JP5329167B2 - 誘導結合プラズマ処理装置、誘導結合プラズマ処理方法および記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用のガラス基板等の基板にプラズマエッチング等のプラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置、誘導結合プラズマ処理方法および記憶媒体に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）等の製造工程においては、ガラス基板に所定の処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等の種々のプラズマ処理装置が用いられる。このようなプラズマ処理装置としては従来、容量結合プラズマ処理装置が多用されていたが、近時、高真空度で高密度のプラズマを得ることができるという大きな利点を有する誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理装置が注目されている。

誘導結合プラズマ処理装置は、被処理基板を収容する処理容器の誘電体窓の外側に高周波アンテナを配置し、処理容器内に処理ガスを供給するとともにこの高周波アンテナに高周波電力を供給することにより、処理容器内に誘導結合プラズマを生じさせ、この誘導結合プラズマによって被処理基板に所定のプラズマ処理を施すものである。誘導結合プラズマ処理装置の高周波アンテナとしては、平面状の所定パターンをなす平面アンテナが多用されている。

このような、平面アンテナを用いた誘導結合プラズマ処理装置では、処理容器内の平面アンテナ直下の空間にプラズマが生成されるが、その際に、アンテナ直下の各位置での電界強度に比例して高プラズマ密度領域と低プラズマ領域の分布を持つことから、平面アンテナのパターン形状がプラズマ密度分布を決める重要なファクターとなっている。

ところで、一台の誘導結合プラズマ処理装置が対応すべきアプリケーションは一つとは限らず、複数のアプリケーションに対応する必要がある。その場合には、それぞれのアプリケーションにおいて均一な処理を行うためにプラズマ密度分布を変化させる必要があり、そのために高密度領域および低密度領域の位置を異ならせるように異なる形状のアンテナを複数準備してアプリケーションに応じてアンテナを取り替えることが行われている。

しかしながら、複数のアプリケーションに対応して複数のアンテナを準備し、異なるアプリケーションごとに交換することは非常に多くの労力を要し、また、近時、ＬＣＤ用のガラス基板が著しく大型化していることからアンテナ製造費用も高価なものとなっている。また、このように複数のアンテナを用意したとしても、与えられたアプリケーションにおいて必ずしも最適条件とは限らず、プロセス条件の調整により対応せざるを得ない。

これに対して、特許文献１には、渦巻き形アンテナを内側部分と外側部分の２つに分割して、各々に独立した高周波電流を流すようにしたプラズマ処理装置が開示されている。このような構成によれば、内側部分へ供給するパワーと外側部分へ供給するパワーとを調整することにより、プラズマ密度分布を制御することができる。

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、渦巻き形アンテナの内側部分用の高周波電源と外側部分用の高周波電源の２つの高周波電源を設けるか、または電力分配回路を設ける必要があり、装置が大がかりなものとなり、装置コストが高いものとなる。また、この場合は電力ロスが大きく電力コストが高くなり、かつ高精度のプラズマ密度分布制御を行うことが困難である。さらに、実際のエッチング処理では１回のエッチング処理において、複数の異なった膜を連続的にエッチングする場合があり、そのような場合には、膜によって最適プロセス条件が異なるから、エッチング処理の途中でアンテナの調整を行うことが望まれるが、上記特許文献１に記載された技術では対応することができない。
特許第３０７７００９号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、装置コストおよび電力コストを高くすることなく、プラズマ処理の途中でプラズマ状態の制御を行うことができる誘導結合プラズマ処理装置、誘導結合プラズマ処理方法および記憶媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、前記処理室の外部に誘電体部材を介して配置され、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成する高周波アンテナと、前記誘導電界により前記処理室内に形成される誘導結合プラズマの状態を検出するプラズマ検出手段と、前記高周波アンテナを含むアンテナ回路のインピーダンスを調節する調節手段と、前記プラズマ検出手段のプラズマ検出情報に基づいて前記調節手段を制御し、プラズマ状態を制御する制御手段とを具備し、前記被処理基板は積層された複数の層を有し、前記プラズマ処理は前記積層された複数の層をエッチングするエッチング処理であり、前記積層された複数の層の各層毎に最適なプラズマ状態が得られる前記調節手段の調節パラメータが予め設定され、前記制御手段は、前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、層の変わり目を検出し、新しいエッチング対象層に対応する前記調節手段の調節パラメータを選択することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。

上記第１の観点において、前記高周波アンテナは、高周波電力が供給されることにより前記処理室内にそれぞれ異なる電界強度分布を有する誘導電界を形成する複数のアンテナ部を有し、前記調節手段は、前記各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つに接続され、その接続されたアンテナ回路のインピーダンスを調節し、前記制御手段は、前記調節手段を制御して、前記複数のアンテナ部の電流値を制御し、それによって前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御するように構成することができる。この場合に、前記調節手段は、可変コンデンサを有するものとすることができる。

また、上記第１の観点において、前記積層された複数の層の各層毎に最適なプラズマ密度分布が得られる前記調節手段の調節パラメータが予め設定されるようにすることができる。

また、前記制御手段は、前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、プラズマ状態が適切になるようにリアルタイムで前記調節手段の調節パラメータを制御するようにすることができる。

また、前記制御手段は、前記プラズマ検出手段のプラズマ検出情報に基づいて前記調節手段を制御することに加えて、前記プラズマ検出手段のプラズマ検出情報に基づいて前記処理ガス供給系を制御し、プラズマ状態を制御するように構成することができる。

この場合に、前記積層された複数の層の各層毎に最適なプラズマ密度分布が得られる前記調節手段の調節パラメータおよび前記処理ガス供給系による処理ガス流量、比率を含む処理ガスパラメータが予め設定され、前記制御手段は、前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、層の変わり目を検出し、新しいエッチング対象層に対応する前記調節手段の調節パラメータおよび前記処理ガスパラメータを選択するようにすることができる。

また、前記処理ガス供給系をも制御する場合に、前記制御手段は、前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、プラズマ状態が適切になるようにリアルタイムで前記調節手段の調節パラメータおよび前記処理ガス供給系による処理ガス流量、比率を含む処理ガスパラメータを制御することもできる。

さらに、前記プラズマ検出手段は被処理基板の異なる位置に対応して複数設けられ、前記制御手段は、前記複数のプラズマ検出手段の検出情報が一定になるように前記調節手段を制御してプラズマ処理特性を被処理基板の面内で均一になるようにするとともに、前記複数のプラズマ手段の検出情報のいずれかに基づいて前記処理ガス供給系を制御してプラズマ処理特性を制御するように構成することができる。

さらにまた、前記プラズマ検出手段としては、プラズマからの発光を受光する受光部と、受光器で受光した光から所定波長の光の発光強度を検出する光検出部とを有するものを好適に用いることができる。この場合に、前記光検出部は、所定波長の検出光と前記検出光波長の近傍の波長を有する参照光とを検出するものとし、前記検出光の発光強度を前記参照光の発光強度で規格化した発光強度を前記誘導結合プラズマの状態として用いるようにすることが好ましい。

