、紙面の手前位置と紙面の奥行き位置）に各々、放射温度計８０ａｕ、８０ａｄが設けられた構成が、本発明である。

図３には、８本のクリーニングガス導入管８ａ～８ｈを配置した構成例を示している。より詳細には、真空チャンバ２のコーナー部に４本のクリーニングガス導入管（８ａ～８ｄ）が配置されるとともに、真空チャンバ２のコーナー部に４本のクリーニングガス導入管（８ｅ～８ｈ）が配置された一例である。

図３においては、隣り合う位置にあるクリーニングガス導入管（たとえば、８ａと８ｅ、８ａと８ｈ）どうしの配置された状態が、４５度づつ異なるようにレイアウトされているが、本発明は４５度に限定されるものではない。この角度が可変に制御できるように、各々のクリーニングガス導入管が、図３の紙面内（基板面内）において首振り可能な機構を備えることが好ましい。これにより、特定のクリーニングガス導入管から放出されるクリーニングガスの方向を可変制御することが可能となる。

このような運用を行うことにより、基板面内方向において、部位α（４３ｔ）又は部位β（１３ｔ）の中でも、クリーニング処理が遅れている箇所がある場合、その遅れている箇所に対して積極的にクリーニング処理を行うことができるので、クリーニング処理に要する時間の短縮を図ることが可能となる。

図１や図２においては、クリーニングガス導入管（たとえば、８ａ）の放出方向が、部位α（４３ｔ）と部位β（１３ｔ）の各表面に対して「平行」をなすように構成されているが、この構成についても「平行」に限定されるものはない。たとえば、クリーニングガス導入管（たとえば、８ａ）の放出方向は、放射温度計８０ａｕが表面温度を検知する部位α（４３ｔ）の方向へ傾斜させたり、逆に放射温度計８０ａｄが表面温度を検知する部位β（１３ｔ）の方向へ傾斜させることが可能な機構を備えることが好ましい。これにより、部位α（４３ｔ）又は部位β（１３ｔ）の何れか一方を積極的にクリーニング処理することが可能となる。

このような運用を行うことにより、部位α（４３ｔ）又は部位β（１３ｔ）の何れか一方のクリーニング処理が遅れている場合、その遅れている方の部位に対して積極的にクリーニング処理を行うことができるので、クリーニング処理に要する時間の短縮を図ることが可能となる。
なお、本発明においては、クリーニングガス導入管の数は、８本に限定されるものではなく、２本以上あれば構わない。

図４は、図１のプラズマ処理装置を上方から見た他の一構成例を示す概略平面図であり、真空チャンバ２の内部空間が長方形である点のみ、図３の構成例と異なっている。すなわち、図４の場合は、長方形の基板に対してクリーニング処理する際に好適である。
図４における符号は、１０２が真空チャンバを、８ａ～８ｈがクリーニングガス導入管を、１１０が基板を、１１０ａが基板１１０の表面を、１１３がマスクを、１１３ｔが部位βを、それぞれ表している。

前述した図２に示した断面図が、図４に示したY－Y方向の断面に相当する。すなわち、図４には示さないが、１本のクリーニングガス導入管８ａごとに、その上下位置（図４においては、紙面の手前位置と紙面の奥行き位置）に各々、放射温度計８０ａｕ、８０ａｄが設けられた構成が、本発明である。

図４には、８本のクリーニングガス導入管８ａ～８ｈを配置した構成例を示している。より詳細には、真空チャンバ２のコーナー部に４本のクリーニングガス導入管（８ａ～８ｄ）が配置されるとともに、真空チャンバ２のコーナー部に４本のクリーニングガス導入管（８ｅ～８ｈ）が配置された一例である。
図４における符号は、１０２が真空チャンバを、８ａ～８ｈがクリーニングガス導入管を、１１０が基板を、１１０ａが基板１１０の表面を、１１３がマスクを、１１３ｔが部位βを、それぞれ表している。