本発明の第２の観点では、処理室の内部に設けられた載置台に被処理基板を載置し、処理室の外部に誘電体部材を介して、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成する高周波アンテナを設け、処理室内に処理ガスを供給し、前記高周波アンテナに高周波電力を供給することによって形成された誘導電界により前記処理室内に処理ガスの誘導結合プラズマを形成して、そのプラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理方法であって、前記被処理基板は積層された複数の層を有し、前記プラズマ処理は前記積層された複数の層をエッチングするエッチング処理であり、前記積層された複数の層の各層ごとに最適なプラズマ状態が得られる前記高周波アンテナを含むアンテナ回路の調節パラメータを予め設定し、前記誘導電界により前記処理室内に形成される誘導結合プラズマの状態を検出し、その検出情報に基づいて、層の変わり目を検出し、前記高周波アンテナを含むアンテナ回路のインピーダンスを、新しいエッチング対象層に対応する前記調節パラメータを選択することで調節し、プラズマ状態を制御することを特徴とする誘導結合プラズマ処理方法を提供する。

上記第２の観点において、前記高周波アンテナは、高周波電力が供給されることにより前記処理室内にそれぞれ異なる電界強度分布を有する誘導電界を形成する複数のアンテナ部を有し、前記検出情報に基づいて、前記各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つのインピーダンスを調節して、前記複数のアンテナ部の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御する構成とすることができる。この場合に、前記インピーダンスの調節は、前記インピーダンス調整するアンテナ回路に設けられた可変コンデンサの容量を調節することによりなされるようにすることができる。

また、前記積層された複数の層の各層毎に最適なプラズマ密度分布が得られる前記調節パラメータが予め設定されるようにすることができる。

また、前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、プラズマ状態が適切になるようにリアルタイムで前記調節パラメータを制御するようにすることができる。

また、前記誘導結合プラズマの検出情報に基づいて前記高周波アンテナを含むアンテナ回路のインピーダンスを調節することに加えて、前記誘導結合プラズマの検出情報に基づいて前記処理ガスの供給を制御し、プラズマ状態を制御するようにすることができる。この場合に、前記積層された複数の層の各層毎に最適なプラズマ密度分布が得られる前記調節パラメータおよび処理ガス流量、比率を含む処理ガスパラメータが予め設定され、前記誘導結合プラズマの状態の検出情報に基づいて、層の変わり目を検出し、新しいエッチング対象層に対応する前記調節パラメータおよび前記処理ガスパラメータを選択するようにすることができる。

また、前記処理ガスの供給をも制御する場合に、前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、プラズマ状態が適切になるようにリアルタイムで前記調節パラメータおよび処理ガス流量、比率を含む処理ガスパラメータを制御するようにすることもできる。

さらに、誘導結合プラズマの状態の検出は、被処理基板の異なる位置に対応して複数箇所で行われ、これら検出手段の検出情報が一定になるように前記高周波アンテナを含むアンテナ回路のインピーダンスを制御してプラズマ処理特性を被処理基板の面内で均一になるようにするとともに、前記複数の検出情報のいずれかに基づいて前記処理ガスの供給を制御してプラズマ処理特性を制御するようにすることができる。

さらにまた、前記誘導結合プラズマの状態の検出は、プラズマからの光を受光し、その受光した光から所定波長の光の発光強度を検出することにより行われることが好適である。この場合に、所定波長の検出光と前記検出光波長の近傍の波長を有する参照光とを検出し、前記検出光の発光強度を前記参照光の発光強度で規格化した発光強度を前記誘導結合プラズマの状態として用いることが好ましい。

本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、誘導結合プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記いずれかの誘導結合プラズマ処理方法が行われるように、コンピュータに前記誘導結合プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

本発明によれば、誘導電界により処理室内に形成される誘導結合プラズマの状態をプラズマ検出手段により検出し、プラズマ検出手段のプラズマ検出情報に基づいて高周波アンテナを含むアンテナ回路のインピーダンスを調節する調節手段を制御してプラズマを制御するので、高周波電源を２つ設けることまたは電力分配器を設けることが不要であり、かつプラズマ処理の途中でアンテナ回路のインピーダンスを制御することができる。したがって、装置コストおよび電力コストを高くすることなく、プラズマ処理の途中でプラズマ状態の制御を行うことができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を示す断面図、図２はこの誘導結合プラズマ処理装置に用いられる高周波アンテナを示す平面図である。この装置は、例えばＦＰＤ用ガラス基板上に薄膜トランジスターを形成する際のメタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等のエッチングや、レジスト膜のアッシング処理に用いられる。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。

このプラズマ処理装置は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器１を有する。この本体容器１は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより接地されている。本体容器１は、誘電体壁２により上下にアンテナ室３および処理室４に区画されている。したがって、誘電体壁２は処理室４の天井壁を構成している。誘電体壁２は、Ａｌ₂Ｏ₃等のセラミックス、石英等で構成されている。

誘電体壁２の下側部分には、処理ガス供給用のシャワー筐体１１が嵌め込まれている。シャワー筐体１１は十字状に設けられており、誘電体壁２を下から支持する構造となっている。なお、上記誘電体壁２を支持するシャワー筐体１１は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井に吊された状態となっている。

このシャワー筐体１１は導電性材料、望ましくは金属、例えば汚染物が発生しないようにその内面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。このシャワー筐体１１には水平に伸びるガス流路１２が形成されており、このガス流路１２には、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔１２ａが連通している。一方、誘電体壁２の上面中央には、このガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられている。ガス供給管２０ａは、本体容器１の天井からその外側へ貫通し、処理ガス供給源およびバルブシステム等を含む処理ガス供給系２０に接続されている。したがって、プラズマ処理においては、処理ガス供給系２０から供給された処理ガスがガス供給管２０ａを介してシャワー筐体１１内に供給され、その下面のガス供給孔１２ａから処理室４内へ吐出される。

本体容器１におけるアンテナ室３の側壁３ａと処理室４の側壁４ａとの間には内側に突出する支持棚５が設けられており、この支持棚５の上に誘電体壁２が載置される。

アンテナ室３内には誘電体壁２の上に誘電体壁２に面するように高周波（ＲＦ）アンテナ１３が配設されている。この高周波アンテナ１３は絶縁部材からなるスペーサ１７により誘電体壁２から離間している。高周波アンテナ１３は、外側部分においてアンテナ線を密に配置してなる外側アンテナ部１３ａと、内側部分においてアンテナ線を密に配置してなる内側アンテナ部１３ｂとを有している。これら外側アンテナ部１３ａおよび内側アンテナ部１３ｂは、図２に示すように渦巻状の多重（四重）アンテナを構成している。なお、多重アンテナの構成は、内側外側とも二重の構成、あるいは内側二重外側四重の構成でもよい。

外側アンテナ部１３ａは４つのアンテナ線を９０°ずつ位置をずらして全体が略矩形状になるように配置してなり、その中央部は空間となっている。また、各アンテナ線へは中央の４つの端子２２ａを介して給電されるようになっている。また、各アンテナ線の外端部はアンテナ線の電圧分布を変化させるためにコンデンサ１８ａを介してアンテナ室３の側壁に接続されて接地されている。ただし、コンデンサ１８ａを介さず直接接地することも可能であり、さらには端子２２ａの部分やアンテナ線の途中、例えば屈曲部１００ａにコンデンサを挿入してもよい。