図４におけるクリーニングガス導入管８ａ～８ｈを配置した構成例は、基本的に、上述した図３の構成例と同様であるが、その可変のさせ方についても同様とすることができる。ただし、図４の場合は、長方形の基板に対してプラズマ処理するため、この基板を収納する真空チャンバ２も長方形となる。このため、長辺の位置に配置されるクリーニングガス導入管８ｅ、８ｇにおいては、一工夫を施すことが求められる。

たとえば、１つの長辺あたりに設けるクリーニングガス導入管の数を増やす方策が挙げられる。これに加えて、１つの長辺に設けたクリーニングガス導入管に、図４の紙面内（基板１１０の表面１１０ａの面内）において首振り可能な機構を備えることが好ましい。これにより、特定のクリーニングガス導入管から放出されるクリーニングガスの方向を可変制御することが可能となる。あるいは、長辺に配置するクリーニングガス導入管の先端を広角にする、等の工夫を凝らすことが好ましい。

図４の場合においても、このような運用を行うことにより、基板面内方向において、部位α（４３ｔ）又は部位β（１３ｔ）の中でも、クリーニング処理が遅れている箇所がある場合、その遅れている箇所に対して積極的にクリーニング処理を行うことができるので、クリーニング処理に要する時間の短縮を図ることが可能となる。

（実験例１）
以下では、図５に示す従来のプラズマ処理装置を用い、基板の支持体上の異なる位置における処理時間と温度との関係を評価した結果について述べる。
前述したとおり、チャンバー内部に着膜された膜がクリーニングされる際には発光を伴った反応が起こる。ただし、膜種によっては発光を伴わない反応の場合もある。既存技術では覗き窓からチャンバー内部の２方向のみの発光ををモニターしクリーニングの終点を判断していた。ゆえに、従来のプラズマ処理装置では、発光を伴わない反応の場合、クリーニングの終点を判断することが難しかった。

そこで、本発明者らは、反応の熱によるクリーニングの終点判断を検討した。以下では、その実験方法および実験結果について説明する。
クリーニング処理時の反応と反応時の熱は、以下のような実験により確かめた。
（ｅ１）ヒーターを内蔵した基板の支持体１１７上にアルミのブロック（不図示）を設置し、ブロックに熱電対（不図示）を取り付け、温度測定が可能な構成とする。
（ｅ２）この状態で成膜放電を実施し、チャンバーの内部が着膜された状態にする。
（ｅ３）その後、クリーニング処理を実施するとチャンバーの内部のうち、クリーニングされやすいところからクリーニングの反応が進む。

（ｅ４）図７の符号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、ヒーターを内蔵した基板の支持体１１７の上面１１７ａに置いた各ブロックの位置を表している。符号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は支持体１１７の上面１１７ａにおいて異なる位置にブロックが配置されたことを示す。
ここで、Ｍ１は、支持体１１７の上面において中央域にブロックが配置された場合である。Ｍ２は、支持体１１７の上面において短辺近傍の中央域にブロックが配置された場合である。Ｍ３は、支持体１１７の上面において長辺近傍の中央域にブロックが配置された場合である。

（ｅ５）異なる位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に置いたブロックは、図６のグラフのような温度変化を示した。図６において、横軸はクリーニング処理の時間［ｓｅｃ］であり、縦軸は各ブロックに接続された熱電対によって計測された温度［℃］である。
図６のグラフにおいて、温度が上昇し始める点（１５ｓｅｃ付近）は、クリーニングの反応が始まる瞬間である。温度指示がピークを示す点（Ｍ１：３０ｓｅｃ付近、Ｍ２：５０ｓｅｃ付近、Ｍ３：１３５ｓｅｃ付近）は、クリーニングが終了したことを示す。

ブロックＭ３のクリーニング終了までクリーニング処理した場合、Ｍ１のブロックにとって、温度指示がピークを示す点の差分（Ｍ３－Ｍ１＝１３５－３０＝１０５ｓｅｃ）が、ＯｖｅｒＥｔｃｈｉｎｇであり、Ｍ１のブロックはこの差分の時間だけ、Ｄａｍａｇｅを受けることになる。
図６のグラフから、異なる位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に置いたブロックは、クリーニングが始まる時間により温度指示値がずれているのがわかる。この位置的なずれは、Ｆをチャンバー外部から導入する方法をとる限り発生してしまう。

このように、反応時の熱を測定する場合、その計測手段として熱電対を用いると、不都合が発生する虞がある。特に、高周波（たとえば、ＲＦ）が印加されている箇所に熱電対を取り付けるには、フィルター回路などが必要になる。また、電極のプラズマ発生側に熱電対を取り付けた場合には、プラズマの外乱の要因になる。チャンバー内部を多点で測定しようとした場合、熱電対に繋がる配線などが複雑になり、装置トラブルのリスクとなってしまう虞もある。

（実験例２）
以下では、図５に示す従来のプラズマ処理装置を用い、シャワープレート（ＳＷＰ）５側のクリーニング進行状況を確認した。
図８Ａ～図８Ｅは順に、図５の装置（従来）においてシャワープレート５側のクリーニング進行状況を示す第一乃至第五平面図である。ここで、符号５はシャワープレートであり、符号１２３ａ、１２３ｂは対向して配置されたラジカル源である。シャワープレート５において、白地領域はクリーニング処理により被膜が除去された部分を、メッシュ領域はクリーニング処理により被膜が未だ除去されていない部分を、おのおの表している。白地領域とメッシュ領域の境界に交差する矢印は、その矢印の方向にクリーニング処理が進行することを意味する。

図８Ａは、クリーニング処理の初期段階では、シャワープレート５の中央付近が、十字状に被膜が除去される。対向配置されたラジカル源１２３ａ、１２３ｂを結ぶ方向（図８Ａにおいて左右方向）よりも、この方向に交差する方向（図８Ａにおいて上下方向）にクリーニング処理が進行することを示している。
図８Ｂは、クリーニング処理の進行に連れて、図８Ａの傾向が顕著となることを示す。すなわち、対向配置されたラジカル源１２３ａ、１２３ｂを結ぶ方向（図８Ｂにおいて左右方向）よりも、この方向に交差する方向（図８Ｂにおいて上下方向）にクリーニング処理が優先的に進行することを示している。
図８Ｃは、図８Ｂの傾向がさらに進み、シャワープレート５の短辺付近の被膜が全て除去された後、中央付近に残された被膜の除去が始まることを示す。
図８Ｄは、図８Ｃの傾向がさらに進み、シャワープレート５のほぼ全域に亘って被膜が除去され、対向配置されたラジカル源１２３ａ、１２３ｂの近傍に各々２箇所（合計４箇所）にのみ被膜が残存することを示している。
図８Ｅは、図８Ｄの傾向がさらに進み、シャワープレート５のほぼ全域に亘って被膜が除去される。しかし、対向配置されたラジカル源１２３ａ、１２３ｂの近傍に各々２箇所（合計４箇所）には、島状に局在した被膜（ＥＰ）が残存することを示している。

（実験例３）
以下では、図１に示す本発明のプラズマ処理装置を用い、シャワープレート（ＳＷＰ）５側のクリーニング進行状況を確認した。
図９Ａ～図９Ｄは順に、図１の装置（本発明）においてシャワープレート５側のクリーニング進行状況を示す第一乃至第四平面図である。ここで、符号５はシャワープレートであり、符号２３ａ、２３ｂは対向して配置されたラジカル源である。シャワープレート５において、白地領域はクリーニング処理により被膜が除去された部分を、メッシュ領域はクリーニング処理により被膜が未だ除去されていない部分を、おのおの表している。白地領域とメッシュ領域の境界に交差する矢印は、その矢印の方向にクリーニング処理が進行することを意味する。