また、内側アンテナ部１３ｂは外側アンテナ部１３ａの中央部の空間に４つのアンテナ線を９０°ずつ位置をずらして全体が略矩形状になるように配置してなっている。また、各アンテナ線へは中央の４つの端子２２ｂを介して給電されるようになっている。さらに、各アンテナ線の外端部はアンテナ線の電圧分布を変化させるためにコンデンサ１８ｂ（図２のみに図示）を介してアンテナ室３の上壁に接続されて接地されている。ただし、コンデンサ１８ｂを介さず直接接地することも可能であり、さらには端子２２ｂの部分やアンテナ線の途中、例えば屈曲部１００ｂにコンデンサを挿入してもよい。そして、内側アンテナ部１３ｂの最外側のアンテナ線と外側アンテナ部１３ａの最内側のアンテナ線との間には大きな空間が形成されている。

アンテナ室３の中央部付近には、外側アンテナ部１３ａに給電する４本の第１給電部材１６ａおよび内側アンテナ部１３ｂに給電する４本の第２給電部材１６ｂ（図１ではいずれも１本のみ図示）が設けられており、各第１給電部材１６ａの下端は外側アンテナ部１３ａの端子２２ａに接続され、各第２給電部材１６ｂの下端は内側アンテナ部１３ｂの端子２２ｂに接続されている。これら第１および第２給電部材１６ａおよび１６ｂには整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。高周波電源１５および整合器１４は給電線１９に接続されており、給電線１９は整合器１４の下流側で給電線１９ａと１９ｂに分岐し、給電線１９ａが４本の第１給電部材１６ａに接続され、給電線１９ｂが４本の第２給電部材１６ｂに接続されている。給電線１９ａには可変コンデンサ２１が介装されている。したがって、この可変コンデンサ２１と外側アンテナ部１３ａによって外側アンテナ回路が構成される。一方、内側アンテナ回路は内側アンテナ部１３ｂのみで構成される。そして、可変コンデンサ２１の容量を調節することにより、後述するように、外側アンテナ回路のインピーダンスが制御され、外側アンテナ回路と内側アンテナ回路に流れる電流の大小関係を調整することができる。

プラズマ処理中、高周波電源１５からは、誘導電界形成用の例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が高周波アンテナ１３へ供給され、このように高周波電力が供給された高周波アンテナ１３により、処理室４内に誘導電界が形成され、この誘導電界によりシャワー筐体１１から供給された処理ガスがプラズマ化される。この際のプラズマの密度分布は、可変コンデンサ２１による外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂのインピーダンスを制御することにより制御させる。

処理室４内の下方には、誘電体壁２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、ＬＣＤガラス基板Ｇを載置するための載置台２３が設けられている。載置台２３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台２３に載置されたＬＣＤガラス基板Ｇは、静電チャック（図示せず）により吸着保持される。

載置台２３は絶縁体枠２４内に収納され、さらに、中空の支柱２５に支持される。支柱２５は本体容器１の底部を気密状態を維持しつつ貫通し、本体容器１外に配設された昇降機構（図示せず）に支持され、基板Ｇの搬入出時に昇降機構により載置台２３が上下方向に駆動される。なお、載置台２３を収納する絶縁体枠２４と本体容器１の底部との間には、支柱２５を気密に包囲するベローズ２６が配設されており、これにより、載置台２３の上下動によっても処理容器４内の気密性が保証される。また処理室４の側壁４ａには、基板Ｇを搬入出するための搬入出口２７ａおよびそれを開閉するゲートバルブ２７が設けられている。

載置台２３には、中空の支柱２５内に設けられた給電線２５ａにより、整合器２８を介して高周波電源２９が接続されている。この高周波電源２９は、プラズマ処理中に、バイアス用の高周波電力、例えば周波数が３．２ＭＨｚの高周波電力を載置台２３に印加する。このバイアス用の高周波電力により、処理室４内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的に基板Ｇに引き込まれる。

さらに、載置台２３内には、基板Ｇの温度を制御するため、セラミックヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサーとが設けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱２５を通して本体容器１外に導出される。

処理室４の底部には、排気管３１を介して真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される、この排気装置３０により、処理室４が排気され、プラズマ処理中、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３Ｐａ）に設定、維持される。

載置台２３に載置された基板Ｇの裏面側には冷却空間（図示せず）が形成されており、一定の圧力の熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給するためのＨｅガス流路３３が設けられている。このように基板Ｇの裏面側に熱伝達用ガスを供給することにより、真空下において基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避することができるようになっている。

本体容器１の側壁の処理室４に対応する部分には、ガラス等の透光性材料からなる窓３２が設けられている。そして、この窓３２を介して処理室４内のプラズマの発光状態を検出するプラズマ発光状態検出部４０が設けられている。このプラズマ発光状態検出部４０は、窓３２に隣接して設けられた受光器４１と、受光器４１に接続された分光器４２と、分光器４２に接続された光検出器４３を有している。そして、受光器４１で受光された光は分光器４２で分光され、その中の特定波長の光の発光強度が光検出器４３で検出される。これにより、プラズマからの光を受光器４１で受光し、分光器４２で分光して特定波長の光の発光強度を光検出器４３により検出し、プラズマの状態をモニタすることができる。例えば、プラズマ処理としてフロロカーボン系ガスを用いるエッチングを行う場合には、例えばＣ_２の発光ピークを検出することによりプラズマの状態をモニタすることができる。この場合に、波長λ１の検出光に対し、参照光として検出光の近傍波長でかつピークの存在しない波長λ２の光を用い、検出光波長λ１の発光強度および参照光波長λ２の発光強度を検出する。そして、検出光波長λ１の発光強度を参照光波長λ２の発光強度で割って規格化した発光強度を用いてプラズマ状態をモニタする。

このプラズマ処理装置の各構成部は、制御部５０により制御される構成となっている。制御部５０は、各構成部が接続されてこれらを制御するコンピュータからなるコントローラ５１と、オペレータがプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５２と、プラズマ処理装置で実行される各種処理をコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５３とを有している。レシピは記憶部５２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクのように固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してコントローラ５１に実行させることで、コントローラ５１の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。

次に、本実施形態における制御系の主要部について図３のブロック図を参照して説明する。

上記制御部５０のコントローラ５１には、高周波アンテナ１３のインピーダンス制御を行う可変コンデンサ２１、処理ガス供給系２０、排気系３０等のプラズマ処理装置の構成部が接続されている。また、コントローラ５１には光検出器４３が接続されており、受光器４１で受光したプラズマからの光を、分光器４２で分光し、その中の特定波長の光の発光強度が光検出器４３で検出され、そのデータがコントローラ５１に入力される。例えばＣ_２のピークを検出光として用いてその発光強度が入力され、かつその近傍波長が参照光として入力されて、コントローラ５１の中の演算部においてこれらから規格化された発光強度が求められる。そして、コントローラ５１は、その規格化した発光強度の変化に基づいて、可変コンデンサ２１に制御信号を出力してその容量を調節し、後述するようにインピーダンスを制御してプラズマ密度分布を制御することができる。