図９Ａは、クリーニング処理の初期段階では、シャワープレート５の短手方向（図９Ａにおいて左右方向）の中央付近において、シャワープレート５の長手方向（図９Ａにおいて上下方向）に互いに離間した局所的な２箇所の領域と、この２箇所の領域と各ラジカル源２３ａ、２３ｂをつなぐ所定の幅をもった直線状の領域において、優先的に被膜が除去される。図９Ａにおける矢印は、この２箇所の領域が、シャワープレート５の長手方向（図９Ａにおいて上下方向）にクリーニング処理が進行することを示している。

図９Ｂは、クリーニング処理の進行に連れて、シャワープレート５の短辺付近の中央域にある被膜が全て除去された後、図９Ａにおける局所的な２箇所の領域が、シャワープレート５の長手方向（図９Ｂにおいて上下方向）の中央域と、シャワープレート５の短手方向（図９において左右方向）の両方とに向けて、クリーニング処理が優先的に進行することを示している（図９Ｂに示した矢印の意味）。

図９Ｃは、図９Ｂの傾向がさらに進み、シャワープレート５の被膜がほぼ全域に亘って除去されるが、対向配置されたラジカル源１２３ａ、１２３ｂの近傍に各々２箇所（合計４箇所）にのみ被膜が残存することを示している。
図９Ｄは、図９Ｃの傾向がさらに進み、図９Ｃにおいて、対向配置されたラジカル源１２３ａ、１２３ｂの近傍に各々２箇所（合計４箇所）のみに残存した被膜のうち、１箇所だけが島状に局在した被膜（ＥＰ）が残存することを示している。その後、図９Ｅに示すように、島状に局在した被膜（ＥＰ）は無くなった状態となる。
このように、本発明によれば、島状に局在した被膜（ＥＰ）が消滅する前に、図９Dに示すように、残存する島状に局在した被膜（ＥＰ）は、１箇所に絞り込むことができるので、上述した「実験１」で確認された課題（ＯｖｅｒＥｔｃｈｉｎｇ→Ｄａｍａｇｅ）が解消される。

したがって、本発明によれば、熱を電極表面や基板マスク表面の各箇所において、温度計で測定することにより、逐次クリーニングの進行具合を把握することが可能になる。その際、放射温度計を利用することにより、安価で非接触な測定システムを利用することが可能になるので、クリーニング処理や成膜処理に影響を与えることのない、プラズマ処理装置の提供に本発明は貢献する。

また、本発明によれば、各点の温度測定の結果からクリーニングが終了したことを確認することが可能である。これにより、すべての測定点がクリーニング終了となった時点で、クリーニングの終点と判断することができる。
さらに、本発明によれば、クリーニングが終了していない箇所を優先的にクリーニングするような条件に逐次変更しながらクリーニング処理をすることが可能である。

本発明は、電極表面や基板マスク表面の温度を多点で測定することで、クリーニングの進行具合を詳細に把握することができる。
本発明においては、クリーニングの進行具合によってフッ素（Ｆ）ラジカルの導入方法を途中で変更し、その時点ごとに最適な条件を都度変更しながらクリーニングを実施することで、クリーニングの時間を短縮することも可能となる。

従来のプラズマ処理装置では、最後までクリーニングされずに残ってしまう箇所（ＥＰ）をクリーニングするために長時間同じ条件で実施し続けることで、すでにクリーニングされてしまった部品が過剰にフッ素（Ｆ）ラジカルに晒されることになる。クリーニングされた箇所が長時間、フッ素（Ｆ）ラジカルに晒されてしまうと部品が、フッ素（Ｆ）ラジカルによるダメージを受けて腐食し、パーティクル発生の原因となっていた。
これに対して、本発明のプラズマ処理装置を適用することで、結果として装置としての生産性が向上、部材がＦにより腐食することが原因で発生するパーティクルを低減することが可能になり、装置のメンテナンスサイクルも飛躍的に延ばすことが可能になった。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
たとえば、本実施形態において、フッ素（Ｆ）ラジカルを用いた例により説明したが、本発明は他のラジカル［塩素（Ｃｌ）等］を用いた場合にも適用することができる。