また、コントローラ５１は、これに加えて上記規格化した発光強度に基づいて、少なくとも処理ガス供給系２０を制御し、処理ガスの流量、流量比等のプロセス条件を制御して、プラズマの状態を制御することもできる。このプロセス条件の制御においては、制御パラメータとして処理室４内の圧力を加えることもでき、この場合には、規格化した発光強度に基づいて排気装置３０を制御し、処理室４内の圧力を制御してプラズマの状態を制御するようにすることもできる。

次に、高周波アンテナ１３のインピーダンス制御について説明する。図４は、高周波アンテナ１３の給電回路を示す図である。この図に示すように、高周波電源１５からの高周波電力は整合器１４を経て外側アンテナ回路６１ａと内側アンテナ回路６１ｂに供給される。ここで、外側アンテナ回路６１ａは、外側アンテナ部１３ａと可変コンデンサ２１で構成されているから、外側アンテナ回路６１ａのインピーダンスＺ_ｏｕｔは、可変コンデンサ２１のポジションを調節してその容量を変化させることにより変化させることができる。一方、内側アンテナ回路６１ｂは内側アンテナ部１３ｂのみからなり、そのインピーダンスＺ_ｉｎは固定である。このとき、外側アンテナ回路６１ａの電流Ｉ_ｏｕｔはインピーダンスＺ_ｏｕｔの変化に対応して変化させることができる。そして、内側アンテナ回路６１ｂの電流Ｉ_ｉｎはＺ_ｏｕｔとＺ_ｉｎの比率に応じて変化する。この際のＩ_ｏｕｔおよびＩ_ｉｎの変化を図５に示す。この図に示すように、可変コンデンサ２１の容量調節によってＺ_ｏｕｔを変化させることにより、外側アンテナ回路６１ａの電流Ｉ_ｏｕｔと内側アンテナ回路６１ｂの電流Ｉ_ｉｎとを自在に変化させることができる。このため、外側アンテナ部１３ａに流れる電流と内側アンテナ部１３ｂに流れる電流を制御することができ、これによってプラズマ密度分布を制御することができる。したがって、本実施形態では、プラズマ処理をしている際にプラズマ発光状態検出部４０でプラズマの発光状態の変化を検出して、それに基づいて可変コンデンサ２１の容量を制御し、最適なプラズマ状態に制御することができる。

次に、以上のように構成される誘導結合プラズマエッチング装置を用いてＬＣＤガラス基板Ｇに対してプラズマエッチング処理を施す際の処理動作について説明する。

まず、ゲートバルブ２７を開にした状態でそこから搬送機構（図示せず）により基板Ｇを処理室４内に搬入し、載置台２３の載置面に載置した後、静電チャック（図示せず）により基板Ｇを載置台２３上に固定する。次に、処理室４内に処理ガス供給系２０から処理ガスをシャワー筐体１１のガス吐出孔１２ａから処理室４内に吐出させるとともに、排気装置３０により排気管３１を介して処理室４内を真空排気することにより、処理室内を例えば０．６６〜２６．６Ｐａ程度の圧力雰囲気に維持する。また、このとき基板Ｇの裏面側の冷却空間には、基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避するために、Ｈｅガス流路３３を介して、熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給する。

次いで、高周波電源１５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより誘電体壁２を介して処理室４内に均一な誘導電界を形成する。このようにして形成された誘導電界により、処理室４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。

このようにして誘導結合プラズマが生成された状態で、ＬＣＤガラス基板Ｇにプラズマ処理、例えばプラズマエッチング処理が施される。このプラズマ処理の際には、多層の積層構造をプラズマエッチングする場合等、１回のプラズマ処理の間に最適なプラズマ状態が変化することがある。したがって、本実施形態においては、プラズマ処理の際に、プラズマ発光状態検出部４０によりリアルタイムでプラズマ発光状態を検出し、その結果に基づいて、高周波アンテナ１３のアンテナ回路のインピーダンスを調節し、プラズマ状態を制御する。

すなわち、高周波アンテナ１３は、上述のように、外側部分においてアンテナ線を密に配置してなる外側アンテナ部１３ａと、内側部分においてアンテナ線を密に配置してなる内側アンテナ部１３ｂとを有する構造とし、外側アンテナ部１３ａに可変コンデンサ２１を接続しているので、可変コンデンサ２１のポジションを調節することにより外側アンテナ回路６１ａのインピーダンスを調節することができる。したがって、図５に模式的に示すように、外側アンテナ回路６１ａの電流Ｉ_ｏｕｔと内側アンテナ回路６１ｂの電流Ｉ_ｉｎとを自在に変化させることができる。つまり、可変コンデンサ２１のポジションを調節することにより、外側アンテナ部１３ａに流れる電流と内側アンテナ部１３ｂに流れる電流を制御することができる。誘導結合プラズマは、高周波アンテナ１３直下の空間でプラズマを生成させるが、その際の各位置でのプラズマ密度は、各位置での電界強度に比例するため、このように外側アンテナ部１３ａに流れる電流と内側アンテナ部１３ｂに流れる電流を制御することにより、プラズマ密度分布を制御することが可能となる。したがって、プラズマ発光状態検出部４０により検出されたプラズマ発光強度の変化に基づいて、可変コンデンサ２１のポジションを調節（制御）して、プラズマ状態を制御することができる。

例えば、多層の積層構造をプラズマエッチングする際に、層の変わり目等で、例えばＣ_２の発光強度の変化によりプラズマの発光状態の変化を検出し、それに基づいて可変コンデンサ２１のポジションを調整して、新しい層に適合したプラズマ状態に制御してプラズマ処理を行うことができる。この場合に、各層のエッチングを行う際の可変コンデンサのポジションをテーブルに予め設定しておいて、発光強度の変化により層の変わり目を検出して、その際に上記テーブルに基づいてそのポジションを変更するようにすることができる。また、例えば、層の途中でレシピを切り換えてプラズマ状態を変更する必要がある場合、具体的には、オーバーエッチングを回避するために、途中でエッチング速度を低下させる場合等には、例えば予めその層のエッチング時間を把握しておき、プラズマ発光状態が変化してから所定時間経過後にレシピを切り換えるようにすることが可能である。

また、プラズマ発光状態検出部４０によりプラズマの発光強度を検出し、その検出値からプラズマ状態をリアルタイムで把握し、この検出情報に基づいて、可変コンデンサ２１のポジションを随時制御し、プラズマ状態をリアルタイムで制御するようにすることもできる。

さらに、プラズマの発光状態を見ながら処理ガスの流量や処理室内圧力等のプロセス条件を制御することによりプラズマ状態を制御することもできる。この場合の制御は、処理ガスの流量や処理室内の圧力等のプロセス条件を設定したレシピをテーブルに予め設定しておいて、発光強度の変化を検出することによりレシピの切換タイミングを把握するようにしてもよいし、発光強度の検出値に基づいてプラズマ状態をリアルタイムで把握し、この検出情報に基づいて、処理ガスの流量や処理室内の圧力等のプロセス条件を随時制御し、プラズマ状態をリアルタイムで制御することもできる。

さらにまた、可変コンデンサ２１のポジション制御は、各層のエッチングを行う際の可変コンデンサのポジションをテーブルに予め設定しておいて、発光強度の変化により層の変わり目を検出した際に上記テーブルに基づいて行うようにし、処理ガスの流量や処理室内圧力等のプロセス条件の制御は、発光強度の検出値に基づいてプラズマ状態をリアルタイムで把握し、この検出情報に基づいてリアルタイムで行うようにするようにすることもできる。

このような可変コンデンサ２１のポジションによるインピーダンス制御やプロセス条件の制御は、１回のエッチングの途中でプラズマ状態を変更する場合のみならず、エッチングを複数回繰り返す際のプラズマ状態の経時変化を解消する場合にも適用可能である。

ところで、このようにプラズマの特定波長の発光強度をモニタしてプラズマ状態を検出する場合には、従来、様々な不安定要素を排除するために、このような特定波長の発光強度の他に、参照用として不活性ガス波長の発光強度を検出し、これらの商などを計算して規格化することが行われていた。

しかしながら、プラズマ処理装置の窓３２がデポ等で汚れた場合、当然に、透過率が低下し発光強度が全体的に低下するが、全ての波長の発光強度が一定の割合で変化するわけではなく、波長によってその透過率の低下の程度が異なり、窓３２の状態により波長毎の発光強度は大きく異なってしまう。したがって、従来のように不活性ガス波長の発光強度を参照用として用いても、窓３２の状態によって、規格化した発光強度の値は大きく異なってしまう。

例えば、プラズマ発光状態検出用としてＣ_２の発光強度を用い、参照光としてＡｒなどの不活性ガスの発光強度を用いて、規格化した発光強度を検出すると、窓３２が新品の状態では、図６（ａ）に示すようになるが、１００回プラズマ処理を行った後の窓が汚れた状態では、図６（ｂ）に示すよう大きく低下する。

そこで、本実施形態では、参照光波長λ２として検出光波長λ１の近傍の波長であって、ピークを持たない波長を用い、検出光波長λ１の発光強度を参照光波長λ２の発光強度で割った値を、規格化した発光強度とする。すなわち、検出光波長λ１の近傍の波長であれば、窓３２の透過率が変化してもその透過特性は検出光波長と殆ど同じであり、またピークを持たないから、高精度で規格化した発光強度を求めることができる。この場合に、より高精度で規格化した発光強度を求める観点から、参照光波長λ２として検出光波長λ２の±１０ｎｍの波長を用いることが好ましい。また、この際の参照光波長λ２の発光強度は、検出光波長λ１の発光強度の２０％以下であることが好ましい。

例えば、検出光としてＣ_２を用い、参照光としてその近傍波長（±１０ｎｍ以内）を用いて、検出光の発光強度を参照光の発光強度（Ｃ_２の発光強度の１５％）で割って、規格化した発光強度を検出すると、窓３２が新品の状態では、図７（ａ）に示すようになり、１００回プラズマ処理を行った後、窓３２が汚れた状態では、図７（ｂ）に示すようになって、窓３２が汚れても規格化した発光強度は殆ど変化しないことがわかる。

次に、実際に本実施形態に従って、エッチング処理を行った結果について示す。

ここでは、図８に示すＴＦＴ素子形成用の積層構造を有するガラス基板Ｇに対してプラズマエッチング処理を施した場合について説明する。図８のガラス基板は、ガラス基体１０１の上にアンダーコート膜１０２を形成しその上にポリシリコン膜１０３を形成し、さらにゲート絶縁膜となるＳｉＯ_２膜１０４を形成し、その上にゲート電極となるメタル層を形成した後エッチングによりゲート電極１０５を形成し、その後、全面に層間絶縁膜としてＳｉＮｘ膜１０６を形成し、さらにその上に層間絶縁膜としてＳｉＯ_２膜１０７を形成したものである。

このような構造を有するガラス基板Ｇを図１のプラズマ処理装置にセットし、このガラス基板Ｇのゲート電極１０５の両側部分に、ＳｉＯ_２膜１０７、ＳｉＮｘ膜１０６、ＳｉＯ_２膜１０４、ポリシリコン膜１０３を順次エッチングしてコンタクトホール１０８を形成した。

このときのＳｉＯ_２膜１０７、ＳｉＮｘ膜１０６、ＳｉＯ_２膜１０４をエッチングしている際の可変コンデンサ２１のポジションおよびレシピを表１に示す。この表１に示すように、最初のＳｉＯ_２膜１０７のエッチングの際には、レシピとして第１レシピ（ガス流量比ＳＦ_６：Ａｒ＝１：９、圧力１．０Ｐａ、上下高周波９ｋＷ／４ｋＷ）を用い、可変コンデンサ２１のポジションを４０％にしてプラズマを生成することによりエッチングを行い、ＳｉＮｘ膜１０６のエッチングの際には、最初、レシピを第１レシピに維持し、可変コンデンサ２１のポジションを４０％にしてエッチングを行い、途中でレシピを第２レシピ（ガス流量比Ｃ_４Ｆ_８：Ｈ_２：Ａｒ＝１：１：３、圧力１．３Ｐａ、上下高周波５ｋＷ／５ｋＷ）に切換えさらに可変コンデンサ２１のポジションを４５％にしてプラズマ状態を変更してエッチングを継続し、ＳｉＯ_２膜１０４のエッチングの際には、レシピを第２レシピに維持し、可変コンデンサ２１のポジションを８５％に変更することによりプラズマ状態を変更し、エッチングを行う。

このようなプラズマエッチング処理の際のプラズマの発光強度を図９に示す。ここでは、検出光波長としてＣＮのピーク波長である３８８ｎｍを用いた。第１レシピから第２レシピへの変更および可変コンデンサ２１のポジションの４５％への変更は、最初の発光強度の変化点（ＳｉＯ_２膜１０７からＳｉＮｘ膜１０６への変わり目）から５秒後に設定した。また、２回目の発光強度の変化点（ＳｉＮｘ膜１０６からＳｉＯ_２膜１０４への変わり目）に達した時点で可変コンデンサ２１のポジションを８５％に変更した。このようにしてエッチングを行うことにより、良好な形状でエッチングを行うことができた。なお、可変コンデンサ２１のポジション０〜１００％は例えば１００〜５００ｐＦの容量変化に相当し、可変コンデンサ２１のポジションを変化させることにより外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの電流値を変化させることが可能である。例えば、可変コンデンサ２１のポジションが５０％までは外側アンテナ部１３ａのほうが内側アンテナ部１３ｂよりも電流値が大きく、５０％でほぼ同じになり、５０％を超えると逆に内側アンテナ部１３ｂのほうが外側アンテナ部１３ａよりも電流値が大きくなるといった制御が可能である。