また、本実施形態では矩形状の基板への成膜処理を行う矩形状の真空チャンバを例にして説明したが、半導体ウエハなどの円形状の基板への成膜処理を行う円形状や多角形状の真空チャンバに本発明を適用することも可能である。

本発明は、シャワープレートに着膜した膜を除去する際に、シャワープレートに入射したクリーニングガスが反応して発生するパーティクルを抑制できるプラズマ処理装置として、広く適用することができる。
また、本発明は、ナローギャップによる高圧枯渇法を用いて基板の処理を行う場合において、製造コストの増大を抑制し、容易、かつ効率的に基板に膜を均一に形成することができ、電極強度を十分に確保できるプラズマ処理装置に有用である。

Ｐ１、Ｐ２、ＰＥ 圧力、１ 成膜装置（プラズマ処理装置）、２ 真空チャンバ、２ａ 空間（成膜空間）、２ｓａ 側壁、２ｓｂ 側壁、３ ヒータベース、４ 電極フランジ、５ シャワープレート、６ ガス噴出口、７ ガス導入管、８（８ａ、８ｂ） クリーニングガス導入管（クリーニングガス供給手段）、９ ＲＦ電源（高周波電源）、１０ 基板、１１ 底部、１２ 底面、１３ マスク、１３ｔ 部位β、１５ ヒータ（支持部）、１６ ヒータ線、１７ 底面、１８ 貫通孔、２０ 基板、２１ 成膜ガス供給部（プロセスガス供給部）、２２（２２ａ、２２ｂ） クリーニングガス供給部、２３（２３ａ、２３ｂ） ラジカル源、２４ 空間、２４ａ 第一空間、２４ｂ 第二空間、２５ 支柱、２６ ベローズ、２７ 排気管、２８ 真空ポンプ、４２ ガス導入口、４３ 絶縁フランジ（周壁）、４３ｔ 部位α、５１ 圧力調整プレート、６１ ガス噴出口（第一ガス噴出口）、８０ａｕ、８０ａｄ 放射温度計。

Claims (3)

1. プラズマ処理装置であって、
   チャンバと、ガス導入口を有する電極フランジと、前記チャンバ及び前記電極フランジによって挟まれた絶縁フランジとから構成され、成膜空間（反応室）を有する処理室と、 前記成膜空間内に収容され、処理面を有する基板が載置され、前記基板の温度を制御する機能を有する支持部と、
   前記成膜空間内に収容され、前記処理面に対向するように配置され、前記基板に向けてプロセスガスを供給する複数の小孔を有するシャワープレートと、
   前記シャワープレートと前記支持部との間に電圧を印加し、前記プロセスガスのプラズマを生成する電圧印加部と、
   前記シャワープレートと前記支持部との間に設けられた空間内へ活性化（ラジカル化）されたクリーニングガスを導入するクリーニングガス供給手段と、
   前記シャワープレートの外周部と接触する部位αと前記基板の外周部と接触する部位βとを各々検知可能な位置に設けられた放射温度計と、
   を備え、
   前記放射温度計が、前記クリーニングガス供給手段の上下に重なる位置に設けられ、
   前記放射温度計の一方が前記部位αの温度を検知可能な位置に、前記放射温度計の他方が前記部位βの温度を検知可能な位置に、それぞれ配置されている、
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記クリーニングガス供給手段と、その上下に重なる位置に設けられた前記放射温度計とが１組のユニットを構成しており、
   前記チャンバは、複数の前記ユニットを備え、各ユニットが前記基板を載置する支持部を取り囲むように、互いに離間して配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記ユニットは、該ユニットを構成する１つ以上の放射温度計の計測情報に基づき、該ユニットを構成するクリーニングガス供給手段から放出されるクリーニングガスの条件を制御する手段を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。

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