次に、検出光波長λ１と参照光波長λ２による発光強度検出手法を用いてプラズマ状態をモニタした実例について説明する。

Ｃ_４Ｈ_８ガスおよびＨ_２ガスを用いたコンタクトホールエッチングを１０枚のガラス基板について同一レシピで連続して行い、その際のプラズマ状態をモニタした。ここでは、検出光波長λ１としてＣ_２のピーク波長を用い、参照光波長λ２としてその近傍波長を用いて、検出光の光強度を参照光の光強度で割って規格化した発光強度を検出した。その際の規格化した発光強度の経時変化は図１０の（ａ）に示すようになった。一般的に、フロロカーボンガスを用いてコンタクトホールエッチングを行う場合には、装置内の様々な経時変化によりエッチング特性が不安定になりやすく、このエッチングにおいても５枚目以降は発光強度が強くなる傾向がみられる。次に、各基板のエッチングレートおよび選択比（ＳｉＯ_２／ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を求めた結果、図１０の（ｂ）に示すようになり、具体的には、１枚目の選択比が低いため、下地膜が消失し、また、選択比が高くなった１０枚目では、エッチングストップによる膜残りが発生した。この図１０の（ｂ）に示す結果は、（ａ）のモニタ結果とほぼ対応し、プラズマ状態のモニタ結果が実際のプラズマ状態を反映することが確認された。

次に、同様にＣ_４Ｈ_８ガスおよびＨ_２ガスを用いたコンタクトホールエッチングを行う際に、同様の規格化したＣ_２の発光強度を用いてプラズマ状態をモニタし、発光強度が一定になるように、リアルタイムでＣ_４Ｈ_８ガスおよびＨ_２ガスの流量を制御した。その際の規格化した発光強度の経時変化は図１１の（ａ）に示すようになり、その際の各基板のエッチングレートおよび選択比（ＳｉＯ_２／ｐｏｌｙ−Ｓｉ）は図１１の（ｂ）に示すようになり、１枚目から１０枚目まで、下地膜の削れや膜残りが生じることなく安定したエッチング性能を維持することができた。このことから、上記プラズマ状態のモニタ結果に基づいてエッチング状態を高精度で制御できることが確認された。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。

図１２は本発明の他の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を模式的に示す水平断面図である。図１２において、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

このプラズマ処理装置は、本体容器１の側壁の処理室４に対応する部分に、ガラス等の透光性材料からなる窓３２ａ、３２ｂが設けられている。窓３２ａは載置台２３上のガラス基板Ｇのセンター部に対応する位置、窓３２ｂはエッジ部に対応する位置に設けられている。そして、これら窓３２ａ、３２ｂを介して、処理室４内のガラス基板Ｇのセンター部およびエッジ部のプラズマの発光状態を検出するプラズマ発光状態検出部４０ａ、４０ｂが設けられている。プラズマ発光状態検出部４０ａは、窓３２ａに隣接して設けられた受光器４１ａと、受光器４１ａに接続された分光器４２ａと、分光器４２ａに接続された光検出器４３ａを有している。同様に、プラズマ発光状態検出部４０ｂは、窓３２ｂに隣接して設けられた受光器４１ｂと、受光器４１ｂに接続された分光器４２ｂと、分光器４２ｂに接続された光検出器４３ｂを有している。そして、受光器４１ａ、４１ｂで受光された光は分光器４２ａ、４２ｂで分光され、その中の特定波長の光が光検出器４３ａ、４３ｂで検出される。これにより、プラズマからの光を受光器４１ａ、４１ｂで受光し、分光器４２ａ、４２ｂで分光して特定波長の光の発光強度を光検出器４３ａ、４３ｂにより検出し、プラズマの状態をモニタすることができる。具体的には、検出光波長λ１の発光強度および参照光波長λ２の発光強度が検出される。

光検出器４３ａ、４３ｂで検出された発光強度は、制御部７０に入力され、制御部７０の演算部７１で必要な演算がなされる。具体的には、光検出器４３ａで検出された検出光の発光強度をλ１ａ、参照光の発光強度をλ２ａとし、光検出器４３ｂで検出された検出光の発光強度をλ１ｂ、参照光の発光強度をλ２ｂとすると、エッジ部での規格化した発光強度λ１ｂ／λ２ｂ、センター部での規格した発光強度λ１ａ／λ２ａ、およびエッジ部での規格化した発光強度とセンター部での規格化した発光強度との比（λ１ｂ／λ２ｂ）／（λ１ａ／λ２ａ）が演算される。また、制御部７０のアンテナインピーダンス制御部７２では、演算部７１で演算された（λ１ｂ／λ２ｂ）／（λ１ａ／λ２ａ）が一定になるように可変コンデンサ２１のポジションを調整し、高周波アンテナ１３のいずれかのアンテナ部のインピーダンスを制御して、プラズマ処理の面内均一性を制御する。また、制御部７０のガス流量制御部７３では、λ１ｂ／λ２ｂまたはλ１ａ／λ２ａが一定になるようにガス流量を調整し、エッチングレートや選択比等の処理パラメータを経時的に所定値に安定するように制御する。この場合に、可変コンデンサ２１のポジション調整によるアンテナインピーダンス制御と、ガス流量制御とを交互にあるいは同時に行うことにより、このようなプラズマ処理の面内均一性およびエッチング特性の安定性を確保することができる。

なお、上記実施形態では、１００〜５００ｐＦの範囲で可変のコンデンサを使用したが、アンテナ線外端に接地したコンデンサ１８ａ，１８ｂの値、あるいはアンテナ線途中にコンデンサを挿入する場合は、そのコンデンサの値を適当に選ぶことにより、プラズマ密度分布制御に有効な可変コンデンサの可変範囲を変更することができ、例えば１０〜２０００ｐＦの範囲の一部または全ての領域にて可変のコンデンサであれば十分に適用可能である。

次に、制御中のプラズマ状態が目標のプラズマ状態になるように、調節パラメータや、処理ガスパラメータを制御する具体例について説明する。

制御中のプラズマ状態が目標のプラズマ状態になるように制御するには、例えば、目標とする発光強度（以下、目標発光強度という）を定め、制御対象となる検出された発光強度（以下、制御発光強度という）が目標発光強度に追従するように、可変コンデンサのポジション等の調節パラメータ、処理ガスの流量、比率及び処理室内の圧力等の処理ガスパラメータを随時制御すれば良い。

上記調節パラメータ、処理ガスパラメータを随時制御する方法として、例えば、目標発光強度と制御発光強度との偏差を用いた制御を挙げることができる。ここで偏差とは、目標発光強度と制御発光強度とのずれ量（目標発光強度と制御発光強度の差を目標発光強度で割ったもの）である、と定義する。

（第１例）
上記偏差を用いて、処理ガスパラメータとして、例えば、処理ガスの流量を制御する場合、制御される処理ガスの流量（以下、フィードバック流量という）を偏差の一次関数として制御する方法がある。図１３に一次関数制御の一例を示す。

図１３中の縦軸はフィードバック流量であり、横軸は偏差である。この例では、偏差が１０％のとき、フィードバック流量を３ｓｃｃｍとする。一次関数制御であるので、フィードバック流量は、偏差の大きさに対して比例して増加する。

（第２例）
一次関数制御では、偏差量に対するフィードバック流量の割合が一定なため、大きな偏差に対して素早くフィードバックを行うためには、一次関数の比例定数を大きく設定する必要がある。しかしながら、比例定数を大きく設定すると、少ない偏差に対しては、必要以上に大きなフィードバック流量となってしまう可能性がある。その結果、例えば図１４に示すように、制御発光強度が目標発光強度付近で増減を繰り返す（ハンチング現象）を起こすことがある。

第２例は、上述のような制御発光強度のハンチング現象を抑制するために、偏差が大きいときには、偏差量に対するフィードバック流量の割合が大きく、偏差が小さいときには、偏差量に対するフィードバック流量の割合が小さくなるようにした例である。

第２例においては、フィードバック流量を、偏差の指数関数として制御する。図１５に、指数関数制御の一例を示す。

図１５中の縦軸はフィードバック流量であり、横軸は偏差である。この例においても、偏差が１０％のとき、フィードバック流量を３ｓｃｃｍとする。ただし、指数関数制御であるので、フィードバック流量は、偏差の大きさに対して指数関数的に増加する。

このように指数関数制御によれば、一次関数制御と比較して、偏差が大きいときには、偏差量に対するフィードバック流量の割合を大きく、偏差が小さいときには、偏差量に対するフィードバック流量の割合を小さくできる。その結果、偏差が大きいときには、制御発光強度を、高速に目標発光強度に追従させることができ（高速追従）、制御発光強度が目標発光強度に近づくにつれて、ゆっくりと制御発光強度が目標発光強度となるように調整できる（微調整追従）。よって、図１６に示すように、制御発光強度のハンチング現象を抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、可変コンデンサを外側アンテナ部に接続した例を示したが、これに限らず、図１７に示すように、内側アンテナ部１３ｂ側に可変コンデンサ２１′を設けるようにしてもよい。この場合には、可変コンデンサ２１′のポジションを調節してその容量を変化させることにより、内側アンテナ回路６１ｂのインピーダンスＺ_ｉｎを変化させることができ、これにより、図１８のように外側アンテナ回路６１ａの電流Ｉ_ｏｕｔと、内側アンテナ回路６１ｂの電流Ｉ_ｉｎを変化させることができる。

また、高周波アンテナの構造は上記構造に限るものではなく、同様の機能を持つ他の種々のパターンのものを採用することができる。また、上記実施形態では、高周波アンテナを外側にプラズマを形成する外側アンテナ部と内側にプラズマを形成する内側アンテナ部に分けたが、必ずしも外側と内側に分ける必要はなく、種々の分け方を採用することが可能である。さらに、プラズマを形成する位置が異なるアンテナ部に分ける場合に限らず、プラズマ分布特性の異なるアンテナ部に分けるようにしてもよい。さらにまた、上記実施形態では、高周波アンテナを外側と内側の２つに分けた場合について示したが、３つ以上に分けるようにしてもよい。例えば、外側部分と中央部分とこれらの中間部分の３つに分けることを挙げることができる。

さらに、インピーダンスを調整するために可変コンデンサを設けたが、可変コイル等他のインピーダンス調整手段であってもよい。

さらにまた、プラズマ発光強度の検出手法についても、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば分光器を用いる代わりにフィルタを用いて特定波長の発光強度を検出するようにしてもよい。

さらにまた、目標発光強度と制御発光強度との偏差を用いて、処理ガスの流量を制御する方法においても、一次関数制御や指数関数制御に限られるものではなく、縦軸をフィードバック量、横軸を目標プラズマ状態と制御中プラズマ状態とのずれ量である偏差としてグラフ化した場合に、指数関数曲線のように偏差とフィードバック量との関係を下に凸となる曲線で表せるものであれば良い。例えば、下に凸となる曲線の例としては、放物線、双曲線等の曲線を挙げることができ、指数関数の他、放物線、双曲線を描く関数、あるいは方程式を用いて制御することもできる。

さらにまた、上記実施形態では、プラズマ処理がプラズマエッチング処理の場合を例にとって説明したが、これに限らず、アッシングや、ＣＶＤ成膜等の他のプラズマ処理装置に適用することができる。さらにまた、被処理基板としてＦＰＤ基板を用いたが、本発明はこれに限らず半導体ウエハ等他の基板を処理する場合にも適用可能である。

なお、以上のプラズマ発光強度の検出手法や処理ガス供給系の制御手法は、誘導結合プラズマ処理装置のみならず、容量結合プラズマ処理装置等のプラズマ処理装置にも用いることができる。

本発明の一実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を示す断面図。 図１の誘導結合プラズマ処理装置に用いられる高周波アンテナを示す平面図。 本実施形態における制御系の主要部を示すブロック図。 図１の誘導結合プラズマ処理装置に用いられる高周波アンテナの給電回路を示す図。 図４の給電回路におけるインピーダンス変化にともなう外側アンテナ回路の電流Ｉ_ｏｕｔおよび内側アンテナ回路の電流Ｉ_ｉｎの変化を示す図。 参照光としてＡｒの発光強度を用いた場合における、窓が汚れていないときと汚れたときとでの検出された発光強度を比較して示す図。 参照光として検出光の近傍の波長を用いた場合における、窓が汚れていないときと汚れたときとでの検出された発光強度を比較して示す図。 実際に本発明の実施形態に従ってプラズマエッチング処理を行った際に用いた積層構造を有するガラス基板を示す断面図。 図８の積層構造をプラズマエッチングした際のプラズマの発光強度を示すグラフ。 検出光の発光強度をそれに隣接する波長の参照光の発光強度で規格化した発光強度を用いた場合の発光強度の経時変化の実例およびその際のエッチング特性を示す図。 検出光の発光強度をそれに隣接する波長の参照光の発光強度で規格化した発光強度を用いた場合の発光強度の経時変化の実例およびその際のエッチング特性を示す図。 本発明の他の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を模式的に示す水平断面図。 一次関数制御の一例を示す図 一次関数制御の結果を示す図 指数関数制御の一例を示す図 指数関数制御の結果を示す図 高周波アンテナの給電回路の他の例を示す図。 図１７の給電回路におけるインピーダンス変化にともなう外側アンテナ回路の電流Ｉ_ｏｕｔおよび内側アンテナ回路の電流Ｉ_ｉｎの変化を示す図。

符号の説明

１；本体容器
２；誘電体壁（誘電体部材）
３；アンテナ室
４；処理室
１３；高周波アンテナ
１４；整合器
１５；高周波電源
２０；処理ガス供給系
２１；可変ンサコンデンサ（調整手段）
２３；載置台
３０；排気装置
３２；窓
４０；プラズマ発光状態検出部
４１；受光器
４２；分光器
４３；光検出器
５０；制御部
５１；コントローラ
５２；ユーザーインターフェース
５３；憶部
６１ａ；外側アンテナ回路
６１ｂ；内側アンテナ回路
Ｇ；基板

Claims (23)

1. 被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、
   前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、
   前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
   前記処理室内を排気する排気系と、
   前記処理室の外部に誘電体部材を介して配置され、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成する高周波アンテナと、
   前記誘導電界により前記処理室内に形成される誘導結合プラズマの状態を検出するプラズマ検出手段と、
   前記高周波アンテナを含むアンテナ回路のインピーダンスを調節する調節手段と、
   前記プラズマ検出手段のプラズマ検出情報に基づいて前記調節手段を制御し、プラズマ状態を制御する制御手段とを具備し、
   前記被処理基板は積層された複数の層を有し、前記プラズマ処理は前記積層された複数の層をエッチングするエッチング処理であり、
   前記積層された複数の層の各層毎に最適なプラズマ状態が得られる前記調節手段の調節パラメータが予め設定され、前記制御手段は、前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、層の変わり目を検出し、新しいエッチング対象層に対応する前記調節手段の調節パラメータを選択することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
2. 前記高周波アンテナは、高周波電力が供給されることにより前記処理室内にそれぞれ異なる電界強度分布を有する誘導電界を形成する複数のアンテナ部を有し、
   前記調節手段は、前記各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つに接続され、その接続されたアンテナ回路のインピーダンスを調節し、
   前記制御手段は、前記調節手段を制御して、前記複数のアンテナ部の電流値を制御し、それによって前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御することを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
3. 前記調節手段は、可変コンデンサを有することを特徴とする請求項２に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
4. 前記積層された複数の層の各層毎に最適なプラズマ密度分布が得られる前記調節手段の調節パラメータが予め設定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
5. 前記制御手段は、前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、プラズマ状態が適切になるようにリアルタイムで前記調節手段の調節パラメータを制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
6. 前記制御手段は、前記プラズマ検出手段のプラズマ検出情報に基づいて前記調節手段を制御することに加えて、前記プラズマ検出手段のプラズマ検出情報に基づいて前記処理ガス供給系を制御し、プラズマ状態を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
7. 前記積層された複数の層の各層毎に最適なプラズマ密度分布が得られる前記調節手段の調節パラメータおよび前記処理ガス供給系による処理ガス流量、比率を含む処理ガスパラメータが予め設定され、前記制御手段は、前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、層の変わり目を検出し、新しいエッチング対象層に対応する前記調節手段の調節パラメータおよび前記処理ガスパラメータを選択することを特徴とする請求項６に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
8. 前記制御手段は、前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、プラズマ状態が適切になるようにリアルタイムで前記調節手段の調節パラメータおよび前記処理ガス供給系による処理ガス流量、比率を含む処理ガスパラメータを制御することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
9. 前記プラズマ検出手段は被処理基板の異なる位置に対応して複数設けられ、
   前記制御手段は、前記複数のプラズマ検出手段の検出情報が一定になるように前記調節手段を制御してプラズマ処理特性を被処理基板の面内で均一になるようにするとともに、前記複数のプラズマ手段の検出情報のいずれかに基づいて前記処理ガス供給系を制御してプラズマ処理特性を制御することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
10. 前記プラズマ検出手段は、プラズマからの発光を受光する受光部と、受光器で受光した光から所定波長の光の発光強度を検出する光検出部とを有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
11. 前記光検出部は、所定波長の検出光と前記検出光波長の近傍の波長を有する参照光とを検出し、
    前記検出光の発光強度を前記参照光の発光強度で規格化した発光強度を前記誘導結合プラズマの状態として用いることを特徴とする請求項１０に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
12. 処理室の内部に設けられた載置台に被処理基板を載置し、処理室の外部に誘電体部材を介して、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成する高周波アンテナを設け、処理室内に処理ガスを供給し、前記高周波アンテナに高周波電力を供給することによって形成された誘導電界により前記処理室内に処理ガスの誘導結合プラズマを形成して、そのプラズマにより被処理基板にプラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理方法であって、
    前記被処理基板は積層された複数の層を有し、前記プラズマ処理は前記積層された複数の層をエッチングするエッチング処理であり、
    前記積層された複数の層の各層ごとに最適なプラズマ状態が得られる前記高周波アンテナを含むアンテナ回路の調節パラメータを予め設定し、
    前記誘導電界により前記処理室内に形成される誘導結合プラズマの状態を検出し、
    その検出情報に基づいて、層の変わり目を検出し、前記高周波アンテナを含むアンテナ回路のインピーダンスを、新しいエッチング対象層に対応する前記調節パラメータを選択することで調節し、プラズマ状態を制御することを特徴とする誘導結合プラズマ処理方法。
13. 前記高周波アンテナは、高周波電力が供給されることにより前記処理室内にそれぞれ異なる電界強度分布を有する誘導電界を形成する複数のアンテナ部を有し、前記検出情報に基づいて、前記各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つのインピーダンスを調節して、前記複数のアンテナ部の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を制御することを特徴とする請求項１２に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
14. 前記インピーダンスの調節は、前記インピーダンス調整するアンテナ回路に設けられた可変コンデンサの容量を調節することによりなされることを特徴とする請求項１３に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
15. 前記積層された複数の層の各層毎に最適なプラズマ密度分布が得られる前記調節パラメータが予め設定されることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
16. 前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、プラズマ状態が適切になるようにリアルタイムで前記調節パラメータを制御することを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
17. 前記誘導結合プラズマの検出情報に基づいて前記高周波アンテナを含むアンテナ回路のインピーダンスを調節することに加えて、前記誘導結合プラズマの検出情報に基づいて前記処理ガスの供給を制御し、プラズマ状態を制御することを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
18. 前記積層された複数の層の各層毎に最適なプラズマ密度分布が得られる前記調節パラメータおよび処理ガス流量、比率を含む処理ガスパラメータが予め設定され、前記誘導結合プラズマの状態の検出情報に基づいて、層の変わり目を検出し、新しいエッチング対象層に対応する前記調節パラメータおよび前記処理ガスパラメータを選択することを特徴とする請求項１７に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
19. 前記プラズマ検出手段による検出情報に基づいて、プラズマ状態が適切になるようにリアルタイムで前記調節パラメータおよび処理ガス流量、比率を含む処理ガスパラメータを制御することを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
20. 誘導結合プラズマの状態の検出は、被処理基板の異なる位置に対応して複数箇所で行われ、これら検出手段の検出情報が一定になるように前記高周波アンテナを含むアンテナ回路のインピーダンスを制御してプラズマ処理特性を被処理基板の面内で均一になるようにするとともに、前記複数の検出情報のいずれかに基づいて前記処理ガスの供給を制御してプラズマ処理特性を制御することを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
21. 前記誘導結合プラズマの状態の検出は、プラズマからの光を受光し、その受光した光から所定波長の光の発光強度を検出することにより行われることを特徴とする請求項１２から請求項２０のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
22. 所定波長の検出光と前記検出光波長の近傍の波長を有する参照光とを検出し、前記検出光の発光強度を前記参照光の発光強度で規格化した発光強度を前記誘導結合プラズマの状態として用いることを特徴とする請求項２１に記載の誘導結合プラズマ処理方法。
23. コンピュータ上で動作し、誘導結合プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１２から請求項２２のいずれかの誘導結合プラズマ処理方法が行われるように、コンピュータに前記誘導結合プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。

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